Case History: perno assale

Perno assale in ADI per veicoli modulari, veicoli semoventi e rimorchi

Applicazioni, tecnica costruttiva e benefici di un perno assale prodotto in Zanardi Fonderie

Il case history ripercorre lo sviluppo e la realizzazione di un perno assale in ghisa sferoidale austemperata ADI800-10 (o perno di sollevamento) per veicoli modulari semoventi, rimorchi modulari per carichi pesanti, semoventi speciali per applicazioni industriali, comunemente utilizzati per spostare su strada o all’interno di cantieri o fabbricati oggetti estremamente grandi e pesanti, di varia natura e forma (imbarcazioni, moduli spaziali, attrezzatura per impianti eolici, macchine da miniera e molto altro). Inoltre presentiamo un confronto qualitativo tra un perno assale in ghisa sferoidale austemperata ADI e uno in acciaio saldato.

Il settore di riferimento è quello dei veicoli off-road.

Applicazioni industriali del perno assale

L’applicazione industriale di un perno assale permette ai veicoli semoventi e rimorchi di spostarsi e di sostenere i carichi movimentati; questi veicoli sono dotati di decine di assali ruota composti da sistemi di sospensione idraulici a compasso. Tali sistemi di sospensione permettono all’assale non solo di sostenere il carico da trasportare ma anche di sollevare o abbassare l’altezza del sistema semovente o del rimorchio in funzione delle esigenze logistiche e di trasporto. Il perno assale in ADI800-10 gioca un ruolo chiave per permettere questo tipo di operazioni di sostegno e di sollevamento/abbassamento della piattaforma.

I benefici ottenuti con un perno assale costruito in ghisa sferoidale austemperata ADI

Il perno assale in ghisa sferoidale austemperata ADI presenta benefici decisivi rispetto allo stesso componente realizzato in acciaio saldato da bonifica. In tabella si possono apprezzare i plus offerti dal componente in ADI.

Aumento della portata +25%

Aumento della portata massima dell’assale. La portata per ogni assale è passata da 40 t a 50 t

Diminuzione dei costi di realizzazione

La soluzione unica in ghisa ADI ha permesso di abbattere i costi realizzativi e la complessità della supply chain, eliminando il trattamento termico addizionale e riducendo sensibilmente il costo delle lavorazioni meccaniche

Nessun aumento di peso

Minima variazione di peso rispetto alla soluzione precedente (da 99 Kg a 101 Kg)

Eliminazione delle zone di stress

Avendo un componente unico sono state quasi del tutto eliminate le zone di concentrazione di stress, tipicamente presenti nei punti di saldatura che richiedevano un controllo aggiuntivo.

Miglior comportamento a fatica

La soluzione in acciaio non garantiva una resistenza a fatica tale da permettere di aumentare la portata a 50 t ad assale

Il problema risolto con il perno assale in ADI

L’obiettivo principale del cliente era quello di raggiungere una portata di 50 t per ogni assale (pari quindi ad un +25%) senza aumentare il peso del perno e nel rispetto dei limiti geometrici già definitivi per il sistema di sospensione idraulica a compasso. Il problema è stato risolto grazie alla realizzazione del componente in ghisa sferoidale austemperata ADI.

Infatti, prima della versione in ghisa ADI, il perno assale veniva realizzato in acciaio saldato, con la presenza di 8 componenti diversi, alcuni in acciaio S690QL e altri in S355JR, uniti per ottenere la forma complessa, il tutto per un peso complessivo di 99 kg. Questa soluzione permetteva di raggiungere una portata ad assale pari a 40 t (20 t per ciascun sistema di sospensione e quindi per perno assale).

Soluzione di partenza – con perno assale in acciaio saldato

Materiale
S690QL
S355JR
Rp0,2
700 MPa
315 MPa
Rm
780-930 MPa
470-630 MPa
A5
14%
20%

Per raggiungere l’obiettivo desiderato dal cliente (+25% di portata per un totale di 50 tonnellate ad assale) senza un aumento di peso dei componenti e nel rispetto dei limiti geometrici già definitivi per il sistema di sospensione idraulica a compasso, le alternative erano due:

  • mantenere il processo attuale, passando ad un acciaio più performante S890QL
  • cambiare tecnologia e materiale, orientadosi verso la fusione unica in ghisa sferoidale austemperata nel grado ADI800-10

Le due nuove soluzioni valutate per raggiungere l’obiettivo

Soluzioni
1
2
Tecnologia
Saldatura
Fusione
Materiale
S890QL
ADI800-10
Rp0,2
900 MPa
500 MPa
Rm
940-1100 MPa
800 MPa
A5
12%
10%

Criteri di selezione

  • Resistenza meccanica
  • Fatica
  • Lavorabilità
  • Costo finale del componente

La soluzione in ghisa sferoidale austemperata ADI800-10 ha permesso di ottenere innanzitutto un getto unico di fonderia semplificando in maniera importante la supply chain e il processo realizzativo. Sono state infatti eliminate le fasi di lavorazione, preparazione e saldatura delle 8 parti in acciaio (S690QL e S355JR) e relativo controllo delle zone saldate.

L’analisi al FEM delle due soluzioni ha evidenziato che la soluzione in ADI800-10 risultava essere la più performante, per i seguenti motivi:

  • miglior comportamento a fatica
  • miglior comportamento a fatica- eliminazione delle concentrazione di stress (zone che tipicamente nascevano nei punti di giuntura tra due parti saldate)

Questo ha permesso di realizzare un componente migliore senza aumentare il peso, nonostante le caratteristiche meccaniche dell’acciaio S890QL fossero superiori a quelle dell’ADI800-10.

Modalità e tecniche costruttive del perno assale: un confronto tra ghisa ADI e acciaio

La tecnologia in ghisa sferoidale austemperata ha permesso di realizzare un’unica fusione in ADI800-10, a differenza della precedente versione in acciaio saldato che richiedeva l’assemblaggio ben di 8 parti.

Tabella di confronto tra le due soluzioni

Materiale
Tecnologia
Peso componente finale
Portata perno
Portata assale (2 perni)
Soluzione precedente
S355JR + S690QL
Saldatura di 8 pezzi
99 kg
20 t
40 t
Soluzione in ADI
ADI800-10
Fusione unica
101 kg
25 t
50 t
Benefici
-
-
Invariata
+25 %
+25 %

Case History

Casi reali che raccontano la realizzazione dei progetti dei clienti