Lavorazione metalli: fasi, macchinari utilizzati ed esempi di applicazioni pratiche

La lavorazione dei metalli è stato uno dei primi processi utilizzati nel progresso della storia umana, già da tempi piuttosto antichi, ed ha subito un notevole sviluppo nel corso del tempo.

Al giorno d’oggi, la lavorazione dei metalli è una parte fondamentale della produzione industriale, con un ampio impiego in svariati settori quali quello dell’automotive, dell’aeronautica, dell’edilizia e molte altre.

Introduzione alla lavorazione dei metalli

La tecnica di lavorazione dei metalli prende il nome di metallurgia. Spesso si fa confusione tra metallurgia e siderurgia ma, mentre la prima è la lavorazione di tutti i tipi di metalli, la seconda si occupa solo ed esclusivamente di acciaio o di leghe metalliche a base di ferro.

I metalli maggiormente utilizzati nella lavorazione industriale sono l’acciaio, l’alluminio, il rame, il titanio e il ferro. Questi metalli vengono utilizzati in diverse forme e spessori a seconda delle esigenze del prodotto finale.

La lavorazione dei metalli prevede l’utilizzo di attrezzature specifiche e di tecniche avanzate che consentono di trasformare il materiale in prodotti finiti o semilavorati attraverso diverse fasi di lavorazione. In questo articolo approfondiremo i processi di lavorazione dei metalli, le macchine utilizzate e le applicazioni della lavorazione dei metalli nelle diverse industrie.

Questo processo industriale ha indubbiamente un vasto utilizzo ed il suo sviluppo è previsto in constante crescita. Secondo una ricerca di mercato condotta dal rapporto “Global Metalworking Fluids Market Analysis 2019-2028“, infatti, il mercato dei fluidi per la lavorazione dei metalli ha raggiunto un valore di circa 10,3 miliardi di dollari nel 2019 e si prevede che raggiungerà i 15,2 miliardi di dollari entro il 2028. Ciò indica l’importanza della lavorazione dei metalli nell’industria manifatturiera.

Il processo di lavorazione dei metalli

La lavorazione dei metalli prevede molteplici fasi per trasformare il materiale in prodotti finiti o semilavorati, che possono variare a seconda del settore preso in considerazione.

• Taglio: questo processo permette di separare il materiale in parti di diverse dimensioni e forme utilizzando strumenti da taglio come lame, seghe, fresa o laser; il taglio laser è un processo di lavorazione dei metalli sempre più utilizzato grazie alla sua elevata precisione.
• Piegatura: grazie a questa fase, è possibile curvare il materiale in diverse forme e dimensioni utilizzando macchine piegatrici apposite. Questo processo è essenziale per la produzione di parti meccaniche, come ad esempio le lamiere per la carrozzeria delle auto.
• Foratura: come dice il nome stesso, questo processo è utilizzato per creare fori di diverse dimensioni, utili per l’assemblaggio di pezzi differenti; si pratica tramite attrezzature come trapani, punte o frese.
• Fresatura: consente di ottenere parti di diverse forme utilizzando attrezzi rotanti, dette appunto frese, per rimuovere il materiale in eccesso. Questo processo è spesso utilizzato per la produzione di parti di precisione.
• Levigatura: in questa fase, si lavora sulla rifinitura del metallo, andando a rendere liscia ed uniforme la superficie del materiale; gli strumenti usati nel processo sono carta vetrata o altri strumenti abrasivi.
• Saldatura: è solitamente la fase finale, e consiste nell’unire i pezzi di metallo surriscaldandoli fino a fonderli, permettendo così l’assemblaggio di parti differenti e creando forme e strutture più complesse.

Questi sono i principali processi che vengono utilizzati durante la lavorazione del metallo in diverse industrie.

Alle fasi sopra elencate, possono essere aggiunte altre lavorazioni a seconda delle esigenze specifiche del prodotto o del settore. Tra queste, ricordiamo la punzonatura, la pressatura, la sabbiatura, la verniciatura e molti altri ancora.

Saldatura dei metalli

Macchinari per lavorare i metalli

Per passare attraverso le fasi descritte nel capitolo precedente, il processo di lavorazione dei metalli utilizza specifici macchinari adatti a espletare determinate funzioni.

Anche in questo caso, elenchiamo i macchinari maggiormente utilizzati, ma i campi di applicazione, e di conseguenza le macchine usate, sono potenzialmente molto ampi e differenti da settore a settore.

• Presse: sono macchinari utilizzati per lavorare i metalli tramite la deformazione plastica; applicando una notevole pressione al materiale, si riesce infatti a deformarlo e plasmarlo secondo l’utilizzo di destinazione. I principali tipi di presse utilizzate sono:
  • Presse meccaniche: la funzione di pressione è attivata da un meccanicamente tramite un motore elettrico;
  • Presse idrauliche: la pressione è esercitata tramite lo scorrimento nella pressa di un fluido idrodinamico ed aziona un pistone che spinge una piastra contro il materiale da pressare;
  • Presse idroformatrici: simili alla precedente, ma è l’acqua ad alta pressione che agisce direttamente sull’oggetto deformandolo.
• Torni: consistono in una macchina utensile utilizzata per la produzione di parti metalliche di forma cilindrica; il principio di funzionamento del tornio si basa sulla rotazione del pezzo da lavorare attorno ad un asse centrale, mentre uno o più utensili di taglio rimuovono il materiale in eccesso.
• Frese: anch’esse vengono utilizzate per lavorare metalli eliminando il materiale in eccesso; a differenza dei torni, che sono utilizzati per la produzione di parti di forma cilindrica, le frese sono utilizzate per la realizzazione di parti di forma piatta o a forma complessa.
• Trapani: vengono utilizzati per praticare fori sul materiale metallico; consistono in una macchina utensile che utilizza una punta di trapano rotante per creare fori nel materiale.
• Segatrici: consistono in una macchina utensile utilizzata per la produzione di parti metalliche di forma rettilinea o angolare attraverso il taglio di materiali in lastre o profilati; possono avere una lama a nastro oppure circolare.
• Saldatrici: permettono di unire diversi parti di metallo tramite la fusione del materiale; le saldatrici a filo sono macchinari che utilizzano un filo di metallo per effettuare la saldatura, mentre le saldatrici ad arco utilizzano un elettrodo per creare una corrente elettrica in grado di effettuare la saldatura.

Altri tipi di macchinari utilizzati per lavorare il metallo possono essere piegatrici, cesoiatrici ed altri ancora.

Sega circolare per taglio metallo

Principali metalli utilizzati

Diversi tipi di metalli richiedono diversi tipi di lavorazione. Ogni metallo ha poi specifiche caratteristiche fisico-chimiche che lo rendono o meno adatto all’utilizzo in un determinato settore.

Tra i metalli che vengono maggiormente lavorati per la produzione industriale si possono citare il ferro, l’acciaio, l’alluminio, il rame, il bronzo e il titanio.

• Ferro: è uno dei metalli più utilizzati, grazie alla sua disponibilità e alle sue proprietà fisiche; è un materiale relativamente economico e resistente, ma ha una scarsa resistenza alla corrosione. Viene comunque utilizzato in molte applicazioni industriali, come nella produzione di parti per macchinari, veicoli, costruzioni, elettroutensili e nella realizzazione di parti per la carpenteria metallica, come ringhiere, cancelli e porte.
• Acciaio: è uno dei metalli più comunemente utilizzato nella produzione di lavorati; è una lega di ferro e carbonio, con quantità variabili di altri elementi come nichel, cromo e manganese, che gli conferiscono resistenza alla corrosione e durezza. L’acciaio inox (inossidabile) invece, è una lega di ferro, cromo e altri elementi come nichel, molibdeno e titanio. Ha una maggiore resistenza alla corrosione rispetto all’acciaio comune, grazie alla presenza di cromo, che forma uno strato protettivo sulla superficie dell’acciaio. L’acciaio inossidabile viene utilizzato in molte applicazioni che richiedono una maggiore resistenza alla corrosione, come nella produzione di parti per l’industria chimica, il settore alimentare e medicale.
• Alluminio: è un metallo leggero e resistente alla corrosione, ed è utilizzato in particolare per la produzione di parti per aeromobili, veicoli, imballaggi e molte altre applicazioni industriali. L’alluminio ha un’alta resistenza alla trazione e una bassa densità, il che lo rende adatto per parti che richiedono leggerezza e resistenza.
• Rame: ha eccellenti proprietà elettriche e di conduzione del calore. Viene utilizzato in molte applicazioni, tra cui la produzione di cavi elettrici, parti per motori elettrici e parti per la produzione di monete.
• Bronzo: è una lega di rame e altri metalli, come lo stagno e il piombo, che gli conferiscono una maggiore resistenza e durezza rispetto al rame puro. Viene utilizzato per la produzione di parti per macchine, parti per strumenti musicali ed elementi di architettura ed interior design.
• Titanio: è leggero e resistente, ed è utilizzato in molte applicazioni ad alta resistenza, come parti per aeromobili, protesi mediche e parti per biciclette ad alte prestazioni.

Il titanio abbina buone qualità di leggerezza e resistenza

Settori di applicazione

Tutte le fasi ed i macchinari descritti nei capitoli precedenti, permettono di lavorare il metallo in diverse modalità, e creare prodotti finiti o parti per una vasta gamma di prodotti industriali in molteplici settori.

• Industria automobilistica: sarebbe superfluo specificare che buona parte dei componenti utilizzati nella produzione di un’automobile, soprattutto quelle esterne, sono composte di metallo; la carrozzeria, il motore, il sistema di trasmissione ed altri elementi provengono dalla lavorazione dei metalli; in particolare le parti interne del motore, quali pistoni, bielle, ed alberi a camme, sono composte interamente di metallo.
• Aerospaziale: la maggior parte dei mezzi di trasporto aerei ed aerospaziali, prevede grandi quantità di elementi derivati dalla lavorazione dei metalli; sono presenti molte parti che richiedono elevate prestazioni meccaniche e una grande resistenza alla corrosione, in quanto gli aeromobili sono sottoposti a stress meccanici elevati e a condizioni ambientali molto diverse. Tra i materiali metallici comunemente utilizzati nell’industria aerospaziale ci sono leghe di alluminio, titanio e acciai inossidabili. L’alluminio viene spesso utilizzato per parti a basso carico come la fusoliera dell’aereo, mentre il titanio viene impiegato per parti ad alta resistenza come le ali e le parti del motore.
• Elettronica: in questa industria, una grande quantità di componenti è formata da metalli o suoi composti; chip, condensatori, resistenze ed altri componenti elettronici, utilizzati in informatica e non solo, sono composti interamente di metallo.
• Architettura e design: anche in questo settore, l’utilizzo del metallo è utilizzato su ampia scala; basti pensare ad elementi decorativi come ringhiere, cancelli, lampioni ed altro ancora. Travi ed altri elementi architettonici di sostegno sono spesso realizzati in acciaio.
• Carpenteria metallica: la realizzazione di strutture portanti, soppalchi industriali, pavimentazioni metalliche, scale, griglie e serramenti, è derivata prevalentemente dalla lavorazione dell’acciaio inox, il materiale più utilizzato in questo settore.
• Energia rinnovabile: i metalli sono utilizzati anche nella produzione di componenti per l’industria dell’energia rinnovabile, come turbine eoliche e pannelli solari. Ad esempio, le pale presenti all’interno di un impianto eolico sono realizzate spesso in materiale metallico, spesso acciaio zincato.

Recentemente, la lavorazione dei metalli sta assumendo un ruolo sempre più importante nella produzione di componenti per la produzione di veicoli elettrici, come batterie, motori e sistemi di ricarica.

Un altro esempio recente riguarda la produzione di parti di ventilatori elettrici utilizzati nei sistemi di ventilazione per l’industria sanitaria durante la pandemia di COVID-19. La lavorazione dei metalli è stata fondamentale per la produzione di questi ventilatori.

In sintesi, la lavorazione dei metalli è utilizzata in una vasta gamma di applicazioni industriali, dall’industria automobilistica all’energia rinnovabile, dall’elettronica all’architettura e design. La continua evoluzione tecnologica e la necessità di produrre componenti sempre più sofisticati sta spingendo la ricerca e lo sviluppo di nuovi macchinari e tecniche di lavorazione dei metalli sempre più avanzati, che consentono di ottenere prodotti di alta qualità e con elevate prestazioni.

L’industria aerospaziale fa ampio utilizzo di metalli per la produzione dei suoi componenti

Conclusioni

La lavorazione dei metalli è dunque un processo fondamentale per la produzione di una vasta gamma di prodotti industriali, e la continua evoluzione tecnologica e la necessità di produrre componenti sempre più sofisticati stanno spingendo la ricerca e lo sviluppo di nuovi macchinari e tecniche di lavorazione dei metalli sempre più avanzati.

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