ITMI970160A1 - Metodo per la produzione di pneumatici per la realizzazione di stampi di vulcanizzazione per detti pneumatici pneumatici e stampi cosi' - Google Patents

Metodo per la produzione di pneumatici per la realizzazione di stampi di vulcanizzazione per detti pneumatici pneumatici e stampi cosi' Download PDF

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Description

DESCRIZIONE dell’invenzione avente per titolo: “METODO PER LA PRODUZIONE DI PNEUMATICI, PER LA REALIZZAZIONE DI STAMPI DI VULCANIZZAZIONE PER DETTI PNEUMATICI, PNEUMATICI E STAMPI COSI’ PRODOTTI"
D E S C R I Z I O N E
La presente invenzione riguarda un metodo per la stampatura e la vulcanizzazione di pneumatici per veicoli, nonché lo stampo collegato a tale metodo ed il pneumatico così vulcanizzato.
L'invenzione riguarda anche un metodo per la realizzazione di stampi di vulcanizzazione per pneumatici di veicoli, detti stampi essendo del tipo comprendente pareti interne provviste di rilievi e/o cavità superficiali atte a definire corrispondenti cavità e/o rilievi su un pneumatico in lavorazione.
Come è noto, gli stampi utilizzati per la vulcanizzazione di pneumatici di veicoli comprendono normalmente una coppia di cosiddette guance, di conformazione anulare, coassialmente contrapposte, atte ad operare in corrispondenza dei fianchi del pneumatico, nonché una pluralità di settori, circonferenzialmente distribuiti, predisposti ad operare sulla fascia battistrada del pneumatico per definire sulla stessa un cosiddetto disegno battistrada, generalmente composto da scanalature longitudinali e trasversali reciprocamente intercalantisi per definire rispettivi cordoni e/o tasselli.
Per definire il suddetto disegno battistrada, i settori dello stampo devono essere provvisti, sulle loro superfici interne preposte ad entrare in contatto con la fascia battistrada, di un notevole numero di rilievi superficiali incrociantisi reciprocamente secondo modalità di volta in volta variabili a seconda delle esigenze funzionali da ottenersi.
Normalmente questi rilievi superficiali sono ricavati su cosiddette “matrici”, vale a dire su elementi piastriformi metallici intercambiabili applicati all'interno dei rispettivi settori.
Quanto alle guance, volendo realizzare sui fianchi del pneumatico porzioni in rilievo, ad esempio per definire elementi grafici di identificazione del pneumatico stesso (marchio di fabbrica, misura del pneumatico od altre indicazioni), queste ultime devono essere provviste di corrispondenti cavità atte a generare dette porzioni in rilievo.
Un problema di particolare importanza collegato alla stampatura del pneumatico è quello di garantire l’evacuazione deH’aria rimasta intrappolata fra stampo e carcassa durante la chiusura dello stampo; in caso contrario l’aria accumulata all’interno dello stampo può causare una distribuzione non omogenea della gomma sulla carcassa generando anche la formazione di bolle sulla superfìcie del pneumatico, compromettendo gravemente sia l’estetica che la qualità del pneumatico vulcanizzato.
A questo scopo, nelle pareti dello stampo vengono ricavati, tramite macchine utensili, numerosi fori di piccolo diametro, usualmente definiti “canali di sfogo”, atti a consentire la totale espulsione dell'aria dall'intemo dello stampo durante il ciclo di stampatura del pneumatico, distribuiti con diverse modalità su tutta la superficie dello stampo, tanto in corrispondenza del battistrada quanto delle guance.
La presenza di questi canali di sfogo comporta tuttavia diversi problemi. In primo luogo la dimensione di questi fori, che non può scendere sotto determinati limiti imposti dalle caratteristiche degli strumenti utilizzati per la loro esecuzione, è tale da consentire la penetrazione della gomma, resa fluida dal calore di vulcanizzazione, cosicché il pneumatico vulcanizzato si ricopre di antiestetici peduncoli di gomma, qui di seguito chiamati materozze, che vengono di solito eliminati prima della sua commercializzazione, comportando un ulteriore lavorazione e conseguente aggravio dei costi.
Inoltre, e non meno importante, risulta molto difficoltoso realizzare fori che sfocino in zone molto critiche ai fini dell’espulsione dell’aria, ad esempio in corrispondenza di superfici a profilo curvilineo quali la base dei rilievi superficiali delle matrici, o in corrispondenza delle zone d’incrocio dei rilievi.
La realizzazione dei rilievi superficiali sulle matrici e delle opportune sedi atte ad alloggiare le ben note lamelle richiede lunghe lavorazioni di asportazione di materiale tramite macchine utensili a controllo numerico e comporta diversi inconvenienti.
Infatti, in tali macchine utensili l'impostazione del ciclo di lavorazione della matrice richiede un lungo lavoro di programmazione finalizzato a definire ed ottimizzare, in base all'interpretazione dei disegni di progetto, il percorso che gli utensili devono seguire per realizzare la matrice stessa. La definizione del percorso degli utensili porta in molti casi la necessità di scegliere soluzioni di compromesso e/o di ripiego quando, per motivi tecnici che possono dipendere dalle caratteristiche costruttive e di funzionamento di una determinata macchina utensile, risulta impossibile o comunque eccessivamente difficoltoso l'ottenimento di particolari caratteristiche geometriche riportate nei disegni di progetto. La scelta delle soluzioni alternative richiede normalmente che il personale adibito alla programmazione delle macchine utensili si consulti con il personale responsabile della progettazione del disegno battistrada.
Va inoltre rilevato che, essendo la definizione del percorso degli utensili influenzata sia dal tipo di macchina utensile da impiegarsi, sia dall'esperienza e dalle capacità del personale adibito alla sua programmazione, è possibile che stampi prodotti su macchine utensili diverse, pur sulla base degli stessi disegni costruttivi, diano luogo a pneumatici non perfettamente uguali nelle loro caratteristiche geometriche e/o qualitative.
Si deve ancora osservare che, secondo la tecnica nota, lo stampo di vulcanizzazione di un pneumatico deve possedere particolari caratteristiche di resistenza meccanica.
Infatti, per assicurare la chiusura dello stampo contro le pressioni di stampaggio e di vulcanizzazione, le diverse parti dello stampo vengono serrate fortemente tra loro con pressioni elevate, dell’ordine di 28 kg/cm<2>. Allo stesso tempo lo stampo deve sopportare le elevate temperature di vulcanizzazione, solitamente nell’ordine di 150°C - 180° C, applicate per tempi dell’ordine di 15 - 20 minuti primi. Infine lo stampo deve resistere il più a lungo possibile all’usura provocata dai ripetuti cicli di apertura e chiusura, di smontaggio e rimontaggio ed alle periodiche operazioni di pulizia. In pratica, gli stampi usuali di solito effettuano non meno di 150.000 cicli di vulcanizzazione prima di diventare inutilizzabili od obsoleti.
Inizialmente la Richiedente era alla ricerca di un modo più semplice per realizzare stampi provvisti di fori atti a consentire la totale espulsione dell 'aria dall’interno dello stampo durante il ciclo di stampatila del pneumatico.
In accordo con l’invenzione, la Richiedente ha pensato di formare lo stampo, o parti di esso, utilizzando quale materiale di partenza una polvere sinterizzabile che viene deposta secondo strati successivi sovrapposti, in ciascuno dei quali la polvere viene sinterizzata nello spazio delimitato da un predeterminato contorno, tramite un raggio laser o altri mezzi di riscaldamento localizzato gestiti da un'unità elettronica di governo. Si è trovato che, così facendo, è possibile realizzare stampi provvisti di canali di sfogo in modo semplificato e con un rigoroso controllo della posizione e delle dimensioni geometriche dei suddetti canali che possono essere resi sottili a piacere: in particolare, i suddetti canali possono essere realizzati, senza alcuna difficoltà aggiuntiva, anche in corrispondenza di superfici a profilo complesso o in zone particolarmente critiche dello stampo.
La Richiedente ha inoltre trovato che le particelle di polvere, saldate fra loro per sinterizzazione in corrispondenza dei punti di reciproco contatto, lasciano tra loro piccole cavità intercomunicanti le cui dimensioni vengono determinate tramite controllo della granulometria della polvere: queste microcavità non consentono l’ingresso della gomma ma offrono una sufficiente permeabilità all’aria, tale da permettere una agevole espulsione della stessa attraverso la parete dello stampo, ai fini del loro utilizzo nella fabbricazione del pneumatico, evitando la necessità di dover ricorrere alla realizzazione degli usuali canali di sfogo richiesti dai metodi tradizionali.
Viene in tal modo completamente eliminato il problema costituito dalle note e già citate materozze di gomma presenti sul pneumatico vulcanizzato.
Infine si è sorprendentemente trovato che l’utilizzo di stampi per pneumatici ottenuti da polveri sinterizzate, e quindi privi delle caratteristiche di solidità e durata propria degli stampi convenzionali, nel processo per la vulcanizzazione di pneumatici, non risulta di ostacolo alla produzione di pneumatici sia in piccoli lotti che in grande serie.
In un suo primo aspetto Γ invenzione riguarda un metodo per la produzione di pneumatici per ruote di veicoli mediante uno stampo di vulcanizzazione comprendente pareti interne provviste di rilievi e/o cavità superficiali atti a definire corrispondenti cavità e/o rilievi su un pneumatico in lavorazione, caratterizzato dal fatto di usare uno stampo in cui il materiale costituente almeno ima parte di dette pareti interne è costituito da una polvere sinterizzata, ed in particolare uno stampo privo di canalizzazioni di sfogo dell’aria, così da realizzare pneumatici privi di materozze.
In un suo secondo aspetto, l'invenzione concerne un metodo per la realizzazione di stampi di vulcanizzazione per pneumatici di veicoli, comprende le seguenti fasi: deporre uno strato di polvere sinterizzabile; sottoporre lo strato di polvere a mezzi di riscaldamento localizzato per determinare una sinterizzazione della polvere nei punti interessati dall'azione di detti mezzi di riscaldamento localizzato; muovere i mezzi di riscaldamento localizzato sullo strato di polvere in almeno un'area di movimentazione delimitata da uno sviluppo perimetrale predeterminato, per dare origine ad almeno una porzione laminare sinterizzata; ripetere ciclicamente la sequenza di fasi sopra elencate per formare almeno una parte di detto stampo mediante una pluralità di porzioni laminari sinterizzate consecutivamente sovrapposte e delimitate ciascuna da un rispettivo sviluppo perimetrale.
Preferibilmente detti mezzi di riscaldamento localizzato comprendono almeno un raggio laser.
Le aree di movimentazione di detti mezzi di riscaldamento localizzato vengono vantaggiosamente definite mediante informazioni digitali ottenute tramite programmazione ed elaborazione di dati su un elaboratore elettronico, detta programmazione essendo attuata nelle seguenti fasi: definizione di una rappresentazione grafica in tre dimensioni della porzione di stampo da realizzarsi; suddivisione di detta rappresentazione grafica in una pluralità di strati sovrapposti di spessore predeterminato, corrispondenti ciascuno ad una delle porzioni laminari sinterizzate da crearsi mediante movimentazione dei mezzi di riscaldamento localizzato sullo strato di polvere sinterizzabile, la movimentazione dei mezzi di riscaldamento localizzato essendo attuata su comando di un'unità elettronica di governo in cui sono state previamente memorizzate dette informazioni digitali.
Vantaggiosamente, il metodo può essere condotto in maniera tale per cui, a seguito della sinterizzazione, le particelle di polvere sinterizzabile vengano unite reciprocamente lasciando fra ogni particella e le particelle adiacenti cavità fra loro intecomunicanti.
In accordo con una soluzione realizzativa preferenziale dell'invenzione, lo spessore di ciascuno di detti strati è compreso fra 0,2 mm e 0,5 mm, e la polvere sinterizzabile presenta una granulometria compresa fra 30 μ e 100 μ.
In una possibile variante realizzativa dell'invenzione la polvere sinterizzabile è in materiale a base ceramica che offre il vantaggio di rendere disponibile un metodo di vulcanizzazione di pneumatici per ruote di veicoli comprendente una fase di apporto di calore, all’interno di uno stampo, attuata tramite microonde ed in quantità diversa in corrispondenza di zone diverse del pneumatico da vulcanizzare.
In un suo ulteriore aspetto, la presente invenzione riguarda anche uno stampo ottenuto mediante il metodo sopra descritto. Tale stampo di vulcanizzazione per pneumatici si caratterizza per il fatto che il materiale costituente almeno una parte di dette pareti interne, è costituito da una polvere sinterizzata.
Più in particolare, la polvere sinterizzata costituente dette pareti interne presenta particelle reciprocamente unite in corrispondenza di rispettivi punti di giunzione ed intercalate a cavità reciprocamente intercomunicanti.
In una forma realizzativa preferenziale lo stampo presenta rilievi lamellari in materiale sinterizzato uniti di pezzo con le pareti interne dello stampo stesso, detti rilievi lamellari potendo presentare variazioni di spessore nella loro sezione trasversale.
Lo stampo può essere altresì dotato di canalizzazioni di sfogo dell'aria aprentisi originalmente anche in corrispondenza di zone critiche della superficie quali la base dei rilievi superficiali delle matrici o le zone d’incrocio dei suddetti rilievi.
Le pareti interne dello stampo possono essere vantaggiosamente dotate di una goffratura superficiale.
In un altro aspetto, la presente invenzione riguarda uno stampo di vulcanizzazione per pneumatici di veicoli caratterizzato dal fatto di comprendente una pluralità di piccole cavità tra loro intercomunicanti atte a permettere l’espulsione dell’ aria dallo stampo durante il ciclo di vulcanizzazione.
In un suo diverso aspetto, la presente invenzione riguarda anche un pneumatico per ruote di veicoli, vulcanizzato in uno stampo di vulcanizzazione comprendente pareti interne atte a definire una superficie esterna di detto pneumatico in lavorazione, dove il materiale costituente almeno una parte di dette pareti interne, è costituito da una polvere sinterizzata. Preferibilmente la porzione di superficie esterna definita da detta parte delle pareti interne costituita da una polvere sinterizzata comprende la superficie di detta fascia battistrada. Ulteriori caratteristiche e vantaggi appariranno maggiormente dalla descrizione dettagliata di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, di un metodo per realizzare stampi di vulcanizzazione per pneumatici di autoveicoli, secondo la presente invenzione.
Tale descrizione verrà fatta qui di seguito con riferimento agli uniti disegni, fomiti a solo scopo indicativo e, pertanto, non limitativo, nei quali:
la fig. 1 mostra schematicamente in sezione un apparato adibito alla realizzazione di parti di stampo in accordo con la presente invenzione;
la fig. 2 mostra indicativamente in vista frontale una superficie interna di una matrice di uno stampo per pneumatici di autoveicoli, realizzabile mediante il metodo secondo la presente invenzione;
la fig. 3 è una vista prospettica ingrandita della porzione di matrice corrispondente alla zona "N" in fig. 2;
la fig. 4 è una sezione ingrandita ed interrotta di una porzione della matrice dello stampo, eseguita ortogonalmente al piano di sviluppo della figura 2;
la fig. 5 mostra uno spezzone di un pneumatico realizzato mediante uno stampo secondo l’invenzione, privo di canali di sfogo dell’aria;
la fig. 6 è una vista prospettica molto ingrandita della porzione di matrice della figura 3, che mostra dettagliatamente una limitata porzione di uno strato di polvere sinterizzata.
Con riferimento alla figura 1 , con 1 è stato complessivamente indicato un apparato per la realizzazione di stampi di vulcanizzazione particolarmente per pneumatici di veicoli, secondo un metodo formante oggetto della presente invenzione.
Si deve qui notare che i pneumatici prodotti secondo il metodo e con lo stampo dell’invenzione sono gli usuali pneumatici di tipo tradizionale, comunemente noto ai tecnici: essi comprendono (figura 5) una carcassa a tele incrociate o di tipo radiale, toricamente conformata, comprendente una struttura resistente formata da almeno una tela 100 di tessuto gommato, avente le sue estremità 101 risvoltate ciascuna attorno ad un cerchieto di ancoraggio 102, quest’ultimo provvisto sulla sua superficie radialmente esterna di un riempitivo in gomma 103. Preferibilmente i lembi risvoltati della tela di carcassa risalgono radialmente verso l’esterno lungo almeno parte del fianco del suddetto riempitivo.
Come è noto, la zona del pneumatico comprendente il cerchietto ed il riempitivo forma il tallone, destinato all'ancoraggio del pneumatico ad un corrispondente cerchio di montaggio, non illustrato.
Sulla carcassa è disposta in modo noto una fascia battistrada 104, provvista di un disegno a rilievo, definito da intagli 105 e scanalature 106 ricavati nello spessore di detta fascia, destinata al contatto di rotolamento del pneumatico sul terreno.
Tali pneumatici possono comprendere anche una struttura di cintura disposta in corona alla carcassa, interposta fra carcassa e fascia batistrada, sostanzialmente estesa da un fianco all’altro del pneumatico, cioè larga quanto la fascia battistrada, comprendente almeno due strati 107 e 108 radialmente sovrapposti di cordicelle di rinforzo, preferibilmente metalliche, parallele ira loro in ciascuno strato ed incrociate con quelle dello strato adiacente rispeto al piano equatoriale del pneumatico, e preferibilmente anche uno strato radialmente più esterno di cordicelle di rinforzo orientate a 0°, cioè in direzione circonferenziale. Varianti alla struttura ora descritta sono comunemente note per scopi specifici di impiego del pneumatico e possono essere applicate anche nei pneumatici secondo l’invenzione.
In particolare, il pneumatico prodotto con lo stampo prototipo dell’invenzione è un pneumatico vettura a carcassa radiale, misura 225/55R16, di struttura tradizionale, provvisto del disegno battistrada illustrato in Figura 2, oggetto della domanda italiana di brevetto No. MI931119 del 31 maggio 1993 cui si rimanda per eventuali dettagli.
L'apparato 1 non forma oggetto della presente invenzione, e viene pertanto descritto solo nei suoi componenti essenziali. Peraltro, l'apparato 1 in quanto tale è di per sé noto e già utilizzato in altri settori tecnologici, prevalentemente per realizzare modelli e/o prototipi di parti di macchine. A titolo indicativo, apparati del tipo utilizzabile per l'attuazione del metodo in oggetto sono commercializzati dalle ditte “3D” ed “EOS”.
Tutto ciò premesso l'apparato 1 comprende una camera di contenimento 2 riempita con una polvere sinterizzabile 3, ad esempio in materiale metallico avente granulometria compresa fra 30 μ e 100 μ, preferibilmente dell’ordine di 40 μ. Polveri adatte all’impiego sono ad esempio commercializzate dalla ditta “Elettrolux”. La camera di contenimento 2 presenta un lato aperto 2a da cui affiora la superficie superiore 3a della massa di polvere sinterizzabile 3. Da parte opposta al lato aperto 2a la camera di contenimento 2 presenta una parete di fondo 2b costituita da un piattello di sollevamento 4 scorrevole assialmente nella camera di contenimento stessa in direzione del lato aperto 2a di quest'ultima. Il piattello di sollevamento 4 è assoggettato, attraverso uno stelo 4a, all'azione di mezzi di movimentazione 4b solo schematicamente rappresentati, attivabili per far compiere al piattello di sollevamento stesso un breve spostamento verso il lato aperto 2a della camera di contenimento 2, come indicato dalla freccia "A".
Di fianco alla camera di contenimento 2 è predisposta una camera di raccolta 5 dotata di un rispettivo lato aperto 5a sostanzialmente complanare al lato aperto 2a della camera di contenimento stessa. La camera di raccolta 5 presenta una corrispettiva parete di fondo 5b costituita da un piattello di supporto 6 scorrevole assialmente nella camera stessa. Attraverso un rispettivo stelo di comando 6a, il piattello di supporto 6 è assoggettato all'azione di rispettivi mezzi di movimentazione 6b attivabili per conferire al piattello stesso un breve spostamento in allontanamento dal lato aperto 5 a della camera di raccolta 5, come indicato dalla freccia "B".
L'apparato 1 prevede inoltre una racla di distribuzione 7 operante sostanzialmente nel piano di giacitura dei lati aperti 2a, 5a delle camere di contenimento 2 e di raccolta 5.
Su azione di mezzi di comando 7b operanti su uno a stelo di collegamento 7a, la racla di distribuzione 7 è azionata con moto alternato per passare sopra le camere di contenimento e di raccolta 5 in corrispondenza dei loro lati aperti 2a e 5a, come indicato dalla freccia "C". In corrispondenza del lato aperto 5a della camera di raccolta 5 operano inoltre mezzi di riscaldamento localizzato preferibilmente costituiti da almeno un raggio laser 8 prodotto da una fonte di emissione 9 e deviato verso la camera di raccolta stessa mediante uno specchio 10 o equivalenti mezzi di deviazione ottica.
Durante il funzionamento dell'apparato 1, il piattello di sollevamento 4 viene mosso secondo un tratto predeterminato verso il lato aperto 2a della camera di contenimento 2 in modo da sollevare leggermente la superficie superiore 3a della massa di polvere sinterizzabile 3 rispetto al piano di giacitura del lato aperto stesso. Simultaneamente, il piattello di supporto 6 viene allontanato dal lato aperto 5a della camera di raccolta 5 secondo un tratto equivalente allo spostamento compiuto dal piattello di sollevamento 4. A seguito di un ciclo di movimentazione di andata e ritorno della racla di distribuzione 7 la povere sinterizzabile 3 affiorante dal piano di giacitura del lato aperto 2a viene trasferita nella camera di raccolta 5 e deposta in modo da formare uno strato di predeterminato spessore sopra la superficie di fondo 5b definita dal piattello 6 o sopra lo strato o gli strati di polvere previamente depositati nella camera di raccolta stessa.
Lo strato di polvere sinterizzabile deposto nella camera di raccolta 5 nel modo sopra descritto viene quindi sottoposto all'azione del raggio laser 8 che si rivela in grado di determinare la sinterizzazione localizzata della polvere nel punto colpito dal raggio stesso. Su azione di mezzi di movimentazione (non illustrati) operanti sullo specchio 10, il raggio laser 8 viene movimentato sullo strato di polvere depositato nella camera di raccolta 5, all'interno di almeno un'area di movimentazione delimitata da uno sviluppo perimetrale predeterminato.
La movimentazione dello specchio 10, e quindi del raggio laser 8, è gestita da un'unità elettronica di governo programmabile 11 , che può vantaggiosamente sovraintendere anche al funzionamento di tutti gli attuatori 4b, 6b, 7b previsti nell'apparato 1, nonché dell'unità di emissione 9.
Le particelle di polvere 3 colpite dal raggio laser 8 nell'area o nelle aree di movimentazione summenzionate vengono reciprocamente saldate nei punti di reciproco contatto, dando così origine ad una o più porzioni laminari sinterizzate di struttura solida. Lo spessore di ogni porzione laminare sinterizzata corrisponde sostanzialmente allo spessore dello strato di polvere precedentemente depositato, mentre i suoi contorni coincidono con lo sviluppo perimetrale della corrispondente area di movimentazione del raggio laser 8.
Gli spessori degli strati di polvere depositati successivamente, e quindi delle porzioni laminari sinterizzate conseguentemente ottenute, possono essere variati modificando l'entità dello spostamento compiuto dai piattelli 4 e 6 prima del passaggio della racla 7, e vengono scelti in funzione della potenza del raggio laser 8 disponibile ed in funzione delle esigenze di precisione geometrica e dimensionale da ottenersi sullo stampo in fase di realizzazione.
In una soluzione realizzativa preferenziale lo spessore di ciascuno degli strati di polvere deposti è preferibilmente compreso tra 0,2 e 0,5 mm e più preferibilmente pari a 0,3 mm. Vantaggiosamente, ripetendo ciclicamente il ciclo operativo sopra descritto con riferimento alla deposizione di uno strato di polvere sinterizzabile 3 ed alla sinterizzazione della stessa nelle aree di movimentazione del raggio laser 8, viene facilmente ottenuta una pluralità di porzioni laminari sinterizzate consecutivamente sovrapposte e reciprocamente unite a formare uno stampo di vulcanizzazione o, preferibilmente, una desiderata parte dello stesso.
In accordo con il metodo secondo la presente invenzione, le aree di movimentazione del raggio laser 8 sugli strati di polvere sinterizzabile deposti in successione sono essenzialmente definite da informazioni digitali memorizzate nell'unità elettronica di governo 11. Tali informazioni digitali vengono ottenute, con l'ausilio di un elaboratore elettronico, mediante programmazione ed elaborazione di dati sostanzialmente nelle seguenti due fasi.
Una prima fase consiste essenzialmente nella definizione di una rappresentazione grafica in tre dimensioni della porzione di stampo da realizzarsi. Vantaggiosamente questa fase può essere direttamente conseguita nell'ambito della progettazione dello stampo su un elaboratore elettronico con programma di progettazione del tipo comunemente denominato "C.A.D.".
Tale rappresentazione grafica viene quindi suddivisa in una pluralità di strati sovrapposti di spessore predeterminato, corrispondente o comunque correlato allo spessore degli strati di polvere sinterizzabile da deporsi nella camera di raccolta 5 e, quindi, allo spessore delle porzioni laminari ricavate su azione del raggio laser 8.
Vantaggiosamente la suddivisione della rappresentazione grafica nel modo sopra descritto può essere direttamente effettuata dall'unità elettronica di governo 11 tramite l'elaborazione delle informazioni digitali definenti la rappresentazione grafica stessa. Tali informazioni digitali possono essere immesse nell'unità di governo 11, per esempio, tramite caricamento di un “file” da un comune supporto magnetico o ottico, oppure direttamente tramite interconnessione dell'unità elettronica di governo 11 con un terminale in cui sono state previamente elaborate e/o memorizzate le suddette informazioni digitali.
La figura 2 illustra una porzione di stampo realizzata mediante il metodo in oggetto e rappresenta, in vista frontale, una delle otto matrici 12, ciascuna montata sul corrispondente settore di uno stampo centripeto comprendente, in modo noto, detta corona di oto setori per lo stampaggio della fascia batistrada e due guance assialmente contrapposte operanti in corrispondenza dei fianchi del pneumatico. La figura 5 mostra con il diverso aspeto delle due superfici del pneumatico la linea usuale di separazione fra guancia e setori. Come è facile osservare dalla figura 2, la suddeta matrice 12 presenta rilievi longitudinali 13, orientati parallelamente allo sviluppo circonferenziale del pneumatico, intercalantisi a rilievi trasversali 14 per delimitare rispettive cavità 15 destinate a formare corrispondenti tasselli sulla fascia batistrada del pneumatico. Nelle suddette cavità 15 sono inoltre predisposti rilievi lamellari 16 di limitato spessore, più comunemente deti "lamelle", preposti a definire nei tasselli del pneumatico corrispondenti intagli di larghezza ridotta.
La fìg. 3, rappresentante in prospettiva ingrandita la parte di matrice corrispondente alla zona "N" in fig. 2, illustra la suddivisione della rappresentazione grafica in strati sovrapposti "S", corrispondenti ciascuno ad una delle porzioni laminari sinterizzate otenute.
Da quanto prima descrito risulta evidente che il metodo in oggetto consente la realizzazione di qualunque parte di stampo di qualsivoglia complessità strutturale, in tempi estremamente inferiori ed a costi decisamente ridotti rispetto a quanto implicato dai tradizionali metodi di lavorazione alla macchina utensile: in particolare, alla luce di quanto sopra, il metodo in oggeto si presta ad essere adottato in modo particolarmente vantaggioso per la realizzazione delle matrici degli stampi, la cui configurazione geometrica è resa particolarmente complessa per la presenza dei numerosi rilievi 13, 14. Va in particolare osservato che il tempo di esecuzione della parte di stampo interessata non è in pratica influenzato dalla complessità strutturale della stessa.
E' infati possibile otenere la simultanea realizzazione di tutti i rilievi, ivi comprese le lamelle 16 mediante deposizione di strati successivi di polvere sinterizzabile, intercalati dall'azione del raggio laser 8.
Qualora si desideri realizzare su almeno un fianco del pneumatico almeno una porzione in rilievo, ad esempio definente un elemento grafico di identificazione del pneumatico stesso, (marchio di fabbrica, misura del pneumatico od altre indicazioni) si potrà generare una corrispondente cavità in una porzione di una delle pareti interne dello stampo costituita da polvere sinterizzata.
Il metodo si rivela particolarmente vantaggioso quando si vogliano realizzare tali elementi di identificazione sul pneumatico non come rilievi ma come depressioni o cavità nello spessore della parete del pneumatico: questa scelta richiede di predisporre sulle corrispondenti pareti dello stampo elementi in rilievo al posto delle usuali cavità e risulta improponibile, con le metodologie note, per l’elevatezza del costo di realizzazione.
Nei casi in cui la configurazione geometrica della matrice 12 fosse tale da presentare porzioni di superficie facilmente ottenibili anche tramite lavorazione alla macchina utensile, può essere previsto che solo determinate parti della matrice stessa vengano realizzate mediante il metodo in oggetto.
A titolo indicativo, nell'esempio di fig. 2 la parte centrale della matrice contrassegnata con "H", come pure le guance dello stampo, sono state realizzate tramite lavorazione su macchina utensile, mentre le porzioni laterali "K", aventi conformazione geometrica complessa, sono state più convenientemente realizzate mediante il metodo secondo l'invenzione.
Come sopra descritto, il metodo in oggetto consegue inoltre la programmazione diretta dell'apparato 1 adibito alla realizzazione degli stampi, mediante il semplice caricamento di dati nell'unità elettronica di governo 11, eliminando la necessità dei lunghi interventi richiesti, nella tecnica nota, per la definizione del percorso degli utensili in base all' interpretazione dei disegni fomiti dai reparti di progettazione.
Va inoltre osservato che la presente invenzione permette di conseguire anche diversi inaspettati vantaggi negli stampi o parti di stampo ottenuti.
Nel corso di una prova di stampaggio e vulcanizzazione di un prototipo di pneumatico è stato sperimentato uno stampo sinterizzato privo di canali di sfogo per l’aria.
Ai fini della presente descrizione per canale di sfogo si intende un’apertura che attraversa lo stampo in tutto il suo spessore seguendo una direzione sostanzialmente rettilinea.
A fine vulcanizzazione, dopo estrazione del pneumatico dallo stampo, si è osservato che il pneumatico ottenuto non presentava alcuna delle irregolarità proprie dei pneumatici vulcanizzati con stampi convenzionali privi di canali di sfogo, pur essendo del tutto privo di materozze.
La Richiedente ha intuito che a seguito della sinterizzazione, le particelle di polvere, venendo tra loro stabilmente unite in corrispondenza dei punti di reciproco contatto, lasciavano fra ciascuna particella e le particelle ad essa adiacenti piccole cavità fra loro intercomunicanti, tuttavia chiuse alla penetrazione della gomma. La Richiedente ha trovato che l’ampiezza di queste microcavità può essere agevolmente imposta, ad esempio in relazione alle caratteristiche di viscosità della mescola usata per battistrada e fianchi del pneumatico, scegliendo opportunamente, nell’ambito dei valori prima precisati, la granulometria della polvere utilizzata per la costruzione dello stampo.
In questo modo le suddette cavità intercomunicanti, chiuse alla penetrazione della mescola, offrono tuttavia una sufficiente permeabilità all’aria, tale da permettere una agevole espulsione della stessa attraverso la matrice o altra corrispondente parete dello stampo, durante il ciclo di vulcanizzazione del pneumatico, senza dover ricorrere alla realizzazione degli usuali canali di sfogo richiesti dai metodi noti.
A questo proposito, la figura 6 mostra un dettaglio molto ingrandito del particolare di figura 3, evidenziando solo uno strato laminare sinterizzato: peraltro, tutte le matrici dello stampo prototipo sono state singolarmente realizzate secondo il metodo descritto con riferimento alle figure 1 e 2 utilizzando come apparato per la sinterizzazione il già citato apparato della ditta “EOS”, usando un raggio laser di potenza pari a 30 watt e come polvere di sinterizzazione una polvere in materiale metallico a base di rame, alluminio e ferro avente granulometria dell’ordine di 40 μ, fornita dalla ditta Elettrolux.
In tale dettaglio è visibile una pluralità di particelle di polvere 50 unite in corrispondenza dei loro punti di contatto. Si nota anche la corrispondente pluralità di microcavità 60 che vengono a formarsi tra particella e particella, causa la sostanziale sfericità delle particelle. Risulta ora chiaro perché con un’opportuna scelta delle dimensioni delle particelle è possibile governare l’ampiezza di tali microcavità in modo che la loro dimensione geometrica, in relazione alla viscosità della mescola, sia da un lato sufficientemente grande da permettere un agevole sfogo dell’aria durante la fase di vulcanizzazione e dall’altro sufficientemente piccola da limitare la penetrazione della gomma.
Va comunque osservato che il metodo in oggetto permette di ottenere, se richiesto, i suddetti canali di sfogo dellaria, in particolare di forma cilindrica, con le dimensioni, ed in particolare il diametro, del valore voluto, senza richiedere alcuna lavorazione aggiuntiva, ne alcun incremento dei tempi di lavorazione.
In particolare, lo stampo ottenuto può essere anche provvisto di canali di sfogo 17 che, come esemplificato in fig. 4, sfociano in corrispondenza di superfici critiche sulle pareti interne dello stampo. Questa possibilità si rivela particolarmente vantaggiosa per l’ottenimento di canali di sfogo 17 confluenti perimetralmente sul fondo delle cavità 15, come il canale 70 di figura 6, posto in corrispondenza dell’incrocio fra la nervatura 14 e la lamella 16, vale a dire in zone particolarmente critiche ai fini dell'espulsione dell'aria. Mediante gli attuali metodi di asportazione meccanica di materiale, tale risultato non è conseguibile, o è conseguibile in modo estremamente lento e difficoltoso.
Preferibilmente il diametro dei canali di sfogo 17 realizzati secondo l’invenzione è non superiore a 0.5 mm.
Preferibilmente per limitare ulteriormente la penetrabilità dello stampo da parte della gomma senza limitare troppo le dimensioni delle microcavità, il canale di sfogo costituito da una serie di microcavità 60 radialmente adiacenti, può presentare un andamento non rettilineo.
Lo stampo realizzato in accordo con la presente invenzione si presta vantaggiosamente per conferire desiderate caratteristiche estetiche e/o funzionali sui pneumatici prodotti, quale ad esempio una goffratura della superficie esterna.
La rugosità superficiale conferibile allo stampo mediante la sinterizzazione delle polveri favorisce l’eventuale trattamento delle superfici interne dello stampo tramite applicazioni di rivestimenti polimerici, finalizzati ad esempio a favorire lo scorrimento dellaria verso i canali di sfogo e/o a facilitare il distacco del pneumatico all'atto del'apertura dello stampo. In accordo con una possibile variante realizzativa dell'invenzione, possono essere impiegate polveri sinterizzabili in materiale a base di ceramica.
Gli stampi in materiale ceramico sinterizzato così ottenibili rendono possibile eseguire la vulcanizzazione del pneumatico mediante apporto di calore tramite microonde, anziché tramite il vapore comunemente impiegato negli attuali processi di vulcanizzazione. Va osservato che la vulcanizzazione mediante microonde offre, rispetto all'impiego del vapore, il grosso vantaggio determinato dalla possibilità di differenziare l'apporto di calore da una zona all'altra del pneumatico in funzione di specifiche esigenze. Vantaggiosamente durante la vulcanizzazione la quantità di calore apportata alla zona del tallone del pneumatico sarà maggiore di quella apportata alla zona di cintura/battistrada che a sua volta sarà maggiore di quella apportata alla zona dei fianchi, in relazione ad esempio allo specifico spessore della parete del pneumatico nelle tre diverse zone.
Originalmente e vantaggiosamente, lo stampo realizzato in accordo con la presente invenzione può essere dotato di lamelle 16 ricavate di pezzo con le restanti parti dello stampo e presentanti, all'occorrenza, variazioni di spessore nella loro sezione trasversale. Dalla possibilità di realizzare siffatte lamelle consegue, oltre al'eliminazione dei costi necessari, nella tecnica nota, per realizzare ed impegnare le singole lamelle all'intemo dello stampo, la possibilità di ottenere particolari caratteristiche funzionali nei pneumatici tramite predisposizione di sottosquadri o altre particolari configurazioni geometriche negli intagli lamellari, così come nelle scanalature longitudinali e trasversali, ricavati nei pneumatici stessi.
Va osservato che l’abbattimento di costi conseguito dalla presente invenzione nell'ambito della produzione degli stampi è tale da rendere conveniente Γ impiego degli stampi così realizzati anche per la produzione di piccoli lotti di pneumatici, o addirittura per la realizzazione di pneumatici-prototipo nell'ambito dello studio e progettazione di nuovi disegni battistrada. Infatti, la realizzazione dello stampo mediante il metodo in oggetto si rivela economicamente vantaggioso anche rispetto alle attuali tecniche di realizzazione di pneumatici prototipo, che ricorrono a manodopera specializzata per praticare manualmente sulla fascia battistrada gli intagli e le scanalature del disegno in via di definizione.
In aggiunta, a riduzione dell’impatto ambientale della tecnologia ed ulteriore vantaggio sui costi di produzione, è importante notare come lo stampo, una volta completato il ciclo produttivo, può essere trasformato nuovamente in polvere. Ciò viene realizzato triturando lo stampo, cioè le parti in polvere sinterizzata, mediante macinatura con metodi e mezzi noti. La polvere così ottenuta può essere riutilizzata senza difficoltà per la produzione di un nuovo stampo.
Naturalmente il tecnico dell’arte, dopo aver compreso l’invenzione come sopra descritta, potrà effettuare modifiche, varianti e sostituzioni delle variabili associate alla presente invenzione allo scopo di soddisfare specifiche e contingenti esigenze applicative secondo ogni sua necessità.
In particolare, il metodo secondo l'invenzione si presta ad essere applicato anche su stampi per pneumatici del tipo realizzato in due semiparti, o comunque diverso dal tipo centripeto richiamato nel corso della precedente descrizione.

Claims (25)

  1. R I V E N D I C A Z I O N I 1. Metodo per la realizzazione di stampi di vulcanizzazione particolarmente per pneumatici di veicoli, comprende le seguenti fasi: deporre uno strato di polvere sinterizzabile (3); sottoporre lo strato di polvere (3) a mezzi di riscaldamento localizzato (8) per determinare una sinterizzazione della polvere (3) nei punti interessati dall'azione di detti mezzi di riscaldamento localizzato (8); muovere i mezzi di riscaldamento localizzato (8) sullo strato di polvere (3) in almeno un'area di movimentazione delimitata da uno sviluppo perimetrale predeterminato, per dare origine ad almeno una porzione laminare sinterizzata; ripetere ciclicamente la sequenza di fasi sopra elencate per formare almeno una parte (12) di detto stampo mediante ima pluralità di porzioni laminari sinterizzate consecutivamente sovrapposte e delimitate ciascuna da un rispettivo sviluppo perimetrale.
  2. 2 Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le aree di movimentazione di detti mezzi di riscaldamento localizzato (8) vengono definite mediante informazioni digitali ottenute tramite programmazione ed elaborazione di dati su un elaboratore elettronico.
  3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta programmazione è attuata nelle seguenti fasi: definizione di una rappresentazione grafica in tre dimensioni della porzione di stampo (12) da realizzarsi, suddivisione di detta rappresentazione grafica in una pluralità di strati sovrapposti ("S") di spessore predeterminato, corrispondenti ciascuno ad una delle porzioni laminari sinterizzate da crearsi mediante movimentazione dei mezzi di riscaldamento localizzato (8) sullo strato di polvere sinterizzabile (3), la movimentazione dei mezzi di riscaldamento localizzato (8) essendo attuata su comando di un'unità elettronica di governo (11) in cui sono memorizzate dette informazioni digitali.
  4. 4. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che a seguito della sinterizzazione le particelle di polvere sinterizzabile vengono unite reciprocamente lasciando fra ogni particella e le particelle adiacenti cavità fra loro intecomunicanti.
  5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato del fatto che lo spessore di ciascuno di detti strati ("S") è compreso fra 0,2 mm e 0,5 mm
  6. 6. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la polvere sinterizzabile (3) presenta una granulometria compresa fra 30 μ e 100 μ.
  7. 7. Metodo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che la polvere sinterizzabile è in materiale a base ceramica.
  8. 8. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di riscaldamento localizzato comprendono almeno un raggio laser (8).
  9. 9. Stampo di vulcanizzazione per pneumatici di veicoli, comprendente pareti interne provviste di rilievi superficiali (13, 14) atti a definire intagli e scanalature su un pneumatico in lavorazione, caratterizzato dal fatto che il materiale costituente almeno una parte di dette pareti interne, è costituito da una polvere sinterizzata.
  10. 10. Stampo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che la polvere sinterizzata costituente dette pareti interne presenta particelle (50) reciprocamente unite in corrispondenza di rispettivi punti di giunzione ed intercalate a cavità (60) reciprocamente intercomunicanti.
  11. 11. Stampo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che comprende rilievi lamellari (16) in materiale sinterizzato solidali con le pareti interne dello stampo.
  12. 12. Stampo secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che detti rilievi lamellari (16) presentano variazioni di spessore nella loro sezione trasversale.
  13. 13. Stampo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che comprende canali di sfogo dell'aria (17) sfocianti in corrispondenza della base dei rilievi superficiali sulle pareti interne dello stampo.
  14. 14. Stampo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che dette pareti interne presentano almeno una goffratura superficiale.
  15. 15. Stampo di vulcanizzazione per pneumatici di veicoli caratterizzato dal fatto di comprendente una pluralità di piccole cavità tra loro intercomunicanti atte a permettere l’espulsione dell’aria dallo stampo durante il ciclo di vulcanizzazione.
  16. 16 Stampo secondo la rivendicazione 15 caratterizzato dal fatto di comprendere ulteriori canali di sfogo dell'aria (17), preferibilmente sfocianti in corrispondenza di superfici incurvate sulle pareti interne dello stampo.
  17. 17. Pneumatico per ruote di veicoli, comprendente una carcassa toricamente conformata, una coppia di fianchi assialmente contrapposti terminanti in talloni, destinati all'ancoraggio del pneumatico ad un corrispondente cerchio di montaggio, ed una fascia battistrada posta in corona a detta carcassa, destinata al contatto di rotolamento del pneumatico sul terreno, caratterizzato dal fatto di essere stato vulcanizzato in uno stampo di vulcanizzazione comprendente pareti interne atte a definire la superficie esterna di detto pneumatico in lavorazione, dove il materiale costituente almeno una parte di dette pareti interne, è costituito da particelle di polvere sinterizzata.
  18. 18. Pneumatico per ruote di veicoli secondo la rivendicazione 17 caratterizzato dal fatto che la porzione di superficie esterna definita da detta parte delle pareti interne costituita da una polvere sinterizzata comprende la superficie di detta fascia battistrada.
  19. Pneumatico per ruote di veicoli secondo la rivendicazione 18 caratterizzato dal fatto che detta fascia battistrada presenta un disegno a rilievo definito da intagli e scanalature prodotti in detta fascia da corrispondenti rilievi superficiali (13,14) ed elementi lamellari (16) ricavati su detta parte delle pareti interne costituita da una polvere sinterizzata.
  20. 20. Pneumatico per ruote di veicoli secondo la rivendicazione 17 caratterizzato dal fatto di presentare su almeno un fianco almeno una porzione in rilievo, generata da una corrispondente cavità ricavata in una parte di dette pareti interne costituita da una polvere sinterizzata, definente un elemento grafico di identificazione del pneumatico.
  21. 21. Pneumatico per ruote di veicoli secondo la rivendicazione 17 caratterizzato dal fatto di presentare almeno parte della sua superficie esterna goffrata.
  22. 22. Metodo per la produzione di pneumatici per ruote di veicoli mediante uno stampo di vulcanizzazione comprendente pareti interne provviste di rilievi (13, 14) e/o cavità superficiali atti a definire corrispondenti cavità e/o rilievi su un pneumatico in lavorazione, caratterizzato dal fatto di usare uno stampo in cui il materiale costituente almeno una parte di dette pareti interne è costituito da particelle di polvere sinterizzata reciprocamente unite fra loro.
  23. 23. Metodo di produzione secondo la rivendicazione 22 caratterizzato dal fatto di usare uno stampo che effettua lo sfogo dell’aria attraverso cavità intercomunicanti, intercalate con i punti di reciproca unione di dette particelle di polvere sinterizzata, così da realizzare pneumatici sostanzialmente privi di materozze.
  24. 24. Metodo di produzione secondo la rivendicazione 22 caratterizzato dal fatto di usare uno stampo comprende almeno una porzione realizzata mediante sinterizzazione di polvere di materiale ceramico.
  25. 25. Metodo di produzione secondo la rivendicazione 24 caratterizzato dal fatto di realizzare la fase di apporto di calore, all’ interno dello stampo, tramite microonde ed in quantità diversa in corrispondenza di diverse zone del pneumatico da vulcanizzare.
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