Cosa sono le molle industriali? Fondamenti, storia e applicazioni della produzione molle

Le molle industriali sono componenti elastici solitamente fabbricati in metallo (e più comunemente in acciaio) in grado di allungarsi quando sottoposte ad una determinata forza, per poi ritornare alla propria struttura naturale. Modificando la propria forma, le molle industriali sono così in grado di accumulare energia meccanica. Le molle possono anche essere utilizzate per collegare tra loro diversi elementi. Probabilmente le molle più conosciute sono le molle elicoidali per penne a sfera realizzate in filo sottile e le ben più grandi molle sospensioni tipicamente impiegate nei veicoli e nei vagoni ferroviari. Queste molle sono chiamate elicoidali a compressione e devono il proprio nome alla loro forma e al loro design, progettato per il carico di pressione. 

Le molle a estensione invece sono progettate per il carico di trazione. I trampolini, in cui le molle elicoidali a estensione collegano la superficie di salto con il telaio, ne sono un'applicazione ben nota. Quando si effettua un salto sul trampolino, le molle si estendono. Contemporaneamente, viene esercitata una forza che le spinge a ritornare alla loro lunghezza originale, dando così alla persona che salta la forza di sollevarsi in aria. Quando le molle elicoidali vengono compresse o allungate esercitano una forza opposta che è – entro un certo limite – proporzionale alla variazione di lunghezza. La relazione tra il carico (forza) e la deformazione è definita dalla curva caratteristica della molla. 

Un’altra categoria di molle elicoidali è rappresentata dalle molle a torsione, che vengono impiegate per esempio nelle mollette da bucato. Oltre alle molle elicoidali esistono molte altre tipologie di molle: le molle a spirale, che vengono inserite nelle sveglie; le molle a bovolo ad esempio utilizzate nella produzione di cesoie; le molle piatte, come quelle usate negli interruttori elettrici; e le molle a balestra, che fanno parte del sistema di sospensioni di furgoni e camion per le consegne. Le rondelle elastiche, anch’esse considerate molle, hanno la forma di un disco e vengono utilizzate per applicare una forza di trazione costante su un collegamento a vite. Anche le parti metalliche piegate o stampate possono essere progettate per fungere da molle. Ci sono poi molle non metalliche, ad esempio bande elastiche che agiscono come molle a trazione; e molle a gas o a fluido, che utilizzano un gas (o un fluido) compresso, contenuto all'interno di un cilindro chiuso.

Storia delle molle industriali

Le molle sono state usate nel corso di tutta la storia della razza umana, per esempio per archi e balestre. In passato, fibule in bronzo venivano usate per chiudere e affrancare le vesti. Queste fibule possono essere viste come i predecessori delle spille da balia. Nel tardo Medioevo, le molle elicoidali erano usate per le serrature delle porte e fecero la loro comparsa gli orologi alimentati da molle a spirale. Infine, le molle hanno giocato - e giocano ancora oggi - un ruolo decisivo nel funzionamento delle armi da fuoco. Nel 1676 il fisico britannico Robert Hooke formulò una legge fisica, la legge di Hooke appunto, secondo cui la forza esercitata da una molla è proporzionale alla sua estensione. Le molle elicoidali obbediscono proprio a questa legge. Esistono tuttavia anche altri tipi di molle che generano forze che variano in modo non lineare con lo spostamento.

Processi di fabbricazione delle molle industriali

Sono diverse le tipologie di macchine che vengono utilizzate per la formazione di molle metalliche, fra cui avvolgitrici, formatrici o piegatrici. Le formatrici sono macchine molto versatili. Dispongono di numerose slitte che consentono di creare pieghe, occhielli, ganci, raggi e varie forme alle estremità delle molle o sul filo. Oggi molte macchine di produzione molle funzionano con controllo numerico. A seconda del diametro del filo, il processo di formatura è eseguito a temperature elevate o a temperatura ambiente, per questo si parla di "formatura a caldo" o "formatura a freddo". Dopo il processo di formatura, normalmente le molle vengono trattate termicamente per mantenere la loro forma elastica e possono essere sottoposte ad un trattamento superficiale per ottenere proprietà fisiche migliorate.

Molle e applicazioni

Le molle industriali tra cui molle elicoidali, molle a torsione, molle a tazza e molle a spirale sono utilizzate nell'industria automobilistica, nell'ingegneria meccanica, nell'industria elettrica, nel solare ed eolico, nelle tecnologie di misurazione, nell'edilizia, nell'ottica, nella strumentazione d’ufficio, nell’arredamento, nell’industria degli orologi e dei giocattoli e nel settore degli accessori. Circa la metà di tutte le molle prodotte sono installate nei veicoli a motore. Una moderna autovettura, ad esempio, contiene 1.000 molle diverse.

Bibliografia

Manfred Meissner, Hans-Jürgen Schorcht, Ulf Kletzin: Metallfedern. Grundlagen, Werkstoffe, Berechnung, Gestaltung und Rechnereinsatz (Metallic springs. Basics, materials, calculation, design and use of computers; in German). Springer Verlag Berlin, Heidelberg, 3rd ed. 2015.
Print ISBN: 978-3-642-39122-4
Electronic ISBN: 978-3-642-39123-1

Neil Sclater: Mechanisms and Mechanical Devices Sourcebook. Chapter 11: Spring and screw devices and mechanisms. New York, McGraw Hill, 5th ed. 2011.
Print ISBN 978-0-07-170441-0
Electronic ISBN: 978-0-07-170442-7

Manfred Meissner, Friedhelm Fischer, Klaus Wanke, Manfred Plitzko: Die Geschichte der Metallfedern und der Federntechnik in Deutschland (The history of metallic springs and of springs technology in Germany; in German). TU Ilmenau Universitätsbibliothek, Ilmenau, 2009.
Print ISBN 978-3-939473-64-0

Robert O. Parmley: Illustrated Sourcebook of Mechanical Components. Section 16: Springs: Drawings, designs and discussion of various springs and spring mechanisms. New York: McGraw Hill, 2004. ISBN 0071436871

Maggiori informazioni

https://en.wikipedia.org/wiki/Spring_%28device%29
https://www.acxesspring.com/springs-manufacturing.html
http://www.madehow.com/Volume-6/Springs.html
https://www.bing.com/videos/search?q=spring+manufacturing&qpvt=spring+manufacturing&FORM=VDRE

Le informazioni sono state redatte dall'Ing. Konrad Dengler, giornalista tecnico e traduttore specializzato in argomenti industriali.