"Guida lineare e metodo per produrla"
* ;La presente invenzione riguarda una guida lineare, in particolare riguarda una guida adatta alla movimentazione lineare di carichi. ;È noto utilizzare guide lineari per la traslazione di carichi quali ad esempio parti di macchinari nell’ambito dell’automazione industriale, nell’ambito delle apparecchiature biomedicali, o simili. ;Sono noti diversi tipi di guide lineari. Le guide lineari note simili a quelle dell’invenzione sono comunemente composte da un profilato metallico che si estende lungo la traiettoria lungo la quale si vuole movimentare il carico. Un carrello, adatto a ricevere l’applicazione del carico, à ̈ libero di muoversi lungo il profilato. Il contatto tra il carrello e la guida avviene tramite elementi volventi quali rotelle, sfere, rulli o simili. Le rotelle, a loro volta, sono preferibilmente montate su cuscinetti volventi. ;Un caso piuttosto frequente à ̈ quello in cui il carrello comprenda alcune rotelle e la guida comprenda piste di rotolamento adatte al contatto con le rotelle. ;In tal caso, l’intero carico à ̈ dunque trasferito dalle superfici di contatto tra le rotelle e la guida lineare. Poiché tali superfici sono solitamente piuttosto ridotte e il movimento del carrello lungo la linea à ̈ piuttosto frequente, sorge la necessità di indurire superficialmente le piste di rotolamento sulle quali appoggiano le rotelle. ;È descritto di seguito il metodo noto per la realizzazione delle guide. ;Le guide grezze sono trafilati con la sezione desiderata e lunghezza fino a 4 metri. Le guide grezze sono realizzate in acciaio, preferibilmente C43, C50 o 100Cr6. ;Una prima fase consiste nell’aumento della durezza superficiale delle piste di rotolamento degli elementi volventi. Tale fase consiste normalmente in una tempra superficiale per induzione. Solitamente la fase di tempra, oltre ad indurire le piste, ha l’effetto di piegare, svergolare e/o torcere le guide. Una seconda fase consiste quindi in una prima raddrizzatura delle guide. Tale raddrizzatura solitamente avviene facendo passare le guide attraverso serie successive di rulli orientati nelle diverse direzioni utili. ;Una terza fase consiste nel lavaggio delle guide che si rende necessario per rimuovere l’olio residuo dalla fase di tempra. ;Una quarta fase consiste nella sabbiatura delle guide. ;Una quinta fase consiste nella foratura delle guide che si rende necessaria per fornire gli ancoraggi utili per il montaggio operativo. In questa fase i fori interrompono la continuità delle fibre alterando gli stati di sforzo interni che mantenevano diritte le guide. Un effetto secondario della foratura à ̈ dunque quello di curvare nuovamente le guide. ;Una sesta fase consiste nella zincatura delle guide, necessaria per garantire una sufficiente protezione contro la corrosione. ;Una settima fase consiste quindi in una ulteriore raddrizzatura delle guide. Tale raddrizzatura può avvenire secondo due metodologie alternative: o mediante una macchina ad azionamento manuale, o mediante una macchina ad azionamento automatico. Tali macchine agiscono applicando opportuni momenti flettenti ai tratti curvi delle guide. ;Una ottava fase consiste nella rettifica delle piste di rotolamento. In questa fase l’abrasione superficiale altera gli stati di sforzo interni che mantenevano diritte le guide. Un effetto secondario della rettifica à ̈ dunque ancora quello di curvare leggermente le guide. ;Una nona fase ed ultima fase consiste dunque in una ulteriore raddrizzatura manuale delle guide. ;Da quanto descritto sopra, la persona esperta può facilmente capire come il gran numero di lavorazioni successive richieda in sé una gran quantità di lavoro, con la necessità di manipolare le guide, spostarle, posizionarle, ecc. In particolare à ̈ evidente come, partendo da un manufatto sostanzialmente diritto come il profilato, vi debba essere un enorme dispendio di tempi ed energie per tornare ad avere un manufatto (la guida) altrettanto diritto. Inoltre alcune delle lavorazioni descritte sopra, come ad esempio la raddrizzatura manuale nell’ambito della settima fase, possono richiedere un gran dispendio di tempo da parte di manodopera specializzata. Da ciò deriva un notevole costo di produzione delle guide. ;Accanto al costo di produzione occorre inoltre considerare gli ingenti investimenti necessari per acquisire le macchine e/o le attrezzature necessarie per portare a termine tutte le fasi di lavorazione descritte sopra. Occorre notare qui che a fianco a macchine di uso comune nell’industria, vi possono essere altre macchine realizzate ad hoc per questo specifico uso, come ad esempio la macchina per la raddrizzatura automatica utilizzabile nell’ambito della settima fase. Queste macchine, data anche la loro complessità , possono richiedere investimenti assai ingenti. ;Scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello si superare almeno parzialmente gli inconvenienti riportati sopra con riferimento alla tecnica nota. ;In particolare, un compito della presente invenzione à ̈ quello di rendere disponibile un metodo per realizzare guide lineari che consenta di ridurre sensibilmente la quantità di lavoro e gli investimenti iniziali necessari per la lavorazione delle guide stesse. ;Un altro compito della presente invenzione à ̈ quello di rendere disponibile una guida lineare avente caratteristiche meccaniche paragonabili o superiori rispetto alle guide di tipo noto e avente un costo di produzione inferiore. Lo scopo e i compiti sopra indicati sono raggiunti da una guida lineare secondo la rivendicazione 1 e da un metodo per realizzare guide lineari secondo la rivendicazione 5. ;Le caratteristiche e gli ulteriori vantaggi dell’invenzione risulteranno dalla descrizione, fatta qui di seguito, di alcuni esempi di realizzazione, dati a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati. ;- La figura 1 rappresenta una prospettiva di una forma di realizzazione della guida secondo l’invenzione e il relativo carrello scorrevolmente montato su essa; ;- La figura 2 rappresenta una vista simile a quella di figura 1 in cui il carrello à ̈ stato rimosso per maggior chiarezza; ;- La figura 3 rappresenta una vista laterale della guida di figura 2; ;- La figura 4 rappresenta una vista della sezione lungo la traccia IV-IV di figura 3; ;- La figura 5 rappresenta una vista frontale della guida di figura 2 e del relativo carrello; ;- La figura 6 rappresenta schematicamente mediante un diagramma a blocchi il metodo per ottenere le guide lineari secondo l’arte nota; ;- La figura 7 rappresenta schematicamente mediante un diagramma a blocchi il metodo per ottenere le guide lineari secondo l’invenzione; ;- La figura 8 rappresenta schematicamente l’andamento della durezza in funzione dello spessore di una pista di rotolamento secondo l’arte nota e di una pista di rotolamento secondo l’invenzione; ;- La figura 9 rappresenta una prospettiva di un’altra forma di realizzazione della guida secondo l’invenzione e il relativo carrello scorrevolmente montato su essa; ;- La figura 10 rappresenta una sezione trasversale della guida di figura 9; - Le figure 11 rappresentano, parzialmente in sezione, un’ulteriore forma di realizzazione della guida secondo l’invenzione e il relativo carrello scorrevolmente montato su essa in tre differenti configurazioni; ;- La figura 12 rappresenta una vista laterale di un’ulteriore forma di realizzazione della guida secondo l’invenzione e il relativo carrello scorrevolmente montato su essa; ;- La figura 13 rappresenta una vista della sezione lungo la traccia XIII-XIII di figura 12. ;Con riferimento alle figure allegate, con 10 à ̈ indicata nel suo complesso una guida lineare per la movimentazione di carichi secondo l’invenzione. La guida 10 à ̈ adatta a collaborare con un carrello 12. Il contatto tra la guida 10 e il carrello 12 avviene tramite elementi volventi 14. ;La guida 10, realizzata in acciaio trafilato, comprende piste di rotolamento 16 adatte al contatto con gli elementi volventi 14, e fori 18 per il montaggio operativo della guida 10 stessa. La superficie delle piste di rotolamento 16 à ̈ levigata mediante utensili abrasivi e la superficie della guida 10 à ̈ trattata con un procedimento di nitrurazione-ossidazione e con un procedimento di microlubrificazione. ;Con particolare riferimento alla figura 1, si definisce di seguito il sistema di riferimento che sarà utilizzato nella descrizione di dettaglio. Si dirà longitudinale una direzione parallela all’asse della guida 10. Tale direzione à ̈ indicata con l in figura 1. Si dirà assiale una direzione parallela all’asse di rotazione degli elementi volventi 14. Tale direzione à ̈ indicata con a in figura 1. Infine, si dirà perpendicolare una direzione perpendicolare alla direzione longitudinale e alla direzione assiale. Tale direzione à ̈ indicata con p in figura 1. ;La guida lineare 10 secondo l’invenzione à ̈ realizzata in acciaio trafilato. Preferibilmente à ̈ utilizzato un acciaio da nitrurazione o da cementazione, con un contenuto di Carbonio compreso tra circa 0,15% e 0,24%, con un contenuto di Cromo compreso tra circa 0,95% e 1,35% e con un contenuto di Manganese compreso tra circa 1,04% e 1,64%. Un acciaio che si à ̈ dimostrato particolarmente adatto per realizzare l’invenzione à ̈ quello definito 20MnCr5 secondo la norma UNI EN ISO 7846-78. ;Nella forma di realizzazione delle allegate figure da 1 a 5, la singola guida 10 ha una sezione complessivamente a C; il carrello 12 à ̈ adatto ad essere alloggiato all’interno della C ed à ̈ dotato di rotelle che appoggiano sulle due ali della C. Il carrello 12 a rotelle può compiere una corsa di lunghezza a priori indefinita lungo la guida 10. ;Nella forma di realizzazione delle allegate figure 9 e 10, la singola guida 10 ha una sezione complessivamente a C; il carrello 12 à ̈ adatto ad essere alloggiato all’interno della C ed à ̈ dotato di due serie di sfere, opportunamente vincolate in una gabbia 20, che appoggiano sulle due ali della C. In tale forma di realizzazione, la gabbia 20 e le sfere si muovono lungo la guida 10 assieme al carrello 12, percorrendo la metà della distanza percorsa da quest’ultimo. In accordo con tale soluzione, à ̈ dunque necessario prevedere una gabbia 20 di lunghezza pari alla metà della massima corsa utile del carrello 12 lungo la guida 10. ;In accordo con la forma di realizzazione delle figure 12 e 13, le sfere circolano, in modo in sé noto, lungo percorsi chiusi all’interno del carrello 12. In tal modo il carrello 12 a circolazione di sfere può compiere una corsa di lunghezza a priori indefinita lungo la guida 10. ;Nelle forme di realizzazione descritte sopra in cui gli elementi volventi 14 sono sfere, anche il carrello 12 comprende piste di rotolamento per le sfere. Naturalmente anche le piste di rotolamento del carrello possono essere vantaggiosamente realizzate in accordo con gli insegnamenti del metodo secondo l’invenzione. ;Nella forma di realizzazione delle allegate figure 11, la singola guida 10 ha una sezione complessivamente a L; il carrello 12 à ̈ adatto ad essere appoggiato sul bulbo della L ed à ̈ dotato di rotelle. ;In generale, la forma della guida 10 e del carrello 12 devono essere tali da rendere quest’ultimo libero di muoversi in direzione longitudinale, e vincolato in direzione assiale e in direzione perpendicolare. Nel caso delle guide delle figure da 1-5, 9, 10, 12 e 13 tale tipologia di vincolo à ̈ garantita dalla forma a C della sezione della guida 10. Nel caso delle guide delle figure 11, invece, tale tipologia di vincolo può essere garantita tramite l’opportuno montaggio di due guide a L. ;In accordo con alcune forme di realizzazione non rappresentate, il carrello 12 può a sua volta comprendere uno spezzone di guida sul quale à ̈ montato un ulteriore carrello adatto a reggere il carico. Si ottiene così, in modo in sé noto, una guida telescopica. Tanto la guida fissa, quanto la guida montata sul carrello 12 sono vantaggiosamente guide secondo l’invenzione. ;Le rotelle sono preferibilmente montate sui carrelli 12 mediante cuscinetti volventi (a rulli e/o a sfere). ;La guida 10 comprende piste di rotolamento 16, lungo le quali avviene il contatto tra gli elementi volventi 14 e la guida 10. Le piste di rotolamento sono levigate mediante utensili abrasivi (ad esempio una mola) per ridurre l’attrito e consentire un movimento omogeneo e dolce del carrello. ;La guida 10 comprende inoltre fori 18 per il montaggio operativo della guida stessa. I fori 18 sono preferibilmente dimensionati e distanziati l’uno dall’altro in base al carico P di progetto che deve essere sorretto dalla guida 10 in direzione perpendicolare (si veda in particolare figura 5). ;La superficie esterna della guida 10 à ̈ trattata mediante un procedimento combinato di nitrurazione e post-ossidazione. Tali trattamenti termochimici della superficie influiscono in modo in sé noto sulla durezza superficiale, il comportamento ad usura/attrito, la resistenza a fatica e la resistenza alla corrosione. ;La guida 10, a seguito dei trattamenti combinati di nitrurazione e postossidazione (che verranno descritti oltre, con riferimento al metodo di produzione), raggiunge una durezza superficiale con il caratteristico andamento rappresentato (linea punteggiata) schematicamente in figura 8. In figura 8 à ̈ riportato anche l’andamento (linea tratteggiata) della durezza Rockwell ottenuta lungo lo spessore mediante la tempra a induzione. ;Infine, la guida 10, dopo i trattamenti combinati di nitrurazione e postossidazione, subisce un trattamento di microlubrificazione, che verrà anch’esso descritto oltre, con riferimento al metodo di produzione della guida 10. ;A seguito di tali trattamenti, la guida assume una caratteristica colorazione nera e una grande resistenza alla corrosione. ;In accordo con alcune forme di realizzazione, la superficie della guida 10 à ̈ trattata mediante levigatura o lucidatura prima dei trattamenti termochimici di nitrurazione e post-ossidazione. In accordo con tali forme di realizzazione, la superficie della guida 10 à ̈ estremamente regolare e sostanzialmente priva di discontinuità . ;Con riferimento al metodo di produzione della guida 10 secondo l’invenzione, esso comprende le fasi di: ;- predisposizione di una guida grezza di acciaio trafilato; ;- foratura della guida; ;- levigatura delle piste di rotolamento della guida mediante utensili abrasivi; ;- nitrurazione e post-ossidazione; ;- microlubrificazione; e ;- raddrizzatura della guida. ;Le fasi di trafilatura, foratura, levigatura e raddrizzatura sono fasi condotte in modo in sé ampiamente noto. In particolare, le fasi di foratura, levigatura e raddrizzatura sono condotte esattamente come nel metodo dell’arte nota. I trattamenti di nitrurazione e post-ossidazione sono in sé noti, ma à ̈ opportuno accennare una breve spiegazione per una maggior comprensione dell’invenzione. ;La nitrurazione à ̈ un procedimento di diffusione di atomi di azoto nella superficie del metallo. L’azoto molecolare à ̈ molto diffuso in natura; esso à ̈ chimicamente inerte e ha dimensioni eccessive per penetrare nel reticolo cristallino del metallo. Per questo motivo le diverse tecniche di nitrurazione mirano alla sorgente nell’azoto atomico nascente. ;Indipendentemente dal metodo, la nitrurazione à ̈ un processo di diffusione dell’azoto nel metallo e tale diffusione, una volta che i singoli atomi hanno penetrato la superficie, continua fino a che la temperatura à ̈ sufficientemente alta e fino a che l’azoto atomico nascente à ̈ fornito alla superficie. Generalmente la nitrurazione genera due differenti strati: uno strato superficiale di spessore compreso tra 15µm e 30µm circa e uno strato più profondo. Lo strato superficiale (detto anche coltre bianca) à ̈ ricco di Fe2N e Fe4N ed à ̈ quindi estremamente duro e fragile. Lo strato più profondo à ̈ detto strato di diffusione ed à ̈ quello in cui l’azoto diffonde nel reticolo cristallino e conferisce all’acciaio le caratteristiche che più interessano. ;Diversi metodi di nitrurazione sono noti e utilizzati su scala industriale: - nitrurazione in bagno salino (liquido), in cui lo sorgente di azoto (e anche di carbonio) à ̈ un sale fuso; ;- nitrurazione al plasma in cui l’azoto molecolare (N2) à ̈ diviso in ioni da un campo elettromagnetico; ;- nitrurazione gassosa che usa ammoniaca (NH3) allo stato gassoso. ;Il procedimento di nitrurazione gassosa può essere controllato in modo tradizionale mediante il controllo del grado di dissociazione dell’ammoniaca o, preferibilmente, mediante un più efficace controllo del potenziale nitrurante (Kn). ;Il trattamento di nitrurazione di quest’ultimo tipo à ̈ quello che à ̈ risultato più adatto alla realizzazione dell’invenzione. Un trattamento di questo tipo à ̈ stato sviluppato e definito dalla Nitrex Metal Technologies Inc. di Burlington, Ontario, Canada. Attualmente tale trattamento à ̈ disponibile sul mercato con il nome di Nitreg<®>. ;L’esatta comprensione e applicazione dei principi che legano il potenziale nitrurante (Kn), la temperatura e la durata del trattamento sono le basi della tecnologia Nitreg<®>. La possibilità di controllare la concentrazione di azoto sulla superficie, consente di controllare la crescita della coltra bianca in modo virtualmente indipendente dallo sviluppo di uno strato di diffusione desiderabile. Questo approccio permette di soddisfare requisiti molto stringenti e tolleranze molto strette, in particolare rispetto allo spessore e alle proprietà della coltre bianca. ;Come si vede in figura 8, l’andamento della durezza HRC (Hardness Rockwell sulla scala C) sullo spessore ottenuta con la nitrurazione ha un andamento differente da quello tradizionalmente ottenuto con la tempra. Infatti la tempra non ha alcun effetto sulla pelle e sugli strati più superficiali dell’acciaio, a motivo della dispersione del carbonio nell’ambiente che avviene durante la trafilatura. La durezza conferita dalla nitrurazione à ̈ invece maggiore sulla pelle e poi diminuisce progressivamente attraverso lo strato di diffusione. L’effetto dei due trattamenti à ̈ comunque paragonabile, perché la durezza ottimale per l’uso qui considerato à ̈ di circa 55 HRC attorno ai 0,25mm di profondità . ;Come detto precedentemente, al trattamento di nitrurazione segue un trattamento di ossidazione. Tale trattamento à ̈ chiamato qui “postossidazione†ad indicare che esso à ̈ effettuato immediatamente dopo la nitrurazione secondo parametri ben definiti a priori. La persona esperta comprenderà dunque che tale trattamento non à ̈ in nulla simile ad eventuali fenomeni di ossidazione spontanea che possono incorrere durante la vita operativa di una qualsiasi guida. ;La post-ossidazione tende a trasformare la parte più esterna (tra 3 e 5 micron di spessore) della coltre bianca derivante dalla nitrurazione in una struttura complessa del tipo a spinello. Tale struttura consiste per la gran parte in ossido di ferro del tipo Fe3O4(detto anche magnetite). ;Tale trattamento di post-ossidazione ha l’effetto di migliorare la resistenza alla corrosione e all’usura e di diminuire il coefficiente d’attrito. A fianco a questi effetti meccanici, si ottiene anche una caratteristica finitura scura o nera. ;Così come per la nitrurazione, anche per la post-ossidazione differenti metodi sono noti e utilizzati su scala industriale: ;- ossidazione in bagno salino (liquido); ;- ossidazione in vapore; ;- ossidazione in atmosfera gassosa; e ;- ossidazione in scarica ionica. ;Un trattamento di post-ossidazione che à ̈ risultato adatto alla realizzazione dell’invenzione à ̈ quello sviluppato e definito dalla Nitrex Metal Technologies Inc. di Burlington, Ontario, Canada. Attualmente tale trattamento à ̈ disponibile sul mercato con il nome di ONC<®>. ;Un primo trattamento combinato di nitrurazione e post-ossidazione adatto all’invenzione à ̈ stato sviluppato e definito dalla Nitrex Metal Technologies Inc.; tale trattamento à ̈ disponibile sul mercato con il nome commerciale di Nitreg<®>-ONC<®>. ;Un secondo trattamento combinato di nitrurazione e post-ossidazione adatto all’invenzione à ̈ stato sviluppato e definito dalla TTN S.p.A. di Nerviano, (MI), Italia; tale trattamento à ̈ disponibile sul mercato con il nome commerciale di Nipre<®>. ;In funzione del tipo di acciaio utilizzato, pezzi trattati con i procedimenti Nitreg<®>-ONC<®>o Nipre<®>presentano un ottimo comportamento ai test di corrosione in nebbia salina (ad esempio secondo lo standard UNI EN ISO 9227 o secondo lo standard ASTM B117). Campioni della guida 10 secondo l’invenzione hanno impiegato 320 ore (test ISO 9227) prima che comparisse la prima macchia da corrosione. La protezione conferita dalla post-ossidazione à ̈ dunque maggiore di quella conferita da altri trattamento quali la cromatura, la nickelatura o la zincatura. ;Il trattamento di post-ossidazione non altera in modo apprezzabile le caratteristiche conferite all’acciaio dal precedente trattamento di nitrurazione. In particolare, il trattamento ONC<®>non altera in modo apprezzabile le caratteristiche conferite all’acciaio dal precedente trattamento Nitreg<®>. Da ciò deriva che le considerazioni fatte sopra sulle caratteristiche conferite all’acciaio dalla nitrurazione (Nitreg<®>in particolare), ad esempio la durezza, continuano a valere anche per l’acciaio nitrurato e post-ossidato. ;I tattamenti Nitreg<®>, ONC<®>e Nipre<®>sono tecnologie più pulite di altre tecnologie comparabili quali la nitrurazione in bagno salino o la cromatura. Il metodo per la produzione di una guida lineare 10 secondo l’invenzione, comprende inoltre una fase di micro-impregnazione degli strati superficiali con una sostanza lubrificante e anti-corrosiva. Tale sostanza può ad esempio essere un olio minerale con additivi antiossidanti. ;In accordo con una forma di realizzazione dell’invenzione, il metodo comprende inoltre, prima dei trattamenti termochimici di nitrurazione e post-ossidazione, una fase di levigatura o di lucidatura della superficie della guida 10. Tale fase può essere portata a termine mediante utensili abrasivi (ad esempio una spazzola). ;Questa ulteriore fase di levigatura o di lucidatura consente ai trattamenti termochimici successivi di agire su una superficie estremamente regolare e sostanzialmente esente da discontinuità . Si à ̈ infatti osservato che la corrosione ha preferibilmente inizio in corrispondenza di irregolarità pur minime della superficie. Tale ulteriore fase del metodo consente dunque di ottenere guide ancora più resistenti alla corrosione. In particolare, campioni della guida 10 secondo l’invenzione che hanno subito una lucidatura prima della nitrurazione e post-ossidazione, hanno impiegato più di 500 ore (test ISO 9227) prima che comparisse la prima macchia da corrosione. ;Alla luce di quanto descritto sopra, la persona esperta può apprezzare come il metodo secondo l’invenzione consenta di ottenere una guida lineare 10 con caratteristiche migliori di quelle delle guide di tipo noto. Inoltre, il metodo secondo l’invenzione consente di ottenere la guida 10 in tempi più rapidi e a fronte di minori investimenti iniziali. In particolare, il metodo secondo l’invenzione sfrutta a pieno il fatto che il manufatto di partenza (trafilato) à ̈ già sufficientemente diritto per poter egregiamente svolgere la funzione di guida lineare. Il metodo secondo l’invenzione consente di sfruttare tale caratteristica del trafilato in modo da evitare tutte le fasi intermedie di raddrizzatura che si rendono necessarie nei metodi di tipo noto. La sola raddrizzatura finale à ̈ in grado di garantire una ottima qualità della guida 10 secondo l’invenzione. ;Alle forme di realizzazione descritte sopra della guida lineare 10 e del metodo per ottenerla la persona esperta potrà , al fine di soddisfare specifiche esigenze, apportare modifiche e/o sostituzioni di elementi descritti con elementi equivalenti, senza per questo uscire dall’ambito delle rivendicazioni allegate. *