Assemblaggio e Giunzioni
Accoppiamenti per Interferenza
Gli accoppiamenti per interferenza sono utilizzati abbastanza frequentemente per assemblare altri componenti nei getti di zinco, in modo particolare i cuscinetti, siano essi realizzati con elementi a rotolamento oppure in bronzo sinterizzato o ferro. E’ usuale forzare questi cuscinetti all’interno di fori in getti appena colati od in fori precedentemente calibrati (vedi l’operazione di “ballizing”).
Carico di Bloccaggio
E’ opportuno precisare che l’accoppiamento per interferenza realizza, di solito, uno sforzo iniziale nel getto destinato a rilassarsi abbastanza rapidamente sino ad un valore “finale” inferiore, la cui entità dipende dalla temperatura e dal tipo di lega scelto. Il carico sulla parte incastrata dipende dalla sollecitazione presente nella parte circostante del getto e dalla sua sezione. Per questa ragione una sezione a parete maggiore intorno al pezzo inserito si traduce in una tenuta maggiore.
E’ una pratica comune specificare la capacità di tenuta indicando il carico di distacco, il quale corrisponde alla forza assiale richiesta per separare due pezzi. Si noti che questa forza non può essere determinata utilizzando le comuni formule dei libri di testo inerenti alla pressione nell’interfaccia tra elementi cilindrici per le seguenti ragioni:
le formule per la pressione d’interferenza sono applicabili soltanto ai cilindri, mentre gli elementi reali di solito presentano dei tratti irregolari;
non esistono dati sufficienti riguardo al coefficiente d’attrito tra le leghe di zinco e gli altri metalli alle pressioni sviluppate negli accoppiamenti per interferenza;
le leghe di zinco si rilassano causando con il passare del tempo una diminuzione delle forze d’interferenza;
in condizioni d’interferenza elevata, durante l’assemblaggio, un pezzo d’acciaio rimuove il metallo da uno in lega di zinco alterando le dimensioni di quest’ultimo.
Carichi di Compressione
Ci si riferisce agli accoppiamenti per interferenza con getti in cui la lega di zinco è sottoposta a compressione (cuscinetto pressato su un mozzo pressocolato) o dove i cuscinetti a rotolamento sono pressati all’interno del pressocolato. La tenuta può essere assistita da mezzi supplementari, come gli adesivi, la ricalcatura oppure la crimpatura. Un valore di riferimento raccomandato per l’interferenza è quello che va da 0.0005 a 0.0010mm per ogni mm di diametro, previa verifica mediante opportuni test. Il progettista dovrebbe indagare, secondo la metodologia di test e sviluppo, sugli effetti dell’aumento dell’interferenza per incrementare la tenuta. Nella realtà, durante l’operazione d’assemblaggio, si può verificare una rimozione parziale di materiale con il risultato di non consentire agli sforzi il raggiungimento dei livelli previsti dai calcoli.
Carichi di Trazione
Nel caso dei cuscinetti accoppiati per interferenza è necessario considerare gli effetti che le variazioni di sezione lungo perimetro del foro (conseguenti all’accoppiamento) possono avere sulla forma rotonda, la linearità ed il parallelismo del foro stesso. Bisognerebbe quantificare anche gli effetti di queste variazioni di sezione sulla rigidità strutturale nei diversi piani: queste variazioni portano nel cuscinetto, dopo il bloccaggio, ad una distorsione che può essere più o meno accettabile.
I coefficienti d’espansione termica relativa del pressocolato di zinco e del pezzo accoppiato possono rappresentare un fattore determinante nel caso delle applicazioni a temperatura elevata, specialmente nel caso di componenti soggetti a fluttuazioni di temperatura. Solitamente il pezzo accoppiato in un getto di zinco ha un coefficiente d’espansione inferiore: la conseguenza è che al crescere della temperatura lo sforzo nel getto diminuisce, con la conseguente riduzione del carico di tenuta. Nonostante non sia desiderabile da un punto di vista funzionale, entro certi limiti questo fenomeno tende a contrastare l’aumento del tasso di rilassamento che ha luogo a temperature più elevate
Accoppiamento di Cuscinetti Sinterizzati (anche inserti solidi)
Per i cuscinetti sinterizzati è stata approntata una tecnica differente, che richiede delle tolleranze meno rigorose, in grado di dare risultati molto affidabili in termini di proprietà di tenuta e di diametro interno del cuscinetto assemblato. E’ opportuno specificare che quest’approccio è valido soltanto nel caso in cui il cuscinetto è pressato in una sezione tubolare del getto adeguatamente rafforzata da nervature e con uno spessore costante. Durante l’inserimento del cuscinetto l’entità dell’interferenza con il getto dovrebbe essere stabilita in modo da provocare il superamento del limite elastico del pressocolato: come riferimento, l’espansione diametrale causata dal forzamento dovrebbe eccedere lo 0.25%. In linea di principio questo consente di ottenere un diametro interno del cuscinetto uniforme, a condizione che il cuscinetto sia correttamente pressato con un punzone calibratore. Ciò che si osserva è che il diametro interno del cuscinetto tende ad aumentare nei primi minuti dopo l’inserimento, mentre in seguito rimane pressoché costante. Data la scarsa importanza che riveste l’entità del superamento del limite elastico del getto (senza ovviamente che questo si rompa), la tolleranza della cavità interna in cui è inserito il cuscinetto può essere ragionevolmente generosa, a patto che la sezione circostante sia abbastanza uniforme.
Accoppiamento di Cuscinetti ad Elementi Rotanti
Per i cuscinetti ad elementi rotanti, l’approccio sopra riportato può produrre uno sforzo eccessivo danneggiando perciò l’anello del cuscinetto così come i rulli o le sfere. Un modo per evitare quest’inconveniente è l’utilizzo delle nervature ondulate: esse consentono il superamento locale del carico di snervamento della lega, senza sviluppare una sollecitazione eccessiva sul cuscinetto. Si ha dunque un allargamento considerevole della tolleranza diametrale interna del foro, eliminando il ricorso ad operazioni secondarie prima dell’assemblaggio. Questo approccio, se richiesto, può essere utilizzato anche nel caso dei cuscinetti sinterizzati. Si noti che le forze di tenuta raggiunte sono inferiori rispetto a quelle di un accoppiamento diametrale completo: la tenuta del cuscinetto, sinterizzato od a rotolamento, può essere migliorata crimpando un’apposita linguetta ricavata sul getto.
Le nervature ondulate possono essere utilizzate in un accoppiamento a pressione per sviluppare la maggior parte della forza di tenuta; inoltre, esse non richiedono le tolleranze dimensionali associate con l’accoppiamento ad interferenza. Le nervature devono essere piccole, con un valore tipico pari a 0.4mm. Un leggero scarico sul fondo può migliorare il flusso plastico della nervatura.