30-12-2025-Technologies and Production Systems - Plastic Forming Processes [EN]-[IT]
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ENGLISH
30-12-2025-Technologies and Production Systems - Plastic Forming Processes [EN]-[IT]
With this post, I would like to provide a brief introduction to the topic mentioned above.
(Lesson/Article Code: EX_LS_19)
Image created with artificial intelligence, Microsoft Copilot software used
Introduction to Plastic Forming Processes
First, let's clarify the concept of plastic forming. Plastic forming processes are mechanical processes through which a metal material is permanently deformed beyond its yield stress, without removing material and at a constant volume.
Plastic forming processes can be performed cold, warm, or hot.
Difference between hot and cold processes
Image created with artificial intelligence, the software used is Napkin.ai
Below are some distinctions between hot and cold plastic forming processes.
Cold processes:
-T/Tf < 0.25–0.3
-Occurs at room temperature
-No recrystallization occurs
-The material hardens: strength increases with deformation
-High forces required, but excellent surface finish
Hot processes:
-T/Tf > 0.5
-Dynamic recrystallization occurs
-Work hardening is negligible
-Lower creep stresses and greater ductility
-Large deformations possible
The fundamental concept is that the distinction between cold processes and hot processes depends on the ratio between the processing temperature T and the melting temperature Tf of the material.
The constitutive equation and room temperature analysis
In the field of plastic forming processes, the constitutive equation is the law that describes the mechanical behavior of the material.
The constitutive equation represents the relationship between:
- the stress σ
- the plastic strain ε
- the strain rate and temperature
Its general form can be mathematically expressed as follows:
At room temperature
At room temperature, the dominant effect is strain hardening, while temperature and strain rate are negligible. For this reason, the constitutive equation reduces to the following:
Hot constitutive equation
Image created with artificial intelligence, the software used is Grok
Compared to what we have said so far, Now, we can say that when hot, the behavior changes radically because thermally activated microstructural phenomena come into play (we're talking about recovery and recrystallization).
In this situation, there are some fundamental characteristics. We can say that work hardening is negligible, stress depends strongly on the strain rate, and stress decreases with increasing temperature.
The typical form of the hot constitutive equation is the following:
Where:
σ = plastic flow stress
m = strain rate sensitivity coefficient
C = material constant, i.e., a material resistance coefficient
ε. = strain rate
This equation technically states that the stress required to plastically deform the material depends primarily on the strain rate, while the effect of work hardening is negligible.
Warm Constitutive Equation
Warm workings (0.25 < T/Tf < 0.5) represent an intermediate situation.
In this case, work hardening is not zero, the strain rate is significant, and the temperature significantly influences the stress.
Based on the concepts just expressed, we can say that no contribution can be neglected, and the complete constitutive equation becomes:
Where:
σ = Plastic flow stress
C = Material constant, a coefficient representing the material's strength
ε = True plastic strain, a measure of how much the material has been deformed
ε = Strain rate
m = Strain rate sensitivity coefficient
n = Work hardening coefficient
As T increases, n tends to decrease and m tends to increase.
Conclusions
Regarding plastic forming processes, we can say that for these processes we must consider how the stress required for deformation depends on strain, deformation rate, and temperature.
At room temperature, the dominant phenomenon is work hardening; however, as the temperature increases, microstructural phenomena become relevant, reducing the material's strength and making it significantly more sensitive to deformation rate.
Historical Notes and Questions
The plastic forming of metals has roots dating back thousands of years, well before the Industrial Revolution.
Did you know that already in prehistoric times, around 5000 BC, humans worked metals such as copper and bronze by cold or rudimentary hot hammering to create tools and ornaments?
With the advent of the steam engine and mechanical presses, plastic forming shifted from a craft activity to an industrial production process.
Did you know that the introduction of modern machine tools, presses, and rolling mills allowed for faster production and parts with more complex geometries?
ITALIAN
30-12-2025-Tecnologie e sistemi produttivi- Processi di formatura plastica [EN]-[IT]
Con questo post vorrei dare una breve istruzione a riguardo dell’argomento citato in oggetto
(codice lezione/articolo: EX_LS_19)
immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Microsoft Copilot
Introduzione ai processi di formatura plastica
Per prima cosa chiariamo il concetto di formatura plastica. I processi di formatura plastica sono lavorazioni meccaniche mediante le quali un materiale metallico viene deformato permanentemente superando la tensione di snervamento, senza asportazione di materiale e a volume costante.
I processi di formatura plastica possono essere eseguiti a freddo, a tiepido e a caldo.
Differenza tra processi a caldo e a freddo
immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Napkin.ai
Qui di seguito sono elencate delle distinzioni che esistono tra il processo di formatura plastica a caldo e a freddo.
Processi a freddo:
-T/Tf < 0,25–0,3
-Avvengono a temperatura ambiente
-Non avviene ricristallizzazione
-Il materiale incrudisce: la resistenza aumenta con la deformazione
-Alte forze necessarie, ma ottima finitura superficiale
Processi a caldo:
-T/Tf > 0,5
-Avviene ricristallizzazione dinamica
-L’incrudimento è trascurabile
-Minori tensioni di scorrimento e maggiore duttilità
-Possibili grandi deformazioni
Il concetto fondamentale è che la distinzione tra processi a freddo e processi a caldo dipende dal rapporto tra la temperatura di lavorazione T e la temperatura di fusione Tf del materiale.
L’equazione costitutiva e analisi a temperatura ambiente
Nel campo dei processi di formatura plastica l’equazione costitutiva è la legge che descrive il comportamento meccanico del materiale.
L’equazione costitutiva rappresenta il legame tra:
-la tensione σ
-la deformazione plastica ε
-la velocità di deformazione e la temperatura
La sua forma generale può essere matematicamente espressa come segue:
A temperatura ambiente
A temperatura ambiente, l’effetto dominante è l’incrudimento, mentre temperatura e velocità di deformazione sono trascurabili. Per tale motivi l’equazione costitutiva si riduce come segue:
Equazione costitutiva a caldo
immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Grok
Rispetto a quanto abbiamo detto fino ad ora, possiamo dire che a caldo il comportamento cambia radicalmente perché entrano in gioco fenomeni microstrutturali attivati termicamente (parliamo del recupero e della ricristallizzazione).
In questa situazione ci sono delle caratteristiche fondamentali. Possiamo dire che l’incrudimento è trascurabile, la tensione dipende fortemente dalla velocità di deformazione e la tensione diminuisce all’aumentare della temperatura.
La forma tipica dell’equazione costitutiva a caldo è la seguente:
Dove:
σ = tensione del flusso plastico
m = coefficiente di sensibilità alla velocità di deformazione
C = costante del materiale, ovvero è un coefficiente di resistenza del materiale
ε. = velocità di deformazione
Questa equazione tecnicamente afferma che la tensione necessaria per deformare plasticamente il materiale dipende principalmente dalla velocità di deformazione, mentre l’effetto dell’incrudimento è trascurabile.
Equazione costitutiva a tiepido
Le lavorazioni a tiepido (0,25 < T/Tf < 0,5) rappresentano una situazione intermedia.
In questo caso l’incrudimento non è nullo, la velocità di deformazione è rilevante e la temperatura influenza sensibilmente la tensione.
Per i concetti appena espressi possiamo dire che non si può trascurare nessun contributo, e l’equazione costitutiva completa diventa:
Dove:
σ = tensione del flusso plastico
C = costante del materiale, coefficiente che rappresenta il livello di resistenza del materiale
ε = Deformazione plastica vera, misura quanto il materiale è stato deformato
ε.= Velocità di deformazione
m = coefficiente di sensibilità alla velocità di deformazione
n = Coefficiente di incrudimento
All’aumentare di T n tende a diminuire e m tende ad aumentare.
Conclusioni
Per quanto riguarda i processi di formatura plastica possiamo dire che per questi processi dobbiamo tenere conto come la tensione necessaria alla deformazione dipenda da deformazione, velocità di deformazione e temperatura.
A temperatura ambiente il fenomeno dominante è l’incrudimento invece con l’aumento della temperatura, diventano rilevanti i fenomeni microstrutturali, che riducono la resistenza del materiale e rendono significativa la sensibilità alla velocità di deformazione.
Cenni storici e domande
La formatura plastica dei metalli ha radici che risalgono a migliaia di anni fa, ben prima della rivoluzione industriale.
Sapevate che già nella preistoria, intorno al 5000 a.C., l’uomo lavorava i metalli come rame e bronzo tramite martellatura a freddo o a caldo rudimentale per creare utensili e ornamenti?
Con l’avvento della macchina a vapore e presse meccaniche, la deformazione plastica si spostò da un’attività artigianale a un processo produttivo industriale.
Sapevate che l’introduzione di macchine utensili, presse e laminatoi moderni permise produzioni più rapide e parti con geometrie più complesse?
THE END
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