IT201900006551A1

IT201900006551A1 - METHOD OF CUTTING ALUMINUM AND CUTTING MACHINERY

Info

Publication number: IT201900006551A1
Application number: IT102019000006551A
Authority: IT
Inventors: Alberto Mazzer
Original assignee: Euromeccanica Mazzer S R L
Priority date: 2019-05-06
Filing date: 2019-05-06
Publication date: 2020-11-06

Description

Descrizione dell’invenzione avente per titolo: Description of the invention entitled:

“METODO DI TAGLIO DELL’ALLUMINIO E MACCHINARIO DI TAGLIO” "METHOD OF CUTTING ALUMINUM AND CUTTING MACHINERY"

Descrizione Description

Campo della tecnica Field of technique

La presente invenzione opera nell’ambito della meccanica industriale. In particolare il macchinario in oggetto è dedicato al taglio dell’alluminio risolvendo le problematiche tipiche delle successive fasi di lavorazione come il decappaggio o pulizia e la teflonatura. The present invention operates in the field of industrial mechanics. In particular, the machinery in question is dedicated to cutting aluminum, solving the typical problems of the subsequent processing stages such as pickling or cleaning and Teflon coating.

Arte nota Known art

L’alluminio è un metallo duttile color argento, noto e largamente utilizzato in industria grazie alle sue caratteristiche di morbidezza, leggerezza e resistenza all’ossidazione, dovuta alla formazione di un sottilissimo strato di ossido che impedisce all’ossigeno di corrodere il metallo sottostante. L’alluminio grezzo viene lavorato tramite diversi processi di produzione industriale, quali ad esempio la fusione, l’estrusione, la forgiatura o lo stampaggio. Aluminum is a silver-colored ductile metal, known and widely used in industry thanks to its characteristics of softness, lightness and resistance to oxidation, due to the formation of a very thin layer of oxide that prevents oxygen from corroding the underlying metal. Raw aluminum is processed through various industrial production processes, such as casting, extrusion, forging or stamping.

L’alluminio viene usato in molte industrie per la fabbricazione di milioni di prodotti diversi ed è molto importante per l’economia mondiale. Componenti strutturali fatti in alluminio sono vitali per l’industria aerospaziale e molto importanti in altri campi dei trasporti e delle costruzioni nei quali leggerezza, durata e resistenza sono necessarie. Aluminum is used in many industries for the manufacture of millions of different products and is very important for the world economy. Structural components made of aluminum are vital for the aerospace industry and very important in other fields of transport and construction where lightness, durability and strength are necessary.

Altre proprietà salienti dell’alluminio sono: Other salient properties of aluminum are:

• eccellente resistenza alla corrosione; • excellent resistance to corrosion;

• alta conducibilità termica ed elettrica; • high thermal and electrical conductivity;

• paramagnetico; • paramagnetic;

• eccellente malleabilità e duttilità, grazie alle quali può essere lavorato facilmente; • excellent malleability and ductility, thanks to which it can be worked easily;

• elevata plasticità; • high plasticity;

• basso potere radiante; • low radiant power;

• non genera scintille per sfregamento; • does not generate sparks by rubbing;

• saldabilità: molte leghe di alluminio sono saldabili con normali tecniche MIG, TIG e saldo brasatura; • weldability: many aluminum alloys can be welded with normal MIG, TIG and brazing techniques;

• superficie dei particolari trattabile con ossidazione anodica o protettiva o estetica. • surface of the details treatable with anodic or protective or aesthetic oxidation.

Nonostante il larghissimo utilizzo che viene fatto dell’alluminio a livello industriale, sussistono ancora delle problematiche. Despite the very wide use of aluminum at an industrial level, there are still problems.

Ad esempio, nella produzione delle pentole, l’alluminio viene prima tagliato in dischi e successivamente viene sottoposto a decappaggio per ricevere la successiva teflonatura. È importante che il decappaggio sia uniforme e sulla superficie del disco non siano presenti irregolarità di alcun tipo. La presenza di tali imperfezioni è causa del distacco dello strato di teflon che viene applicato successivamente. Le tecniche di taglio ad oggi in uso prevedono l’utilizzo di stampi costituiti da matrice e punzone in cui il punzone, cadendo sul foglio di alluminio, lo taglia in dischi (Fig. 1). In corrispondenza del perimetro tagliato si crea un’area ribassata che è spesso causa di irregolarità nel decappaggio e successivamente di un’inefficace teflonatura. For example, in the production of pots, the aluminum is first cut into discs and then undergoes pickling to receive the subsequent Teflon coating. It is important that the pickling is uniform and that there are no irregularities of any kind on the disc surface. The presence of these imperfections causes the detachment of the Teflon layer which is applied subsequently. The cutting techniques currently in use involve the use of molds consisting of a matrix and punch in which the punch, falling on the aluminum sheet, cuts it into discs (Fig. 1). In correspondence with the cut perimeter, a lowered area is created which often causes irregularities in pickling and subsequently an ineffective Teflon coating.

Il decappaggio, inoltre, presenta la criticità di essere effettuato con acidi forti e quindi suscita la successiva problematica dello smaltimento di questi acidi. Furthermore, pickling presents the criticality of being carried out with strong acids and therefore raises the subsequent problem of disposal of these acids.

Allo stato attuale dell’arte, per ovviare a questi problemi, a volte viene utilizzata una fase di abrasione al posto del decappaggio. È proprio con l’abrasione che questo problema si accentua nelle aree ribassate descritte sopra. Quando l’alluminio è molto dolce, infine, l’abrasione non è un’opzione applicabile a causa di questo difetto fisiologico molto più accentuato, proprio dovuto al rapporto tra la forza esercitata per la tranciatura e la resistenza del materiale alla deformazione. In the current state of the art, to overcome these problems, an abrasion phase is sometimes used instead of pickling. It is precisely with abrasion that this problem is accentuated in the lowered areas described above. Finally, when aluminum is very soft, abrasion is not an applicable option due to this much more pronounced physiological defect, due to the relationship between the force exerted for shearing and the resistance of the material to deformation.

La Figura 1 si riferisce proprio a questo problema dell’arte nota. Dal disco che viene espulso dalla matrice si vede proprio l’area ribassata appena citata. In particolare la Fig. 1(a) raffigura i momento dell’impatto del punzone con la lamiera; Fig. 1(b) mostra la deformazione della lamiera durante l’affondamento del punzone nel materiale e Fig. 1 (c) raffigura il distacco del pezzo tranciato. Dalle immagini suddette si vede la formazione del ribassamento e di bave sulla superficie superiore del pezzo tranciato. Figure 1 refers precisely to this problem of the known art. The lowered area just mentioned can be seen from the disc that is ejected from the matrix. In particular, Fig. 1 (a) depicts the moment of impact of the punch with the sheet; Fig. 1 (b) shows the deformation of the sheet metal during the sinking of the punch into the material and Fig. 1 (c) depicts the detachment of the punched piece. From the above images it is possible to see the formation of the lowering and of burrs on the upper surface of the blanked piece.

Alcune privative internazionali hanno ad oggetto dei sistemi di taglio dell’alluminio ma nessuna sembra essere in grado di risolvere i problemi riscontrati. Some international patents concern aluminum cutting systems but none seem to be able to solve the problems encountered.

Scopo del presente brevetto è pertanto quello di descrivere una macchina di taglio dell’alluminio che risolva le problematiche su descritte dall’origine, ovvero fornendo un elemento tagliato privo di abbassamenti e irregolarità nella superficie. The purpose of this patent is therefore to describe an aluminum cutting machine that solves the problems described above from the origin, or by providing a cut element without sagging and irregularities in the surface.

Descrizione dell’invenzione Description of the invention

Secondo la presente invenzione viene realizzato un macchinario e descritto un metodo di taglio dell’alluminio che risolve efficacemente le problematiche suesposte. In particolare l’invenzione di seguito descritta è in grado di produrre oggetti in alluminio che presentino le superfici perfettamente piane e regolari di modo che le successive lavorazioni possano avere un risultato omogeneo su tutto l’oggetto. According to the present invention, a machine is created and an aluminum cutting method is described which effectively solves the above problems. In particular, the invention described below is able to produce aluminum objects that have perfectly flat and regular surfaces so that subsequent processing can have a homogeneous result on the whole object.

La metodologia comprende i passi di: The methodology includes the steps of:

- posizionamento di un piatto di alluminio da tagliare tra una matrice e un punzone del macchinario compreso nell’invenzione; - positioning of an aluminum plate to be cut between a die and a punch of the machinery included in the invention;

- doppia incisione simultanea della piastra in alluminio tramite una coppia di lame d’incisione che agiscono superiormente e inferiormente alla piastra in alluminio per una profondità pari a almeno 1/3 dello spessore della piastra che è compreso tra 1 mm e 20 mm, preferibilmente 5 mm. Più dettagliatamente, l’incisione superiore sarà leggermente più interna dell’incisione inferiore. Lo spostamento trasversale tra le due incisioni sarà preferibilmente coincidente con la direttrice dell’angolo di rottura dell’alluminio utilizzato; - simultaneous double incision of the aluminum plate by means of a pair of engraving blades which act above and below the aluminum plate for a depth equal to at least 1/3 of the thickness of the plate which is between 1 mm and 20 mm, preferably 5 mm. More specifically, the upper incision will be slightly more internal than the lower incision. The transverse displacement between the two incisions will preferably coincide with the direction of the breaking angle of the aluminum used;

- segue la tranciatura della porzione di alluminio tramite un elemento tranciante, accoppiato a detto punzone, atto a imprimere una forza sufficiente a determinare il distacco dell’oggetto in alluminio dalla corrispondente piastra lungo un bordo di taglio. - follows the shearing of the aluminum portion by means of a shearing element, coupled to said punch, capable of imparting a force sufficient to determine the detachment of the aluminum object from the corresponding plate along a cutting edge.

A causa delle due incisioni che hanno luogo prima della tranciatura, il bordo di taglio dell’oggetto appena tagliato presenterà un leggero scalino, mentre una porzione perimetrale di tale oggetto presenterà una leggera bombatura. Per ovviare a questa minima imperfezione, il metodo e conseguentemente il macchinario, comprenderanno mezzi configurati per eseguire l’abrasione ed eventualmente anche un controllo ottico, eseguito mediante un comune lettore, atto a verificare la perfetta omogeneità delle superfici di detto oggetto in alluminio. L’abrasione della faccia superiore della porzione di alluminio appena tranciata avrà la funzione di consentire una perfetta adesione della teflonatura o di qualsiasi altro trattamento superficiale. Due to the two incisions that take place before cutting, the cutting edge of the object just cut will have a slight step, while a perimeter portion of this object will have a slight camber. To remedy this minimal imperfection, the method and consequently the machinery will include means configured to perform the abrasion and possibly also an optical check, performed using a common reader, designed to verify the perfect homogeneity of the surfaces of said aluminum object. The abrasion of the upper face of the freshly cut aluminum portion will have the function of allowing perfect adhesion of the Teflon coating or any other surface treatment.

I vantaggi offerti dalla presente invenzione sono evidenti alla luce della descrizione fin qui esposta e saranno ancora più chiari grazie alle figure annesse e alla relativa descrizione dettagliata. The advantages offered by the present invention are evident in the light of the description set out up to now and will be even clearer thanks to the attached figures and the related detailed description.

Descrizione delle figure Description of the figures

L’invenzione verrà qui di seguito descritta in almeno una forma di realizzazione preferita a titolo esplicativo e non limitativo con l’ausilio delle figure annesse, nelle quali: The invention will be described below in at least one preferred embodiment for explanatory and non-limiting purposes with the aid of the attached figures, in which:

- FIGURA 1 mostra le fasi di taglio eseguite secondo l’arte nota, come descritto sopra; - FIGURE 1 shows the cutting steps performed according to the known art, as described above;

- FIGURA 2 mostra una vista dall’alto del macchinario 100 oggetto della presente invenzione nella versione in cui l’alluminio viene tagliato a dischi circolari. - FIGURE 2 shows a top view of the machinery 100 object of the present invention in the version in which the aluminum is cut into circular discs.

- FIGURA 3 illustra la sezione del macchinario 100 della precedente Fig.1 in cui sono visibili tutte le componenti operative della fase di incisione e taglio. - FIGURE 3 illustrates the section of the machinery 100 of the previous Fig.1 in which all the operative components of the engraving and cutting phase are visible.

- FIGURA 4 mostra le fasi del metodo svolto dal macchinario 100 oggetto della presente invenzione. Fig. 4(a) mostra la fase di posizionamento; Fig. 4(b) l’incisione e Fig. 4(c) la tranciatura. Fig. 4(d), infine, il dettaglio del bordo del disco d’alluminio 50 appena tagliato. - FIGURE 4 shows the steps of the method carried out by the machinery 100 object of the present invention. Fig. 4 (a) shows the positioning phase; Fig. 4 (b) the incision and Fig. 4 (c) the shearing. Fig. 4 (d), finally, the detail of the edge of the aluminum disc 50 just cut.

Descrizione dettagliata dell’invenzione Detailed description of the invention

La presente invenzione verrà ora illustrata a titolo puramente esemplificativo ma non limitativo o vincolante, ricorrendo alle figure le quali illustrano alcune realizzazioni relativamente al presente concetto inventivo. The present invention will now be illustrated purely by way of example but not limiting or binding, using the figures which illustrate some embodiments relating to the present inventive concept.

Con riferimento alla FIG. 3 è mostrata una sezione significativa del macchinario 100 oggetto della presente invenzione. With reference to FIG. 3 shows a significant section of the machinery 100 object of the present invention.

Uno dei possibili scopi è quello di tranciare dischi di alluminio dolce, o “ricotto”, di spessore compreso tra 1 mm e 20 mm, preferibilmente pari a 5 mm e di diametro compreso tra 10 mm e 1000 mm, preferibilmente 500 mm. One of the possible purposes is that of shearing soft or "annealed" aluminum discs with a thickness between 1 mm and 20 mm, preferably equal to 5 mm and with a diameter between 10 mm and 1000 mm, preferably 500 mm.

Il macchinario 100 comprende: Machine 100 includes:

- una matrice 10 atta a trattenere una piastra in alluminio 50 da tagliare. La matrice 10 comprende una lama d’incisione 11 inferiore che è atta a incidere la piastra d’alluminio 50 per almeno 1/3 del suo spessore poco prima della tranciatura; - a matrix 10 adapted to hold an aluminum plate 50 to be cut. The matrix 10 includes a lower engraving blade 11 which is adapted to engrave the aluminum plate 50 for at least 1/3 of its thickness just before blanking;

- un punzone 20 atto a premere dall’alto su detto foglio o piastra di alluminio 50 per tagliarlo secondo la sagoma prestabilita corrispondente alla forma di detta matrice 10. Anche il punzone 20 è accoppiato a una lama d’incisione 21 superiore, la quale è leggermente disassata rispetto a detta lama inferiore 11 in modo da trovarsi lungo la direttrice corrispondente all’angolo di rottura α dell’alluminio. Anche la detta lama d’incisione superiore 21 è atta a incidere la piastra d’alluminio 50 per almeno 1/3 del suo spessore pochi istanti prima della tranciatura; - un elemento di tranciatura 30, operativamente accoppiato a detto punzone 20, atto a imprimere una forza dall’alto verso il basso a detta piastra d’alluminio 50 già precedentemente incisa, per determinare la tranciatura della sagoma, corrispondente all’oggetto da produrre, dal resto della piastra d’alluminio. Il pezzo tranciato cadrà poi all’interno di un apposito foro della matrice 10 per poi essere allontanato dal macchinario 100; - a punch 20 able to press from above on said aluminum sheet or plate 50 to cut it according to the predetermined shape corresponding to the shape of said matrix 10. The punch 20 is also coupled to an upper cutting blade 21, which is slightly offset with respect to said lower blade 11 so as to lie along the direction corresponding to the breaking angle α of the aluminum. Also said upper incision blade 21 is adapted to engrave the aluminum plate 50 for at least 1/3 of its thickness a few moments before blanking; - a blanking element 30, operatively coupled to said punch 20, able to impart a force from top to bottom to said previously engraved aluminum plate 50, to determine the blanking of the shape, corresponding to the object to be produced, from the rest of the aluminum plate. The cut piece will then fall into a special hole in the die 10 and then be removed from the machine 100;

- una pluralità di pistoni 60, opportunamente disposti e progettati per consentire la corretta sequenza di taglio e l’applicazione dell’esatta pressione prevista tra le lame d’incisione 11-21 e l’elemento di tranciatura 30 sulla piastra d’alluminio 50. - a plurality of pistons 60, suitably arranged and designed to allow the correct cutting sequence and the application of the exact pressure provided between the incision blades 11-21 and the blanking element 30 on the aluminum plate 50.

Altre forme di realizzazione del macchinario 100 oggetto della presente invenzione, prevedono la disposizione, a valle della strumentazione appena descritta, di una stazione di abrasione ed eventualmente anche di una stazione di controllo. La stazione di abrasione è atta a ricevere l’oggetto in alluminio appena tranciato e a irruvidirne la superficie superiore per preparala a ricevere altri trattamenti superficiali, come, ad esempio, la teflonatura. La stazione di controllo, infine, è atta a verificare la perfetta planarità e omogeneità di tutte le superfici dell’oggetto appena tranciato tramite un comune lettore ottico. Other embodiments of the machinery 100 object of the present invention provide for the arrangement, downstream of the instrumentation just described, of an abrasion station and possibly also of a control station. The abrasion station is designed to receive the freshly sheared aluminum object and to roughen its upper surface to prepare it to receive other surface treatments, such as, for example, Teflon coating. Finally, the control station is able to verify the perfect flatness and homogeneity of all the surfaces of the object just cut through a common optical reader.

È infine chiaro che all’invenzione fin qui descritta possono essere apportate modifiche, aggiunte o varianti ovvie per un tecnico del ramo, senza per questo fuoriuscire dall’ambito di tutela che è fornito dalle rivendicazioni annesse. Finally, it is clear that modifications, additions or variants that are obvious to a person skilled in the art can be made to the invention described so far, without thereby departing from the scope of protection that is provided by the attached claims.

Claims

Claims 1. Aluminum cutting method, suitable for the production of aluminum objects whose upper surface (52) is perfectly flat; said method being characterized by the fact that it includes the steps of: - positioning an aluminum plate (50) to be cut between a die (10) and a punch (20); - simultaneous double etching of aluminum by means of a pair of engraving blades (11-21); an incision affecting the upper face and another incision affecting the lower face of said aluminum plate (50), at the point where the cut is to be performed, each incision being at least 1/3 deep of the total thickness of said aluminum plate (50); - blanking of the aluminum portion by means of a cutting element (30) coupled to said punch (20) capable of imparting a force sufficient to determine the detachment of the aluminum object from the corresponding plate (50) along a cutting edge (51).

2. Method of cutting aluminum, according to the previous claim 1, characterized in that said step of double simultaneous incision foresees the predisposition of the upper blade (21) slightly more internal than said lower blade (11), joining it between the two blades being an imaginary line inclined according to the characteristic breaking angle (α) of aluminum.

3. Aluminum cutting method, according to any of the previous claims 1 or 2, characterized by the fact that it also includes an abrasion step of the upper surface (52) of said simultaneous double incision step.

4. Method for cutting aluminum, according to any one of the preceding claims, characterized in that it also comprises an optical control step of said aluminum object, performed by means of a common reader able to verify the perfect homogeneity of the surfaces of said object in aluminum.

5. Aluminum cutting machinery (100), suitable for the production of aluminum objects whose upper surface (52) is perfectly flat; said machinery (100) being characterized in that it comprises: - a matrix (10) designed to hold an aluminum plate (50) to be cut, said matrix being characterized by the shape of the external shape of the object to be produced; - a punch (20) able to press from above on said aluminum plate (50) to cut it according to the predetermined shape corresponding to the shape of said matrix (10); - at least one pair of engraving blades (11-21): a lower blade (11) operatively coupled to said matrix (10) and an upper blade (21) operatively coupled to said punch (20); said blades (11-21) being able to incise, above and below, said aluminum plate (50), for at least 1/3 of its thickness, before proceeding with the cut; - a blanking element (30), operatively coupled to said punch (20), able to impart a force from top to bottom to said already engraved aluminum plate (50), to determine the blanking of the shape corresponding to the object to be produced from the rest of the aluminum plate; said sheared piece falling into a special hole in the die (10) and then being removed from the machinery (100); - a plurality of pistons (60), suitably arranged and designed to allow the correct cutting sequence and the application of the exact pressure foreseen between the cutting blades (11-21) and the cutting element (30) on said aluminum plate (50).

6. Aluminum cutting machinery (100), according to the preceding claim 5, characterized in that said cutting blades (11-21) are arranged along a direction whose inclination (α) corresponds to the breaking angle of the aluminum used; said upper incision blade (21) being more internal than said lower incision blade (11).

Aluminum cutting machinery (100), according to any one of the preceding claims 5 or 6, characterized in that it comprises an abrasion station adapted to receive the aluminum object just cut and to remove, by means of abrasion, at least the upper surface (52), the surface oxide to allow the application of surface treatments.

Aluminum cutting machinery (100), according to any one of the preceding claims from 5 to 7, characterized in that it also comprises a control station in which at least one optical reader is able to verify the perfect flatness and homogeneity of all the surfaces of the object just cut.

Aluminum cutting machinery (100), according to any one of the preceding claims 5 to 8, characterized in that said die (10) and said punch (20) are configured to give the cut element a predetermined geometric shape , preferably a circle with a diameter ranging from 10 mm to 1000 mm, preferably 500 mm.

Use of an aluminum cutting machine (100) according to any one of the preceding claims from 5 to 9, adapted to shear a shape in soft or "annealed" aluminum, with a height between 1 mm and 20 mm, preferably 5 mm.