IT202100017975A1 - Attrezzatura e procedimento per la pulizia e la grafitatura di stampi e/o semistampi per colata in bassa pressione - Google Patents
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Description
ATTREZZATURA E PROCEDIMENTO PER LA PULIZIA E LA GRAFITATURA DI STAMPI E/O SEMISTAMPI PER COLATA IN BASSA PRESSIONE
DESCRIZIONE
Il presente trovato ha per oggetto una attrezzatura ed un procedimento per la pulizia e la grafitatura di stampi e/o semistampi per colata in bassa pressione.
Come noto, gli stampi per colata in bassa pressione necessitano di una periodica pulizia, normalmente determinata da un certo numero di colate, per mantenerne la qualit?.
Attualmente, per eliminare gli accumuli di grafite e di ossidi, come ad esempio l'ossido di zinco, che si formano sugli stampi per colata in bassa pressione, si utilizza una pallinatrice oppure un mandrino pneumatico. In particolare, la grafite e gli ossidi tendono ad accumularsi nella cavit? delle impronte degli stampi.
Come noto, gli stampi vengono sottoposti a trattamenti di grafitatura, per depositare, tipicamente immergendoli in una vasca con soluzione acquosa contenente grafite, un sottile film protettivo, che deve essere il pi? uniforme possibile per non compromettere la qualit? dei prodotti stampati. La parte cava dello stampo, quindi l'impronta, per la sua conformazione tende a far accumulare in essa la grafite. Sia gli accumuli di grafite che gli ossidi devono essere eliminati dopo un certo numero di cicli affinch? non modifichino la geometria delle pareti degli stampi e le caratteristiche del flusso di materiale, che da laminare pu? diventare turbolento, compromettendo la qualit? e le propriet? della colata e quindi dei pezzi prodotti.
Con la pallinatrice, la pulizia deve essere eseguita ogni quattro ore di lavoro, il ciclo di pulizia richiesto ? di circa dieci-quindici minuti e permette di pulire l'intero stampo, cio? sia le superfici con cavit? che quelle lisce. Inoltre, con la pallinatura ? possibile pulire anche le zone di accoppiamento dello stampo alla flangia del porta-stampo, in corrispondenza della quale ? presente una moltitudine di cilindri espulsori preposti a provocare il distacco della colata dalle superfici dello stampo.
La pallinatrice ? un macchinario ingombrante e, affinch? non sia di intralcio ad altre operazioni, quando non ? in uso viene allontanata dagli stampi su guide lineari. La sua movimentazione ? necessaria per eseguire la pulizia degli stampi anche prima della loro sostituzione.
Tale macchina presenta inconvenienti legati alle sue dimensioni, quindi alla mancanza di praticit? nel suo utilizzo, e al tempo di pulizia relativamente lungo, che si aggira intorno ai dieci-quindici minuti.
Il mandrino pneumatico impiega una spazzola metallica ad azionamento pneumatico per pulire esclusivamente le cavit? degli stampi circa ogni venti-trenta cicli impiegando circa cinque minuti per la pulizia.
Il fatto che vengano pulite esclusivamente le cavit?, cio? le zone in cui si depositano maggiormente gli accumuli di grafite ed ossidi, e non la parte piana degli stampi, non ? problematico perch? la forza applicata per la chiusura degli stampi ? tale da garantire una chiusura comunque ermetica dei semistampi. Tuttavia, anche l'uso di questa attrezzatura non risulta scevra di inconvenienti, che sono rappresentati dal fatto che il lavoro deve essere eseguito manualmente da un operatore, dalla necessit? di una cappa aspirante al di sopra dei semistampi da attivare durante la pulizia e dalla necessit? di fermare la produzione per il tempo necessario alla pulizia dei semistampi.
Il compito del presente trovato ? quello di realizzare una attrezzatura ed un procedimento per la pulizia e la grafitatura di stampi e/o semistampi per colata in bassa pressione che sia in grado di migliorare la tecnica nota in uno o pi? degli aspetti sopra indicati.
Nell'ambito di tale compito, uno scopo del trovato ? quello di pulire i semistampi in modo efficace e automatizzato.
Un altro scopo del trovato ? quello di proporre un procedimento che consenta la pulizia dei semistampi in tempi ridotti rispetto ai procedimenti ad oggi noti e senza interrompere la produzione.
Un ulteriore scopo del trovato ? quello di migliorare la qualit? della colata in stampo garantendone la pulizia costante.
Un altro scopo del trovato ? quello di limitare gli ingombri complessivi delle attrezzature.
Inoltre, la presente invenzione si prefigge lo scopo di superare gli inconvenienti della tecnica nota in modo alternativo ad eventuali soluzioni esistenti.
Non ultimo scopo del trovato ? quello di realizzare una attrezzatura ed un procedimento che siano di elevata affidabilit?, di relativamente facile realizzazione e a costi competitivi.
Questo compito, nonch? questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da una attrezzatura per la pulizia e la grafitatura di stampi e/o semistampi per colata in bassa pressione che si caratterizza per il fatto di comprendere:
- almeno una vasca atta a contenere una soluzione acquosa con grafite,
- mezzi per la movimentazione di almeno un semistampo almeno in immersione in detta vasca, - mezzi per la generazione e l'emissione di ultrasuoni attraverso detta soluzione acquosa.
Forma oggetto di brevetto anche un procedimento di pulizia e grafitatura degli stampi e/o semistampi per colata in bassa pressione che consiste nella successione delle seguenti fasi:
- immersione di almeno un semistampo da pulire in una vasca contenente soluzione acquosa con grafite,
- emissione di ultrasuoni all'interno di detta vasca con produzione, nella soluzione acquosa, di bolle di cavitazione verso detto semistampo per un determinato intervallo di tempo, - deposizione di grafite sulla superficie di detto semistampo, mantenendo quest'ultimo all'interno di detta vasca.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, dell'attrezzatura e del procedimento secondo il trovato, l'attrezzatura essendo illustrata, a titolo indicativo e non limitativo, negli uniti disegni, in cui:
- la figura 1 illustra una attrezzatura secondo il trovato in una vista prospettica;
- la figura 2 illustra l'attrezzatura di figura 1 in una vista laterale;
- la figura 3 ? una prima sezione dell'attrezzatura mostrata in figura 2, eseguita secondo la linea III-III;
- la figura 4 ? una seconda sezione dell'attrezzatura mostrata in figura 2, eseguita secondo la linea IV-IV.
Con riferimento alle figure citate, l'attrezzatura secondo il trovato, indicata globalmente con il numero di riferimento 10, comprende:
- almeno una vasca 11 atta a contenere una soluzione acquosa 12 con grafite,
- mezzi per la movimentazione 13 di almeno un semistampo 14 almeno in immersione nella vasca 11, - mezzi per la generazione e l'emissione di ultrasuoni 15 attraverso la soluzione acquosa 12.
Nell'esempio illustrato sono mostrate due affiancate vasche 11, fluidicamente indipendenti ma ricavate in una unica struttura e in modo in s? noto. Sono infatti note vasche per la grafitatura dei semistampi, che come queste sono preposte ad accogliere un rispettivo semistampo in immersione nella soluzione acquosa contenente grafite, a seguito della fase di stampaggio per colata. Le attrezzature per la grafitatura in vasca, anch'esse in s? note, sono tipicamente provviste, come per l'attrezzatura 10 secondo il trovato, di mezzi di movimentazione 13 dei due semistampi 14, per eseguire la chiusura dello stampo, il mantenimento di tale chiusura durante la fase di colata in bassa pressione, l'apertura dello stampo con il rilascio del pezzo stampato e l'immersione, ad ogni ciclo di lavorazione o dopo un certo numero di lavorazioni, di ciascun semistampo 14 in una rispettiva vasca 11. Tali mezzi di movimentazione 13 dei semistampi 14, per eseguire le sopraccitate operazioni, consistono convenientemente in un manipolatore a due bracci 13a e 13b, preferibilmente con complessivi nove gradi di libert?. I due bracci 13a e 13b sono in grado di manipolare ciascuno un rispettivo semistampo 14, almeno per eseguire l'apertura dello stampo e per immergere i semistampi nelle rispettive vasche 11.
I mezzi di movimentazione 13 sono quindi provvisti di mezzi di reciproco allontanamento e avvicinamento 16 dei due bracci 13a e 13b, che consistono in una motovite la quale, mediante un pattino che scorre su di una guida lineare, permette l'allontanamento/avvicinamento relativo dei due semistampi, e, per ciascun braccio 13a e 13b, sono provvisti di mezzi di motorizzazione 17, non tutti visibili nelle allegate figure, per semplicit?, ma comunque in s? noti, per eseguire rotazioni indipendenti preferibilmente secondo sei gradi di libert?, dentro o fuori la rispettiva vasca 11.
Ciascun semistampo 14 ? accoppiato ad un rispettivo braccio 13a o 13b mediante una flangia di accoppiamento 18 alla quale ? fissato.
I mezzi per la generazione e l'emissione di ultrasuoni 15 comprendono, per ciascuna vasca 11, almeno un trasduttore di pressione 19 ad elementi piezoelettrici posto all'interno della stessa vasca 11.
Tali mezzi sono chiaramente mostrati con la sezione di figura 3 e sono collocati in corrispondenza del fondo della vasca 11.
In particolare, il trasduttore di pressione 19 ? preposto a convertire la potenza elettrica proveniente da un generatore in energia meccanica ad alta frequenza, ultrasonica, sfruttando l'effetto piezoelettrico. La carica elettrica fornita al trasduttore ? infatti applicata agli elementi piezoelettrici in esso contenuti. Questi ultimi creano vibrazioni che vengono amplificate dalle masse risonanti del trasduttore e dirette nel liquido che, a sua volta, trasmette un'onda di pressione con conseguente formazione, espansione ed implosione di bolle di cavitazione che raggiungono le superfici del semistampo 14. Ciascun braccio 13a e 13b del manipolatore consente di movimentare il rispettivo semistampo 14 durante l'emissione degli ultrasuoni, affinch? le superfici del semistampo 14, presentanti l'impronta di stampaggio, possano essere efficacemente raggiunte dalle bolle di cavitazione.
Per ogni trasduttore 19 ? opportunamente presente un elemento di collegamento 21 da cui si sviluppano cavi 22 di alimentazione elettrica.
All'interno di ciascuna vasca 11 ? anche presente almeno uno scambiatore di calore 23. In particolare, nell'esempio illustrato, sono presenti preferibilmente due scambiatori 23 su differenti pareti di una stessa vasca 11. Gli scambiatori di calore 23 sono opportunamente ad acqua e per questo sono mostrate anche delle valvole 24 per l'apertura e la chiusura del passaggio di acqua dietro alle piastre degli scambiatori.
Per ciascuna vasca 11 ? anche presente una apertura 25 per l'accesso di un miscelatore, preposto a rimescolare la soluzione acquosa per mantenere o riportare la grafite in sospensione.
Il procedimento secondo il trovato consiste nella successione delle seguenti fasi:
- immersione di almeno un semistampo 14 da pulire in una vasca 11 contenente soluzione acquosa con grafite,
- emissione di ultrasuoni all'interno della vasca 11 con produzione, nella soluzione acquosa, di bolle di cavitazione verso il semistampo 14 per un determinato intervallo di tempo,
- deposizione di grafite sulla superficie del semistampo 14, mantenendo quest'ultimo all'interno della vasca 11.
La cavitazione determina la pulizia delle superfici del semistampo 14. Sostanzialmente, utilizzando l'attrezzatura 10 sopra descritta, con il trasduttore di pressione 19 vengono generate onde elastiche di opportuna frequenza ed ampiezza (ultrasoniche), che determinano un'alternanza di cicli di compressione ed espansione delle molecole d'acqua e, durante l'allontanamento delle molecole (quindi in espansione) si esercita sul liquido una pressione negativa. Come noto, se l'ultrasuono ? sufficientemente intenso, il ciclo di espansione pu? generare localmente delle pressioni nel liquido sufficientemente basse da raggiungere la tensione di vapore e, di conseguenza, provocare la formazione di bolle di vapore, cio? bolle di cavitazione. Le bolle assorbendo l'energia meccanica dell'onda ultrasonica si espandono fino ad implodere nelle vicinanze delle superfici da pulire. Come noto, implodendo le bolle creano una moltitudine di piccoli getti d'acqua ad elevata pressione (circa 500 atm) e temperatura (circa 500?C) e che, con velocit? dell'ordine dei 400 km/ h, impattano contro gli stampi. E' preferibile un valore di frequenza ultrasonica, di risonanza del trasduttore 19, di circa 25kHz.
L'impatto erode le impurit?, cio? principalmente gli accumuli di grafite e di ossidi, sulla superficie del semistampo 14.
L'emissione di ultrasuoni, quindi la cavitazione, ? eseguita per un intervallo di tempo compreso preferibilmente tra 1 e 2 secondi, in funzione della velocit? di raffreddamento dei semistampi e del tempo necessario alla grafite di depositarsi dopo che il trasduttore viene spento una volta che quest'ultimo ha assolto il suo compito, affinch? la cavit? del semistampo 14 risulti pulita dalle impurit? senza che ne risulti erosa anche la superficie. Mediante l'attrezzatura 10, come anticipato, ? possibile movimentare i semistampi 14 nella soluzione acquosa affinch? le bolle di cavitazione raggiungano efficacemente tutta l'impronta da pulire ed anche la superficie piana che si chiude sulla rispettiva superficie dell'altro semistampo.
Infatti, il procedimento comprende vantaggiosamente anche la movimentazione del semistampo 14 all'interno della vasca 11 durante la fase di emissione di ultrasuoni.
Il procedimento secondo il trovato comprende anche opportunamente una fase di raffreddamento del semistampo 14 da una temperatura di circa 350?, prima di essere immerso nella soluzione acquosa, ad una temperatura compresa tra 120? e 140?, una volta tolto dalla soluzione acquosa, mentre la temperatura della soluzione nella vasca viene mantenuta sostanzialmente costante tra circa 40?C e 50?C.
In particolare, una temperatura compresa circa tra 40?C e 50?C ? ideale per eseguire la grafitatura ed ? anche favorevole alla formazione delle bolle di cavitazione.
Con l'attrezzatura 10 il raffreddamento della soluzione acquosa si ottiene principalmente grazie agli scambiatori di calore 23.
La grafitatura viene eseguita mediante deposizione di grafite dopo la pulizia. Tra una fase e l'altra ? necessario disattivare il trasduttore 19 per lasciare che nella grafitatura la grafite si depositi sulle superfici, senza che le bolle siano di impedimento a tale operazione. La pulizia per cavitazione, mediante emissione di ultrasuoni, ? eseguita all'interno della stessa vasca di grafitatura e questo la rende automatizzabile nello stesso processo di lavorazione, ad ogni ciclo di stampaggio o periodicamente. I mezzi per la movimentazione 13, ovvero il manipolatore, eseguono autonomamente l'immersione degli stampi nelle vasche di grafitatura, evitando che il passaggio di pulitura possa essere dimenticato da parte dell'operatore.
I tempi dedicati alla pulizia risultano inferiori rispetto a quelli necessari utilizzando una pallinatrice o un mandrino pneumatico: solo qualche secondo se eseguita ad ogni ciclo di stampaggio e solo qualche minuto se eseguita dopo un certo numero di cicli.
La pulizia eseguibile con gli ultrasuoni ? paragonabile a quella ottenibile con la pallinatrice, verificandosi una pulizia sia della superficie dell'impronta che della superficie piana di chiusura con l'altro semistampo.
Inoltre, poich? i mezzi per la generazione e l'emissione di ultrasuoni 15 sono installati direttamente nella vasca 11 di grafitatura, la loro presenza non comporta ulteriori ingombri per garantire la pulizia dei semistampi.
L'impiego dell'attrezzatura, secondo il trovato, risulta evidente da quanto descritto e illustrato e, in particolare, risulta evidente come l'attrezzatura presenti ingombri complessivamente contenuti e consenta di pulire e grafitare i semistampi in modo automatico e in tempi ridotti.
Si ? in pratica constatato come il trovato raggiunga il compito e gli scopi preposti realizzando una attrezzatura e proponendo un procedimento grazie ai quali ? possibile eseguire la pulizia dei semistampi efficacemente, in modo automatizzato e sfruttando l'attrezzatura necessaria anche alla grafitatura, quindi senza ulteriori ingombri e in tempi ridotti rispetto alle tecniche ad oggi impiegate.
E' anche da notare come l'automatizzazione del processo di pulizia dei semistampi consente di mantenere costante nel tempo la qualit? degli stampi e quindi anche della colata.
Il trovato, cos? concepito, ? suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.
In pratica, i materiali impiegati, purch? compatibili con l'uso specifico, nonch? le dimensioni e le forme contingenti, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze e dello stato della tecnica.
Ove le caratteristiche e le tecniche menzionate in qualsiasi rivendicazione siano seguite da segni di riferimento, tali segni sono stati apposti al solo scopo di aumentare l'intelligibilit? delle rivendicazioni e di conseguenza tali segni di riferimento non hanno alcun effetto limitante sull'interpretazione di ciascun elemento identificato a titolo di esempio da tali segni di riferimento.
Claims (8)
1. Attrezzatura per la pulizia e la grafitatura di stampi e/o semistampi per colata in bassa pressione che si caratterizza per il fatto di comprendere:
- almeno una vasca (11) atta a contenere una soluzione acquosa (12) con grafite,
- mezzi per la movimentazione (13) di almeno un semistampo (14) almeno in immersione in detta vasca (11),
- mezzi per la generazione e l'emissione di ultrasuoni (15) attraverso detta soluzione acquosa (12).
2. Attrezzatura, secondo la rivendicazione 1, che si caratterizza per il fatto che detti mezzi per la generazione e l'emissione di ultrasuoni (15) comprendono almeno un trasduttore di pressione (19) ad elementi piezoelettrici posto all'interno di detta vasca (11).
3. Attrezzatura, secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti mezzi per la movimentazione (13) di detto almeno un semistampo (14) comprendono almeno un manipolatore.
4. Attrezzatura, secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere, all'interno di detta vasca (11) almeno uno scambiatore di calore (23).
5. Procedimento di pulizia e grafitatura degli stampi e/o semistampi per colata in bassa pressione che consiste nella successione delle seguenti fasi:
- immersione di almeno un semistampo (14) da pulire in una vasca (11) contenente soluzione acquosa con grafite,
- emissione di ultrasuoni all'interno di detta vasca (11) con produzione, nella soluzione acquosa, di bolle di cavitazione verso detto semistampo (14) per un determinato intervallo di tempo,
- deposizione di grafite sulla superficie di detto semistampo (14), mantenendo quest'ultimo all'interno di detta vasca (11).
6. Procedimento, secondo la rivendicazione 5, che si caratterizza per il fatto che detta emissione di ultrasuoni ? eseguita per un intervallo di tempo compreso tra 1 secondo e qualche minuto.
7. Procedimento, secondo una o pi? delle rivendicazioni 5 e 6, caratterizzato dal fatto di comprendere la movimentazione di detto almeno un semistampo (14) all'interno di detta vasca (11) durante detta emissione di ultrasuoni.
8. Procedimento, secondo una o pi? delle rivendicazioni da 5 a 7, caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di raffreddamento di detto almeno un semistampo (14) da una temperatura di circa 350? ad una temperatura compresa tra 120? e 140?, mentre la temperatura di detta soluzione acquosa (12) in detta vasca (11) viene mantenuta sostanzialmente costante tra circa 40?C e 50?C.
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