ITTO20130145A1 - Procedimento di rollatura a freddo per la formatura di anelli di cuscinetto - Google Patents

Description

PROCEDIMENTO DI ROLLATURA A FREDDO PER LA FORMATURA DI ANELLI DI CUSCINETTO

DESCRIZIONE

Settore Tecnico dell’Invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento di rollatura a freddo per la formatura di anelli di cuscinetto, in particolare di anelli interni asimmetrici.

Tecnica Nota

Per una migliore comprensione dello stato della tecnica e dei problemi ad essa inerenti, verrà dapprima descritto un procedimento di rollatura a freddo di tipo tradizionale. Nella figura 1, con il numero di riferimento 40 à ̈ indicato un semilavorato anulare che viene sottoposto ad un procedimento di rollatura per formare la sua superficie periferica esterna 41 e la sua superficie interna 42, al fine di formare un anello esterno di cuscinetto (figura 2). Il pezzo semilavorato 40 viene radialmente compresso e posto in rotazione tra un rullo formatore esterno ed un mandrino formatore interno (non illustrati). Il rullo esterno e il mandrino interno hanno profili corrispondenti ai profili che si desidera conferire alle rispettive superfici esterna 41 ed interna 42 del pezzo. Il rullo formatore esterno à ̈ comandato in rotazione ed esercita una spinta radiale che trascina in rotazione il pezzo semilavorato e il mandrino interno. L’azione combinata della rotazione e della compressione radiale tra il rullo formatore e il mandrino interno provoca nel pezzo anulare la deformazione desiderata. Il pezzo viene deformato plasticamente portandolo dalla forma del suo semilavorato (figura 1) alla forma finale (figura 2). La rollatura provoca un aumento del diametro finale dell’anello finito rispetto a quello del semilavorato di partenza. L’anello rollato illustrato nella figura 2 presenta una superficie periferica esterna 41 cilindrica, e una superficie radialmente interna 42 con due piste di rotolamento 43, 44, affiancate assialmente, per elementi di rotolamento (non illustrati) di un cuscinetto.

I vantaggi ottenibili dai procedimenti di rollatura sono noti. Con questo tipo di lavorazione, quasi 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).

Fino ad ora à ̈ stato possibile applicare con successo un procedimento di rollatura del tipo sopra discusso solo per la formatura di pezzi anulari aventi sezione essenzialmente simmetrica, come quello illustrato nella figura 2. La rollatura non à ̈ stata fino ad oggi applicabile per formare anelli di cuscinetto a sezione asimmetrica, come ad esempio quello illustrato nella figura 3, che à ̈ un anello radialmente interno di un cuscinetto. Infatti, a causa dell’asimmetria del profilo esterno dell’anello, un procedimento di rollatura tradizionale si produce inevitabilmente nell’anello asimmetrico 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, partendo da un semilavorato fucinato (figura 4) che presenta una parte periferica di diametro grossolanamente corrispondente al diametro finale dell’anello. L’anello semilavorato (figura 5) viene ricavato dall’elemento fucinato (figura 4) asportando la parte di fondello F1 e tornendo le superfici esterne dell’anello (figura 5).

Sintesi dell’Invenzione

La presente invenzione si prefigge lo scopo di applicare la tecnica della rollatura a freddo per la formatura di anelli di cuscinetto a sezione asimmetrica, così da migliorare il rendimento produttivo ed ottenere un risparmio complessivo dei costi di produzione, ed in particolare un risparmio di materia prima.

Questo ed altri scopi e vantaggi, che saranno compresi meglio in seguito, sono raggiunti, secondo l’invenzione, da un procedimento di rollatura a freddo come definito nelle rivendicazioni annesse.

Breve Descrizione dei Disegni

Verrà ora descritta una forma di attuazione di un procedimento secondo l’invenzione, facendo riferimento ai disegni allegati, dati a titolo esemplificativo e non limitativo, in cui:

- la figura 1 Ã ̈ una vista in sezione assiale di un semilavorato anulare per la fabbricazione di un anello di cuscinetto esterno, secondo la tecnica nota; - la figura 2 Ã ̈ una vista in sezione assiale di un anello di cuscinetto esterno, realizzato a partire dal semilavorato della figura 1;

- la figura 3 Ã ̈ una vista in sezione assiale di una forma di realizzazione di un anello di cuscinetto asimmetrico interno;

- le figure 4 e 5 sono viste schematiche in sezione assiale di un elemento semilavorato fucinato, secondo la tecnica nota;

- la figura 6 Ã ̈ una vista schematica in sezione assiale che illustra una fase preliminare di un procedimento secondo una forma di attuazione della presente invenzione;

- le figure 7 e 8 sono viste schematiche che illustrano una fase iniziale e una fase finale del procedimento secondo la presente invenzione;

- la figura 9 Ã ̈ una vista schematica in sezione assiale di un elemento semilavorato fucinato, per la fabbricazione di un anello di cuscinetto secondo la presente invenzione; e

- la figura 10 à ̈ una vista schematica in sezione assiale parziale di un semilavorato ottenuto dall’elemento fucinato della figura 9.

Descrizione Dettagliata

Con riferimento alla figura 3, il risultato finale del procedimento à ̈ un anello di cuscinetto radialmente interno 10 di tipo asimmetrico, definente un asse centrale x. L’anello 10 presenta una superficie radialmente interna 11 ed una superficie radialmente esterna 12. La superficie radialmente interna 11 può essere sostanzialmente cilindrica, come nell’esempio illustrato, oppure conica. La superficie esterna 12 forma una prima estremità assiale 13, in questo esempio di forma cilindrica, avente un primo diametro esterno d1, una seconda estremità assiale 14 radialmente ispessita avente un diametro esterno d2 maggiore del primo diametro esterno d1, e una pista di rotolamento 15 che raccorda la prima estremità assiale 13 alla seconda estremità assiale 14. Dal lato della seconda assiale, l’anello 10 presenta una superficie laterale piana 17, perpendicolare all’asse centrale x.

La forma di attuazione del procedimento qui descritta e illustrata si riferisce ad un anello di cuscinetto volvente per elementi di rotolamento a sfera, per i quali la pista di rotolamento 15 ha un profilo curvo. Il procedimento à ̈ da intendersi ugualmente applicabile per la formatura di anelli di cuscinetto a rulli, ad esempio a rutti conici, aventi una pista di rotolamento conica.

In una fase preliminare del procedimento, si predispongono due semilavorati anulari identici 20, 30 (figura 6), preferibilmente ottenuti per forgiatura, definenti ciascuno un asse centrale x. In tutta la presente descrizione e nelle rivendicazioni, termini ed espressioni che indicano posizioni e direzioni quali “radiale†e “assiale†sono da intendersi riferiti all’asse x.

Secondo modalità note agli esperti del settore della rollatura, ciascun semilavorato anulare ha un volume approssimativamente corrispondente al volume dell’anello finito che si desidera produrre. Per ridurre al minimo gli sforzi richiesti alla macchina di rollatura e ottimizzare il materiale, preferibilmente la forma in sezione assiale del semilavorato à ̈ scelta in modo tale da corrispondere sostanzialmente alla forma della sezione assiale che si deve ottenere nell’anello finito al termine del procedimento di formatura. Pertanto, secondo una forma di attuazione del procedimento, ciascun semilavorato anulare presenta nel suo complesso una sezione assiale asimmetrica, con un ispessimento radiale 26, 36 ad una delle due estremità assiali del semilavorato.

In vista dell’ottenimento di un anello come quello della figura 3, nella forma di realizzazione illustrata i semilavorati 20, 30 (figura 6) hanno ciascuno una superficie radialmente interna 21, 31 ed una superficie radialmente esterna 22, 32 sagomata. La superficie radialmente interna 21, 31 può essere sostanzialmente cilindrica, come nell’esempio illustrato, oppure troncoconica. La superficie radialmente esterna 22, 32 di ciascun semilavorato anulare 20, 30 ha preferibilmente un profilo asimmetrico quando visto in sezione assiale. In ciascun semilavorato, la superficie radialmente esterna presenta una prima zona di estremità assiale cilindrica 23, 33, avente un primo diametro esterno d3, e una seconda zona di estremità assiale 24, 34, situata attorno all’ispessimento radiale 26, 36. La seconda zona di estremità assiale 24, 34 ha un secondo diametro esterno d4 maggiore del primo diametro esterno d3. La superficie radialmente esterna presenta inoltre una superficie 25, 35, rastremata, che raccorda la prima zona estremità assiale alla seconda zona di estremità assiale. L’estremità assiale ispessita di ciascun semilavorato 20, 30 presenta una superficie laterale piana 27, 37 che si estende perpendicolarmente all’asse centrale x.

Due semilavorati 20, 30 vengono accostati assialmente fianco a fianco, con le rispettive superfici laterali 27, 37 in battuta reciproca. I due semilavorati anulari vengono disposti in posizione affiancata tra un mandrino formatore interno M e un utensile formatore esterno, in questa forma di attuazione a forma di rullo R.

Il mandrino M presenta una superficie di lavoro esterna A che viene spinta radialmente contro le superfici radialmente interne dei due semilavorati. La superficie di lavoro del mandrino formatore interno à ̈ una superficie di rivoluzione rispetto ad un primo asse centrale x1 definito dal mandrino stesso. La superficie di lavoro A ha un profilo scelto, atto a conferire alle superfici radialmente interne 22, 32 dei due semilavorati un profilo corrispondente.

Preferibilmente la superficie di lavoro A del mandrino interno ha un rilievo anulare B assialmente centrale. La superficie di lavoro A del mandrino M ha forma assialmente simmetrica rispetto ad un piano geometrico p che passa per il rilievo anulare B. Il rilievo anulare impedisce spostamenti assiali indesiderati dei due semilavorati 20, 30. Il rilievo anulare B Ã ̈ inoltre utile per produrre superfici arrotondate negli anelli di cuscinetto che risultano dal procedimento.

Il rullo formatore esterno R presenta una superficie di lavoro esterna C che viene spinta radialmente contro le superfici radialmente esterne dei due semilavorati. La superficie di lavoro del rullo formatore esterno à ̈ una superficie di rivoluzione rispetto ad un secondo asse centrale x2 definito dallo stesso rullo R. L’asse x2 à ̈ orientato parallelamente all’asse x1 del mandrino. La superficie di lavoro C ha un profilo scelto, atto a conferire alle superfici radialmente esterne 22, 32 dei due semilavorati un profilo corrispondente. Anche la superficie di lavoro C del rullo esterno R à ̈ assialmente simmetrica rispetto al piano di simmetria assiale p. Nella forma di realizzazione illustrata, la superficie di lavoro C presenta una porzione conformata come un incavo anulare avente forma assialmente simmetrica rispetto al piano di simmetria assiale p, atto a ricevere, contenere assialmente e formare le estremità ispessite 26, 36 dei semilavorati anulari. Nella forma di realizzazione illustrata, l’incavo anulare della superficie di lavoro C comprende un avvallamento anulare che presenta due versanti o fianchi rastremati C1, C2, situati da lati opposti del piano di simmetria p ed affacciati verso il piano di simmetria p. Tale configurazione favorisce l’annullamento di componenti assiali della risultante della forze e reazioni scambiate tra gli utensili formatori i semilavorati anulari. Nella forma di realizzazione illustrata, i fianchi rastremati C1, C2 presentano ciascuno un profilo curvo convesso, quando visto in sezione assiale, per la realizzazione di piste di rotolamento a sezione arcuate per un cuscinetto a sfere. In altre forme di realizzazione (non illustrate), i fianchi rastremati C1, C2 possono essere conici per formare le piste di rotolamento di un cuscinetto a rulli.

In altre forme di realizzazione, l’utensile formatore esterno può avere forma diversa da quella di un rullo. Ad esempio, in una forma di realizzazione alternativa (non illustrata), l’utensile formatore esterno può essere realizzato come una matrice di formatura avente una superficie cilindrica interna nella quale à ̈ ricavata una superficie di lavoro C avente profilo ad esempio identico a quello illustrato nella figura 6, ma ricavata in una superficie concava anziché su una superficie convessa come quella di un rullo.

I due semilavorati 20, 30 vengono disposti fianco a fianco, con le due superfici laterali 27, 37 disposte in battuta reciproca nel piano di simmetria p.

Il mandrino M e il rullo R vengono fatti ruotare attorno ai rispettivi assi x1, x2. Contemporaneamente si fa variare in modo controllato la distanza fra il primo asse x1 e il secondo asse x2, portando la superficie di lavoro C del rullo formatore esterno R a contatto con le superfici radialmente esterne 22, 32 dei semilavorati anulari e la superficie di lavoro A del mandrino formatore M a contatto con le superfici radialmente interne 21, 31. I semilavorati anulari 20, 30, accostati assialmente l’uno contro l’altro, vengono così compressi radialmente e deformati plasticamente tra il mandrino formatore M e il rullo formatore esterno R. Si ottengono così, al termine della fase di rollatura, due anelli di cuscinetto sostanzialmente identici, aventi ciascuno una superficie radialmente esterna 12 con profilo uguale al profilo di una metà della superficie di lavoro C del rullo esterno, e una superficie radialmente interna 11 avente profilo uguale al profilo di una metà della superficie di lavoro A del mandrino rullo esterno. Le modalità di funzionamento dell’apparecchiatura di rollatura che comprende il mandrino formatore interno e il rullo esterno potranno variare in funzione delle esigenze e non dovrebbero differire in modo apprezzabile rispetto alle modalità operative dei procedimenti di rollatura noti.

Grazie alla disposizione assialmente simmetrica delle superfici di formatura A e C, durante la fase di rollatura la risultante della spinta esercitata dal rullo R à ̈ bilanciata assialmente, in modo tale da risultare in una compressione radiale di due semilavorati anulari. Le due forze di spinta, considerate singolarmente, che ciascun semilavorato 20, 30 riceve dalla rispettiva parte del rullo R agente su di esso, hanno componenti assiali contrapposte destabilizzanti che vengono reciprocamente bilanciate e annullate. I due semilavorati, essendo identici, costituiscono un insieme assialmente simmetrico, o speculare, rispetto al piano p. Le due superfici laterali 27, 37, contrapposte e in battuta reciproca, realizzano l’una per l’altra una superficie di attestamento laterale stabile e perpendicolare all’asse centrale degli anelli.

Il procedimento secondo l’invenzione consente di estendere i vantaggi che tipicamente vengono raggiunti dalla rollatura anche per la fabbricazione di anelli di cuscinetto aventi sezione asimmetrica. Si potrà apprezzare che il procedimento permette di conseguire un notevole risparmio di materiale rispetto ai procedimenti tradizionalmente utilizzati per gli anelli di cuscinetto asimmetrici. Come si potrà osservare da un paragone delle figure 4, 5 e 9, 10, uno sbozzato S1 ottenuto tradizionalmente per fucinatura (figura 4), che viene successivamente assoggettato ad un trattamento di tornitura (figura 5) presenta un fondello F1 decisamente più voluminoso rispetto al fondello F2 di uno sbozzato S2 (figura 9) destinato ad essere rollato. Il fondello F2 di quest’ultimo, a parità di area della sezione assiale dell’anello finito, presenta un diametro nettamente minore, con conseguente riduzione del materiale di scarto rispetto ai processi di lavorazione tradizionali. Prove sperimentali effettuate dalla Richiedente hanno evidenziato una riduzione del materiale di scarto, variabile a seconda delle dimensioni dell’anello, dell’ordine del 10-13%. A ciò si aggiungano i noti vantaggi derivanti dalla formatura per rollatura, che includono un effetto di compattazione aggiuntiva degli strati metallici che aumenta la durezza delle piste di rotolamento.

Si intende che l'invenzione non à ̈ limitata alle forme di realizzazione qui descritte ed illustrate, che sono da considerarsi come esempi del procedimento; agli esperti del settore risulterà che potranno essere apportati diversi cambiamenti per ciò che riguarda forme, dimensioni, dettagli costruttivi e funzionali e la configurazione degli utensili formatori, senza esulare dall'ambito dell'invenzione così come definito nelle rivendicazioni annesse e nei loro equivalenti.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento di rollatura a freddo per formare un anello di cuscinetto (10) con una superficie esterna (12) avente un determinato profilo ed una superficie interna (11) avente un determinato profilo, comprendente le fasi di: (a) predisporre due semilavorati anulari (20, 30) sostanzialmente identici, definenti ciascuno un asse centrale (x) e presentanti ciascuno una superficie radialmente interna (21, 31), una superficie radialmente esterna (22, 32), e una superficie laterale (27, 37) che si estende perpendicolarmente all’asse centrale (x); (b) predisporre un mandrino formatore (M) girevole attorno ad un primo asse (x1) con una superficie di lavoro (A) avente un profilo esterno che definisce un piano di simmetria (p) rispetto al primo asse (x1); (c) predisporre un utensile formatore esterno (R) girevole attorno ad un secondo asse (x2) parallelo al primo asse (x1), l’utensile formatore esterno (R) avendo una superficie di lavoro (C) con un profilo assialmente simmetrico rispetto al piano di simmetria (p); (d) disporre i due semilavorati (20, 30) tra il mandrino formatore (M) e l’utensile formatore esterno (R), in modo tale che i due semilavorati siano accostati assialmente fianco a fianco, con le rispettive superfici laterali (27, 37) in battuta reciproca nel piano di simmetria (p); (e) far ruotare il mandrino (M) e l’utensile formatore esterno (R) intorno ai rispettivi primo e secondo asse (x1, x2), e contemporaneamente variare in modo controllato la distanza fra il primo (x1) e il secondo (x2) asse, portando la superficie di lavoro (C) dell’utensile formatore esterno (R) a contatto con le superfici radialmente esterne (22, 32) dei semilavorati anulari e la superficie di lavoro (A) del mandrino formatore (M) a contatto con le superfici radialmente interne (21, 31), così da comprimere radialmente e deformare plasticamente i semilavorati anulari (20, 30) tra il mandrino formatore (M) e l’utensile formatore esterno (R).
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui la superficie radialmente esterna (22, 32) di ciascun semilavorato anulare (20, 30) presenta un profilo asimmetrico quando visto in sezione assiale, con due estremità assiali opposte ed un ispessimento radiale (26, 36) ad una delle due estremità assiali.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 2, in cui la superficie laterale (27, 37) che si estende perpendicolarmente all’asse centrale (x) à ̈ situata all’estremità assiale che presenta l’ispessimento radiale (26, 36).
4. 4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui le superfici radialmente esterne (22, 32) dei semilavorati anulari (20, 30) sono sagomate, e presentano ciascuna una prima zona di estremità assiale cilindrica (23, 33), avente un primo diametro esterno (d3), e una seconda zona di estremità assiale (24, 34) avente un secondo diametro esterno (d4) maggiore del primo diametro esterno (d3), e una superficie (25, 35) che raccorda la prima zona di estremità assiale alla seconda zona di estremità assiale.
5. 5. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui le superfici radialmente interne (21, 31) dei semilavorati anulari (20, 30) sono sostanzialmente cilindriche o troncoconiche.
6. 6. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la superficie di lavoro (A) del mandrino formatore (M) presenta un rilievo anulare (B) avente forma assialmente simmetrica rispetto al piano (p).
7. 7. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la superficie di lavoro (C) dell’utensile formatore esterno (R) presenta almeno una porzione conformata come un incavo anulare avente forma assialmente simmetrica rispetto al piano (p).
8. 8. Procedimento secondo la rivendicazione 7, in cui detta porzione conformata come un incavo anulare comprende due fianchi rastremati (C1, C2), situati da lati opposti del piano di simmetria (p) ed affacciati verso detto piano (p).
9. 9. Procedimento secondo la rivendicazione 8, in cui i fianchi rastremati (C1, C2) presentano ciascuno un profilo curvo convesso, quando visto in un piano di sezione assiale.
10. 10. Procedimento secondo la rivendicazione 8, in cui i fianchi rastremati (C1, C2) sono conici.
11. 11. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l’utensile formatore esterno à ̈ un rullo (R).
12. 12. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la fase (a) include la fase di ottenere i semilavorati anulari (20, 30) mediante forgiatura.
13. 13. Anello di cuscinetto asimmetrico rollato (10) ottenuto mediante un procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti.
14. 14. Anello di cuscinetto secondo la rivendicazione 13, avente: - una superficie radialmente interna (11) sostanzialmente cilindrica o conica; - una superficie radialmente esterna (12) con una prima estremità assiale (13) avente un primo diametro esterno (d1), una seconda estremità assiale (14) avente un secondo diametro esterno (d2) maggiore del primo diametro esterno (d1), e una pista di rotolamento (15) che raccorda la prima estremità assiale (13) alla seconda estremità assiale (14); - una superficie laterale piana (17), che si estende perpendicolarmente all’asse centrale (x) da un lato dell’anello vicino alla seconda estremità assiale (14).