IT8967884A1

IT8967884A1 - Attrezzo di stampaggio e procedimento per la sua realizzazione.

Info

Publication number: IT8967884A1
Application number: IT1989A67884A
Authority: IT
Inventors: Jens Gronbaek
Original assignee: Danfoss As
Priority date: 1988-10-14
Filing date: 1989-10-13
Publication date: 1991-04-13
Also published as: DK505289D0; IT8967884A0; JPH02151338A; CH679649A5; FR2637825A1; GB8922984D0; GB2223702A; FR2637825B1; DE3834996A1; DK505289A; GB2223702B; IT1238799B; DE3834996C2; US5019114A; JP2502388B2

Description

DESCRIZIONE

L'invenzione si riferisce ad un attrezzo di stampaggio con una matrice presentante una cavit? di formatura e la quale ? rinforzata mediante un anello interno poggiante con precarico radiale contro la stessa e mediante un anello esterno poggiante con precarico radiale contro l'anello interno, e si riferisce ad un procedimento per la sua realizzazio n?.

Attrezzi di stampaggio sono di frequente esposti ad una forte pressione di lavoro interna. Con la tecnica di scorrimento a freddo oggi utilizzata si producono pressioni di lavoro tra 1.000 e 2.500 N/mm2 . Ci? procura sollecitazioni di trazione tan -genziali nella matrice, le quali portano alla sua distruzione se non si prendono provvedimenti.

Pertanto, ? noto un attrezzo di stampaggio del tipo sopra descritto (brev. US 5608 551), in cui la matrice ? rinforzata mediante uno o pi? anelli, i quali mediante calettamento a caldo o mediente ap plica zione di un avvolgimento di nastro sotto carico di pressione producono un precarico radiale. Que sto agisce in antagonismo con la pressione interna della matrice, per cui una rottura ? prevedibile so lamente ad una pressione limite superiore.

Particolari difficolt? si manifestano Quando la matrice non ? assialmente simmetrica, ma presenta u na sezione poligonale, dentature o scanalature. Infatti, allora a causa dell'effetto di intaglio ri -sultano forti concentrazioni di carico che portano, con pressioni di lavoro essenzialmente inferiori, ad una distruzione della matrice. Per questo motivo ? noto (brev. US 3810 382) di comporre la matrice posta sotto preca-rico di un nastro avvolgente in pi? singole parti. Questa soluzione in pi? parti ? tuttavia costosa.

L'invenzione ? basata sul problema di indicare un attrezzo di stampaggio del tipo sopra descritto, il quale a circostanze altrimenti uguali possa essere assoggettato a carichi superiori senza che esista il pericolo di una distruzione della matrice.

Questo problema ? risolto secondo l'invenzione at traverso il fatto che il materiale dell'anello inter no presenta un modulo di elasticit? superiore rispet to al materiale della matrice ed al materiale dell' anello esterno.

Il modulo di elasticit? superiore dell'anello interno provvede affinch? la matrice subisca durante l' esercizio solo una leggera deformazione. L'anello esterno con modulo di elasticit? inferiore ? in grado di porre l'anello interno sotto un precarico tanto alto da Tare s? che l'anello interno pu? poggiare contro la matrice con considerevole precarico radia le senza subire rotture. In questo modo l'attrezzo di stampaggio pu? essere caricato con pressioni di lavoro superiori. Nel maggior numero dei casi si pos no eseguire in un sol pezzo anche matrici non simme triche assialmente. Il minore carico di tensione sul la matrice comporta complessivamente una maggiore durata .

Le condizioni sono tanto migliori, quanto maggiore ? il modulo di elasticit? del materiale dell'anel lo interno rispetto a quello del materiale della matrice. Pertanto, il modulo di elasticit? del materia le dell'anello interno dovrebbe ammontare ad almeno 1,5 volte quello del materiale della matrice. In pra tica ? auspicabile un modulo di elasticit? da 2 a 3 volte maggiore. L'anello interno costituisce una cin ta dura della matrice, ma allo stesso tempo ? assai sensibile alla dilatazione. Con l'anello esterno per? ? possibile applicare un precarico antagonista al la dilatazione.

E' particolarmente conveniente il fatto che la ma trice consiste di acciaio e l'anello interno di mate riale duro sinterizzato.

E? anche vantaggioso il fatto che l?anello esterno consiste di almeno due strati e particolarmente di un avvolgimento a nastro. Rispetto ad un anello esterno in un sol pezzo calettato a caldo risulta il vantaggio di ottenere cos? un precarico superiore in misura tra il 50 % ed il 70 inoltre che il precarico ? riproducibile e la fabbricazione ? pi? conveniente a riguardo dei costi.

Inoltre ?conveniente il fatto che lo spessore di parete dell?anello interno ammonti ad almeno il 25 %, preferibilmente sia compreso tra il 30 % ed il 50 % dello spessore totale della parete. Quanto maggiore ? lo spessore dell'anello interno, tanto maggiore ? anche la sua capacit? di ridurre le forze tangenziali sulla periferia interna della matrice.

Ai fini della fabbricazione ? conveniente che 1? anello esterno sia applicato con precarico radiale sull?anello interno e la combinazione di anelli cos? ottenuta sia calettata a caldo sulla matrice. L?anel lo interno pertanto ? rinforzato gi? al calettamento dell'anello esterno, per cui non patisce a causa del le forze di calettamento.

L'anello esterno pu? essere calettato sull?anello interno. E? ancora pi? conveniente quando l'anello esterno ? prodotto mediante avvolgimento di un nastro sull'anello interno.

L'invenzione ? descritte con maggior detta lio in quanto segue in base ad un esempio di attuazione illustrato nel disegno, in cui:

la fig. 1 ? una sezione longitudinale di un attrezzo di stampaggio secondo l'invenzione;

la fig. 2 illustra le condizioni di tensione in un attrezzo di stampaggio in un sol pezzo;

-la fig. 3 mostra le condizioni di tensione in un attrezzo di'stampaggio in due?parti;

le fig. 4 mostra le condizioni,di tensione nell'attrezzo di stampaggio in tre parti secondo l'in venzione con un anello esterno consistente di un avvolgimento di nastro;

la fig. 5 illustra in un diagramma il rapporto tra la tensione tangenziale e la pressione interna sul rapporto dello spessore di parete, e

la fig. 6 illustra in un diagramma il rapporto tra la tensione tangenziale e la pressione interna sul rapporto tra spessore di parete dell'anello in terno e lo spessore di parete complessivo.

L'attrezzo di stampaggio 1 nella fig. 1 compren de una matrice cilindrica 2 con una cavit? di formatura un anello interno 4 ed un anello esterno 5? La matrice 2 consiste di acciaio, l'anello in terno di metallo duro sinterizzato e l'anello ester no 5 nuovamente di acciaio. Il materiale dell'anello interno 4 presenta pertanto un modulo di elasticit?, il quale ? da 2 a 3 volte maggiore del modulo di elasticit? della matrice 2 e dell'anello esterno 5? L'anello interno 4 ? calettato a caldo sulla matrice 2. L'anello esterno 5 consiste di un avvolgimento di nastro, il quale ? stato avvolto sull'anel lo interno'4 s?tto-precarico prima che questo fosse calettato sulla matrice 2. Il precarico radiale , con cui l'anello esterno 4 poggia contro l'anello inter no ? maggiore del precarico radiale, con cui l'anel lo interno 4 poggia contro la matrice 2.

Eel disegno si hanno i seguenti significati:

DO = Diametro interno della matrice 2.

D1 = Diametro esterno della matrice 2 ed interno dell'anello interno 4.

D2 = Diametro esterno dell'anello interno 4 ed interno dell'anello esterno 5-D3 = Diametro esterno dell?anello esterno 5-I rapporti sono scelto in modo che lo spessore D2 - DI dell'anello interno 4 ? maggiore del 25 % dello spessore complessivo D3 - DO dell'attrezzo di formatura e preferibilmente ? di poco superiore del 30 %. Lo spessore DI - DO della matrice 2 pu? rientrare tra il 5 % ed il 20 %, preferibilmente essere pari a circa il 10 dello spessore di parete totale D3 - DO. Lo spessore D3 - D2 dell'anello esterno 5 dovrebbe rientrare tra il 3? ? ed il 50

Per una migliore comprensione dei rapporti, si f? riferimento alle fig. 2 a 4-, Nella fig. 2 ? illu strato un pezzo la di attrezzo di stampaggio, il quale praticamente consiste solo della matrice 2a. Quando nella cavit? di formatura regna una pressione di lavoro p., risulta una tensione radiale diretta verso l'esterno, la quale ha il suo valore massimo in corrispondenza della cavit? di formatura 3 e diminuisce verso la periferia esterna fino a ze ro. Ci? ? illustratonella met? sinistra del diagramma. Nella met? destra ? illustrata la tensione tangenziale G' , la quale ha il suo valore massimo in corrispondenza della cavit? 3 e diminuisce verso la periferia. Ci producono tensioni tangenziali piutto sto grandi, per cui particolarmente nel caso di materiale fragile, come acciaio per utensili, acciaio rapido o metallo duro, esiste il pericolo di una rottura .

Nella fig. 3 sono illustrate le condizioni che si producono in un attrezzo di formature in due par ti, comprendente cio? una matrice 2b ed un unico anello 4b, il quale ? calettato a caldo sulla matrice. Pertanto, come illustra la figura a sinistra, gi? allo stato di riposo sono presenti tensioni radiali e tensioni tangenziali. La tensione radiale ? massima in corrispondenza della linea di sepa razione tra la matrice 2b e l'anello 4b. In corri -spondenza di questa linea di separazione ha pure luogo un cambiamento nella direzione della tensione tangenziale ?t , Quando queste disposizione ? carica ta da una pressione di lavoro pi, si manifestano le condizioni illustrate nella illustrazione destra della fig. 3? La tensione radiale ha il valore massimo sulla periferia interna della matrice. Le tensioni tangenziali sono tenute piccole a causa del precarico sulla periferia interna ed agiscono in mi sura maggiore solo ove non disturbano pi?.

Nella fig. 4 sono illustrate le condizioni in un attrezzo di formatura le in tre parti secondo l'invenzione .

L'attrezzo di stampaggio le consiste della matri ce 2c, dell'anello interno 4c e dell'anello esterno 5c. L'anello esterno 5c ? realizzato mediante un av volgimento di nastro.

Nella met? sinistra della figura sono illustrate le tensioni tangenziali e le tensioni radiali allo stato di riposo.

Le tensioni radiali ?t sono massime in corrisnondenza delle linee di separazione tre 1'anello inter no 4c e l'avvolgimento di nastro esterno 5c. In cor rispondenze di queste linee di separazione he luogo anche un cambiamento nelle direzione della tensione tangenziale ?t . Si nota che le pressione sulle linea di separazione (uguale a -?t) tra la matrice e l?anel lo interno ?minore che tra l?anello interno e l'avvolgimento di nastro esterno.

Quando questa disposizione ? sottoposta al carico di una pressione di lavoro pi, risultano le condizio ni illustrate nella immagine destra della fig. 4. La tensione radiale ha il suo valore massimo = -pi sulla periferia interna della matrice. Le tensioni tangenziali nelle matrice 2c sono tenute, per effetto del precarico e della suddivisione in tre parti secondo l?invenzione, inferiori rispetto alla disposizione a destra nella fig. 3? Nel caso di matrici fragili, la durata risulta pi? lunga a causa della tensione tangenziale di trazione minore. Attraverso l'alto precarico radiale tra l'anello interno e 1' avvolgimento di nastro esterno, la tensione tangenziale nell'anello interno 4c anche sotto carico di pressione interna ? tenuta nell'ambito della pres ? sione stessa, e cos? si evita la distruzione dell'a nello interno assai fragile.

Nella fig. 5 ? illustrato il rapporto tra ampiez za di tensione tangenziale ?t e la pressione di lavoro pi riportato sul rapporto tra il diametro ester no D3, ed il diametro interno D0 relativamente ad un attrezzo di stampaggio in due parti secondo la fig.

3- Si tratte le tensioni tangenziali risultanti sul la periferia interna della matrice. La curva A si riferisce alle condizioni con una matrice di metallo duro HM ed un anello di acciaio St; la curva 3 si ri ferisce alle condizioni con una matrice di acciaio ed un anello di acciaio; la curva C alle condizioni con una matrice di acciaio ed un anello di metallo duro. Da tutte le curve risulta che con rapporto dei diametri crescente si ottengono tensioni di trazione tangenziali relativamente basse. In pratica, nel caso di attrezzi per estrusione a freddo ? attuato un rapporto D3/D0 di 4 a 6.

Inoltre risultano differenti tensioni di pressione in funzione della composizione dei materiali. Le tensioni massime risultano con una matrice di metallo duro ed un anello di precarico in acciaio. Con dizioni migliori risultano quando entrambe le parti consistono di acciaio. Il caso pi? favorevole ? quel lo, in cui uno motrice di acciaio ? abbinata ad un anello di metallo duro. Questa combinazione finora non ? stata proposta. Ma non poteva neppure essere realizzata, perch? il metallo duro fragile non avrebbe sopportato neppure le tensioni tangenziali proporzionalmente basse.

Ma se si realizza un attrezzo di stampaggio in tre parti secondo l'invenzione, combinando un anel 10 interno di?m?tallo duro con un anello esterno di acciaio poggiante con precarico radiale contro 11 primo, l'anello di metallo duro pu? essere a sua volta precaricato in modo che durante l'esercizio si producono solo piccole tensioni tangenziali. Per tanto si possono sfruttare le condizioni favorevoli secondo la curva C nella fig. 5 in campo pratico. Bisogna accettare il fatto che normalmente l'acciaio ? meno resistente all'usura del metallo duro, perch? la durata di questa combinazione, a circostan ze altrimenti uguali, ? di un multiplo superiore alla durata di un attrezzo di stampaggio con matrice di metallo duro.

Nella fig. 6 ? illustrato il rapporto tra la tensione tangenziale ?t e la pressione di lavoro riportato sul rapporto tra spessore di parete (D2 -D1) dell'anello interno 4 e spessore di parete (D3 - D0) dell'attrezzo di stampaggio. La curva E mostra le condizioni nel ceso di un attrezzo, le cui tre parti consistono di acciaio St. La curva F mostra le condizioni relative ad un attrezzo 1 secondo l'in -venzione, in cui l'anello interno 4 ? di metallo du ro, la matrice 2 e l'anello esterno 5 invece sono di acciaio. Lo spessore di parete (D1 - D0) della matrice 2 ? pari al 10 % dello spessore (D3 - D0) dell'attrezzo di stampaggio . Il rapporto tra il dia metro esterno ed il diametro interno D0 ? pari a 5? Per altre dimensioni, le curve risultano simili. Si vede pertanto che attraverso le struttura secondo l'invenzione ? possibile ottenere una diminuzione ben considerevole delle forze tangenziali sulla periferia interna della matrice, il che permette 1' applicazione di pressioni di lavoro superiori oppure l'utilizzo di matrice complicate in un sol pezzo.

Nella fabbricazione si procede in modo che dappri ma l'anello interno viene posto mediante l'anello esterno sotto precarico, avvolgendo un nastro di acciaio sotto carico di trazione sull'anello interno. Solo allora la combinazione di anelli viene calettata a caldo sulla matrice 2. Le forze di calettamento sono innocue, perch? l'anello interno ? precaricato. Quando entra in azione la pressione di lavoro, le forze di precarico provvedono effinch? il carico tangenziale sulla periferia interna sia tenuto sufficientemente piccolo.

Il calettamento pu? aver luogo in qualsiasi modo noto, ad esempio mediante riscaldamento della combi nazione di anelli. E' per? anche possibile che la matrice e la combinazione di anelli siano in forma leggermente conica in corrispondenza della superficie di contatto e poi Te due parti siano infilate l' una nell'altra con applicazione di forze di pressio ne assiali.

In luogo dell'avvolgimento di nastro illustrato, l?enello esterno pu? anche consistere di due o pi? singoli anelli montati l'uno sull'altro sotto preca rico.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Attrezzo di stampaggio con una matrice presen tante una cavit? di formatura e la quale ? rinforza ta mediante un anello interno poggiante contro la stessa con precarico radiale ed un anello esterno poggiante contro l'anello interno con precarico radiale, caratterizzato dal fatto che il materiale del l'anello interno (4) presenta un modulo di elasticit? superiore rispetto al materiale delle matrice (2) ed al materiale dell'anello esterno (5)? 2. Attrezzo di stampaggio secondo la rivendicazio ne 1, caratterizzato dal fatto che il modulo di elasticit? del materiale dell'anello interno ? pari ad almeno 1,5 volte il modulo di elasticit? del materia le della matrice. 3- Attrezzo di stampaggio secondo la rivendicazio ne 1 oppure 2, caratterizzato dal fatto che la matri ce (2) consiste di ecciaio e l'anello interno (4) di metallo duro sinterizzato. 4. Attrezzo di stampaggio secondo una delle riven dicazioni 1 a 3, caratterizzato dal fatto che l'anel lo esterno (5) consiste di almeno due strati. 5. Attrezzo di stampaggio secondo la rivendicazio ne 4, caratterizzato dal fatto che l'anello esterno (5) consiste di un avvolgimento di nastro. 6. Attrezzo di stampaggio secondo una delle riven dicazioni 1 a 5, caratterizzato dal fatto che lo spes sore di parete dell'anello interno (4) ammonta ad al meno il 25 % dello spessore di parete complessivo. 7? Attrezzo di stampaggio secondo la rivendicazio ne 6, caratterizzato dal fatto che lo spessore di pa rete dell'anello interno (4) ? compreso tra il 30 % ed il 50 % dello spessore di parete complessivo. 8. Procedimento per la fabbricazione dell'attrezzo di stampaggio secondo una delle rivendicazioni 1 a 7) caratterizzato dal fatto che l'anello esterno viene applicato con precarico radiale sull'anello interno e la combinazione di anelli cos? formata vie ne calettata a caldo sulla matrice. 9* Procedimento secondo la rivendicazione 8, ce -ratterizzato dal fatto che l'anello esterno viene ca lettato 8 caldo sull'anello interno. IO. Procedimento secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che l'anello esterno ? prodot to avvolgendo un nastro sull'anello interno.