Curiosità - Camar S.p.A.

LEVE E FULCRI

Giorgio Riva — Wed, 01 Jul 2026 10:44:16 +0000

In questo articolo faremo un piccolo “ritorno alle origini”. Parlando di cilindri idraulici, molto spesso si danno per scontate moltissime nozioni circa forze, momenti, carichi con fulcro rigido o incernierati. Di seguito andremo a recuperare questi concetti apparentemente molto semplici, ma profondamente importanti per la reale comprensione di un sistema di bloccaggio.

Le leve sono infatti oggetti nei quali possiamo imbatterci nella vita di tutti i giorni: quando si taglia un pezzo di carta con le forbici, quando si vuole gustare una noce, quando si deve spostare un carico pesante con una carriola.

Che cosa sono le leve?

Le leve sono “macchine semplici”, formate da un’asta che si muove attorno a un punto fisso, definito fulcro. Grazie all’equilibrio dei momenti le leve consentono, data una forza attiva (quella impressa dall’uomo o da un cilindro idraulico), di generare una forza resistente con una specifica regola di proporzionalità.

Le leve possono essere sfruttate a proprio vantaggio per interagire con altri oggetti, riducendo in modo significativo la forza attiva da applicare.

Qual è il principio di funzionamento delle leve?

Alla base del funzionamento delle leve troviamo, come accennato, l’equilibrio dei momenti. Di conseguenza ci possiamo basare sulla seguente formulazione generale:

Espandendo il significato dei momenti, avremo:

forza F_A che agisce come forza attiva (impressa dall’uomo o da un cilindro idraulico)
braccio a relativo a tale forza
forza F_R che agisce come forza resistente (generata dall’oggetto in genere o dal pezzo da bloccare)
braccio r relativo a tale forza

Tradotto in formula, rispetto a quanto detto sopra avremo quindi equilibro di momenti così indicato:

Qual è il principio di funzionamento delle leve?

Le leve possono essere classificate in due modi, ovvero in base al rapporto tra la forza attiva F_A e la forza risultante F_R, oppure in base alla posizione del fulcro.

Per quanto riguarda il rapporto tra le forze, identifichiamo quindi 3 tipologie:

Leve indifferenti, dove le forze sono uguali e i bracci hanno pari lunghezza;
Leve vantaggiose, dove la forza attiva è inferiore alla forza risultante, ovvero il braccio della forza attiva è superiore a quello della forza risultante;
Leve svantaggiose, dove la forza attiva è superiore alla forza risultante, ovvero il braccio della forza attiva è inferiore a quello della forza risultante.

Se invece guardiamo alla posizione del fulcro, la classificazione delle leve diventa:

Leve di primo genere, in cui il fulcro si trova a metà strada tra forza attiva F_A e forza risultante F_R;
Leve di secondo genere, in cui la forza risultante F_R si trova tra il fulcro e la forza attiva F_A;
Leve di terzo genere, in cui la forza attiva F_A si trova tra il fulcro e la forza risultante F_R.

Esempi di leve

Elenchiamo quindi alcuni tipi di leve che possiamo ritrovare nel quotidiano, per aiutarci a ricordare con facilità le relazioni matematiche:

Leve di primo genere: forbici, altalena a bilico, bilancia a due piatti
Leve di secondo genere: carriola, schiaccianoci, apribottiglie a leva
Leve di terzo genere: pinzette, braccio umano, racchetta da tennis, mazza da baseball

In termini pratici, utilizzando un esempio per ciascuno dei casi elencati, possiamo individuare benefici e svantaggi di ciascun tipo di leva:

Forbici (primo genere, indifferente): il fulcro è tra forza e carico, il vantaggio dipende dalle distanze tra le dita e l’oggetto da tagliare rispetto al fulcro;
Carriola (secondo genere, vantaggiosa): si riduce la forza necessaria per sollevare il carico;
Braccio umano (terzo genere, svantaggiosa): si sacrifica la forza massima esprimibile per ottenere maggiore velocità e precisione di movimento.

Simulatori interattivi di leve

Per rendere più chiara e immediata la comprensione delle leve mettiamo a disposizione 3 semplici simulatori. Questi possono tornare utili anche per una prima stima iniziale delle forze richieste ad uno staffaggio idraulico, dato che i cilindri idraulici cadono direttamente in molti dei casi esemplificati.

Si noti che il parametro di “vantaggio meccanico” altro non sia se un indicatore del fatto che la leva sia vantaggiosa o meno (esprimendo il rapporto tra forza applicata e risultante). Se superiore ad 1, la leva sarà vantaggiosa. Se inferiore a 1, la leva sarà svantaggiosa. Quando pari a 1, la leva sarà indifferente.

Leve di primo genere (leve indifferenti, vantaggiose o svantaggiose)



  
  FulcroForza attiva (FA)Forza risultante (FR)
  
    Forza attiva, FA [N]
    Posizione braccio FA, a [mm]70 mm
    Posizione fulcro, p [mm]170 mm
    Posizione braccio FR, r [mm]290 mm
  
  
  Braccio forza
0 mm
Braccio risultante
0 mm
Forza risultante
0 N
Vantaggio meccanico
0,00

Leve di secondo genere (leve vantaggiose)



  
  FulcroForza attiva (FA)Forza risultante (FR)
  
    Forza attiva, FA [N]
    Posizione braccio FA, a [mm]320 mm
    Posizione fulcro, p [mm]30 mm
    Posizione braccio FR, r [mm]160 mm
  
  
  Braccio forza
0 mm
Braccio risultante
0 mm
Forza risultante
0 N
Vantaggio meccanico
0,00

Leve di terzo genere (leve svantaggiose)



  
  FulcroForza attiva (FA)Forza risultante (FR)
  
    Forza attiva, FA [N]
    Posizione braccio FA, a [mm]120 mm
    Posizione fulcro, p [mm]20 mm
    Posizione braccio FR, r [mm]310 mm
  
  
  Braccio forza
0 mm
Braccio risultante
0 mm
Forza risultante
0 N
Vantaggio meccanico
0,00

Conclusione

Le leve non sono entità astratte, ma oggetti che ritroviamo nel quotidiano. La loro conoscenza può aiutarci a trattare in maniera più consapevole tematiche di bloccaggio pezzi, sia ad azionamento manuale che idraulico.

Nell’ambito dei sistemi di bloccaggio idraulici esistono molteplici possibilità, che molto spesso possono essere ricondotte a principi fisici e meccanici di base. Da questo punto di vista ROEMHELD offre una gamma versatile per il bloccaggio di pezzi in cicli di lavorazione automatizzati e attrezzature speciali. Grazie al vastissimo programma standard, è possibile ottimizzare efficienza, sicurezza e affidabilità di attrezzature industriali in molteplici settori produttivi.

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INDURIMENTO SENZA PROCESSI A CALDO

Guido Riva — Wed, 10 Jun 2026 10:30:57 +0000

Introduzione ai trattamenti termici

I trattamenti termici rappresentano da decenni la soluzione più diffusa per aumentare la durezza dei componenti metallici. Tuttavia, l’aumento dei costi energetici e la crescente attenzione alla sostenibilità stanno spingendo progettisti e responsabili di produzione a valutare processi alternativi.

In molti casi non è necessario indurire l’intero componente: è sufficiente incrementare la durezza superficiale nelle aree soggette a usura, fatica o contatto. Esistono diversi processi che consentono di ottenere questo risultato riducendo significativamente il consumo energetico rispetto alla tempra tradizionale. Tra questi, uno dei più interessanti è la rullatura profonda, un processo che comporta anche il miglioramento della finitura superficiale, ma capace di aumentare durezza e resistenza meccanica.

Che cos’è la durezza e perché è importante indurire un componente?

La durezza di un materiale è definita come la resistenza che oppone alla penetrazione di un altro corpo. Si tratta di una proprietà fondamentale nella progettazione di componenti destinati a sopportare carichi specifici. Particolarmente rilevante è anche la relazione tra durezza e resistenza meccanica.

La durezza può essere richiesta in modo molto localizzato sulla superficie oppure può servire ad aumentare la resistenza dell’intero componente. Per questo motivo ogni progettista e pianificatore della produzione devono avere chiaro perché un determinato componente debba essere indurito.

Come funziona l’indurimento tradizionale tramite trattamento termico?

Durante l’indurimento si induce una trasformazione microstrutturale mirata, che aumenta la resistenza del materiale. Nei materiali ferrosi questo processo sfrutta il fatto che il ferro, a seconda della temperatura, presenta due diversi tipi di reticolo cristallino: cubico a corpo centrato e cubico a facce centrate.

L’applicazione di calore provoca l’espansione del reticolo, creando spazi maggiori tra gli atomi di ferro. Il carbonio diffonde in questi spazi. Se il materiale viene poi raffreddato rapidamente (tempra), il reticolo si contrae intrappolando il carbonio. Questo genera tensioni residue nella microstruttura e ostacola il movimento delle dislocazioni: il materiale diventa più duro.

Nel trattamento termico convenzionale il componente viene portato a una temperatura predeterminata, mantenuto a quella temperatura per un certo tempo, quindi raffreddato in modo controllato e infine rinvenuto per rilasciare le tensioni nella microstruttura e ripristinare un certo grado di elasticità.

Vantaggi e svantaggi del trattamento termico tradizionale

Vantaggi del trattamento termico

Grazie alle relazioni fisiche ben definite tra struttura cristallina e temperatura, il processo è altamente controllabile: mantenendo i parametri di temperatura e tempo di permanenza, il risultato desiderato è garantito. Esistono inoltre vari metodi per il riscaldamento (forni a tunnel, induzione pezzo per pezzo) che rendono il processo scalabile e adatto alla produzione in serie.

Svantaggi del trattamento termico

Il principale limite del trattamento termico è l’elevato consumo energetico. I componenti devono essere portati a temperature superiori a 700 °C e mantenuti per un certo periodo. Le quantità di energia richieste sono considerevoli: secondo l’Agenzia per la Protezione del Clima e l’Energia della Bassa Sassonia, il trattamento termico incide per il 26% sul consumo energetico totale di una catena di processo composta da riscaldamento, formatura, trattamento termico e lavorazione meccanica [1]. In una LCA (Life Cycle Assessment), le categorie “produzione delle materie prime” e “trattamento termico” risultano solitamente i principali driver dell’impronta di CO₂.

Un ulteriore svantaggio è la scarsa flessibilità: i forni a tunnel nella produzione di massa non possono essere semplicemente accesi e spenti, rendendo necessario garantire un utilizzo continuo.

5 metodi alternativi per l’indurimento superficiale

Oltre all’indurimento convenzionale tramite trattamento termico, esistono numerosi processi alternativi per aumentare la durezza superficiale. A seconda della durezza richiesta e della profondità di indurimento necessaria, si può scegliere il processo più adatto.

1. Tempra a fiamma

La superficie del pezzo viene riscaldata rapidamente con una fiamma a gas e poi temprata. Si ottiene uno strato superficiale duro con un nucleo tenace. È particolarmente indicato per componenti di grandi dimensioni o a geometria irregolare.
Principali vantaggi: economicità, flessibilità, possibilità di trattare pezzi di grandi dimensioni.

2. Nitrurazione

L’azoto diffonde sulla superficie del materiale formando uno strato duro e resistente all’usura. Il processo avviene a temperature moderate, preservando in larga misura la precisione dimensionale del componente. Viene spesso impiegato per alberi, ingranaggi e stampi.
Principali vantaggi: minima deformazione, elevata resistenza all’usura.

3. Nitrurazione al plasma

Si utilizza un gas ionizzato (plasma) per introdurre azoto in superficie. Questo processo controllabile consente strati molto uniformi e deformazioni minime. È particolarmente efficace per acciai inossidabili e alto-legati.
Principali vantaggi: elevata precisione, rispetto dell’ambiente.

4. Tempra laser / a fascio

Lo strato superficiale del pezzo viene riscaldato localmente con un laser e poi si auto-tempra. Il processo offre alta precisione e minima distorsione termica. È particolarmente adatto per geometrie complesse o zone funzionalmente critiche.
Principali vantaggi: altissima localizzazione del trattamento, distorsione minima del pezzo.

5. Carbonitrurazione

Combina l’arricchimento di carbonio e azoto nello strato superficiale, ottenendo superfici dure, resistenti all’usura e alla fatica. Viene tipicamente usata per componenti soggetti a carichi elevati come ingranaggi o bulloni.
Principali vantaggi: buona durezza, adatta alla produzione in serie.

6. Rivestimenti (Coating)

Attraverso processi fisici o chimici (ad esempio PVD, CVD) viene applicato uno strato protettivo sottile sulla superficie. Questi rivestimenti migliorano la resistenza all’usura, alla corrosione o al calore, con un impatto minimo sulle proprietà del materiale base.
Principali vantaggi: durezza molto elevata, lunga durata, flessibilità progettuale.

Rullatura a freddo: indurimento senza calore

Un aumento di durezza può essere ottenuto anche deformando plasticamente la microstruttura senza applicare calore: è questo il principio della lavorazione a freddo (cold working). La deformazione a freddo aumenta la densità delle dislocazioni nella microstruttura, ostacolando il loro movimento e aumentando di conseguenza durezza e resistenza.

Come funziona la rullatura a freddo?

Un metodo semplice ed economico è la rullatura a freddo (cold rolling o roll forming). Un rullo di rullatura viene premuto contro la superficie con una forza definita, provocando una deformazione plastica localizzata delle zone prossime alla superficie. Questa deformazione plastica induce elevate tensioni residue di compressione e aumenta la durezza del componente.

Risultati misurabili su acciaio C60

Per portare un esempio pratico, la rullatura a freddo con un utensile idrostatico di tipo HG6 su acciaio C60 (AISI 1060) ha prodotto un aumento della durezza superficiale da 290 HV0,5 a 340 HV0,5, pari a un incremento del 17%. Gli stessi studi hanno dimostrato che questo aumento è possibile anche su acciaio già bonificato (condizione QT): la durezza è passata da circa 755 HV0,5 a 810 HV0,5 [2]. È quindi possibile migliorare ulteriormente una superficie già indurita.

Figura 3: Incremento della durezza di acciaio C60 attraverso rullatura a freddo eseguita con un utensile idrostatico [1]

Quale processo scegliere? Un confronto sintetico

Processo	Applicazione tipica	Vantaggio principale
Trattamento termico convenzionale	Produzione in serie, indurimento a cuore	Alta controllabilità, scalabilità
Tempra a fiamma	Componenti grandi/irregolari	Economicità, flessibilità
Nitrurazione	Alberi, ingranaggi, stampi	Minima deformazione
Nitrurazione al plasma	Acciai inox, alto-legati	Precisione, ecosostenibilità
Tempra laser	Zone critiche, geometrie complesse	Alta localizzazione
Carbonitrurazione	Giunti, ingranaggi ad alto carico	Resistenza usura + fatica
Coating (PVD/CVD)	Componenti funzionali ad alta durezza	Durezza estrema, flessibilità
Rullatura a freddo	Superfici già indurite o da indurire	Risparmio energetico fino al 30%

Conclusione: la rullatura a freddo come alternativa sostenibile

I processi alternativi al trattamento termico rappresentano una risposta concreta alle sfide poste da costi energetici crescenti e obiettivi di decarbonizzazione nell’industria manifatturiera. La rullatura profonda a freddo, in particolare, si distingue per la sua semplicità, economicità e capacità di offrire incrementi di durezza misurabili — anche su superfici già indurite — senza richiedere alcun riscaldamento.

Per progettisti e responsabili della produzione nei settori automotive, aerospaziale e biomedicale, questi processi offrono margini reali di ottimizzazione sia tecnica che economica.

Vuoi saperne di più sulla rullatura a freddo e sugli utensili HG? Leggi i nostri approfondimenti sui fondamenti del processo e sugli utensili della serie HG.

Fonti:

[1] Climate Protection and Energy Agency of Lower Saxony GmbH: Technologies for the decarbonization of process heat in metal forming. Fact sheet, 2024, https://www.nachhaltigkeitsallianz.de/wp-content/uploads/2024/09/2024_KEAN_Faktenblatt_Umformtechnik.pdf

[2] Magalhaes, F. C., Abrao, A. M., Denkena, B., Breidenstein, B., Mörke, T.: Analytical Modeling of Surface Roughness, Hardness, and Residual Stress Induced by Deep Rolling. Journal of Materials Engineering and Performance, 2016

Articolo in lingua originale tedesca disponibile nel TechBlog di Ecoroll

Hai in mente un progetto di finitura superficiale, ma non sai da che parte cominciare? Hai sentito parlare di “rullatura”, ma le informazioni in rete sono frammentarie e difficilmente consultabili? Vuoi scambiare due parole con esperti del settore e capire se il tuo problema ha in realtà una soluzione? Compila i dati qui sotto e verifica la fattibilità della tua idea!

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VALUTAZIONE DELLA VITA UTILE DI UN COMPONENTE

Guido Riva — Sun, 01 Mar 2026 09:23:22 +0000

Come leggere correttamente una curva di Wöhler

Autore: Dr.-Ing. Oliver Maiß, Capo della Ricerca e Sviluppo / Marketing, ECOROLL AG
Traduzione italiana: Ing. Giorgio Riva, CEO / Marketing, CAMAR S.p.A.

I componenti cedono sotto determinati carichi. Per gli ingegneri è quindi fondamentale comprendere a fondo le relazioni tra materiale, geometria, processo di produzione e sollecitazioni previste durante l’uso. I materiali metallici cedono a causa di una cosiddetta rottura improvvisa o rottura per fatica.

Per garantire che macchine, veicoli o altri sistemi meccanici possano funzionare in sicurezza senza causare danni alle persone, oltre che per evitare tempi di fermo imprevisti e i relativi costi, i progettisti e gli ingegneri di produzione devono comprendere la relazione tra sollecitazioni e fatica del materiale.

La rottura improvvisa è molto facile da spiegare: se la sollecitazione supera la resistenza propria di un materiale, sia in un unico caso che dopo pochi cicli di carico il componente si rompe improvvisamente.

La fatica dei materiali, o rottura a fatica, può essere divisa in 3 fasi:

Formazione della cricca o principio di frattura
Nel punto in cui si registra la sollecitazione locale più elevata, solitamente sulla superficie del componente, le prime deformazioni plastiche si verificano a livello dei piani cristallini. Di conseguenza i piani cristallini scivolano l’uno sull’altro, creando una fessura iniziale, ovvero un punto da cui la cricca può poi propagarsi;
Propagazione stabile della cricca o crescita stabile della frattura
Una volta che si è formata una fessura, questa continua ad allargarsi ad oscillazione del carico fintanto che esso persiste. La cricca si propaga lungo la sezione trasversale del componente. Nel quadro di frattura, essa appare finemente strutturata;
Frattura residua
Se la fessura è troppo ampia, l’area della sezione trasversale “portante” del componente si riduce. Se tale area è troppo piccola, si verifica una rottura improvvisa di tipo fragile e il componente si rompe del tutto. L’area interessata dal materiale è inoltre chiaramente identificabile sulla superficie di frattura come una irregolare superficie di rottura fragile.

Analisi di integrità strutturale

Quando si progetta meccanicamente un componente, è fondamentale affrontare la questione della verifica della durata. L’obiettivo è prevedere la durata del componente nel modo più accurato possibile. A tal fine è disponibile un’ampia gamma di strumenti e metodi e occorre tenere conto di determinate condizioni al contorno. Per esempio, è necessario considerare il materiale utilizzato, la geometria del componente e il processo di fabbricazione.

Inoltre, il carico a cui è sottoposto il componente è, ovviamente, un fattore fondamentale. Se il carico in esercizio è di tipo torsionale, non ha senso stimarne la durata sulla base di un progetto previsto per un carico di trazione-compressione. Al centro della verifica dell’integrità strutturale vi è la valutazione della resistenza a fatica, ovvero l’analisi a fatica. Essa costituisce la base sperimentale per la stima iniziale e getta le fondamenta per tutte le ulteriori analisi.

Se il componente è sottoposto a un carico dinamico, viene sottoposto a un carico ciclico definito. Di norma, il carico è regolare e uniforme. Ciò significa che i singoli cicli di carico hanno la stessa durata e gli stessi valori di ampiezza (carico ad ampiezza costante). È ovviamente possibile effettuare prove più complesse, ma non approfondiremo ulteriormente in questa sede.

La curva di Wöhler (o curva S-N)

Il risultato dell’analisi a fatica è solitamente una cosiddetta curva di Wöhler o linea di Wöhler. Essa illustra la relazione tra il numero previsto di cicli di carico (la vita a fatica N) e il carico ammissibile (ampiezza di carico costante ). Viene anche chiamata curva S-N, alla luce delle grandezze rappresentate sugli assi del grafico, ovvero:

S = stress, sforzo/tensione applicata al materiale -> asse delle ordinate
N = number of cycles, numero di cicli di carico subiti dal provino prima della rottura -> asse delle ascisse

August Wöhler (nato nel 1819 a Soltau, a meno di 50 km da Celle, attuale sede della ECOROLL AG!) era un ingegnere ferroviario. Egli scoprì che molti componenti ferroviari cedevano nonostante la sollecitazione ammissibile dal materiale, così come definita all’epoca, non fosse stata superata. A quel tempo i componenti venivano ancora progettati sulla base della resistenza statica.

Secondo le sue osservazioni la sollecitazione ammissibile di un componente diminuiva all’aumentare del numero di cicli di carico. Sulla base delle sue osservazioni, i risultati dell’analisi della resistenza a fatica vengono ancora oggi rappresentati graficamente sotto forma di curva di Wöhler o linea di Wöhler.

Una linea di Wöhler riporta il numero di cicli N sull’asse x e la sollecitazione di carico alla quale il componente ha ceduto sull’asse y. Se si tracciano un gran numero di prove con i rispettivi risultati di cedimento, si ottiene una curva composta da tre parti (Figura 1). A bassi numeri di cicli la curva inizialmente è molto piatta, per poi scendere man mano che il numero di cicli aumenta. Alla fine di questa seconda regione la curva si avvicina nuovamente a un valore costante. Poiché il comportamento a fatica comporta una relazione superproporzionale, la linea di Wöhler viene solitamente tracciata su scala bilogaritmica.

Figura 1: rappresentazione generica di una curva di Woehler (curva S-N)

Le tre sezioni della curva di Wöhler possono essere divise altrettante regioni:

Resistenza di breve termine (fino a circa 10³^…10⁴ cicli di carico)
Resistenza di lungo termine (fino a circa 10⁶…10⁷ cicli di carico)
Limite di fatica

Nel campo delle sollecitazioni a breve termine i carichi sono talmente elevati che la resistenza dipende in larga misura dalle proprietà statiche. Di conseguenza questo campo presenta un andamento relativamente piatto ed è caratterizzato da una curva pressoché costante.

Nel campo di lungo termine si può osservare una relazione inversamente proporzionale:

tra la costante C (senza significato fisico) e la pendenza k della linea di Wöhler.

Il valore di k fornisce un’informazione su quanto sia impattante il comportamento a fatica del componente. Sulla base di questo valore è possibile paragonare diverse curve di Wöhler. Maggiore il valore k, maggiore il calo si resistenza del componente ad alti cicli di carico.

All’estremità della curva di Wöhler è possibile rappresentare idealmente un punto di flesso. Questo punto di flesso segna il passaggio alla regione della resistenza massima. A partire dalla sollecitazione a questo punto, il componente può teoricamente essere sottoposto a carico per un tempo arbitrariamente lungo senza mai cedere.

Esaminando una curva di Wöhler, spesso ci si imbatte nella rappresentazione mostrata nella Figura 2. Ad ogni modo è importante notare che la linea mostrata non indichi una chiara separazione tra due regioni (integrità del componente/rottura). Non tutte le combinazioni al di sopra della linea implicano una “rottura”, e non tutte quelle al di sotto ne implicano l’assenza.

Figura 2: Rappresentazione semplificata di una curva di Woehler (curva S-N), dove notare zona di rottura e assenza di rottura

La curva di Wöhler è il risultato di un’analisi statistica. In sostanza, dietro ogni punto della linea si trova un istogramma con una distribuzione gaussiana. Ciò significa che una certa percentuale di componenti sottoposti a questa sollecitazione si guasterà prima di raggiungere il numero indicato di cicli di carico. La restante parte resisterà a questo numero di cicli di carico e si guasterà in un momento successivo. Ciò è illustrato nella Figura 3. In questo contesto si utilizzano spesso la linea di Wöhler al 10% o la linea di Wöhler al 50%.

Figura 3: Curva di Woehler come risultato statistico di un ampio numero di misurazioni

Prerequisiti per lavorare con una curva di Wöhler

Chiunque lavori con una curva di Wöhler deve soddisfare o osservare alcuni requisiti di base:

Una curva di Wöhler si applica sempre e solo a un componente specifico. La geometria e il materiale devono essere gli stessi. Se, ad esempio, cambia anche solo il raggio di un raccordo, la curva di Wöhler non può più essere utilizzata senza ulteriori approfondimenti per la verifica della resistenza a fatica;
In una curva di Wöhler possono essere raggruppati solo componenti che hanno subito lo stesso processo di fabbricazione. Ciò è dovuto al fatto che anche i processi di fabbricazione influenzano le proprietà meccaniche;
Una curva di Wöhler si applica solo a una singola condizione di sollecitazione definita, ovvero a un rapporto di sollecitazione e a un tipo di carico specifici;
La curva di Wöhler non è una curva binaria^A, bensì il risultato di un’analisi statica. Pertanto nella progettazione dei componenti occorre sempre tenere conto di un fattore di sicurezza^B specifico.

Influenza della superficie e delle zone subsuperficiali sulla curva di Wöhler

La forma della curva di Wöhler di un componente può essere influenzata da vari parametri. Gli effetti delle dimensioni o della geometria del campione sono facili da comprendere. Se un componente è più spesso, è in grado di sopportare un carico maggiore. Se invece nel componente vengono praticati degli intagli, la durata si riduce a causa della concentrazione di sollecitazioni alla base dell’intaglio.

Meno immediate sono invece le influenze delle cosiddette proprietà della superficie e della zona subsuperficiale. Queste proprietà sono fortemente influenzate dal processo di fabbricazione e si manifestano proprio dove agiscono le sollecitazioni più intense, ovvero in superficie.

Le proprietà della zona subsuperficiale, in particolare, vengono sempre più spesso utilizzate nei processi di progettazione per aumentare ulteriormente la densità di potenza dei componenti. Tra le proprietà rilevanti in questo contesto figurano la presenza di tensioni residue di compressione e l’aumento della durezza superficiale.

È possibile ricorrere a processi di lavorazione speciali, come la lucidatura con rullo o la rullatura profonda, per influenzare positivamente le proprietà dei componenti dopo la lavorazione meccanica. In questo processo, un rullo o una sfera di rullatura vengono premute contro la superficie con una forza definita (sia essa meccanica o idraulica). Ciò provoca una deformazione plastica localizzata nella zona esterna. Da un lato la superficie viene lucidata, dall’altro si generano tensioni residue di compressione in profondità (fino a 0,8 mm) e si ottiene un aumento della durezza grazie all’incrudimento.

Per quanto riguarda la curva di Wöhler, una superficie liscia aumenta generalmente la durata di un componente e sposta la curva di Wöhler verso valori di sollecitazione più elevati. Gli avvallamenti della rugosità sulla superficie agiscono come microintagli sotto carico. Ciò comporta un aumento locale della sollecitazione. Se l’intaglio è troppo grande — ovvero se la rugosità è troppo elevata — i microintagli diventano il punto di origine di una cricca, da cui poi progredisce la fessurazione a fatica. Di conseguenza levigare i picchi di rugosità può già portare a un aumento significativo della resistenza alla fatica.

In particolare, la presenza di tensioni residue di compressione ha un effetto positivo sulla pendenza della curva di Wöhler e sulla resistenza a fatica . Confrontando un provino tornito in modo convenzionale con uno sottoposto a distensione delle tensioni, nelle curve di Wöhler si nota che, da un lato, la resistenza a fatica è significativamente spostata verso l’alto.

Dall’altro lato, la curva risulta più piatta. Ciò che non viene influenzato dalla rullatura a freddo, tuttavia, è la resistenza statica, ovvero l’intervallo di resistenza a breve termine. In questo caso, entrambe le curve sono praticamente identiche, anche se l’analisi statistica a volte fa sembrare che la resistenza a breve termine dei provini rullati a freddo sia bassa (Figura 4).

Figura 4: Influenza dei microintagli nella zona superficiale e subsuperficiale di un componente sulla curva S-N

Fonti:

[1] Günther, S., Muhammedi, B., Werner, T., Schlecht, B., Hasse, A., Brosius, A.: “Evaluation of the accuracy of strength analyses for cold-rolled, notched components. 10th VDI Symposium – Shafts and Shaft-Hub Connections 2024,” Nov. 6–7, 2024, Garching near Munich, VDI Reports 2443, 2024, pp. 59–71

Articolo in lingua originale tedesca disponibile nel TechBlog di Ecoroll

Note:

[A] In molte rappresentazioni matematiche una curva (o grafico) deriva direttamente da una relazione analitica tra due variabili. Si pensi alla classica formula della retta, dove ascisse x e ordinate y sono correlate da un coefficiente angolare (m) e da un’intercetta (q). Nel caso della curva di Wöhler avviene il contrario: la relazione tra tensione e numero di cicli non è dedotta teoricamente, ma emerge da risultati sperimentali ai quali viene successivamente adattata una legge empirica, generando una formula matematica.

[B] Il fattore di sicurezza correla un valore massimo nominale con un valore opportunamente maggiorato per tenere conto di eventuali errori di calcolo, usura delle parti, sollecitazioni improvvise al di fuori degli inviluppi di calcolo. Ad esempio, in aeronautica è prassi dimensionare le strutture con un fattore di sicurezza 1,5. Questo permette di garantire prestazioni sicure anche in condizioni al limite delle capacità del velivolo.

L'articolo VALUTAZIONE DELLA VITA UTILE DI UN COMPONENTE proviene da Camar S.p.A..

IRRIGIDITORI ANTIVIBRANTI E MOLTIPLICATORI DI PRESSIONE

Giorgio Riva — Mon, 30 Jun 2025 09:30:00 +0000

Moltiplicatori di pressione idraulica e irrigiditori antivibranti possono fornire una sinergia essenziale per un funzionamento ottimale. Per garantire un opportuno supporto ai pezzi da lavorare, gli irrigiditori antivibranti sono la soluzione adatta, specie quando lavorano ad alta pressione. In certi casi vengono chiamati “puntalini idraulici” e forniscono il giusto supporto ad un particolare meccanico in fase di lavorazione. Rimandiamo all’articolo approfondito per sviscerare in maniera approfondita il loro funzionamento.

Nel momento in cui sia richiesta alta pressione, come fare a generarla? Bisogna utilizzare tassativamente una centralina specifica, oppure esistono sistemi più semplici? La risposta risiede quindi in opportuni sistemi pensati per innalzare appunto la pressione di sistemi nati a bassa pressione (si pensi a valori classici di 70 o 120 bar), innalzandola di varie volte, fino a 350 o 500 bar.

Moltiplicatori di pressione a semplice effetto

In base all’applicazione sono disponibili diverse tipologie di moltiplicatori di pressione. Laddove le quantità d’olio richieste siano minime, i moltiplicatori a semplice effetto con singola vena fluida sono la soluzione più immediata e facile da utilizzare. Il collegamento avviene tramite un singolo raccordo (o canalizzazione), semplificando le attività impiantistiche. Quando il circuito viene completamente riempito d’olio il moltiplicatore non viene azionato, mentre entra in gioco unicamente quando il carico a valle richiede un aumento di pressione.

Moltiplicatori di pressione oscillante

Ove invece permanga la richiesta di una pressione elevata, proprio come nel caso degli irrigiditori antivibranti a 350 o 500 bar, ma serva anche un continuo collegamento con la centralina, i moltiplicatori oscillanti sono invece una soluzione interessante.
I moltiplicatori dinamici richiedono un collegamento su due raccordi (o canalizzazioni) dal lato a bassa pressione, rispettivamente nei collegamenti IN e R. Tramite una specifica meccanica interna, opportuni cassetti oscillanti effettuano la moltiplicazione della pressione fino a 800 bar o pressioni ancora più alte. La porta di uscita H invierà quindi olio ad alta pressione in punti specifici del circuito.

Il moltiplicatore oscillante è un dispositivo a carica continua, che attinge con costanza dal serbatoio della centralina idraulica. Nel giro di pochi secondi la pressione del circuito idraulico viene innalzata fino al valore desiderato, agendo come un sistema on-demand, producendo l’alta pressione solo dove e quando serve.
Il principio di funzionamento è simile a quello di un frigorifero: pur essendo ben diverso l’obiettivo finale (abbassamento della temperatura per conservare i cibi), a livello concettuale il principio di funzionamento è simile. Il compressore del frigorifero si aziona esclusivamente quando serve. Di conseguenza se il termostato interno rileva un aumento della temperatura, che porterebbe ad una variazione rispetto al parametro impostato, il compressore si accende e raffredda il sistema.
Parimenti il moltiplicatore oscillante entra in funzione unicamente se la pressione in uscita risulta più bassa del valore desiderato, con un evidente beneficio sui consumi, costi e non da ultimo per l’ambiente.

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COME FUNZIONA UN IRRIGIDITORE ANTIVIBRANTE?

Paolo Riva — Wed, 17 Jul 2024 00:00:00 +0000

Nell’ambito dei bloccaggi idraulici, esistono tantissime tipologie di cilindri. Gli staffaggi idraulici sfruttano l’olio come sorgente di potenza, per muovere il pistone all’interno di un’opportuna sede al fine di generare una forza. Tale forza può essere coassiale al pistone, generata quindi dal pistone stesso, oppure fornita ad opportuni leveraggi, che contribuiscono allo scaricamento della stessa su un pezzo da lavorare o tenere in posizione. Il particolare potrebbe essere sia un componente da lavorare di fresatura, da forare o comunque volto subire un generico processo di lavorazione meccanica, oppure un componente complesso da testare a banco e tenere in una posizione definita.

Impiego, funzionamento e posizione di montaggio dell’irrigiditore

Gli irrigiditori antivibranti vengono impiegati per irrigidire i pezzi, evitando così vibrazioni e flessioni durante la lavorazione in macchina. Agiscono sempre come punti di appoggio addizionali, portando il bloccaggio in condizioni iperstatiche. Per questo motivo vengono spesso identificati come “puntalini idraulici”.

Per mantenere l’impianto idraulico semplice e contenere i costi dell’idraulica e degli elementi di controllo, gli irrigiditori vengono principalmente proposti nella versione a semplice effetto, ove una molla richiama il perno irrigiditore. Per applicazioni automatizzate, dove il carico e scarico dell’attrezzatura avviene tramite un robot, è invece raccomandabile l’impiego di irrigiditori a doppio effetto, che permettono di definire la posizione e le tempistiche di retrazione con precisione assoluta.

Gli irrigiditori possono essere montati in qualsiasi posizione di montaggio, pur essendo i dati tecnici riferiti al montaggio verticale. In caso di forze elastiche ridotte, il peso del perno irrigiditore e del tassello pressore influiscono sulla forza e sulla velocità di accostamento. Nel corpo degli elementi irrigiditori ad alta pressione è integrata una boccola di serraggio a parete sottile che, durante l’esercizio della pressione idraulica, blocca con forza radiale il perno irrigiditore che a pressione zero poteva muoversi liberamente. Tale modalità di funzionamento richiede una pressione minima di 100 bar. Togliendo la pressione idraulica, il perno torna libero di muoversi.

Nel caso di funzionamento con autobloccaggio, nel corpo degli irrigiditori è inserito un pistone supplementare, necessario per bloccare ulteriormente il perno dell’irrigiditore. Anche in questo caso è richiesta una pressione minima di 100 bar per il corretto funzionamento. Togliendo la pressione idraulica in mandata, per sbloccare del tutto il perno è necessaria una vena idraulica aggiuntiva, utile a far arretrare il pistone supplementare: tali irrigiditori sono quindi unicamente a doppio effetto.

Tipi di azionamento di un irrigiditore antivibrante

Esistono 3 tipi di azionamento:

Posizione di riposo estesa: il perno irrigiditore viene fatto arretrare dal peso del pezzo, vincendo la forza elastica della molla.
Posizione di riposo retratta: il perno irrigiditore viene esteso pneumaticamente e viene portato in retrazione dalla forza della molla.
Posizione di riposo retratta: il perno irrigiditore viene esteso idraulicamente e viene portato in retrazione dalla forza della molla (semplice effetto) o idraulicamente (doppio effetto).

Portata massima e regolazione della portata

Se la portata è troppo alta, la pressione dell’olio aumenta così rapidamente che il perno irrigiditore viene bloccato prima di raggiungere il pezzo. In certi casi potrebbe anche verificarsi un urto col pezzo stesso, che potrebbe comportare un “rimbalzo” e allontanamento del perno, vanificando la funzionalità dell’irrigiditore, vista l’assenza di contatto fisico con il particolare da lavorare.

Ogni tabella di catalogo indica con precisione le portate ammesse, ma nel caso più irrigiditori siano collegati è possibile svolgere un semplice calcolo per verificare la portata complessiva richiesta:

portata pompa <= numero irrigiditori * portata ammessa dal singolo irrigiditore

Nel caso in cui la pompa fornisca una portata d’olio superiore a quella massima ammissibile, bisognerà prevedere uno strozzatore nel raccordo di mandata.

Raschiatore metallico o sintetico

Per proteggere al meglio gli organi interni dell’irrigiditore, tutti i modelli sono dotati di un raschiatore per il perno. Su alcuni modelli è inoltre disponibile un bordo raschiante metallico, per proteggere l’anello raschiante interno da trucioli grezzi e incandescenti, che potrebbero contaminare e danneggiare gli organi interni dell’irrigiditore. Il materiale del raschiatore è anche collegato al tipo di lavorazione, che può avvenire a secco o con fluido refrigerante.

Forza di accostamento e aria di sbarramento

Il pezzo non dev’essere deformato dall’accostamento del perno irrigiditore, di conseguenza il contatto avviene con la forza elastica della molla o pneumaticamente. In base al modello e alla taglia, le forze di accostamento sono minime e variano da 4 a 100 N. Tanto più è lontano il pezzo dal tassello di pressione (nei limiti della corsa disponibile), quanto più la forza di accostamento sarà ridotta, massimizzando la delicatezza del contatto col pezzo stesso. Questo accade perché la molla non ha modo di percorrere tutta la corsa disponibile, non raggiungendo la condizione di compressione “a pacco”.

Nel caso di azionamento pneumatico, la forza di appoggio può essere adattata con precisione tramite una valvola pneumatica regolatrice di pressione. Il raccordo pneumatico serve inoltre come raccordo dell’aria di sbandamento, per garantire ulteriore protezione contro l’infiltrazione di trucioli e del fluido refrigerante. La pressione dell’aria, per garantire un corretto funzionamento, non dovrebbe superare 0,2 bar (altrimenti va a potenziare l’azione della molla, influendo sulla forza di contatto).

Aerazione della camera della molla e spurgo dell’aria

Tutti gli elementi irrigiditori antivibranti nei quali il perno irrigiditore viene accostato al pezzo mediante forza elastica della molla devono essere areati (ad eccezione degli elementi secondo tabella B1.9401). Specialmente nel caso di impiego di liquido refrigerante è assolutamente necessario un raccordo di aerazione, affinchè il fluido stesso non venga aspirato nel corpo del cilindro.
La maggior protezione viene comunque assicurata dall’impiego di aria di sbarramento, come accennato nel capoverso precedente.

Per quanto riguarda il circuito idraulico, invece, la presenza di bollicine d’aria nel circuito può provocare l’allungamento dei tempi di bloccaggio. Di conseguenza, dato che gli irrigiditori richiedono una quantità minima di olio (in certi casi meno di 1 cc), è basilare che il circuito idraulico sia spurgato correttamente. A tal scopo è sempre necessario prevedere dei tappi di chiusura localizzati nel punto più lontano e più alto dell’impianto: attenzione ad eseguire sempre gli spurghi a bassa pressione!

Carico massimo, sovraccarico e forze trasversali

Gli irrigiditori possono assorbire il carico massimo solo quando vengono impiegati alla pressione massima di esercizio. Ogni tabella di catalogo riporta in dettaglio i carichi in base alla pressione utilizzata.
Nel caso di un sovraccarico superiore al 10% dei valori indicati nei diagrammi di carico, il perno può cedere.

Gli elementi irrigiditori assorbono unicamente forze lungo l’asse del perno. Se nel perno irrigiditore vengono introdotte forse trasversali, la boccola di serraggio a parete sottile viene deformata, impedendo di garantire la posizione esatta del pezzo irrigidito. Per ovviare a questo potenziale problema, tutte le forze trasversali generate durante la lavorazione devono essere assorbite mediante l’appoggio fisso del pezzo o con arresti perpendicolari all’asse del perno irrigiditore, aventi lo scopo di proteggere la bussola.

Variazione elastica della lunghezza e tasselli pressori

Gli elementi irrigiditori, come qualsiasi altro componente in acciaio, hanno un comportamento elastico, cioè cedono in presenza di un carico. Il grafico sottostante mostra l’effetto del carico sulla variazione della lunghezza elastica di un irrigiditore.
Tutti gli irrigiditori vengono sempre forniti con un tassello di pressione sagomato, avente una superficie convessa e indurita. Gli irrigiditori non vanno mai usati senza tassello di pressione, in quanto la sua assenza favorirebbe l’infiltrazione di sporco e liquidi.

Nel caso in cui i Clienti abbiano esigenze particolari, è possibile utilizzare tasselli pressori speciali, avendo cura di adottare alcune accortezze:

La superficie di appoggio deve sempre essere dura e convessa, per garantire un contatto puntiforme con il pezzo anche in caso di superfici non in piano;
Una superficie di appoggio in piano deve essere realizzata solo con un tassello di pressione orientabile. Tuttavia si deve tenere conto di una maggiore cedevolezza in caso di carico, in quanto la sfera oscillante ha giochi funzionali maggiori rispetto ad un perno fisso;
Un tassello pressore con punta o scanalatura ha lo svantaggio che le punte, in caso di carico, premono sul pezzo, causando una maggiore cedevolezza. Inoltre si verifica si verifica un accoppiamento di forma, attraverso il quale vengono introdotte forze trasversali nell’irrigiditore, generalmente non ammesse;
Il tappo a vite dei tasselli pressori speciali deve avere la stessa lunghezza e profilo interno di quelli originali;
I tasselli pressori speciali non dovrebbero pesare più di 100 grammi, in modo da garantire l’accostamento elastico e la corsa di ritorno del perno irrigiditore. In caso di tasselli pesanti o prolunghe è necessaria la consulenza di CAMAR, quindi non esitate a interpellarci.

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COME FUNZIONA UNA STAFFA A LEVA?

Paolo Riva — Fri, 12 Jul 2024 00:00:00 +0000

Una staffa a leva si configura come un cilindro idraulico dotato di un pistone che fa compiere ad una leva un movimento basculante, al fine di andare a contatto con il pezzo da lavorare per bloccarlo con una forza opportuna.
In base ai dati forniti dal costruttore è possibile limitare la flessione dello stelo, in quanto costituisce uno degli elementi attorno al fulcro della leva impiegata, per assicurare un serraggio robusto senza sollecitazioni eccessive per il cilindro.
In generale esistono due sistemi meccanici per realizzare una staffa a leva: il classico sistema con fulcro, dove la leva “pendola” in un punto compreso tra pistone e pezzo da bloccare, oppure un sistema a camma esterna, dove il braccio di leva è guidato con un principio molto simile a quello di una staffa rotante.

Se la lunghezza della leva è ottimale (aspetto correlato a pressione idraulica e distanza del punto di applicazione della forza), quando questa viene alzata in posizione di sblocco il particolare risulta facile da estrarre, perché la leva non risulta in alcun modo in conflitto con lo spazio di movimento del pezzo. Nel caso di un carico e scarico robotizzato questo aspetto è molto importante, perché scongiura potenziali urti tra il pezzo, il robot e altre parti dell’attrezzatura.

Le staffe a leva possono essere quindi impiegate con successo in applicazioni di automazione, ove sia contemplato un carico e scarico robotizzato di un attrezzo. Questo in virtù della presenza di controlli di posizione elettrici o idraulici, essenziali per determinare con sicurezza la posizione della staffetta.
Le staffe a leva possono essere cilindri a semplice effetto (con ritorno/apertura a molla), oppure a doppio effetto, richiedendo quindi un’adduzione idraulica da entrambe i lati.

Le pressioni di lavoro variano dai 70 ai 250 bar in base alle necessità, ferma restando la maggior flessibilità offerta da cilindri ad alta pressione, soprattutto laddove siano necessarie molte sequenze e vi siano tanti cilindri da azionare in un ordine specifico. L’altra pressione risulta inoltre benefica nel caso in cui gli spazi siano ristretti, perchè consente di realizzare cilindri molto compatti con capacità di sviluppare forze elevate in poco spazio, consentendo di caricare più pezzi o serrare particolari più piccoli e quindi “ostici”.

All’atto del dimensionamento della leva di bloccaggio è anche bene tenere conto del suo ingombro e delle masse in gioco, che confluiscono in un opportuno momento d’inerzia. Tale parametro ha un influsso diretto sulla vita utile del componente e sulle sollecitazioni che subirà nel corso della sua vita. Per non sollecitare in modo eccessivo i componenti è inoltre necessario tenere sotto controllo la portata d’olio, al fine di evitare che sia troppo elevata e comporti una movimentazione eccessivamente rapida dei cilindri. Le moderne staffe a leva possono effettuare l’operazione di bloccaggio nell’intorno del secondo, grazie ad anni di sviluppo tecnologico. Per garantire una prestazione ottimale è sempre bene dotare il circuito di uno strozzatore, che può svolgere anche la funzione di una rudimentale valvola di sequenza.

Nell’ambito del dimensionamento di una staffa a leva è anche importante che la lunghezza della stessa rispetti i parametri prescritti dal costruttore, così che la staffa possa lavorare al meglio entro i suoi limiti di inviluppo. Oltre certi bracci di leva, infatti, si rende anche necessaria una regolazione adeguata della pressione, proprio per garantire operazioni sicure e ripetibili. In caso di vincoli dimensionali si possono inoltre realizzare leve eccentriche, quindi spostate rispetto ai normali assi orizzontale e verticale.

Il montaggio su un attrezzo può avvenire tramite inserimento in opportune sedi (quindi il corpo della staffa sarà dotato di O-ring sul corpo), tramite l’uso di connettori qualora il piano di montaggio non possa essere rettificato, oppure con l’avvitamento di una flangia collocata in posizione alta o bassa tramite viti.
Per proteggere il cilindro dalla presenza di sfridi, che potrebbero essere ingeriti all’interno del corpo della staffa, è prevista la presenza di raschiatori in materiale sintetico o in metallo, che appunto proteggono il cilindro stesso da eventuali corpi estranei.

Per scegliere il componente ideale non esitate a contattarci, vi guideremo per individuare il prodotto più opportuno per massimizzare la funzionalità della vostra applicazione.

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COME FUNZIONA UNA STAFFA ROTANTE?

Paolo Riva — Tue, 25 Jun 2024 00:00:00 +0000

Nell’ambito dei bloccaggi idraulici esistono tantissime tipologie di cilindri. Gli staffaggi idraulici sfruttano l’olio come sorgente di potenza, per muovere il pistone all’interno di un’opportuna sede al fine di generare una forza. Tale forza può essere coassiale al pistone, generata quindi dal pistone stesso, oppure fornita ad opportuni leveraggi, che contribuiscono allo scaricamento della stessa su un pezzo da lavorare o tenere in posizione.

Il particolare potrebbe essere sia un componente da lavorare di fresatura, da forare o comunque volto subire un generico processo di lavorazione meccanica, oppure un componente complesso da testare a banco e tenere in una posizione definita.

Nello specifico, le staffe rotanti sono cilindri dotati di movimento composito: il movimento verticale del pistone permette di far ruotare la staffetta di bloccaggio (il leveraggio) e allinearlo in una posizione specifica per consentirgli di effettuare una corsa verticale, la quale viene poi effettuata per raggiungere il pezzo e serrarlo. Tale rotazione viene eseguita a mezzo di piste scavate nello stelo, all’interno delle quali scorrono 2 o più sfere (in base al tipo di meccanismo). Opportuni studi della scienza dei materiali permettono di dimensionare correttamente lo stelo, nonché di garantire l’opportuna durevolezza al cilindro.

In virtù del fatto che la forza non viene esercitata direttamente in asse con lo stelo del pistone, è naturale che le staffe rotanti subiscano una flessione. In base ai parametri forniti dal costruttore è possibile fare in modo che tale flessione rimanga entro i limiti di guardia e non solleciti in maniera eccessiva il cilindro. In casi estremi, un carico eccessivo in relazione al braccio di leva potrebbe causare rotture o comunque danni irreparabili al componente. Il costruttore fornisce sempre una serie di tabelle per valutare a colpo d’occhio o con opportune formule la lunghezza del braccio della staffetta in ragione della taglia del componente e della pressione (quindi forza) applicata.

Le staffe a rotanti possono avere rotazione destrorsa o sinistrorsa, al fine di liberare l’area di carico e scarico del pezzo in modo ottimale. Sempre per questioni di spazio possono anche essere definiti angoli di rotazione più o meno grandi, al fine di evitare collisioni, così come una posizione di partenza da cui definire l’angolo di rotazione.
Alcuni modelli di staffe rotanti possono prevedere sofisticati meccanismi di rotazione in piano (quindi senza corsa) pensati per consentirne l’inserimento in nicchie ristrette.

Le staffe rotanti, soprattutto se usate in ambiti di automazione spinta con carico e scarico robotizzato, possono essere dotate di controlli di posizione.
Il controllo può avvenire in forma pneumatica o elettrica, nelle posizioni di bloccaggio o sbloccaggio, così come di entrambe. Proprio al fine del carico e scarico robotizzato è importante soprattutto il monitoraggio della condizione sbloccata, per evitare che il robot tenti di estrarre un pezzo ancora serrato sull’attrezzatura.

L’idraulica di azionamento può essere a bassa (70 bar) o alta (350/500 bar) pressione, per consentire un dimensionamento ottimale dei cilindri. Chiaramente l’alta pressione presenta numerosi benefici, quali la possibilità di ridurre al massimo le dimensioni dei cilindri, impiegare meno olio a parità di corsa e distanziare in modo efficace azionamenti diversi dei serraggi se si volessero usare valvole di sequenza. Inoltre, tenendo opportuni margini in fase di progetto, una pressione più alta “perdona” maggiormente rispetto a quella bassa, dato che è possibile aumentarla o ridurla in maniera più fine nel caso in cui i particolari subiscano eccessive deformazioni o non rimangano in posizione a causa di stime di forza errate.

Le staffe rotanti possono essere impiegate in forma di cilindri a semplice effetto (dove l’apertura è consentita da una molla), oppure a doppio effetto, ideale in caso di automazione. Esistono poi varianti elettromeccaniche nel caso in cui l’applicazione richieda l’assenza di oli o fluidi in generale.

All’atto del dimensionamento della staffetta di bloccaggio è anche bene tenere conto del suo ingombro e delle masse in gioco, che confluiscono in un opportuno momento d’inerzia. Tale parametro ha un influsso diretto sulla vita utile del componente e sulle sollecitazioni che subirà nel corso della sua vita. Per non sollecitare in modo eccessivo i componenti è inoltre necessario tenere sotto controllo la portata d’olio, al fine di evitare che sia troppo elevata e comporti una movimentazione eccessivamente rapida dei cilindri. Le moderne staffe rotanti possono effettuare l’operazione di bloccaggio nell’intorno del secondo, grazie ad anni di sviluppo tecnologico. Per garantire una prestazione ottimale è sempre bene dotare il circuito di uno strozzatore, che può svolgere anche la funzione di una rudimentale valvola di sequenza.

Il montaggio su un attrezzo può avvenire tramite inserimento in opportune sedi (quindi il corpo della staffa sarà dotato di O-ring sul corpo), tramite l’uso di un corpo filettato, oppure con l’avvitamento di una flangia collocata in posizione alta o bassa tramite viti.
Per proteggere il cilindro dalla presenza di sfridi, che potrebbero essere ingeriti all’interno del corpo della staffa, è prevista la presenza di raschiatori in materiale sintetico o in metallo, che appunto proteggono il cilindro stesso da eventuali corpi estranei.

Per scegliere il componente ideale non esitate a contattarci, vi guideremo per individuare il prodotto più opportuno per massimizzare la funzionalità della vostra applicazione.

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Vantaggi dei bloccaggi idraulici

Paolo Riva — Tue, 14 May 2024 00:00:00 +0000

I sistemi di bloccaggio idraulico sono una potente aggiunta a qualsiasi processo di produzione. Combinano i vantaggi del serraggio ad alta precisione con la potenza dell’automazione.

A cosa servono i cilindri di bloccaggio idraulici?

I bloccaggi idraulici sono utilizzati in molti processi di lavorazione meccanica e offrono supporto a molte linee di produzione. I bloccaggi manuali sono utilizzati per sostenere un pezzo che viene tagliato o rimodellato durante una lavorazione meccanica. I serraggi idraulici svolgono la stessa funzione di quelli manuali, ma sono molto più facili da usare e aumentano l’efficienza della produzione grazie alla loro ripetibilità, che contribuisce a ridurre il pericolo di potenziali scarti.

I cilindri idraulici di staffaggio possono essere utilizzati in qualsiasi applicazione di bloccaggio di un particolare, offrendo diversi vantaggi pratici.
In primo luogo, il bloccaggio idraulico riduce il carico di lavoro dell’operatore e i tempi di carico e scarico, automatizzando il ciclo di bloccaggio e sbloccaggio. In secondo luogo, poiché il serraggio è automatizzato, le forze di serraggio sono più costanti in ogni punto del pezzo, riducendo le potenziali non conformità. In terzo luogo, le pinze idrauliche consentono di automatizzare il processo di carico e scarico dei pezzi.

Come funzionano i cilindri di bloccaggio idraulici?

Il fluido idraulico viene pressurizzato da una centralina, il che consente tramile la pressione di applicare una forza a un pistone presente nel cilindro di serraggio. La portata del fluido fa avanzare il pistone, consentendo di trasmettere una forza al pezzo. I cilindri a semplice effetto utilizzano la pressione idraulica per applicare una forza al pezzo e una molla per sbloccarlo (a meno di applicazioni in cui sia la molla a effettuare il bloccaggio, mentre l’olio è usato per sbloccare il cilindro). I cilindri a doppio effetto utilizzano la pressione idraulica per entrambi i cicli di bloccaggio e sbloccaggio, risultando quindi più affidabili in molti contesti, specie nell’automazione.

Perché sono stati introdotti i cilindri idraulici?

La richiesta di una produzione più rapida e di una maggiore automazione delle macchine ha creato l’esigenza di sistemi di bloccaggio avanzati che conosciamo oggi, con caratteristiche prestazionali, dimensionali e meccaniche sempre più spinte. A partire dagli Anni ’50 sono nate le prime applicazioni dell’idraulica nel settore dell’industria, che oggi annovera una infinità di campi ove i bloccaggi automatici e la progressiva adozione di sensoristica hanno rivoluzionato il modo di produrre.

Vantaggi dell’attrezzamento idraulico

Le attrezzature idrauliche di bloccaggio combinano i vantaggi del bloccaggio ad alta precisione con la potenza dell’automazione. Offrono molti vantaggi, tra cui l’aumento dei tassi di produzione, il miglioramento della qualità dei pezzi e l’automazione.

1. Aumento dei tassi di produzione

Serraggio più veloce

L’aumento della velocità di serraggio è uno dei vantaggi più evidenti del bloccaggio tramite centralina idraulica elettrica o pneumatica. L’operatore della macchina può attivare l’intero sistema di bloccaggio da un unico punto in pochi secondi, riducendo radicalmente il tempo necessario per stringere e allentare i morsetti manuali. La maggiore velocità di serraggio riduce quindi il tempo non produttivo che caratterizza i cicli di carico e scarico, senza contare la riduzione significativa degli errori legati ad esempio all’applicazione di coppie di serraggio non corrette. Ma la riduzione dei tempi di carico/scarico è solo uno dei motivi per scegliere il bloccaggio idraulico.

Lavorazione più veloce

Oltre alla riduzione dei tempi di serraggio, i sistemi di bloccaggio idraulici consentono cicli di lavorazione molto più rapidi. I cilindri idraulici offrono una maggiore sicurezza. Invece di affidarsi all’operatore per il corretto serraggio dei morsetti (il che implica l’uso di chiavi dinamometriche, per esempio), i sistemi di serraggio idraulici forniscono forze di serraggio costanti e sempre ripetibili. Le forze di serraggio possono anche essere regolate in base ai requisiti specifici del pezzo. Ciò consente di aumentare le forze di serraggio, permettendo avanzamenti maggiori e velocità più elevate, il tutto garantendo un opportuno margine di flessibilità per adeguare le forze in base alle necessità del momento.

2. Come i cilindri idraulici migliorano la qualità dei pezzi

Il miglioramento della qualità dei pezzi è forse il più grande vantaggio dei sistemi di serraggio idraulico. Questi sistemi migliorano la qualità complessiva e riducono i pezzi di scarto o rifiutati, fornendo forze di serraggio costanti e controllabili, anche grazie a componenti come gli irrigiditori antivibranti. I principali benefici sono:

Funzionamento costante e ripetibile
Forza di serraggio controllata
Irrigiditori antivibranti a regolazione automatica

Funzionamento costante e ripetibile

Una delle caratteristiche principali dei sistemi di serraggio idraulico è la costanza e la ripetibilità delle forze di serraggio. Gli staffaggi ad azionamento manuale si affidano esclusivamente alla forza e alla diligenza dell’operatore. Le pinze idrauliche, invece, sono controllate da una fonte di energia esterna, quindi la forza e il livello di fatica dell’operatore non influiscono sulla forza di serraggio.

Il controllo della forza di serraggio aumenta la sicurezza e l’efficienza della lavorazione. Allo stesso modo, con le staffe rotanti, le staffe a leva, i morsetti flessibili o altre forme di cilindri di serraggio autoposizionanti, la posizione del morsetto sul pezzo è stabilita dal cilindro stesso. Una volta impostati e posizionati correttamente, i morsetti idraulici funzionano allo stesso modo, pezzo dopo pezzo, per tutta la durata della produzione. L’interazione dell’operatore è ridotta, mentre la coerenza e la ripetibilità vengono fortemente migliorate.

Forza di serraggio controllata

I sistemi di bloccaggio idraulico sono regolabili per fornire esattamente la giusta quantità di forza di serraggio. Quando sono necessarie forze di serraggio leggere o pesanti per un pezzo, la forza di serraggio può essere regolata in base alle condizioni specifiche.

Irrigiditori antivibranti a regolazione automatica

Molti pezzi richiedono un supporto aggiuntivo per evitare deformazioni o vibrazioni durante il ciclo di lavorazione. In questi casi, gli irrigiditori antivibranti e autoregolanti sono molto utili. Questi supporti vengono posizionati sotto il pezzo in lavorazione e avanzano fino a incontrarlo, o vengono abbassati caricando il pezzo nell’attrezzatura (in quanto il perno si presenta esteso dalla molla nella condizione di riposo).
Una volta raggiunta la quota desiderata, gli irrigiditori vengono bloccati in posizione dalla pressione idraulica e fungono da appoggi fissi aggiuntivi per tutto il ciclo di lavorazione. Al momento dello scarico, gli irrigiditori tornano in posizione libera e vengono riposizionati con il carico e il bloccaggio di un nuovo pezzo. In questo modo è possibile gestire con facilità qualsiasi differenza nella superficie di appoggio, come gradini o elementi irregolari.

3. Automazione tramite serraggio idraulico

Sequenziamento automatico

Il sequenziamento automatico è la capacità di un sistema di serraggio di azionare pinze e altri dispositivi in un ordine specifico. In molte situazioni di bloccaggio questa caratteristica è importante. I sistemi di bloccaggio idraulico gestiscono il sequenziamento con una o più valvole di sequenza nel circuito idraulico. Queste valvole attivano gli staffaggi e gli altri dispositivi al momento giusto, in base a un dato valore di pressione.

Per ridurre la possibilità di deformazione dei pezzi può essere necessario attivare i morsetti in un ordine specifico. Gli irrigiditori antivibranti spesso riducono la possibilità di deformazione dei pezzi. Quando si utilizzano gli irrigiditori, la prima operazione della sequenza li blocca sotto il pezzo, raggiungendo una posizione predefinita con delicatezza. Una volta che i supporti sono in posizione contro il pezzo è il turno dei cilindri di serraggio, che a loro volta vengono portati a contatto con il pezzo.

La sequenza di operazioni è importante anche quando un cilindro deve essere spostato durante una lavorazione. Una opportuna valvola di bloccaggio sposta il morsetto al passaggio della fresa: quando la fresa è libera, la valvola interviene per consentire al cilindro di bloccare nuovamente il pezzo. In quasi tutti i casi, un sistema di sequenziamento elettrico è molto più veloce e affidabile della sua controparte puramente meccanica.

Funzionamento dei cilindri da remoto

La maggior parte delle operazioni di fissaggio richiede più di un morsetto per trattenere il pezzo. Alcuni di questi morsetti possono essere difficili da raggiungere e rappresentare un pericolo per la sicurezza dell’operatore. Un pezzo di grandi dimensioni, ad esempio, può richiedere sei o più morsetti per trattenere completamente il pezzo. I cilindri idraulici sono invece azionati insieme, da un unico punto, costituendo un valido aiuto per l’operatore e un notevole incremento di sicurezza.

Per eliminare il rischio che gli operatori della macchina si avvicinino al pezzo per stringere una pinza vicino a una fresa, è sufficiente posizionare la valvola di serraggio lontano dalle frese. Questo unico punto di comando remoto riduce notevolmente i tempi e i costi di posizionamento e serraggio manuale di ogni pinza, migliorando la sicurezza dell’operatore ed eliminando attività in punti difficili da raggiungere.

Ulteriori vantaggi del serraggio idraulico

I sistemi di serraggio elettrico offrono numerosi altri vantaggi rispetto al serraggio manuale. Tra questi, l’azionamento remoto delle morse, la riduzione dell’affaticamento dell’operatore, il sequenziamento automatico, la compattezza dell’attrezzatura e l’aumento della capacità della macchina utensile. I vantaggi sono:

Riduzione della fatica dell’operatore
Compattezza dell’attrezzatura
Aumento della capacità della macchina utensile

Riduzione della fatica dell’operatore

L’affaticamento dell’operatore è un aspetto della progettazione spesso trascurato, così come l’ergonomia in generale. La maggior parte degli operatori stringe eccessivamente i morsetti manuali al mattino, stringendoli poco al pomeriggio per via della sopraggiunta stanchezza. I sistemi di serraggio idraulico riducono l’affaticamento dell’operatore sostituendo la faticosa attività di serraggio manuale con il funzionamento costante e controllabile dei cilindri ad azionamento idraulico. Questa coerenza e questo controllo si traducono in tassi di produzione più elevati, nonché in scarti ridotti.

Compattezza delle attrezzature

La compattezza delle attrezzature di bloccaggio idrauliche consente di caricare un maggior numero di pezzi su un’attrezzatura, grazie alla capacità dei morsetti di essere posizionati più vicini tra loro in virtù delle alte pressioni raggiungibili. Un risultato di questo cambiamento è l’aumento della produttività quando il tempo di taglio dei trucioli si allunga e la percentuale di tempo in cui l’attenzione dell’operatore è richiesta diminuisce.

Maggiore capacità della macchina e dell’utensile

La forza di tenuta costante dei morsetti elettrici consente di accelerare i ritmi di lavorazione. L’aumento dei tassi di produzione si traduce in una maggiore capacità della macchina, particolarmente importante per le macchine utensili costose ed altamente tecnologiche sviluppate negli ultimi anni.

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