ITMI20111918A1 - Pressa idraulica verticale adatta allo stampaggio di materiale composito termoplastico o termoindurente. - Google Patents
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Description
“Pressa idraulica verticale adatta allo stampaggio di materiale composito termoplastico o termoindurenteâ€
La presente invenzione concerne una pressa idraulica verticale particolarmente adatta a stampare i componenti in materiale composito termoplastico e termoindurente della sottoscocca del motore nel settore tecnologico dell’ automoti ve.
Generalmente una pressa idraulica verticale idraulica comprende un piano superiore mobile il quale schiaccia un massello di materiale termoindurente o termoplastico, posto su un piano fisso inferiore, preriscaldato o riscaldato attraverso uno stampo,.
Durante la formatura per compressione di un massello di materiale termoindurente o termoplastico lo stampo resta chiuso.
E’ noto l’uso di un dispositivo adatto a mantenere paralleli i piani di lavoro di una pressa verticale idraulica di stampaggio con piano superiore mobile durante lo stampaggio di particolari della sottoscocca del motore usati nel settore tecnologico automoti ve.
Preferibilmente i particolari della sottoscocca del motore vengono stampati per mezzo di presse da 3000 tonnellate, con piani da 3400 mm X 2500 mm, con una corsa del piano mobile pari a 2200 mm.
Secondo lo stato dell’arte, un processo di stampaggio di materiale composito termoindurente o termoplastico comprende le seguenti fasi:
- posizionamento del massello di materiale composito termoindurente o termoplastico su un semistampo inferiore fissato ad un piano inferiore di una pressa idraulica verticale;
- avvicinamento veloce di un piano mobile superiore recante un semistampo superiore della pressa verticale fino alla quota di intercettazione del massello di materiale composito termoindurente o termoplastico;
- compressione lenta fino alla chiusura dello stampo formato dai due semistampi superiore ed inferiore;
- permanenza del prodotto stampato all’ interno dello stampo chiuso;
- apertura dello stampo e allontanamento veloce del piano mobile superiore .
Un processo di stampaggio di prodotti in materiale composito termoplastico o termoindurente comporta:
- l’uso di presse verticali di elevato tonnellaggio, il cui piano mobile à ̈ capace di svolgere ampie escursioni per consentire l’evacuazione del prodotto stampato;
- la concentrazione del carico indotto da un prodotto a forma di massello di dimensioni dello stesso ordine di grandezza lungo i tre assi cartesiani;
- lo schiacciamento e lo stiramento di detto massello durante la chiusura lenta dello stampo per favorire lo scorrimento lento del materiale termoindurente o termoplastico nella cavità interna allo stampo, fino al completo riempimento della cavità stessa.
Una pressa idraulica verticale funziona per mezzo di una coppia di cilindri idraulici collegati ad un circuito idraulico ed azionati da almeno una elettropompa a portata variabile. Il circuito idraulico riguarda un coppia di cilindri idraulici collegati ad una batteria di accumulatori ad azoto. Un esempio di circuito idraulico accoppiato ad accumulatori contenenti azoto à ̈ rappresentato dal brevetto JP 7246500.
Detti cilindri idraulici trasmettono una forza idraulica attraverso l’olio premente contro le pareti della coppia di cilindri idraulici e contro i rispettivi pistoni collegati o solidali al piano mobile superiore. Preferibilmente la fase di ritorno del piano mobile superiore e di apertura dello stampo si svolge per mezzo di opportuni cilindri idraulici ausiliari alloggiati nell’impalcato della pressa verticale.
L’accelerazione del piano mobile superiore diventa urto nel passaggio dalla fase di avvicinamento veloce alla fase di compressione lenta, in corrispondenza della chiusura dello stampo; per una pressa verticale di elevato tonnellaggio le forze d’inerzia per effetto della variazione di velocità delle parti in movimento sono elevate e l’urto si ripercuote lungo il circuito idraulico della pressa verticale innescando fenomeni di colpo d’ariete che si manifestano in collasso strutturale dei componenti del circuito idraulico.
È noto lo stato di sforzo precompresso in cui lavora una pressa idraulica verticale adibita allo stampaggio di masselli in materiale composito termoplastico o termoindurente per evitare il disaccoppiamento delle parti meccaniche, sia durante la fase di stampaggio che di mantenimento dello stampo chiuso in pressione.
Durante la compressione lenta fino alla chiusura completa dello stampo, à ̈ noto il problema del disallineamento dei piani fisso inferiore e mobile superiore della pressa idraulica verticale, causato dalla concentrazione del carico trasmesso dal massello in materiale composito termoplastico o termoindurente su una porzione di superficie dello stampo. La disposizione non parallela del piano superiore mobile rispetto al piano inferiore fisso comporta l’usura delle colonne verticali e dei componenti scorrevoli lungo rispettive sedi meccaniche con il pericolo dell’insorgere di fenomeni di grippaggio e di instabilità delle parti in movimento.
Lo stato dell’arte riguardante il mantenimento del parallelismo durante la fase di chiusura dello stampo e durante la fase di compressione lenta e di scorrimento lento del piano mobile superiore à ̈ rappresentato da un dispositivo comprendente una serie di cilindri idraulici disposti ai quattro angoli del piano inferiore, e rispettivi sensori di posizione e di carico collegati ad un controllore il quale restituisce, in particolare, un valore pari alla differenza tra una quota campione rispetto alla quota rilevata per mezzo di ciascun sensore di posizione. Una pompa invia l’olio in pressione verso ciascun cilindro idraulico del sistema di mantenimento del parallelismo dei piani della pressa verticale per mezzo di valvole proporzionali regolate in funzione della differenza misurata tra la quota campione e la quota rilevata dal rispettivo sensore di posizione.
In particolare: il brevetto US5537919 si riferisce al metodo di correzione del parallelismo basato sul confronto di una quota reale rispetto ad una quota desiderata; la domanda di brevetto EP2236258 rivendica un dispositivo idraulico per controllare e aggiustare la planarità dello stampo.
L’oggetto della presente invenzione si riferisce ad una pressa idraulica verticale munita di dispositivi adatti ad intervenire sulla distribuzione spaziale e temporale delle forze idrauliche, durante lo stampaggio di componenti in materiale composito termoplastico e termoindurente. In particolare l’invenzione si riferisce ad un dispositivo di contrasto idraulico applicato a ciascun cilindro idraulico agente in un angolo del piano inferiore della pressa, detto dispositivo costituendo un invariante ininfluente durante il posizionamento controllato dei quattro cilindri idraulici disposti ai quattro angoli del piano inferiore.
Uno scopo della presente invenzione à ̈ assicurare il mantenimento dello stato di precompressione della struttura portante a garanzia di lavoro in assenza di urti causati da giochi meccanici formatisi durante la fase di schiacciamento e chiusura lenta dello stampo.
Un secondo scopo à ̈ assicurare il mantenimento del parallelismo dei piani fisso inferiore e mobile superiore durante la fase di schiacciamento e chiusura lenta dello stampo.
Un terzo scopo à ̈ ottimizzare il profilo di velocità del piano mobile superiore nel passaggio dalla fase di avvicinamento rapido alla fase di chiusura lenta dello stampo.
Un quarto scopo à ̈ poter utilizzare componentistica commerciale per realizzare un controllore di processo i cui costi siano contenuti e le parti di ricambio reperibili facilmente.
Un quinto scopo à ̈ poter semplificare costruttivamente la struttura portante della pressa verticale per effetto di un profilo ottimale della velocità del piano mobile e quindi del contenimento dei picchi di accelerazione responsabili delle sovrasollecitazioni che si ripercuotono sulla struttura portante della pressa idraulica verticale.
In accordo con l’invenzione tali scopi vengono raggiunti con una pressa idraulica verticale di stampaggio, del tipo comprendente un basamento munito di un piano fisso inferiore ed un impalcato collegati da colonne verticali, una struttura portante laterale di unione tra il basamento e l’impalcato, un piano superiore mobile scorrevole lungo guide verticali comandato da una coppia di cilindri idraulici azionati per mezzo di un primo circuito idraulico atto a contrastare una forza idraulica trasmessa da una serie di cilindri idraulici di contrasto per mezzo di un secondo circuito idraulico, la forza idraulica risultante permettendo di contenere entro una ristretta soglia di tolleranza il parallelismo tra il piano mobile superiore ed il piano fisso inferiore, un controllore logico programmabile per gestire gli assi oleodinamici dei cilindri idraulici processando i segnali acquisiti da trasduttori di pressione e di posizione applicati in corrispondenza di detti cilindri idraulici, caratterizzata dal fatto che ciascun cilindro idraulico di contrasto à ̈ soggetto alla spinta idraulica indotta da un circuito idraulico collegato ad un accumulatore a sacca.
Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano l’oggetto delle rivendicazioni dipendenti.
La presente invenzione verrà meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, fomite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
la FIG. 1 mostra una vista in assonometria di una pressa verticale idraulica di stampaggio con piano superiore mobile oggetto di invenzione;
la FIG. 2 mostra una vista laterale della pressa verticale idraulica di stampaggio oggetto di invenzione;
la FIG. 3 mostra una vista in sezione secondo un piano III-III di FIG. 2 della pressa verticale idraulica di stampaggio oggetto di invenzione;
la FIG. 4 mostra una vista in sezione secondo un piano IV-IV di FIG. 2 della pressa verticale idraulica di stampaggio oggetto di invenzione;
la FIG. 5 mostra una vista frontale della pressa verticale idraulica di stampaggio oggetto di invenzione;
la FIG. 6 mostra una vista in sezione secondo un piano VI- VI di FIG. 5 della pressa verticale idraulica di stampaggio oggetto di invenzione;
la FIG. 7 mostra una vista in assonometria di un cilindro di contrasto idraulico appartenente alla pressa verticale idraulica oggetto di invenzione;
la FIG. 8 mostra una vista frontale del cilindro di contrasto idraulico appartenente alla pressa verticale idraulica oggetto di invenzione;
la FIG. 9 mostra una vista in sezione secondo un piano IX-IX di FIG. 8 del cilindro di contrasto idraulico appartenente alla pressa verticale idraulica di stampaggio oggetto di invenzione;
la FIG. 10 e la FIG. 11 mostrano rispettivamente una vista frontale ed in pianta del cilindro di contrasto idraulico appartenente alla pressa verticale idraulica oggetto di invenzione.
Una pressa idraulica verticale di stampaggio 1 comprende un basamento 2 solidale ad un piano fisso inferiore 3 combaciante con un semistampo inferiore (non raffigurato). Quattro colonne verticali 4 collegano il basamento 2 ad un impalcato 5. Una struttura portante laterale 10 riveste le quattro colonne verticali 4 ed unisce il basamento 2 con l’impalcato 5, Nella fattispecie la struttura laterale 10 à ̈ un manufatto elettrosaldato composto da lastre di grosso spessore esterne 101 ed interne 102.
Ciascuna colonna verticale 4 à ̈ attraversata, per almeno un terzo della sua estensione longitudinale, da una cavità cilindrica centrale 41. Una ghiera 42 fa da contrasto all’estremità superiore della colonna 4 premendo su una piastra 51 solidale all’impalcato 5.
Nel foro centrale 41 alloggia una resistenza a sonda (non raffigurata) durante la fase di riscaldamento della colonna 4. In particolare la resistenza a sonda aderisce perfettamente lungo la superficie laterale del foro centrale 41, trasmettendo calore per conduzione alla colonna 4. La colonna 4 si dilata, in particolare, lungo il proprio asse longitudinale, causando il sollevamento della ghiera 42 rispetto alla piastra 51. Interponendo opportuni spessori calibrati (non raffigurati) tra la base sollevata della ghiera 42 e la piastra 51 si realizza la condizione di precompressione della struttura portante, formata dal basamento 2, l’impalcato 5 e la struttura laterale 10, per mezzo della forza di trazione trasmessa dalle colonne 4, una volta estratta la resistenza a sonda elettrica da ciascuna cavità cilindrica 41 e raggiunte le condizioni di temperatura ambientale.
Un piano superiore mobile 6, scorrevole lungo guide verticali 7 proiettate rispetto a quattro spigoli del basamento 2, combacia con un semistampo superiore (non raffigurato) il quale si unisce al semistampo inferiore solidale al piano fisso inferiore 3.
Una coppia di cilindri idraulici 8 comprende pistoni 81 collegati al piano superiore mobile 6 ed azionati per mezzo di un circuito idraulico (non raffigurato) comprendente almeno una elettropompa (non raffigurata) a portata fissa. Il circuito idraulico à ̈ del tipo comprendente una batteria di accumulatori a sacca precaricati di azoto (non raffigurata) atta ad intercettare l’olio in pressione mandato dalla elettropompa e ad inviarlo nella camera dei cilindri idraulici 8. I pistoni 81 trasmettono una forza idraulica necessaria a chiudere lo stampo formato dal semistampo inferiore e superiore permettendo al massello di materiale composito termoplastico o termoindurente contenuto alPintemo dello stampo di stirarsi e schiacciarsi riempiendo la cavità interna dello stampo riproducendo il prodotto finale.
I pistoni 81 devono altresì contrastare una forza idraulica indotta da una serie di cilindri idraulici di contrasto 9 collocati nel piano fisso inferiore 3 in corrispondenza dei bordi dello stampo.
Preferibilmente la pressa idraulica verticale 1 comprende quattro cilindri idiaulici di contrasto 9 posti in prossimità degli spigoli del piano fisso 3.
Ciascun cilindro idraulico di contrasto 9 comprende un pistone 91 solidale ad un perno intermedio 92 la cui estremità si unisce al piano superiore mobile 6 durante la fase di contrasto idraulico con i pistoni 81.
Una forza idraulica di contrasto, generata per mezzo di un primo circuito idraulico (non raffigurato) azionato da almeno una elettropompa (non raffigurata) a portata fissa, agisce su una superficie circolar e 94 del pistone 91.
Una forza idraulica permanente, generata per mezzo di un secondo circuito idraulico (non raffigurato) azionato da un accumulatore a sacca precaricato con azoto in pressione (non raffigurato), agisce su una superficie anulare 95 del pistone 91.
Ogni cilindro idraulico di contrasto 9 Ã ̈ collegato ad un trasduttore di posizione di tipo magnetostrittivo 93 e ad un trasduttore di pressione di tipo piezoelettrico (non raffigurato).
Un controllore, non raffigurato, gestisce il funzionamento di una valvola proporzionale (non raffigurata) atta a modulare la portata dell’olio in pressione agente sulla superficie circolare 94 del pistone 91.
L’uso di due circuiti idraulici distinti, agenti rispettivamente sulla superficie circolare 94 e sulla superficie anulare 95 del pistone 91, consente di impostare i parametri di funzionamento del controllore in funzione della sola superficie circolare 94 del pistone 91 ottenendo una forza idraulica stabile nel corso del ciclo di lavoro di andata e di ritorno. Il contrasto della forza idraulica permanente generata dall’accumulatore a sacca precaricato con azoto in pressione costituisce altresì un invariante nell’impostazione dei parametri di funzionamento del controllore.
Quando il primo circuito viene disabilitato, il pistone 91 risulta soggetto alla sola forza permanente indotta dal secondo circuito e premente sulla superficie anulare 95.
Una variante ai due circuiti idraulici à ̈ di seguito descritta.
Una forza idraulica di contrasto, generata per mezzo di un primo circuito idraulico azionato da almeno una elettropompa a portata fissa, agisce sulla superficie circolare 94 e sulla superficie anulare 95 del pistone 91.
Una forza idraulica permamente, generata per mezzo di un secondo circuito idraulico azionato da un accumulatore a sacca precaricato con azoto in pressione, agisce sulla superficie anulare 95 del pistone 91.
Un controllore, gestisce il funzionamento di una valvola proporzionale atta a modulare la portata dell’olio in pressione agente sulla superficie circolare 94 e sulla superficie anulare 95 del pistone 91. Quando il primo circuito idraulico viene disabilitato, una valvola selettrice di pressione (non raffigurata) separa il primo circuito idraulico rispetto alla superficie anulare 95 del pistone 91.
L’uso di due circuiti idraulici distinti, di cui il primo agente:
- sulla superficie circolare 94 e sulla superficie anulare 95 del pistone 91 nella fase di mandata;
- sulla superficie circolare 94 del pistone 91 nella fase di ritorno;
ed il secondo di tipo permanente, consente di impostare i parametri di funzionamento del controllore in funzione della sola superficie circolare 94 del pistone 91 ottenendo una forza idraulica stabile in entrambe le fasi di andata e di ritorno del pistone 91. Il contrasto della forza idraulica generata dall’accumulatore a sacca precaricato con azoto in pressione costituisce altresì un invariante nell’impostazione dei parametri di funzionamento del controllore.
La soluzione descritta come variante si comporta con una pressione uguale sulle due superfici 94 e 95 del pistone 91 evitando il pericolo di trafilamento e l’insorgere di vibrazioni quali effetti della diversa densità del fluido premente sulle aree 94 e 95 con pressioni differenti.
Nella fattispecie un controllore logico programmabile gestisce gli assi oleodinamici comprendenti i cilindri idraulici 8 e 9, processando i segnali acquisiti ad una frequenza di 500 Hz. In particolare: i sensori magnetostrittivi 93 consentono una velocità di lettura ed una precisione di posizionamento assoluto dell’ordine di 0.01 irai, in assenza di contatto meccanico; il controllore interviene nella fase di avvicinamento del piano superiore mobile 6 interpolando, con una curva parabolica, la variazione di velocità da avvicinamento veloce a chiusura lenta dello stampo, ottimizzando le forze inerziali indotte dall’accelerazione del piano mobile 6.
L’uso di una struttura portante precompressa assialmente contribuisce a incrementare la precisione dell’allineamento dei piani fìsso 3 e mobile 6 grazie all’annullamento dei giochi meccanici che si possono instaurare tra i componenti delle pressa idraulica verticale 1 durante lo stampaggio.
Il riscaldamento delle colonne mediante una resistenza a sonda inserita nella cavità praticata in ciascuna colonna semplifica il montaggio della pressa e assicura il mantenimento dello stato di precompressione della struttura portante.
Il mantenimento del parallelismo dei piani fisso inferiore e mobile superiore durante la fase di schiacciamento e chiusura lenta dello stampo à ̈ facilitato grazie all’uso di sensori di posizione magnetostrittivi che, di fatto, escludono il contatto tra le parti in movimento, sono precisi e privi di giochi meccanici.
L’ottimizzazione del profilo di velocità del piano mobile superiore secondo una curva parabolica di interpolazione tra la fase di avvicinamento rapido e la fase di chiusura lenta dello stampo contribuisce a ridurre le forze d’inerzia permettendo una riduzione delle sollecitazioni incombenti sulla struttura e lungo l’apparato idraulico.
La componentistica di tipo commerciale usata per assemblare il controllore permette la riduzione dei costi e la facilità di reperimento delle parti di ricambio.
Claims (6)
- RIVENDICAZIONI 1. Pressa idraulica verticale di stampaggio (1), del tipo comprendente un basamento (2) munito di un piano fisso inferiore (3) ed un impalcato (5) collegati da colonne verticali (4), una struttura portante laterale (10) di unione tra il basamento (2) e l’impalcato (5), un piano superiore mobile (6) scorrevole lungo guide verticali (7) comandato da una coppia di cilindri idraulici (8) atti a contrastare una forza idraulica trasmessa da una serie di cilindri idraulici di contrasto (9), la forza idraulica risultante permettendo di contenere entro una ristretta soglia di tolleranza il parallelismo tra il piano mobile superiore (6) ed il piano fìsso inferiore (3), un controllore logico programmabile per gestire gli assi oleodinamici dei cilindri idraulici (8) e (9) processando i segnali acquisiti da trasduttori di pressione e di posizione (93) applicati in corrispondenza di detti cilindri idraulici (8) e (9), caratterizzata dal fatto che un primo circuito idraulico azionato da una pompa idraulica a portata costante agisce su una superficie circolare (94) di un pistone (91) di ciascun cilindro idraulico (9), un secondo circuito idraulico azionato da un accumulatore a sacca precaricato con azoto in pressione agisce in modo permanente su una superficie anulare (95) del pistone (91), una valvola proporzionale modula la forza agente sulla superficie circolare (94) del pistone (91).
- 2. Pressa idraulica verticale di stampaggio (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che un primo circuito idraulico azionato da una pompa idraulica a portata costante agisce sulla superficie circolare (94) e sulla superficie anulare (95) del pistone (91) di ciascun cilindro idraulico (9), un secondo circuito idraulico azionato da un accumulatore a sacca precaricato con azoto in pressione agisce in modo permanente sulla superficie anulare (95) del pistone (91), una valvola proporzionale modula la forza agente sulla superficie circolare (94) e sulla superficie anulare (95) del pistone (91).
- 3. Pressa idraulica verticale di stampaggio (1) secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che, quando il primo circuito idraulico à ̈ disabilitato, una valvola selettrice di pressione scollega il primo circuito idraulico rispetto alla superficie anulare (95) del pistone (91).
- 4. Pressa idraulica verticale di stampaggio (1) secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto che i trasduttori di posizione (93) applicati in corrispondenza dei cilindri idraulici (8) e (9) sono di tipo magnetostrittivo.
- 5. Pressa idraulica verticale di stampaggio (1) secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto che ciascuna colonna verticale (4) à ̈ allungata assialmente interponendo opportuni spessori calibrati tra una ghiera (42) ed una piastra (51) previo riscaldamento mediante una resistenza a sonda inserita in ima cavità cilindrica (41).
- 6. Pressa idraulica verticale di stampaggio (1) secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che la resistenza a sonda aderisce perfettamente alla superficie cilindrica della cavità (41) trasmettendo calore per conduzione a ciascuna colonna (4).
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