ITTO20120267A1 - Attrezzatura per la realizzazione per rullaturura di un elemento anulare di forma complessa, in particolare un inserto in acciaio per un anello esterno di un cuscinetto di rotolamento - Google Patents

Description

Descrizione a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo: “ATTREZZATURA PER LA REALIZZAZIONE PER RULLATURURA DI UN ELEMENTO ANULARE DI FORMA COMPLESSA, IN PARTICOLARE UN INSERTO IN ACCIAIO PER UN ANELLO ESTERNO DI UN CUSCINETTO DI ROTOLAMENTO.â€

DESCRIZIONE

La presente invenzione à ̈ relativa ad una attrezzatura per la realizzazione per rullatura di un inserto in acciaio per un anello esterno di un cuscinetto di rotolamento. In particolare, la presente invenzione si può vantaggiosamente applicare alla realizzazione di inserti in acciaio destinati ad unità mozzo ruota, in cui l’anello esterno à ̈ composto da un inserto anulare in acciaio dotato di due piste di rotolamento per i corpi volventi ed atto a resistere a sollecitazioni di tipo hertziano, e da un corpo esterno provvisto eventualmente di una flangia, ed atto a resistere a sollecitazioni di tipo statico e dinamico trasmesse dal suolo al veicolo e viceversa. Più in generale, l’attrezzatura secondo il trovato serve per realizzare in modo affidabile e con facilità elementi anulari di forma complessa qualsiasi.

Nei tipi più moderni di mozzo ruota, ad esempio secondo WO2012003848, un anello esterno del tipo suddetto viene ottenuto in due tempi, in due materiali diversi: dapprima viene fabbricato un inserto anulare in acciaio, che porta le piste di rotolamento sulla sua superficie radiale interna; poi viene costampato sull’inserto, esternamente allo stesso, un elemento flangiato realizzato di alluminio o lega leggera. In questo modo si ottiene una riduzione del peso totale dell’anello esterno e, quindi, dell’unità mozzo ruota nel suo complesso.

L’unica soluzione nota al momento à ̈ quella di realizzare l’inserto mediante lavorazione per asportazione di truciolo di uno sbozzato fucinato, mentre sarebbe più semplice e rapido poter realizzare almeno parte dei profili richiesti sull’inserto mediante una lavorazione per deformazione plastica.

È da notare, tuttavia, che la realizzazione di profili assial-simmetrici di forma complessa, ad esempio per rullatura, su elementi anulari non à ̈ attualmente possibile, se non in alcuni casi limitati.

Come à ̈ illustrato in figura 3, la realizzazione di un profilo desiderato ad esempio su una superficie radiale interna di un elemento anulare L mediante rullatura comporta il serrare a pacco l’elemento L tra un utensile formatore rotante F ed un mandrino M, lasciato libero di ruotare intorno ad un asse X; l’utensile F, ruotando, spinge contro il mandrino M secondo la freccia S, per cui il mandrino M deve essere supportato lateralmente, da banda opposta all’utensile F, da una coppia di rulli di ricezione R1 ed R2, che ruotano folli e che cooperano con superfici cilindriche di spallamento P1 e P2 del mandrino M aventi medesimo diametro, in modo da non creare in uso, in conseguenza della spinta S, spinte assiali, che non possono essere sopportate dal mandrino M. Tra gli spallamenti P1 e P2, la superficie radiale del mandrino M presenta in un piano radiale un profilo longitudinale P che riproduce in negativo il profilo che si vuole ottenere sulla superficie radiale interna dell’elemento L.

Di conseguenza, il diametro degli spallamenti P1 e P2 dovrà essere inferiore al diametro interno minimo dell’elemento L in lavorazione, altrimenti il mandrino M non può essere inserito nella posizione di lavoro, passante attraverso l’elemento L, come illustrato in figura 3. In presenza di profili P con forti variazioni di diametro lungo l’asse X ne consegue che il profilo P del mandrino M presenterà un diametro minimo “d†che determina la creazione nel mandrino M di una restrizione localizzata della sezione trasversale del mandrino M tale che il mandrino M può non essere in grado di subire la spinta S senza il rischio di subire rotture.

Scopo della presente invenzione à ̈ dunque quello di fornire una attrezzatura atta a realizzare per rullatura, almeno su una parete radiale interna di un elemento anulare, un profilo longitudinale assial-simmetrico prefissato, che sia priva degli inconvenienti prima evidenziati e che, più in generale, sia in grado di permettere la realizzazione sulle pareti radiali di elementi anulari, di profili di forma complessa, anche in presenza di forti differenze di diametro lungo la parete radiale interna dell’elemento anulare.

In base all’invenzione viene dunque fornita una attrezzatura per la realizzazione per rullatura di profili longitudinali assial-simmetrici prefissati su superfici radiali di un elemento anulare, come definita nella rivendicazione 1.

Caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di un suo esempio non limitativo di attuazione, effettuata con riferimento alle figure dei disegni annessi, nelle quali:

- la figura 1 illustra schematicamente l’attrezzatura secondo il trovato durante la lavorazione di uno sbozzato anulare con differenti diametri alle sue opposte estremità;

- la figura 2 illustra in modo semplificato l’attrezzatura del trovato applicata alla lavorazione di un elemento anulare su cui à ̈ necessario formare una superficie conica;

- la figura 3 illustra lo stato dell’arte nelle operazioni di rullatura di elementi anulari; e

- le figure 4a e 4b illustrano rispettivamente una prima ed una seconda forma di realizzazione del mandrino facente parte della attrezzatura del trovato.

Con riferimento alle figure 1, 2 e 4, à ̈ indicata nel suo complesso con 1 una attrezzatura per la realizzazione per rullatura di profili longitudinali assial-simmetrici prefissati su superfici radiali 2 e 3 di un elemento anulare 4 da lavorare, nell’esempio di figura 1 costituito da uno sbozzato fucinato in acciaio avente diametri sensibilmente diversi alle opposte estremità ed utilizzabile per realizzare un inserto in acciaio per un anello esterno di un cuscinetto di rotolamento.

Più in generale (figura 2), l’attrezzatura 1 (che à ̈ illustrata solo in parte in figura 2) serve per lavorare elementi anulari 4 (4b in figura 2) la cui superficie radiale interna 2 à ̈ delimitata da almeno due diametri di dimensioni sensibilmente diverse.

Utilizzando per semplicità i medesimi numeri di riferimento per i dettagli simili od uguali, l’attrezzatura 1 comprende un utensile di formatura 5 di forma assial-simmetrica e nel complesso di tipo noto, delimitato da una superficie radiale esterna 6 avente in sezione radiale un primo profilo longitudinale 7 prefissato; mezzi 8, indicati schematicamente con un blocco (figura 1), per fare ruotare l’utensile 5 intorno ad un primo asse X1; e mezzi 9, indicati solo schematicamente in figura 1, per esercitare sull’utensile di formatura 5 una spinta laterale S perpendicolare al primo asse X1 e diretta verso l’elemento anulare 4 da lavorare, ad esempio, come schematicamente illustrato in figura 1, agenti sull’asse di rotazione X1.

L’attrezzatura 1 comprende inoltre un mandrino 10 (10b in figura 2) di forma assial-simmetrica, rotante intorno ad un secondo asse X2 parallelo all’asse X1 e disposto lateralmente all’utensile di formatura 5, in una posizione tale da ricevere in uso la spinta S esercitata sull’utensile 5 dai mezzi 9; il mandrino 10 presenta una superficie radiale esterna 11 di lavoro avente in sezione radiale un profilo longitudinale prefissato 12 (12b in figura 2) e tra il primo profilo 7 dell’utensile 5 ed il secondo profilo 12,12b del mandrino 10,10b à ̈ delimitato un vano 13 di ricezione per l’elemento anulare 4 (4b) da lavorare, il mandrino 10, 10b essendo conformato in modo da impegnare passante, in uso, l’elemento anulare 4,4b da lavorare.

In pratica, l’unica differenza tra l’attrezzatura 1 mostrata in figura 1 e quella mostrata in figura 2 sta nella forma e dimensione del mandrino, in particolare della superficie 11 del mandrino 10 o 10b, adatta a lavorare due elementi anulari 4 e 4b di forma e dimensione diversi. Pertanto, d’ora in avanti, la descrizione farà specifico riferimento alla sola figura 1, applicandosi identicamente anche alla figura 2.

L’attrezzatura 1 comprende inoltre un primo rullo di ricezione 14 ed un secondo rullo di ricezione 15 portati rotanti intorno ad un terzo asse X3 parallelo agli assi X1 ed X2 da un supporto 16 atto a sostenere la spinta S perpendicolare esercitata sull’utensile formatore 5 dai mezzi 9; il primo rullo 14 ed il secondo rullo 15 cooperano, rispettivamente, con una prima superficie di spallamento 17 e con una seconda superficie di spallamento 18, radiali, del mandrino 10 tra le quali à ̈ delimitata la superficie di lavoro 11.

L’attrezzatura 1 comprende infine mezzi 19, noti, per supportare folle una prima estremità 20 del mandrino 10 che à ̈ disposta nel verso V di introduzione in uso del mandrino 10 entro l’elemento anulare 4 da lavorare e che à ̈ destinata, in uso, a sporgere assialmente dall’elemento anulare 4 da lavorare, come à ̈ ben illustrato in figure 1 e 2.

Secondo un aspetto del trovato, la prima e la seconda superficie di spallamento radiale 17,18 del mandrino 10 presentano, in corrispondenza di opposte estremità 21 e 22 del profilo longitudinale prefissato 12 (figure 4a e 4b), rispettivamente un primo diametro D1 ed un secondo diametro D2, diversi tra loro; il primo diametro D1 della prima superficie di spallamento 17 à ̈ in particolare più piccolo del secondo diametro D2 della seconda superficie di spallamento 18; inoltre, la prima superficie di spallamento 17 à ̈ disposta immediatamente adiacente alla prima estremità 20 del mandrino 10 ed à ̈ quindi rivolta in uso nel verso V di introduzione del mandrino 10 nell’elemento 4 da lavorare.

Di conseguenza, anche il primo rullo di ricezione 14 ed il secondo rullo di ricezione 15 presentano diametri diversi, in particolare il rullo 14 à ̈ più grande del rullo 15.

La prima superficie di spallamento 17 à ̈ definita da una superficie cilindrica presentante un diametro costante in direzione assiale e pari al diametro D1; la seconda superficie di spallamento 18 à ̈ disposta in corrispondenza di una seconda estremità 23 del mandrino 10, opposta alla prima estremità 20.

La superficie radiale esterna di lavoro 11 del mandrino 10 Ã ̈ inoltre conformata, secondo un ulteriore aspetto del trovato, in modo da rimanere sempre delimitata entro una superficie conica C (figura 4a) che tocca in almeno un punto la prima e la seconda superficie di spallamento 17 e 18, in modo che la forma complessiva del mandrino 10 Ã ̈ assimilabile ad un cono.

La seconda superficie di spallamento radiale 18 à ̈ conformata come una superficie curva concava avente come diametro massimo, in corrispondenza di sue opposte estremità 24,25, il secondo diametro D2, e che definisce sul mandrino 10 una scanalatura anulare 26 di profondità radiale prefissata.

Il secondo rullo di ricezione 15 presenta allora un bordo 27 perifericamente esterno delimitato da una superficie curva 28 convessa, coniugata con la forma della superficie 18, e che impegna la scanalatura anulare 26 del mandrino 10 per tenere assialmente bloccato il mandrino 10 ed assorbire eventuali spinte assiali A (figura 4) generate sul mandrino 10.

In particolare, per effetto della geometria descritta del mandrino 10 e dei rulli 14 e 15, la spinta S genererà sempre una spinta assiale A sul mandrino 10 che viene assorbita secondo il trovato dal supporto 16 mediante il rullo 15, grazie al bordo sagomato convesso 27.

La profondità della scanalatura anulare 26 del mandrino 10 à ̈ tanto maggiore quanto à ̈ maggiore una conicità α (figure 4a) della superficie conica C; in figura 4b à ̈ rappresentato un angolo α1 che approssima in quel caso quello della superficie C. La scanalatura anulare 26 presenta inoltre, in un piano radiale, un profilo ad arco di cerchio definito da un raggio che può essere tanto minore quanto à ̈ maggiore la conicità α della superficie conica C, oppure anche costante, ma realizzato in modo da ottenere una maggiore profondità radiale della scanalatura anulare 26. In sostanza, come à ̈ ben illustrato in figure 4a e 4b, scanalatura 26 e bordo 27 vengono sagomati in modo che all’aumentare della conicità α aumenti anche un angolo di contatto β tra superficie concava 18 della scanalatura 26 e superficie convessa 28 del bordo 27 e, soprattutto, in modo che l’angolo di contatto (o di rotolamento) β resti in ogni caso sempre all’interno del profilo radiale della scanalatura anulare 26. Lo scopo dell’accoppiamento superficie concava 18 / superficie convessa 28 non à ̈ infatti solo quello di posizionare assialmente in modo corretto il mandrino 10, ma soprattutto quello di essere adatto a trasmettere la spinta assiale A al supporto 16 attraverso il rullo di ricezione 15.

Secondo un aspetto non secondario del trovato, il primo rullo di ricezione 14 à ̈ montato sul supporto 16 folle rispetto al secondo rullo di ricezione 15, nell’esempio illustrato mediante un cuscinetto di rotolamento 29 montato su un albero 30 di supporto comune dei rulli 14 e 15, in modo da poter ruotare intorno al terzo asse X3 ad una velocità diversa da quella del secondo rullo di ricezione 15.

Il fatto che, secondo il trovato, il profilo longitudinale di lavoro di una superficie radiale esterna del mandrino, complementare al profilo da ottenere sull’elemento anulare, sia delimitato, a sue opposte estremità, da diametri diversi delle superfici di spallamento, determina una forma complessiva del mandrino assimilabile ad un cono, nel senso che la superficie laterale esterna del mandrino à ̈ delimitata, tra le citate superfici di spallamento di diametro diverso, entro una superficie conica ideale.

In questo modo à ̈ possibile realizzare una delle due superfici di spallamento con diametri uguali o molto vicini al diametro minimo della superficie radiale del mandrino lungo il profilo di lavoro, in modo da non creare brusche variazioni localizzate di diametro nella parete radiale del mandrino che potrebbero in uso innescare rotture.

La realizzazione di una delle due superfici di spallamento, in particolare quella di diametri maggiori, come una superficie curva concava definente sul mandrino una scanalatura anulare permette di realizzare il corrispondente rullo di ricezione con un bordo convesso perifericamente esterno che impegnando la scanalatura scarica sul rullo di ricezione il supporto delle spinte assiali, che così non gravano sui supporti del mandrino.

In questo modo si possono lavorare efficacemente ed in modo affidabile, senza il rischio di una rottura del mandrino, elementi anulari aventi anche una forte differenza di diametro in corrispondenza delle opposte estremità assiali: basterà realizzare la scanalatura anulare sul mandrino tanto più profonda quanto à ̈ maggiore la spinta laterale da trasmettere ai rulli di ricezione.

La realizzazione della attrezzatura secondo il trovato permette pertanto di ottenere per rullatura elementi anulari, come un inserto in acciaio per un anello esterno di un cuscinetto di rotolamento per il resto realizzato di alluminio o altro materiale “leggero†, ad esempio in composito, che prima del trovato si potevano realizzare solo per asportazione di truciolo, e permette di raggiungere pertanto notevoli vantaggi in termini di riduzione di costi e del tempo di lavorazione.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Attrezzatura (1) per la realizzazione per rullatura di profili longitudinali assial-simmetrici prefissati su superfici radiali (2,3) di un elemento anulare (4), comprendente: - un utensile di formatura (5) di forma assial-simmetrica, delimitato da una superficie radiale esterna (6) avente in sezione radiale un primo profilo longitudinale (7) prefissato; - primi mezzi (8) per fare ruotare l’utensile di formatura intorno ad un primo asse (X1) e secondi mezzi (9) per esercitare sull’utensile di formatura una spinta laterale (S) perpendicolare al primo asse; - un mandrino (10) di forma assial-simmetrica, rotante intorno ad un secondo asse (X2) parallelo al primo e disposto lateralmente all’utensile di formatura, in una posizione tale da ricevere in uso la spinta esercitata sull’utensile di formatura; una superficie radiale esterna (11) di lavoro del mandrino presentando in sezione radiale un secondo profilo longitudinale (12) prefissato, tra il primo profilo dell’utensile ed il secondo profilo del mandrino essendo delimitato un vano (13) di ricezione per l’elemento anulare da lavorare, il mandrino (10) essendo conformato in modo da impegnare passante, in uso, l’elemento anulare da lavorare (4); - un primo ed un secondo rullo di ricezione (14,15) portati rotanti intorno ad un terzo asse (X3) parallelo al primo asse da un supporto (16) atto a sostenere la spinta perpendicolare esercitata sull’utensile formatore; il primo e secondo rullo (14,15) cooperando con una prima ed una seconda superficie di spallamento radiale (17,18) del mandrino tra le quali à ̈ delimitata la superficie di lavoro (11) avente il secondo profilo prefissato; e - mezzi (19) per supportare folle una prima estremità (20) del mandrino che à ̈ disposta nel verso di introduzione in uso (V) del mandrino entro l’elemento anulare da lavorare e che à ̈ destinata, in uso, a sporgere assialmente dall’elemento anulare da lavorare; caratterizzata dal fatto che la prima e la seconda superficie di spallamento radiale (17,18) del mandrino presentano, in corrispondenza di opposte estremità (21,22) del secondo profilo longitudinale prefissato (12), rispettivamente un primo e un secondo diametro (D1,.D2), diversi tra loro; il primo diametro (D1) della prima superficie di spallamento (17) essendo più piccolo del secondo diametro (D2) e la prima superficie di spallamento (17) essendo disposta immediatamente adiacente alla prima estremità (20) del mandrino.
2. 2. Attrezzatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che la prima superficie di spallamento (17) à ̈ definita da una superficie cilindrica presentante un diametro costante in direzione assiale e pari al primo diametro (D1); e dal fatto che la seconda superficie di spallamento (18) à ̈ disposta in corrispondenza di una seconda estremità (23) del mandrino, opposta alla prima estremità.
3. 3. Attrezzatura secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che la superficie radiale esterna di lavoro (11) del mandrino à ̈ delimitata entro una superficie conica (C) che tocca in almeno un punto la prima e la seconda superficie di spallamento(17,18), in modo che la forma complessiva del mandrino à ̈ assimilabile ad un cono.
4. 4. Attrezzatura secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la seconda superficie di spallamento radiale (18) à ̈ conformata come una superficie curva concava avente come diametro massimo, in corrispondenza di sue opposte estremità (24,25), il secondo diametro (D2) e che definisce sul mandrino una scanalatura anulare (26) di profondità radiale prefissata.
5. 5. Attrezzatura secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che il secondo rullo di ricezione (15) presenta un bordo (27) perifericamente esterno delimitato da una superficie curva convessa (28) coniugata con la seconda superficie di spallamento radiale concava (18) e che impegna la scanalatura anulare (26) del mandrino (10) per tenere assialmente bloccato il mandrino ed assorbire eventuali spinte assiali (A) generate sul mandrino.
6. 6. Attrezzatura secondo la rivendicazione 4 e 5, caratterizzata dal fatto che la superficie radiale esterna di lavoro (11) del mandrino à ̈ delimitata entro una superficie conica (C) che tocca in almeno un punto la prima e la seconda superficie di spallamento (17,18); la profondità della scanalatura anulare (26) del mandrino essendo tanto maggiore quanto à ̈ maggiore una conicità (α) della superficie conica; la scanalatura anulare (26) presentando in un piano radiale un profilo ad arco di cerchio.
7. 7. Attrezzatura secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il primo rullo di ricezione (14) à ̈ montato sul supporto folle rispetto al secondo rullo di ricezione (15), in modo da poter ruotare intorno al terzo asse (X3) ad una velocità diversa da quella del secondo rullo di ricezione (15).
8. 8. Attrezzatura secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il primo e secondo rullo di ricezione (14,15) presentano diametri diversi, il primo rullo (14) essendo più grande del secondo (15).