Perché l'acciaio trafilato a freddo è ampiamente utilizzato nella produzione di macchine per l'edilizia?

Precisione dimensionale e finitura superficiale: il vantaggio dell'acciaio trafilato a freddo per assemblaggi ad alta affidabilità

Nessuna necessità di aggiustamenti di montaggio per cilindri idraulici e bracci di sollevamento grazie alle tolleranze di ±0,05 mm

Una caratteristica fondamentale dell'acciaio laminato a freddo è la precisione fino a ±0,05 mm. Ciò significa che componenti come le bielle del braccio e i cilindri idraulici possono essere assemblati facilmente senza ulteriori lavorazioni meccaniche. Questa precisione elimina inoltre le regolazioni di montaggio normalmente necessarie, consentendo di risparmiare circa il 15–20% del tempo impiegato per l’assemblaggio delle macchine movimento terra. Quando le aste dei cilindri e i perni delle bielle rientrano negli stessi campi dimensionali, le guarnizioni si posizionano correttamente e non è consentita alcuna fuoriuscita di fluido idraulico attraverso le superfici della guarnizione a 5.000 psi. Anche i punti di rotazione del braccio risultano più concentrici e distribuiscono il carico in modo uniforme sui cuscinetti, prevenendo così un’usura rapida dei cuscinetti dovuta a carichi irregolari ridotti. I vantaggi dell’acciaio laminato a freddo si contrappongono a quelli dell’acciaio laminato a caldo. I componenti laminati a caldo sono tipicamente di qualità così scadente che i produttori devono sottoporli a rettifica o a lucidatura. La laminazione a freddo è un processo unico perché è l’unico metodo eseguibile a temperatura ambiente: i grani metallici vengono semplicemente spostati nella posizione desiderata, senza ricorrere alle deformazioni tipiche dei trattamenti termici.

Le superfici ottenute a freddo garantiscono una maggiore durata per aste e boccole: (la vita utile dei componenti scorrevoli, ad esempio aste di guida e boccole, aumenta grazie alla finitura superficiale liscia dei prodotti laminati a freddo (Ra ≤ 0,8 µm) e subiscono un’usura superficiale ridotta proprio a causa di tale finitura liscia)

Oltre al contributo della finitura superficiale alla resistenza all’usura delle superfici a contatto scorrevole, ad esempio guarnizioni, si ottiene una riduzione dell’attrito (aste di guida) e una minore usura delle boccole, prolungandone così la vita in condizioni operative estreme (boccole con finitura superficiale inferiore a 0,8 µm hanno una durata tripla rispetto a quelle con finitura superficiale superiore a 0,8 µm), nei componenti meccanici soggetti a cicli ripetuti di escavatori, ovvero nelle cerniere del braccio, dove una finitura superficiale inferiore a 5 micron è assolutamente indispensabile per garantire un funzionamento regolare.

I tubi per braccio a trazione a freddo hanno accumulato più di 10.000 ore di funzionamento sul campo, mentre i tubi per braccio telescopico a trazione a freddo hanno durato quasi 2,3 volte in più rispetto ai tubi per braccio lavorati meccanicamente nei test sul campo. Perché vi è una differenza così marcata nei tassi di usura? La superficie indurita per deformazione a freddo dei tubi per braccio a trazione a freddo è circa il 25% più dura rispetto al materiale grezzo dei tubi per braccio.

Vantaggi della trafilatura a freddo: maggiore resistenza, durezza e resistenza alla fatica

L’indurimento per deformazione a freddo aumenta la resistenza allo snervamento del 40% rispetto all’acciaio laminato a caldo; ciò è fondamentale per alberi e perni portanti

Il processo di trafilatura a freddo modifica la struttura interna dell'acciaio, a livello microscopico, generando una pressione controllata che deforma plasticamente l'acciaio. Questo processo conferisce inoltre all'acciaio una maggiore resistenza rispetto all'acciaio laminato a caldo, consentendo un incremento della resistenza allo snervamento compreso tra il 20% e il 40%. Tale resistenza è fondamentale nella produzione di alberi idraulici e perni di rotazione. Il processo di trafilatura a freddo genera inoltre dislocazioni interne e, pur mantenendo le stesse dimensioni del materiale, ne accresce la resistenza. I materiali sottoposti a trafilatura a freddo presentano le seguenti caratteristiche: resistenza alla deformazione permanente flessionale, migliore resistenza all'usura e all'attrito, nonché affidabilità nei sistemi idraulici di braccio telescopico e nei sistemi di telaio. La maggiore resistenza offerta dai materiali trafilati a freddo consente inoltre agli ingegneri di progettare componenti più leggeri senza compromettere la sicurezza. Ciò risulta particolarmente importante nei sistemi in cui i componenti sono progettati per cedere in modo controllato.

Bilanciare duttilità e resistenza: rapporti ottimali di riduzione a freddo per applicazioni pesanti come gli alberi pignone

Raggiungere il giusto equilibrio tra duttilità e resistenza dipende dall'ottimizzazione del processo di riduzione a freddo. L'acciaio da costruzione è ideale per un processo di riduzione a freddo compreso tra il 15% e il 30%. Un valore superiore può rendere l'acciaio fragile e soggetto a crepe sotto sollecitazione; un valore inferiore lascia l'acciaio privo della resistenza necessaria per sopportare carichi elevati. Durante la lavorazione degli alberi pignone per la trasmissione della coppia negli escavatori con trasmissione oscillante, è necessaria una lavorazione adeguata per ottenere una resistenza alla fatica di 500 MPa per 10 milioni di cicli, conformemente al normale test su trave rotante. Richiediamo inoltre una tenacità all’urto compresa tra 40 e 60 joule a -20 °C, per evitare problemi legati agli urti a basse temperature. Puntiamo inoltre a un’indurimento uniforme su tutto il materiale. Per acciai resistenti, la differenza massima di durezza tra i due lati di una sezione trasversale non deve superare i 5 HRC. Tutti i criteri citati consentono al componente di resistere agli shock generati dalle operazioni di scavo degli escavatori ed evitare la formazione di crepe. Test sul campo accurati hanno dimostrato che questo approccio rappresenta un vero e proprio punto di svolta, estendendo gli intervalli di manutenzione richiesti del 30% rispetto ai componenti standard formati a caldo. Principali applicazioni dell’acciaio trafilato a freddo nei sistemi di macchine per l’edilizia

Parti strutturali e rotanti: perni del cestello, assi dei rulli della catena, tubi del braccio telescopico e mozzi di sterzo

L'acciaio laminato a freddo è utilizzato per quasi tutti i componenti delle macchine edili perché è dimensionalmente stabile e resiste meglio alla fatica rispetto ad altri materiali. Ad esempio, i perni dei caricabotti subiscono cicli di sollecitazione ambientale estremamente intensi. Anche i perni richiedono una durezza superficiale di almeno 45 HRC. Per gli assi dei rulli di scorrimento, i produttori richiedono sezioni trasversali costanti e tolleranze di 0,05 mm, in modo che tutti i componenti siano allineati in modo ottimale anche su terreni accidentati. La microstruttura indurita per deformazione, formata durante il processo di trafilatura a freddo, aumenta la resistenza dei tubi per bracci telescopici, consentendo loro di sopportare la pressione media di collasso idraulico. Anche le teste di sterzo devono presentare una resistenza a snervamento del 20–40 % superiore rispetto a quella dell’acciaio laminato a caldo standard, per resistere alle forze torsionali applicate sul perno. Nel complesso, maggiore è l'affidabilità dei componenti, minore è la probabilità che la macchina subisca un guasto. In effetti, le boccole indurite impiegate in numerosi giunti durano circa il 30 % in più rispetto agli intervalli operativi medi, riducendo quindi i costi complessivi di manutenzione e di fermo macchina.

Vantaggi in termini di costo ed efficienza: come l'acciaio trafilato a freddo riduce i costi di lavorazione meccanica e di assistenza sul campo

L'acciaio trafilato a freddo consente di risparmiare denaro sia nella produzione sia sul campo, durante il funzionamento delle macchine. Poiché il materiale è già prossimo alla sua forma finale, è necessario eseguire meno lavorazioni successive e le superfici risultano lisce con una rugosità Ra pari a 0,8 micrometri, valore migliore rispetto ai 1,6 micrometri comunemente indicati. Questa finitura riduce i tempi di lavorazione meccanica del 15–30% rispetto all’acciaio laminato a caldo standard. I produttori che lavorano componenti come aste idrauliche o alberi di rotazione non dovranno più eseguire tornitura di sgrossatura né più passaggi di rettifica. Una minore rettifica comporta un minor consumo di energia elettrica e un minore usura degli utensili.

I profili trafilati a freddo presentano un'elevata efficienza produttiva, documentata da una riduzione del 22% del numero di parti scartate nella produzione di componenti con tolleranze di circa ±0,05 mm. I componenti in acciaio delle macchine in produzione che utilizzano un elevato livello di acciaio trafilato a freddo, come ad esempio i perni di grande dimensione del braccio telescopico, mostrano una minore incidenza di guasti; un rapporto indica una diminuzione del 40% della frequenza di guasti prematuri. Qual è la causa di questo fenomeno? Durante il processo di trafilatura a freddo la struttura microscopica dell'acciaio subisce una modifica, determinando un aumento della resistenza alla deformazione plastica quando il materiale è sottoposto a carichi ciclici. Questi miglioramenti si traducono in minori spese per i ricambi, con conseguente aumento dell'efficienza dei costi operativi della macchina.

Domande più frequenti

Quali sono i vantaggi dell'acciaio trafilato a freddo?

L'acciaio trafilato a freddo offre elevata resistenza e durezza, nonché una migliore lavorabilità, grazie a tempi di lavorazione ridotti, minori scarti e finitura superficiale superiore, che comporta una riduzione dell'attrito.

In che modo l'acciaio trafilato a freddo beneficia i cilindri idraulici e i bracci di sollevamento?

L'acciaio trafilato a freddo migliora l'affidabilità e la durata dei cilindri idraulici e dei bracci di sollevamento eliminando la necessità di aggiustamenti di montaggio e garantendo un migliore accoppiamento tra le guarnizioni idrauliche e i cuscinetti dei bracci di sollevamento.

Qual è l'importanza della finitura superficiale negli elementi scorrevoli?

La finitura superficiale migliora la durata di impiego di aste di guida, boccole e altri componenti soggetti ad usura riducendo l'attrito di scorrimento, il che diminuisce anche la probabilità di concentrazioni di tensione che potrebbero portare a rottura strutturale.

Qual è il vantaggio dell'incrudimento a freddo sull'acciaio?

Grazie all'incrudimento a freddo, la resistenza a snervamento dell'acciaio aumenta del 20-40%, consentendo ai componenti in acciaio di sopportare carichi maggiori, condizioni di utilizzo più gravose e una maggiore durata operativa in applicazioni con deformazione statica e dinamica.

Dove viene utilizzato l'acciaio trafilato a freddo nelle macchine per l'edilizia?

Grazie alla costruzione superiore e alla resistenza alla fatica dell'acciaio trafilato a freddo, questo materiale viene utilizzato in elementi strutturali statici e mobili, come perni di secchio, perni di assale, tubi per segmenti di braccio e mozzi di sterzo.