ITMI20090297A1 - Utensile per la lavorazione di materiali vetrosi e metodo per realizzare tale utensile - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

"UTENSILE PER LA LAVORAZIONE DI MATERIALI VETROSI E

METODO PER REALIZZARE TALE UTENSILE"

La presente invenzione ha per oggetto un utensile per la lavorazione del vetro nonché di materiali similari; inoltre, la presente invenzione ha per oggetto un metodo per realizzare tale utensile (o più in generale, una famiglia di strumenti destinati a lavorare vetro e materiali similari ed aventi una certa architettura strutturale in comune).

Come è noto, la lavorazione di oggetti in vetro può richiedere l'esecuzione di fori passanti, e tali fori devono poter essere realizzati tenendo conto delle particolari caratteristiche di vetro (notevole durezza accompagnate da un'altrettanto notevole fragilità, nonché la tendenza a subire fenomeni di creazione e propagazione di cricche o difetti similari).

L'esecuzione di forature su oggetti in vetro viene usualmente realizzata tramite strumenti chiamati in gergo "foretti", i quali sono costituiti da una porzione attiva (preposta cioè ad eseguire il foro nel vetro) rotante e costituita da un materiale abrasivo: geometricamente, tale porzione attiva è conformata secondo un cilindro avente una base "aperta" (vale a dire, un cilindro la cui base è definita da una corona circolare), e proprio tale base aperta viene accostata al vetro, previa messa in rotazione, per eseguire un lavoro di abrasione che via via si sposta in profondità nel vetro stesso, realizzando quindi il foro.

La porzione attiva sopra descritta è collegata meccanicamente ad un opportuno supporto, che permette il collegamento meccanico del "foretto" ad un mandrino (o più in generale ad una presa di potenza meccanica), il quale è usualmente realizzato, per motivi di economia produttiva, in leghe aventi alta densità ma basse prestazioni meccaniche (tipicamente, ottone o acciai ferrosi "poveri", a basse prestazioni meccaniche).

Tale tecnologia, pur essendo impiegata da largo tempo senza sostanziali modifiche, presenta alcuni nontrascurabili inconvenienti.

invero, dal momento che i supporti di tipo noto sono realizzati con materiali piuttosto "poveri", sono altamente assoggettati a dis-omogeneità nella distribuzione della massa (e conseguente nei momenti di inerzia), le quali a loro volta generano vibrazioni e scuotimenti dell'utensile di foratura durante la lavorazione .

È quindi evidente che i "foretti" di tipo noto possono risultare imprecisi in sede di lavorazione, o addirittura possono rovinare il pezzo su cui vengono posti in lavorazione.

Sempre in tema di lavorazione del vetro, sono altresì note strumenti per la molatura, i quali hanno una "porzione attiva" similare a quella dei "foretti" appena descritti: generalmente, tale porzione attiva è conformata secondo una corona circolare (in sostanziale analogia con la conformazione della porzione attiva perforante dei "foretti") di materiale abrasivo, che può raggiungere anche elevati diametri.

Negli strumenti di tipo noto, la realizzazione di tale porzione attiva a forma di corona circolare (negli strumenti di molatura) o della porziona attiva "perforante" (nei "foretti") viene realizzata per sinterizzazione di opportune miscele granulari, le quali vengono quindi pressate tramite opportuni macchinari. La potenza complessiva necessaria per eseguire queste operazioni di sinterizzazione è altamente dipendente dal diametro medio della porzione che si intende realizzare, e sorge pertanto un problema operativo legato ai costi ed alle condizioni di utilizzo di macchinari così potenti: in altre parole, volendo realizzare strumenti di molatura o "foretti" di diametro relativamente elevato, la potenza meccanica necessaria (ed il costo del relativo macchinario in grado di offrirla) aumenta in modo esponenziale, rendendo quindi altamente sconveniente la produzione stessa.

Allo stesso tempo, va rilevato che l'impiego di macchinari di sinterizzazione ad elevata potenza richiede un accuratissimo lavoro preparatorio di centraggio del pezzo in lavorazione: eventuali disallineamento del pezzo con la pressa di sinterizzazione possono avere conseguenze molto dannose sia in termini di risultato di lavorazione che in termini di sicurezza dell'ambiente di lavoro.

Va inoltre notato che sia gli strumenti di molatura che i "foretti" sono comunque dotati di supporti realizzati in leghe metalliche a basse prestazioni: è quindi possibile che le elevate pressioni di sinterizzazione abbiano effetti dannosi su tali supporti, che non sempre possono sopportare elevate sollecitazioni a compressione.

Alla luce della tecnica nota sopra discussa, scopo della presente invenzione è quello di realizzare un utensile per la lavorazione di materiali vetrosi in grado di ovviare agli inconvenienti appena presentati.

In particolare, la presente invenzione si prefigge di ideare un utensile per la lavorazione (ad esempio, la foratura e/o la molatura) di materiali vetrosi che possa presentare un ideale bilanciamento statico e/o dinamico della sua massa, nonché una perfetta omogeneità del suo momento di inerzia attorno al suo asse di rotazione.

Allo stesso tempo, la presente invenzione si prefigge come scopo 1'ideazione di un utensile per la lavorazione di materiali vetrosi che possa essere prodotto in grande serie, con un'ampia gamma di dimensioni utili e con bassi costi produttivi.

In collegamento con i fini appena proposti, la presente invenzione ha come scopo l'ideazione di un metodo produttivo che permetta una rapida ed efficiente realizzazione di strumenti per la lavorazione del vetro (quali "foretti" o mole o similari, vale a dire costituiti da un supporto e da una porzione attiva realizzata per sinterizzazione e connessa a tale supporto), indipendentemente dal diametro medio delle porzioni attive degli strumenti stessi.

Questi ed altri scopi vengono realizzati da un utensile per la lavorazione di materiali vetrosi (nonché da un metodo per la relativa costruzione) in accordo con la presente invenzione, avente le caratteristiche illustrate nelle annesse rivendicazioni e qui di seguito illustrato in una sua forma realizzativa esemplificativa ma non per questo limitativa, nonché negli uniti disegni, in cui:

- la figura 1 mostra una vista prospettica di un primo utensile secondo la presente invenzione;

- le figure 2, 3, 4 e 5 mostrano viste schematiche in sezione di alcune varianti dell'utensile di figura 1; e

- la figura 6 mostra una vista prospettica di un secondo tipo di utensile realizzabile secondo la presente invenzione.

Con riferimento alla unite figure, l'utensile per la lavorazione di materiali vetrosi secondo l'invenzione è generalmente indicato con il numero 1 e sostanzialmente comprende un supporto 2 collegabile ad una sorgente di potenza meccanica (tipicamente, un mandrino di un trapano a colonna o di un tornio o di qualsiasi altra macchina adatta allo scopo); tale supporto 2 è atto ad essere messo in rotazione dalla sorgente di potenza meccanica stessa.

È poi presente una cosiddetta "porzione operativa" 3, la quale è montata sul supporto 2 ed è atta ad esercitare un'azione erosiva su un materiale vetroso (tale azione erosiva può essere protratta nel tempo fino alla definizione di un incavo o di un foro passante nel materiale vetroso, o può essere mantenuta in superficie sul materiale vetroso e quindi ottenere diversi tipi di effetti, dalla smerigliatura alla lisciatura e così via, a seconda del tipo di utensile di lavorazione che si vuole ottenere).

Vantaggiosamente, al fine di massimizzare la regolarità spaziale della distribuzione di massa (e quindi, al fine di ottenere il massimo bilanciamento qualora si debba mettere in rotazione ad elevata velocità), il supporto 2 è realizzato in lega metallica leggera, preferibilmente a base di alluminio: grazie a tale scelta è possibile massimizzare l'omogeneità del supporto, che avrà quindi una densità uniforme e di conseguenza avrà un perfetto centraggio baricentrico ed un ottimale momento di inerzia.

Peraltro, la scelta di questo materiale metallico permette di diminuire il peso globale dell'utensile 1, migliorandone quindi l'efficienza e anche le capacità di resistere alle sollecitazioni meccaniche che si generano durante il lavoro dell'utensile stesso.

Qualora le esigenze del momento lo richiedano, è anche possibile realizzare il supporto 2, totalmente o in parte, con materiali diversi: ad esempio è possibile impiegare uno o più acciai speciali, che sono più densi rispetto alle leghe di alluminio ma garantiscono ugualmente omogeneità di distribuzione massica.

Ancora, è possibile realizzare il supporto (in parte o totalmente )in bronzo, a patto che si riesca comunque a garantire una densità uniformemente distribuita nel volume del supporto stesso.

A seconda delle esigenze del momento, il supporto 2 può essere realizzato in diverse porzioni tra loro mutuamente interconnesse, e ciascuna di queste porzioni può essere realizzata con materiali (metallici o nonmetallici) diversificati: in particolare, al fine di promuovere l'agganciamento reciproco tra la porzione operativa 3 ed il supporto 2 può essere presente una porzione di agganciamento realizzata preferibilmente in bronzo ed interposta tra la porzione operativa 3 ed una porzione di innesto del supporto su un mandrino o componente meccanico similare.

Dal punto di vista funzionale, tale porzione di agganciamento può peraltro appartenere (idealmente o formalmente, ai fini della presente descrizione) a cosiddetti "mezzi di impegno" che verranno descritti in maggior dettaglio più avanti.

Convenientemente, a seconda dei materiali impiegabili per costruire il supporto 2, si può procedere ad eseguire su questi stessi materiali una serie di operazioni di trattamento superficiale, come ad esempio la fosfatazione e/o la nichelatura.

Dal punto di vista strutturale, il supporto 2 è conformato in modo da avere simmetria rotazionale attorno ad un asse mediano 2a (che in pratica costituisce l'asse attorno a cui l'utensile 1 viene messo in rotazione durante il lavoro); convenientemente, il supporto 2 è rotazionalmente impegnabile alla sopra citata sorgente di potenza meccanica.

Analogamente, la porzione operativa 3 ha una conformazione coassiale rispetto all'asse mediano 2a e comprende un fronte erosivo 3a giacente su un piano perpendicolare/normale all'asse mediano 2a stesso; tale fronte erosivo 3a è ad esempio costituito da almeno un materiale granulare sinterizzato.

A seconda delle esigenze del momento, la geometria del fronte erosivo 3a può essere di natura qualsivoglia, purché atta a operare con la dovuta continuità e precisione quando l'utensile 1 viene messo in rotazione attorno all'asse 2a: ad esempio, qualora l'utensile 1 sia un "foretto", il fronte erosivo 3a può essere costituito da una corona circolare continua, avente diametri più o meno elevati a seconda della dimensione dei fori da realizzare nel materiale vetroso.

Sempre in accordo con la presente invenzione, qualora l'utensile 1 sia una mola (o un "foretto", o anche una fresa o utensile similare) avente diametro particolarmente elevato, il fronte erosivo 3a può invece essere definito da una pluralità di settori 4, i quali sono mutuamente adiacenti e sono altresì disposti lunqo una qeneratrice 5 (che a sua volta ha conformazione radialmente simmetrica rispetto all'asse mediano 2a). In altre parole, secondo la presente invenzione è possibile che il fronte erosivo 3a sia costituito da una successione, anche discontinua, di settori 4 disposti lunqo una generatrice 5.

Al fine di garantire la corretta coerenza strutturale dell'utensile 1, sono presenti mezzi di impegno 6 attivi tra il supporto 2 e la porzione operativa 3 per renderli reciprocamente solidali: a seconda delle esigenze del momento, tali mezzi di impegno 6 preferibilmente comprendono una gola sagomata e/o un sottosquadro e/o un innesto svasato o più in generale una tipologia di interfacciamento meccanico similare, che sia in grado di rendere solidali il supporto 2 e la porzione operativa 3 soprattutto in condizioni di lavoro dell'utensile 1.

Si noti che a seconda delle esigenze del momento, la connessione tra supporto e porzione operativa può essere di tipo "irreversibile" (e ciò comporta che quando l'intera porzione operativa 3 si è consumata, l'intero utensile debba essere scartato) o "reversibile", in modo da poter garantire l'eventuale sostituzione di una porzione operativa completamente consumata senza necessariamente scartare anche il supporto.

Forma oggetto della presente invenzione anche un innovativo ed originale metodo per la realizzazione di strumenti per la lavorazione di strumenti vetrosi (che potranno ad esempio essere "foretti" o mole), il quale comprende le seguenti fasi:

innanzitutto, si predispone un predeterminato quantitativo di materiale granulare; e

si definisce, ad esempio, mediante versamento del materiale granulare in un'apposita area di formatura, una porzione operativa 3 di un utensile per la lavorazione di materiali vetrosi.

Conformemente ai requisiti strutturali di tali strumenti, tale porzione operativa avrà simmetria radiale attorno ad un asse mediano 2a e presenterà altresì un fronte erosivo 3a giacente su un piano ideale perpendicolare/normale all'asse mediano 2a; inoltre, la porzione operativa in formatura sarà rotazionalmente impegnabile attorno all'asse mediano 2a stesso.

Il metodo sopra introdotto comprende inoltre una fase consistente nel consolidare (tipicamente, tramite sinterizzazione) il materiale granulare,e vantaggiosamente tale fase di consolidamento tramite sinterizzazione comprende le seguenti sottofasi:

- innanzitutto, si definisce una pluralità di settori 4 cooperativamente definenti il fronte erosivo 3a (tali settori 4 saranno quindi mutuamente adiacenti e disposti lungo una generatrice 5 definente il fronte erosivo 3a stesso); e

- si procede sinterizzando separatamente ed in sequenza porzioni contigue 4a, ciascuna delle quali definisce, in cooperazione con le altre, la porzione operativa 3 ed al contempo corrisponde a rispettivi settori 4.

In altre parole, il metodo secondo la presente invenzione prevede che la "formatura definitiva" (o consolidamento) della porzione operativa non avvenga tramite una singola operazione di sinterizzazione, ma tramite operazioni successive attuate di volta in volta su "suddivisioni parziali" della porzione operativa stessa: in tal modo, dovendo sinterizzare volumi di materiale granulare più ridotti rispetto all'intera massa di materiale che definisce l'intera porzione operativa, vengono richieste minori pressioni e quindi macchinari più semplici da gestire e da posizionare sull'utensile in lavorazione.

Convenientemente, il metodo sopra introdotto può comprendere anche una fase consistente nel connettere le porzioni contigue 4a (le quali come si è visto definiscono la porzione operativa 3) ad un supporto 2: quest'ultima fase operativa può essere simultanea o successiva alla fase di sinterizzazione (separata ed in sequenza) delle porzioni contigue 4a stesse.

Nel caso in cui la sinterizzazione delle porzioni contigue 4a sia simultanea alla fase di connessione, si può verificare il caso in cui la sinterizzazione avvenga direttamente coinvolgendo anche il supporto 2, che svolge in pratica una funzione di ''delimitazione" del volume di materiale granulare da sinterizzare e simultaneamente può essere assoggettato a fenomeni di aderenza (spontanea, per effetto della pressione di sinterizzazione, oppure indotta da riscaldamenti e/o azione di opportuni collanti) del materiale granulare stesso .

Peraltro, sempre nello spirito della presente invenzione va notato che la suddivisione in settori/porzioni contigue della porzione operativa 3 (o quantomeno del fronte erosivo 3a) può essere implementata indipendentemente dalla tipologia e/o dal materiale con cui è costituito il supporto 2.

Va notato che il metodo fin qui descritto (e di seguito rivendicato) può essere messo in atto per realizzare strumenti aventi struttura, dimensioni e finalità diverse, come ad esempio i già citati ''foretti" o le mole o le frese: ciò implica il fatto che nella presente invenzione può rientrare un utensile per la lavorazione di materiali vetrosi (che sarà tipicamente un perforatore o una mola), il quale avrà una o più caratteristiche strutturali/funzionali in accordo con quanto descritto e/o rivendicato, e che peraltro sarà realizzato con un metodo in accordo con quanto descritto e/o rivendicato.

Secondo un'ulteriore caratteristica innovativa ed originale della presente invenzione, è vantaggiosamente possibile che la porzione operativa 3 comprenda mezzi di conduzione termica 10, ad esempio realizzati tramite barre di grafite (o comunque di materiale consumabile termo-conduttore), ì quali sono disposti all'interno della porzione operativa 3 stessa e sono atti a normalizzare un gradiente termico assiale (lungo cioè l'asse 2a) almeno nella porzione operativa 3 stessa.

In altre parole, secondo questa caratteristica dell'invenzione i mezzi di conduzione termica 10 permettono di evitare fenomeni di surriscaldamento che partono dal fronte erosivo 3a, trasmettendo il calore verso le parti dell'utensile più lontane dal fronte erosivo stesso: ciò permette di ottenere una lavorazione (foratura, taglio o più in generale, un'abrasione) più veloce, regolare e costante del materiale vetroso su cui l'utensile 1 sta lavorando.

Va anche notato che i mezzi dì conduzione impediscono fenomeni di surriscaldamento, che portano a degradazioni termiche del materiale vetroso e a cambiamenti della compattezza e della "rugosità" del fronte erosivo 3a, ed al contempo fungono da materiale "lubrificante" consumandosi simultaneamente al resto della porzione operativa 3 (realizzata tipicamente in polvere diamantata o materiale similare) e migliorando ulteriormente la qualità dell'abrasione sul materiale vetroso in lavorazione.

Peraltro, l'inserzione dei mezzi di conduzione termica 10 nella porzione operativa 3 ne aumenta la stabilità meccanica ed abbatte le possibili vibrazioni quando quest'ultima si trova in condizioni di lavoro su un pezzo in materiale vetroso.

Si noti peraltro che la presenza dei mezzi di conduzione termia 10 "annidati" all'interno della porzione operativa 3 può anche essere indipendente dalla presenza delle altre caratteristiche strutturali e/o funzionali sopra descritte (ed in particolare, può essere indipendente dal materiale costituivo del supporto 2 e/o dalla presenza di settori 4 contigui ed in cui si può formalmente dividere la porzione operativa 3 dell'utensile 1).

L'invenzione permette di ottenere importanti vantaggi. Innanzitutto, si noti come la peculiare architettura costruttiva del presente utensile, ed in particolare la peculiare scelta del materiale per il supporto di tale utensile permetta di eliminare le irregolarità di distribuzione della massa, eliminando quindi ogni tipo di fenomeno vibratorio dovuto ad eccentricità del baricentro (o a dis-omogeneità del momento di inerzia) dell'intero utensile.

In seconda battuta, va notato che la particolare costruzione del supporto permette di migliorarne notevolmente le caratteristiche di resistenza meccanica, ed al contempo la particolare connessione della porzione operativa al supporto aumenta ulteriormente l'affidabilità e la precisione ottenibili utilizzando l'utensile secondo l'invenzione nelle lavorazioni a cui è dedicabile.

Dal punto di vista del metodo costruttivo, si deve poi notare come la realizzazione di "foretti" o mole (o comunque di strumenti similari, dotati cioè di una porzione operativa in materiale abrasivo sinterizzato) possa essere messa in atto senza necessariamente ricorrere a macchinari ad alta potenza/pressione: allo stesso tempo, le peculiari caratteristiche del metodo sopra descritto (e di seguito rivendicato) permettono di replicare diverse dimensioni degli strumenti di lavorazione, siano essi "foretti" o mole o quant'altro, sempre con uno stesso macchinario (a tutto vantaggio della convenienza di gestione dell'impianto produttivo). Infine, si deve notare come la presente invenzione permetta di realizzare strumenti per la lavorazione di materiali vetrosi con elevati ratei produttivi, bassi costi di produzione e vendita.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. utensile per la lavorazione di materiali vetrosi, comprendente: - un supporto (2) collegabile ad una sorgente di potenza meccanica e preferibilmente atto a essere messo in rotazione da detta sorgente di potenza meccanica; e - una porzione operativa (3) montata su detto supporto (2) ed atta ad esercitare un'azione erosiva su un materiale vetroso, caratterizzato dal fatto che detto supporto (2) è realizzato in lega metallica leggera, preferibilmente a base di alluminio. 2. utensile secondo la rivendicazione 1, in cui il supporto (2) è conformato in modo da avere simmetria rotazionale attorno ad un asse mediano (2a), il supporto (2) essendo rotazionalmente impegnabile a detta sorgente di potenza meccanica attorno a detto asse mediano (2a). 3. utensile secondo le rivendicazioni 1 o 2, in cui detta porzione operativa (3) ha una conformazione coassiale rispetto all'asse mediano (2a) e comprende un fronte erosivo (3a) perpendicolare e/o normale all'asse mediano (2a) stesso, detto fronte erosivo (3a) essendo preferibilmente costituito da almeno un materiale granulare sinterizzato. 4. utensile secondo la rivendicazione 3, in cui detto fronte erosivo (3a) è definito da una pluralità di settori (4) mutuamente adiacenti e disposti lungo una generatrice (5), detta generatrice (5) essendo radialmente simmetrica rispetto all'asse mediano (2a). 5. utensile secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui sono inoltre presenti mezzi di impegno (6) attivi tra il supporto (2) e la porzione operativa (3) per renderli reciprocamente solidali, detti mezzi di impegno (6) preferibilmente comprendendo una gola sagomata e/o un sottosquadro e/o un innesto svasato . 6. utensile per la lavorazione di materiali vetrosi, comprendente : - un supporto (2) collegabile ad una sorgente di potenza meccanica e preferibilmente atto a essere messo in rotazione da detta sorgente di potenza meccanica; e - una porzione operativa (3) montata su detto supporto (2) ed atta ad esercitare un'azione erosiva su un materiale vetroso, caratterizzato dal fatto che comprende inoltre mezzi di conduzione termica (10) realizzati in materiale consumabile e termo-conduttore e disposti all'interno della porzione operativa (3) stessa, detti mezzi di conduzione termica (10) essendo atti a normalizzare un gradiente termico assiale lungo l'asse mediano (2a) almeno nella porzione operativa (3), l'utensile (1) essendo preferibilmente del tipo in accordo con una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti. 7. metodo per la realizzazione di strumenti per la lavorazione di strumenti vetrosi, comprendente le seguenti fasi: predisporre un predeterminato quantitativo dì materiale granulare; - definire una porzione operativa (3) dì un utensile per la lavorazione di materiali vetrosi, detta porzione operativa avendo simmetria radiale attorno ad un asse mediano (2a), presentando un fronte erosivo (3a) giacente su un piano ideale perpendicolare all'asse mediano (2a) ed essendo rotazionalmente impegnabile attorno a detto asse mediano (2a); e consolidare tramite sinterizzazione detto materiale granulare, caratterizzato dal fatto che detta fase di consolidare tramite sinterizzazione il materiale granulare comprende le seguenti sottofasi: - definire una pluralità di settori (4) cooperativamente definenti detto fronte erosivo (3a), detti settori (4) essendo mutuamente adiacenti e disposti lungo una generatrice (5) definente il fronte erosivo (3a) stesso; e sinterizzare separatamente ed in sequenza porzioni contigue (4a) cooperativamente definenti la porzione operativa (3), ciascuna di dette porzioni contigue (4a) corrispondendo a rispettivi settori (4). 8. metodo secondo la rivendicazione 7, in cui è inoltre presente una fase di connettere le porzioni contigue (4a) definenti la porzione operativa (3) ad un supporto (2) . 9. metodo secondo la rivendicazione 8, in cui detta fase di connettere le porzioni contigue (4a) al supporto (2) è simultanea alla fase di sinterizzare separatamente ed in sequenza porzioni contigue (4a) stesse. 10. metodo secondo la rivendicazione 8, in cui detta fase di connettere le porzioni contigue (4a) al supporto (2) è successiva alla fase di sinterizzare separatamente ed in sequenza porzioni contigue (4a) stesse.