ITTO20010324A1 - Procedimento ed apparecchiatura di rollatura a freddo per la formatura di pezzi anulari. - Google Patents

Procedimento ed apparecchiatura di rollatura a freddo per la formatura di pezzi anulari. Download PDF

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spindle
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Erling Zackrisson
Adelmo Balagna
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Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Procedimento ed apparecchiatura di rollatura a freddo per la formatura di pezzi anulari"
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un procedimento e ad un'apparecchiatura di rollatura a freddo per la formatura di pezzi anulari, in particolare ma non esclusivamente per la formatura degli anelli esterni di cuscinetti. Più in particolare, l'invenzione è applicabile per la formatura di anelli asimmetrici per cuscinetti a rulli o per cuscinetti a sfere a contatto angolare.
Per una migliore comprensione dello stato della tecnica e dei problemi ad essa inerenti, verrà dapprima descritta un'apparecchiatura di rollatura a freddo di tipo tradizionale, illustrata nella figura 1 dei disegni allegati.
Con riferimento alla figura 1, è illustrata schematicamente in sezione una parte di un'apparecchiatura di rollatura a freddo del tipo comunemente denominata nel settore con il termine anglosassone "open die".
Con il numero di riferimento 10 è indicato un pezzo anulare che viene sottoposto ad un procedimento di rollatura per formare la sua superficie periferica esterna 11 e la sua superficie interna 12. Il pezzo anulare 10 è radialmente compresso e posto in rotazione tra un rullo formatore esterno 13 ed un mandrino formatore interno 14. Il rullo esterno 13 e il mandrino interno 14 hanno profili corrispondenti ai profili che si desidera conferire alle rispettive superfici esterna 11 ed interna 12 del pezzo anulare 10. Il rullo formatore esterno 13 è comandato in rotazione ed esercita una spinta radiale T che trascina in rotazione il pezzo 10, il mandrino 14 e un rullo di reazione 15 nei sensi indicati dalle frecce. L'azione combinata della rotazione e della spinta radiale T tra il rullo formatore 13 e il mandrino 14 provoca nel pezzo 10 la deformazione desiderata.
Il pezzo viene deformato plasticamente portandolo dalla forma del suo semilavorato (illustrato a linea continua) alla forma finale (indicata a linea tratteggiata). La rollatura provoca un aumento del diametro finale dell'anello finito rispetto a quello del semilavorato di partenza. Un dispositivo di controllo 16 dotato di un braccio mobile 17 arresta il procedimento di rollatura quando il pezzo 10 raggiunge il diametro finale desiderato.
Come illustrato in figura 2, il pezzo rollato 10 presenta, in questo esempio, una superficie periferica esterna 11 cilindrica, e una superficie radialmente interna 12 che serve da pista di rotolamento esterna per elementi di rotolamento (non illustrati) di un cuscinetto. L'operazione di rollatura può inoltre formare zone di raccordo arrotondate ed eventualmente gole circonferenziali, a seconda delle esigenze di progetto.
Un esempio di un'apparecchiatura del tipo schematicamente illustrato in figura 1 è fornito dal DE-3824 856-A1.
I vantaggi ottenibili dai procedimenti di rollatura sono noti. Con questo tipo di lavorazione, tutto il materiale del semilavorato anulare viene sfruttato per la formazione del pezzo finito. La rollatura, inoltre, compatta ed orienta gli strati metallici superficiali dell'anello sui quali agiscono i rulli di formatura. Grazie a questo effetto si ottengono anelli di cuscinetto che presentano generalmente una vita utile più lunga rispetto agli anelli fabbricati mediante procedimenti che prevedono l'asportazione di materiale (ad esempio procedimenti di lavorazione al tornio).
1 procedimenti di rollatura tradizionali del tipo "open die" sopra discusso sono applicabili per la formatura di pezzi anulari aventi sezione essenzialmente simmetrica, come quello illustrato nella figura 2, ma non per elementi anulari aventi sezioni asimmetriche, come ad esempio quello illustrato nella figura 3; infatti, a causa dell'asimmetria del profilo del mandrino, durante la rollatura questo viene assoggettato a reazioni aventi componenti assiali che tendono a destabilizzare e/o a rompere il mandrino e comunque a formare inevitabilmente nel pezzo in lavorazione superfici con un grado di conicità inammissibile.
Per questo motivo fino ad ora gli anelli a sezione asimmetrica sono stati generalmente lavorati al tornio.
La presente invenzione si prefigge lo scopo di applicare la tecnica della rollatura a freddo per la formatura, in particolare, anche di elementi anulari a sezione asimmetrica, così da migliorare il rendimento produttivo ed ottenere un risparmio complessivo dei costi di produzione.
Un altro scopo dell'invenzione è di fabbricare anelli di cuscinetto aventi una elevata precisione dimensionale.
Un ulteriore scopo dell'invenzione è di realizzare un'apparecchiatura di rollatura a freddo avente una struttura particolarmente stabile, robusta e durevole.
Questi ed altri scopi e vantaggi, che saranno compresi meglio in seguito, sono raggiunti, secondo l'invenzione, mediante un'apparecchiatura ed un procedimento di rollatura a freddo come definiti nelle rivendicazioni.
Verranno ora descritte le caratteristiche strutturali e funzionali di un'apparecchiatura e delle fasi di un procedimento secondo l'invenzione, facendo riferimento ai disegni allegati, dati a titolo esemplificativo e non limitativo, in cui: la figura 1 è una vista schematica in sezione di parte di un'apparecchiatura di rollatura tradizionale del tipo "open die",-le figure 2 e 3 sono viste schematiche in sezione assiale parziale di due diversi anelli esterni per cuscinetti, rispettivamente a sezione simmetrica e a sezione asimmetrica,·
la figura 4 è una vista in sezione verticale di un'apparecchiatura di rollatura a freddo secondo la presente invenzione,-la figura 5 è una vista in pianta dell'apparecchiatura della figura 4,-la figura 6 è una vista in sezione assiale degli organi formatori dell'apparecchiatura della figura 4 durante una fase dell'operazione di rollatura,· e
la figura 7 è una vista schematica in elevazione ed in parziale sezione degli organi formatori, di un rullo pressore e di un gruppo di reazione dell'apparecchiatura secondo l'invenzione.
Alcune parti dell'apparecchiatura rappresentata nelle figure 4 e 5 sono di per sé note; di conseguenza, nel, seguito della presente descrizione verranno descritti in modo particolareggiato i soli elementi di specifico rilievo ed interesse ai fini dell'attuazione della presente invenzione. Per la realizzazione delle parti e degli elementi non illustrati in dettaglio si può quindi far riferimento ad una qualsiasi configurazione di apparecchiatura di tipo noto, quali quelle descritte ad esempio in DE-3824856-A1 e JP-08281364-A.
L'apparecchiatura di rollatura delle figure 4 e 5 comprende un gruppo mandrino indicato complessivamente con 20 provvisto di un mandrino formatore 21 bloccato in modo amovibile su un rotore 24. Il rotore 24 è montato folle attorno ad un asse orizzontale XI mediante cuscinetti 22 in un supporto 23 .
Il mandrino formatore 21 presenta una superficie laterale 21a a forma di superficie di rivoluzione con un profilo dato per imprimere alla superficie radialmente interna 12 del pezzo anulare 10 un profilo corrispondente, come sarà descritto in dettaglio più avanti. Il mandrino formatore 21 presenta una flangia radiale 21b conto la cui superficie periferica si impegna il bordo periferico di una flangia 31b di un rullo flangiato 31 di un gruppo intermedio 30. Il gruppo intermedio 30 include il rullo folle 31 montato in modo girevole attorno ad un asse orizzontale X3 mediante cuscinetti 32 all'interno di un supporto 33.
I supporti 23 e 33 dei gruppi 20 e 30 sono montati su una piastra di supporto 41 scorrevole su guide orizzontali longitudinali 42 parallele agli assi X1 e X3 e portate da un'incastellatura fissa 38. La piastra 41 può traslare longitudinalmente lungo le guide 42 per effetto di un motore idraulico 43 montato sull'incastellatura 38. Il motore 43 fa ruotare un rocchetto 44 che ingrana con una cremagliera longitudinale 45 solidale alla piastra 41.
Preferibilmente i supporti 23 e 33 sono montati sulla piastra 41 in modo basculante con limitata capacità di oscillazione intorno a rispettivi assi orizzontali longitudinali paralleli e disposti al di sotto degli assi X1 e X3; nella figura 4 è illustrato il solo asse di basculamento X4 del supporto 23 Questa configurazione serve a consentire limitati spostamenti dei gruppi 20 e 30 in piani verticali trasversali, per ragioni che verranno chiarite in seguito.
Con 39 è indicato un catenaccio a comando fluidodinamico (figura 4) che può essere sollevato ed abbassato per impegnarsi e disimpegnarsi da una sede 40 ricavata nella piastra longitudinalmente scorrevole 41. Il catenaccio 39 costituisce un arresto meccanico che serve ad impedire spostamenti assiali del gruppo mandrino 20 quando questo è nella sua posizione avanzata di lavoro (illustrata in tratteggio a sinistra nella figura 4).
Un gruppo matrice 50 comprende una matrice 51 a forma di recipiente anulare avente una cavità essenzialmente cilindrica 52 rivolta verso il gruppo mandrino 20. La matrice 51 è bloccata in modo amovibile su un rotore 54 montato folle intorno ad un asse longitudinale X2 all'interno di un supporto 55 mediante cuscinetti 56.
Il rotore folle 54 presenta un foro longitudinale centrale 57 attraverso il quale passa un'asta 61 di un gruppo espulsore 60. L'estremità di destra 6la dell'asta 61 si impegna contro un blocco espulsole 63 vincolato in modo amovibile ad un fondello discoidale 62 girevole solidalmente alla matrice 51. Il gruppo espulsore 60 serve ad espellere il pezzo finito dalla matrice 51, come sarà spiegato meglio in seguito.
La matrice 51 ha una parete radialmente interna 53a ed una parete radialmente esterna 53b. La parete interna 53a ha forma di superficie di rivoluzione con un profilo dato; la forma della superficie 53a, che è la superficie di lavoro della matrice 51, corrisponde alla forma della superficie esterna o periferica 11 finale che si vuole ottenere nel pezzo anulare 10.
La matrice 51 è trascinata in rotazione attorno al proprio asse X2 da un rullo pressore 71 (figura 5) che si impegna contro la superficie cilindrica esterna 53b della matrice. Il rullo 71 fa parte di un gruppo pressore 70 comprensivo di un motore idraulico 72.
Il gruppo matrice 50 ed il rullo pressore 71 sono montati in modo scorrevole lungo guide trasversali 80, 81 portate dall'incastellatura fissa 38 (figura 4). Il movimento di spinta radiale o trasversale del gruppo pressore 70 e del gruppo matrice 50 lungo le guide 80, 81 è provocato da un attuatore idraulico montato sull'incastellatura fissa e non illustrato per semplicità.
Un gruppo di reazione indicato con 90 nella figura 7 comprende una coppia di alberi longitudinali 91, 92 montati in modo folle su un supporto di centraggio 93 incernierato all'incastellatura fissa 38 attorno ad un asse longitudinale X6. Gli alberi 91, 92 sono disposti l'uno al di sopra e l'altro al di sotto del piano orizzontale in cui giace l'asse X3 del rullo intermedio 31; quando questo rullo viene spinto trasversalmente verso sinistra, esso bascula leggermente intorno al proprio asse X5 e il supporto 93 effettua una corrispondente rotazione intorno all'asse X6 raggiungendo una configurazione di equilibrio stabile grazie alla quale il gruppo di reazione 90 contrasta efficacemente la spinta radiale trasmessa dal rullo pressore 71 attraverso la matrice 51, il pezzo anulare 10, il mandrino 21 e il rullo intermedio 31.
Il funzionamento dell'apparecchiatura secondo la presente invenzione è il seguente.
In funzione della forma finale che si vuole dare ad un pezzo anulare 10, si montano sul gruppo mandrino 20 e sul gruppo matrice 50 un mandrino formatore 21 ed una matrice 51 aventi rispettive superfici di lavoro 21a e 53a con i profili desiderati.
Un pezzo anulare semilavorato 10 viene caricato in modo automatico sul mandrino 21. Il motore idraulico 43 viene attivato per far avanzare longitudinalmente (verso sinistra con riferimento alle figure 4 e 5) la piastra 41 con il gruppo mandrino 20 e il gruppo pressore 30 lungo le guide orizzontali longitudinali 42. Al raggiungimento della posizione avanzata di lavoro illustrata in tratteggio in figura 4, il movimento della piastra 41 viene arrestato automaticamente da un impulso generato un sensore di prossimità 48. La piastra 41 viene bloccata facendo salire il catenaccio 39 fino a quando questo si impegna nella sede 40 della piastra 41 così da bloccare la posizione assiale del gruppo mandrino 20 e del gruppo intermedio 30.
Il motore 72 viene attivato per far ruotare il rullo pressore 71 e l'attuatore idraulico (non illustrato) spinge trasversalmente il rullo pressore 71 contro la matrice 51. La matrice 51 con il fondello 62 e il rotore 54 vengono trascinati in rotazione intorno all'asse X2.
Per ridurre l'usura del mandrino, preferibilmente anche quest'ultimo viene fatto ruotare, in senso concorde con il senso di rotazione della matrice 51, ad opera di un ulteriore motore idraulico 37 così da evitare lo strisciamento della superficie di,lavoro 2la del mandrino contro il pezzo anulare 10 durante le fasi iniziali della lavorazione. Nell'esempio illustrato (figura 5) il motore idraulico 37 agisce sul rullo intermedio 31, il quale trasmette il moto rotatorio al mandrino 21 per contatto delle flange 31b e 21b.
La spinta esercitata dal rullo pressore 71 provoca la compressione radiale del pezzo 10 tra la superficie interna di lavoro 53a della matrice e la superficie laterale di lavoro 21a del mandrino. L'asse di rotazione XI del mandrino è mantenuto in posizione stabile grazie al contrasto offerto dal gruppo di reazione 90 e dal gruppo intermedio 30. Il pezzo anulare 10 viene così progressivamente deformato. Durante la lavorazione il mandrino 21 e il rullo intermedio 31 sono trascinati in rotazione per effetto della spinta prodotta dal rullo pressore rotante 71.
La superficie esterna o periferica 11 del pezzo 10 copia esattamente la forma della superficie di lavoro 53a del mandrino 51, e la superficie interna 12 del pezzo assume un profilo corrispondente a quello della superficie di lavoro 21a del mandrino 21 (figura 6).
Terminata la lavorazione del pezzo 10, il gruppo pressore 70 e il gruppo matrice 50 vengono fatti scorrere lungo le guide trasversali 80, 81 in allontanamento dal gruppo di reazione 90; il catenaccio 39 viene ritirato verso il basso disimpegnandosi dalla sede 40 della piastra 41. Il motore idraulico 43 viene attivato per allontanare longitudinalmente la piastra 41 con i gruppi mandrino 20 e intermedio 30 dal gruppo matrice 50; il movimento di ritiro della piastra 41 viene arrestato automaticamente da un impulso generato un sensore di prossimità 49.
Poi viene attivato il gruppo espulsore 60: tramite l'asta 61, il blocco 63 e il fondello 62, l'anello finito 10 viene espulso dalla matrice 51 e fatto cadere in un recipiente di raccolta sottostante 59. Preferibilmente la superficie interna 53a della matrice è leggermente conica, divergente in direzione del gruppo mandrino 20, così da facilitare l'espulsione del pezzo dalla matrice.
L'invenzione consente di conseguire i vantaggi che tipicamente vengono raggiunti dai procedimenti di rollatura, ma, come si potrà apprezzare, anche per La formatura di pezzi anulari aventi sezione asimmetrica. Infatti, in virtù della struttura ad anello chiuso della matrice 51 e della stabilità conferita al mandrino dai gruppi di reazione 90 e intermedio 30 della stabilità degli organi di formatura, le sollecitazioni destabilizzanti dovute alla asimmetria del profilo da formare sono contrastate efficacemente, con il risultato che si ottiene un prodotto finito di elevata precisione dimensionale ed una vita utile più lunga per gli stessi organi formatori dell'apparecchiatura.
Rispetto ai processi tradizionali di lavorazione al tornio, l'invenzione consente di ridurre i costi di produzione di circa il 10-15%. Inoltre, si elimina il dispositivo di controllo indicato con 16 in figura 1 per il controllo della dimensione finale del pezzo rollato.
È evidente che la scelta di montare la matrice 51 in modo girevole attorno ad un asse trasversalmente mobile e di disporre invece il mandrino formatore 21 su un gruppo che durante l'operazione di rollatura è stazionario costituisce una scelta preferenziale ma di certo non imperativa ai fini dell'attuazione dell'invenzione. In particolare, l'apparecchiatura si presta ad essere realizzata in modo tale da produrre il movimento relativo degli organi formatori in modo diverso da quanto descritto, senza per questo esulare dall'ambito dell'invenzione, come definito dalle annesse rivendicazioni.

Claims (17)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura di rollatura a freddo per formare un pezzo anulare (10) con una superficie esterna (11) avente un determinato profilo ed una superficie interna (12) avente un determinato profilo, a partire da un semilavorato anulare, l'apparecchiatura comprendendo: un mandrino formatore (21) girevole attorno ad un primo asse (xl) con una superficie di lavoro (2la) avente un profilo corrispondente a quello della superficie interna (12) da formare; una matrice di formatura (51) girevole attorno ad un secondo asse (x2) parallelo al primo asse (xl), la matrice avendo una cavità (52) con una superficie di lavoro interna (53a) a forma di superficie di rivoluzione corrispondente alla superficie esterna (11) da formare, primi mezzi motori (70-72) per provocare la rotazione del mandrino (21) e della matrice (51) attorno ai rispettivi assi (xl, x2), e secondi mezzi motori per variare in modo controllato la distanza tra il primo (xl) e il secondo (x2) asse, così da comprimere radialmente il pezzo in lavorazione (10) tra le superfici di lavoro (2la, 53a) del mandrino (21) e della matrice (51).
  2. 2. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui la matrice di formatura (51) ha forma di recipiente anulare aperto verso il mandrino (21).
  3. 3. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui la matrice (51) è montata su un gruppo matrice (50) scorrevole lungo mezzi di guida (80, 81) trasversali rispetto all'asse di rotazione (x2) della matrice.
  4. 4. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui i primi mezzi motori (70-72) per provocare la rotazione del mandrino (21) e della matrice (51) comprendono un rullo pressore (71) comandato in rotazione ed operativamente associato alla matrice (51) per trascinarla in rotazione attorno al secondo (X2).
  5. 5. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 4, in cui il rullo pressore (71) è montato su un gruppo pressore (70) spinto in modo scorrevole lungo mezzi di guida (80, 81) trasversali per avvicinare relativamente gli assi di rotazione (xl, x2) del mandrino e della matrice così da comprimere radialmente un pezzo in lavorazione (10) tra le superfici di lavoro (2la, 53a) del mandrino (21) e della matrice (51).
  6. 6. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui il rullo pressore (71) è spinto contro una superficie cilindrica esterna (53b) della matrice (51) .
  7. 7. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre terzi mezzi motori (43) per variare la distanza assiale relativa tra il mandrino (21) e la matrice (51).
  8. 8. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 7, in cui il mandrino (21) ed un rullo intermedio (31) sono montati su una piastra (41) scorrevole lungo mezzi di guida assiali (42) tra una prima posizione assialmente retratta di caricamento ed una seconda posizione operativa assialmente avanzata verso la matrice (51), dove in detta seconda posizione il rullo intermedio (31) è trasversalmente interposto tra e a contatto con il mandrino (21) da un lato, ed un gruppo di reazione (90) provvisto di almeno un rullo folle (91, 92) dall'altro lato.
  9. 9. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 8, in cui il gruppo di reazione (90) comprende una coppia di rulli assiali di reazione (91, 92) disposti l'uno (91) al di sopra e l'altro (92) al di sotto del piano orizzontale in cui giace l'asse (X3) del rullo intermedio (31). 10. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 9, in cui i rulli assiali di reazione (91, 92) sono montati folli su un supporto di centraggio (93) incernierato ad una struttura di supporto fissa (38) attorno ad un asse longitudinale (X6) disposto ad una altezza intermedia tra quelle dei rulli assiali di reazione (91, 92).
  10. 10. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 8, in cui il mandrino (21) ed il rullo intermedio (31) sono montati in rispettivi supporti (23, 33) vincolati alla piastra (41) in modo oscillante attorno a rispettivi assi longitudinali (x4, x5).
  11. 11. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 8, comprendente mezzi a chiavistello (39) atti ad impegnarsi in corrispondenti sedi (40) della piastra longitudinalmente scorrevole (41) per bloccarla in detta seconda posizione avanzata o operativa.
  12. 12. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui la matrice (51) è associata ad un gruppo espulsore (60) coassiale rispetto alla matrice ed atto ad espellere assialmente il pezzo finito (10) dalla matrice (51).
  13. 13. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui il mandrino (21) è operativamente associato a quarti mezzi motori (37) atti a provocare la rotazione del mandrino in senso concorde con la rotazione impartita ad esso durante la lavorazione. 14. Procedimento di rollatura a freddo per formare un pezzo anulare (10) con una superficie esterna (li) avente un determinato profilo ed una superficie interna (12) avente un determinato profilo, comprendente le fasi di: (a) predisporre un semilavorato anulare (10); (b) predisporre un mandrino formatore (21) girevole attorno ad un primo asse (xl) con una superficie di lavoro (21a) avente un profilo corrispondente a quello della superficie interna (12) da formare,· (c) predisporre una matrice di formatura (51) girevole attorno ad un secondo asse (x2) parallelo al primo asse (xl), la matrice avendo una cavità (52) con una superficie di lavoro interna (53a) a forma di superficie di rivoluzione corrispondente alla superficie esterna (11) da formare, (d) far ruotare il mandrino (21) e la matrice (51) intorno ai rispettivi assi (xl, x2),- e (e) contemporaneamente variare in modo controllato la distanza fra il primo (xl) e il secondo (x2) asse comprimendo radialmente il pezzo in lavorazione (10) tra le superfici di lavoro (21a) del mandrino e (53a) della matrice.
  14. 14. Procedimento secondo la rivendicazione 13, in cui detta fase (e) comprende la fase di mantenere fermo, durante la rollatura, l'asse geometrico (xl) di rotazione del mandrino (21) e di avvicinare a questo asse l'asse geometrico (x2) di rotazione della matrice (51).
  15. 15. Procedimento secondo la rivendicazione 13, in cui dette fasi (d) ed (e) comprendono la fase di comandare in rotazione la matrice (51) per mezzo di un rullo pressore rotante (71), trascinando in rotazione il mandrino (21) per effetto della pressione esercitata dal rullo pressore (71) contro la matrice (51) e del contrasto offerto dal mandrino (21) con il pezzo (10) interposto tra il mandrino e la matrice.
  16. 16. Procedimento secondo la rivendicazione 15, comprendente inoltre la fase di comandare in rotazione il mandrino (21) in senso concorde con il senso di rotazione secondo cui questo è trascinato in rotazione per effetto del rullo pressore (71), almeno nelle fasi iniziali della rollatura, tramite mezzi rotatori (37) distinti dai mezzi (72) che provocano la rotazione del rullo pressore (71).
  17. 17. Pezzo anulare rollato ottenuto mediante un procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni 13 a 16.
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