ITTO970741A1

ITTO970741A1 - Procedimento ed apparecchio per il trattamento termico di una boccola

Info

Publication number: ITTO970741A1
Application number: IT97TO000741A
Authority: IT
Inventors: Dennis C Pond
Original assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1996-08-16
Filing date: 1997-08-13
Publication date: 1999-02-13
Also published as: IT1293971B1; US5702667A; JPH1068023A; KR100516414B1; KR19980018686A; JP4021010B2; SG55364A1; US6048417A

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo:

«PROCEDIMENTO ED APPARECCHIATURA PER IL TRATTA-MENTO TERMICO DI UNA BOCCOLA»

Campo dell’Invenzione

La presente invenzione riguarda il trattamento termico e, più particolarmente, un procedimento ed un apparecchio per il trattamento termico simultaneo di una boccola dalla superficie periferica esterna e dalla superficie circonferenziale interna.

Tecnica di Sfondo

Complessi per cingoli noti per macchine per la posa di cingoli a ciclo chiuso includono una pluralità di maglie con estremità lateralmente sovrapponentisi unite mediante boccole, perni, guarnizioni per olio che sono frapposte tra le estremità delle boccole e delle maglie, e pattini dei cingoli che sono fissati con bulloni e dadi sulle maglie.

La causa principale di danneggiamento alle boccole è rappresentata da usura e da incrinature da fatica. In un tentativo di aumentare la vita o durata delle boccole, la superficie periferica esterna e le superfici circonferenziali interne sono temprate per resistere all'usura. La superficie periferica esterna della boccola richiede una elevata durezza ed una profondità indurita o temprata, poiché essa costituisce la superficie che impegna il rocchetto dentato per l'azionamento del cingolo. Il centro della superficie circonf erenziale interna richiede elevata resistenza alla fatica a causa delle sollecitazioni create dal percorso di trasferimento del carico dal rocchetto dentato nell'alloggiamento. Le porzioni di estremità della superficie circonf erenziale interna richiedono elevata durezza superficiale a causa delle elevate sollecitazioni provocate dal contatto tra la boccola ed il perno.

Al fine di soddisfare queste severe condizioni, a boccole per cingoli sono impartiti vari trattamenti termici.

Un esempio di un procedimento per il trattamento termico di una boccola è descritto nel Brevetto Statunitense 5 032 192 concesso il 6 Luglio 1991 a Tsuchiya et al. Il precedente brevetto impiega un acciaio al carbonio medio per il materiale delle boccole. Le fasi del procedimento di trattamento termico sono innanzitutto costituite da carburazione della boccola e quindi raffreddamento a temperatura ambiente. Dopo di ciò, la superficie periferica esterna della boccola viene riscaldata ad induzione in maniera tale che un'intera sezione trasversale di parete sia riscaldata ad una temperatura di tempra. L'intera boccola o bussola viene quindi raffreddata mediante un liquido di raffreddamento in modo tale che la boccola è indurita in modo uniforme. Dopo indurimento, la boccola viene sottoposta a rinvenimento.

Un altro esempio di un procedimento per il trattamento termico di una boccola è descritto nel Brevetto Statunitense 5 049 207 concesso il 17 Settembre 1991 a Sahara et al. Questo esempio impiega pure un acciaio al carbonio medio per la boccola. In questo procedimento, la boccola è dapprima indurita ad induzione dalla superficie periferica esterna sinché la superficie circonferenziale interna non raggiunge la temperatura di trasformazione austenitica di 1540 gradi Fahrenheit. Quindi, la boccola viene raffreddata mediante tempra attraverso l'intero spessore della boccola stessa. La boccola è quindi fatta rinvenire in un forno entro un campo di temperature specificato, in modo da non alterare la durezza effettiva acquisita mediante il procedimento di trattamento termico. L'ultima fase di questo procedimento è quella di sottoporre a rinvenimento a induzione la boccola dalla superficie circonferenziale interna impiegando il calore di conduzione per il rinvenimento della superficie periferica esterna ad una temperatura più bassa di quella della superficie circonferenziale interna.

I procedimenti descritti precedentemente richiedono una molteplicità di fasi di riscaldamento, di spostare la boccola da un'apparecchiatura di riscaldamento ad un'altra, e un notevole consumo di tempo di fabbricazione. Il risultato è quello di aumentato lavoro e costo di fabbricazione, e spreco di energia e risorse.

La presente invenzione si propone di eliminare uno o più dei problemi indicati precedentemente .

Divulgazione deM’Invenzione

In un aspetto dell'invenzione, è fornito un procedimento per il trattamento termico di una boccola in una operazione generalmente simultanea. Il procedimento comprende il posizionare concentricamente la boccola rispetto ad un asse centrale. La boccola è quindi supportata mediante le estremità ed è fatta ruotare in un senso o direzione circonferenziale attorno all'asse centrale. Un elemento tra la boccola e le bobine di riscaldamento è spostato rispetto all'altro in una direzione assiale. Quando la boccola vien fatta ruotare ed è spostata assialmente essa è riscaldata per induzione sulla superficie periferica esterna, sulle superi ici circonferenziali interne e sulla coppia di estremità. Da ultimo, la boccola è raffreddata mediante rapido istantaneo raffreddamento o tempra.

In un altro aspetto dell'invenzione, è fornito un apparecchio per il trattamento termico di una boccola.

L'apparecchio include mezzi di posizionamento montati su un telaio macchina per posizionare la boccola rispetto ad un asse centrale. Un elemento di azionamento che supporta una estremità della boccola è montato girevolmente su un primo carrello. Il primo carrello è fissato al telaio della macchina. Un mandrino che supporta la boccola da una estremità è montato girevolmente su una contropunta, la contropunta è montata in modo da potersi muovere di moto alternativo su una pluralità di guida che sono fissate al telaio della macchina. Una prima bobina a induzione che è impiegata per il riscaldamento della boccola o bussola sulla superficie circonferenziale interna è supportata dalla contropunta in allineamento assiale con il foro del mandrino o albero cavo. Una seconda bobina di induzione che è impiegata per riscaldare la boccola dalla superficie periferica esterna è supportata dalla contropunta ed è allineata assialmente attorno al diametro esterno del mandrino. Un anello di raffreddamento interno ed un anello di raffreddamento esterno sono pure supportati dalla contropunta per il rapido raffreddamento della boccola dopo che ha avuto luogo il riscaldamento ad induzione.

Breve Descrizione dei Disegni

La FIG. 1 è una vista in sezione assiale di una boccola impiegante la presente invenzione; La FIG. 2 è una vista di estremità di una boccola impiegante la presente invenzione;

La FIG. 3 è una vista prospettica dell'apparecchio impiegante la presente invenzione per il trattamento termico della boccola;

La FIG. 4 è una vista in alzato laterale dell'apparecchio impiegante la presente invenzione per il trattamento termico della boccola;

La FIG. 5 è una vista in alzato laterale dell'apparecchio impiegante la presente invenzione per il trattamento termico della boccola;

La FIG. 6 è una vista in alzato frontale dell'apparecchio impiegante la presente invenzione per il trattamento termico della boccola; e

La FIG. 7 è una vista in spaccato in sezione dell'azionamento dentato; e

La FIG. 8 è una vista in spaccato in sezione del mandino o albero cavo dentato.

Modo Migliore per Attuare l’invenzione

Facendo riferimento alle FIG. 1 e 2, in esse è illustrata una boccola 10 a cui sono applicati il procedimento e l'apparecchio secondo l'invenzione. La boccola 10 è formata sostanzialmente con una configurazione cilindrica avente una superficie periferica gradinata esterna 12 estendentesi generalmente per tutta la lunghezza della boccola 10, una coppia di estremità 14, un foro longitudinale 18 estendentesi tra la coppia di estremità 14, ed un asse centrale 19. Il foro longitudinale 18 ha una coppia di superfici circonf erenziali interne 20 ed una porzione centrale 24 posizionata intermedia tra la coppia di superfici circonf erenziali interne 20. Uno strato indurito 26 si estende verso l'interno per approssimativamente da 2,0 a 10,0 mm di spessore dalla coppia di superfici circonferenziali interne 20, dalla coppia di estremità 14 e dalla superficie periferica gradinata esterna. Un nucleo morbido 28 è posizionato giustapposto alla porzione centrale 24 e in posizione intermedia tra lo strato indurito 26.

La boccola ha una lunghezza "L" estendentesi tra la coppia di estremità 14 ed un diametro esterno "D". La coppia di superfici circonferenziali interne 20 hanno sostanzialmente la medesima lunghezza "H", la porzione centrale rimanente 28 avendo una lunghezza di "L".

Preferibilmente, la boccola 10 è fabbricata a partire da un materiale in barra laminato a freddo di una lega d'acciaio a medio tenore di carbonio. La materia prima è simile a quella della specifica S-A-E-1040 o 1056, e ha una composizione chimica rappresentata nella Tabella 1.

TABELLA 1

Il materiale in barra è segato a lunghezza leggermente superiore alla lunghezza "L" della boccola ed è lavorato meccanicamente a dimensioni finali. Dopo lavorazione meccanica in un modo convenzionale, la boccola o bussola 10 risulta pronta per il procedimento di trattamento termico.

In FIG. 3, è illustrato un apparecchio 30 per il trattamento termico della boccola 10. L'apparecchio 30 include un telaio macchina 32 che può essere montato su una base adatta o altro adatto supporto non rappresentato. Mezzi 34 di posizionamento della boccola 10 sono collegati in un modo convenzionale ad un primo cilindro idraulico 36 come è meglio rappresentato in FIG.

4. Nella presente domanda i mezzi di posizionamento 34 sono costituiti da un elemento posizionatore pieno 35, ma si deve pure notare che altri tipi di elementi posizionatori potrebbero essere impiegati, come ad esempio colletti espansibili, alberi idraulici e simili. Il primo cilindro idraulico 36 è montato su una staffa 37 fissata al telaio 32 della macchina.

Un carrello 38 è fissato al telaio 32 della macchina.

Un elemento di azionamento 40 è montato girevolmente sul carrello 38. L'elemento di azionamento 40 è di sagoma generalmente cilindrica e definisce un foro 42 ed una estremità 44. L'elemento posizionatore 34 si trova in allineamento assiale con e disposto scorrevolmente entro il foro 42 dell'elemento azionatore 40. L'estremità 44 dell'elemento azionatore 40 ha una superficie intermittente 46 com'è rappresentato in FIG. 7. Nella presente domanda, una superficie intermittente 46 come una superficie dentata 48 è prevista sulla estremità 44 per supportare la boccola 10 da una delle estremità 14. L'elemento azionatore 40 è operativamente collegato ad un motore idraulico 50.

Una contropunta 52 è montata su una pluralità di guide 54 che sono fissate al telaio 32 della macchina. Un secondo cilindro idraulico 56 è fissato alla contropunta 52 e al carrello 38.

Un mandrino o albero cavo 60 è montato girevolmente sulla contropunta 52. Il mandrino 60 è di sagoma generalmente cilindrica definente un foro longitudinale 62 ed una estremità 64 com'è rappresentato in FIG. 8. L'estremità 64 del mandrino 60 ha una superficie intermittente 66. In questa applicazione, una superficie intermittente 66 come ad esempio una superficie dentata 68 è prevista sulla estremità 64 per supportare la boccola 10 da una delle estremità 14.

Una prima bobina di induzione 70 è supportata da una piastra di supporto 72 in allineamento assiale con il foro longitudinale 62 del mandrino 60 e il foro longitudinale 18 della boccola 10. La prima bobina di induzione 70 comprende una pluralità di spire formate ad un diametro predeterminato inferiore a quello del foro longitudinale 18 della boccola 10. La prima bobina di induzione 70 è collegata ad un alimentatore di energia elettrica di alta frequenza (non rappresentato) . Pure supportato dalla piastra di supporto 72 e sospeso attraverso il centro della prima bobina di induzione 70 vi è un anello di raffreddamento interno 76 che si trova pure in allineamento assiale con il foro longitudinale 62 del mandrino 60 e il foro longitudinale 18 della boccola 10. L'anello di raffreddamento interno 76 si trova in una posizione e relazione spaziale prestabilire rispetto alla prima bobina di induzione 90 e ha un refrigerante 78 in esso. Ad esempio, nella presente domanda l'anello di raffreddamento interno 76 si estende assialmente per circa 25 mm dalla prima bobina di induzione 70, e approssimativamente per 100 mm al di sopra di una della coppia di estremità 14 della boccola 10, con la contropunta 52 nella sua posizione iniziale .

Una seconda bobina di induzione 80 è supportata dalla piastra di supporto 72 in allineamento assiale con la superficie periferica esterna 12 della boccola 10. La seconda bobina di induzione 80 comprende una pluralità di spire formate ad un diametro predeterminato maggiore di quello della superficie periferica esterna 12 della boccola 10 e del mandrino 60. la seconda bobina di induzione 80 è collegata all'alimentatore di energia elettrica di alta frequenza (non rappresentato) . Pure supportato dalla piastra di supporto 72 e sospeso in una prestabilita posizione e relazione distanziata rispetto alla seconda bobina di induzione 80 vi è un anello di raffreddamento esterno 82 avente un refrigerante 78 in esso. Ad esempio, nella presente domanda, l'anello di raffreddamento esterno 82 si estende assialmente per circa 25 min dalla seconda bobina di induzione 80 e per approssimativamente 100 min al di sopra di una della coppia di estremità 14 della boccola 10, con il mandrino 52 nella sua posizione iniziale. In questa posizione, ciascuno tra l'anello di raffreddamento interno 76 e l'anello di raffreddamento esterno 82 è allineato assialmente.

Un terzo cilindro idraulico 84 è montato sul mandrino 52 mediante una pluralità di distanziatori 86. Il terzo cilindro idraulico 84 è collegato alla piastra di supporto in una maniera convenzionale.

Applicabilità Industriale

Durante il funzionamento, l'apparecchio 30 sarà posizionato in fabbrica su una base o tavola-macchina (non rappresentata) in una relazione operativa con qualsiasi sistema di automazione convenzionale (non rappresentato) per introdurre boccole (10) in una macchina. Per iniziare il funzionamento, una boccola 10 viene posizionata sui mezzi di posizionamento 34 in relazione di contatto con una della coppia di superfici circonferenziali interne 20 posizionanti la boccola 10 rispetto all'asse centrale 19. La boccola 10 è supportata in corrispondenza di una della coppia di estremità 14 e pervenenti in contatto con la superficie intermittente 46 dell'elemento azionatore 40. Il secondo cilindro idraulico 56 è azionato in un modo convenzionale spostando la contropunta 52 assialmente lungo la pluralità di guide 54 facendo sì che la superficie intermittente 66 del mandrino 60 abbia a contattare una della coppia di estremità 14 della boccola 10 com'è meglio rappresentato in FIG. 5. Dopo che pressione è stata raggiunta entro il secondo cilindro idraulico 56, la boccola 10 è supportata in corrispondenza della coppia di estremità 14 tra l'elemento azionatore 40 ed il mandrino 60.

11 primo cilindro idraulico 36 è quindi azionato facendo arretrare i mezzi di posizionamento 34 dal foro longitudinale 18 della boccola 10. Viene quindi azionato il terzo cilindro idraulico 84 in modo da spostare assialmente gli anelli di raffreddamento interno ed esterno 76, 82 e la prima e seconda bobine di induzione 70, 80 attraverso il foro longitudinale 18 della boccola 10. Quando gli anelli di raffreddamento interno ed esterno 76, 82 sono stati spostati attraverso entrambe la coppia di estremità 14 e si estendono oltre la boccola 10 per circa 25 mm, il terzo cilindro idraulico 84 viene disattivato arrestando il movimento assiale com 'è rappresentato in FIG. 6. Il motore idraulico 50 è quindi attivato facendo rotare l'elemento azionatore 40, la boccola 10 e il mandrino 60 all'unisono. La prima bobina di induzione 70 e la seconda bobina di induzione 80 sono quindi eccitate. Dopo una breve sosta, il terzo cilindro idraulico 84 è nuovamente azionato spostando gli anelli di raffreddamento interno ed esterno 76, 82 e la prima e seconda bobine di induzione 70, 80 assialmente verso l'alto. A questo punto il refrigerante 78 è alimentato agli anelli di raffreddamento interno ed esterno 76, 82. Il refrigerante 78 impiegato può essere uno tra gli elementi di rapido raffreddamento o tempra costituiti da acqua, olio solubile e polimeri. La breve permanenza garantisce che la superficie periferica esterna 12, una della coppia di estremità 14 e la superficie circonferenziale interna 20 abbiano a raggiungere la temperatura di austenitizzazione di circa 1500 gradi Fahrenheit. La seconda bobina di induzione 80 rimane eccitata durante l'intero spostamento assiale. La prima bobina di induzione 70 rimane eccitata solamente durante il raggiungimento della dimensione "H" della superficie circonferenziale interna 20. Quando il movimento assiale degli anelli di raffreddamento interno ed esterno 76, 82 e della prima e seconda bobine di induzione 70, 80 fa sì che la prima bobina di induzione 70 abbia a spostarsi per la dimensione "L'" della boccola 10, la prima bobina di induzione è nuovamente eccitata. Il movimento assiale degli anelli di raffreddamento interno ed esterno 76, 82 e della prima e seconda bobine di induzione 70, 80 continua finché la bobina di induzione interna 70 non si è spostata attraverso la rimanente dimensione "H" della superficie circonferenziale interna 20.

Dopo che il raffreddamento è stato completato, il terzo cilindro idraulico 84 è retratto completamente . A questo punto, il motore idraulico è disattivato arrestando la rotazione dell'elemento azionatore 40, della boccola 10, e del mandrino 60. Il secondo cilindro idraulico 56 è quindi attivato spostando la contropunta 52 ed il mandrino 60 assialmente verso l'alto lungo la pluralità di guide 54. La boccola termotrattata 10 viene rimossa dall'apparecchio 30 mediante qualsiasi sistema di automazione convenzionale (non rappresentato) completando il procedimento. In tal modo può essere utilizzato un procedimento più economicamente efficace per il trattamento termico di una boccola.

Altri aspetti, scopi e vantaggi della presente invenzione possono essere compresi da uno studio dei disegni, della descrizione e delle rivendicazioni accluse.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Apparecchio per il trattamento termico di una boccola, detto apparecchio comprendendo: un telaio macchina; mezzi per posizionare detta boccola concentricamente rispetto all'asse centrale, detti mezzi di posizionamento includendo: un carrello che è fissato a detto telaio macchina; un elemento azionatore avente una configurazione generalmente cilindrica e definente un foro, detto foro supportando radialmente la boccola, detto elemento azionatore supportando una della coppia di estremità della boccola, detto elemento azionatore essendo montato girevolmente sul carrello, ed essendo disposto girevolmente e scorrevolmente attorno a detti mezzi di posizionamento ; una pluralità di guide montate su detto telaio-macchina ; una contropunta collegata a detta pluralità di guide, detta contropunta essendo mobile lungo detta pluralità di guide; un mandrino avente una configurazione generalmente cilindrica e definente un foro, detto foro supportando radialmente la boccola, detto mandrino supportando una della coppia di estremità, detto mandrino essendo montato girevolmente sulla contropunta; una prima bobina di riscaldamento a induzione avente una pluralità di spire formate ad un diametro predeterminato inferiore a quello del foro longitudinale della boccola e essendo supportata da una piastra di supporto; una seconda bobina di riscaldamento a induzione avente una pluralità di spire formate ad un diametro predeterminato maggiore di quello della superficie periferica esterna della boccola ed essendo supportata dalla piastra di supporto; un anello di raffreddamento interno supportato dalla piastra di supporto e sospeso attraverso il centro della prima bobina di induzione in una prestabilita posizione e relazione distanziata rispetto alla prima bobina di induzione; e un anello di raffreddamento esterno supportato dalla piastra di supporto e sospeso in una prestabilita posizione e relazione distanziata rispetto alla seconda bobina di induzione.
2. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di posizionamento sono costituiti da un elemento posizionatore pieno che si estende assialmente nel foro longitudinale della bussola per una distanza predeterminata.
3. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, includente mezzi per controllare il movimento della contropunta lungo la pluralità di guide, il movimento dell'elemento posizionatore, il movimento della prima e seconda bobine di induzione e la rotazione dell'elemento azionatore.
4. Procedimento per il trattamento termico di una boccola comprendente le fasi di: posizionare la boccola da una estremità della coppia di superfici circonferenziali interne rispetto ad un asse centrale; supportare la boccola dalla coppia di estremità; far ruotare la boccola nella direzione circonferenziale rispetto all'asse centrale della boccola; spostare un elemento tra detta boccola e detta prima e seconda bobine di riscaldamento rispetto all'altro; riscaldare a induzione la boccola in corrispondenza della superficie periferica esterna della coppia di estremità e in corrispondenza della coppia di superfici circonferenziali interne in una operazione generalmente simultanea; temprare successivamente la boccola.
5. Procedimento secondo la rivendicazione 4, in cui la fase di riscaldamento a induzione comprende il riscaldare la boccola ad una temperatura di austenitizzazione di circa 1500 gradi F.
6. Procedimento secondo la rivendicazione 4, in cui la fase di tempra comprende il temprare la superficie periferica esterna, la coppia di estremità radiali e la coppia di superfici circonferenziali interne.
7. Procedimento secondo la rivendicazione 6, in cui la tempra viene realizzata mediante acqua. 8*. Procedimento secondo la rivendicazione 4, in cui l'acciaio usato per la boccola include un contenuto di carbonio di 0,55-0,58% in peso.