ITTO981044A1 - Metodo per la fabbricazione di componenti tridimensionali a struttura cellulare costituiti da due fogli di lamiera metallica, e relativi componenti. - Google Patents

Description

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Il metodo secondo l'invenzione si riferisce alla fabbricazione di componenti aventi una forma tridimensionale, realizzati a partire da due lamiere metalliche, e dotati di una discreta rigidità torsionale e flessionale unita ad un peso contenuto, così da potere essere vantaggiosamente impiegati in una molteplicità di applicazioni richiedenti tali caratteristiche.

Nella tecnica attuale, ed in particolare nel settore della costruzione dei mezzi di trasporto, è ormai consolidato l'impiego di componenti costituiti da due o più fogli di lamiera metallica uniti saldamente fra loro, per realizzare parti avente una forma tridimensionale, anche complessa, e destinati ad avere sia una funzione strutturale, quale ad esempio il telaio di un’automobile, che anche solo una funzione di copertura e/o insieme strutturale ed estetica, oppure prevalentemente estetica, quali ad esempio il cofano motore o la portiera della stessa automobile.

In particolare questi componenti, allo scopo di acquisire la rigidità adeguata per l’applicazione a cui essi sono destinati, mantenendo nello stesso tempo un peso ridotto, sono dotati di nervature estendetesi lungo la superficie delle lamiere che li compongono.

n particolare, se si tratta di parti in vista, come ad esempio nel caso prima citato di un cofano motore, quest’ultimo è normalmente costituito da un foglio esterno di lamiera, ad esempio spesso 0,8 mm, che definisce il profilo esterno di stile del cofano, e che in genere ha una forma convessa abbastanza regolare, e da un telaio in lamiera, presentante una serie di ampie nervature, il quale viene collegato con adesivi strutturali sul lato non in vista del foglio esterno di lamiera, e/o aggraffato sui bordi di quest'ultimo.

Mentre, se si tratta di parti non in vista, come il pavimento di un autoveicolo, esso è tipicamente realizzato con una lamiera, di spessore adeguato e ad esempio 1,2 mm, irrigidita mediante nervature aventi una forma allungata ed estendentesi nella direzione più favorevole per ottenere una buona rigidità.

Inoltre è noto un semilavorato, chiamato anche “acciaio a bolle”, prodotto dalla Thyssen, ed in particolare descritto nella domanda intemazionale di brevetto No. PCT/EP95/04813, il quale viene proposto come elemento di base per realizzare una vasta di gamma di parti, in particolare destinate al campo automobilistico.

In dettaglio questo semilavorato è costituito da un nastro piano composito formato da due lamiere di acciaio zincato spesse 0,3 mm, le quali sono unite tra loro medianti punti di saldatura elettrica realizzati con un passo costante di circa 20 mm lungo la superficie del semilavorato, in corrispondenza di bugne di circa 10 mm di diametro imbutite su una o su entrambe le due lamiere.

Questo semilavorato viene fabbricato in due versioni, o con uno spessore globale di 1,8 mm accoppiando una lamiera piana e una lamiera bugnata, oppure con uno spessore di 3,4 mm, accoppiando due lamiere bugnate in modo speculare.

Questo acciaio a bolle, pur essendo lavorabile mediante tranciatura e stampaggio net modo convenzionale per fabbricare componenti in lamierati diretti al settore automobilistico ed idonei a sostituire componenti tradizionali realizzati in acciaio compato, comporta però alcune notevoli limitazioni nei raggi di curvatura delle forme dei componenti fabbricabili. In particolare non è possibile oltrepassare i limiti di guadagno in rigidezza e le possibilità di modellazione tridimensionale imposte dalle altezze di 1 ,8 mm e 3,4 mm, con cui tale acciaio a bolle viene fornito.

Sono anche noti semilavorati o pannelli piani del tipo a “sandwich cellulare”, come descrito nelle Domande Intemazionali di Breveto N° PCT/IT97/000164 e N° PCT/IT97/000165, entrambi di titolarità della Richiedente, i quali sono costituiti da almeno tre lamiere metalliche sovrapposte e fissate stabilmente fra loro, con quella interna presentante una struttura cellulare formata da una pluralità di rilievi ed avvallamenti intercalati fra di loro e distribuiti con continuità lungo la sua superfìcie.

Questi semilavorati, però, presentano nella realtà alcune notevoli limitazioni od inconvenienti, in particolare per quanto riguarda la loro lavorabilità, che ne impediscono od almeno scoraggiano l’utilizzo per applicazioni particolari, e/o per realizzare forme tridimensionali aventi una certa complessità.

Inoltre tali semilavorati, a causa della loro strutura a sandwich abbastanza complessa comprendente almeno tre fogli, hanno un costo industriale di fabbricazione che spesso non li rende sufficientemente convenienti per certe applicazioni, pur avendo i necessari requisiti tecnici.

Quindi, in generale, le soluzioni note non sempre sono in grado di soddisfare le moderne esigenze volte alla realizzazione di componenti compositi in lamiera aventi forme tridimensionali sempre più complesse, e sopratutto non soggette a particolari limiti per quanto riguarda il loro andamento spaziale, ed il relativo raggio di curvatura.

Va infine deto che, in quei casi in cui la tecnica attuale non consente l'uso di componenti compositi in lamiera per otenere le forme volute, si ricorre tuttora a procedimenti di fabbricazione tradizionali quali la fusione, la forgiatura, ed altri procedimenti, che sovente, come è noto, non sono esenti da inconvenienti, anche per quanto riguarda le loro conseguenze sull'ambiente.

Resta pertanto irrisolto il problema di fabbricare particolari meccanici con funzioni strutturali e/od anche solo funzioni estetiche, senza limitazioni di forma e applicazione, aventi un elevato grado di rigidità torsionale e flessionale accoppiato ad un peso contenuto, con materiali di costo contenuto e mediante un processo di fabbricazione semplice, economico e di ridotto impatto ambientale.

Pertanto scopo della presente invenzione è quello di definire un metodo per la fabbricazione di componenti tridimensionali, con forme anche molto complesse, realizzati con due lamiere metalliche, che superi le limitazioni dei sistemi noti, in modo da ampliare notevolmente le possibilità di applicazione, in particolare nel settore delle costruzioni dei mezzi di trasporto, dei componenti di questo tipo.

Questo scopo è raggiunto dal metodo definito nella rivendicazione principale. Un altro scopo dell'invenzione è quello di definire dei componenti, aventi una qualsiasi forma tridimensionale, anche molto complessa, costituiti a partire da due lamiere, i quali amplino le soluzioni attualmente disponibili, offrendo così ai progettisti la possibilità di estendere in nuovi campi l'impiego dei componenti compositi costituiti da due fogli di lamiera metallica.

Questi ed altri scopi, caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno evidenti sulla base della seguente descrizione di una sua forma preferita di realizzazione, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento agli annessi disegni, dei quali :

Fig. 1 rappresenta schematicamente una vista in sezione di un primo foglio di lamiera, avente una superficie sostanzialmente liscia e priva di ondulazioni, che viene utilizzato nel metodo secondo l’invenzione;

Fig. 2 rappresenta schematicamente una vista in sezione di un secondo foglio di lamiera, presentante una struttura cellulare, che viene utilizzato nel metodo secondo l'invenzione;

Fig. 3a rappresenta una vista in pianta del secondo foglio di Fig. 2, provvisto di struttura cellulare;

Fig. 3b rappresenta una vista in pianta di una variante del secondo foglio di Fig. 3a;

Fig. 4 rappresenta schematicamente ed in sezione un componente tridimensionale cellulare formato da due fogli di lamiera metallica fabbricato con un prima versione del metodo dell’invenzione, in cui uno solo dei due fogli presenta una struttura cellulare;

Fig. 5 rappresenta prospetticamente e con alcune parti rimosse il componente cellulare di Fig. 4;

Fig. 6 è una vista in sezione ed in scala ingrandita di una porzione del componente cellulare di Fig. 4;

Fig. 7 rappresenta schematicamente una variante del primo foglio di Fig. 1 , in cui anche quest'ultimo presenta una struttura cellulare;

Fig. 8 rappresenta in sezione un componente cellulare formato da due fogli di lamiera metallica fabbricato con una seconda versione del metodo dell’invenzione, in cui entrambi i fogli presentano una struttura cellulare;

Fig. 9 rappresenta schematicamente una vista in sezione di un componente tridimensionale a struttura cellulare realizzato con il metodo secondo l’invenzione, nel caso in cui tale componente incorpora un elemento funzionale;

Fig. 10 rappresenta una prima variante di un componente tridimensionale cellulare formato da due fogli di lamiera ottenuto con il metodo dell’Invenzione, in cui i bordi dei due fogli di lamiera sono uniti fra loro lungo una porzione del perimetro del componente medesimo;

Fig. 11 rappresenta una seconda variante del componente tridimensionale cellulare dell'invenzione, in cui i bordi dei due fogli di lamiera sono uniti fra loro lungo l'intero perimetro del componente;

Fig. 12 rappresenta una terza variante del componente tridimensionale dell'invenzione, in cui la relativa struttura cellulare è rinforzata in determinate zone del componente, in particolare lungo il bordo di quest'ultimo; e

Fig. 13 rappresenta schematicamente altre forme di realizzazione e di utilizzo del componente cellulare tridimensionale fabbricato con il metodo secondo l'invenzione, in cui in particolare il componente si interfaccia a sinistra con un altro componente composito cellulare di lamiera, e a destra con un componente tradizionale in lamiera compatta.

Il metodo secondo l'invenzione per la fabbricazione di componenti tridimensionali a struttura cellulare costituiti da due fogli di lamiera metallica verrà descritto, per semplicità espositiva, facendo riferimento a due fogli di lamiera sagomati secondo una generica forma tridimensionale, così come schematizzato nei disegni, senza che tale schematizzazione rappresenti in alcun caso una limitazione dell'invenzione, come apparirà chiaro in seguito.

Con riferimento alle Figg. 1-6, una prima versione del metodo dell'invenzione ha lo scopo di realizzare un componente tridimensionale, indicato in generale con 21 , costituito da due fogli di lamiera 22 e 23, dei quali solo il foglio 23 presenta una struttura cellulare.

In particolare all’inizio ì due fogli 22 e 23 vengono fomiti separatamente, in una configurazione sostanzialmente piana, o similare. Ciascun foglio 22, 23 è costituito da una lamiera di un determinato spessore la quale è prodotta con un materiale metallico, come ad esempio ferro, o acciaio, o alluminio, o una qualsiasi lega metallica, ecc. L’acciaio può essere di vario tipo, sia normale che speciale, ad esempio di tipo inossidabile. Tale materiale deve essere comunque dotato di caratteristiche idonee a consentire una buona lavorabilità per deformazione dei fogli 22 e 23.

Gli spessori delle lamiere dei fogli 22 e 23 possono essere uguali o diversi fra loro, in funzione delle caratteristiche che dovrà assumere il componente tridimensionale fabbricato.

Inoltre i fogli 22 e 23 possono essere realizzati con lamiere metalliche che hanno già subito un pre-trattamento, ad esempio di verniciatura, e/o un trattamento superficiale anti-corrosione, quale nichelatura, zincatura, alluminiatura, passivazione, ecc...

Ancora il profilo geometrico con cui i fogli 22 e 23 sono forniti nello stato iniziale va inteso nel modo più ampio possibile, per cui ad esempio ciascun foglio di lamiera 22 e 23 può eventualmente comprendere all’interno del suo perimetro una o più aperture o fori, come pure delle discontinuità senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione.

Successivamente i due fogli di lamiera 22 e 23 vengono lavorati per deformazione, in modo distinto l'uno dall’altro, affinché ciascun foglio 22 e 23 acquisisca una data forma tridimensionale, definita rispettivamente da un raggio di curvatura R1 e da un raggio di curvatura R2.

Tali forme sono realizzate separatamente per ogni foglio 22 e 23, ad esempio per stampaggio, in una o più riprese, oppure per piegatura, secondo modalità note.

Le forme tridimensionali assunte dai fogli 22 e 23 dopo la lavorazione per deformazione, e conseguentemente i rispettivi raggi di curvatura R1 e R2, sono reciprocamente compatibili, nel senso che sono tali da consentire un corretto accoppiamento fra i fogli 22 e 23 per comporre, come più avanti descritto, il componente tridimensionale 21 secondo il metodo dell'invenzione, e definirne quindi la forma finale.

È chiaro, come già sottolineato in esordio di descrizione, che la forma curva definita dai raggi di curvatura R1 e R2 rappresenta una pura schematizzazione, per cui la forma tridimensionale dei due fogli di lamiera 22 e 23, alla quale qui ci si vuole riferire, deve essere intesa secondo un significato generale, per cui essa può essere molto più complessa di quella rappresentata, e comprendere in particolare, per ciascun foglio 22 e 23, una superficie curva definita da un raggio di curvatura variabile lungo la superficie stessa.

Il foglio 22, dopo la lavorazione per deformazione con la quale assume la forma tridimensionale voluta, si presenta, per essere accoppiato con il foglio 23, con una superficie sostanzialmente liscia, cioè priva di corrugazioni riconducibili ad una struttura cellulare.

Invece il foglio 23, dopo la lavorazione per deformazione e quindi dopo aver assunto la rispettiva forma tridimensionale, si presenta, per essere accoppiato con il foglio 22, provvisto di una struttura cellulare, ovvero, con espressione equivalente, di una nervatura continua distribuita.

Questa struttura cellulare è preferibilmente ottenuta con una operazione di deformazione del foglio di lamiera 23 in qualche modo associata con la fase di lavorazione, prima descritta, diretta a conferire la forma tridimensionale al foglio 23.

La struttura cellulare del foglio di lamiera 23 è definita da una serie di avvallamenti 26 e protuberanze 27, queste ultime anche chiamate rilievi o imbutiture o bugne, disposti intercalati fra di loro e distribuiti con continuità lungo la superficie del foglio 23.

In particolare, con riferimento alle Fìgg. 3a e 3b che mostrano in pianta due possibili disposizioni della struttura cellulare del foglio 23, le protuberanze 27 e gli corrispondentemente avvallamenti 26 sono disposti lungo righe, e possono essere reciprocamente allineati oppure sfasati fra una riga e l'altra.

Ad esempio la Fig. 3a mostra una struttura cellulare in cui le protuberanze 27 sono disposte in corrispondenza dei nodi di un reticolo triangolare definito da una pluralità di triangoli sostanzialmente equilateri affiancati l'uno all’altro, mentre la Fig. 3b mostra una struttura cellulare in cui le protuberanze 27 sono disposte secondo un reticolo sostanzialmente quadro

Inoltre le righe lungo la quale sono disposte le protuberanze 27 e gli avvallamenti 26 possono essere allineate o variamente inclinate rispetto ad una porzione qualsiasi del bordo perimetrale del foglio 23.

Le protuberanze 27 e gli avvallamenti 26 si succedono in conformità ad un primo passo P1 lungo una prima direzione, ed in conformità ad un passo P2 lungo una seconda direzione, non sempre perpendicolare alla prima.

I due passi P1 e P2 sono preferibilmente uguali, ma possono essere anche diversi, senza che per questo il foglio perda la sua struttura cellulare.

In questo modo la superficie del foglio di lamiera 23 risulta, in virtù della sua struttura cellulare, suddivisa in una molteplicità di celle tridimensionali 25, adiacenti fra di loro, che danno luogo ad un succedersi alternato di protuberanze e avvallamenti lungo la superficie del foglio 22.

Le protuberanze 27 possono assumere un forma qualsiasi, anche diversa da una protuberanza all’altra. Ad esempio, con riferimento al modo di realizzazione qui descritto e rappresentato, le protuberanze sono tutte sporgenti da una stesso lato del foglio 23, ed hanno ognuna una forma a tronco di cono, definita da una base cilindrica inferiore e da una base cilindrica superiore disposte ad una certa distanza fra loro corrispondente all'altezza del foglio 23.

Ciò non esclude comunque che le protuberanze 27 possano sporgere su entrambe le facce del foglio 23 ed essere a forma di calotta sferica, o di tronco di piramide.

La densità delle protuberanze 27, e corrispondentemente delle celle 25, in rapporto ad un'area unitaria del foglio 23, può anche variare da zona a zona del foglio 23, senza per questo compromettere la relativa struttura cellulare.

Tornando alla realizzazione della struttura cellulare del foglio 23, essa, come già detto, è preferibilmente ottenuta, nel ciclo produttivo, congiuntamente con la forma tridimensionale, definita da raggio di curvatura R2, dello stesso foglio 23.

In particolare tale struttura cellulare è ottenuta per deformazione o stampaggio del foglio 23 con due tecniche diverse, della quali la prima è in genere applicabile quando la forma curva del foglio 23 e corrispondentemente del componente composito tridimensionale che si vuole fabbricare è meno accentuata, ovvero è definita da raggi di curvatura di valore abbastanza elevato, ed inoltre le bugne della struttura cellulare hanno altezza e forma tali da non creare problemi e situazioni di sottosquadro.

In questo primo caso lo stampaggio del foglio 23 con la relativa struttura cellulare si effettua in una sola fase, sia su presse meccaniche che idrauliche, mediante imbutitura meccanica del foglio di partenza piano con uno stampo di tipo tradizionale avente sia la parte maschio che la parte femmina sagomate in conformità al profilo della forma curva del foglio 23 e delle relative bugne tronco coniche.

La seconda tecnica è invece in genere applicabile quando il foglio 23 e quindi il componente composito cellulare che si vuole ottenere hanno una forma curva più accentuata, ovvero definita da raggi di curvatura di valore ridotto, ed inoltre le imbutiture tronco coniche hanno altezza e forma tale da creare situazioni di sottosquadro.

In questo secondo caso lo stampaggio del foglio 23 si realizza in due fasi distinte ed esclusivamente su presse idrauliche per mezzo di uno stampo di imbutitura sprovvisto di protuberanze sulla parte maschio ma provvisto di cave sulla parte femmina, utilizzando due diverse tecniche di formatura, ovvero mediante imbutitura meccanica per ottenere la forma curva tridimensionale del foglio 23, e mediante imbutitura per idroformatura, per ottenere le bugne di forma tronco conica.

In particolare nella prima fase si effettua lo stampaggio con imbutitura meccanica del foglio di partenza piano in modo da ottenere la forma curva tridimensionale del foglio 23, mentre nella successiva seconda fase, con lo stampo chiuso a fondo corsa che opera come un premilamiera su tutta la superficie del foglio 23, si realizza lo stampaggio con imbutitura per idroformatura delle bugne di forma tronco conica utilizzando le cave ricavate sulla parte femmina dello stampo.

Successivamente i due fogli 22 e 23 così formati vengono uniti in modo rigido e permanente fra loro, mediante un processo di giunzione, in corrispondenza delle punte delle varie protuberanze 27 per costituire il componente tridimensionale 21.

In particolare quest'ultimo assume una configurazione tridimensionale che corrisponde a quella dei fogli 22 e 23 e che viene esemplificativamente simboleggiata nelle Figg. 4 e 5 con un raggio di curvatura R3.

Il processo di giunzione fra i due fogli 22 e 23 può essere realizzato in un qualunque modo noto, tenendo ovviamente conto dei materiali e degli spessori delle lamiere con cui i fogli sono costituiti, ad esempio mediante saldatura, brasatura, incollaggio con adesivi strutturali compatibili con le leghe metalliche delle lamiere e con lo spessore, a volte molto sottile, di queste ultime, ecc....

In particolare la giunzione può essere realizzata utilizzando gli adesivi strutturali e semistrutturali già normalmente applicati per i componenti e le parti di carrozzeria che definiscono l’estetica di un autoveicolo, come pure mediante saldature laser od elettriche a proiezione di tipo anulare.

In generale il processo di giunzione fra i fogli 22 e 23 ha lo scopo di collegare le protuberanze 27 della struttura cellulare del foglio 23 con il foglio 22, in modo da ottenere una completa ed efficiente cooperazione strutturale fra i due fogli 22 e 23.

La Fig. 6 mostra nel dettaglio i parametri caratteristici fondamentali della struttura complessiva del componente tridimensionale 21, in particolare gli spessori S1 e S2 rispettivamente delle lamiere da cui sono ricavati i fogli 22 e 23; il passo P secondo cui le protuberanze o gli avvallamenti della struttura cellulare del foglio 23 sono reciprocamente distanziati; i diametri D1 di base e 02 di testa di ciascuna protuberanza 27 a tronco di cono della struttura cellulare del foglio 23; e l'altezza totale H del componente tridimensionale 21 determinata dalla sovrapposizione dei due fogli 22 e 23.

Preferibilmente, il componente tridimensionale 21 realizzato con il metodo dell'invenzione ha un'altezza totale H, conferitagli sostanzialmente dalla struttura cellulare del foglio 23, compresa fra 2 e 50 mm; inoltre le lamiere metalliche dei due fogli 22 e 23 hanno uno spessore S1 e S2 compreso fra 0,05 e 10 mm; mentre il rapporto P/H fra il passo P delle protuberanze 27 o degli avvallamenti 26 e l’altezza totale H è compreso fra 2 e 14.

Ancora, gli spessori delle lamiere metalliche dei fogli 22 e 23 hanno un campo di valori, collocato all'interno del e maggiormente preferibile rispetto al precedente, compreso fra 0,1 e 2 mm; ed analogamente il rapporto P/H è compreso in una campo di valori, maggiormente preferibile rispetto al precedente, fra 6 e 12.

Inoltre preferibilmente l’area imbutita, presente nel foglio 23 e corrispondente alle protuberanze 27 della relativa struttura cellulare, è compresa fra il 20% ed il 40% dell’area totale del foglio 23.

La prima versione, precedentemente descritta, del metodo dell’invenzione può essere applicata per la realizzazione di una vasta gamma di parti. Come esempi concreti di componenti fabbricati mediante tale prima versione si citano, a puro titolo indicativo, le parti esterne delle carrozzeria di un autoveicolo aventi tipicamente una funzione estetica, ad esempio un cofano motore, oppure il tettuccio od il lato esterno di una portiera.

In particolare un cofano motore realizzato con il metodo dell’invenzione è realizzato a partire da due fogli di lamiera in acciaio zincato ad elevata formabilità, e presenta una struttura finale costituita da un foglio esterno, in genere leggermente convesso e privo di ondulazioni, che definisce la forma estetica visibile o lo stile del cofano, e da un foglio interno, fissato sul lato non in vista del foglio di stile ed avente una struttura cellulare, che consente un considerevole miglioramento delle caratteristiche meccaniche del cofano medesimo.

In particolare la struttura cellulare è tale da conferire una buona rigidità al cofano, ed da ammortizzarne le possibili vibrazioni durante l’uso dell’autoveicolo.

In un cofano così realizzato i parametri prima definiti assumono preferibilmente, anche se non esclusivamente, i seguenti valori :

S1 = spessore del foglio di lamiera in vista o di stile = 0,5 mm;

S2 = spessore del foglio di lamiera a struttura cellulare = 0,3 mm;

H = altezza totale = 5,5 mm;

D1 - 25 mm;

D2 = 10 mm;

P = passo fra le protuberanze della struttura cellulare = 40 mm.

Nel ciclo produttivo, all'inizio i due fogli di lamiera costituenti il cofano vengono stampati e poi vengono predisposti per essere assemblati distribuendo con un’apparecchiatura robotizzata un adesivo semistrutturale sulla superficie di testa delle varie imbutiture tronco coniche del foglio interno a struttura cellulare, in modo da realizzare una molteplicità di punti di unione formati da aree circolari di tale adesivo semistrutturale.

Successivamente i due fogli vengono pressati e collegati stabilmente fra loro, ed infine vengono aggraffati lungo i bordi.

In particolare si sottolinea che, essendo la rigidezza del foglio di lamiera di stile considerevolmente superiore a quella del foglio a struttura cellulare, il foglio di lamiera di stile opera, durante il processo di giunzione, come forma di riferimento per il componente completo, obbligando quindi il foglio a struttura cellulare meno rigido ad adattarsi a tale forma.

Le caratteristiche meccaniche, in particolare di rigidezza, e di resistenza alla flessione e/o alla torsione, risultano, nel componente tridimensionale 21, notevolmente incrementate rispetto a quelle dei singoli fogli 22 e 23, considerati separatamente, per cui il componente tridimensionale 21 si presta per essere applicato in una molteplicità di casi pratici in cui si richiedono elevate caratteristiche meccaniche, unitamente ad una certa leggerezza.

Inoltre la struttura cellulare o nervatura continua distribuita presente nel componente tridimensionale 21 rende quest’ultimo considerevolmente più vantaggioso, in una seria molto estesa di casi, rispetto alle soluzioni che adottano nervature di tipo allungato, o comunque nervature di irrigidimento non provviste di una struttura cellulare.

In particolare, grazie alla struttura cellulare, il componente 21 acquisisce, lungo la sua superficie, una sostanziale uniformità di resistenza alla flessione ed alla torsione, che non è presente nei componenti irrigiditi mediante nervature di tipo tradizionale.

Ovviamente sono possibili modifiche alla prima versione del metodo dell'invenzione. Ad esempio la struttura cellulare può essere già presente nel foglio di lamiera 23 prima della fase di lavorazione per deformazione diretta a conferirgli la forma spaziale voluta. Ne consegue che, in questo caso, la struttura cellulare del foglio 23 va riferita allo stato di fornitura iniziale dello stesso foglio 23, ed inoltre che tale struttura cellulare viene mantenuta nel foglio 23 mentre quest’ultimo viene deformato, per stampaggio o per piegatura, per assumere la relativa forma spaziale.

Inoltre la forma tridimensionale dei due fogli 22 e 23, così come la struttura cellulare di quest’ultimo, possono essere ottenute separatamente per ciascun foglio mediante un qualsiasi processo di lavorazione, ad esempio di fusione, diverso dallo stampaggio, od in generale da un processo di lavorazione basato sulla deformazione di un foglio iniziale.

Ancora la struttura cellulare può essere realizzata fissando su uno dei due fogli di lamiera una pluralità di elementi sporgenti, opportunamente disposti, in modo da definire una pluralità di protuberanze e avvallamenti che si succedono in modo continuo lungo la superficie di tale foglio.

Una seconda versione del metodo dell'invenzione per la fabbricazione di componenti tridimensionali cellulari consiste nell'accoppiare in modo stabile due fogli di lamiera, presentanti entrambi una struttura cellulare o nervatura distribuita, dopo averli precedentemente stampati in modo che ognuno di essi assuma una rispettiva forma tridimensionale corrispondente a quella finale del componente che si vuole ottenere.

In particolare i due fogli a struttura cellulare sono costituiti rispettivamente da un primo foglio 32, rappresentato in Fig. 7, avente, dopo lo stampaggio iniziale, una configurazione curva definita da un raggio di curvatura R5 e presentante una pluralità di protuberanze 37 e avvallamenti 36, e da un secondo foglio 33, anch’esso provvisto di una struttura cellulare, sostanzialmente uguale al foglio 23 rappresentato in Fig. 1.

La struttura cellulare di ciascun foglio 32, 33 viene ottenuta per stampaggio, con modalità che qui non vengono descritte essendo simili a quelle relative alla precedente prima versione del metodo.

L'accoppiamento dei due fogli a struttura cellulare 32 e 33 viene realizzato unendo, in corrispondenza delle teste, le protuberanze delle rispettive strutture cellulari, mediante un processo di giunzione di caratteristiche note, e del tipo in precedenza indicato con riferimento alla suddetta prima versione del metodo dell’invenzione.

In questo modo si ottiene un componente tridimensionale 31, quale quello rappresentato in Fig. 8, avente un raggio di curvatura R6.

Anche neH’ambito di questa seconda versione del metodo dell'invenzione sono possibili modifiche e varianti. Ad esempio la struttura cellulare di ciascuno dei due fogli costituenti il componente tridimensionale può essere realizzata, per stampaggio, congiuntamente o meno con la rispettiva forma tridimensionale.

In particolare tale struttura cellulare può essere già preesistente all’operazione che conferisce la forma tridimensionale ad ogni foglio 32 e 33, ed essere quindi riferita allo stato di fornitura iniziale di questi ultimi.

Così pure le forme tridimensionali dei due fogli e le relative strutture cellulari possono essere ottenute separatamente per ciascun foglio mediante un processo differente dallo stampaggio, ad esempio per fusione.

Ancora le strutture cellulari dei due fogli possono essere realizzate fissando su ciascuno di essi una pluralità di elementi sporgenti, opportunamente distanziati, in modo da definire una struttura tipicamente cellulare lungo la superficie dei due fogli.

Preferibilmente, il componente tridimensionale 31 realizzato con questa seconda versione del metodo dell’invenzione ha un'altezza totale h, conferitagli sostanzialmente dalla struttura cellulare dei due fogli 32 e 33, compresa fra 2 e 100 mm; inoltre le lamiere metalliche dei due fogli 32 e 33 hanno uno spessore compreso fra 0,05 e 10 mm; mentre il rapporto P/h, fra il passo P delle protuberanze o degli avvallamenti della struttura cellulare di ciascun foglio 32 e 33 e l’altezza totale h, è compreso fra 1 e 7.

Ancora, gli spessori delle lamiere metalliche dei fogli 32 e 33 hanno un campo di valori, collocato all’interno del e maggiormente preferibile rispetto al precedente, compreso fra 0,1 e 2 mm; ed analogamente il rapporto P/h è compreso in una campo di valori, maggiormente preferibile rispetto al precedente, fra 3 e 6.

Inoltre preferibilmente l’area imbutita, presente in ciascun foglio fogli 32 e 33 e corrispondente alle protuberanze della relativa struttura cellulare, è compresa fra il 20% ed il 40% dell’area totale di ciascun foglio 32 e 33.

Questa seconda versione del metodo dell’invenzione può essere applicata per la realizzazione di una vasta gamma di parti. Come esempio concreto di componente fabbricati mediante tale seconda versione si cita, a puro titolo indicativo, un pavimento provvisto di tunnel per un autoveicolo.

In particolare un siffatto pavimento è composto da due fogli di lamiera in acciaio zincato ad elevata formabilità, i quali sono stabilmente uniti fra loro da saldature elettriche a punti ottenute in modo robotizzato. Inoltre il pavimento presenta una struttura complessiva in cui i relativi parametri assumono preferibilmente, anche se non esclusivamente, i seguenti valori :

spessore del primo e del secondo foglio di lamiera = 0,5 mm;

struttura cellulare definita da una pluralità di protuberanze a forma di tronco di cono avente ognuna un diametro di base = 25 mm, un diametro di testa = 10 mm, ed un’altezza = 10 mm;

altezza totale del pavimento cellulare = 11 mm; e

passo fra le protuberanze delle strutture cellulari dei due fogli = 40 mm.

Sono possibili varianti, modifiche, perfezionamenti ed aggiunte alle due versioni del metodo dell'invenzione precedentemente descritte.

Ad esempio l'intercapedine che si forma, nel componente a forma tridimensionale, tra i due fogli di lamiera grazie alla struttura cellulare di almeno uno di essi può essere utilizzata per il passaggio di un fluido, che a sua volta può essere convogliato in ingresso ed in uscita per mezzo di opportuni fori ricavati sui fogli di lamiera.

Ancora l’intercapedine fra i due fogli di lamiera può essere riempita con resina a bassa densità o espansa, al fine di migliorare la rigidezza del componente tridimensionale e/o di conferire a quest’ultimo funzioni di isolamento termo-acustico.

Inoltre, il componente tridimensionale realizzato con il metodo dell'invenzione, in virtù della sua struttura a strati, può facilmente incorporare e/o supportare inserti, od altri elementi funzionali, che possono consentire al componente medesimo di interfacciarsi con altra parti.

Ad esempio, con riferimento alla Fig. 9, un componente tridimensionale 51 realizzato con il metodo dell’invenzione e costituito da due fogli 52 e 53 di lamiera metallica a struttura cellulare può incorporare una piastrina 54 avente un foro filettato.

Ancora i due fogli di lamiera costituenti il componente cellulare tridimensionale possono essere aggraffati lungo i bordi, parzialmente o per tutto il loro perimetro.

Ad esempio la Fig. 10 mostra una prima variante, indicata con 61, di un componente cellulare fabbricato con il metodo dell’invenzione, la quale ha una struttura analoga a quella del componente 21 prima descritto, ed in particolare è costituita da un primo foglio 62 sostanzialmente liscio e da un secondo foglio 63 provvisto di una struttura cellulare, in cui i due fogli 62 e 63 sono reciprocamente aggraffati ripiegando un bordo 64 del foglio 62 attorno a quello del foglio 63, lungo una porzione del perimetro del componente tridimensionale 61.

Analogamente la Fig. 11 rappresenta una seconda variante, indicata con 71, del componente dell’invenzione, la quale è del tipo del componente 31 prima descritto, ed è costituita da due fogli 72 e 73 provvisti entrambi di una struttura cellulare, in cui i due fogli 72 e 73 sono uniti lungo l’intero sviluppo del loro perimetro 74, cosi da realizzare una struttura scatolare per il componente tridimensionale 71.

Ancora la Fig. 12 mostra una terza variante, indicata con 81 e costituita da due fogli 82 e 83, del componente fabbricato con il metodo dell’invenzione, in cui il foglio 82 è sostanzialmente liscio, il foglio 83 è provvisto di una struttura cellulare avente una serie di protuberanze 87 che sporgono sulle due facce del foglio 83, ed il componente 81 è rinforzato in alcune determinate zone lungo la sua superficie.

A puro titolo esemplificativo, la zona di rinforzo è disposta lungo il bordo del componente 81 , ed è realizzata tramite un foglio di lamiera 88 sostanzialmente liscio, di estensione ridotta rispetto a quella totale del componente 81, e fissato in modo noto, ad esempio per incollaggio, sul foglio a struttura cellulare 83 dalla parte opposta rispetto al foglio liscio 82.

Inoltre il foglio 88, il foglio 82 ed il foglio 83 sono reciprocamente uniti da una parte lungo il bordo del componente 81 , cosi da chiudere lateralmente ogni fessura e realizzare una struttura di rinforzo di tipo scatolare a “sandwich” disposta adiacentemente al bordo del componente 81.

Infine la Fig. 13 mostra alcune esempi del modo in cui un componente tridimensionale 91 ottenuto mediante il metodo dell'invenzione e costituito da due fogli di lamiera 92 e 93 può interfacciarsi lateralmente con delle parti esterne. In particolare il componente 91 sul lato sinistro è inserito fra i due fogli 97 e 98 di un altro componente 96 tridimensionale, al quale può essere fissato in modo noto.

Sul lato destro invece il componente 91 accoglie internamente fra i suoi rispettivi due fogli 92 e 93 il bordo di una lastra 94, sulla quale i due fogli 92 e 93 possono appoggiarsi, oppure essere fissati in modo stabile ad esempio tramite saldatura.

In breve, fermo restando il principio della presente invenzione, i particolari realizzativi e le forme di attuazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato, senza per questo uscire dall’ambito dell'invenzione stessa.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1 - Metodo per la fabbricazione di componenti cellulari di forma tridimensionale costituiti da due fogli di lamiera metallica, caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti fasi: fabbricare un primo foglio (22; 32; 52; 62; 72; 82; 92) di lamiera metallica avente una rispettiva forma tridimensionale (R1 ; R5), fabbricare un secondo foglio (23; 33; 53; 63; 73; 83; 93) di lamiera metallica avente una rispettiva forma tridimensionale (R2) compatibile con quella di detto primo foglio (22; 32; 52; 62; 72; 82; 92), almeno uno (23; 32,33; 52,53; 63; 72,73; 83; 92,93) di detto primo e di detto secondo foglio essendo provvisto, lungo tutta o parte della sua superficie, di una struttura cellulare definente una pluralità di avvallamenti (26; 36) e protuberanze (27; 37; 87) intercalati fra loro e distribuiti con continuità lungo detta superficie, e unire successivamente in modo rigido e permanente, mediante un processo di giunzione, detto primo (22; 32; 52; 62; 72; 82; 92) e detto secondo foglio (23; 33; 53; 63; 73; 83; 93) fra loro, così da costituire un componente tridimensionale (21; 31; 51; 61; 71; 81; 91). 2 - Metodo secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato da ciò che la fase di fabbricare detto primo foglio (22; 32; 52; 62; 72; 82; 92) di lamiera metallica è realizzata per stampaggio, in modo da far assumere a detto primo foglio la rispettiva forma tridimensionale (R1 ; R5), e la fase di fabbricare detto secondo foglio (23; 33; 53; 63; 73; 83; 93) di lamiera metallica è realizzata per stampaggio, in modo da far assumere a detto secondo foglio la rispettiva forma tridimensionale (R2). 3 - Metodo secondo la rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato da ciò che la struttura cellulare di deto almeno uno (23; 32,33; 52,53; 63; 72,73; 83; 92,93) di deti fogli è otenuta mediante stampaggio. 4 - Metodo secondo la rivendicazioni 1 o 2, caraterizzato da ciò che deta strutura cellulare è otenuta fissando sulla superficie di deto almeno uno di detti fogli una pluralità di elementi sporgenti e reciprocamente distanziati in modo da definire deta strutura cellulare. 5 - Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato da ciò che entrambi deto primo (32; 52; 72; 92) e deto secondo foglio (33; 53; 73; 93) sono provvisti di una struttura cellulare estendentesi, almeno parzialmente, lungo le rispetive superfici, e definente una pluralità di avvallamenti (36) e protuberanze (37) intercalate fra loro e distribuite con continuità lungo tali superfici. 6 - Metodo secondo la rivendicazione 5, caraterizzato da ciò che la strutura cellulare di ciascuno di deto primo (32; 52; 72; 92) e di deto secondo foglio (33; 53; 73; 93) è otenuta mediante stampaggio. 7 - Metodo secondo una delle rivendicazione precedenti, caraterizzato da ciò che le lamiere con cui sono realizzati detto primo (22; 32; 52; 62; 72; 82; 92) e deto secondo foglio (23; 33; 53; 63; 73; 83; 93) sono fate di un materiale selezionabile da un gruppo comprendente acciai normali e speciali legati, quali ad esempio l'acciaio inossidabile, ed inoltre ferro dolce, alluminio, leghe metalliche. 8 - Metodo secondo la rivendicazione 7, caraterizzato da ciò che dete lamiere hanno subito un tratamento protetivo selezionabile da un gruppo comprendente zincatura, nichelatura, verniciatura, alluminiatura, passivazione. 9 - Metodo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato da ciò che deto componente tridimensionale (21; 61; 81) ha un'altezza totale H, conferitagli sostanzialmente dalla strutura cellulare di deto almeno un foglio (23; 63; 83), compresa fra 2 e 50 mm; da dò che le lamiere metalliche di detto primo (22; 62; 82) e di deto secondo foglio (23; 63; 83) hanno un rispetivo spessore S1 e S2 compreso fra 0,05 e 10 mm; e da ciò che il rapporto P/H fra il passo, secondo cui dette protuberanze (27; 87) o avvallamenti (26) di detta struttura cellulare sono distanziati fra loro, e detta altezza totale H è compreso fra 2 e 14. 10 - Metodo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato da ciò che le lamiere metalliche di detto primo (22; 62; 82) e di detto secondo foglio (23; 63; 83) hanno un rispettivo spessore S1 e S2 compreso fra 0,1 e 2 mm, e da ciò che il rapporto P/H è compreso fra 6 e 12. 11 - Metodo secondo la rivendicazioni 9 o 10, caratterizzato da ciò che l'area imbutita, presente in detto almeno un foglio (23; 63; 83) e corrispondente alle protuberanze (27; 87) della relativa struttura cellulare, è compresa fra il 20% ed il 40% dell’area totale di detto almeno un foglio (23; 63; 83). . 12 - Metodo secondo le rivendicazione 5 o 6, caratterizzato da ciò che deto componente tridimensionale (31; 51; 71; 91) ha un’altezza totale h, conferitagli sostanzialmente dalla struttura cellulare di entrambi detti fogli (32,33; 52,53; 72,73; 92,93), compresa fra 4 e 100 mm; da ciò che le lamiere metalliche di deto primo (32; 52; 72; 92) e di detto secondo foglio (33; 53; 73; 93) hanno un rispetivo spessore compreso fra 0,05 e 10 mm; e da ciò che il rapporto fra il passo, secondo cui dette protuberanze (37) o avvallamenti (36) sono distanziati fra loro, e detta altezza totale h è compreso fra 1 e 7. 13 - Metodo secondo la rivendicazione 12, caratterizzato da ciò che le lamiere metalliche di detto primo (32; 52; 72; 92) e di detto secondo foglio (33; 53; 73; 93) hanno un rispettivo spessore compreso fra 0,1 e 2 mm, e da ciò che detto rapporto è compreso fra 3 e 6. 14 - Metodo secondo la rivendicazioni 12 o 13, caratterizzato da ciò che l’area imbutita presente in ciascuno di detti fogli (32,33; 52,53; 72,73; 92,93) di lamiera metallica e corrispondente alle protuberanze (27) della rispettiva struttura cellulare è compresa fra il 20% ed il 40% dell’area totale di ciascuno foglio. 15 - Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da ciò che una generica di dette protuberanze (27; 37; 87) ha una forma scelta nel gruppo costituito da forma a calotta sferica, forma a tronco di cono e forma a tronco di piramide. 16 - Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui la forma spaziale di detto componente tridimensionale (21; 31; 51; 61; 71; 81; 91) segue, almeno in una zona circoscritta, un andamento curvo definito da un raggio di curvatura (R3; R6), caratterizzato da ciò che detto raggio di curvatura (R3; R6) è compreso fra un valore di 1 cm e 10 metri. 17 - Metodo secondo la rivendicazione 3 o 6, caratterizzato da ciò che lo stampaggio di detta struttura cellulare è realizzato mediante imbutitura meccanica contemporaneamente allo stampaggio del corrispondente foglio (23; 32,33; 52,53; 63; 72,73; 83; 92,93) per fargli assumere la rispettiva forma tridimensionale, ed inoltre utilizzando lo stesso stampo. C<l >C<i>a<r>oaccosu 18 - Metodo secondo la rivendicazione 3 o 6, caratterizzato da ciò che lo stampaggio di detta struttura cellulare viene realizzata per idroformatura, mediante uno stampo provvisto solo da una parte di una forma che copia quella di detta struttura cellulare, detta parte avendo in particolare una pluralità di cave corrispondenti alle protuberanze di detta struttura cellulare. 19 - Metodo secondo la rivendicazione 18, caratterizzato da ciò che detto stampo è lo stesso che viene utilizzato per far assumere al foglio provvisto di detta struttura cellulare la relativa forma tridimensionale. 20 - Metodo secondo una qualunque delle rivendicazione precedenti, caratterizzato da ciò che detto processo di giunzione è realizzato in modo tale da collegare detto primo (22; 32; 52; 62; 72; 82; 92) e detto secondo foglio (23; 33; 53; 63; 73; 83; 93) in corrispondenza delle punte delle protuberanze (27; 37; 87) di detta struttura cellulare. 21 - Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da ciò che detto processo di giunzione è selezionato da un gruppo comprendente la brasatura, la saldatura normale ed al laser, e l'incollaggio con adesivi strutturali o semistrutturali. 22 - Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da ciò che comprende ulteriormente una fase di integrare in detto componente tridimensionale (51) un elemento funzionale (54), collegandolo stabilmente con almeno uno di detto primo (52) e di detto secondo foglio (53). 23 - Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da ciò che comprende ulteriormente una fase di iniettare un materiale di riempimento nelle intercapedini formate, in detto componente tridimensionale, da detta struttura cellulare fra detto primo e detto secondo foglio, così da riempire almeno parzialmente dette intercapedini. 24 - Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da ciò che comprende ulteriormente una fase di congiungere in modo continuo i bordi di detto primo (62; 72) e di detto secondo foglio (63; 73) almeno lungo una porzione del perimetro (74) di detto componente tridimensionale (61; 71). 25 - Metodo secondo la rivendicazione 24, caratterizzato da ciò che detta fase di congiungere viene effettuata per aggraffatura ripiegando un bordo (64) di un foglio (62) su quello dell’altro foglio (63). 26- Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato da ciò che comprende ulteriormente una fase di fissare su almeno uno di detti fogli (83), ed in particolare su quello provvisto di detta struttura cellulare, un elemento di rinforzo (88) di lamiera avente un'area ridotta rispetto a quella complessiva di detto componente tridimensionale cellulare (81 ), in modo da rinforzare strutturalmente detto componente in una zona circoscritta corrispondente all'area di detto elemento di rinforzo (88). 27- Metodo secondo la rivendicazione 26, caratterizzato da ciò che detto elemento di rinforzo viene fissato lungo un bordo perimetrale di detto componente tridimensionale cellulare (81). 28 - Componente tridimensionale (21; 31; 51; 61; 71; 81; 91) di tipo cellulare composto da due fogli di lamiera metallica, caratterizzato dal fatto che è prodotto secondo il metodo definito da una delle rivendicazioni precedenti. 29 - Componente secondo la rivendicazione 28, in quanto dipendente da una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che è un cofano motore per un autoveicolo, in cui un primo foglio esterno, sostanzialmente privo di ondulazioni, definisce il profilo di stile di detto cofano, ed un secondo foglio interno provvisto di detta struttura cellulare è fissato sul lato non in vista di detto primo foglio esterno. 30 - Cofano motore secondo la rivendicazione 29, caratterizzato da ciò che il foglio esterno di stile ha uno spessore superiore a quello di detto foglio interno provvisto di detta struttura cellulare. 31 - Cofano motore secondo la rivendicazione 30, caratterizzalo da ciò che il foglio esterno di stile ha uno spessore di circa 0,5 mm, ed il foglio interno provvisto di detta struttura cellulare ha uno spessore di circa 0,3 mm, con detta struttura cellulare avente un'altezza di circa 5 mm, per cui detto cofano motore assume un’altezza totale di circa 5,5 mm. 32 - Cofano motore secondo la rivendicazione 30, caratterizzato da ciò che le protuberanze di detta struttura cellulare sono a forma di tronco di cono, in cui ognuna di dette protuberanze ha un diametro di base di circa 25 mm, e un diametro di testa di circa 10 mm, ed in cui inoltre dette protuberanze sono distanziate fra loro secondo un passo di 40 mm. 33 - Cofano motore secondo la rivendicazione 29, caratterizzato dal fatto che detto foglio esterno e detto foglio interno sono aggraffati almeno parzialmente lungo il loro perimetro. 34 - Componente secondo la rivendicazione 28, in quanto dipendente dalla rivendicazione 4 o 5, caratterizzato dal fatto che è un pavimento per un autoveicolo. 35 - Pavimento per un autoveicolo secondo la rivendicazione 34, caratterizzato da ciò che ciascuno dei due fogli componenti detto pavimento ha uno spessore di circa 0,5 mm, ed è provvisto dì una struttura cellulare avente un’altezza di circa 5,5 mm, per cui detto pavimento composito assume un’altezza totale di circa 11 mm; da ciò che le protuberanze di detta struttura cellulare sono a forma di tronco di cono ed hanno ciascuna un diametro di base di circa 25 mm, un diametro di testa di 10 mm; e da ciò che dette protuberanze sono distanziate fra loro secondo un passo di 40 mm. 36 - Metodo per la fabbricazione di componenti cellulari di forma tridimensionale costituiti da due fogli di lamiera metallica, e relativi componenti sostanzialmente come descritto, con riferimento ai disegni allegati.