ITBG20120023A1 - Composizione e metodo per l'ottenimento di un cuscinetto a strisciamento multistrato - Google Patents

Composizione e metodo per l'ottenimento di un cuscinetto a strisciamento multistrato Download PDF

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Description

Composizione e metodo per l’ottenimento di un cuscinetto a strisciamento multistrato
DESCRIZIONE
Forma oggetto del presente trovato un cuscinetto a strisciamento avente una struttura multistrato, in grado di garantire performance ottimali e ottenuto per mezzo di un innovativo metodo produttivo.
I cuscinetti a strisciamento si differenziano per il tipo di scorrimento a secco o con lubrificante. In particolare, i cuscinetti a strisciamento con funzionamento a secco sono costruiti in bronzo e, per questo motivo, chiamati anche bronzine; in seguito, a causa dell’incremento del costo del bronzo, questa materia prima à ̈ stata pressoché totalmente sostituita da materiali termoplastici, quale ad esempio politetrafluoroetilene (PTFE). I materiali con cui vengono costruiti i cuscinetti a strisciamento sono caratterizzati da un basso coefficiente di attrito in modo da ridurre l'energia dissipata in calore e quindi ridurre la temperatura di esercizio del cuscinetto stesso; da una buona resistenza meccanica per ridurre l’usura, e da un alto valore di p*v (prodotto della pressione per la velocità); devono, inoltre, possedere un'ottima conducibilità termica per permettere al calore di defluire all'esterno; infine, devono essere resistenti alla corrosione: infatti il supporto, l'albero e la bronzina possono sempre essere immersi in lubrificante, laddove non à ̈ raro che si sviluppino radicali acidi che possono compromettere il corretto funzionamento del cuscinetto. Tutte queste caratteristiche devono essere poco influenzate dalla variazione di temperatura. In particolare, in condizioni di lavoro con temperature non elevate e nel caso di resistenze meccaniche ridotte, i materiali metallici possono essere integralmente sostituiti da materiali termoplastici; quando, invece, le resistenze meccaniche richieste sono elevate, i materiali termoplastici sono applicati parzialmente sul metallo con uno strato sottile al fine di ridurre il coefficiente d’attrito e migliorare la lubrificazione durante l’uso. La caratteristica importante à ̈ che questi due componenti della bronzina siano in grado di resistere all'usura e che soprattutto permettano un ridotto attrito sulle superfici striscianti, in modo da poter avere una vita più lunga possibile.
Sono noti allo stato della tecnica e sono normalmente reperibili sul mercato cuscinetti a strisciamento, ampiamente diffusi in tutti i settori della meccanica quali ad esempio quello della costruzione di macchine utensili, o dei motori, o dei veicoli in generale. Lo scopo al quale devono assolvere questi cuscinetti à ̈ quello di ridurre l'attrito tra due oggetti in movimento rotatorio o lineare tra loro. In particolare, sono noti cuscinetti a strisciamento aventi come materiale di base leghe al Nichel-Cromo per l’ottenimento di prodotti con proprietà anticorrosive, antiossidanti, antiusura, di resistenza ad elevate temperature e a forze elevate, grazie anche all’utilizzo nella mescola, di frazioni di altri metalli quali Si, Cr, Co ecc.
Ad esempio, la domanda di brevetto giapponese n. JP11050908A2 ha per oggetto un materiale composito di un cuscinetto comprendente Cr3C2/Ni-Cr, che conferisce una notevole durezza meccanica al prodotto finale. Secondo un ulteriore esempio, qual à ̈ quello descritto nel brevetto europeo EP0818550A1, un materiale composito di un cuscinetto a strisciamento à ̈ formato da una lega di Ferro-Nichel-Cromo in determinate percentuali, in modo da conferire al prodotto elevata resistenza alla corrosione.
Se da un lato sono noti esempi di cuscinetti multistrato che impiegano leghe Nichel-Cromo differenti, non esistono invece soluzioni identiche a quelle proposte dal trovato oggetto della presente invenzione. In particolare, la struttura del cuscinetto oggetto del presente trovato, à ̈ in grado di combinare in modo ottimale la forza meccanica dell’acciaio, la capacità di conduzione termica del bronzo ed il basso coefficiente d’attrito del PTFE, senza l’utilizzo di lubrificanti, grazie ad una innovativa composizione del cuscinetto stesso ed un suo specifico metodo di produzione.
Alcuni vantaggi del presente cuscinetto sono dati dalla possibilità dello stesso di sopportare pressioni statiche, sulla superficie di lavoro, pari ad un max di 250N/mm<2>, pressioni dinamiche pari ad un max di 140N/mm<2>e pressioni cicliche con ampiezza max di 60N/mm<2>. Detto cuscinetto può inoltre lavorare ad una velocità massima di 2,5 m/s, con un p*v di 1,8 N/mm2* m/s e ad una temperatura compresa tra -190° e 280°C.
Evidentemente, detto cuscinetto a strisciamento può essere utilizzato in un qualsiasi settore della meccanica ed essendo estremamente versatile, può essere prodotto anche in dimensioni differenti da quelle standard da catalogo, ovvero “customizzate†su richiesta del cliente.
Oggetto della presente invenzione à ̈ dunque, un cuscinetto a strisciamento a secco, caratterizzato dal fatto di essere formato da una struttura a “sandwich†comprendente un primo strato superficiale di PTFE modificato - quale rivestimento antifrizione o strato di scorrimento, un secondo strato intermedio di bronzo ed un terzo strato, formante il supporto, composto da una lega Nichel-Cromo una delle quali nota con il nome di Inconell-625, così come specificato nella rivendicazione 1.
Un altro oggetto della presente invenzione à ̈ il metodo di fabbricazione del cuscinetto sopra menzionato, che risolve l’ulteriore problema tecnico di adesione dello strato di lega Rame- Alluminio sul supporto in lega Nichel-Cromo, come descritto nella rivendicazione 6.
Questi ed altri vantaggi appariranno nel corso della descrizione dettagliata dell'invenzione che farà riferimento specifico alla tavola 1/1 Fig. 1 e 2, nelle quali si mostra un esempio di realizzazione del presente trovato assolutamente non limitativo. In particolare:
• la Fig.1 mostra uno schema della linea di produzione del materiale oggetto del presente trovato;
• la Fig.2 mostra i tre strati formanti il cuscinetto a strisciamento ottenuto attraverso il metodo di produzione oggetto del presente trovato.
Con riferimento alle suddette figure, il prodotto rivendicato e ottenuto attraverso la metodologia descritta, presenta una struttura a sandwich (Fig.2) comprendente, nello specifico, un primo strato esterno di PTFE (5), un secondo strato intermedio di lega Rame- Alluminio (6) ed un terzo strato interno formato dalla lega Nichel-Cromo (7). Più in particolare, il primo strato in PTFE con cariche, ha uno spessore compreso tra 10 e 50 µm, il secondo strato à ̈ una lega in Rame – Alluminio con Rame in percentuale ponderale ≤15% e ha spessore compreso tra 50 e 200 µm, mentre il terzo strato à ̈ composto dai seguenti elementi, nelle rispettive percentuali ponderali: Cr≤25%, Mo ≤12%, , Tantalum Niobium≤5%, Ni = % restante ed ha uno spessore compreso tra 0,25 e 2,70 mm, dipendente dalla dimensione del cuscinetto.
Per quanto riguarda il metodo di fabbricazione del cuscinetto a strisciamento multistrato, esso consta di diverse fasi:
• preparazione di un supporto in forma di lamina composto in lega Nichel-Cromo;
• deposizione di uno strato in lega Rame- Alluminio, tramite Arco Elettrico, su detta lamina.
Come primo passaggio, il supporto formato dalla lega Nichel-Cromo deve essere trattato con sabbiatura al corindone per garantire la pulizia e la sgrassatura della superficie. Successivamente, lo strato in lega Rame-Alluminio viene depositato sulla superficie trattata tramite un processo ad Arco Elettrico, che fonde un filo in lega Rame-Alluminio e proietta le sue parti sulla superficie di detto supporto. Detto processo à ̈ il risultato di molteplici test sperimentali che lo hanno comprovato come l’unico in grado di garantire una buona adesione e una notevole affidabilità nel tempo.
Il prodotto così ottenuto viene poi trattato lungo la linea produttiva (Fig. 1), per l’ottenimento del prodotto finito, che comprende le seguenti fasi:
- Passaggio attraverso un laminatoio (2);
- polimerizzazione in forno (3);
- produzione di un profilato finale (4);
- taglio dei nastri e produzione del cuscinetto.
Il passaggio del prodotto ottenuto nel depositore di PTFE (1) si attua tramite una tramoggia da cui viene rilasciata la miscela PTFE direttamente sul nastro su cui à ̈ stato depositato lo strato in lega Rame- Alluminio, creando una sorta di deposito. Quando il materiale raggiunge i rulli del laminatoio (2), il deposito di PTFE si propaga su tutta la superficie in larghezza e viene contenuto con delle spallette in materiale plastico. La miscela di PTFE passa attraverso i rulli del laminatoio e si inserisce tra le porosità della superficie in lega Rame- Alluminio per mezzo della forza e spinta dei rulli stessi.
Il prodotto passa poi nel forno di polimerizzazione (3) per la cottura dello strato di PTFE. Detto forno à ̈ di tipo a muffola con nastro trasportatore e con emissione di fumi. Dall’esterno del forno à ̈ possibile controllare la superficie di detto nastro la quale dovrà presentarsi di colore grigiastro e sostanzialmente ruvido al tatto, senza bolle, screpolature e parti sollevate dello strato stesso, macchie o aloni tendenti al rosso che sono indice di una cottura a temperatura non adeguata (temperatura elevata).
A termine del processo si ottiene un nastro di profilato, su cui si dovrà verificare la corretta polimerizzazione e l’aggancio del materiale con la relativa “Prova di Adesione del PTFE†.
Per ottenere il prodotto finito, ovvero il cuscinetto a strisciamento oggetto del presente trovato, il profilato, viene tagliato, 24-48 ore dopo la produzione, in modo longitudinale per ottenere bandelle di dimensioni variabili in funzione delle dimensioni del cuscinetto da produrre.
Si può procedere, a questo punto, con il processo di stampaggio a freddo dei cuscinetti. L’ultima operazione da eseguire resta ancora, la smussatura, che solitamente avviene con tornio con pinze di serraggio opportunamente dimensionate per non deformare il pezzo.
Lo sviluppo ottenuto dopo il taglio, in modo che lo stato di PTFE (5) à ̈ posto all’interno del cuscinetto, mentre lo strato formato dalla lega Nichel-Cromo (7) à ̈ all’esterno dello stesso. Lo strato in lega Rame- Alluminio (6) à ̈ interposto tra lo strato di PTFE (5) e il supporto (7), che costituisce la superficie esterna del cuscinetto.
Naturalmente le forme di realizzazione sopra presentate sono soltanto alcuni esempi non limitativi di realizzazione del trovato.

Claims (10)

  1. R I V E N D I C A Z I O N I 1) Cuscinetto a strisciamento realizzato con struttura a “sandwich†comprendente uno strato interno di supporto composto da una lega Nichel-Cromo (7), uno strato intermedio in lega Rame- Alluminio (6) e uno strato esterno di PTFE (5) e caratterizzato dal fatto che: - lo strato di supporto (7) à ̈ composto da una miscela dei seguenti elementi, nelle rispettive percentuali ponderali: Cr≤ 25%, Mo ≤ 12%, Ta Nb ≤5%, Ni = % restante; - lo strato intermedio à ̈ una lega Rame- Alluminio (6).
  2. 2) Cuscinetto a strisciamento secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto strato in lega Rame-Alluminio (6) à ̈ composto da Rame in percentuale ponderale ≤15%.
  3. 3) Cuscinetto a strisciamento secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che detto strato in lega Rame-Alluminio (6) ha uno spessore compreso tra 50 e 200 µm.
  4. 4) Cuscinetto a strisciamento secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto strato di PTFE (5) ha uno spessore compreso tra 10 e 50 µm.
  5. 5) Cuscinetto a strisciamento secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto strato di supporto (7) ha uno spessore compreso tra 0,25 e 2,70 mm.
  6. 6) Procedimento di realizzazione di un cuscinetto a strisciamento multistrato caratterizzato dalle seguenti fasi: - preparazione di un supporto in forma di lamina composto in lega Nichel-Cromo; - deposizione di uno strato in lega Rame- Alluminio, tramite Arco Elettrico, su detta lamina in lega Nichel-Cromo; - deposizione (1) di una miscela PTFE sul profilato bicomponente così ottenuto; - realizzazione del prodotto finito.
  7. 7) Procedimento secondo la rivendicazione 6 laddove detta preparazione del prodotto finito comprende le seguenti fasi: - Passaggio attraverso un laminatoio (2); - polimerizzazione in forno (3); - produzione di un profilato finale (4); - taglio dei nastri e produzione del cuscinetto.
  8. 8) Procedimento secondo la rivendicazione 6 o 7 laddove detta preparazione del supporto comprende un trattamento del supporto stesso con sabbiatura al corindone per garantire la pulizia e la sgrassatura della superficie.
  9. 9) Procedimento secondo la rivendicazione 7 o 8, laddove detto strato in lega Rame- Alluminio depositato tramite Arco Elettrico sulla superficie del supporto, Ã ̈ attuato da un filo di in lega Rame-Alluminio che fonde e proietta le sue parti sulla superficie da trattare.
  10. 10) Uso del cuscinetto a strisciamento, secondo una delle rivendicazioni precedenti, per tutti i settori della meccanica, in particolare macchine agricole, mezzi pesanti e valvole.
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