Caratteristiche dei diversi tipi di acciaio, le differenze e indicazioni su come scegliere il processo di lavorazione

L’acciaio è uno dei materiali più utilizzati nell’industria. Dalla carpenteria all’automotive, dalla meccanica alla fonderia, fino alla produzione di utensili e componenti ad alta resistenza, le sue applicazioni sono praticamente infinite.

Ma parlare semplicemente di “acciaio” non è sufficiente.

Esistono infatti numerose tipologie di acciaio, caratterizzate da composizioni chimiche, proprietà meccaniche e comportamenti differenti durante le lavorazioni.

Distinguere i vari tipi di acciaio è importante non soltanto per scegliere il materiale più adatto alla realizzazione di un componente, ma anche per capire come quel componente dovrà essere lavorato dopo la fusione o la produzione — che si tratti di taglio del ramo di colata, molatura, smerigliatura o sbavatura robotizzata.

In questo articolo vediamo quali sono i principali tipi di acciaio, le loro caratteristiche e perché il materiale deve essere considerato fin dalla progettazione di un processo di finitura automatizzato.

Che cos’è l’acciaio?

L’acciaio è una lega metallica costituita principalmente da ferro e carbonio.

La quantità di carbonio e l’eventuale presenza di altri elementi di lega determinano gran parte delle caratteristiche del materiale: durezza, resistenza meccanica, resistenza alla corrosione, comportamento alle alte temperature, lavorabilità e resistenza all’usura.

Proprio per questo motivo non esiste un unico “acciaio”. La composizione della lega può essere modificata per ottenere materiali con caratteristiche molto diverse e destinati ad applicazioni specifiche.

In generale possiamo distinguere diverse grandi famiglie:

• acciai al carbonio
• acciai legati
• acciai per utensili
• acciai inossidabili

All’interno di queste categorie esistono poi numerosi gradi e classificazioni.

Acciaio al carbonio: caratteristiche e applicazioni

L’acciaio al carbonio è costituito principalmente da ferro e carbonio ed è una delle tipologie più diffuse. È utilizzato in numerosi settori industriali: industria pesante, automotive, edilizia, carpenteria, produzione di componenti meccanici. L’acciaio al carbonio è il più comune tra i vari tipi di acciaio esistenti: si stima che circa il 90% della produzione complessiva appartenga a questa categoria.

Una delle ragioni della diffusione dell’acciaio al carbonio è la relativa facilità di lavorazione. All’aumentare della percentuale di carbonio cambiano però le caratteristiche meccaniche del materiale:

• acciai dolci, con contenuto di carbonio inferiore allo 0,3%
• acciai medi, tra lo 0,3% e lo 0,6%
• acciai duri, con contenuto di carbonio superiore allo 0,6%

Per Trebi è un dettaglio importante. Nella sbavatura robotizzata di componenti in acciaio al carbonio lavorati meccanicamente, la variazione di durezza non è un dettaglio da poco: incide su usura utensile, velocità di lavorazione e, di conseguenza, sul tempo ciclo che va definito già in fase di progettazione della cella robotizzata.

Una piccola curiosità: sapevi che esiste una produzione di nicchia di lamette da barba che utilizzano l’acciaio al carbonio al posto degli altri acciai speciali tipici del settore? Queste lamette non resistono bene all’umidità ma, a detta degli esperti, garantiscono esperienze di rasatura molto dolci grazie alle particolari proprietà meccaniche di questo particolare tipo di acciaio.

Acciai legati: quando la composizione cambia le prestazioni

Gli acciai legati vengono prodotti aggiungendo al ferro e al carbonio altri elementi chimici — silicio, manganese, cromo, nichel, molibdeno, titanio, rame, vanadio — in quantità tali da modificare le proprietà della lega, migliorando resistenza meccanica, durezza, resistenza all’usura, alla corrosione o alle alte temperature.

Gli acciai legati trovano applicazione in industria automotive, navale, costruzione di macchinari, tubazioni, componenti meccanici e sistemi sottoposti a elevate sollecitazioni.

Cosa significa in Trebi? Quali sono gli aspetti da tenere presente quando si progettano soluzioni robotizzate per gestire questi tipi di acciaio? Per rispondere a questo quesisto è necessario considerare che sono proprio gli acciai legati ad alta resistenza i materiali più complessi da sbavare quando provengono da lavorazioni meccaniche. Un componente in acciaio legato non va trattato come un acciaio al carbonio, perché cambiano le sollecitazioni sull’utensile e le vibrazioni che genera. Serve scegliere spesso utensili abrasivi e macchine specifiche per questi materiali.

Un’altra piccola curiosità: sai perchè la famosissima Torre Eiffel è stata costruita in ferro e non in acciaio? All’epoca di costruzione erano disponibili e conosciuti molti tipi di acciaio, molto resistenti e relativamente leggeri, ma il ferro venne preferito perchè costava circa il 25% in meno. Per competezza di informazione dobbiamo ricordare che la torre era stata progettata come un’opera architettonica temporanea, che doveva durare circa 20 anni per essere poi smontata. Qui ulteriori info.

Acciai per utensili: durezza e resistenza all’usura

Gli acciai per utensili, o tool steel, sono tipi di acciaio progettati per applicazioni nelle quali sono richieste elevate prestazioni meccaniche e soprattutto resistenza all’usura. A seconda della composizione possono contenere vanadio, molibdeno, tungsteno, cobalto, cromo.

Tra le applicazioni: martelli, scalpelli, lame, punte, stampi, utensili per lavorazioni meccaniche.

Come facciamo in Trebi a gestire correttamente questi tipi di acciaio? La durezza elevata è un vantaggio nell’uso del componente, ma diventa una variabile critica nella molatura di questi utensili — pensiamo ad esempio a uno scalpello, dove il robot deve smerigliare il pezzo dopo forgiatura per creare il profilo tagliente. La scelta dell’abrasivo è determinante. Un punto spesso sottovalutato: per evitare contaminazione ferrosa che può innescare corrosione superficiale, gli abrasivi usati su acciaio non vanno mai condivisi con quelli usati su alluminio o ottone — un principio cardine che applichiamo anche nella progettazione di isole robotizzate multimateriale.

Acciaio inox: resistenza alla corrosione e finitura superficiale

Gli acciai inossidabili sono tra i materiali più conosciuti e utilizzati. La loro caratteristica principale è l’elevata resistenza alla corrosione, ottenuta grazie alla presenza di cromo nella lega. Sono utilizzati in industria alimentare, settore medicale, arredamento, edilizia, automotive, meccanica, componentistica industriale.

Parlare genericamente di “acciaio inox” non è però sufficiente: esistono famiglie diverse — austenitici, ferritici, martensitici — con comportamenti meccanici molto differenti.

L’approccio Trebi per la gestione dei vari tipi di acciaio inox.

Gli acciai inox austenitici (es. AISI 316L), i più diffusi nel settore medicale, tendono a incrudire durante la lavorazione abrasiva: la superficie si indurisce progressivamente sotto l’azione dell’utensile, compromettendo la resa dell’abrasivo se il processo non è calibrato correttamente. È un aspetto particolarmente critico nella smerigliatura di componenti ortopedici — protesi ossee, viti e placche di fissaggio — dove rugosità e uniformità superficiale non sono un requisito estetico ma un requisito di biocompatibilità e sicurezza del prodotto finito.

Come vengono classificati i diversi tipi di acciaio?

La grande varietà di acciai rende necessaria una classificazione precisa. In Europa si utilizzano sigle e numerazioni definite dalle norme tecniche, tra cui la UNI EN 10027, che identifica un acciaio attraverso una designazione alfanumerica (che ne descrive composizione o impiego) oppure un numero di materiale.

Per chi progetta un processo, questa classificazione non è un dettaglio burocratico: dalla sola sigla è spesso possibile capire subito se ci si trova davanti a un acciaio non legato o legato, e regolare di conseguenza scelta degli utensili, parametri e strategia di lavorazione — prima ancora di avere il pezzo fisicamente in mano.

Dal tipo di acciaio al processo produttivo

Un componente in acciaio può richiedere diverse operazioni a seconda di come è stato prodotto:

• se proviene da fusione (se vuoi dettagli sulla temperatura di fusione dei metalli leggi questo altro articolo), la prima operazione è tipicamente il taglio del ramo di colata (o materozza), seguito da sbavatura e finitura dei punti di attacco;
• se è un utensile o componente forgiato, richiede spesso molatura di precisione su fili, spigoli o superfici funzionali;
• se è un componente medicale o a contatto critico, richiede smerigliatura fine e controllata per garantire i requisiti di rugosità e biocompatibilità;
• se proviene da lavorazione meccanica (tornitura, fresatura), richiede tipicamente sbavatura per l’eliminazione di bave e spigoli residui dall’asportazione di truciolo.

Non esiste un’unica soluzione valida per tutti i componenti. Per progettare correttamente il processo è necessario considerare almeno:

• il tipo di acciaio
• la geometria del pezzo
• l’operazione richiesta (taglio ramo di colata, molatura, smerigliatura, sbavatura…)
• la quantità e la posizione delle bave o dei punti di attacco
• la quantità di materiale da asportare
• il risultato superficiale richiesto
• il volume produttivo
• il tempo ciclo richiesto
• la ripetibilità necessaria del processo

Perché automatizzare la finitura dei diversi tipi di acciaio?

Quando la produzione prevede grandi quantità di componenti uguali o simili, affidare taglio, molatura, smerigliatura, sbavatura o finitura esclusivamente alla lavorazione manuale può creare criticità: il risultato dipende dall’operatore, dalla sua esperienza, dalla fatica, dalla capacità di mantenere costanti velocità, pressione e traiettoria. Anche il tempo di ciclo può variare da pezzo a pezzo.

Anche perché lavorare pezzi in acciaio richiede forze importanti. Gli abrasivi utilizzati hanno bisogno di una pressione adeguata per “attivarsi” e ravvivarsi correttamente: se la pressione non è sufficiente, l’abrasivo si intasa rapidamente e perde efficacia.

Un robot industriale esegue una traiettoria programmata con parametri di processo definiti e ripetibili, applicando la forza corretta in ogni punto della lavorazione. Su componenti in acciaio, questo richiede sempre unità dotate di compensazione di forza, capaci di mantenere una pressione costante anche al variare della geometria del pezzo.

La robotizzazione diventa particolarmente interessante in presenza di alcune condizioni:

• Produzioni ripetitive — Componenti lavorati centinaia o migliaia di volte beneficiano di un processo programmato e ottimizzato.
• Tempi ciclo importanti — Quando il tempo di lavorazione incide significativamente sul costo del componente, automatizzare permette di controllare meglio il tempo necessario per ogni pezzo.
• Necessità di qualità costante — Ridurre la variabilità del processo diventa un vantaggio competitivo quando il cliente richiede un risultato uniforme — decisivo, ad esempio, nella smerigliatura di componenti medicali.
• Lavorazioni gravose o ripetitive — Taglio dei rami di colata, molatura e sbavatura possono essere fisicamente impegnative: automatizzare riduce l’esposizione dell’operatore alle attività più gravose.
• Difficoltà nel reperire personale — Automatizzare significa anche trasformare parte del know-how del processo in un sistema ripetibile e programmabile.

Trebi: dal processo alla soluzione robotizzata

È proprio su queste problematiche che Trebi sviluppa le proprie soluzioni. Da oltre quarant’anni progettiamo e realizziamo sistemi robotizzati per la lavorazione dei componenti metallici, con applicazioni che comprendono:

• taglio del ramo di colata e sbavatura di getti in fonderia (alluminio, ghisa, acciaio)
• molatura di utensili e componenti forgiati
• smerigliatura per settori ad alto requisito qualitativo, come la componentistica ortopedica
• sbavatura di componenti lavorati meccanicamente

La scelta del robot, delle unità, della macchina è legata strettamente al materiale da lavorare e dal processo.

Non esistono soluzioni standard, esiste una modularità di unità e soluzioni che si compongono per soddisfare l’esigenza specifica del cliente.

Conclusione

Esistono molti tipi di acciaio, e ciascuno presenta caratteristiche specifiche. Acciaio al carbonio, acciai legati, acciai per utensili e acciai inox hanno proprietà molto differenti, e queste differenze vanno considerate non solo in fase di progettazione del componente, ma anche la lavorazione.

Automatizzare non significa semplicemente acquistare un robot: significa conoscere i materiali, i processi, gli utensili e i parametri di lavoro.

Hai un componente in acciaio da lavorare o rifinire e vuoi capire se ha senso automatizzare il processo? Contattaci per un’analisi tecnica gratuita del tuo caso: partiamo sempre dal processo, non dal robot.