IT201900005704A1

IT201900005704A1 - Procedimento per la realizzazione di componenti metallici, in particolare componenti per veicoli a motore, quali forcelle per cambi di velocità e staffe di supporto per iniettori di motori a combustione interna, a partire da un singolo pezzo di lamiera

Info

Publication number: IT201900005704A1
Application number: IT102019000005704A
Authority: IT
Inventors: Fabrizio Porta
Original assignee: A G Porta S P A
Priority date: 2019-04-12
Filing date: 2019-04-12
Publication date: 2020-10-12

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Procedimento per la realizzazione di componenti metallici, in particolare componenti per veicoli a motore, quali forcelle per cambi di velocità e staffe di supporto per iniettori di motori a combustione interna, a partire da un singolo pezzo di lamiera"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un procedimento per la realizzazione di componenti metallici a partire da un singolo pezzo di lamiera.

L'invenzione è stata concepita in particolare per la realizzazione di componenti per veicoli a motore, quali ad esempio forcelle per cambi di velocità o staffe di supporto per iniettori di motori a combustione interna, ma è naturalmente applicabile alla realizzazione di qualsiasi altro componente metallico che sia ottenibile a partire da un pezzo di lamiera.

La figura 1 dei disegni allegati, presa dal brevetto europeo EP 2053 283 B1, mostra un esempio noto di forcella per cambio di velocità cui è applicabile il procedimento secondo l'invenzione. Con riferimento a tale figura, la forcella è complessivamente indicata con 10 e comprende fondamentalmente un corpo 14 atto a supportare la forcella in modo scorrevole lungo un'asta di guida stazionaria (non mostrata) del cambio di velocità, una coppia di rebbi 16 fissati al corpo 14 e un nasello di azionamento 18 fissato al corpo 14. Più specificamente, secondo tale esempio di realizzazione noto, il corpo 14 presenta una configurazione generale a forma di U, con una piastra centrale 20 e una coppia di piastre di supporto 22a, 22b che si estendono dalle opposte estremità longitudinali della piastra centrale 20, ad angolo retto rispetto a quest'ultima. Le piastre di supporto 22a, 22b presentano rispettivi fori di guida passanti 24, coassiali l'uno all'altro, per guidare la forcella 10 lungo l'asse della rispettiva asta di guida.

Il corpo 14, i rebbi 16 e il nasello di azionamento 18 sono realizzati mediante operazioni di tranciatura e piegatura a partire da pezzi di lamiera distinti (preferibilmente un singolo pezzo di lamiera per entrambi i rebbi 16) e sono fissati gli uni agli altri mediante saldatura. Una tale modalità di realizzazione risulta tuttavia piuttosto onerosa, in quanto prevede la realizzazione di parti distinte della forcella (ma lo stesso discorso vale per qualsiasi altro componente da realizzare) e quindi il fissaggio di tali parti l'una all'altra mediante saldatura.

Sarebbe certamente preferibile realizzare una forcella di questo tipo a partire da un singolo pezzo di lamiera, senza dunque bisogno di ricorrere a operazioni di saldatura per il fissaggio l'una all'altra di parti distinte della forcella. A tale proposito, le figure 2 e 3 dei disegni allegati, in cui a parti ed elementi identici o corrispondenti a quelli della figura 1 sono stati attribuiti i medesimi numeri di riferimento, mostrano una forcella 10 per cambio di velocità avente una geometria analoga a quella della forcella di figura 1, ma realizzata in un corpo unico a partire da un singolo pezzo di lamiera. Nella forcella delle figure 2 e 3, ad esempio, i due rebbi 16 sono integralmente connessi alla piastra di supporto 22a mediante rispettive piegature, o porzioni ripiegate, indicate con P, nel presente caso piegature ad angolo retto. Tali piegature non sono ottenibili con le tecniche di piegatura ad oggi note, soprattutto nel caso di componenti, come appunto le forcelle per cambi di velocità o le staffe per iniettori di motori a combustione interna, ottenuti da lamiera metallica dello spessore di alcuni millimetri, se non con notevoli problemi di precisione geometrica e dimensionale, che rendono necessarie lavorazioni ulteriori sul componente per rispettare le tolleranze richieste e dunque fanno sì che il procedimento di fabbricazione risulti globalmente più complesso e costoso. Inoltre, la realizzazione di tali piegature con le tecniche di piegatura ad oggi note comporterebbe la riduzione delle caratteristiche meccaniche del materiale e l'aumento delle tensioni sul materiale stesso, con conseguente rischio d'innesco di cricche. Per tali motivi, una forcella per cambio di velocità quale quella mostrata in figura 1 non è sinora mai stata realizzata a partire da un singolo pezzo di lamiera.

Scopo della presente invenzione è dunque fornire un procedimento che consenta di realizzare componenti metallici, in particolare componenti per veicoli a motore, quali forcelle per cambi di velocità o staffe di supporto per iniettori di motori a combustione interna, a partire da un singolo pezzo di lamiera mediante almeno un'operazione di piegatura, garantendo un'elevata precisione dimensionale, contrastando il ritorno elastico del materiale dopo piegatura e riducendo le sollecitazioni sul materiale durante la piegatura.

Questo e altri scopi sono pienamente raggiunti secondo l'invenzione grazie a un procedimento comprendente i passi definiti nell'annessa rivendicazione indipendente 1.

Modalità di attuazione vantaggiose del procedimento secondo l'invenzione sono specificate nelle rivendicazioni dipendenti, il cui contenuto è da intendersi come parte integrante della descrizione che segue.

In sintesi, l'invenzione si basa sull'idea di eseguire l'operazione (o le operazioni) di piegatura necessarie per le realizzazione del componente premendo il pezzo di lamiera con un punzone contro una matrice,

in cui il punzone e la matrice presentano rispettive superfici di lavoro arcuate con rispettivi raggi di curvatura definiti in funzione del raggio di curvatura della porzione piegata da realizzare e dello spessore del pezzo di lamiera,

in cui la superficie di lavoro del punzone presenta un raggio di curvatura sostanzialmente uguale al raggio di curvatura teorico della superficie di intradosso della porzione piegata da realizzare, e

in cui la superficie di lavoro della matrice presenta un raggio di curvatura minore del raggio di curvatura teorico della superficie di estradosso della porzione piegata da realizzare, il raggio di curvatura della superficie di lavoro della matrice essendo calcolato a partire dal raggio di curvatura teorico della superficie di estradosso della porzione piegata da realizzare tenendo conto di un fattore di correzione dipendente dalla resistenza a trazione del materiale del pezzo di lamiera, dall'angolo della porzione piegata da realizzare e dallo spessore del pezzo di lamiera.

Grazie al fatto di utilizzare una matrice avente una superficie di lavoro con una raggio di curvatura opportunamente corretto rispetto a quello teorico, si riesce a contrastare il ritorno elastico del materiale dopo l'operazione di piegatura, e dunque a controllare con elevata precisione l'angolo di piegatura, oltre che a ridurre le sollecitazioni nel materiale durante la piegatura, e dunque a garantire le prestazioni meccaniche richieste al componente, riducendo in particolare il rischio d'innesco di cricche in corrispondenza delle piegature.

Preferibilmente, come fattore di correzione sulla base del quale viene corretto il raggio di curvatura della superficie di lavoro della matrice rispetto al raggio di curvatura teorico è scelto il rapporto fra l'area della porzione piegata da realizzare compresa fra l'asse neutro e la superficie di estradosso reale, cioè la superficie di estradosso che si otterrebbe realmente piegando il pezzo di lamiera con l'angolo e il raggio di piegatura desiderati, e l'area della porzione piegata da realizzare compresa fra l'asse neutro e la superficie di estradosso teorica. Tale fattore di correzione è compreso nell'intervallo dal 4% al 16%.

Formano inoltre oggetto della presente invenzione una forcella per cambio di velocità e una staffa di supporto per iniettori di motori a combustione interna, secondo quanto specificato rispettivamente nella rivendicazione indipendente 5 e nella rivendicazione indipendente 6, quali esempi di componenti metallici ottenuti mediante il procedimento dell'invenzione.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno più chiaramente dalla descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo di esempio non limitativo con riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 è una vista prospettica di una forcella per cambio di velocità secondo la tecnica nota;

le figure 2 e 3 sono rispettivamente una vista prospettica e una vista frontale di una forcella per cambio di velocità di geometria analoga a quella della forcella di figura 1, ottenibile con il procedimento oggetto della presente invenzione;

le figure 4 e 5 sono rispettivamente una prospettica e una vista dal basso di una staffa di supporto per il supporto di iniettori di motori a combustione interna, ottenibile con il procedimento oggetto della presente invenzione; e

la figura 6 mostra schematicamente un'operazione di piegatura secondo il procedimento oggetto della presente invenzione.

Nella parte introduttiva della presente descrizione è già stata illustrata, con riferimento alle figure 2 e 3, una forcella per cambio di velocità ottenibile applicando il procedimento secondo l'invenzione.

Le figure 4 e 5 mostrano invece, quale ulteriore esempio di componente, in particolare per veicolo a motore, ottenibile con il procedimento secondo l'invenzione a partire da un singolo pezzo di lamiera, una staffa di supporto 30 per il supporto di iniettori di motori a combustione interna. Con riferimento a tali figure, la staffa di supporto 30 compone fondamentalmente una porzione centrale di attacco 32, presentante un foro passante 34 per l'inserimento di una vite di fissaggio (non illustrata) per il fissaggio della staffa 30 alla testa del motore, e una porzione a forcella 36 che si estende dalla porzione centrale di attacco 32 (o, in alternativa, una coppia di porzioni a forcella che si estendono da parti opposte rispetto alla porzione centrale di attacco 32) per il bloccaggio di un rispettivo iniettore (per sé noto e non illustrato).

La staffa di supporto 30 mostrata nelle figure 4 e 5 è ottenuta a partire da un singolo pezzo di lamiera opportunamente sagomato mediante l'esecuzione di una serie di operazioni di piegatura. In tali figure, con P sono contrassegnate le piegature della staffa di supporto 30 eseguite in accordo con il procedimento oggetto della presente invenzione.

Si descriverà ora, con riferimento alla figura 6, la modalità di esecuzione di un'operazione di piegatura secondo la presente invenzione per la realizzazione, ad esempio per la realizzazione di una delle piegature P della forcella 10 delle figure 2 e 3 o della staffa di supporto 30 delle figure 4 e 5.

Nella figura 6 con SI ed SE sono rispettivamente indicate la superficie teoriche (cioè come disegnate a progetto) di intradosso e di estradosso della piegatura P. La superficie teorica di intradosso SI della piegatura P si estende fra un punto PI1 e un punto PI2, mentre la superficie teorica di estradosso SE della piegatura P si estende fra un punto PE1 e un punto PE2. La superficie di estradosso SE è disegnata in figura 6 in linea tratteggiata. L'asse neutro della piegatura P è indicato con aN, mentre l'angolo di piegatura è indicato con α. Il raggio di curvatura della superficie teorica di intradosso SI è indicato con rI, mentre il raggio di curvatura della superficie teorica di estradosso SE è indicato con rE. Con s è infine indicato lo spessore della lamiera.

La piegatura P è ottenuta deformando plasticamente il materiale della lamiera fra una matrice 50 e un punzone 52, aventi rispettive superfici di lavoro (cioè rispettive superfici destinate a venire a contatto con il materiale da lavorare) 54 e 56 opportunamente conformate.

Per quanto concerne in particolare la matrice 50, la superficie di lavoro 54 include una prima porzione di superficie 54a sostanzialmente piana, una seconda porzione di superficie 54b sostanzialmente piana, che è inclinata rispetto alla prima porzione di superficie 54a di un angolo pari all'angolo di piegatura α, e una porzione di superficie 54c arcuata, che congiunge l'una con l'altra le due porzioni di superficie piana 54a e 54b.

Secondo l'invenzione, la porzione di superficie 54c arcuata della superficie di lavoro 54 della matrice 50 non ha un profilo corrispondente a quello della superficie teorica di estradosso SE, ma presenta un raggio di curvatura rM minore del raggio di curvatura rE della superficie teorica di estradosso SE. In altre parole, la porzione di superficie 54c arcuata della superficie di lavoro 54 della matrice 50 utilizzata nel procedimento secondo l'invenzione per realizzare la piegatura P presenta una curvatura meno accentuata rispetto a una matrice avente una porzione di superficie di lavoro arcuata con un profilo corrispondente a quello della superficie teorica di estradosso SE della piegatura P.

Il raggio di curvatura rM della la porzione di superficie 54c arcuata della superficie di lavoro 54 della matrice 50 è calcolato a partire dal raggio di curvatura rE della superficie teorica di estradosso SE della piegatura P tenendo conto di un fattore di correzione k dipendente dalla resistenza a trazione del materiale, dall'angolo di piegatura α e dallo spessore s della lamiera.

Preferibilmente, il fattore di correzione k è un fattore di riduzione da applicare all'area teorica della zona stirata della piegatura P, cioè all'area della zona della piegatura P in cui il materiale è soggetto a trazione, dunque all'area compresa in senso radiale fra l'asse neutro aN e la superficie teorica di estradosso SE e in senso circonferenziale fra il raggio passante per i punti PI1 e PE1 (inizio della piegatura P) e il raggio passante per i punti PI2 e PE2 (fine della piegatura P). In altre parole, la porzione di superficie 54c arcuata della matrice 50 corrisponde alla superficie di estradosso della piegatura corretta del suddetto fattore di correzione k, cioè alla superficie di estradosso di una piegatura in cui l'area della zona stirata è ridotta di tale fattore di correzione rispetto all'area teorica della zona stirata. In questo caso, il fattore di correzione k è compreso nell'intervallo dal 4% al 16%.

Si descriverà ora un esempio di calcolo del raggio di curvatura rM della porzione di superficie 54c arcuata della matrice 50, ipotizzando una piegatura P con un angolo di piegatura α pari a 90° (anche se l'invenzione è parimenti applicabile ad angoli di piegatura diversi, anche se comunque nell'intorno dei 90°, e precisamente compresi fra 80° e 100°), un raggio di curvatura rI della superficie teorica di intradosso SI pari a 5 mm e un raggio di curvatura rE della superficie teorica di estradosso SE pari a 10 mm su un pezzo di lamiera di alluminio con spessore s pari a 5 mm, nel qual caso il fattore di correzione k sarà pari al 12,48%. Considerando che l'asse neutro aN è posizionato a 5/12 dello spessore s del materiale, per cui la porzione arcuata dell'asse neutro in corrispondenza della piegatura P presenta un raggio di curvatura rN pari a 7,08 mm, l'area teorica della zona stirata della piegatura P sarà pari a 39,17 mm<2>. Applicando il fattore di correzione k sopra indicato, l'area corretta sarà pari a 34,28 mm<2>. Utilizzando un criterio di proporzionalità fra l'area della zona stirata e la lunghezza della superficie di estradosso fra i punti PE1 e PE2 (che per la superficie teorica di estradosso SE è pari a 15,71 mm), la lunghezza della porzione di superficie 54c arcuata della superficie di lavoro 54 della matrice 50 sarà pari a (39,17 x 15,71)/ 34,28 mm = 17,92 mm. A tale lunghezza corrisponde un raggio di curvatura rM pari a 11,4 mm. Risulta così definito il profilo della porzione di superficie 54c arcuata della superficie di lavoro 54 della matrice 50, che sarà un arco passante per i punti PE1 e PE2 e avente il raggio di curvatura rM sopra calcolato.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, le forme di attuazione e i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto e illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza con ciò fuoriuscire dall'ambito dell'invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la realizzazione di componenti metallici (10, 30), in particolare componenti per veicoli a motore, quali forcelle (10) per cambi di velocità e staffe di supporto (30) per iniettori di motori a combustione interna, a partire da un singolo pezzo di lamiera, il procedimento comprendendo almeno un'operazione di piegatura di detto pezzo di lamiera per la realizzazione di una porzione piegata (P) del componente con un angolo di piegatura (α) compreso fra 80° e 100°, in cui detta almeno un'operazione di piegatura è eseguita premendo il pezzo di lamiera con un punzone (52) contro una matrice (50), in cui il punzone (52) e la matrice (50) presentano rispettive superfici di lavoro arcuate (54, 56) con rispettivi raggi di curvatura (rM) definiti in funzione del raggio di curvatura della porzione piegata (P) da realizzare e dello spessore (s) del pezzo di lamiera, in cui la superficie di lavoro (56) del punzone (52) presenta un raggio di curvatura sostanzialmente uguale al raggio di curvatura (rI) della superficie teorica di intradosso (SI) della porzione piegata (P) da realizzare, e in cui la superficie di lavoro (52) della matrice (50) presenta un raggio di curvatura (rM) minore del raggio di curvatura (rE) della superficie teorica di estradosso (SE) della porzione piegata (P) da realizzare, il raggio di curvatura (rM) della superficie di lavoro (54, 54c) della matrice (50) essendo calcolato a partire dal raggio di curvatura (rE) della superficie teorica di estradosso (SE) della porzione piegata (P) da realizzare tenendo conto di un fattore di correzione (k) dipendente dalla resistenza a trazione del materiale del pezzo di lamiera, dall'angolo di piegatura (α) della porzione piegata (P) da realizzare e dallo spessore (s) del pezzo di lamiera.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui come fattore di correzione (k) è scelto il rapporto fra l'area della porzione piegata (P) da realizzare compresa fra l'asse neutro (aN) e la superficie di estradosso reale, cioè la superficie di estradosso che si otterrebbe realmente piegando il pezzo di lamiera con l'angolo di piegatura (α) e il raggio di piegatura desiderati, e l'area della porzione piegata (P) da realizzare compresa fra l'asse neutro (aN) e la superficie teorica di estradosso (SE).
3. Procedimento secondo la rivendicazione 2, in cui detto fattore di correzione (k) è compreso fra il 4% e il 16%.
4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l'angolo di piegatura (α) è pari a 90°.
5. Forcella (10) per cambio di velocità, comprendente un corpo (14) atto a supportare la forcella (10) in modo scorrevole lungo un'asta di guida del cambio di velocità, una coppia di rebbi (16) formati integralmente con il corpo (14) e un nasello di azionamento (18) formato integralmente con il corpo (14), la forcella (10) essendo ottenuta da un singolo pezzo di lamiera con un procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
6. Staffa di supporto (30) per il supporto di iniettori di motori a combustione interna, comprendente una porzione di attacco (32) centrale per il fissaggio della staffa di supporto (30) a una testa del motore e almeno una porzione a forcella (36) che si estende dalla porzione di attacco (32) per il bloccaggio di un rispettivo iniettore, la staffa di supporto (30) essendo ottenuta da un singolo pezzo di lamiera con un procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 4.