Nel caso specifico della trafilatura di fili metallici, il semilavorato di partenza è costituito da una barra a sezione circolare con diametro 5-12 mm, detta vergella o bordione, ottenuta mediante laminazione a caldo. Con la trafilatura il diametro iniziale viene gradualmente ridotto, fino a ottenere fili di diametro molto piccolo (anche inferiore a 0,02 mm). Gli utensili impiegati nella trafilatura sono detti trafile o filiere e sono costituiti da anelli aventi un foro con un tratto conico iniziale (entro cui si realizza la riduzione di diametro) e un tratto cilindrico di calibratura, per assicurare le tolleranze dimensionali richieste al trafilato. Lo sforzo di trafilatura necessario all’operazione non deve superare la tensione di rottura del filo; pertanto, anche in considerazione del fatto che la riduzione di sezione percentuale non deve superare il 20%, è necessario ripartire la riduzione complessiva su più filiere disposte in serie. Inoltre, per ridurre le resistenze dovute all’attrito nel contatto tra filo e filiera, la lavorazione viene eseguita utilizzando lubrificanti solidi, oppure liquidi.
Nella fabbricazione di tubi senza saldatura la trafilatura segue una precedente fase di estrusione o di laminazione a caldo, con cui si ottiene la forma tubolare a partire da una barra a sezione piena. I principali metodi di trafilatura dei tubi sono: libera, con spina fissa, con spina flottante, con mandrino mobile. Con il primo metodo, poiché il tubo non è vincolato verso l’interno, la riduzione di spessore è molto piccola e la superficie interna risulta essere alquanto irregolare; negli altri casi la riduzione di spessore è definita e la qualità della superficie è assicurata dalla presenza della spina o del mandrino.
Nella lavorazione delle materie plastiche, nella foggiatura dei prodotti ceramici, nella fabbricazione della gomma è detto impropriamente trafilatura il processo di estrusione che, sfruttando la plasticità dei materiali stessi sia a freddo sia a temperature più elevate, fa loro acquistare forme allungate (tubazioni, profilati ecc.) facendoli passare per compressione attraverso una trafila.
Il processo di trafilatura
Nella lavorazione di trafilatura il filo subisce dei passaggi forzati attraverso delle matrici (filiere) con dei fori di diametro progressivamente decrescente che ne riducono la sezione.
Il volume del filo rimane costante dal momento che la trafilatura è un processo senza asportazione di materiale; con la riduzione diametrale ottengo l'incremento della sua lunghezza.
Il filo da lavorare viene fatto passare attraverso la prima filiera dopo aver subito una riduzione all'estremità da infilare. Tale estremità è resa conica da un'operazione di swagging (formatura a martellamento rotante) oppure, nel caso di microfili, da una rottura a trazione in corrispondenza della zona di strizione. Dopo il passaggio nella prima filiera, segue l'analogo inserimento in tutte le filiere successive.
I fili sono divisi in quattro categorie in base al loro diametro d:
- Vergelle, aventi diametro 5 mm <= d < 8 mm;
- Intermedi, con 1 mm <= d < 5 mm;
- Sottili, con 0.15 mm <= d < 1 mm;
- Capillari, con d < 0.15 mm.
Più in generale i microfili hanno un diametro d di pochi micrometri. I fili più fini realizzati in Europa presentano un diametro di 6 µm, sono in lega d'oro e vengono impiegati in componenti elettronici; nella produzione industriale di massa i fili più sottili sono in rame ed hanno un diametro di 10 µm.
Per una trafilatura ottimale con una buona finitura ed accuratezza dimensionale nei fili, bisogna selezionare accuratamente i parametri di processo, progettare adeguatamente il profilo delle filiere ed il loro angolo, scegliere la riduzione per passo, il lubrificante e i materiali delle matrici e delle attrezzature.
Il rapporto di riduzione ottimale per passo è inferiore a quello ideale ed è compreso tra il 10% e il 45%.
L'angolo e la riduzione per passo ideali si riducono, oltre che per la lavorazione di materiali duri, anche per la produzione di microfili al fine di evitare una cattiva finitura superficiale, maggiori difficoltà di lubrificazione e la possibile rottura. Quindi per ottenere il diametro desiderato si deve incrementare il numero di passaggi progressivi.
Per ridurre una vergella di 8 mm ad un filo di 2 mm di diametro si operano una decina di passaggi attraverso filiere decrescenti. Invece per passare da un filo di 2 mm ad uno sottile di 0,2 mm di diametro sono necessari una ventina di passaggi, da un filo di 1 mm ad uno capillare di 0.1 mm una trentina.
Il filo è trainato da un cabestano finale e da più anelli di tiro posti tra una filiera e l'altra e compie due o tre giri attorno ad ogni anello di tiro in rotazione per diminuire la tensione di trafilatura. Nel tratto che va da una filiera all'altra, il filo è in trazione prima dell'anello e a riposo tra l'anello e la filiera successiva.
Grazie al moto degli anelli di tiro è possibile applicare la tensione back spiegata precedentemente.
Il cabestano finale è collocato dopo l'ultima filiera all'esterno della macchina trafilatrice. Solitamente la velocità del cabestano di tiro è regolata in modo tale da avere uno slittamento sugli anelli di tiro i quali trasmettono la tensione di trafilatura. La velocità del cabestano è al massimo di 30 m/s per i fili sottili e capillari mentre arriva a 50 m/s per i fili con un diametro maggiore.
La temperatura del filo aumenta durante la lavorazione a causa dell'attrito, dello slittamento sugli anelli e dell'elevata velocità a cui viene trafilato.
L'uso di un lubrificante adeguato è indispensabile per ridurre l'attrito, per attenuare il riscaldamento del filo, per diminuire l'usura delle filiere e per evitare l'asportazione di materiale o del rivestimento dal filo.
In seguito ai molteplici passi di trafilatura, il filo incrudito subisce una ricottura per ripristinare le proprietà meccaniche ed elettriche di partenza.
I fili in acciaio per le corde degli strumenti musicali e le molle sono gli unici ad essere sottoposti a trattamenti a caldo prima e dopo la lavorazione.
Dopo la ricottura avviene un raffreddamento in emulsione, seguito da un'asciugatura ad aria che predispone il filo alla bobinatura.
Il bobinatore avvolge un filo o più fili insieme formando le bobine. Un ballerino/sensitivo pneumatico o a peso si muove regolando la velocità di avvolgimento della bobina per mantenere la tensione del filo costante. L'unico parametro monitorato in questa fase è la tensione del filo controllata con un tensimetro. Per calcolare la tensione (N/mm²) di bobinatura da applicare si usa la formulaT = d² · p/4 · n°fili · k
dove d è il diametro del filo e k è una costante.
Successivamente i fili vengono sbobinati per andare a formare i cavi elettrici, le piattine per il computer, le schermature oppure per ottenere, con un'ulteriore lavorazione, molle e spirali.
Nella creazione dei cavi elettrici i fili vengono attorcigliati mentre, per realizzare delle schermature contro i disturbi elettrici, vengono disposti parallelamente (ad esempio 6-12 fili concentrici attorno a quello da schermare) o anche intrecciati (ad esempio più gruppi di 4 fili paralleli intrecciati attorno ad un cavo). I fili per tali applicazioni vengono avvolti con una bobinatura statica in bobine disposte verticalmente.
Noi abbiamo usufruito dela professionalità di una azienda di Varese che realizza trafilati in plastica di ottima fattura, ce ne siamo serviti per la nostra attività commerciale.
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