Un singolo processo che incorpora queste due qualità, oltre a essere versatile, è il processo di filatura del metallo in alluminio. La precisione e la longevità sono fondamentali nella produzione moderna. Poco conosciuto al di fuori delle industrie che lo utilizzano, il processo può trasformare semplici dischi di alluminio in complicate forme simmetriche di forza strutturale ed estetica attraverso la filatura dei dischi. La tecnica combina l'artigianato con la tecnologia, producendo parti che si trovano nell'arredamento della casa e nel lavoro aerospaziale per i prodotti di consumo. 

Con gli investimenti in manodopera qualificata, attrezzature altamente sviluppate e consapevolezza ambientale, le industrie si assicurano che la filatura dell'alluminio non solo esiste, ma prospererà anche negli anni a venire. Per gli ingegneri, i progettisti e i produttori, il termine filatura di alluminio è quello che si definisce una miscela di vecchie pratiche e nuove tecnologie: è facile da concettualizzare, ma difficile da realizzare.

Questo articolo descrive il processo di filatura dell'alluminio metallico, i vantaggi, le sfide e le applicazioni e presenta una forte evidenza del perché sia diventato una parte cruciale della fabbricazione contemporanea. 

Che cos'è la filatura dei metalli?

La tornitura (talvolta chiamata filatura o tornitura) è un processo di lavorazione dei metalli che consente di modellare elementi rotondi cavi, in genere dischi metallici. È un processo di formatura a freddo, cioè non fonde il metallo ma si limita a formarlo. Si esegue bloccando un disco di metallo (solitamente chiamato grezzo) su un mandrino rotante in un tornio. Il grezzo viene premuto contro il mandrino rotante (mentre gira) e viene così formato gradualmente dall'utensile per ottenere una determinata forma.

I pezzi simmetrici, circolari o conici, come cupole, imbuti, riflettori per lampade, pentole e parti industriali, sono realizzati con la filatura del metallo. Questa tecnica non è applicabile solo all'alluminio. Può essere applicata all'acciaio inossidabile, al rame, all'ottone e ad altri metalli. Tuttavia, un altro metodo popolare è quello della filatura di alluminio, perché l'alluminio è leggero e resistente alla corrosione, oltre che facile da lavorare. 

La filatura è di due tipi:

• La filatura manuale si basa sul talento di un abile artigiano.
• La filatura CNC (Computer Numerical Control) prevede l'uso di macchine automatizzate per la produzione di precisione e per la produzione di alti volumi.

La filatura dei metalli consente a progettisti e produttori di creare pezzi perfetti, robusti, non saldati e non giuntati. Inoltre, rispetto allo stampaggio o alla fusione, consente di risparmiare sugli scarti e sulle spese di attrezzaggio.

Il significato del termine filatura alluminio metallo

La filatura dell'alluminio metallico, nella sua forma più elementare, può essere interpretata come un metodo per martellare o comprimere un pezzo grezzo di alluminio a forma di disco o di tubo (o in altre parole, quello che è stato battuto a martello) attorno a un mandrino o a una forma, per dargli una forma circolare; il tutto viene fatto a un'alta velocità di rotazione. Il risultato è una forma liscia e simmetrica che ha la forma di uno specchio del mandrino. L'operazione può essere eseguita manualmente da un operatore esperto o con macchine a controllo numerico (CNC), quando sono richieste alta precisione e ripetizione.

Questa tecnica non va confusa con la fusione o lo stampaggio. La filatura si differenzia da questi metodi perché non prevede la rimozione o il taglio del materiale. Piuttosto, l'alluminio viene riportato alla forma desiderata esercitando una pressione costante, in modo che gli scarti eccessivi si traducano in un minor numero di materie prime e in uno spessore costante delle pareti. È questo che rende la filatura di alluminio efficiente ed ecologica.

Processo di filatura dell'alluminio

Un metodo vicino a quello applicato per formare l'alluminio in un pezzo rotondo e simmetrico è noto come filatura dell'alluminio. Si realizza facendo girare velocemente un disco piatto di alluminio e modellandolo sotto pressione su uno stampo noto come mandrino.

1. Preparazione del materiale

Il primo passo è la scelta della lega di alluminio appropriata; le leghe più diffuse sono la 1100, la 3003 o la 6061. La scelta di queste leghe si basa su flessibilità, forza e resistenza alla corrosione. I pezzi di alluminio vengono prelevati in pezzi rotondi secondo la forma di finitura desiderata.

2. Preparazione e montaggio del grezzo

Un tornio è fissato sul disco di alluminio. Viene inoltre montato un mandrino della forma desiderata. Il disco è mantenuto saldamente in modo da evitare qualsiasi movimento nel processo di filatura.

3. Il lancio dello Spin

Il disco di alluminio ruota intorno al tornio a grande velocità. Il metallo in rotazione viene quindi pressato da un utensile di formatura e manovrato gradualmente contro il mandrino sottostante, fino a quando non viene finalmente pressato in base alla forma del mandrino.

4. Modellamento a tappe

L'alluminio viene appiattito gradualmente e vengono utilizzate diverse passate dell'utensile. In questo modo si evitano strappi, grinze o spessori non uniformi. Ad ogni passaggio, il metallo viene ulteriormente spinto nella sua forma finale.

5. Riscaldamento opzionale

La maggior parte della filatura dell'alluminio avviene a freddo, anche se per gli articoli più difficili o più spessi si può ricorrere al calore. Questo rende l'alluminio vulnerabile, per cui è necessario che la brezza si mescoli al latte (di cocco) in modo da spianare l'alluminio da piegare.

6. Rifiniture e finiture

Quando la forma è finita, il materiale aggiuntivo sul perimetro viene rimosso. La sezione può anche essere levigata o in modo da avere un aspetto più rifinito, o addirittura avere una protezione aggiuntiva.

7. Controllo qualità e ispezione

Il pezzo viene visualizzato dopo la filatura. Vengono misurati e la superficie viene controllata per individuare eventuali difetti. Solo i pezzi che soddisfano tutti i requisiti procedono all'utilizzo o a un ulteriore assemblaggio.

Materiali utilizzati

Il materiale utilizzato nel processo di filatura dell'alluminio è molto importante. Una lega di alluminio adeguata contribuisce a creare una buona forma in cui il pezzo può essere creato senza incrinarsi, lacerarsi o indebolirsi.

1. 1100 Alluminio

È la lega di alluminio più debole utilizzata in commercio. Si tratta di alluminio quasi puro, caratterizzato da un'ottima formabilità. È ideale quando si tratta di forme basse e di parti che non richiedono una resistenza eccezionale. È decorativa e quindi viene utilizzata per realizzare pezzi di finitura lisci e attrezzature da cucina.

2. Alluminio 3003

La lega 3003 è comunemente utilizzata nel processo di filatura dell'alluminio grazie alla combinazione di resistenza/formabilità. Ha manganese che aumenta la durata senza compromettere la duttilità. È una fonte comune di materiale per riflettori di luce, coperture e altri materiali da costruzione.

3. Alluminio 5052

Questa lega è più forte e presenta una grande resistenza alla corrosione, soprattutto in ambienti marini. Non è così facile da modellare come la 1100 o la 3003, ma ha trovato impiego in impieghi più duri dove la resistenza dei pezzi è un problema.

4. Alluminio 6061

Una lega con buone proprietà meccaniche è la 6061, che può essere trattata termicamente. È molto più resistente e dura rispetto alla 1100 o alla 3003. È adatta per applicazioni aerospaziali, automobilistiche e strutturali, con un utilizzo ideale per la filatura di parti in alluminio. Tuttavia, può essere riscaldato e filato grazie alla sua durezza.

5. Leghe speciali di alluminio

Leghe ad alte prestazioni. Le leghe di alluminio personalizzate possono essere impiegate in applicazioni ad alte prestazioni, come nel settore della difesa o in quello spaziale. Si tratta di materiali ingegnerizzati che devono essere resistenti, leggeri o legati alla temperatura.

Metalli nella filatura metallica

Nella filatura dei metalli esistono diversi tipi di metallo. Si differenziano per resistenza, peso e formabilità, a seconda del prodotto richiesto.

Alluminio

I metalli più comunemente filati sono l'alluminio. Non è corrosivo, è leggero e può essere facilmente formato. La filatura dell'alluminio è comune nelle pentole, nel mercato aerospaziale e nell'illuminazione.

Acciaio inox

È un metallo potente e resistente. È meno utilizzabile dell'alluminio, ma viene usato per produrre attrezzature alimentari, materiali medici e componenti durevoli.

Rame

Il rame è facilmente filabile. Viene comunemente applicato in oggetti ornamentali e parti elettriche. Il prodotto finale appare pulito e brillante.

Ottone

L'ottone viene filato e utilizzato nei prodotti artistici e musicali. A volte viene utilizzato al posto delle parti in alluminio per conferire un aspetto di alta gamma.

Acciaio al carbonio

L'acciaio al carbonio è robusto e poco costoso, ma richiede una potenza supplementare per girare. Trova applicazione nei prodotti industriali, ma non è di uso comune come la "filatura di alluminio".

Titanio

La filatura del titanio e dei metalli esotici viene effettuata per esigenze aerospaziali e mediche. La loro creazione è più difficile e costosa.

La cosiddetta filatura di alluminio rimane un'alternativa preferita dalla maggior parte delle industrie, considerando il suo aspetto leggero e la sua facile lavorabilità.

Vantaggi della filatura dei metalli di alluminio

I vantaggi della scelta del metodo di fabbricazione dei componenti da realizzare attraverso l'uso del metodo della filatura di alluminio sono molteplici:

1. Potenza e lunga durata

I pezzi filati sono prodotti anche in parti e sono più resistenti grazie all'indurimento che si attiva quando l'alluminio viene pressato. Ciò rende il metallo più resistente alla fatica e alla deformazione.

2. Costruzione senza cuciture

La filatura produce prodotti senza giunture che rappresentano un valore aggiunto per le industrie che necessitano di prodotti a tenuta d'aria o d'acqua, come l'industria aerospaziale, automobilistica e alimentare.

3. Costo-efficacia

Questo perché la filatura non rimuove il materiale, ma lo rimodella, e quindi gli scarti sono minimi. Ciò consente non solo di ridurre i costi delle materie prime, ma anche di avere un minore impatto ambientale.

4. Versatilità

Grazie al processo di filatura dell'alluminio, è possibile realizzare una grande varietà di forme con grande precisione. Che si tratti di una grande antenna parabolica o di un piccolo faro a forma di cupola, il procedimento può essere adattato a forme diverse.

5. Valore estetico

L'alluminio filato ha un aspetto unico e può essere attivamente lucidato o spazzolato in termini di aspetto. Ciò lo ha reso popolare nelle applicazioni di consumo in cui l'aspetto è importante, come il paralume di una lampada, gli utensili da cucina e i componenti d'arredo. 

Strumenti utilizzati

L'esito del cosiddetto alluminio metallo filatura è determinato dagli strumenti appropriati che si occupano di modellare e sostenere, e anche di rifinire, l'alluminio. Questi strumenti si differenziano per l'automazione o meno.

1. Mandrini

La sagomatura dell'alluminio viene eseguita su un mandrino. Si tratta della forma interna del pezzo finale. I mandrini sono spesso fabbricati in acciaio temprato, o in alluminio, o anche in legno nel caso di una produzione breve.

I mandrini lavorati con precisione sono necessari nelle operazioni CNC che devono fornire risultati ripetibili e accurati.

2. Torni di filatura

La prima macchina che fa girare e sostiene il disco di alluminio è un tornio. Essa sostiene anche il mandrino e il poggiautensili. Sono disponibili in due grandi categorie:

• Torni manuali: azionati a mano, di solito da operatori esperti in produzioni personalizzate o di piccole dimensioni.
• Torni di filatura CNC: possono essere controllati da un computer e quindi utilizzati nella produzione di massa e di componenti di alta precisione.

3. Strumenti di formatura

Gli utensili di filatura premono l'alluminio contro il mandrino di filatura per formare la forma. Saranno disponibili in diversi profili, per ottenere curve e contorni distinti.

I più comuni sono:

• Rulli: Si tratta di utensili in acciaio o in ottone che scorrono sulla superficie.
• Bruciatori: lucidano e rifiniscono la superficie.
• Cucchiai e bastoni: i noti mezzi di filatura manuale.
• Differiscono per natura: Questi strumenti sono di natura diversa: alcuni sono portatili e altri sono installati in robot.

4. Strumenti di taglio e rifilatura

Una volta realizzata la forma, è possibile rimuovere il materiale in eccesso utilizzando uno strumento di taglio. Questi sono gli strumenti collegati al tornio e sono simili a utensili per la tornitura dei metalli.

Hanno bordi di taglio puliti e precisi e sono particolarmente utili quando un particolare pezzo deve essere realizzato con un diametro o una lunghezza specifici.

5. Strumenti di raffreddamento e lubrificazione

I lubrificanti sono comunemente utilizzati per ridurre al minimo l'attrito e il calore durante la rotazione. Possono essere oli, cere o composti speciali. L'applicazione diretta della lubrificazione avviene nei sistemi CNC, dove vengono utilizzati applicatori automatici per distribuire il lubrificante all'area di formatura.

In altri casi, i ventilatori o i sistemi di raffreddamento vengono utilizzati per controllare la temperatura quando la rotazione è prolungata.

6. Apparecchiature di riscaldamento per la filatura a caldo

Il calore può essere necessario per l'imbutitura profonda o in leghe dure. L'alluminio viene ammorbidito con torce a gas o con un riscaldatore a induzione, quindi viene martellato per ottenere qualsiasi forma senza incrinature.

Ciò si verifica in particolare nei processi di filatura che trattano alluminio 6061 o sbozzi a parete pesante.

Usi delle parti di filatura in alluminio

Il campo di applicazione del prodotto o della parte filata è molto ampio nel segmento dell'alluminio, grazie alla forza del materiale, alla leggerezza e alla resistenza alla corrosione. Alcune delle aree di applicazione più importanti includono le seguenti:

Difesa e aerospazio

I coni d'oca, le parti dei motori e i serbatoi di carburante dell'industria aerospaziale, dove le prestazioni e il peso sono fattori importanti, utilizzano parti filate in alluminio. Sono molto adatti al volo e all'utilizzo nello spazio grazie alla loro struttura senza saldature e alla capacità di resistere alla pressurizzazione senza cedimenti.

Industria automobilistica

Applicazioni nelle automobili includono finiture e ruote decorative per l'arredamento, componenti ad alte prestazioni per la movimentazione di aria e fluidi e ruote filanti. I componenti filati, leggeri e resistenti al calore, contribuiscono al risparmio di carburante e alle rotazioni funzionali.

Prodotti industriali e commerciali

I componenti utilizzati nei sistemi HVAC, nelle apparecchiature di illuminazione commerciale, nelle attrezzature per il trattamento chimico e negli strumenti di cottura industriali utilizzano tipicamente parti filate in alluminio. Sono resistenti alla corrosione e rimangono in forma dopo la pressatura, con una lunga durata.

Beni di consumo

Che si tratti di attrezzature da cucina di lusso come una ciotola per impastare, di casse acustiche di alta qualità o persino di lampade decorative per esterni, le parti filanti in alluminio sono incorporate nei nostri prodotti di tutti i giorni. Sono uno dei prodotti preferiti dai designer, soprattutto per la loro bellezza estetica e funzionalità per i produttori.

Difficoltà nella filatura dei metalli di alluminio

Nonostante i numerosi vantaggi associati a questo processo, la storia è un'altra. Ci sono alcuni casi di leghe di alluminio, come quelle che si rompono facilmente quando non sono sufficientemente ricotte e filate. La precisione necessaria per realizzare strisce con lo stesso spessore, soprattutto in forme complicate, richiede inoltre lavoratori qualificati o costose macchine CNC. Inoltre, la progettazione di un pezzo di filatura richiede un'attenzione particolare alla geometria del pezzo; una geometria troppo affilata o troppo brusca può essere difficile da produrre con successo.

L'altro problema è quello dell'usura degli utensili. Sebbene l'alluminio sia leggermente più morbido di altri metalli, l'attrito si verifica quando c'è un contatto costante tra l'utensile e il materiale sottoposto al processo di filatura. A lungo andare, l'usura dell'utensile può richiedere una cura o una sostituzione adeguata per garantire il mantenimento della qualità.

Filatura manuale vs. filatura CNC: Tradizione e innovazione

In alcune condizioni di artigianato o di bassa produzione, la filatura manuale viene adottata di preferenza. Filatura manuale Gli artigiani specializzati nella filatura manuale possono produrre componenti su ordinazione, spesso prodotti unici o piccoli lotti di pregio artistico.

La filatura CNC, invece, è più adatta alla produzione su larga scala. Offre regolarità, ripetizione e rapidità. Utilizzando un software altamente sviluppato, le geometrie complicate possono essere programmate e riprodotte con la minima partecipazione di un lavoratore umano. Con l'automazione delle industrie, la filatura CNC è la nuova normalità nella produzione in grandi volumi dei cosiddetti pezzi di filatura in alluminio. 

Tipi di filatura in alluminio

La filatura dei metalli di alluminio è disponibile in molte varietà; ogni tipo è utilizzato in modi diversi e per soddisfare vari scopi. A seconda della complessità del pezzo, dello spessore dei materiali e del volume di produzione, il processo può essere modificato.

1. Filatura manuale

La filatura a mano è la pratica più convenzionale della cosiddetta filatura dell'alluminio. Durante questa pratica, gli operatori esperti controllano gli strumenti a mano per battere l'alluminio attorno a un mandrino di filatura. Si tratta di un'operazione molto delicata che richiede molta esperienza.

È perfetto per produzioni poco pratiche, come prototipi o piccoli lotti, o per le decorazioni. È più veloce dei processi automatizzati, ma ha il vantaggio di poter adattare il design ai cambiamenti.

2. Filatura CNC (filatura a controllo numerico)

La filatura CNC è un processo moderno noto come filatura di alluminio. Si tratta di un processo che prevede l'utilizzo di macchinari computerizzati che formano l'alluminio con estrema precisione.

Il disegno viene inserito nella macchina dall'operatore tramite software e la macchina esegue l'intero processo di formatura in modo automatico. La filatura CNC è molto adatta alla produzione di grandi quantità e di disegni intricati. La macchina è coerente, ripetibile e ha tempi di consegna brevi.

3. Filatura a cesoia

Durante la filatura a taglio, l'alluminio si riduce di spessore mentre viene modellato sul mandrino. Il pezzo ha anche una parete più sottile, ma viene mantenuto lo stesso diametro del grezzo originale. Questa tecnica si applica quando l'obiettivo è quello di produrre pezzi leggeri e resistenti. getti di filatura in alluminio.

Trova comune applicazione nell'industria automobilistica e in quella aerospaziale, dove i fattori di peso e resistenza sono di grande importanza.

4. Filatura a caldo

La filatura a caldo è un processo in cui il riscaldamento dell'alluminio avviene prima o durante la filatura. Ciò facilita la formazione di materiali duri o grossolani, tra cui la lega 6061.

L'ammorbidimento dell'alluminio avviene tramite una torcia o un riscaldatore a induzione. In questo modo si eliminano le cricche e si migliora la finitura superficiale dei progetti più profondi o complessi di ciò che è comunemente noto come filatura di alluminio.

5. Formazione del flusso

La formatura a flusso è una variante dedicata della filatura in cui il materiale viene pressurizzato per scorrere contro il mandrino, creando pezzi le cui pareti hanno spessori diversi. Si tratta di una fusione tra i processi di filatura e di estrusione.

Può essere applicato nella creazione di pezzi cilindrici lunghi come tubi, involucri di missili o alloggiamenti di motori nell'uso delle cosiddette parti filanti in alluminio.

Il ruolo della Cina nella produzione di filati di alluminio

La Cina è leader di mercato nella produzione di filatura metallica di alluminio nel mondo. Negli ultimi vent'anni, ha creato una base industriale enorme e competitiva, caratterizzata da bassi costi di produzione e da un crescente know-how tecnico.

Hub produttivo cinese-globale

In Cina si trovano migliaia di aziende di fabbricazione di metalli, molte delle quali producono controparti in alluminio per la filatura. Il Paese offre soluzioni praticamente per qualsiasi settore: produzione automobilistica, aerospaziale, elettronica, pentolame e molti altri, oltre a officine tmall e fabbriche altamente attrezzate per la lavorazione CNC.

Questa vasta infrastruttura consente ai fornitori cinesi di fornire tempi di consegna rapidi, produzione di massa e personalizzazione.

Attrezzature e tecnologia

Diversi produttori cinesi hanno investito molto in moderni filatoi controllati da CNC. Queste officine sono in grado di gestire forme complesse, elevata precisione e tolleranze ridotte.

Avendo accesso a un livello avanzato di automazione, robotica e sistemi di controllo della qualità, la Cina può essere considerata la fonte di alta qualità dei cosiddetti pezzi di filatura algoritmica in tutto il mondo.

Efficienza dei costi

L'efficienza dei costi è una delle maggiori opportunità per la Cina. Le materie prime, come l'alluminio, non rappresentano un problema e i costi di produzione sono inferiori a quelli del mondo occidentale.

Tale vantaggio di costo consentirà ai clienti stranieri di acquistare pezzi filati a prezzi competitivi, senza compromettere la qualità o la consistenza.

Leadership nelle esportazioni

La Cina è uno dei principali esportatori di prodotti filati di alluminio. La maggior parte delle grandi aziende negli Stati Uniti, in Europa e nel Sud-Est asiatico dipendono dalle imprese cinesi sia per la creazione di prototipi che per la produzione di massa.

I clienti delle industrie manifatturiere di pentole, così come i fornitori satellitari di componenti, ottengono i loro servizi di precisione nella filatura di alluminio in Cina.

Innovazione e sviluppo

La Cina è ora riconosciuta come una forza innovativa dei tempi, anche se in passato era conosciuta più per la produzione in serie. Un buon numero di aziende dispone di un reparto di R&S che si occupa di scienze dei materiali, utensili e ottimizzazione del design.

Con l'aumento delle richieste da parte delle industrie che necessitano di pezzi più economici e più resistenti, oltre che più dettagliati, i produttori cinesi sono molto rapidi nel rispondere a tali richieste.

Il futuro e la sostenibilità della filatura metallica

L'alluminio è uno dei metalli facilmente riciclabili sulla Terra. Il processo di filatura comporta pochi scarti e quindi si adatta agli obiettivi di sostenibilità della produzione. Possono essere riciclati per produrre parti in alluminio filato che possono essere riciclate alla fine del loro ciclo di vita, costruite a basso costo utilizzando materiale riciclato.

Con una crescente attenzione alle attività ecologiche da parte delle industrie, l'importanza del termine filatura di alluminio metallico continua a crescere. La combinazione di intelligenza artificiale, automazione e controllo qualità basato sui dati rende i processi più precisi ed efficienti. Queste aggiunte consentono ai produttori di risparmiare denaro, di migliorare l'uniformità dei componenti e di espandere l'attività senza sovraccaricarsi.

Conclusione

La filatura dell'alluminio metallico è stato un processo molto importante nel nuovo regime di produzione. L'efficienza, la resistenza e la versatilità lo hanno reso rilevante anche dopo i primi giorni dell'aviazione, fino agli attuali progetti dell'era spaziale. La filatura è anche un'alternativa efficace per la produzione di qualsiasi tipo di oggetto decorativo per la casa o di componenti aerospaziali altamente esigenti.

Le opportunità della tecnologia di filatura si sviluppano ogni anno. Le semplici regole, tuttavia, sono sempre le stesse: girare, spingere e formare. In questi semplici passaggi si nasconde la forma della grande arte che trasforma i comuni dischi di metallo in elementi di base che guidano il nostro mondo.

Domande frequenti

1. Qual è la filatura metallica dell'alluminio?

La filatura del metallo in alluminio prevede l'uso di un tornio per formare una forma rotonda su un pezzo piatto di alluminio in un disco. Produce pezzi lisci e robusti ma leggeri per diversi settori.

2. Quali sono i vantaggi della filatura di alluminio?

Finitura liscia, scarti minimi, elevato rapporto resistenza/peso e basso costo del materiale rappresentano alcuni dei vantaggi del processo noto come filatura dell'alluminio. Si tratta di un buon processo per la produzione di pezzi di lunga durata e simmetrici in modo semplice e ad alta velocità.

3. Quali sono i componenti della filatura di alluminio?

L'applicazione dei componenti in alluminio per la filatura è diffusa nei settori aerospaziale, dell'illuminazione, automobilistico, delle pentole e medico. Tipici sono i coni, le cupole, le coppe, gli alloggiamenti e i riflettori.