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TECNOLOGIE TRATTAMENTI TERMICI

• di Niccolò Raffaelli

La tempra laser è un trattamento termico superfi ciale di cui già da tempo erano conosciute le eleva-te caratteristiche, ma che solo re-centemente ha avuto la possibilità di svilupparsi ed estendersi, grazie agli sviluppi tecnologici degli ultimi anni. I più importanti hanno riguar-dato le sorgenti laser di potenza

con lo sviluppi di nuovi diodi laser, la robotica e il controllo veloce delle temperature super-fi ciali. Seguendo una linea di costante inno-vazione la Stav di Barberino di Mugello (FI) ha nel proprio stabilimento un impianto di tempra Laser, di ultima generazione, carat-terizzato da una sorgente a diodi Laser che genera un fascio temprante la cui larghez-za può essere variata per adattarsi alle su-perfi ci da trattare. Una sorgente laser mon-tata su un robot antropomorfo permette di

temprare localmente le zone desiderate del-lo stampo. La fl essibilità di impiego garantita dal robot antropomorfo (fi gura 1) e la possi-bilità di programmazione con l’utilizzo di sof-tware Cad oppure per casi più semplici con tecniche di auto apprendimento permette di eseguire la tempra laser in maniera accurata su qualsiasi tipo di profi lo (fi gura 2). Grazie al-le varie tipologie di ottiche e alla presenza di uno scanner è possibile variare la larghezza del fascio laser da un minimo di 4 mm fi no a 50 mm: questa fl essibilità permette di trat-tare senza problemi anche particolari o zone di piccolo spessore. Durante il trattamento la temperatura della superfi cie è controlla-ta puntualmente per mezzo di pirometri ot-tici a risposta rapida; con questo sistema si evitano i problemi di fusione localizzata an-che se il raggio laser si trova a passare so-pra piccoli fori o spigoli vivi. Sono temprabi-

li con questo impianto tutti i tipi di acciaio e ghise con contenuto di carbonio superiore allo 0,2%. Le profondità di tempra ottenibi-li sono dell’ordine di 1 ÷ 1,5 mm e dipendo-no sia dalla tipologia del particolare da trat-tare che dal tipo di acciaio. Le durezze dopo tempra sono al limite superiore consentito dal tipo di acciaio, nella tabella sono riporta-ti alcuni esempi. Grazie all’attività di ricerca ed alla collaborazione fra la Stav e l’Univer-sità degli Studi di Modena e Reggio Emilia è stato valutato l’effetto della tempra laser sulle proprietà meccaniche e sulla resistenza a usura dell’acciaio 40CrMnMo7. Dalle pro-ve sperimentali condotte è emerso che la tempra laser determina un incremento del-la durezza superfi ciale e questa durezza è mantenuta per una profondità di indurimen-to di circa 1,1 mm (fi gura 3); l’indurimento superfi ciale causato dalla tempra laser de-

IL LASER NELLA TEMPRA DEGLI STAMPI

TUTTI I VANTAGGI DI QUESTA INNOVATIVA SOLUZIONE APPLICATA CON SUCCESSO NELLO STABILIMENTO DI UNA PRESTIGIOSA REALTÀ FIORENTINA

Impianto robotizzato per

tempra laser

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termina un notevole incremento della resi-stenza a usura del materiale, mentre prati-camente non altera il coeffi ciente di attrito. L’incremento della resistenza a usura e della durezza superfi ciale è dovuto alla formazio-ne in superfi cie di una martensite fi nissima Altre importanti prove sperimentali sono sta-te svolte su acciai basso legati come il C20 e il C45. La tempra laser riesce a formare martensite fi ne dura sia sul C20 sia sul C45. Dimensioni e pesi dei particolari che si pos-sono trattare hanno limiti molto ampi che di-pendono essenzialmente dal posizionamen-to rispetto alla zona utile di lavoro del robot. Grazie alle sue caratteristiche di elevata pre-cisione e fl essibilità, la tempra laser si pre-sta ad essere utilizzata con notevoli benefi -ci nel settore degli stampi di medie e grandi dimensioni; con l’impianto installato presso la Stav sono temprabili: stampi per piegatu-ra, stampi per imbutitura, stampi per tran-ciare, stampi a iniezione, lame, coltelli, rulli per incisione, camme, guide, sponde, iniet-tori, sedi di cuscinetti su alberi di grande di-mensioni, ingranaggi di grosse dimensioni e particolari meccanici di qualsiasi dimen-sione. Riguardo agli stampi per lavorazioni a freddo la tempra laser permette di indurire le zone più sollecitate e quindi più soggette a usura. Ad esempio, negli stampi trancianti, dove è fondamentale la tenuta dello spigolo tagliente che deve resistere all’usura senza arrotondarsi o scheggiarsi, si può temprare laser tutto lo spigolo mantenendo comun-que una buona resistenza, senza fragilità, sostituendo così la soluzione più comune di utilizzare un acciaio da lavorazione a fred-do e temprarlo a cuore con le conseguen-

ti deformazioni e relative fi niture di macchi-na. Anche per la realizzazione di stampi per imbutitura dove gli sforzi di compressione sono elevati è possibile utilizzare il laser per indurire le zone soggette a maggiore scor-rimento; buoni risultati sono stati riscontrati su matrici e premi-lamiera in acciaio C40 e 1.2311 (40MnCrMo7). Alcuni esempi sono riportati nella fi gura 4. Particolari vantaggi si hanno nel settore degli stampi per iniezione materie plastiche dove su stampi di acciaio bonifi cato è possibile indurire con succes-so sia le zone di scorrimento, ad esempio in presenza di carrelli, sia le zone di chiusura dello stampo aumentandone notevolmente la durata. La tempra, su pezzo fi nito (fi gura

5), può essere eseguita anche se lo stam-po è stato lucidato a specchio. Anche negli stampi per gomma e per la ceramica, dove è importante ottenere un’ottima resistenza del tagliente sia per resistere alla compres-sione sia per resistere all’usura dovuta alla presenza di materiali molto abrasivi, è possi-bile utilizzare con successo la tempra laser.

Un aiuto per il progettistaL’utilizzo di questa tecnologia applicata agli stampi è una valida alternativa per il proget-tista in quanto presenta molti vantaggi: la possibilità di poter utilizzare acciai poco pre-giati, facilmente reperibili, a basso costo e facilmente lavorabili. Ad esempio è possibi-le utilizzare il C45 oppure 1.2311ottenendo comunque ottime prestazioni in termini di durezza 55/60 HRC e di profondità tempra-ta 0,6 ÷ 1 mm. Molto importante è la sem-plifi cazione che la tempra laser apporta al ciclo produttivo, spesso si può lavorare sul pezzo fi nito, con conseguente diminuzio-ne dei tempi di realizzazione dello stam-po. Inoltre si lavorano a basso costo picco-li stampi pilota che verranno utilizzati solo per i test iniziali; verranno poi sostituiti dai particolari di produzione con acciai più pre-giati. Infi ne riguardo alla lavorazione di pic-cole zone, anche complesse, di grossi com-ponenti con il laser si ottiene un notevole risparmio economico rispetto a tradiziona-li trattamenti termici. ■

TABELLAAcciaio/Ghisa Durezza (HRC)

42CrMo4 58/60

X100CrMoV5-1 62/64

X155CrVMo12-1 60/62

38NiCrMo4 58/60

1.2311 58/60

1.2378 58/60

C40 - C45 54/58

GS-600 60/62

Per la concessione delle fotografi e si ringrazia Zano-la S.r.l. (BS), Gieffe Sistemi S.r.l. (FI), O.M.S.A.C. S.r.l. (SA), Stampi Giussani S.r.l. (VA)

© RIPRODUZIONE RISERVATA

Esempio di stampo trattato in Stav con tempra laser

Stampo fi nito

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