COM’È FATTOdi Vittorio Pesce

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CUSCINETTO “SOTTO VUOTO”: SPECIALE TRA GLI SPECIALI

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ECCO IN CHE MODO È STATO PROGETTATO E COME VIENE PRODOTTO UN PARTICOLARISSIMO CUSCINETTO PER “TUBI A RAGGI X” CON SCELTE COSTRUTTIVE E LAVORAZIONI MECCANICHE DAVVERO SPINTE.

cuscinetti, com’è noto, sono dispositivi meccanici utilizzati per ridurre l’attrito tra due oggetti in movimento rotatorio o lineare tra loro; ne esistono di tutti i tipi, vengono suddivisi in base alle caratteristiche di funzionamento e trovano impiego pressoché in ogni ramo dell’industria meccanica. In questo numero di “Macchine Utensili” abbiamo provato a capire “com’è fatto” un cuscinetto

davvero speciale, forse unico per tipologia e finalità d’utilizzo: un cuscinetto per “tubi a raggi X”.Un tubo a raggi X, o “tubo radiogeno”, è un tipo di tubo a vuoto spinto che contiene un catodo e un anodo ad altissima tensione (da 20.000 a 150.000 Volt) per la generazione di radiazione X, e viene utilizzato in macchinari quali quelli per le TAC, i radiografi, gli “scanner aeroportuali”, ecc. Il cuscinetto contenuto in tale tubo ha la forma di un piccolo albero, deve essere di grande precisione e garantire alte velocità di rotazione; inoltre, deve sopportare temperature molto elevate in quanto riceve il calore dall’anodo investito dalla radiazione e quindi soggetto a forte stress termico.Abbiamo quindi fatto la conoscenza della CPM S.p.A. di Nova Milanese (MB), una delle imprese italiane di riferimento nella progettazione e produzione di cuscinetti volventi speciali. Essa vanta, tra i suoi prodotti, una famiglia di cuscinetti per tubi a raggi X tra cui il codice CPM 2693. Paolo Salgari, Sales Engineer & Marketing Manager, presenta il prodotto: «Si tratta di un cuscinetto integrato speciale obliquo a doppia corona di sfere, per tubi radiogeni.

ILA FORZA DELLA FLESSIBILITÀLa CPM S.p.A. è un’impresa specializzata nella produzione di cuscinetti “customiz-zati” in media ed elevata serie, su specifiche richieste dei clienti. La gamma comprende cuscinetti a sfere, a rulli, e anelli di preci-sione in una gamma dimensionale compresa tra 10 mm di diametro interno e 800 mm di diametro esterno. Paolo Salgari racconta: «Ogni anno, un organico di oltre 160 ad-detti produce più di tre milioni di cuscinetti speciali destinati al mercato nazionale ed internazionale». I cuscinetti della CPM ven-gono progettati e realizzati per i più diversi settori di impiego, in particolare quello dei riduttori epicicloidali, campo nel quale sono utilizzati dai più importanti produttori mon-diali, i quali a loro volta esportano in tutto il mondo. L’azienda fornisce anche il servizio di progettazione o co-progettazione, sup-portando il cliente nelle fasi di definizione del prodotto. «Ci proponiamo – riprende Salgari – come un vero e proprio partner e non come semplice fornitore, in quanto met-tiamo il nostro know-how a disposizione del

cliente al fine di realizzare cuscinetti che rispondano in maniera perfetta alle sue esigenze». Le prerogative della CPM sono la qualità dei prodotti, la tempestività e la flessibilità nell’accontentare il cliente. Uno dei punti di forza sta nel fatto che l’intero processo produttivo ha luogo completa-mente all’interno dell’azienda, il che dà la possibilità di gestire eventuali variazioni di produzione in tempo reale, e gli ordini in maniera versatile e rapida, nonché di moni-torare costantemente la qualità dei prodotti. Entro il 2015 l’impresa si certificherà sec-ondo la normativa ISO 14001 che identifica uno standard di gestione ambientale ed entro l’anno successivo per la normativa ISO/TS 16949 per le applicazioni nel settore automotive. Salgari: «La certificazione ambientale ci permetterà di dimostrare coi fatti la nostra voglia di operare nel rispetto dell’ambiente; inoltre, costituirà un bel biglietto da visita per i clienti di Paesi del Nord Europa, molto attenti e severi sui temi ambientali».

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È stato studiato come miglioramento di una precedente versione, sempre utilizzata nell’ambito dei tubi a raggi X, per un nostro storico cliente. Necessita di un ciclo di produzione davvero delicato e particolare, e per il suo sviluppo è servita una fase di studio e di lavoro molto impegnativa e complessa».

Funzionamento in condizioni criticheUn cuscinetto integrale CPM 2693 per tubi a raggi X è costituito da cinque elementi assemblati: un albero con due piste di rotolamento, due distanziali, di cui uno più lungo e uno più corto (calibrato) che devono garantire un determinato gioco assiale, e due anelli esterni più sottili. Si tratta di un componente di piccole dimensioni, con diametro esterno di 19.05 mm ed una fl angia di 23.75 mm. Il gruppo montato misura circa 70 mm di lunghezza. L’albero ruota con velocità molto elevate, che possono arrivare a 12.000 giri/min, e in condizioni di temperatura che può superare i 400°C. Affi nché il funzionamento sia garantito a tali temperature, il cuscinetto non viene lubrifi cato mediante oli o grassi, bensì per mezzo di lubrifi canti solidi, cioè di opportuni rivestimenti sui corpi volventi; rivestimenti che possono essere a base di argento, piombo, oro, ecc., a seconda dei casi e delle necessità del cliente.

L’obiettivo della bassa rumorositàLorenzo Santambrogio, technical department manager di CPM, entra nel dettaglio tecnico: «Una delle particolarità di questo cuscinetto risiede nella sua bassa rumorosità ed elevata scorrevolezza; il cliente richiedeva un prodotto molto più silenzioso del precedente, oltre che adatto a supportare carichi inferiori rispetto al passato; per tale ragione abbiamo provveduto a condurre uno studio preliminare, supportato da test specifi ci, davvero accurati». Studi e test sono stati effettuati in stretta collaborazione con il cliente stesso, il quale ha così potuto seguire da vicino ogni fase di sviluppo prodotto, fi no alla defi nizione del risultato ritenuto “ottimale”. «Per arrivare all’obiettivo – riprende Santambrogio – è stata rivista

l’intera geometria del cuscinetto. In particolare, è stato diminuito il numero di corpi volventi, ridotto il diametro primitivo e, soprattutto, migliorata la fi nitura superfi ciale delle piste di rotolamento». Tale soluzione ha permesso di attenuare in maniera sostanziale la rumorosità del cuscinetto durante il funzionamento. Santambrogio: «L’abbassamento della rugosità superfi ciale delle piste è sicuramente l’aspetto più rilevante dell’intero progetto e sul quale abbiamo spinto particolarmente; del resto, è intuitivo che il rotolamento di un corpo volvente su una superfi cie liscia risulti più silenzioso rispetto al rotolamento su una superfi cie con rugosità più elevata. È come guidare su una strada asfaltata anziché su uno sterrato». Nello specifi co: per arrivare alla

silenziosità richiesta dal cliente, CPM ha dovuto garantire una rugosità Ra inferiore a 0.03 per le piste di rotolamento, oltre che tolleranze strettissime in termini di errori di forma. Un altro aspetto delicato è quello del gioco assiale, garantito mediante la calibratura dei distanziali, che deve essere compreso in un campo molto ristretto di micron. Santambrogio: «Stiamo parlando di ordini di grandezza davvero ridottissimi, il che spiega quanto sia stata accurata la progettazione e quale precisione debba avere un prodotto di questa tipologia. Si tenga presente che ogni parametro è stato valutato e ottimizzato tenendo conto del materiale scelto e delle temperature in gioco. Sono stati cioè eseguiti calcoli teorici preventivi e poi effettuate prove

Il cuscinetto CPM 2693 in fase di montaggio.

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in laboratorio al fi ne di determinare e compensare la dilatazione termica dell’acciaio, inevitabile a così elevate temperature».

Superfi nitura “ad hoc”Per quanto sopra spiegato, è facilmente intuibile che il ciclo di produzione del cuscinetto CPM 2693 sia molto complesso. Esso prevede innanzitutto la realizzazione dei cinque elementi che lo compongono: l’albero, i due distanziali e i due anelli esterni. Tali componenti sono realizzati in acciaio speciale per utensili, molto resistente alle alte temperature.Lorenzo Santambrogio spiega: «L’albero è sicuramente l’elemento più diffi cile e delicato da realizzare. Il materiale grezzo viene dapprima tornito, poi temprato mediante un trattamento termico speciale

La macchina di superfi nitura costruita dalla CPM Bearings.

Superfi nitura dell’albero. Nel riquadro, una delle due piste lappate.

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eseguito sotto vuoto e con accorgimenti particolari, il tutto in collaborazione con una ditta esterna, validata da CPM e infi ne rettifi cato». Una volta temprato, l’albero viene rettifi cato su tutte le superfi ci al fi ne di ottenere su di esse una rugosità inferiore a Ra 0,8. Ciò garantisce una buona equilibratura dell’albero stesso già in questa fase; il cuscinetto, in ogni caso, subirà una equilibratura fi nale dopo il montaggio presso il cliente.Una volta effettuata la rettifi ca, viene eseguita la superfi nitura sulle piste di rotolamento. È questa la lavorazione

meccanica più complessa e delicata, in quanto una rugosità Ra estremamente bassa non può essere raggiunta in modo convenzionale. «Si tratta di una lappatura spinta – riprende Lorenzo Santambrogio – che riusciamo a ottenere grazie a una macchina speciale che abbiamo realizzato internamente all’azienda. In sostanza, abbiamo trasformato una delle nostre macchine utensili in una lappatrice speciale che impieghiamo esclusivamente per questo tipo di prodotto». Ciò dimostra quanto CPM sia fl essibile e in grado di rispondere alle esigenze del cliente rispetto

Fase di controllo della rugosità superfi ciale delle piste.

Rugosità dell’albero: Ra 0,0296 mm

ad altri produttori: nel caso specifi co, per abbassare i livelli di rumorosità del cuscinetto, l’azienda di Nova Milanese è arrivata addirittura a realizzare in proprio una macchina utensile “ad hoc”. Ovviamente, non è suffi ciente una macchina speciale a CN per arrivare a un tale livello di fi nitura superfi ciale: è fondamentale anche l’esperienza dell’operatore, il quale deve possedere molta perizia e pratica nell’impostazione dei parametri e nell’attrezzaggio della macchina. Santambrogio: «Solo gli addetti più qualifi cati possono effettuare questo tipo di lavorazione. Anche perché all’operatore è affi dato l’ulteriore compito di controllare la conformità dei pezzi. Il controllo visivo è effettuato sul 100% dei cuscinetti, mentre quello strumentale viene eseguito in modo statistico. In questo modo è possibile monitorare il corso della produzione e, in caso di problema o “fuori tolleranza”, individuare la parte di lotto in cui si è verifi cato il problema. Sarà quindi possibile “riprendere” i pezzi critici prima ancora di farli pervenire al controllo fi nale; per tale ragione gli scarti reali a valle del processo produttivo sono estremamente rari».È importante precisare che il processo di tornitura, tempra, rettifi ca di tutte le superfi ci e di superfi nitura delle piste non

Progetti nuovi all’orizzonteLa visita ai siti produttivi della CPM ci ha spinti a raccogliere la testimonianza di Paolo Salgari sull’attuale fase di mercato: «La CPM non ha mai particolarmente risentito della crisi avviatasi nel 2009, in quanto ha sempre puntato su prodotti di alto livello per industrie meccaniche d’eccellenza. Ciò che possiamo dire, co-munque, è che negli ultimi mesi abbiamo ricevuto molte più richieste di preventivi e campionature, anche di clienti nuovi, il che signifi ca che molti progetti sono ripartiti e che le aziende stanno tornando a investire. Noi, tuttavia, vedremo gli effetti di questa ondata di rilancio solo più avanti, dato che i tempi di sviluppo di un prodotto nuovo, dalla realizzazione della campionatura alla produzione di serie, possono raggiungere anche i due anni a seconda della durata dei test effettuati dai clienti. In ogni caso, rimaniamo ot-timisti per il futuro».

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riguarda solo l’alberino, ma anche i due anelli esterni. I due distanziali, invece, sono sottoposti alla tornitura, seguita dal un trattamento termico e dalla rettifica.

Assemblaggio e operazioni conclusiveTerminate le lavorazioni meccaniche, i singoli elementi vengono lavati e indirizzati al reparto di montaggio per la fase di pre-accoppiamento con un distanziale campione, dopodiché viene eseguita la calibratura del distanziale di minore lunghezza, al fine di garantire il gioco assiale del cuscinetto; infine si procede all’assemblaggio finale. Santambrogio: «A questo punto il cuscinetto ormai assemblato è indirizzato a una nuova fase di lavaggio, che viene eseguito in una stazione dedicata mediante l’utilizzo di un detergente specifico. Del resto, la pulizia per questo tipo di pezzo deve essere totale». Infine, dopo i controlli finali, il cuscinetto viene confezionato e spedito al cliente, il quale lo riceve, lo smonta, tratta le sfere per la lubrificazione solida e quindi lo rimonta: «Il cliente non può sbagliare, in quanto ogni elemento è numerato in modo progressivo e con un numero di matricola che identifica in modo univoco ogni cuscinetto».

Risultati eccellentiLa soddisfazione del cliente nella fornitura del cuscinetto CPM 2693 è stata totale: ogni obiettivo in termini di carico, silenziosità e durata è stato raggiunto, tant’è che gli ordini sono aumentati nel corso dei mesi. Paolo Salgari conclude: «La forza di CPM è quella di proporsi come realtà molto più reattiva e rapida rispetto ai colossi operanti nel settore, i quali propongono cuscinetti di vario tipo ma standard, da catalogo, e dunque risultano poco inclini a studiare soluzioni “su misura” per il cliente. Noi, come nel caso qui descritto del cuscinetto per tubi radiogeni – in cui siamo arrivati persino a creare una macchina utensile su misura per la superfinitura – vogliamo realizzare soluzioni davvero “cucite” in base alle necessità del cliente». z

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Nel riquadro, i cinque elementi componenti il cuscinetto CPM 2693. In alto, fase di montaggio.

Il cuscinetto CPM 2693 all’interno di un tubo a raggi X. Nel riquadro, da sinistra, Paolo Salgari, Sales Engineer & Marketing Manager, e Lorenzo Santambrogio, technical department manager.

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