IT201800021175A1 - Procedimento di fabbricazione flow forming di bombole e bombola con esso ottenuta. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo:

“PROCEDIMENTO DI FABBRICAZIONE FLOW FORMING DI BOMBOLE E BOMBOLA CON ESSO OTTENUTA”.

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente domanda di brevetto per invenzione industriale ha per oggetto un procedimento di fabbricazione “flow forming” di bombole aventi un mantello cilindrico che presenta una o più sezioni trasversali ispessite, nonché la bombola ottenuta con tale procedimento .

Stato dell’arte

Attualmente la produzione di bombole seamless (ovvero, con struttura priva di saldature o punti di saldatura) avviene mediante tre differenti processi industriali:

- Mediante estrusione a partire da billetta

- Mediante imbutitura a partire da foglio di lamiera - Mediante ogivatura, con o senza implementazione dell’operazione di laminatura, a partire da tubo.

Tutti questi procedimenti hanno come limite la massima capacità ottenibile, in particolar modo in relazione al diametro ed alla pressione di esercizio della bombola in quanto parametri limitanti nel caso di recipienti destinati ad utilizzo in pressione Oggetto del brevetto

Mediante il nuovo processo produttivo è possibile realizzare bombole con capacità fino a 400 L, per pressioni d’esercizio fino a 300 BAR, con comportamenti migliori e maggiormente resistenti alle sollecitazioni di pressione, in particolare alle prove di fatica ciclica.

Con questo nuovo procedimento si realizzano, nell’operazione di laminazione, profili dedicati di ispessimento: sulla parete, sulle parti terminali ecc. La realizzazione dei profili è subordinata a soddisfare i migliori risultati di resistenza/peso emersi dalle analisi ad elementi finiti effettuate al calcolatore. Con questa innovazione il profilo del mantello viene realizzato con spessori maggiorati nei punti più critici; ciò permette di avere un prodotto più sicuro, con prestazioni tecnologiche migliorate quando sono sollecitati sotto pressione, in particolare in caso di sollecitazione ciclica è indagato al calcolatore, e poi realizzato sul manufatto. Il particolare profilo della geometria del mantello viene ottenuto con indagine comportamentale simulata al calcolatore unitamente alla possibilità di poterlo realizzare offerto dal processo “flow forming”. Gli ingrossamenti sulla superficie interna del mantello - ingrossamenti che permettono alla bombola di resistere maggiormente data la maggior sezione resistente applicata nei punti critici - sono rappresentati da fasce che danno origine ad un prodotto “ cerchiato “ che sotto sollecitazione ha comportamenti tecnologici migliori dei prodotti “ lisci “ ora comunemente presenti sul mercato.

Le fasce ingrossate sono realizzate ribassando localmente, nelle posizioni richieste, il diametro del maschio di contrasto utilizzato nella lavorazione “flow forming”. Dopo aver stabilito la posizione ed il profilo che si vuole ottenere, si modifica il profilo del maschio asportando meccanicamente del materiale dalla sua superficie; così facendo durante la fase di schiacciatura/deformazione il materiale, trovando uno spazio aumentato, può deformarsi in maniera differente e così dare forma ad ingrossamenti che migliorano le prestazioni tecnologiche e con aumenti di peso trascurabili. Il maschio della lavorazione “flow forming” viene costruito preferibilmente in maniera che sul corpo centrale, a seconda del cambio della lunghezza del pezzo, viene inserito di volta in volta l’inserto richiesto e sul quale sono stati ricavati i ribassi desiderati: gli ingrossamenti sono stati preferibilmente previsti nelle zone di cambio profilo quindi nelle zone in cui si ha il passaggio dalla parte cilindrica a quella ogivata, notoriamente nota come zona dove i carichi unitari si concentrano a causa del cambio di profilo e di sollecitazione lavorativa di ogivatura, dando origine all’indebolimento causato da comportamento di deformazione anche noto come “ legge del fil di ferro”.

L’implementazione di “cerchiature “anche nella parte cilindrica, sarà demandata alla necessità di utilizzo quindi dipendente da verifiche su forma geometrica, pressioni di utilizzo ecc. Per la realizzazione degli ingrossamenti si tratta di realizzare un maschio con un diametro di base ribassato, sul quale poi infilare una camicia realizzata profilo recante i ribassi richiesti. La geometria dell’ingrossamento sul pezzo, si ottiene sfruttando il comportamento del ritorno elastico del materiale sottoposto alla deformazione del processo “flow forming” a freddo; ciò permette di ottenere ingrossamenti che possono andare fino ad un più’ 8 - 12 % dello spessore normale di progetto.

Il processo di fabbricazione “flow forming” tradizionale La descrizione prosegue con riferimento alla fig. 1 che mostra schematicamente il maschio ed il tubo processato secondo l’attuale e comune tecnica di fabbricazione “flow forming”

Col processo “flow forming” si esegue una lavorazione di rullatura meccanica a freddo su dei tubi grezzi per ridurne a misura di calibratura programmata lo spessore parete. Il tubo grezzo da processare viene infilato sull’ utensile mandrino, qui denominato per comodità maschio, quindi la macchina inizia il ciclo portando in rotazione mandrino; al raggiungimento del regime di rotazione il sistema provvede ad irrorare l’esterno del tubo con getti di liquido lubrorefrigerante e poi dà il via al movimento di discesa della terna dei rulli che realizzeranno la variazione di spessore parete. La terna di rulli, una volta entrati in contatto con il materiale, grazie alla forza di spinta di cui sono dotati, schiacciano la superficie del tubo contro il maschio che, nella sua funzione di contrasto, provoca per deformazione la riduzione dello spessore parete. Il maschio, un utensile di forma geometrica cilindrica liscia e lineare è realizzato in materiale ad elevata durezza per poter fornire un contrasto omogeneo alla sollecitazione esercitata dalla superficie del tubo. Con questo vengono realizzati tubi calibrati di vari spessori parete. Durante la fase di lavoro, il materiale spinto dal carico di schiacciamento esercitato dai rulli è costretto a deformazione a causa del contrasto fra rullo e sottostante superficie del maschio, ma non appena liberatosi dal carico del rullo, grazie alla grande energia accumulata nell’ operazione di deformazione a freddo, da origine ad una deformazione geometrica di espansione dimensionale del diametro denominata “ ritorno elastico “, espansione che nella tipologia lavorativa della cmv significa una misura maggiore di 1.8 – 2.0 mm rispetto al diametro del maschio sottostante. La lavorazione in cmv è praticata su tubi grezzi con composizione in acciaio 34 Cr Mo 4 con diametri compresi fra 250 e 500 mm, con spessori parete di partenza compresi fra 5 e 12 mm; con le lavorazioni di “flow forming” in cmv si ottengono prodotti calibrati con spessore di parete ridotto, riferito per confronto con quello del tubo grezzo di fornitura, entro valori compresi fra il 30 ed il 50 % .

Grazie a questo effetto si ottiene un manufatto calibrato con parete interna liscia fotocopia della superficie del maschio, che grazie all’aumento dimensionale causato dovuto al ritorno elastico non è vincolato alla superficie sottostante ma bensì libero per essere facilmente sfilato e quindi avviato al proseguo lavorativo.

Il processo di fabbricazione flow forming secondo l’invenzione.

Per maggior chiarezza esplicativa, la descrizione del procedimento secondo l’invenzione prosegue con riferimento alle tavole di disegno allegate, aventi solo valore illustrativo e non limitativo, dove:

la Fig. 1 mostra schematicamente il maschio ed il tubo processato secondo l’attuale e comune tecnica di fabbricazione “flow forming”;

la Fig. 2 mostra schematicamente il maschio ed il tubo processato secondo la tecnica di fabbricazione “flow forming”, secondo l’invenzione;

la Fig. 3 mostra schematicamente il profilo di una bombola tradizionale, priva di sezioni ispessite;

Le figure da 4 a 7 mostrano il profilo di differenti bombole secondo l’invenzione.

Con riferimento alla fig. 2, vengono mostrati

schematicamente il maschio ed il tubo processato secondo la tecnica di fabbricazione “flow forming”, oggetto della presente invenzione.

Sfruttando l’effetto fotocopia dovuto al contatto forzato fra superficie interna del tubo e superficie esterna del maschio, si è pensato alla possibilità di realizzare profili geometrici particolari sulla superficie interna dei tubi processati, utilizzando come matrice le geometrie ricavate sulla superficie del maschio. Come innovazione viene proposto un prodotto che grazie alle gole anulari ribassate ricavate sulla superficie del maschio porta con sè degli ispessimenti di parete. Gli ispessimenti sono realizzati nella parte interna del tubo e quindi della bombola. Questi ispessimenti, non visibili all’esterno del manufatto e quindi ininfluenti su aspetti quali lo stoccaggio, il montaggio su rampe ecc, dopo indagini simulate al calcolatore sono stati posizionati sulle zone più critiche del prodotto, nello specifico nelle zone dove è localizzato il cambio di profilo fra la sua parete cilindrica e la sua parete ogivata.

Una bombola realizzata con ispessimenti posizionati nelle zone sopra descritte, si presenta come un prodotto presenta più performante ai test di sollecitazioni ciclica a fatica, un prodotto sicuramente più sicuro di quello ora presenti ed a tuttora immessi sul mercato. Per poter produrre con la necessaria flessibilità produttiva, il maschio sarà preferibilmente realizzato con nuovi criteri. Il maschio sarà realizzato vantaggiosamente non più in una ma in due parti. Una prima parte, definita principale, farà da base e supporto centrale; sarà qui ricavata la flangia di attacco macchina e l’asse centrale del maschio ed il ribasso per la zona lato fondo della bombola; poi ci sarà una seconda parte , in pratica una camicia con il ribasso ricavato sulla superficie, che sarà infilata sopra il corpo centrale; si dispone così di una attrezzatura che per le variazioni richieste su altri manufatti, per esempio di differente capacità, di differente spessore parete ecc, viene tolta e sostituita direttamente in macchina da un’altra e realizzare così altri pezzi con differenti profili.

Nulla vieta di predisporre un maschio specifico e dedicato per ciascun profilo di bombola da realizzare.

Le geometrie degli ispessimenti, e quindi i profili delle gole ricavate sulla superficie dei maschi sono realizzati tenendo principalmente conto del comportamento del “ritorno elastico“ del materiale.

Bombole ottenute con questa innovazione sono sicuramente più rispondenti alle maggiori richieste di sicurezza che quotidianamente provengono dal mercato.

La fig. 3 mostra schematicamente il profilo di una bombola tradizionale, priva di sezioni ispessite.

Le figure da 4 a 7 mostrano il profilo di differenti bombole secondo il trovato, ove sono state schematicamente indicate le sezioni trasversali ispessite, dislocate a volte solo in corrispondenza delle zone di cambio profilo, altre volte anche in corrispondenza della parete cilindrica della bombola.

Claims (4)

1. RIVENDICAZIONI 1) Procedimento di fabbricazione “flow forming” di bombole aventi una struttura priva di saldature o punti di saldatura, che prevede di: a) infilare un tubo grezzo da processare su un maschio di formatura, a sua volta montato su un mandrino girevole attorno ad un asse coincidente con l’asse longitudinale di detto tubo; b) porre in rotazione detto mandrino; c) irrorare l’esterno del tubo grezzo con getti di liquido lubrorefrigerante ; d) schiacciare il tubo grezzo contro il maschio di formatura per mezzo di una pluralità di rulli di laminazione premuti sull’esterno del tubo per tutto il tempo necessario affinchè lo spessore del tubo grezzo venga assottigliato fino a raggiungere il valore di spessore desiderato; e) allontanare detta pluralità di rulli di laminazione dal tubo supportato dal mandrino, al fine di consentire l’espansione dimensionale del diametro del tubo per effetto del “ritorno elastico“ del materiale; procedimento caratterizzato per il fatto di adottare un maschio di formatura avente forma cilindrica e recante una o più gole anulari in corrispondenza di quelle sezioni trasversali della bombola in cui si desidera avere un ispessimento dello spessore della bombola medesima.
2. 2) Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato per il fatto di prevedere che detto maschio di formatura venga realizzato in due parti: - una prima parte, avente funzione portante ed incorporante la flangia di attacco a detto mandrino girevole; - una seconda parte, avente funzione di formatura del profilo della bombola e comprendente una camicia cilindrica atta ad essere infilata ed immobilizzata sul detta prima parte, nonchè recante una o più gole anulari in corrispondenza di quelle sezioni della bombola in cui si desidera avere un ispessimento dello spessore della bombola medesima.
3. 3) Bombola recante una o più sezioni trasversali ispessite ottenuta con il procedimento di fabbricazione “flow forming” secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
4. 4) Bombola secondo la rivendicazione 3, recante spessore ispessito in corrispondenza della sua sezione trasversale di cambio di profilo fra la sua parete cilindrica e la sua parete ogivata.