ITRM990524A1 - Procedimento e dispositivo per il rilevamento degli strappi in operazioni di imbutitura. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo: "Procedimento e dispositivo per il rilevamento degli strappi in operazioni di imbutitura" .

L'invenzione riguarda un procedimento per il rilevamento degli strappi nell'operazione di imbutitura di pezzi metallici, in particolare di tubi e un dispositivo per la realizzazione del procedimento .

Nella imbutitura di oggetti metallici, ad esempio trafilati senza giunzione o saldati, che vengono usati come supporti di assali di autoveicoli, a causa di microdifetti del materiale del pezzo si possono formare crepature, che possono causare strappi e nel caso estremo rotture. Entrambe le forme di strappi significano un indebolimento della sezione trasversale del pezzo e causano lo scarto delle parti danneggiate .

A causa delle operazioni di deformazione durante la imbutitura dei pezzi, in particolare di tubi, in alcune zone del pezzo si verificano sovrapposizioni di elevate sollecitazioni a trazione e pressione.

Danneggiamenti preliminari, ad esempio sotto forma di solchi longitudinali possono portare a strappi o rotture nella zona di elevate tensioni a trazione e pressione. Tuttavia non in ogni caso $i verifica una completa rottura del materiale. Spesso il materiale viene solo strappato, il che non può essere constatato in un controllo a pressione che segue l'operazione di imbutitura.

E' principalmente noto che un'analisi dell'emissione di suoni si presta per il rilevamento di screpolature durante la deformazione di materiali: A tale riguardo, appartiene allo stato della tecnica dalla pubblicazione DE 4242 442 C2 un procedimento per la regolazione della forza di serraggio del premitore di presse di imbutitura. In questo caso una analisi dì emissione di suoni per il rilevamento di screpolature e piegature viene usata nell'imbutitura di lamiera. Il rumore corporeo generato durante la imbutitura viene registrato ed elaborato in confronto con processi di riferimento rilevati con il medesimo utensile di imbutitura prima dell'inizio della produzione nella pressa di imbutitura. In funzione del risultato dell'analisi di emissione di suoni viene quindi rilevata la qualità del pezzo imbutito e viene conseguentemente regolata la forza di serraggio del premitore della pressa di imbutitura.

E' inconveniente il fatto che per ogni tipo di un pezzo imbutito i processi di riferimento devono essere rilevati sulla stessa pressa di imbutitura con il medesimo utensile di imbutitura prima della produzione. Ciò è dispendioso. Inoltre le proprietà che variano del materiale dei pezzi di imbutitura influenzano l'analisi di emissione dei suoni.

E<1 >anche inconveniente il fatto che la registrazione del suono corporeo avviene indirettamente nell'utensile di imbutitura. Nell’utensile di imbutitura del dispositivo noto è montato un sensore di suoni corporei. Durante l'operazione di deformazione le vibrazioni vengono trasmesse al sensore dei suoni corporei mediante l'utensile di imbutitura e in tale maniera vengono smorzate o falsificate. Ciò compromette la qualità dei risultati di misurazione o della loro analisi. Di conseguenza si possono rilevare solo strappi del pezzo.

Partendo dallo stato della tecnica, l'invenzione si è posta il compito di realizzare un procedimento perfezionato e un dispositivo per il rilevamento dì screpolature e per la identificazione del tipo di screpolatura durante l’operazione di imbutitura.

Questo compito viene risolto, per quanto riguarda il procedimento, mediante le caratteristiche della rivendicazione 1.

Il punto essenziale dell'invenzione costituisce l'accorgimento di eseguire durante l'operazione di imbutitura direttamente sul pezzo una misurazione diretta del suono corporeo e precisamente sia nella zona di deformazione, in cui l'utensile di imbutitura agisce sul pezzo variando la sua forma durante l'operazione di imbutitura, sia anche esternamente ad essa. Parti di segnale aventi all’incirca la stessa ampiezza e frequenza e che sono presenti in entrambi i segnali , vengono rilevati mediante il confronto di segnali di suoni corporei registrati come rumori di disturbo. I segnali di suoni corporei, registrati nella zona di deformazione, vengono quindi elaborati con la schermatura dei segnali di rumori di disturbo e usati per il rilevamento di crepature.

Con crepature nell'ambito dell'invenzione si intendono sia piegature, screpolature sia strappi. L'analisi dei segnali indica settori di frequenza chiaramente elaborabili durante la deformazione, che possono essere coordinati a piegature, screpolature o strappi di pezzi difettosi, mentre i settori di frequenza dei normali rumori di imbutitura oppure rumori di disturbo provenienti dalla pressa di imbutitura vengono eliminati. In base ai rumori che si registrano durante l'imbutitura di pezzi difettosi, questi ultimi possono essere distinti da pezzi privi di difetti. Gli strappi possono essere rilevati nel rumori di imbutitura oppure nel segnale da esso trasformato, sostanzialmente mediante salti di ampiezza spettralmente allargati, mentre piegature o screpolature possono essere rilevate mediante una sensibile variazione dei decorsi in funzione di tempo o di corsa delle parti di suono stoccatiche e/o periodiche in confronto con i corrispondenti decorsi durante l’imbutitura di partì impeccabili.

L'invenzione rende possibile un rilevamento affidabile di crepature durante la produzione in tempo reale, essendo possibile una identificazione di piegature e strappi nonché di rotture.

Il procedimento secondo l'invenzione si presta particolarmente per un rilevamento di crepature nella deformazione di tubi trafilati senza giunzione o saldati.

Per la deformazione di imbutitura, in particolare per la deformazione di tubi è caratteristico il fatto che durante una operazione di trasformazione di forma ha luogo una o più volte un cambio tra le sollecitazioni di pressione o di trazione. In tale maniera si possono formare strappi. Al verificarsi di tali variazioni di materiale durante la deformazione mediante spostamenti e scariche di tensione vengono emessi impulsi acustici. Durante la deformazione si formano però anche impulsi caratteristici , che non sono dovuti alla formazione di screpolature. La frequenza e l'ampiezza di questi impulsi dipendono dalle proprietà del materiale e dal grado del danneggiamento precedente del materiale. Gli impulsi dell'emissione acustica dovuti alla formazione di strappi sono rilevabili grazie al loro elevato contenuto di energia nel segnale di suoni corporei e possono essere distinti dagli impulsi di spostamento o trasposizione.

Come già menzionato, durante la registrazione dei segnali si presenta, quale rumore di disturbo ,un fruscio di base risultante dalla pressa di imbutitura. Poiché il rilevamento viene effettuato contemporaneamente con due sensori di rumori corporei, questo rumore di disturbo è contenuto in entrambi i segnali all'incirca con la stessa ampiezza e frequenza. Esso può essere quindi rimosso per calcolo successivamente o durante il processo mediante un procedimento di filtrazione adattivo dal decorso di segnali, per cui i segnali di emissione di suono non vengono più sovrapposti dal rumori di disturbo .

L'analisi dei segnali per il rilevamento di strappi viene eseguita sostenuta da calcolo. Nel campo di frequenze registrato viene calcolata la densità di energia spettrale e l'energia degli impulsi che si sono verificati. Queste grandezza servono per la distinzione tra piegature, crepature e strappi.

La registrazione diretta del rumore corporeo del pezzo evita un influenzamento dei rispettivi segnali da parte dell'utensile. Inoltre, la registrazione contemporanea del rumore corporeo nella zona di deformazione ed esternamente ad essa rende possibile una eliminazione di rumori di disturbo o dì segnali di disturbo. In tale maniera viene assicurata una elaborazione affidabile dei segnali registrati durante l'analisi di frequenza per il rilevamento di strappi. Conseguentemente, per l'analisi delle frequenze vengono usati solo segnali rilevanti per il processo e per la formazione di screpolature.

In tale maniera diventa possibile una elaborazione in tempo reale, che rende possibile di trarre una diretta conclusione sulla qualità del pezzo in lavorazione. Pezzi che presentano crepature possono essere rimossi direttamente dalla linea di produzione .

Secondo le caratteristiche della rivendicazione 2, i sensori di rumori corporei vengono premuti con le loro punte di esplorazione in modo elastico sul pezzo durante l'operazione di imbutitura. In questo modo viene migliorata la qualità di registrazione dei segnali. L'accoppiamento dei sensori rende inoltre possibile una misurazione a punti anche al cambio delle sollecitazioni tra una sollecitazione a trazione e quella a pressione.

La registrazione diretta del rumore corporeo del pezzo nonché il contatto elastico dei sensori di suoni corporei con il pezzo rende possibile una misurazione fino a campi di frequenza di 50 kHz. Particolarmente, l'elaborazione degli impulsi con parti di segnale ad alta frequenza tra 10 kHz e 30 kHz rende possibile un rilevamento affidabile di strappi e l'identificazione del tipo di strappo.

Nelle prove pratiche si è dimostrato che le crepature possono essere caratterizzate, contrariamente ai completi strappi del materiale, da vibrazioni ad alta frequenza e bassa ampiezza dei rumori corporei. Pertanto, segnali ad alta frequenza ed elevata ampiezza dei suoi corporei vengono usati secondo l'invenzione per il rilevamento di strappi nel pezzo (rivendicazione 3), mentre i segnali a bassa ampiezza dei suoi corporei vengono usati per il rilevamento di crepature o piegature del pezzo (rivendicazione 4). L'elaborazione dei segnali durante il processo avviene attraverso una unità di elaborazione di dati con una corrispondenti unità centrale e con un processore di segnali. Il sistema di calcolo del processore di segnali esegue tutte le operazioni aritmetiche e logiche con l'accoppiamento dei dati rilevati. Il dispositivo di controllo controlla il sistema in maniera tale da eseguire tutte le operazioni in una successione temporale e logica.

La soluzione della parte concreta del compito consiste in un dispositivo avente le caratteristiche della rivendicazione 5.

Conformemente ad esse, nell'utensile di imbutitura sono disposti almeno due sensori di suoni corporei, le cui punte di esplorazione agiscono sulle superfici di contatto del punzone e/o della matrice con il pezzo da trasformare. Un sensore di suoni corporei è disposto nella zona di deformazione e un secondo sensore di suoni corporei è disposto esternamente a questa zona.

Il sensore di suoni corporei, che perviene a contatto nella zona di deformazione con il pezzo, si trova convenientemente nel punzone, mentre il sensore di suoni corporei esternamente alla zona di deformazione, è supportato nella matrice.

Di preferenza, come sensori di suoni corporei vengono usati registratori di suoni piezoelettrici. Il campo di frequenza utile è compreso tra pochi hertz e alcune centinaia di chilohertz.

Un accoppiamento affidabile, non soggetto a disturbi, dei sensori di suoni corporei nell'utensile di imbutitura è caratterizzato nelle caratteristiche della rivendicazione 6. Secondo esse viene previsto di disporre un sensore di suoni corporei in una sede di accoglimento del punzone o della matrice, la sua punta di esplorazione essendo guidata attraverso un foro verso la superficie di contatto. Questa disposizione rende possibile una registrazione diretta di suoni corporei sul pezzo da deformare durante l'operazione di trasformazione.

Secondo le caratteristiche della rivendicazione 7, la punta di esplorazione è congeniata in modo elastico per azione di una molla. In questo modo viene assicurato che il contatto di una punta di esplorazione di un sensore di suoni corporei e il pezzo venga mantenuto durante l'operazione di trasformazione. In alternativa, la punta di esplorazione di un sensore di suoni corporei può essere premuta per via idraulica o pneumatica contro il pezzo, come ciò è previsto secondo la rivendicazione 8. La qualità di registrazione dei segnali può essere migliorata in caso di una pressione idraulica o pneumatica della punta di esplorazione contro il pezzo.

L'accoppiamento di un sensore di suoni corporei può aver luogo, secondo la rivendicazione 9 anche fissandolo su un braccio di leva supportato in modo limitatamente girevole. Il braccio di leva può essere premuto sul pezzo mediante una molla, per via idraulica o pneumatica, la punta di esplorazione del sensore di suoni corporei venendo a poggiarsi sul pezzo .

In questa disposizione un supporto del braccio di leva può essere convenientemente realizzato mediante un cuscinetto a rotolamento. Ciò ha un effetto vantaggioso sulla sensibilità dell'unità di sensori e sulla qualità dei segnali. Vengono a mancare l'attrito di adesione e di scorrimento del perno di esplorazione e del sensore di rumori corporei sulla parete di una sede di accoglimento. Il campo di frequenze utile diventa maggiore. Mediante questo accorgimento si può anche ridurre l'altezza di ingombro dell'unità di sensori.

L'invenzione verrà qui di seguito descritta più da vicino con riferimento ai disegni, in cui:

la figura 1 mostra ,in un modo di illustrazione tecnicamente semplificato, la disposizione secondo l'invenzione dei sensori di suoni corporei nell'operazione di imbutitura dì un tubo;

la figura 2 rappresenta una sezione trasversale verticale attraverso un punzone con un sensore dì suoni corporei incorporato in esso;

la figura 3 mostra una sezione trasversale verticale attraverso una forma di realizzazione con un elemento di ritegno di sensore, supportato in modo girevole, con un cuscinetto di rotolamento, un sensore di suoni corporei incorporato e con una molla di pressione; la figura 4 rappresenta l'andamento di segnali durante l'operazione di imbutitura di un tubo senza crepe o strappi;

la figura 5 mostra un andamento di segnali tipico in caso di uno strappo nel tubo; e

la figura 6 rappresenta l'andamento di segnali in caso di una crepa nel tubo.

Nelle figure da 1 a 3 i componenti tra loro corrispondenti recano gli stessi numeri di riferimento .

La figura 1 mostra un particolare di un utensile di imbutitura 1 disposto in una pressa. L'utensile di imbutitura 1 comprende una matrice superiore 2 e un punzone 3 relativamente mobile rispetto alla matrice 2 ed avente la forma di un puntello. Il punzone 3 viene chiamato nel linguaggio tecnico anche con il termine "spada".

Nelle figure 1, 2 e 3 con il numero dì riferimento 4 è indicato un tubo. Il tubo 4 presenta un settore mediano a doppia parete 5, sagomato sostanzialmente a forma di V, con l'ausilio dell'utensile di imbutitura 1, da usarsi quale supporto di assali in autoveicoli. I settori terminali 6 del tubo 4 non vengono deformati durante l'operazione di imbutitura, per cui essi mantengono la loro sezione trasversale circolare .

Durante l'operazione di imbutitura, il tubo 4 viene fissato in posizione nella matrice 2, mentre il punzone 3 penetra dal basso nel tubo 4 e deforma plasticamente il settore centrale 5 in modo da impartirgli la sezione trasversale a forma di V.

Nella figura 1 si vede chiaramente la zona di deformazione VZ nell'estensione longitudinale del settore centrale 5. Come già menzionato, i settori terminali 6 non vengono deformati.

Per registrare il suono corporeo emesso durante l'operazione di imbutitura, sia nel punzone 3 sia nella matrice 2 è disposto un sensore di suoni corporei piezoelettrico 7, 8. Ogni sensore 7, 8 comprende una unità di registrazione di suoni 9 e una punta di esplorazione 10 coordinata ad essa. Il sensore 7 è incorporato in una sede di accoglimento 13 del punzone 3(vedere anche la figura 2), mentre il sensore 8 è disposto in una corrispondente sede di accoglimento 12 della matrice 2. Le punte di esplorazione 10 sono guidate attraverso fori 13 e vengono a poggiarsi sul tubo 4 direttamente mediante la forza di richiamo elastica di una molla 14. La punta di esplorazione 10 del sensore 7 nel punzone 3 agisce sulla superficie di contatto 15 nella zona di deformazione VZ. Il sensore 8 della matrice 2 è disposto esternamente alla zona di deformazione VZ e agisce corrispondentemente su una superficie dì contatto 16 del tubo 4 in una zona, che non viene deformata durante l'operazione di imbutitura.

Nella figura 2 si vede chiaramente che il punzone 3 presenta una forma di sezione trasversale corrispondente alla sezione trasversale a forma di V che si vuole avere nel settore centrale 5 del tubo 4.

La posizione del sensore di suoni corporei 7 nel centro del punzone 3 si considera come particolarmente adatta nella pratica.

Nella figura 3 si vede l'applicazione di un sensore di suoni corporei 9 con un supporto girevole nel punzone. Il sensore 9 viene supportato da un braccio di leva 17, disposto in modo limitatamente girevole. Il supporto del braccio di leva 17 avviene mediante un cuscinetto a rotolamento 18. Una molla di pressione 19 preme il braccio di leva 17 in direzione verso il tubo 4. In tale maniera la punta di esplorazione 10 del sensore 9 viene a poggiarsi sul tubo 4 nella zona di deformazione. Mediante il supporto girevole viene a mancare un attrito di adesione e slittamento del perno di esplorazione 10 e del sensore 9 sulla parete di una sede di accoglimento o di una cartuccia. La sensibilità dell'unità di sensori e quindi la qualità di segnali viene notevolmente migliorata. Diventa maggiore il campo di frequenze utile.

Emissioni di suoni si verificano, quando nel materiale del tubo 4 , durante l'operazione di imbutitura vengono superati limiti di tensione, localmente fissati oppure bruscamente un nuovo stato di equilibrio si forma su un altro livello di energia. Ciò è dovuto nella deformazione del tubo al cambio che ha luogo tra le sollecitazioni a pressione e quelle a trazione. In tale maniera si possono formare crepe. L'energia che si libera si espande sotto forma di onde elastiche e può essere misurata quale impulso di suono. La zona della maggiore formazione di screpolature è illustrata a tratteggio nella figura 1 ed è indicata con il numero di riferimento 20.

La disposizione dei sensori di rumori con fori 7 o 8 rende possibile una registrazione contemporanea diretta del rumore corporeo nella zona di deformazione VZ o esternamente ad essa direttamente sul pezzo 4. Gli impulsi acustici dovuti alla formazione di crepe si distinguono a causa del loro maggiore contenuto energetico dai segnali di suoni corporei, che risultano dal normale rumore di imbutitura in seguito agli impulsi di trasposizione. Di conseguenza gli impulsi di suoni possono essere chiaramente rilevati in seguito alla formazione di crepe e possono essere distinti da impulsi di trasposizione.

Durante la registrazione di segnali nell'operazione di imbutitura si presenta inoltre, quale rumore di disturbo, un fruscio di fondo, il cosiddetto "rombo" della pressa di imbutitura. Poiché il rilevamento viene effettuato contemporaneamente con i due sensori di suoni corporei 7, 8, i segnali che ne risultano si presentano con la stessa ampiezza e frequenza su entrambi i sensori 7, 8. Mediante un procedimento di filtrazione adattivo, il rumore di disturbo viene eliminato dai segnali. La misurazione parallela del suono corporeo mediante i sensori 7 e 8 rende quindi possibile un rilevamento diretto dei rumori di disturbo, che vengono eliminati, mediante accorgimenti di elaborazione di segnali, dai segnali registrati nella zona di deformazione VZ attraverso il sensore 7. I segnali rilevanti per crepe possono essere usati quindi direttamente per il rilevamento di crepature.

Nel diagramma della figura 4 è illustrato a titolo di esempio l'andamento di segnali durante una deformazione senza crepature o strappi. Si può rilevare che le esclusioni sostanziali del segnale di rumore corporeo si possono constatare solo all'inizio e alla fine della deformazione.

Un andamento tipico dei segnali in caso di uno strappo è illustrato nella figura 5. E' caratteristica una oscillazione ad alta frequenza del suono corporeo, con una elevata ampiezza.

L'andamento di segnali elaborato all'inizio di uno strappo è evidenziato mediante una oscillazione ad alta frequenza e bassa ampiezza dei suoni corporei, come ciò risulta dalla figura 6.

Mediante la registrazione diretta contemporanea del suono corporeo del pezzo 4 nella zona di deformazione ed esternamente ad essa diventa possibile il rilevamento della formazione di crepe e l'identificazione della particolare forma delle stesse (piegatura, inizio di strappo o strappo) durante l'operazione di imbutitura e ciò in tempo reale. In tale maniera anche inizi di strappi del tubo 4 si possono rilevare già durante l'operazione di imbutitura. Tubi difettosi 4 possono essere rimossi immediatamente dalla linea di produzione.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per il rilevamento di crepe durante l'operazione di imbutitura di pezzi metallici (4) in una pressa di imbutitura mediante la registrazione di rumori, che si formano durante la deformazione, a mezzo di sensori di suoni corporei (7, 8), caratterizzato dai seguenti accorgimenti: - durante l'operazione di imbutitura sul pezzo (4) viene eseguita contemporaneamente una registrazione diretta del suono corporeo nella zona di deformazione (VZ) ed esternamente alla zona di deformazione (VZ); - parti di segnali aventi all’incirca la stessa ampiezza e frequenza vengono rilevate come segnali di rumori di disturbo mediante il confronto dei segnali registrati dei rumori corporei; - i segnali di suoni corporei, registrati nella zona di deformazione (VZ) vengono elaborati con schermatura dei segnali di rumori di disturbo e usati per il rilevamento di crepe.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i sensori di suoni corporei (7, 8) vengono premuti con le loro punte di esplorazione (10) elasticamente sul pezzo (4) durante l'operazione di imbutitura.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che i segnali di suoni corporei ad alta frequenza ed elevata ampiezza vengono usati per il rilevamento di strappi nel pezzo (4).
4. 4. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che i segnali di suoni corporei ad alta frequenza e bassa ampiezza vengono usati per il rilevamento di inizi di strappi o di piegature nel pezzo (4).
5. 5. Dispositivo per la realizzazione del procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, comprendente un utensile di imbutitura (1) disposto in una pressa, con una matrice (2) e un punzone (3), caratterizzato dal fatto che nell'utensile di imbutitura (1) sono disposti almeno due sensori di suoni corporei (/, 8), le cui punte di esplorazione (10) agiscono sulle superfici di contatto (15, 16) del punzone (3) e/o della matrice (2) con il pezzo (4).
6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che i sensori di suoni corporei (7, 8) sono disposti in sedi di accoglimento (11, 12) del punzone (3) o della matrice (2), le punte di esplorazione (10) essendo guidate attraverso fori (13) verso le superfici di contatto (15, 16).
7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 5 o 6, caratterizzato dal fatto che le punte di esplorazione (10) possono essere premute contro il pezzo (4) mediante la forza di richiamo elastica di una molla (14).
8. 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 5 o 6, caratterizzato dal fatto che le punte di esplorazione possono essere premute contro il pezzo per via idraulica o pneumatica.
9. 9. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 5 a 8, caratterizzato dal fatto che un sensore di suoni corporei (7, 8) è supportato da un braccio di leva (17) disposto in modo limitatamente girevole.