Il processo di calandratura

Lo scopo della calandra è quello di eseguire la curvatura di lamiere e generare, solitamente, un solido di rivoluzione chiamato virola, che verrà poi saldata lungo la generatrice rimasta aperta. Talvolta, però, scopo della calandratura è quello di ottenere semplici archi o profili ricurvi che trovano impieghi ad esempio in campo navale, aeronautico o nella costruzione di grandi serbatoi di stoccaggio.

Il notevole sviluppo delle tecnologie operanti sulla lamiera, ha portato un sostanziale sviluppo anche nel campo della calandratura, passando da macchine che piegavano la lamiera alla stregua di una pressa meccanica, ad una macchina in grado di deformare direttamente per rotazione anche le lamiere più spesse, ottenendo le più strette tolleranze di cilindricità e distorsione.

Le tradizionali trasmissioni totalmente meccaniche sono state abbandonate. Da un lato esse non sono in grado di sopportare gli enormi momenti torcenti richiesti per eseguire una deformazione in rotazione, e dall’altro i rulli, specie quelli motori, devono effettuare durante le varie fasi di lavorazione moti di traslazione complessi da sviluppare mediante una tecnologia puramente meccanica. La calandra attuale è una macchina a comando misto meccanico-oleodinamico oppure a comando completamente oleodinamico, realizzato soprattutto nelle macchine di più elevato contenuto tecnologico e qualitativo.

Contrariamente all’apparenza, il campo delle calandre è oltremodo variegato, essendo numerosissimi i tipi e sottotipi esistenti. Si può fare una classificazione in base al sistema realizzativo del comando che vede:

─ calandre a comandi meccanici; ─ calandre a comandi oleodinamici; e in funzione della diversa posizione dei rulli:

─ calandre verticali; ─ calandre orizzontali.

Infine si può suddividere le calandre secondo il numero di rulli che la macchina stessa possiede:

─ calandre a due rulli ─ calandre a tre rulli ─ calandre a quattro rulli ─ calandre speciali

Le più antiche e quelle che hanno dato una migliore risposta alle esigenze del mercato sono le calandre a tre rulli che hanno subito nel tempo una continua evoluzione, non terminata ancora oggi.

All’interno di questo gruppo si dividono tre sottotipi fondamentali, secondo la disposizione spaziale dei rulli:

─ disposizione simmetrica o piramidale ─ disposizione asimmetrica

─ disposizione mista

Si analizzerà solo la disposizione simmetrica in quanto è stata quella utilizzata per realizzare il profilo degli estrusi.

Il nome deriva dal fatto che i tre rulli sono disposti simmetricamente ai vertici di un triangolo isoscele, con base circa uguale al lato.

Figura 55. Schematizzazione della disposizione dei rulli in una calandra di tipo simmetrico o piramidale.

Figura 56. Disposizione a tre rulli con rullo superiore movibile verticalmente.

I pregi fondamentali di questa configurazione sono la semplicità del disegno e l’economicità; il campo d’impiego riguarda gli spessori sottili e medio-piccoli, sino a 30÷40mm. Il difetto principale, consiste nell’impossibilità di registrare in senso orizzontale la posizione relativa dei rulli; questo comporta un eccessiva lunghezza delle estremità dritte della lamiera rendendo impossibile l’operazione di formazione delle teste. Se non si ricorre quindi al taglio di queste parti diritte o non curvate a raggio desiderato, è necessario procedere prima della rullatura alla preparazione dei bordi sotto una pressa con punzone e matrice di raggio opportuno.

Per ciò che riguarda il tipo di finitura, le superfici lisce possono presentare graffi e piegature, dovuti alla difficoltà di trascinamento. La versatilità della macchina è piuttosto limitata, anche se può essere facilmente attrezzata per lavorare come una pressa piegatrice.

Un miglioramento si ottiene con la tipologia indicata in Figura 57.

Figura 57. Disposizione a tre rulli con rulli inferiori mobili verticalmente.

Il rullo superiore generalmente è fisso e per lo più folle, trascinato in rotazione per attrito dalla lamiera. I rulli inferiori traslano verticalmente, sono indipendenti e motorizzati per la rotazione. Il rullo superiore è motorizzato solo sulle macchine che devono lavorare spessori sottili al fine di evitare slittamenti. Poiché i rulli inferiori sono indipendenti è possibile effettuare l’operazione di formazione delle teste, con valore minimo di bordo dritto pari a circa tre volte lo spessore. In virtù di un miglior effetto di trascinamento il grado di finitura sulle superfici è superiore a quello del modello precedente. Questo modello di calandra trova applicazione in qualunque settore della carpenteria generale, soprattutto quando le esigenze produttive sono estremamente variabili e non si necessita di una produttività spinta.

Nel capo delle tre rulli piramidali il tipo più avanzato è quello illustrato in Figura 58.

Figura 58. Disposizione a tre rulli con rulli inferiori traslanti obliquamente e con inclinazione delle guide.

Il rullo superiore è fisso e generalmente folle. I rulli inferiori traslano obliquamente lungo le due guide, la cui inclinazione varia da tipo a tipo in relazione alle dimensioni, agli sforzi da trasmettere e al tipo di lavorazione cui è rivolta la calandratura. L’operazione di formazione delle teste è facilmente attuabile senza bisogno di girare la lamiera e il minimo bordo dritto ottenibile è di circa due volte lo spessore. La produttività è la migliore nel campo delle piramidali così come la finitura.

Un interessante variante è la calandra illustrata in Figura 59. In questo modello i rulli inferiori, anziché correre su guide piane inclinate, si muovono su guide sagomate ad arco di cerchio. Con questo tipo di montaggio i cilindri idraulici possono assumere facilmente la posizione più favorevole per una regolare e uniforme distribuzione dei carichi sui rulli. Questo sistema costruttivo, a parità di condizioni, diminuisce la distanza tra i centri dei rulli inferiori assicurando un buon trascinamento anche per le lamiere di piccolo spessore e una finitura superficiale migliore rispetto a tutte le altre configurazioni di macchina.

Figura 59. Dispositivo a tre rulli con rulli inferiori mobili ad arco di cerchio.

Dato il principio costruttivo il campo proprio è quello delle carpenterie generiche per spessori di lamiere piccoli e medio-piccoli. Per tali caratteristiche, adatte a realizzare il profilo necessario per la riparazione del bordo d’attacco, questo è stato il tipo di calandra utilizzata per realizzare la lavorazione.

Per quanto riguarda il calcolo delle forze, delle flessioni e delle sollecitazioni che si hanno in un operazione di calandratura a tre rulli, sono state sviluppate numerose teorie con risultati spesso divergenti tra di loro e distanti dai risultati ottenuti sperimentalmente. La tecnologia di calandratura, infatti, è estremamente difficoltosa per la grande variabilità e numero di parametri in gioco, e una descrizione esaustiva del processo richiederebbe uno studio estremamente complesso del fenomeno che esula dalla scopo di questa trattazione. Si rimanda quindi a [7] e [8] per maggiori approfondimenti.