COME SI REALIZZA UN BILANCIERE DA POWERLIFITNG

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COME SI REALIZZA UN BILANCIERE DA POWERLIFITNG

In vista dell’imminente uscita della seconda versione del nostro bilanciere da Powerlifting, la Nerd Powerbar Pro, abbiamo deciso di raccontare il processo di progettazione.

Qui potete trovare una spiegazione video sulle caratteristiche tecniche di un bilanciere olimpionico da powerlifting:

Nell’anno dopo l’uscita del primo modello abbiamo raccolto i riscontri di centinaia di clienti e decine di atleti di élite, a partire dai ragazzi del nostro Team e della squadra Vikings Veneto ASD, attualmente la più forte d’Italia, che fin dall’inizio supporta il nostro progetto; oltre ad essere la prima squadra in Italia ad utilizzare i nostri bilancieri per le loro competizioni.

 

Dopo aver analizzato i feedback ricevuti, abbiamo stilato una lista di caratteristiche fondamentali che dovrebbe avere un bilanciere di qualità:

  1. Durata: un bilanciere da powerlifting deve resistere a pesanti sollecitazioni, che vanno crescendo nel tempo. Risulta quindi necessario scegliere un materiale:
    1. Resistente;
    2. Resiliente;
    3. Rigido.
  2. Lavorazioni di qualità: per quanto il materiale possa essere speciale e ben scelto, la qualità delle lavorazioni è spesso il fattore che differenzia un prodotto di fascia alta da uno di fascia medio-bassa. Fattori come l’angolo e la qualità della zigrinatura e la finitura superficiale dei collari, per esempio, influenzano enormemente l’esperienza d’uso.
  3. Precisione: se si parla di un bilanciere da Powerlifting, è logico attenersi alle specifiche costruttive dettate dall’IPF, la federazione più importante a livello internazionale. Secondo l’IPF Technical Rules Book 2020, un bilanciere deve avere queste caratteristiche:
    1. Il bilanciere deve essere dritto, ben zigrinato e dovrebbe essere conforme alle seguenti misure:
      1. la lunghezza totale non deve eccedere i 2,2 m; 
      2. la distanza interna tra i collari non deve eccedere i 1,32 m o essere inferiore a 1,31 m; 
      3. il diametro del bilanciere non deve eccedere i 29 mm o essere inferiore a 28 mm;
      4. il peso di bilanciere e collari (ferma disco) non deve superare i 25 kg; 
      5. il diametro dei manicotti non deve eccedere 52 mm o essere inferiore a 50 mm;
      6. devono essere presenti i marchi di riferimento per la panca a una distanza di 81 cm tra loro;
    2. I bilancieri utilizzati a qualsiasi IPF Championships non devono essere cromati sulla zigrinatura;
    3. I collari (ferma pesi) devono pesare 2,5 kg l’uno – ne risulta che il bilanciere non deve pesare più di 20 kg.

Vediamo ora come siamo riusciti a tener conto di ognuna di queste caratteristiche durante la fase progettuale del nostro prodotto.

Il processo di scelta del materiale può essere descritto così:

  1. Studio della dinamica delle alzate nel Powerlifting e delle conseguenti sollecitazioni subite dal bilanciere (anche a mezzo di image-recognition);
  2. Studio di un trattamento termico specifico legato alle nostre esigenze per poter garantire caratteristiche meccaniche alla pari dei migliori bilancieri presenti sul mercato;
  3. Scelta del materiale conforme al raggiungimento di tali caratteristiche e idoneo ai trattamenti termici;
  4. Scelta del test adeguato a valutare la tenuta in applicazioni reali;
  5. Esecuzione stress test a campione;
  6. Implementazione di un controllo di qualità più rigido;
  7. Analisi del mercato e delle soluzioni adottate dai competitor: il lavoro di un’azienda che mira alla qualità non può prescindere dall’osservazione delle realtà di successo.

Seguire questi passaggi ci ha portato a scegliere una lega speciale di acciaio, priva di Nichel, particolarmente adatta ai trattamenti termici che ci interessavano.

Quando si sceglie un materiale adatto alla realizzazione di un bilanciere da Powerlifting è necessario trovare un giusto compromesso tra resistenza e duttilità.

Il materiale deve essere abbastanza resistente da non restare deformato a causa delle notevoli sollecitazioni che subisce negli allenamenti e nelle competizioni di Powerlifting. Allo stesso tempo, deve essere sufficientemente resiliente da far sì che flettendosi non si rompa.

Per ottenere questo risultato, abbiamo studiato la curva ingegneristica dell’acciaio in questione. I fattori che ci interessavano erano:

  • Tensione di snervamento (Yield Strength), che determina quanta tensione serve per deformare permanentemente il materiale;
  • Tensione di rottura (Tensile Strength), che determina quanta tensione serve per rompere il materiale.

Questi due valori sono proporzionali tra loro. Per consuetudine, i produttori di bilancieri dichiarano il secondo. Verosimilmente lo fanno perché entrambi sono descritti con la stessa unità di misura.
Le persone, spesso, leggendo velocemente le caratteristiche tecniche, cercano solo il numero di loro interesse (come i cavalli in una macchina). Allo stesso modo, i non addetti ai lavori il più delle volte non hanno mai sentito parlare di PSI o tensioni di snervamento e rottura. In altre parole, molti clienti non conoscono queste caratteristiche.

Questo è il motivo per cui, per un’azienda, dichiarare la Tensione di snervamento (Yield Strength) può essere svantaggioso: il potenziale cliente che si concentra sul dato numerico piuttosto che sul suo significato, vedendo un numero più basso potrebbe ritenere il prodotto più scadente.

Se i due fattori fossero tra loro sempre ugualmente proporzionali, questo aspetto sarebbe irrilevante. Ma non è così!

La Tensione di snervamento (Yield Strength) determina la tensione massima che il bilanciere è in grado di reggere prima di rimanere permanentemente deformato: ed è questo che ci deve interessare di più, poiché anche una flessione di soli pochi millimetri dell’asta può comprometterne l’utilizzo.
La maggior parte delle volte, invece, viene indicata la Tensione di rottura (Tensile Strength), che determina la tensione necessaria a spezzare l’asta. La Tensione di rottura (Tensile Strength) è sempre superiore quella di snervamento (Yield), come si può immaginare; ma, a seconda della lega e dei trattamenti termici, i due valori possono allontanarsi o avvicinarsi – e anche di molto.

Non è detto che un bilanciere con una Tensione di snervamento (Tensile Strength) superiore a quella di un altro abbia anche una Tensione di snervamento (Yield Strength) superiore. Esistono acciai speciali con tensioni di snervamento (Yield) di 1500 MPa (217.500 PSI) e tensioni di rottura (Tensile) pari a 1580 MPa (230.000 psi), così come ci sono acciai con la stessa tensione di rottura che però hanno solo 1200 o 1300 MPa di snervamento (170.000-190.000 PSI).

 

Ciò significa che, indicando solo un valore, i due bilancieri sembrerebbero avere le stesse caratteristiche. In realtà, il primo sarebbe in grado di resistere a tensioni di gran lunga superiori senza deformarsi!

Tutto ciò spiega quanto sia importante un’analisi approfondita sia del materiale da utilizzare che del trattamento termico per garantire il meglio delle performance e della sicurezza.

È necessario capire che, a parità di geometria dell’asta, l’unico fattore che determina la resistenza massima è proprio la Tensile Strength. La tensione che il bilanciere subisce, però, non è determinata solo dal carico applicato. Se movimentiamo il bilanciere, alla tensione generata dal carico va a sommarsi una componente generata dall’accelerazione che gli imprimiamo. Per chiarire questo aspetto, possiamo pensare alla “forza invisibile” che ci schiaccia contro lo schienale della macchina quando acceleriamo velocemente o a quella che ci schiaccia ai lati del sedile quando facciamo una curva. Qualcosa di simile accade al bilanciere quando è movimentato. Il caso più evidente di questo comportamento si ha quando si inverte il movimento in buca nello squat. L’effetto è estremamente visibile negli atleti di sollevamento pesi olimpico, che sfruttano proprio questa ulteriore flessione del bilanciere in buca e la conseguente risposta elastica del bilanciere per sollevare più peso.

Nelle immagini allegate con lo stesso carico il bilanciere risulta essere più flesso in buca, esistendo una proporzionalità diretta tra carico e flessione anche il carico sulla schiena in buca risulta maggiore

Fornire un dato di carico massimo per un bilanciere è impreciso e potenzialmente fuorviante, dunque, in quanto entrano in gioco numerosissimi fattori:

  • Dinamica del sollevamento 

Come spiegato poco fa, l’accelerazione impressa al bilanciere ne incrementa la sollecitazione. Lo stesso bilanciere potrebbe reggere 600kg se sollevato molto lentamente e snervare a 500kg se sollevato a grande velocità.

  • Punto di applicazione dei vincoli

Non tutte le alzate stressano il bilanciere allo stesso modo. Questo dipende da quanto è stretto il punto da cui il bilanciere viene sollevato. Avete mai notato che molti produttori forniscono dati differenti di carico massimo per squat panca e stacco? Quanto più è largo il punto da cui si solleva il bilanciere, tanto minore sarà la flessione. Se solleviamo un bilanciere con 600kg impugnandolo a 50cm dal centro, potrebbe reggere senza problemi; lo stesso bilanciere, sollevato alla stessa velocità, ma con un’impugnatura questa volta a 30cm dal centro, potrebbe però snervare anche con 500kg, e cioè con un carico sensibilmente inferiore al precedente!

Basta immaginare una trave di legno appoggiata su un mattone posto al suo centro e caricata ai lati. Questa trave si fletterà molto. Se la caricassimo troppo, probabilmente si spezzerebbe. Viceversa, se mettessimo due mattoni ai limiti della trave e poggiassimo i carichi esattamente sopra i mattoni, la trave non si fletterebbe in alcun modo e non ci sarebbe alcun rischio di romperla.

  • Punto di applicazione del carico

Lo stesso discorso si applica anche al punto di applicazione del carico. Larghezza dei dischi e geometria del manicotto impattano direttamente la tenuta massima del bilanciere.

 

Non esistendo una normativa che regoli i test di tenuta dei bilancieri, ogni produttore può scegliere il test a sua discrezione. Questo ha un impatto enorme sul risultato finale.

 

Ipotizzando di usare un acciaio speciale con Tensile Strength di 217.500 PSI, avremmo che il punto di rottura del bilanciere sarebbe:

  • 1525kg, se caricato staticamente e vincolato a distanza di 81cm (segni della panca);
  • 800kg, se sollevato con un’accelerazione di 3m/s2 e con i vincoli posti rispettivamente a 15cm a destra e sinistra dal centro del bilanciere

Pur non cambiando il materiale, la differenza dell’outcome del test è enorme.

Non voglio portarvi a pensare, erroneamente, che un bilanciere con più PSI sia necessariamente migliore di un bilanciere che ne ha meno. Esiste uno sweetspot per avere il massimo della resilienza: cioè un materiale duro ma non fragile. Eccedere con i PSI fa crescere la fragilità del materiale e avvicinare i punti di snervamento e rottura. Ciò significa che sarà più difficile che il bilanciere rimanga flesso, ma aumenterà la probabilità di rottura in casi al limite.

La rottura di un bilanciere è un evento molto pericoloso e va evitato.

La quasi totalità dei bilancieri di fascia alta, infatti, è realizzata per raggiungere tra i 1380 e i 1725 MPa (200.000 e i 250.000 220.000 PSI). In genere, i bilancieri che si tengono al di sotto di questo range sono ritenuti bilancieri di fascia media o bassa.

Abbiamo perciò studiato la sollecitazione subita dal bilanciere nelle varie alzate e, alla luce di quanto esposto fin qui, ci siamo concentrati principalmente sullo squat, che risulta essere la più critica delle 3, in quanto:

  1. Presenta un’elevata dinamica per via dell’inversione del moto in buca;
  2. Ha una superficie di appoggio del bilanciere molto stretta, inferiore alla presa sia in stacco che in panca.

Abbiamo scelto il materiale e studiato il trattamento termico in modo che il bilanciere soddisfacesse queste caratteristiche:

  • Reggere un’accelerazione pari all’accelerazione massima rilevata dai nostri test;
  • Reggere il sollevamento con la superficie d’appoggio minima rilevata; 
  • Il test deve essere eseguito con il punto di applicazione del carico posto alla massima distanza utile sul manicotto.

L’obiettivo era realizzare un’asta in grado di superare il test senza snervamento e con un carico superiore all’attuale record di tutti i tempi di squat.

Questo stesso trattamento ci ha permesso di raggiungere valori di durezza superficiali quasi doppi rispetto al nostro primo modello, incrementando di molto la vita utile della zigrinatura. La somma di tenuta massima e durezza superficiale fa sì che anche il comportamento a fatica del prodotto migliori enormemente. Questo significa che il numero massimo di sollevamenti che un bilanciere può sopportare è fortemente influenzato dalla lega e dal trattamento termico scelti.
Con la scelta una lega speciale e di un trattamento termico studiato ad hoc per la nostra applicazione, possiamo garantire una vita utile del bilanciere molto superiore alla vita utile media dei prodotti presenti sul mercato.

A proposito di zigrinatura, però… come si valuta una buona zigrinatura?

I tre profili di zigrinatura comuni sono:

  1. Vulcano: considerato il gold standard del settore e utilizzato per la maggior parte dei bilancieri di élite in commercio. È caratterizzata da una forma a diamante che non termina in una punta ma in una conca. Il “bordo del cratere” permette di avere una presa perfettamente salda senza lacerare la pelle.

Qualità della zigrinatura: Élite.

  1. Monte: profilo simile al precedente, ma caratterizzato da una vetta piana. Risulta essere il profilo meno aggressivo dei 3 sulla mano, ma permette una tenuta peggiore.

Qualità della zigrinatura: Media.

  1. Diamante: profilo a diamante con vetta appuntita. Dei 3 profili, è il più aggressivo sulla mano, e tuttavia non garantisce una tenuta maggiore rispetto al profilo a vulcano. In alcuni casi è particolarmente aggressiva, e può addirittura diventare controproducente, dal momento che può lacerare la pelle ed essere scomodo.

Qualità della zigrinatura: Bassa.

 

I bilancieri sono tipicamente zigrinati con uno dei seguenti processi:

  1. Zigrinatura al tornio per asportazione: standard qualitativo e ripetibilità massimi. Utilizzata nelle applicazioni in cui la precisione e la qualità delle lavorazioni sono molto rilevanti. Tipica delle produzioni in serie eseguite con tornio a controllo. Permette di realizzare zigrinature a 30° o 45°, con tutti e 3 i profili.
  2. Zigrinatura al tornio per deformazione: considerata il metodo old school, permette di realizzare zigrinature a 30° o 45° con tutti e 3 i profili. Meno performante e ripetibile, benché meccanicamente migliore.
  3. Rullatura: dei 3, si può dire che sia il metodo più veloce, ma è tipicamente caratterizzato da un’angolazione a 45° e da un profilo a diamante; è quindi limitante nella versatilità dell’applicazione.

 

Questo video entra nel dettaglio dei diversi tipi di zigrinatura e di come andrebbero realizzate:

https://www.youtube.com/watch?v=9Zwi0ZAUCUc
Noi abbiamo optato per una zigrinatura per deformazione, con profilo a vulcano e con angolazione 30°.

zigrinatura a vulcano Nerd Powerbar pro
Zigrinatura a vulcano della nostra NERD POWERBAR PRO

La scelta dell’angolazione della zigrinatura è stata molto semplice. Il bilanciere ruota nella mano e, per vincere questa rotazione, la parte utile della zigrinatura è quella che corre lungo l’asse del bilanciere. A parità di passo, con un’angolazione a 30° (diamanti romboidali), la porzione della zigrinatura assiale al bilanciere sarà molto superiore per ogni singolo solco. Ciò si traduce in una presa molto più solida. Non è un caso che quasi tutti i bilancieri di fascia alta abbiano una zigrinatura a 30°.

Per migliorare rispetto al passato abbiamo deciso di applicare un sistema di controllo qualità che verifichi:

  • Il materiale
  • Le lavorazioni
  • L’assemblaggio

Queste verifiche sono imprescindibili per avere un prodotto top di gamma.

Il sistema che abbiamo implementato non solo ci permette di avere un bilanciere dalle performance eccellenti ma garantisce prodotti sempre perfetti, assemblati manualmente e testati uno ad uno. Ecco perché garantiamo il nostro bilanciere a vita contro la flessione dell’asta. I nostri clienti possono testimoniare la passione e l’attenzione che mettiamo nel nostro lavoro e nel soddisfare le loro aspettative e le loro esigenze.

Le aziende sono fatte di persone, non di prodotti: non dimentichiamolo!

Continuiamo a investire sull’essere 100% made in Italy. Oltre a essere una scelta di responsabilità in un momento di crisi come quello che stiamo vivendo, ci garantisce di essere in grado di reagire tempestivamente qualora dovessero presentarsi problemi, indipendentemente dalla loro natura. Continueremo questo percorso di trasparenza e onestà, con la speranza di avere l’opportunità di rendere sempre più persone felici grazie al nostro lavoro e ai nostri prodotti.

 

NERD TRAINING CENTER

 

 


Commento

  • Ciao ragazzi un link veramente interessante, video con spiegazione stupenda, non trovo se per caso è stato scritto, il materiale che si usa per costruire un bilanciere, che acciaio usate?

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