ITMI20120053A1 - Pressa di estrusione diretta per prodotti metallici - Google Patents

Description

PRESSA DI ESTRUSIONE DIRETTA PER PRODOTTI METALLICI

Campo deH’invenzione

La presente invenzione si riferisce ad una pressa per l’estrusione diretta di profilati metallici, derivanti dall’estrusione di billette, provvista di cesoia per il taglio del fondello.

Stato della tecnica

Le presse per l’estrusione diretta comprendono essenzialmente un cilindro principale che ha il compito di fornire la spinta o forza necessaria alla deformazione di una billetta. Le billette sono il prodotto di partenza sulle quali viene effettuato il processo di estrusione e possono essere costituite di metalli o leghe, quali alluminio, rame, ottone, acciaio ecc... Esse possono avere sezioni di vari diametri.

E’ noto che la spinta che deve esercitare il cilindro principale nelle presse di estrusione diretta à ̈ commisurata al tipo di metallo che si vuole estrudere e al diametro della billetta. Presse che sono attualmente in commercio sviluppano forze di estrusione che variano tra le 600 e 15.000 tonnellate, mentre i diametri delle billette che vengono estruse in tali presse possono essere compresi in un intervallo tra 152 mm (6†) e 600 mm (24†).

Ogni metallo ha una propria pressione specifica di lavoro minima che deve essere erogata dalla pressa al di sotto della quale l’estrusione diventa impossibile. Ad es. l’alluminio ha una pressione specifica compresa tra 50 e 80 Kg/mm<2>, in funzione della forza della pressa e della sezione della billetta. Anche le velocità di estrusione massime raggiungibili sono differenti a seconda del metallo da estrudere: ad es. l’alluminio può essere estruso con velocità di attraversamento della matrice che sono comprese tra 0 e 30 mm/sec, il rame e l’ottone con velocità comprese tra 0 e 65 mm/sec, l’acciaio con velocità comprese tra 0 e 400 mm/sec. Elementi essenziali che costituiscono le presse di estrusione sono un cilindro principale che attraverso un gambo pressatore pressurizza la billetta all’interno di un contenitore e la fa poi passare attraverso il foro di una matrice. Al termine dell’estrusione della billetta à ̈ prevista una cesoia con il compito di tagliare l'ultimo tratto di billetta, denominato “fondello†, rimasto a monte della matrice perché in esso vengono convogliate le impurità della billetta. Il fondello rimane pertanto attaccato alla matrice stessa e viene asportato e fatto cadere mediante l’azione di una cesoia con un movimento di taglio ortogonale, alto basso, all’asse della billetta.

I documenti JP8033917 e JP8010831 divulgano soluzioni di fissaggio della cesoia alla pressa in cui la cesoia à ̈ saldamente ancorata alla traversa di reazione della pressa per mezzo di un telaio disposto a sbalzo sopra al pacco matrice. La struttura di ancoraggio della cesoia con la traversa di reazione della pressa risulta quindi sfalsata rispetto alla sezione di taglio di una certa distanza, che durante la cesoiatura induce un momento flettente sulla struttura di ancoraggio dato dal prodotto della forza di taglio moltiplicato per la distanza dalla superficie della traversa alla quale à ̈ fissata la struttura di ancoraggio.

Questo momento flettente, che si produce durante il taglio del fondello, si scarica sulla struttura della pressa attraverso la struttura di ancoraggio della cesoia compromettendo la planarità del taglio stesso. Si genera un taglio curvo-obliquo, corrispondente ad una superficie inclinata e trasversale all’asse longitudinale della billetta a causa della deviazione della lama dalla traiettoria ideale che corrisponde ad un piano ortogonale all'asse della billetta, allontanando il filo della lama progressivamente dalla superficie della matrice man mano che la lama affonda nel corpo del fondello. A causa della superficie di taglio inclinata rispetto al piano della matrice, al termine dell’operazione di taglio rimane del materiale sporgente sul bordo inferiore della matrice. Di conseguenza, al successivo accostamento del contenitore contro la matrice, tale materiale residuo sporgente impedisce un’efficace serraggio tra il contenitore e la matrice, lasciando una luce attraverso la quale il materiale della successiva billetta da estrudere fuoriesce in parte, causando uno spreco di materiale e la necessità di gestire tali fuoriuscite durante l’attività della pressa.

Altro problema che si pone nelle cesoie descritte nei documenti anteriori citati, JP8033917 e JP8010831, riguarda l'impedimento causato dall’ingombro della cesoia durante la sostituzione del contenitore. Nel corso di tale operazione il contenitore viene sfilato dal gambo pressatore in direzione assiale e successivamente estratto dall’alto della pressa in direzione trasversale alla direzione assiale. Nel corso di tale estrazione la struttura della cesoia perciò risulta essere di ingombro al movimento del contenitore, obbligando a dover prevedere delle corse di maggiore lunghezza per il contenitore per disporre di maggiore spazio libero dal lato del cilindro principale e consentire così l’estrazione del contenitore dall’alto.

Sommario dell'invenzione

Scopo dell’invenzione à ̈ quello di prevedere una cesoia che superi i problemi citati sopra e migliori la qualità del taglio del fondello, producendo superfici di taglio precise e planari, garantendo una completa pulizia della superficie della matrice dal fondello, in modo da evitare residui di materiale estruso sulla matrice.

Altro scopo à ̈ quello di garantire una superficie di serraggio, fra matrice e contenitore, pulita e priva di sbavature in modo da evitare discontinuità attraverso le quali la billetta, che viene successivamente estrusa, possa fuoriuscire causando una perdita di materiale e la formazione di ulteriori sbavature.

Questi ed altri problemi che diverranno chiari alla lettura della seguente descrizione, secondo un primo aspetto dell’invenzione, sono risolti mediante una pressa per l’estrusione di un prodotto metallico, in particolare di una billetta, in cui à ̈ definito un asse di estrusione e che, conformemente alla rivendicazione 1, comprende: un cilindro principale disposto ad una prima estremità della pressa rispetto all’asse di estrusione e comprendente un pistone, una traversa mobile, montata sul pistone di detto cilindro principale, un gambo pressatore coassiale al e attuato dal pistone del cilindro principale, un contenitore avente un foro al suo interno, passante e coassiale all’asse e configurato per contenere la billetta durante un’operazione di estrusione, una traversa di reazione, disposta ad una seconda estremità della pressa in relazione all’asse di estrusione, avente un foro passante e coassiale all’asse per permettere il passaggio del prodotto metallico dopo l’operazione di estrusione, avente una matrice di estrusione, con un foro coassiale all’asse e un anello di pressione, disposto tra la matrice e la traversa di reazione e coassiale all’asse, almeno tre colonne longitudinali parallele all’asse di estrusione, che uniscono il cilindro principale con la traversa di reazione, configurate per trasmettere le forze di reazione prodotte nell’operazione di estrusione, una cesoia configurata per tagliare il prodotto metallico lungo un piano di taglio trasversale all’asse di estrusione, caratterizzata dal fatto che detta cesoia à ̈ vincolata direttamente a due colonne di fissaggio delle almeno tre colonne longitudinali e dal fatto che durante l'estrusione essa à ̈ atta ad essere disposta complanarmente al piano di taglio ortogonale all’asse di estrusione.

Grazie alle caratteristiche dell’invenzione rivendicata, la cesoia anziché essere vincolata alla traversa di reazione à ̈ montata sulle colonne longitudinali e più precisamente sugli astucci delle colonne.

Dopo l’estrusione di ogni billetta, al momento del taglio del fondello, la cesoia si trova allineata verticalmente in corrispondenza della superficie della matrice e, poiché il taglio si sviluppa lungo l'asse della cesoia, non si originano momenti flettenti, ma vi à ̈ solamente una reazione verticale al taglio che si scarica sulle colonne della pressa che sono molto rigide e non subiscono deformazioni di rilievo in seguito all’operazione di taglio. In questo modo si può effettuare un taglio preciso e rettilineo lungo tutta la corsa, evitando di fare tagli curvo-obliqui e che quindi rimanga materiale residuo sulla superficie di contatto tra la matrice e il contenitore.

Vantaggiosamente, la struttura che vincola la cesoia alle colonne può essere dotata di pattini grazie ai quali si può muovere longitudinalmente lungo le colonne stesse per mezzo di idonee guide di scorrimento e comandate ad esempio per mezzo di cilindri idraulici o pneumatici o a cremagliera.

Inoltre, potendo muovere la cesoia parallelamente all’asse delle colonne della pressa, si può evitare che la cesoia sia d'intralcio durante l’operazione di cambio del contenitore: infatti à ̈ possibile arretrarla all’interno dello spazio d’ingombro della matrice liberando così lo spazio davanti al piano di estremità della matrice mettendo a disposizione uno spazio maggiore per effettuare l’estrazione del contenitore dall’alto poiché la cesoia non à ̈ più d’intralcio. Ciò consente inoltre di accorciare le colonne di una quantità pari allo spessore della sporgenza della struttura della cesoia rispetto alla matrice.

In questo modo si riesce a fornire una pressa per estrusione diretta che abbia le colonne, e conseguentemente l’intera struttura, di una lunghezza inferiore rispetto alle presse note, garantendo quindi una maggiore rigidità della pressa e un miglioramento della qualità del prodotto di estrusione.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione i problemi menzionati sono risolti mediante un procedimento di estrusione realizzato mediante la pressa di cui sopra e conforme alla rivendicazione 8.

Grazie alla pressa dell'invenzione si ottengono quindi i seguenti vantaggi:

- aumentare la rigidità complessiva della struttura della pressa che si ripercuote positivamente sulla qualità finale del prodotto estruso;

- aumentare la produttività grazie alla riduzione della possibilità di fuoriuscite di materiale e di formazione di sbavature, che comportano fermate macchina;

- ridurre i pesi e gli ingombri della struttura della pressa;

- ridurre i costi di realizzazione della struttura della pressa.

Breve descrizione delle figure

La Fig. 1 mostra una vista laterale schematica della pressa di estrusione conforme all’invenzione;

la Fig. 2 mostra una vista in sezione su un piano ortogonale alla direzione dell'asse della pressa dell’invenzione;

la Fig. 3 mostra una vista in sezione su un piano assiale della pressa dell’invenzione in una prima posizione di lavoro;

la Fig. 4 mostra una vista in sezione su un piano assiale della pressa dell’invenzione in una seconda posizione di lavoro;

la Fig. 5 mostra una vista in sezione su un piano assiale della pressa dell’invenzione in una seconda posizione di lavoro;

la Fig. 6 mostra una vista dall’alto della pressa dell’invenzione.

Descrizione di forme di realizzazione preferite dell’Invenzione

La pressa per estrusione diretta dell’invenzione, indicata globalmente con il riferimento 100 definente l’asse di estrusione X, comprende un cilindro principale 1, un gambo pressatore 2 che prolunga il pistone del cilindro principale 1 ed ha circa lo stesso diametro della billetta 7, prima dell’operazione di estrusione. Il gambo pressatore 2 ha la funzione di trasmettere la pressione di estrusione generata dal cilindro principale 1 sulla billetta per farla passare dentro il foro assiale 3’ del contenitore 3. Questo foro 3’ ha un diametro sostanzialmente pari alla billetta 7 prima dell’estrusione così che non frappone resistenza al passaggio della billetta quando viene spinta dal gambo pressatore 2 contro la matrice 4. All'estremità del gambo pressatore 2 à ̈ disposto un tacco pressatore 2’ che serve per sigillare il foro 3’ del contenitore ed impedire trafilamenti di metallo dall'Ingresso.

Il contenitore 3 ha la funzione di contenere lateralmente la billetta 7 durante il processo di estrusione, e di indirizzare totalmente il flusso del metallo dentro la matrice 4. Il contenitore 3 à ̈ mantenuto riscaldato con temperature di riscaldamento che dipendono dal metallo da lavorare, per es. per l’alluminio esso à ̈ mantenuto a temperature intorno a 450°C.

La matrice 4 consiste in una filiera con un foro centrale lavorato e con la sagoma della sezione del prodotto lineare che si vuole ottenere a termine dell’estrusione. La sagoma del foro centrale della matrice 4 ha una superficie di sezione inferiore all’area della sezione della billetta 7 prima dell’estrusione. Sotto la forza di spinta esercitata dal cilindro principale 1 sull’estremità posteriore della billetta 7, il flusso della massa di metallo attraversa la matrice 4 prendendo la forma della sezione desiderata, allungandosi e formando barre lunghe anche più di 100 metri. Per il principio della conservazione della massa, la barra finale avrà un peso uguale alla billetta introdotta nel contenitore meno il fondello, mentre la sua lunghezza risulterà definita in funzione dell’area della sua sezione trasversale finale rispetto a quella iniziale della billetta 7.

La struttura della pressa di estrusione 100 comprende una traversa di reazione 5 sulla quale à ̈ montato coassialmente all’asse di estrusione un anello di pressione 10 che hanno il compito di contrastare la forza del cilindro principale 1 esercitata sulla billetta trasmettendola alle colonne 9’, 9" della struttura, oltre che alle colonne 9"†̃ e 9<IV>non in vista nella fig. 1. Al centro della traversa di reazione 5 e dell' anello di pressione 10 à ̈ presente un foro 8 che permette la fuoriuscita del profilato generato nella matrice 4 verso la zona di ulteriore lavorazione prevista sulla linea di produzione. Le colonne longitudinali 9', 9†, 9<hl>e 9<IV>sono preferibilmente in numero di quattro e comprendono i tiranti pretensionati 16’, 16†, 16<lh>, 16<1V>chiusi all’interno di rispettivi astucci 17’, 17†, 17'", 17<IV>i quali fungono anche da distanziali tra le due traverse 5 e 15 della pressa di estrusione 100. La testata 5 à ̈ in tal modo rigidamente connessa al supporto del cilindro principale 1.

In una variante alternativa della pressa dell’invenzione, non illustrata nelle figure, à ̈ possibile prevedere solo tre colonne per connettere il cilindro principale 1 e la traversa di reazione 5, essendo per esempio possibile sostituire due colonne che si appoggiano al suolo con una sola colonna formante la base di appoggio della pressa.

In una prima variante dell’invenzione, la struttura della cesoia 6 à ̈ vincolata agli astucci 17’ e 17"' di almeno due delle colonne, ad esempio delle due colonne superiori 9’ e 9'", tramite dei vincoli che le permettano, durante l’operazione di taglio, di sviluppare solo una reazione verticale al taglio, che viene scaricata sulle colonne della pressa; grazie a tali vincoli la cesoia à ̈ fissata proprio sulla verticale del piano di taglio e in posizione perfettamente ortogonale all’asse X; in questo modo, il taglio che ne deriva risulta perfettamente lineare e non presenta residui di materiale.

Una seconda variante dell’invenzione prevede che la cesoia 6 sia vincolata ad esempio agli astucci 17’ e 17'" delle colonne superiori 9’ e 9'" mediante un accoppiamento cinematico che le permette di scorrere longitudinalmente lungo le colonne 9’ e 9'", ma la mantiene stabile in una posizione centrale tra i due astucci 17’ e 17'" in direzione parallela e trasversale all’asse X, permettendo l’esecuzione del movimento di taglio lungo la direzione della freccia Z. Questo à ̈ realizzato tramite i pattini 18' e 18†solidali alla struttura della cesoia che scorrono all'interno di due guide 13’, 13†longitudinali e parallele all’asse di estrusione X, solidali con una rispettiva colonna 9’, 9†’. Grazie a tale collegamento cinematico scorrevole, la lama 12 della cesoia può essere posizionata proprio sulla verticale del piano di taglio e in posizione perfettamente ortogonale all’asse X, riducendo anche in questo caso a valori minimi il momento flettente che agisce sulla struttura della cesoia 6 durante il taglio, valori di molto inferiori a quelli che si producono con configurazioni della cesoia dello stato della tecnica.

E’ possibile anche utilizzare un diverso accoppiamento cinematico a scorrimento, equivalente a quello dei pattini che scorrono in guide, essendo un tecnico del ramo in grado di realizzare un tale accoppiamento in funzione dei carichi di progetto della cesoia.

Per fare scorrere la cesoia 6 lungo le guide 13 Ã ̈ previsto un sistema di movimentazione, non mostrato nelle figure, per es. realizzato tramite un cilindro idraulico o pneumatico oppure attraverso una cremagliera, controllati in modo totalmente automatico.

Il funzionamento della cesoia 6 sulla pressa di estrusione 100 si svolge nel modo seguente. Durante l’estrusione della billetta 7, la posizione della cesoia 6 à ̈ quella di riposo illustrata nella fig. 3. Una volta completata l'estrusione della billetta 7, il contenitore 3 ed il gambo pressatore 2 arretrano rispetto alla matrice 4, cioà ̈ si spostano verso sinistra con riferimento alla rappresentazione della fig. 1 oppure verso destra con riferimento alla fig. 3, muovendosi lungo l'asse X. Contemporaneamente la cesoia 6 viene fatta scorrere in direzione della freccia X’ fino a raggiungere la posizione di lavoro, come mostrato nella fig. 4, verticalmente sopra la superficie di estremità della matrice 4 e successivamente, con un movimento verticale nella direzione della freccia Z, perfettamente ortogonale all'asse di estrusione X, taglia l'ultimo tratto di billetta, o “fondello†, come mostrato nella figura 5 lasciando una superficie di taglio perfettamente complanare alla superficie di estremità della matrice 4.

Poiché la struttura della cesoia 6 à ̈ fissata agli astucci 17’, 17'" delle colonne in una zona immediatamente sopra al fondello da tagliare, l'operazione di taglio avviene in assenza di momenti flettenti di rilievo sulla struttura della cesoia 6, garantendo così un taglio completamente planare e preciso che non lascia avanzi di materiale sporgente dalla superficie della matrice perché perfettamente a raso della superficie estrema della matrice 4 e quindi consente, ad ogni ciclo di estrusione di billetta successivo al taglio del fondello, una perfetta superficie di contatto del contenitore sulla matrice.

Grazie a questa configurazione della struttura della pressa dell’invenzione, le guide 13 possono essere progettate con una lunghezza contenuta che consenta semplicemente alla cesoia 6 di passare dalla posizione di lavoro rappresentata in figura 5, quando la pressa à ̈ in attività di estrusione e la cesoia 6 effettua il taglio del fondello, alla posizione di riposo rappresentata in figura 3, quando la cesoia à ̈ in posizione inattiva sopra alla matrice 4 e in questa posizione si può anche effettuare più facilmente la sostituzione del contenitore 3, poiché in questa posizione si può sgomberare tutta la fascia verticale d’ingombro dalla cesoia 6 tra la matrice 4 e il contenitore 3. Questo consente quindi di progettare la lunghezza delle colonne 9’, 9†, 9'", 9<IV>e degli astucci 17’, 17†, 17'", 17<IV>minore rispetto ad altre configurazioni di presse per l'estrusione dello stato della tecnica, conferendo maggiore rigidità globale all’intera struttura della pressa.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Pressa (100) per l’estrusione diretta di un prodotto metallico, in particolare di una billetta, in cui à ̈ definito un asse di estrusione (X), comprendente - un cilindro principale (1) disposto ad una prima estremità della pressa rispetto all’asse di estrusione (X) e comprendente un pistone, - una traversa mobile (15), montata sul pistone del cilindro principale, - un gambo pressatore (2) coassiale al e attuato dal pistone del cilindro principale (1). - un contenitore (3) avente un foro (3’) al suo interno, passante e coassiale all'asse (X) e configurato per contenere la billetta (7) durante un’operazione di estrusione, - una traversa di reazione (5), disposta ad una seconda estremità della pressa in relazione all’asse di estrusione (X), avente un foro (8) passante e coassiale all’asse (X) per permettere il passaggio del prodotto metallico dopo l’operazione di estrusione, avente una matrice di estrusione (4), con un foro coassiale all’asse (X) e un anello di pressione (10), disposto tra la matrice (4) e la traversa di reazione (5) e coassiale all’asse (X), - almeno tre colonne longitudinali (9’, 9†, 9'", 9<iv>) parallele all’asse di estrusione (X), che uniscono il cilindro principale (1 ) con la traversa di reazione (5), configurate per trasmettere le forze di reazione prodotte nell’operazione di estrusione, - una cesoia (6) configurata per tagliare il prodotto metallico lungo un piano di taglio trasversale all’asse di estrusione (X), caratterizzata dal fatto che - detta cesoia (6) à ̈ vincolata direttamente a due colonne di fissaggio delle almeno tre colonne longitudinali (9’, 9†, 9'", 9<IV>) e dal fatto che durante l’estrusione essa à ̈ atta ad essere disposta complanarmente al piano di taglio ortogonale all’asse di estrusione (X).
2. 2. Pressa di estrusione secondo la rivendicazione 1, in cui sono previsti mezzi di accoppiamento definenti un accoppiamento cinematico di scorrimento che vincolano la cesoia (6) a dette due colonne di fissaggio (9’, 9†, 9'", 9<IV>) in modo scorrevole parallelamente all’asse di estrusione (X), così da permettere alla cesoia di posizionarsi in diverse posizioni assial lungo l’asse di estrusione (X) nel corso dell’estrusione.
3. 3. Pressa di estrusione secondo la rivendicazione 2, in cui i mezzi di accoppiamento definenti un accoppiamento cinematico di scorrimento comprendono guide (13’, 13†) di scorrimento lineare fissate alle dette due colonne longitudinali e pattini (18’, 18†) fissati solidalmente con la cesoia (6) e atti a scorrere all’interno delle guide (13’, 13†).
4. 4. Pressa di estrusione secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui le almeno tre colonne longitudinali (9’, 9†, 9'", 9<iv>) comprendono ognuna un rispettivo tirante pretensionato (16’, 16†, 16'", 16<IV>) contenuti all’interno di rispettivi astucci (17’, 17†, 1 7'", 17<IV>), che fungono da distanziali tra la traversa mobile (15) e la traversa di reazione (5) .
5. 5. Pressa di estrusione secondo la rivendicazione 4, in cui guide (13’, 13†) sono fissate sugli astucci (17’, 17'") delle dette due colonne di fissaggio.
6. 6. Pressa di estrusione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui dette due colonne di fissaggio sono due colonne superiori (9', 9†’).
7. 7. Pressa di estrusione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui dette due colonne di fissaggio sono due colonne inferiori (9", 9<IV>).
8. 8. Procedimento di estrusione realizzato mediante la pressa secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, comprendente le fasi: a) di spinta del prodotto metallico attraverso la matrice (4) così da prendere una forma di prodotto metallico finale predefinito, durante la quale la cesoia (6) si trova in una posizione di riposo, distale dalla matrice (4) e b) di taglio di un tratto finale del prodotto metallico durante la quale la cesoia (6) si trova in una posizione di lavoro, complanare al piano di taglio ortogonale all’asse X e prossimale alla matrice (4).
9. 9. Procedimento di estrusione secondo la rivendicazione 8, in cui durante la fase a) la cesoia (6) à ̈ nella posizione di riposo in corrispondenza di una posizione assiale lungo l’asse di estrusione (X) diversa e distante dal piano di taglio.