ITTO20000744A1 - Sistema di tempra degli alberi di distribuzione a camme tramite induttori affacciati e loro posizionamento e movimentazione automatica. - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo:

"Sistema di tempra degli alberi di distribuzione a camme, tramite induttori affacciati e loro posizionamento e movimentazione automatica."

1. SCOPO GENERALE DELLA PROPOSTA.

Si tratta di un sistema innovativo, riguardante il tipo, il posizionamento e la movimentazione degli induttori usati per la tempra superficiale, tramite rifusione localizzata, della superficie di contatto delle camme degli alberi di distribuzione dèi motori endotermici.

Le sollecitazioni agenti sugli alberi sono essenzialmente quelle di strisciamento e, secondariamente, quelle di urto e flessione nel momento in cui la camma inizia la fase di spinta della punteria, contrastata dalla molla.

Tenendo conto del profilo non circolare della camma e del moto alternativo della valvola, risulta che le sollecitazioni sono di tipo alternato, con conseguente insorgere di fenomeni di fatica.

Si richiede quindi un profilo superficiale indurito di spessore regolare e costante, unito ad una struttura interna del pezzo tenace e non fragile.

Il materiale generalmente impiegato dai maggiori costruttori è la ghisa a struttura perlitica; tramite il procedimento di fusione, in sabbia o, eccezionalmente, in conchiglia, si ottiene un pezzo di forma e dimensioni molto vicine a quelle del prodotto finito.

A questo punto sono richieste solo più delle lavorazioni meccaniche di centraggio e rettifica. La necessaria durezza superficiale viene ottenuta tramite i procedimenti di tempra superficiale descritti nel Punto N.2 della presente proposta, dal titolo :

"METODI PRECEDENTI PER REALIZZARE LA PROPOSTA".

Il metodo innovativo, descritto nella nostra proposta, è illustrato al Punto N.3 con il titolo : "DESCRIZIONE DELLA NOSTRA PROPOSTA E DEL MODO DI OVVIARE AGLI INCONVENIENTI DESCRITTI".

2. METODI PRECEDENTI PER REALIZZARE LA PROPOSTA.

2.1. Colata i conchiglia raffreddata.

Il pezzo viene colato in una conchiglia di acciaio, raffreddata con circolazione continua ed intensa di acqua industriale. In questo modo la superficie del pezzo, subendo un brusco raffreddamento, risulta già indurita subito dopo la colata, e si passa subito alle lavorazioni meccaniche.

Il metodo è molto rapido ma, tenendo conto dell'attrezzatura richiesta, è adatto solo per produzioni di grande serie.

La struttura e profondità di tempra sono controllabili con difficoltà; il raffreddamento esterno del pezzo, mentre il cuore è ancora caldo, può portare a distorsioni meccaniche. Esse possono essere compensate dalle successive lavorazioni meccaniche che, tuttavia, essendo eseguite sul pezzo già alla massima durezza, possono risultare difficoltose.

2.2. Riscaldamento localizzato tramite irraggiamento.

Il pezzo viene riscaldato superficialmente, nella zona delle camme, mentre ruota in continuazione, tramite una sorgente radiante di adatta potenza: raggio LASER, fascio elettronico, fiamma, elettrodo TIG;

la struttura di tempra indurita si ottiene senza necessità di raffreddamento artificiale del pezzo; infatti, essendo la zona riscaldata molto limitata, appena cessa il riscaldamento essa viene bruscamente raffreddata dalla sottrazione di calore causata dal cuore del pezzo, che è rimasto a temperatura molto più bassa ed ha una massa notevolmente maggiore di quella dello strato riscaldato.

Questi trattamenti vengono generalmente eseguiti sul pezzo quasi finito, poiché la zona interessata è poco profonda, da 1mm a 4mm, e non vengono quindi alterate le sue dimensioni.

I metodi descritti hanno dato finora risultati abbastanza soddisfacenti, tuttavia occorre notare che, trattandosi di un rapido e violento trasferimento di energia radiante, esso dipende, oltre che dalla forma, dalle condizioni superficiali del pezzo. Il controllo della durezza e profondità di tempra può risultare quindi difficoltoso. Dal punto di vista impiantistico, occorre infine ricordare che alcuni di questi sistemi, particolarmente il LASER ed il fascio elettronico, risultano costosi e di difficile gestione.

2.2. Riscaldamento localizzato tramite induzione.

Il pezzo viene riscaldato superficialmente, nella zona delle camme, mentre ruota in continuazione, tramite un induttore alimentato da una sorgente di corrente alternata. In questo caso la profondità di riscaldamento dipende dalla frequenza impiegata e dalla forma dell'induttore.

Usando un in induttore a forma di anello, posto concentricamente al pezzo rotante, esso dovrà avere un diametro interno tale da contenere l'asse maggiore della camma; spesso, inoltre, l'albero è dotato di supporti di banco di diametro ancora maggiore. Tenendo conto di ciò, tra pezzo ed induttore rimarrà uno spazio notevole, e si dovranno quindi impiegare correnti a media frequenza, circa 20kHz, con conseguente alta profondità di tempra.

Il fatto di riscaldare una notevole parte della massa del pezzo rende inoltre difficoltosa la successiva fase di autoraffreddamento, e rende necessaria l'installazione di un sistema di raffreddamento, a spruzzo oppure ad immersione, con un opportuno liquido di tempra.

3. "DESCRIZIONE DELLA NOSTRA PROPOSTA E DEL MODO DI OVVIARE AGLI INCONVENIENTI DESCRITTI".

Vedi Tavola N. 1

Il metodo da noi proposto è del tipo ad induzione, descritto al punto 2.2.

La novità consiste nell'impiego di un induttore affacciato anziché concentrico, dotato di movimento longitudinale, radiale e rotazione rispetto al pezzo rotante. Poiché, durante la rotazione del pezzo, il raggio della camma varia continuamente, l'induttore è azionato da un sistema a controllo numerico il quale lo muove con continuità, in base al profilo matematico della camma precedentemente impostato.

In questo modo l'induttore risulta sempre strettamente accoppiato al pezzo da trattare, si possono usare frequenze elevate, circa 100kHz, ottenendo quindi: - profilo e profondità di tempra ben controllati;

- costanza e ripetibilità dei risultati;

- limitata potenza di riscaldo;

- efficace autotempra;

- possibilità di lavorare, sullo stesso impianto, famiglie notevolmente diverse di alberi a camme, semplicemente cambiando l'induttore; le differenze di forma e dimensioni vengono compensate dal sistema di movimentazione automatizzato gestito dal controllore numerico.

In questo modo riteniamo che si possano ottenere contemporaneamente i vantaggi del metodo ad induzione, affidabile, controllabile ed economico, con e quelli dei metodi ad energia diretta, che permettono di ottenere un profilo di tempra di profondità limitata ed esattamente controllata.

Il sistema previsto per attuare il procedimento tecnologico della nostra proposta è composto dalle seguenti parti fondamentali:

3.1. Sistema di movimentazione dell'induttore e del pezzo da trattare, tramite controllore numerico e computer di supervisione e diagnostica, che attua i seguenti movimenti:

- rotazione continua dell'albero a camme, con regolazione continua di velocità; l'albero è generalmente posizionato in verticale, tra due punte;

- spostamento a passo dell'induttore lungo l'asse dell'albero a camme, per trattare successivamente le varie camme;

- spostamento continuo dell'induttore lungo il raggio ortogonale all'asse dell'albero a camme e limitata rotazione dell'induttore su di un asse parallelo all'asse del pezzo rotante, al fine di mantenere l'induttore nella posizione migliore per ottenere il profilo di tempra desiderato. La posizione sarà determinata in base al profilo della camma ed a prove sperimentali.

I movimenti continui sono attuati dal controllore numerico, che riceve in entrata il segnale relativo alla posizione angolare dell'albero a camme, lo integra con il profilo della camma impostato e, tramite un apposito software, compilato per ciascun tipo di albero, attua i movimenti necessari a mantenere l'induttore nella posizione migliore per ottenere il profilo di tempra desiderato.

3.1.1. Sistema di movimentazione dell'induttore e del pezzo da trattare, tramite sistema meccanico copiatore, che attua i seguenti movimenti:

- rotazione continua dell'albero a camme, con variazione meccanica di velocità;

- spostamento a passo dell'induttore lungo l’asse dell'albero a camme, per trattare successivamente le varie camme;

- spostamento continuo dell'induttore lungo il raggio ortogonale all'asse dell'albero a camme e limitata rotazione dell'induttore su di un asse parallelo all'asse del pezzo rotante, al fine di mantenere l'induttore nella posizione migliore per ottenere il profilo di tempra desiderato.

I movimenti continui sono attuati tramite un sistema di copiatura meccanica, che segue il profilo di un albero dello stesso tipo, rotante su di un asse parallelo a quello in trattamento.

Questo sistema di movimentazione meccanico è indicato nel caso sia richiesto un impianto particolarmente semplice da gestire e le specifiche di trattamento non siano particolarmente severe.

3.2. Induttore affacciato e relativo sistema di alimentazione, a potenza e frequenza regolabili, per ottimizzare i parametri di trattamento.

L'induttore può essere realizzato in diversi modi, di seguito descritti, secondo la Tavola 2 allegata. Tutti i tipi hanno in comune il fatto di essere cavi, per permettere la circolazione dell'acqua di raffreddamento.

3.2.1. Induttore ricavato da barre piene di rame, con lavorazione di fresatura e foratura. Potendo essere realizzato con notevole spessore, a differenza di quelli realizzati con tubo rotondo o piatto, può essere alimentato con correnti di notevole intensità e diminuendo quindi il tempo di trattamento. Avendo una sezione a lati rettilinei, può essere dotato di pacchetti di lamierini, posti a cavallo del tubo, per concentrare il flusso magnetico.

La costruzione risulta più costosa di quelli in tubo, si presta quindi per lavorazioni di grande serie.

3.2.2. Induttore ricavato da tubo di rame, a sezione quadrata o rettangolare, tramite piegatura e saldatura.

La costruzione risulta semplice ed economica, ma non può essere alimentato con correnti elevate. Anche questo tipo può essere dotato di lamierini concentratori di flusso magnetico.

3.2.3. Induttore ricavato da tubo di rame, a sezione circolare, tramite piegatura e saldatura.

La costruzione risulta ancora più economica, in quanto il tubo costa di meno e la piegatura è più semplice. Non può essere alimentato con correnti elevate, e risulta difficile applicare i lamierini, non avendo una sezione a lati rettilinei. Il tipo di induttore da impiegare nella specifica applicazione viene quindi scelto in base alle seguenti considerazioni:

- geometria e dimensioni dell'albero;

- profilo di tempra da ottenere

- numero di pezzi e cadenza di produzione.

Il sistema, nella versione più semplice, è dotato di un induttore che, spostandosi a passo, esegue successivamente il trattamento delle varie camme. Il questo caso, particolarmente se l'albero è di massa notevole, si potrà installare un semplice sistema di raffreddamento, anche ad aria, per evitare che il riscaldamento della massa metallica renda difficile l'autotempra delle camme trattate per ultime.

Nel caso di produzioni di grande serie si può installare un gruppo di due o più induttori, ciascuno dotato di un sistema di movimentazione, per trattare contemporaneamente più camme o addirittura tutto l'albero.

In questo caso il sistema di raffreddamento non risulta più necessario.

Il sistema fisico di alimentazione, a potenza e frequenza regolabili, non rientra nella presente proposta, in quanto è ormai molto diffuso e di pubblico dominio. Tuttavia diversi suoi parametri, quali potenza, frequenza e taluni parametri diagnostici, vengono gestiti dal software del sistema a controllo numerico. Il suddetto controllore numerico sarà inoltre interfacciato con i sistemi di carico e scarico automatici del pezzo, oltre ai blocchi di sicurezza.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI. 4. 1. Sistema di tempra degli alberi di distribuzione a camme, tramite induttori affacciati e loro posizionamento e movimentazione automatica. 4.
2. 2. Sistema di movimentazione dell'induttore e del pezzo da trattare, tramite controllore numerico e computer di supervisione e diagnostica. 4.
3. 3. Sistema di movimentazione dell'induttore e del pezzo da trattare, tramite sistema meccanico copiatore. 4.
4. 4. Spostamento a passo dell'induttore lungo l'asse dell'albero a camme, per trattare successivamente le varie camme. 4.
5. 5. Spostamento continuo dell’induttore lungo il raggio ortogonale all'asse dell'albero a camme e limitata rotazione dell'induttore su di un asse parallelo all'asse del pezzo rotante, al fine di mantenere l'induttore nella posizione migliore per ottenere il profilo di tempra desiderato. 4.
6. 6. Induttore ricavato da barre piene di rame. 4.
7. 7. Induttore ricavato da tubo di rame, a sezione quadrata o rettangolare. 4.
8. 8. Induttore ricavato da tubo di rame, a sezione circolare. 4.
9. 9. Induttore, per tutti e tre tipi precedenti, dotato di lamierini concentratori di flusso magnetico.