L'idroformatura

Danybiker88

Redazione
9/4/04
12,194
121
0
33
Torino
www.picasawebweb.com
Bentrovati, come ogni settimana al tech corner, rubrica settimanale di approfondimento tecnico in esclusiva su mtb-forum!

Quest’oggi lasciamo da parte i componenti della nostra bicicletta e ci occupiamo di uno tra i più diffusi processi di realizzazione delle tubazioni dei nostri telai: l’idroformatura. Sebbene l'idroformatura non sia una novità, la sua applicazione in ambito ciclistico ha subito un forte incremento negli ultimi anni, diventando oramai una vera e propria moda. L’idroformatura, seppur abbastanza recente, viene largamente utilizzata nell’idustria automobilistica, per realizzare pezzi complessi senza ricorrere a più costose lavorazioni quali la saldatura o la giunzione di più pezzi. Possono essere presi come esempio i longheroni o i montanti di alcune automobili, come ad esempio i montanti a C dell’Audi A2, realizzati con questa tecnica:
0149.jpg

IMMAGINE 01: montante posteriore dell’Audi A2, realizzato in un unico pezzo in alluminio idroformato. Il procedimento di idroformatura permette la realizzazione di un pezzo unico senza saldature, riducendo i costi ed i tempi di lavorazione ed eliminando punti di discontinuità e debolezza.

L’idroformatura.

L’idroformatura o hydroforming (HF) in inglese, è un procedimento di stampaggio a freddo di elementi metallici, solitamente lamiere o tubazioni, che permette di ottenere delle forme più complesse rispetto ad altri tipi di stampaggio.

021.gif

IMMAGINE 02: schema dell’idroformatura di una lamiera. Il fluido spinge la lamiera contro lo stampo.

Il procedimento di stampaggio avviene posizionando l’elemento (nel caso delle nostre MTB dei tubi) all’interno di uno stampo di formatura. Nel caso dei profilati (come sono le tubazioni delle MTB) lo stampo è di forma cilindrica. Posizionato il tubo grezzo all’interno dello stampo si riempie di un fluido in pressione che esercitando una spinta uniforme sulle pareti deforma il tubo grezzo facendogli assumere la forma dello stampo.

0345.jpg

IMMAGINE 03: idroformatura di un tubo. In questo caso il fluido viene immesso all’interno del tubo che viene quindi spinto contro le pareti dello stampo.

Il processo è definito a bassa o ad alta pressione a seconda che il fluido sia a pressioni minori o maggiori di 83 MPa (12000 psi). Le pressioni più elevate sono necessarie con le geometrie più complesse. Nel caso delle bicilette si arriva a pressioni di 1000bar (14500psi fonte Dedacciai) per cui si parla di idroformatura ad alta pressione.

In seguito vedremo di analizzare i vantaggi dati dall’utilizzo di questa tecnologia. Ora vediamo invece di analizzare più in dettaglio le varie fasi di produzione di un tubo idroformato di una MTB, partendo dalle procedure di preparazione, per poi arrivare all’effettivo procedimento di idroformatura a cui seguiranno saldatura e verniciatura.

LA PREPARAZIONE

Prima di sottoporre un profilato a idroformatura, ci sono una serie di passaggi di preparazione del tubo grezzo che vanno rispettati:

- Trafilatura: il procedimento di trafilatura serve per ottenere lo spessore desiderato del profilato. Spesso la trafilatura per l’idroformatura avviene a spessore costante, ovvero tutta la sezione ha spessore uguale, mentre per lavorazioni particolari o telai particolarmente ricercarti, si possono effettuare delle trafilatura a sezione variabile in modo da ottenere ad esempio delle tubazioni più sottili al centro, dove le sollecitazioni sono minori, e più spesse alle estremità dove le sollecitazioni sono maggiori. La trafilatura comunque produce un profilato (solitamente un tubo) di sezione costante e forma rettilinea.
0433.jpg

IMMAGINE 04: schema che illustra il procedimento di trafilatura. Nel caso dei tubi all’interno del tubo stesso viene posizionato un cilindro calibrato. Il tubo con all’interno il cilindro viene fatto passare attraverso la matrice (filiera) e sottoposto ad una forza di trazione. Il procedimento di trafilatura a sezione variabile è invece più complesso.

- Piegatura: una volta trafilato il tubo, tramite un apposita macchina si procede alla piegatura. Il tubo viene piegato assumendo la curvatura definitiva. La curvatura avviene solitamente a freddo. A questo punto il tubo è pronto per essere messo nello stampo di idroformatura. Naturalmente nel caso di tuazioni rettilinee questo passaggio viene bypassato.
0536.jpg

IMMAGINE 05: piegatubi idraulica. Il procedimento di piegatura avviene solitamente a freddo.

- Stampaggio: talvolta dopo la piegatura i tubi possono venire stampati in modo da fargli assumere una forma quanto più possibile vicina a quella definitiva, procedimento utilizzato ad esempio per sezioni scatolate.

A questo punto si passa all'idroformatura.

L’IDROFORMATURA.

Una volta che il manufatto ha assunto una forma simile a quella definitiva, si può intervenire con il processo di idroformatura vera e propria.

Il procedimento avviene secondo questo schema:
0632.jpg

IMMAGINE 06: le varie fasi dell’idroformatura.

1. Posizionamento: il tubo viene posizionato all'interno dello stampo. Alle sue estremità due cilindri provvedono a garantire la tenuta; uno di questi presenta un canale di alimentazione attraverso cui passerà il fluido. Gli stampi sono realizzati in acciaio ad alta resistenza e sono tenuti chiusi da una pressa da 400-500 tonnellate.
071.gif


2. Riempimento: lo stampo va in chiusura, grazie alla pressa che tiene unite le due parti dello stampo stesso. Attraverso il condotto di mandata viene immesso nel tubo il fluido in pressione. I cilindri di tenuta possono eventualmente esercitare un'azione di spinta assiale (feeding) per garantire un maggiore apporto di materiale ed evitare un’eccessiva riduzione della sezione.
081.gif


3. Deformazione: Per effetto della sollecitazione prodotta dalla pressione del fluido, il tubo si deforma andando ad aderire alle pareti della cavità dello stampo. Il fluido è al 95% una soluzione acquosa e per il restante un liquido emulsionante che consente di dissipare il calore e impedire la formazione di bolle di gas.
091.gif


4. Estrazione: Si riporta il fluido alla pressione atmosferica. Lo stampo viene aperto ed il tubo svincolato dai cilindri di estremità. Il tubo deformato è ora estratto. A questo punto il tubo viene pulito ed avviato al processo di tempra (trattamento termico di indurimento).
101.gif


FILMATO

In questo filmato vengono riassunte tutte le fasi descritte nei paragrafi precedenti: la trafilatura, la piegatura, lo stampaggio e la successiva idroformatura. Nel filmato la trafilatura avviene a sezione costante, ma non è una regola fissa in quanto come detto può avvenire a sezione variabile.

YouTube - Hydroforming

Peculiarità.


L'hydroforming permette di ottenere forme più complesse senza ricorrere ad eccessive lavorazioni. Per quanto riguarda l’utilizzo di questa tecnologia in ambito ciclistico, il più grande vantaggio è quello di poter incrementare la resistenza senza aumentare il peso, ottenendo dei telai leggeri ma ugualmente robusti.

Naturalmente, poiché il metallo è sottoposto a grosse deformazioni plastiche, per la realizzazione di telai idroformati sarà necessario utilizzare delle leghe più duttili, in particolare le leghe della serie 6000 che tuttavia necessitano di trattamento termico a fine lavorazione.

Tra i molteplici vantaggi della tecnologia di idroformatura i più importanti sono:
1. La possibilità di ottenere forme complesse, anche con sottosquadri (venature di rinforzo, ndr), non ottenibili con processi tradizionali di deformazione, permette di ridurre il numero di componenti di un particolare e quindi evitare complesse operazioni di assemblaggio.

2. Nel caso di assemblaggi mediante saldature, la loro eliminazione migliora le caratteristiche meccaniche e tecnologiche del prodotto. Nel caso di particolari strutturali la mancanza delle saldature può ridurre costosi controlli dei manufatti alla ricerca di difetti (cricche).

3. Permette una maggiore libertà formale, consentendo ai designers di esprimere maggiormente la loro creatività. La mancanza di giunzioni o saldature migliora l'aspetto estetico del prodotto.

4. In molti casi l'uso dell'elemento fluido come parte dello stampo consente di ridurre i costi complessivi delle attrezzature di produzione. Vantaggio non indifferente nel caso di piccole serie di produzione.
Se il procedimento di per se non comporta alcun incremento prestazionale del manufatto, permette tuttavia di ottenere delle lavorazioni più complicate, non ottenibili con altri sistemi più tradizionali. E’ ad esempio possibile realizzare delle venature di irrigidimento che sostituiscono fazzoletti di rinforzo saldati. Si può ottimizzare al sezione del telaio ottenendo delle sezioni di forma trapezoidale o ellittica in presenza di curvature anche pronunciate della tubazione. Insomma i vantaggi dati da questa tecnologia riguardano la maggiore libertà di progettazione, eliminando molti dei vincoli imposti dai procedimenti tradizionali.

1163.jpg

IMMAGINE 11: Giant Faith, un eccellente esempio di applicazione dell’idroformatura nell’ambito dei telai da MTB.
 

red.hell

Biker infernalis
4/1/10
1,839
389
0
Cremona
Quindi gli spessori differenziati vengono fatti prima di idroformare i tubi?

si, per forza, l'idroformatura è come gonfiare un palloncino con acqua o aria, la differenza è che il palloncino è di metallo e mantiene la forma (a parte un piccolo ritorno elastico) dopo la deformazione
 

le89le

Biker poeticus
9/22/08
3,880
70
0
CO
devo dare l'esame al riguardo domani! quando l'ho visto mi sono messo a ridere :smile::smile::smile::smile::smile::smile::smile: :smile::smile::smile::smile::smile::smile::smile: :smile::smile:
 

red.hell

Biker infernalis
4/1/10
1,839
389
0
Cremona
devo dare l'esame al riguardo domani! quando l'ho visto mi sono messo a ridere :smile::smile::smile::smile::smile::smile::smile::smile::smile::smile::smile::smile::smile::smile::smile::smile:

[OT]Tecnologia meccanica 2?

fai ing. meccanica a Brescia e hai la Ceruti? o a Milano con Monno? in entrambi i casi in bocca al lupo...[/OT]
 

le89le

Biker poeticus
9/22/08
3,880
70
0
CO
[OT]Tecnologia meccanica 2?

fai ing. meccanica a Brescia e hai la Ceruti? o a Milano con Monno? in entrambi i casi in bocca al lupo...[/OT]
bovisa con la previtali.
l'esame è lo stesso che fà Monno...però lui domani è segnato a piacenza!
 

gabri ride

Biker superis
6/19/08
462
5
0
provincia di piacenza
che artisti!!!!! ...w la tecnologia!!!!!:hail:
..alla fine però fatto in cina pure questo eh...:nunsacci::zapalott:
ma come faranno a fare mantenere gli spessori tutti uguali con l'idroformatura? ..che ne sai che c'è un "punto più debole" che lo spessore si assottiglia...
boh..
 

Rock_n_Fede

Biker serius
5/4/09
293
0
0
Torino
mi sono sempre chiesto in cosa consistesse l'idroformatura, ma mi sembra di aver capito che è un processo applicabile solo ad alcuni tipi di materiale no?
 

Marco il Pazzo

Biker paradisiacus
5/12/06
6,917
0
0
Bike
-
Complimenti...sicuramente l'articolo che fino ad ora mi ha interessato di più! Caspita ma sei una fonte inesauribile di conoscenza complimenti :-)
Lentamente tutti i tuoi topic me li sto studiando perchè sono parecchio utili :-)
 

ALLMAU

Biker serius
12/20/06
118
22
0
Moncalè - Turin
Veramente molto interessante.
Tech corner è diventato un appuntamento irrinunciabile, sopratutto per come spieghi e illustri i vari argomenti e come riesci a pescare certi filmati.
 

ribazzi

Biker superis
6/26/08
310
2
0
52
Verona
Ma che bello, bravo!
Il video è molto interessante e didattico :saccio:. Però adesso mi stai viziando, mi piacerebbe imparare qualcosa anche sulla saldatura dei telai in alluminio :mavadaviaiciapp:
 

BrIxMtB

Biker augustus
2/5/03
9,596
0
0
34
Attualmente a Turin...
Bike
btwin
mi sono sempre chiesto in cosa consistesse l'idroformatura, ma mi sembra di aver capito che è un processo applicabile solo ad alcuni tipi di materiale no?

è applicabile a tutti i metalli con determinato rapporto tra resistenza a trazione e deformazione, ovvero con buona duttilità.