Che cos’è il calibro del metallo? Comprendere lo spessore della lamiera

Durante la piegatura della lamiera, lo spessore della lamiera è il parametro fondamentale ma essenziale. In ingegneria, lo spessore della lamiera viene indicato tramite il suo calibro metallico. Il calibro metallico non è un’unità di misura diretta né metrica né imperiale; si tratta di un sistema standardizzato basato sul peso o sullo spessore dei metalli. Comprendere la definizione di calibro metallico e le differenze di calibro tra i diversi materiali è la premessa per la scelta del processo di piegatura.

Cosa significa il calibro del metallo?

Il calibro metallico è un codice numerico utilizzato per indicare lo spessore delle lamiere metalliche. Maggiore è il numero, più sottile è la lamiera, e viceversa. Ad esempio, un calibro 10 è significativamente più spesso di un calibro 20. Tuttavia, il calibro xxx non corrisponde direttamente a nessun multiplo intero delle unità metriche o imperiali, ma richiede il riferimento alla relativa tabella standard di spessore di riferimento. Nel processo di piegatura, il valore del calibro determina direttamente la selezione dei parametri di piegatura, come il raggio di piegatura e la forza di piegatura.

Storia del sistema di calibro del metallo

L’origine del sistema di calibro metallico risale alla Gran Bretagna e al Nord America durante la Rivoluzione Industriale. Inizialmente, la definizione di calibro si basava sullo spessore corrispondente a un determinato valore di peso di una lamiera metallica, a fronte di misure definite di larghezza e lunghezza. A causa delle diverse metodologie di pesatura e dei vari tipi di metalli impiegati nelle varie fabbriche, nelle fasi iniziali emersero molteplici standard regionali. Questa mancanza di uniformità causò confusione nella progettazione durante la produzione di componenti su scala interregionale. Alla fine del 19^th secolo furono istituiti lo Standard Gauge statunitense per le lamiere e il BWG. Oggi, nella pratica ingegneristica moderna, viene ampiamente applicato lo standard ASTM, che ha eliminato le ambiguità.

Qual è l'uso del calibro del metallo?

Nel campo della produzione e dell’ingegneria, il calibro metallico assolve tre funzioni principali, ovvero:

• Definizione dello spessore
• Standardizzazione delle specifiche
• Supporto alla stima dei costi

Non è solo un’etichetta numerica, ma anche un linguaggio ingegneristico che collega la progettazione e la produzione delle lamiere metalliche.

Indica lo spessore della lamiera

Il calibro viene utilizzato per indicare lo spessore della lamiera, il che consente di evitare errori di approvvigionamento o di lavorazione dovuti a sbagli di conversione delle unità, come l’errata commistione tra pollici e millimetri.

Standardizza le specifiche

Il sistema di calibro metallico standardizza le variazioni di spessore delle lamiere provenienti da diversi produttori, sotto un’unica convenzione di numerazione. Ciò garantisce che le lastre d’acciaio con lo stesso numero di calibro, provenienti da diverse acciaierie, mantengano deviazioni di spessore entro le tolleranze industriali approvate dall’ASTM (tipicamente ±0,002 a ±0,005 pollici). Questo sistema standardizzato di calibro metallico consente ai progettisti e agli ingegneri di non dover regolare i parametri di lavorazione per ciascun fornitore, riducendo la complessità della gestione della catena di approvvigionamento e garantendo la coerenza delle parti finali.

Stima del costo

Il calibro metallico può influire direttamente sul costo dei materiali, poiché il calibro è correlato al peso e allo spessore della lamiera. Ad esempio, a parità di superficie, le lastre d’acciaio di calibro 12 sono più pesanti di quelle di calibro 16, con conseguente aumento dei costi dei materiali. Inoltre, le lamiere di calibro inferiore (più spesse) richiedono presse piegatrici di maggiore dimensione e velocità di piegatura più bassa. Tali costi possono essere stimati sulla base del valore del calibro.

Il calibro metallico è importante per la piegatura della lamiera?

Sì, il calibro del metallo ha un impatto diretto sulla piegatura della lamiera. Più spessa è la lamiera, più difficile diventa la lavorazione, poiché una lamiera più spessa richiede una forza di piegatura maggiore. Ignorare il calibro del metallo può probabilmente causare crepe, ritorno elastico eccessivo e angoli di piegatura imprecisi.

Relazione tra forza di piegatura e spessore:

F∝Spessore^2 o Spessore^3

Rispetto alle lamiere più spesse, le lamiere più sottili sono facili da piegare.

Qual è l’impatto dello spessore del metallo sulla piegatura del metallo?

Lo spessore del metallo può influenzare direttamente quattro aspetti chiave, tra cui la scelta delle tecniche di piegatura, la forza di piegatura e il controllo della precisione. Ognuno di questi viene calcolato in base allo spessore del metallo.

Determinare la scelta dei metodi di piegatura

La lamiera metallica più sottile (≤20 gauge) può essere piegata utilizzando una pressa piegatrice manuale o una pressa a scatola. Per le lamiere metalliche più spesse, come le lamiere d’acciaio da 10 gauge, è necessaria una pressa piegatrice industriale di maggiore dimensione; in questo caso si devono scegliere la piegatura a fondo o la coniazione per eseguire la piegatura. Se lo spessore del metallo viene selezionato in modo errato, il pezzo lavorato risulta facilmente soggetto a fratture.

Determina la forza di piegatura

La forza di piegatura è proporzionale al quadrato dello spessore della lamiera. Le formule ingegneristiche comuni per calcolare la forza di piegatura richiesta sono:

Piegatura ad aria o piegatura a V:

F = (k × σy × w × t^2) / V

• F  = Forza di piegatura richiesta
• k = Coefficiente
• σy = Limite di snervamento
• w  = Larghezza della lamiera
• V  = Apertura dello stampo
• T = spessore

Formula di calcolo per la piegatura a fondo:

F = σy × w × t

Influenza la precisione della piegatura

La tolleranza sullo spessore influisce direttamente sulla precisione dell’angolo di piegatura e sulle dimensioni dei lati. Le lamiere a basso spessore presentano un forte ritorno elastico, che deve essere corretto; in caso contrario, l’angolo finale potrebbe risultare inferiore. Le lamiere ad alto spessore presentano invece un ritorno elastico ridotto, ma sono facilmente influenzate dalla deformazione locale.

Al contrario, lo spessore del metallo determina l’apertura a V dello stampo o il raggio del punzone. Le lamiere spesse richiedono aperture dello stampo maggiori o raggi di piegatura più ampi; in caso contrario, sono soggette a crepe o a deviazioni angolari.

Per la piegatura di lamiere sottili, se lo stampo è troppo grande, l’angolo di piegatura risulterà insufficiente; se lo stampo è troppo piccolo, la lamiera sottile rischia di formare pieghe o di subire una piegatura eccessiva in zone localizzate.

Influenza il ritorno elastico dopo la piegatura

Il ritorno elastico significa il recupero elastico che si verifica dopo lo scarico della lamiera piegata.

Ritorno elastico e spessore:

Ritorno elastico ≈ K⋅t

I metalli più spessi (come quelli da 7 a 12 gauge) presentano una resistenza allo snervamento più elevata e angoli di ritorno elastico maggiori a raggi di piegatura relativamente più piccoli; di norma, è quindi necessaria una compensazione aggiuntiva di 2°–5°. I metalli più sottili presentano invece un ritorno elastico minore, ma sono più inclini a deformazioni. Gli ingegneri devono impostare preventivamente l’angolo di piegatura nella progettazione dello stampo in base allo spessore effettivo e alla qualità dei materiali, secondo le tabelle relative allo spessore del metallo.

Guida la scelta del raggio di piegatura

Il raggio minimo di piegatura è solitamente espresso come multiplo dello spessore della lamiera. Per una lega di alluminio da 16 Gauge (circa 1,5 mm), il raggio minimo interno di piegatura non deve essere inferiore a 1,5 mm; mentre per una lamiera più spessa da 10 Gauge (circa 3,4 mm) in acciaio ad alta resistenza, il raggio minimo potrebbe arrivare a 6,8 mm. Se il raggio di piegatura è inferiore al limite consentito dal materiale, possono comparire crepe o addirittura fratture sul lato esterno dell’angolo di piegatura.

Tabella standard di misurazione dello spessore della lamiera per la piegatura

Durante la piegatura della lamiera, la tabella standard di confronto dello spessore della lamiera funge da strumento fondamentale per la progettazione del processo. La tabella dello spessore della lamiera riportata di seguito è organizzata secondo lo Standard Gauge statunitense.

Tabella dei calibri per lamiera d'acciaio

Questa tabella viene utilizzata per la verifica dello spessore dell’acciaio al carbonio, come l’acciaio a basso tenore di carbonio, SPCC, Q235 e così via. Quando si piegano questi acciai, gli ingegneri devono scegliere l’apertura a V dello stampo in base alla tabella sottostante. In genere, l’apertura a V dello stampo viene selezionata pari a circa 8 volte lo spessore del materiale.

Tabella dei calibri per acciaio inox

La resistenza dell’acciaio inossidabile, come il 304 e il 316, è superiore a quella dell’acciaio al carbonio. Lo spessore effettivo dell’acciaio inossidabile, a parità di numero di gauge, differisce da quello dell’acciaio al carbonio. I produttori possono utilizzare questa tabella per prevenire la formazione di cricche e calcolare il ritorno elastico durante il processo di piegatura.

 Tabella dei calibri per acciaio zincato

L’acciaio zincato è un acciaio al carbonio rivestito con uno strato di zinco. Quando si piega questo tipo di acciaio, i produttori devono prestare attenzione al possibile sfaldamento dello strato di zinco negli angoli di piegatura. Si raccomanda che il raggio di piegatura non sia inferiore a 2 volte lo spessore t.

Tabella dei calibri per lamiera di alluminio

A differenza del gauge dell’acciaio, il gauge delle lamiere di alluminio è solitamente definito secondo gli standard stabiliti dall’Aluminum Association (AA). A parità di numero di gauge, le lamiere di alluminio sono più spesse rispetto alle lamiere di acciaio. Quando si piega l’alluminio, va notato che esso presenta una buona duttilità ma una resistenza inferiore, e il ritorno elastico è ridotto.

Tabella dei calibri per lamiera di rame

Il gauge del rame è definito secondo B&S. Il rame viene piegato grazie alla sua eccellente duttilità, che consente raggio di piegatura più piccolo.

Misurazione del calibro del metallo

Nell’ingegneria pratica, la misurazione dello spessore reale del gauge metallico è estremamente importante per garantire la qualità della piegatura. Un’eccessiva fiducia nel gauge standard può portare a guasti del processo causati dalle variazioni delle tolleranze dei fornitori. È necessario selezionare strumenti o metodi di misura adeguati in base ai diversi tipi di metalli per misurare lo spessore e confrontare il risultato con la tabella standard del gauge metallico.

Quando è necessario misurare il calibro del metallo?

Lo spessore del metallo deve essere misurato nelle seguenti situazioni:

1. IOC: verificare se il gauge fornito è conforme agli standard di approvvigionamento.
2. Prima della piegatura: per calibrare la tonnellaggio della pressa piegatrice e l’apertura a V dello stampo.
3. Problemi nella piegatura di lotti: quando si verificano cricche o deviazioni degli angoli, controllare se l’eccessiva variazione dello spessore ne sia la causa
4. Materiale con etichette mancanti o poco chiare: determinare lo spessore effettivo e stabilire un processo sicuro e fattibile.

Come calcolare il calibro della lamiera?

Il calcolo o la determinazione dello spessore del metallo non si effettua tramite una singola formula, bensì misurando lo spessore e consultando poi le tabelle standard per la conversione in tabella. Di seguito sono riportate le procedure operative ingegneristiche standard.

Identificare il tipo di metallo

Identificare il tipo di metallo è il primo e importante passo. Infatti, lo stesso spessore corrisponde a spessori diversi a seconda del metallo. Ad esempio, uno spessore di 1,5 mm corrisponde al calibro 16 nei calibri per acciaio al carbonio, mentre nello stesso spessore di 1,5 mm corrisponde al calibro 14 nei calibri per alluminio. Se si confonde, può portare a una selezione errata del raggio di piegatura.

Scegliere lo strumento appropriato

Selezionare strumenti di misura di precisione adeguati in base allo spessore previsto.

1. Calibro digitale o calibro a nonio: viene utilizzato per misurare spessori superiori a 0,5 mm (circa calibro 22 o superiore).
2. Micrometro: è più adatto per l’alluminio più sottile, come il calibro 30. La precisione è di circa 0,001 mm.
3. Righello d’acciaio diritto: può essere utilizzato per la misurazione, ma la precisione non è sufficiente per lastre sottili o lamiere metalliche che richiedono elevata precisione e strette tolleranze.

Misurare lo spessore

Selezionare almeno tre punti di misura sulla lamiera e misurare la distanza dal punto al bordo. Tale distanza deve essere superiore a 5 mm. Registrare i risultati delle misurazioni e calcolare la media aritmetica.

Confrontare con la tabella standard dei calibri

Confrontare lo spessore medio con la tabella di confronto dei calibri standard. Identificare il valore di spessore nominale più vicino; il relativo numero di calibro indica la specifica effettiva del materiale. Se lo spessore misurato supera l’intervallo di tolleranza standard, il materiale è considerato non conforme.

Come scegliere il calibro metallico appropriato per la piegatura?

La scelta del calibro metallico appropriato per la piegatura richiede una considerazione complessiva di quattro parametri ingegneristici:

1. Tipo di materiale
2. Proprietà del materiale
3. Raggio di piegatura
4. Capacità di lavorazione

Considerare il tipo di metallo

La diversa formabilità dei vari metalli determina la loro piegabilità a parità di calibro. Per gli acciai basso legati ad alta resistenza, bisogna scegliere calibri più sottili per ridurre le forze di piegatura e prevenire la formazione di cricche. Per l’alluminio puro o il rame ricotto, invece, si possono scegliere calibri relativamente più spessi per piegature complesse, grazie alla loro buona duttilità.

Determinare la resistenza richiesta

Selezionare lo spessore della lamiera in base ai requisiti di carico dei componenti lavorati. Per quanto riguarda i pannelli o le coperture, uno spessore di 20–22 gauge è sufficiente. Per i supporti che devono sostenere un carico fino a 50 kg, si raccomanda vivamente l’uso di acciaio a basso tenore di carbonio di 16 gauge. Lamiera d’acciaio di 12 gauge o più spessa è adatta per i componenti strutturali con una capacità di carico superiore a 100 kg. Talvolta, è preferibile evitare l’uso di lamiere molto spesse, poiché ciò può facilmente aumentare i costi non necessari.

Valutare il raggio di piegatura

Il raggio di piegatura interno specificato nei disegni di progetto delle parti limita direttamente la gamma di scelta dei gauge. Se il raggio interno minimo è progettato a 1 mm, lo spessore effettivo t corrispondente al gauge selezionato deve soddisfare R ≥ 1×t oppure R ≥ 2×t.

Valutare la capacità di piegatura

Infine, è necessario valutare la capacità delle attrezzature di piegatura esistenti nell’officina. Consultare la tabella delle tonnellate della pressa piegatrice per verificare se la forza di piegatura richiesta per il gauge e la lunghezza di piegatura specificati rientra entro l’intervallo 80–100% della pressione nominale dell’attrezzatura. Ad esempio, una pressa piegatrice da 100 tonnellate può gestire facilmente lamiere d’acciaio di 16 gauge (1,5 mm) lunghe 3 metri, ma piegare la stessa lunghezza di lamiere di 10 gauge (3,4 mm) potrebbe richiedere oltre 120 tonnellate di forza, superando così la capacità dell’attrezzatura.

Conclusione

Il gauge del metallo è il parametro fondamentale che collega la progettazione delle parti, l’approvvigionamento dei materiali e i processi di piegatura. Non si tratta di un valore diretto dello spessore, bensì di un sistema di numerazione basato su standard storici. È importante sottolineare che lo spessore del gauge varia a seconda del tipo di metallo. Durante la piegatura delle lamiere metalliche, il gauge del metallo determina la scelta delle tecniche di piegatura, la forza di piegatura, la precisione e il raggio minimo di piegatura. Gli ingegneri possono scegliere le tecniche di piegatura in base alle tabelle standardizzate dei gauge.

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