FORGIATRICE

FORGIATRICE (fr. machine à forger; sp. prensa de forjar; ted. Schmiedemaschine; ingl. Forging machine)

La forgiatrice è un tipo di pressa orizzontale ad azionamento meccanico che opera la fucinatura di pezzi di piccole e medie dimensioni, ricavati da barre per lo più tonde aventi diametro massimo fino a cm. 15 circa, mentre i pezzi di maggiori dimensioni vengono fucinati a mezzo di magli e presse verticali. I diversi modelli di forgiatrice attualmente in uso si differenziano soltanto fra loro in alcuni particolari costruttivi, ma hanno tutti in comune gli organi fondamentali costituiti da due matrici che serrano lateralmente la barra rovente da fucinare e uno stampo orizzontale che la comprime dall'estremità anteriore. A 1000 ÷ 1200 gradi il ferro presenta una grande malleabilità e la parte di barra racchiusa nella cavità formata dalle matrici, sotto la spinta del punzone che la ricalca, rifluisce nello spazio disponibile riempiendolo ed assumendo l'esatta forma dell'impronta. Poiché queste azioni di compressione si esercitano secondo movimenti orizzontali, la pressa si chiama "forgiatrice orizzontale".

Il corpo principale della forgiatrice è costituito da un robusto banco formato da un unico getto di ghisa o, più raramente, in acciaio. Nei tipi in ghisa, per contrastare agl'importanti sforzi di tensione interna a cui l'incastellatura è soggetta, sono applicati superiormente dei bulloni tiranti in acciaio, longitudinali e talvolta anche trasversali. La parte anteriore della forgiatrice presenta un'apertura per l'introduzione, in senso orizzontale, della punta della barra da fucinare. Nelle presse di maggiori dimensioni, per facilitare la manovra delle barre di peso elevato, in corrispondenza dell'imbocco frontale è situata una piccola gru. In fondo all'apertura si affacciano lateralmente le matrici. Generalmente è la sola parte sinistra che si sposta per esercitare l'azione di serraggio, mentre la matrice destra resta fissa; in alcuni casi però, quando il ferro finito presenta notevoli sporgenze, tali da renderne difficile l'estrazione, limitando così la massima dimensione trasversale dei pezzi che possono essere fucinati, allora anche la matrice destra viene resa spostabile.

Durante l'operazione di fucinatura, la matrice sinistra preme fortemente per tener serrato il ferro e impedirne il rinculo, mentre la matrice destra viene tenuta fissa contro la prima da una coppia di leve articolate contrastanti di punta. All'atto dell'estrazione del ferro, mentre la matrice sinistra si ritrae automaticamente, quella destra viene fatta spostare manovrando a mano il congegno di chiusura delle leve, costituito per lo più da un settore dentato mosso con demoltiplica. In qualche caso anche l'apertura della matrice destra viene comandata automaticamente, ma ciò comporta notevoli complicazioni meccaniche, quindi il comando a mano è quello più comunemente usato. Nelle forgiatrici maggiori la manovra di apertura e di chiusura è effettuata con dispositivo pneumatico.

Le matrici o stampi, sono costituite da blocchi di acciaio di elevata durezza, assicurate con bulloni e cavallotti (bride) contro le corrispondenti ganasce esercitanti lo sforzo di compressione. Ogni tipo di pezzo da fucinare richiede la propria serie di matrici, le quali con semplice e rapida manovra possono venire cambiate passando così dalla fucinatura di un determinato pezzo a quella di un altro differente. Alcuni tipi di matrici, nelle fucinatrici di maggiore potenza, recano diverse serie d' impronte sulle varie facce, in modo da poter essere più a lungo utilizzate.

Non sempre l'operazione di fucinatura può venir compiuta in una sola fase. Alcuni pezzi presentano parti molto sporgenti o richiedono importanti spostamenti di materiale che non potrebbero ottenersi in una sola compressione. Allora l'operazione si compie in diverse fasi, generalmente però non oltre quattro. Le matrici recano, in tal caso, più impronte adiacenti, ciascuna delle quali rappresenta uno stadio preparatorio per la seguente. Il pezzo viene sbozzato passandolo successivamente nelle diverse impronte e riceve la forma definitiva soltanto nell'ultima. In qualche caso l'operazione di finitura può richiedere un ulteriore stampaggio che deve essere affidato a un maglio o a una pressa verticale; allora la forgiatrice compie soltanto il lavoro di sbozzatura. A seconda delle dimensioni del ferro e del numero delle fasi necessarie, le operazioni di fucinatura possono essere compiute con un solo riscaldo, oppure, se il ferro si raffredda, possono richiedere più riscaldi intermedî, o, al contrario, per operazioni semplici eseguite in una sola fase, basta un solo riscaldo per fucinare diversi pezzi dalla stessa barra. Natumlmente a quest'ultimo risultato tendono tutte le forgiatrici moderne, cercando di accelerare tutte le operazioni accessorie e cercando di ridurre al minimo i tempi passivi impiegati nei movimenti di chiusura a vuoto dei diversi organi.

Nella parte centrale del banco, dietro alle matrici e in senso perpendicolare alle stesse, scorre lo slittone principale a cui è affidata l'operazione di ricalcatura. Esso reca nella parte frontale lo stampo o punzone che avanza esattamente in corrispondenza del vano costituito dall'impronta scavata nelle matrici. Nel caso dianzi accennato, in cui la fucinatura si compie in più fasi, i punzoni o stampi sono tanti quanti le impronte delle matrici, ciascuno adatto alla rispettiva impronta. Il movimento orizzontale dello slittone è ottenuto generalmente per mezzo di un congegno di biella e manovella. L'albero a gomito, in acciaio di grande sezione, è disposto all'estremità posteriore dell'incastellatura e ruota entro cuscinetti in bronzo. A un estremo di tale albero è calettata una grande ruota dentata, mossa a sua volta da un pignone montato su di un secondo albero, parallelo al primo e situato nella parte inferiore della macchina. All'altro estremo del secondo albero è applicato un pesante volano. In alcuni casi la forgiatrice è azionata da una comune trasmissione a cinghia, funzionando da puleggia lo stesso volano; in altri casi la potenza è fornita da un motore elettrico collegato a mezzo di opportuni ingranaggi riduttori, in altri infine il motore elettrico indipendente è collocato sulla forgiatrice stessa ma è collegato al volano da una trasmissione a cinghia con tenditore.

La differenza più saliente fra i varî tipi di forgiatrici esistenti risiede nel diverso sistema usato per trasmettere il moto alle matrici. In alcuni casi lo stesso albero a gomito che muove la slitta centrale, aziona anche un'altra biella indipendente che, eon opportuno giuoco di leve, sposta lateralmente la matrice sinistra. In altri casi invece la matrice è messa in moto da un complesso di leve (a due o tre perni fissi) facenti capo alla stessa slitta centrale. In questo caso il complesso agisce in modo che all'inizio del movimento della slitta le matrici vengono rapidamente serrate, poi proseguendo la slitta nel suo corso incontra la testa della barra rovente da forgiare e la ricalca entro le matrici chiuse. Operato il ricalcamento la slitta, mossa dal moto di ritorno della biella, si ritrae provocando successivamente l'apertura della matrice sinistra. La matrice destra, come già s'è detto quando non è fissa, viene aperta con comando a mano. Su un lato della folgiatrice, nella parte anteriore è situata talvolta una cesoia, azionata dal moto della matrice operante per tranciare la parte finita, se la lavorazione del pezzo da fucinare non prevede già il distacco della parte finita. Mentre la rotazione dell'albero toccante il volano è continua, il funzionamento della pressa deve essere intermittente per consentire le manovre della barra soggetta a fucinatura. A tale scopo il movimento è comandato da un disinnesto messo in azione da un pedale o da un dispositivo pneumatico a portata dell'operatore. Quando il blocco di disinnesto viene tenuto sollevato, il moto alterno della biella non viene trasmesso alla slitta. Altri modelli di forgiatrice hanno differenti sistemi di innesto, che, in luogo di agire fra biella e slitta principale, sono interposti fra la grande ruota dentata e l'albero a gomito sul quale questa è montata. In alcuni modelli di forgiatrice, per abbreviare maggiormente il tempo di arresto delle masse in moto, ad ogni comando di fermata, entra in funzione un apposito freno automatico che contribuisce a smorzare l'energia accumulata dalle pesanti masse degli organi in movimento.

Come si è visto, per la fucinatura di ogni pezzo la barra riscaldata viene introdotta fra le matrici e, premendo il pedale, viene dato corso alle operazioni di ricalcatura.

Per la buona riuscita del pezzo è necessario che la quantità di materiale compreso fra le matrici sia esattamente corrispondente al volume del pezzo finito. A tale scopo un apposito fermo regolabile si presenta automaticamente dietro alle matrici stesse e arresta l'entrata della barra dopo la lunghezza voluta. La posizione del fermo viene regolata ogni volta che s'inizia una nuova lavorazione, all'atto della posa in opera della serie di matrici. A impedire che tale regolazione sia errata e ad evitare inconvenienti simili, le diverse fabbriche costruttrici hanno provveduto all'applicazione di congegni di sicurezza. Uno dei più comuni è costituito dal sistema di collegamento del volano o della ruota dentata principale, al proprio asse. Tale collegamento è affidato a una serie di bulloni o a spine, con dimensioni appena sufficienti a trasmettere l'ordinaria potenza di lavoro. Appena uno sforzo eccessivo si verifica i bulloni o spine si tranciano e le masse rotanti, restando libere, non trascinano più col loro moto i rispettivi alberi. Generalmente nelle forgiatrici di elevata potenza sono applicati più dispositivi di sicurezza, per lo più tre, ciò che rende assai rara la rottura in esercizio degli organi principali.

Speciale menzione merita il modello Horsfall. In luogo degli alberi a gomito e delle bielle, tutti i movimenti sono ottenuti a mezzo di un albero a camme e di corrispondenti pattini di pressione. Così una camma centrale spinge il punzone di ricalcamento e due altre coppie di camme spingono - con due serie di pattini terminanti a cuneo e disposti ad angolo retto - due matrici di serraggio nonché due altre matrici di compressione laterale e di finitura. La matrice sinistra esercita la pressione di chiusura del pezzo, quella destra, immobile, è premuta contro un anello di ghisa che ha dimensioni calcolate in modo da frangersi in caso di soprapressione.

Tutti i tipi descritti di forgiatrici possono compiere, mediante il cambio delle matrici, svariatissime forme di pezzi fucinati. Per i tipi destinati a produrre oggetti semplici e in forte numero, le macchine sono un po' semplificate nei particolari costruttivi e rese, per quanto possibile, più veloci per ottenere elevata produzione. Di ogni tipo di forgiatrice i fabbricanti costruiscono intere serie in grandezze scalari. In genere il tipo massimo raggiunge il peso di tonn. 50 ÷ 60 e impiegando una potenza di circa 40 ÷ 50 HP fornisce una pressione di lavoro di tonn. 1000 con 35 ÷ 40 corse al minuto. Vi sono tipi di forgiatrici di grandezze eccezionali che raggiungono una pressione di lavoro di tonn. 3000 con una potenza assorbita di HP 95 capaci di fucinare tondi da mm. 220 di diametro.