ITTO20080221A1 - PROCEDURE AND MACHINE FOR THE MANUFACTURE OF GUIDE-SPRING PROFILES - Google Patents
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Description
“Procedimento e macchina per la fabbricazione di profilati guida-molle” "Process and machine for the manufacture of spring-guide profiles"
TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION
Campo dell’invenzione Field of the invention
La presente invenzione si riferisce alla fabbricazione di profilati guida-molle generalmente a forma di arco semi-circolare, del tipo utilizzato in smorzatori torsionali di innesti a frizione per autoveicoli, generalmente noti nella tecnica con la denominazione DMFW (“Dual Mass Fly Wheels”). The present invention relates to the manufacture of spring-guide profiles generally in the shape of a semi-circular arc, of the type used in torsional dampers of friction clutches for motor vehicles, generally known in the art as DMFW ("Dual Mass Fly Wheels") .
Stato della tecnica anteriore State of the prior art
L’attuale metodologia di fabbricazione di siffatti profilati guida-molla prevede tradizionalmente l’impiego di bandelle piane (una delle quali è rappresentata nella figura 1) ottenute mediante tranciatura da un nastro ricotto di acciaio extra dolce Fe3O4. Queste bandelle vengono deformate a freddo per ottenere la configurazione finale ad arco semi-circolare a sezione trasversale concava, così come rappresentata nella figura 2. Il profilato così deformato viene quindi sottoposto ad un processo di ricottura di distensione, seguito da una finitura meccanica e da un trattamento termochimico di indurimento superficiale, denominato “Nitrotec NQ15”. The current method of manufacturing such spring-guide profiles traditionally involves the use of flat strips (one of which is shown in Figure 1) obtained by blanking from an annealed strip of Fe3O4 extra mild steel. These strips are cold deformed to obtain the final semi-circular arc configuration with concave cross section, as shown in Figure 2. The thus deformed section is then subjected to a stress relieving annealing process, followed by a mechanical finish and by a thermochemical surface hardening treatment, called “Nitrotec NQ15”.
Come è noto ai tecnici del settore, tale trattamento prevede quattro fasi successive: As is known to those skilled in the art, this treatment involves four successive stages:
- carbonitrorazione, - carbonitriding,
- ossidazione, - oxidation,
- spegnimento, - shutdown,
- impregnazione con sostanze organiche. - impregnation with organic substances.
Si realizza in tal modo sulla superficie del profilato guida-molle uno strato indurito, avente normalmente uno spessore massimo di 0,15 mm, strutturato dalla superficie verso il cuore in quattro zone: In this way, a hardened layer is created on the surface of the spring-guide profile, normally having a maximum thickness of 0.15 mm, structured from the surface towards the core in four areas:
- strato di ossido Fe3O4- Fe3O4 oxide layer
- strato di collegamento: nitruri, nitriti, carbonitriti, - connecting layer: nitrides, nitrites, carbonitrites,
- strato di azoto ed austenite, - nitrogen and austenite layer,
- zona di diffusione ricca di azoto. - diffusion zone rich in nitrogen.
Con un siffatto trattamento la massima durezza superficiale raggiungibile dal profilato è di circa 650 HV, grazie alla quale si ottiene una migliorata resistenza all’usura del profilato guida-molle durante l’impiego, specificamente agli effetti dello scorrimento reciproco delle superfici a contatto fra guida-molle e molle. With such a treatment, the maximum surface hardness that can be reached by the profile is about 650 HV, thanks to which an improved wear resistance of the spring-guide profile is obtained during use, specifically to the effects of the reciprocal sliding of the surfaces in contact between the guide. - springs and springs.
Tale metodologia convenzionale comporta tuttavia una serie di problemi. However, this conventional methodology entails a number of problems.
In primo luogo il cuore dei profilati così realizzati è relativamente tenero (la durezza massima è dell’ordine di 200 HV) e caratterizzato dalle modeste proprietà meccaniche dell’acciaio scelto, il quale è ottimo per realizzare tubi per trasporto di fluidi ma è in effetti inadeguato in applicazioni dove possono intervenire elevate sollecitazioni per milioni di cicli, come è il caso dei profilati guida-molle a cui l’invenzione si riferisce. Questi profilati così trattati con le metodologie convenzionali sono infatti soggetti a cedimenti per fatica, il che comporta la conseguente avaria dell’innesto a frizione con i costi di ripristino che ne derivano. First of all, the core of the sections thus made is relatively soft (the maximum hardness is of the order of 200 HV) and characterized by the modest mechanical properties of the chosen steel, which is excellent for making pipes for transporting fluids but is in fact unsuitable in applications where high stresses can occur for millions of cycles, as is the case of the spring-guide profiles to which the invention refers. These profiles treated in this way with conventional methods are in fact subject to failure due to fatigue, which leads to the consequent failure of the friction clutch with the resulting restoration costs.
Un ulteriore problema della metodologia convenzionale è relativo alla sua insufficiente produttività, in quanto ogni pezzo deve necessariamente permanere all’interno di un forno di trattamento termico per un tempo considerevole, generalmente non inferiore ad almeno un’ora. A further problem of the conventional methodology is related to its insufficient productivity, as each piece must necessarily remain inside a heat treatment oven for a considerable time, generally not less than at least one hour.
Sintesi dell’invenzione Summary of the invention
Lo scopo della presente invenzione è quello di ovviare ai suddetti inconvenienti, e di realizzare un procedimento per la fabbricazione di profilati guida-molle del tipo sopra definito che siano in grado di assicurare eccellenti proprietà meccaniche dei pezzi prodotti, e più in particolare elevata durezza superficiale e a cuore, con tempi ciclo ridotti. The purpose of the present invention is to obviate the aforementioned drawbacks, and to provide a process for the manufacture of spring-guide profiles of the type defined above which are capable of ensuring excellent mechanical properties of the pieces produced, and more particularly high surface hardness. and at heart, with reduced cycle times.
Il procedimento secondo l’invenzione è essenzialmente caratterizzato dal fatto che le bandelle piane per la fabbricazione dei profilati guida-molle ad arco sono di acciaio al carbonio non legato da bonifica, particolarmente acciaio C55, i quali vengono controllati dimensionalmente e quindi sottoposti ad un riscaldo rapido ad induzione fino a temperatura di austenizzazione, immediatamente seguito da stampaggio mediante pressa e contemporaneo raffreddamento a temperatura martensitica. The method according to the invention is essentially characterized by the fact that the flat strips for the manufacture of the arch spring guide profiles are made of non-alloy carbon steel for quenching, particularly C55 steel, which are dimensionally checked and then subjected to heating rapid induction up to austenization temperature, immediately followed by molding by press and simultaneous cooling at martensitic temperature.
La temperatura di riscaldo è tipicamente compresa fra 900 e 950°C, raggiunta entro un forno ad induzione in un lasso di tempo normalmente compreso fra 15 e 30 secondi. The heating temperature is typically between 900 and 950 ° C, reached within an induction furnace in a period of time normally between 15 and 30 seconds.
Successivamente alla fase di raffreddamento, i profilati possono inoltre essere convenientemente sottoposti a rinvenimento di distensione, tipicamente ad una temperatura di 180°C. After the cooling step, the sections can also be conveniently subjected to stress relieving, typically at a temperature of 180 ° C.
Secondo un altro aspetto, l’invenzione ha pure come oggetto una macchina per l’attuazione in modo continuo del procedimento suddetto, in cui la fase di stampaggio delle bandelle riscaldate ad induzione e contemporaneo raffreddamento dei profilati stampati è convenientemente condotta in atmosfera protetta, tipicamente sotto azoto, con il vantaggio di non richiedere ulteriori operazioni di finitura superficiale dei profilati in uscita dalla macchina. According to another aspect, the invention also relates to a machine for the continuous implementation of the aforesaid process, in which the step of molding the induction-heated strips and simultaneous cooling of the molded sections is conveniently carried out in a protected atmosphere, typically under nitrogen, with the advantage of not requiring further surface finishing operations on the profiles exiting the machine.
Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings
L’invenzione verrà ora descritta dettagliatamente con riferimento ai disegni annessi, forniti a puro titolo di esempio non limitativo, nei quali: The invention will now be described in detail with reference to the attached drawings, provided purely by way of non-limiting example, in which:
- la figura 1 è una vista prospettica che mostra una bandella di partenza per la fabbricazione di un profilato guida-molle mediante il procedimento e la macchina secondo l’invenzione, - Figure 1 is a perspective view showing a starting strip for the manufacture of a spring-guide profile by means of the process and the machine according to the invention,
- la figura 2 è una vista prospettica che mostra il profilato guida-molle ad arco ottenuto al termine del processo di fabbricazione, e - figure 2 is a perspective view showing the arched spring guide section obtained at the end of the manufacturing process, and
- la figura 3 è una vista schematica prospettica che mostra i componenti essenziali della macchina per l’attuazione del procedimento di fabbricazione secondo l’invenzione. - Figure 3 is a perspective schematic view showing the essential components of the machine for the implementation of the manufacturing process according to the invention.
Descrizione dettagliata dell’invenzione Detailed description of the invention
La figura 2 mostra schematicamente un profilato guida-molle G realizzato con il procedimento e la macchina secondo l’invenzione. Il profilato guidamolle G presenta una forma generale ad arco semicircolare con sezione trasversale concava a superficie cilindrica ed è come detto realizzato a partire da una bandella piana di acciaio, indicata con B nella figura 1, avente tipicamente una lunghezza dell’ordine di 25 cm. ed un spessore di 1 mm. Figure 2 schematically shows a spring-guide profile G made with the process and the machine according to the invention. The spring guide profile G has a general semicircular arch shape with a concave cross section with a cylindrical surface and is, as mentioned, made starting from a flat steel strip, indicated with B in Figure 1, typically having a length of the order of 25 cm. and a thickness of 1 mm.
Secondo un primo aspetto dell’invenzione, l’acciaio di cui è costituita la bandella B è un acciaio al carbonio non legato da bonifica tipicamente -seppure non esclusivamente- un acciaio C55. Altri acciai non legati da bonifica utilizzabili per la realizzazione del nastro dal quale le bandelle B vengono tranciate possono essere C50, C68 e C70. According to a first aspect of the invention, the steel of which the strip B is made is an unalloyed carbon steel to be tempered, typically - though not exclusively - a C55 steel. Other non-alloy quenched and tempered steels that can be used to make the strip from which the B strips are sheared can be C50, C68 and C70.
La bandella B è ricavata per tranciatura da un nastro bonificato ed è eventualmente sottoposta ad un trattamento preliminare di finitura, il che tuttavia non è ritenuto strettamente necessario. The strip B is obtained by blanking from a tempered strip and is possibly subjected to a preliminary finishing treatment, which however is not considered strictly necessary.
Riferendosi ora alla figura 3 verranno ora descritte in dettaglio le fasi del procedimento di fabbricazione del profilato G a partire dalla bandella B, così come attuato da una macchina automatica i cui componenti essenziali sono appunto schematizzati nella figura 3. Referring now to Figure 3, the steps of the manufacturing process of the section G starting from the strip B will now be described in detail, as implemented by an automatic machine whose essential components are precisely schematized in Figure 3.
Il processo di trattamento viene condotto sostanzialmente in continuo alimentando le bandelle B ad un magazzino rotante 1, ad esempio dotato di un dispositivo di sollevamento e sfogliamento. The treatment process is carried out substantially continuously by feeding the strips B to a rotating magazine 1, for example equipped with a lifting and stripping device.
Dal magazzino 1 le bandelle B vengono prelevate tramite un manipolatore a ventose 2 e depositate una alla volta su una guida 3 in corrispondenza della quale si procede ad controllo dimensionale, con metodologie generalmente note, per verificare che lunghezza, larghezza e spessore di ciascuna bandella B rientrino nelle tolleranze prestabilite. From the magazine 1 the strips B are taken by means of a manipulator with suction cups 2 and deposited one at a time on a guide 3 in correspondence with which a dimensional check is carried out, with generally known methods, to verify that the length, width and thickness of each strip B fall within the predetermined tolerances.
Le bandelle B non conformi vengono quindi scaricate da parte del manipolatore 2, mentre quelle verificate idonee vengono di volta in volta trasferite, tramite un idoneo spintore non illustrato in quanto alla portata del tecnico del ramo, all’interno di un forno ad induzione 4, anch’esso di tipo generalmente convenzionale. The non-conforming strips B are then unloaded by the manipulator 2, while those verified as suitable are transferred from time to time, by means of a suitable pusher, not shown as far as the skilled person can reach, inside an induction furnace 4, also of a generally conventional type.
Ciascuna bandella B viene sottoposta ad un riscaldo rapido, tipicamente in un lasso di tempo compreso fra 15 e 30 secondi, fino al raggiungimento della temperatura di austenizzazione dell’acciaio, normalmente compresa fra 900 e 950°C. Each strip B is subjected to rapid heating, typically in a period of time between 15 and 30 seconds, until the steel austenization temperature is reached, normally between 900 and 950 ° C.
Eventualmente, ma non necessariamente, la bandella B all’interno dell’induttore 4 può essere sottoposta ad un primo riscaldamento seguito da una stabilizzazione e da un successivo riscaldamento a temperatura di austenizzazione: tuttavia, un unico ciclo di riscaldo fino alla temperatura sopra indicata è considerato preferito, in quanto più vantaggioso agli effetti della produttività. Eventually, but not necessarily, the strip B inside the inductor 4 can be subjected to a first heating followed by a stabilization and a subsequent heating to the austenizing temperature: however, a single heating cycle up to the temperature indicated above is considered preferred, as it is more advantageous to the effects of productivity.
Al termine del riscaldo ad induzione la bandella B viene quindi sottoposta ad un raffreddamento a temperatura martensitica, per completare il trattamento di tempra, mentre contemporaneamente essa viene formata nella configurazione finale ad arco. Ciò si realizza tramite una pressa 5, preferibilmente verticale, con stampo stazionario 6 e controstampo mobile 7 entrambi raffreddati, tipicamente mediante circolazione al loro interno di un liquido di refrigerazione. At the end of the induction heating the strip B is then subjected to a cooling to martensitic temperature, to complete the hardening treatment, while at the same time it is formed in the final arc configuration. This is achieved by means of a press 5, preferably vertical, with a stationary mold 6 and a movable counter-mold 7 both cooled, typically by circulating a refrigeration liquid inside them.
Il forno di riscaldo ad induzione 4 e la pressa 5 di stampaggio e contemporaneo raffreddamento sono convenientemente racchiusi in un ambiente ad atmosfera protetta, tipicamente sotto azoto. The induction heating furnace 4 and the molding and simultaneous cooling press 5 are conveniently enclosed in a protected atmosphere environment, typically under nitrogen.
Al termine della fase di stampaggio e raffreddamento, i profilati guida-molle G vengono inviati ad una stazione di scarico. At the end of the molding and cooling phase, the spring-guide profiles G are sent to an unloading station.
Il ciclo così attuato dalla macchina secondo l’invenzione è completamente automatico ed è operato sostanzialmente in continuo, con tempi ciclo apprezzabilmente ridotti rispetto alle metodologie convenzionali, descritte in precedenza, attualmente utilizzate per la realizzazione dei medesimi profilati. The cycle thus implemented by the machine according to the invention is completely automatic and is operated substantially continuously, with appreciably reduced cycle times compared to the conventional methods, described above, currently used for the production of the same profiles.
I profilati G possono quindi essere sottoposti ad un trattamento finale di rinvenimento di distensione, ad una temperatura dell’ordine di 180°C, realizzato ad esempio tramite un forno a resistenze esterno alla macchina, e non richiedono ulteriori operazioni di finitura. The G profiles can then be subjected to a final stress relieving tempering treatment, at a temperature of the order of 180 ° C, made for example through a resistance furnace external to the machine, and do not require further finishing operations.
I profilati guida-molle G così realizzati presentano eccellenti proprietà meccaniche e di controllo delle deformazioni, unitamente ad un’elevata durezza superficiale e a cuore (superiore a 650 HV). The spring-guide profiles G thus made have excellent mechanical and deformation control properties, together with a high surface and core hardness (higher than 650 HV).
Test sperimentali condotti dalla Richiedente hanno evidenziato che tali profilati guida-molle G così realizzati sono in grado di superare brillantemente prove di risonanza e prove a fatica di oltre 1,5 milioni di cicli a 3000 rpm. Experimental tests conducted by the Applicant have shown that these spring-guide profiles G thus made are capable of brilliantly passing resonance and fatigue tests of over 1.5 million cycles at 3000 rpm.
Naturalmente i particolari di costruzione della macchina per l’attuazione del procedimento potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato, senza per questo uscire dall’ambito della presente invenzione così come definita dalle rivendicazioni che seguono. Of course, the construction details of the machine for carrying out the process may be widely varied with respect to what is described and illustrated, without thereby departing from the scope of the present invention as defined by the following claims.
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| EP2257396A1 (en) | 2010-12-08 |
| WO2009116005A1 (en) | 2009-09-24 |
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