ITUD990217A1 - Procedimento ed impianto per la trafilatura a freddo di tubi metallici - Google Patents

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"PROCEDIMENTO ED IMPIANTO PER LA TRAFILATURA A FREDDO DI TUBI METALLICI"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Formano oggetto del presente trovato un procedimento ed un impianto per la trafilatura a freddo di tubi metallici, in cui tale impianto comprende una pluralità di stazioni di trafilatura disposte allineate ed in successione ed in cui le matrici di trafilatura, o filiere, presentano una sezione di passaggio progressivamente decrescente. II trovato consente sia di ridurre i tempi di attrezzaggio sia di migliorare e di velocizzare il processo di trafilatura con conseguente aumento della qualità e riduzione del costo del prodotto finito.

STATO DELLA TECNICA

Sono note le macchine trafilatrici utilizzate per ridurre con un processo a freddo sia la sezione esterna sia lo spessore di parete di un tubo metallico.

Nelle macchine note, il tubo viene tirato attraverso una matrice di trafilatura, o filiera, da un gruppo di traino costituito da una slitta dotata di mezzi a pinza atti ad afferrare l'estremità anteriore del tubo, o da un tamburo motorizzato attorno al quale il tubo in lavorazione è atto ad avvolgersi per almeno un giro.

Nel caso di riduzioni di diametro molto spinte, per non creare stress inaccettabili nel metallo e per non richiedere pressioni di trafilatura troppo elevate, è necessario sottoporre il tubo di partenza a più passi di trafilatura successivi, ognuno dei quali viene eseguito sostituendo una prima matrice di trafilatura con una seconda matrice di diametro inferiore.

Ciò comporta lunghi tempi di attrezzaggio e di predisposizione del tubo che influiscono in modo rilevante sul costo del prodotto finito.

Le operazioni di predisposizione comprendono normalmente il riempimento del tubo con un fluido lubrificante, l'introduzione nel tubo di almeno un tampone di trafilatura che serve da contrasto, la formatura di un codolo di trazione, normalmente realizzato creando una punta sull'estremità del tubo, l'inserimento del codolo di trazione nella matrice di trafilatura ed il vincolo del codolo ai mezzi a pinza.

La formatura del codolo di trazione consente l'inserimento ed il passaggio del tubo da trafilare attraverso la matrice di trafilatura.

Il tampone di trafilatura è un elemento inserito all'interno del tubo che, fungendo da contrasto alla pressione esterna esercitata dalla trafila, consente di calibrare la superficie interna del tubo in lavorazione e di ottenere una riduzione dello spessore di parete di quest'ultimo.

Al fine di ridurre la frequenza dei cambi della matrice di trafilatura, attualmente viene impiegato un procedimento che prevede di avvolgere il tubo trafilato, dopo ogni passo di trafilatura, a formare una bobina che viene successivamente riportata a monte della macchina trafilatrice per sottoporre il tubo ad un ulteriore passo di trafilatura.

Questa soluzione comporta la necessità di dotare l'impianto di trafilatura di un sistema di movimentazione delle bobine, ciò comportando un incremento sia nei costi sia negli ingombri dell'impianto di trafilatura.

Inoltre, l'avvolgimento del tubo in bobine comporta inevitabilmente l'ovalizzazione della sezione dello stesso tubo.

La proponente, per risolvere questi inconvenienti e per ottenere altri vantaggi nel seguito evidenziati, ha progettato e realizzato il presente trovato .

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nella rivendicazione principale, le rivendicazioni secondarie espongono altre caratteristiche innovative del trovato.

Scopo principale del presente trovato è quello di fornire un procedimento ed un impianto di trafilatura che consentano, in un unico passaggio sostanzialmente rettilineo del tubo da trafilare, una riduzione percentuale anche elevata della sezione di quest'ultimo.

Altro scopo del trovato è quello di ridurre i tempi di attrezzaggio e di migliorare e velocizzare il processo di trafilatura con conseguente aumento della qualità e riduzione del costo del prodotto finito .

Ulteriore scopo del trovato è quello di consentire una regolazione semplice, funzionale ed istantanea delle forze di trafilatura, in particolare delle forze di controtrazione, per mantenerle

predefinito valore per tutta la durata del ciclo di trafilatura.

In accordo con tali scopi, un impianto di trafilatura secondo il trovato comprende almeno due stazioni di trafilatura disposte in sequenza, vantaggiosamente tre o più, ciascuna comprendente almeno una matrice di trafilatura, o filiera, ed almeno un gruppo di traino posto a valle dell'ultima stazione di trafilatura.

Nell'impianto secondo il trovato, le stazioni di trafilatura sono dotate di matrici di trafilatura di sezione progressivamente decrescente nel senso di avanzamento del tubo da trafilare.

Con il trovato, pertanto, è possibile ottenere riduzioni percentuali di sezione anche molto elevate con un'unico passaggio rettilineo del tubo ed evitare deformazioni della sezione dì quest'ultimo dovute all'avvolgimento in bobine.

Nell'impianto secondo il trovato, il gruppo di traino é preferenzialmente costituito da una coppia di cingoli, controrotanti e contrapposti rispetto all'asse di trafilatura, atti ad ammorsare il tubo per tirarlo attraverso le matrici di trafilatura.

A titolo di esempio, con un impianto costituito da sole tre stazioni di trafilatura, è possibile ridurre la sezione del tubo fino all'80% ed oltre del valore di partenza.

Secondo un'altra caratteristica del presente trovato 1'impianto prevede 1'impiego di un numero di tamponi di trafilatura, ossia degli elementi di contrasto inseriti nel tubo, correlato al numero delle stazioni di trafilatura, ciascuno di essi presentando dimensioni coniugate alla sezione della corrispondente matrice di trafilatura.

Allo scopo, mezzi di inserimento sono previsti per inserire tali tamponi di trafilatura nel tubo da trafilare, prima dell'avvio del ciclo di trafilatura, in modo da collocare il tampone di sezione trasversale più piccola verso l'estremità anteriore del tubo ed il tampone di sezione trasversale più grande sostanzialmente in coda.

II trovato prevede poi che, durante il ciclo, ogni tampone si collochi in corrispondenza della rispettiva matrice di trafilatura.

In una prima soluzione, tale posizionamento avviene automaticamente durante l 'avanzamento del tubo da trafilare attraverso le matrici in quanto le matrici stesse impediscono l'attraversamento dei tamponi .

Secondo una variante, ogni tampone di trafilatura é dotato di un foro assiale atto a consentire il passaggio di un fluido lubrificante in pressione che viene iniettato nel tubo da trafilare a monte dell'impianto di trafilatura.

Un ulteriore caratteristica del trovato prevede che, all'inizio del processo di trafilatura, sull'estremità anteriore del tubo da trafilare venga realizzato un codolo di trazione presentante una conformazione atta a transitare attraverso le varie matrici di trafilatura dell'impianto.

In una formulazione preferenziale anche se non esclusiva del trovato, l'impianto di trafilatura è anche dotato di mezzi di rilevamento atti a misurare in continuo la forza di trazione cui è sottoposto il tubo in lavorazione nei tratti compresi tra una stazione di trafilatura e quella successiva.

Tali mezzi di rilevamento sono collegati ad un gruppo di controllo atto a regolare i singoli mezzi di traino in modo tale che le forze in gioco, ed in particolare quella di controtrazione, vengano mantenute a predefiniti valori per qualsiasi condizione di funzionamento dell'impianto di trafilatura.

Secondo una ulteriore realizzazione, ogni stazione è dotata di propri mezzi atti a rilevare la specifica forza di deformazione trasmessa dalla matrice al tubo.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione della forma preferita di realizzazione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni, in cui:

- la fig. 1 illustra una vista laterale di un impianto di trafilatura secondo il trovato per la riduzione a freddo di tubi metallici;

- la fig. 2 illustra un particolare ingrandito di fig. 1;

- le figg. 3a-3c illustrano con una sezione longitudinale le fasi di inserimento e di posizionamento dei tamponi di trafilatura entro il tubo in laminazione;

- le figg. 4-6 illustrano le sezioni longitudinali delle matrici di trafilatura, o filiere, delle tre stazioni di trafilatura dell'impianto di fig.l.

DESCRIZIONE DI UNA FORMA DI REALIZZAZIONE

PREFERENZIALE DEL TROVATO

In fig.l è illustrato un impianto di trafilatura 10 per tubi 20 secondo il trovato il quale comprende tre stazioni di trafilatura, 10a, 10b e 10c, poste tra loro in sequenza e ciascuna comprendente, nelle sue parti essenziali, una matrice di trafilatura, o filiera, 11 ed un gruppo di traino 12.

Rientra nell'ambito del trovato prevedere tre o più stazioni di trafilatura e prevedere un unico gruppo di traino 12 posto a valle dell'ultima stazione di trafilatura.

L'impianto 10 viene impiegato per la riduzione a freddo sia di tubi saldati prodotti a partire da un nastro sia di tubi senza saldatura.

Le stazioni di trafilatura 10a, 10b e 10c, presentano sezione di passaggio decrescente a concretizzare una progressiva riduzione percentuale della sezione del tubo 20 sì da realizzare una riduzione multipasso sostanzialmente rettilinea.

Ciascuna matrice di trafilatura, o filiera, 11 presenta una conformazione di tipo convenzionale ed è fissata in modo amovibile ad una struttura di supporto 22.

Ogni matrice di trafilatura 11, inoltre, è atta a cooperare con tubi di invito 23 e, almeno la stazione di trafilatura IOa, è atta a cooperare con dispositivi di lubrificazione, non illustrati, che consentono di iniettare sul tubo 20 un fluido lubrificante in pressione atto a ridurre gli attriti per facilitare il passaggio dello stesso tubo 20 attraverso le matrici di trafilatura 11.

Secondo una variante, tale struttura di supporto 22 è mobile per consentire alla matrice di trafilatura 11 di adattarsi automaticamente ad eventuali cambiamenti della direzione assiale di avanzamento del tubo 20.

Ogni gruppo di traino 12 comprende due cingoli 13 controrotanti e contrapposti rispetto all’asse di trafilatura, associati a ruote motorizzate 15, costituiti ognuno da una pluralità di maglie 14 sulle quali sono montati pattini di ammorsamento del tubo 20.

L'impianto di trafilatura 10 illustrato è inoltre dotato di gruppi di rilevazione 16, disposti tra due stazioni di trafilatura adiacenti (nel caso di specie tra la 10a e la 10b e tra la 10b e la 10c) atti a misurare in continuo la forza di trazione cui è sottoposto il'tubo 20.

I valori misurati dai gruppi di rilevazione 16 vengono inviati continuamente ad un gruppo di controllo, non illustrato, il quale è atto a comandare in modo indipendente i singoli gruppi di traino 12 in funzione dei valori misurati.

Ciò consente di mantenere la forza di trazione di ogni gruppo di traino 12 ad un predefinito valore impostabile di volta in volta in funzione di definiti parametri quali la velocità di trafilatura, il tipo di materiale con cui è realizzato il tubo 20, il tipo di filiere 11 impiegate, od altro ancora .

Secondo una caratteristica del presente trovato, per realizzare una riduzione dello spessore del tubo 20 e nello stesso tempo una calibratura dello spessore di parete viene previsto l'utilizzo di una pluralità di tamponi 21, inseriti nella cavità interna del tubo 20, in numero correlato al numero di stazioni che costituiscono l'impianto 10.

Nel caso di specie, vengono impiegati tre tamponi di trafilatura, rispettivamente 21a, 21b e 21c, di sezione trasversale decrescente (figg.4-6).

Nelle fig.3a-3c sono illustrate le fasi di posizionamento dei tre tamponi 21a, 21b e 21c, in corrispondenza delle rispettive stazioni 10a, 10b, 10c, eseguite ad ogni nuovo ciclo di trafilatura.

Tale posizionamento prevede che il tampone 21c, ossia quello di sezione più piccola, si collochi verso l'estremità anteriore 120 del tubo 20 ed il tampone 21a, ossia quello che presenta sezione più grande, si collochi in coda.

Successivamente, l'estremità anteriore 120 del tubo 20 viene ridotta di sezione per un definito tratto in modo tale da realizzare un codolo di trazione 24 atto ad essere inserito nelle tre matrici di trafilatura 11 attraverso i rispettivi tubi di invito 23.

Secondo una variante, l'operazione di formatura del codolo 24 viene eseguita separatamente ed in una fase precedente all'operazione di trafilatura.

Secondo una caratteristica del presente trovato, tale codolo 24 presenta una sezione costante inferiore alla sezione dell'ultima stazione 10c in modo da poter passare attraverso tutte le matrici di trafilatura 11 e disporsi a valle dell'impianto 10 si da poter essere afferrato dall'ultimo gruppo di traino 12.

Secondo una variante, tale codolo 24 presenta una sezione a gradini correlata alla sezione, al numero ed alla distanza reciproca fra le stazioni 10a, 10b e 10c dell'impianto 10.

Tale codolo di trazione 24 viene fatto avanzare progressivamente attraverso le tre stazioni di trafilatura 10a-10c sì che il tampone 21a si ferma in corrispondenza della matrice di trafilatura 11 della prima stazione di trafilatura IOa mentre gli altri due tamponi 2le e 21b, di sezione minore rispetto al foro di tale matrice di trafilatura 11, transitano senza interferenze (fig.3a).

Allo stesso modo, il tampone 21b si ferma in corrispondenza della matrice di trafilatura 11 della seconda stazione di trafilatura 10b (fig.3b) ed il tampone 21c si ferma in corrispondenza della matrice di trafilatura 11 della terza stazione di trafilatura 10c (fig.3c).

E' ovvio che al presente trovato possono essere apportate modifiche o aggiunte, senza per questo uscire dall’ambito dello stesso.

Ad esempio, ogni matrice di trafilatura 11 può essere associata ad un gruppo di rilevazione della pressione impressa sul tubo 20 atto a condizionare, nel caso venga rilevata una pressione eccessiva, l'azionamento in trazione dei gruppi di traino 12. Inoltre, il codolo di trazione 24 può essere ottenuto in pezzo unico deformando opportunamente il tubo 20, oppure essere un pezzo riportato che viene saldato o fissato in altro modo all'estremità anteriore del tubo 20.

E' anche ovvio che, sebbene la descrizione faccia riferimento ad un esempio specifico, un esperto del settore potrà senz'altro realizzare molte altre forme equivalenti di impianto di trafilatura per la riduzione a freddo di tubi metallici, tutte rientranti nell'oggetto del presente trovato.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1 - Procedimento per la trafilatura a freddo di un tubo metallico (20), in cui si prevede di far transitare detto tubo (20) attraverso almeno una stazione di trafilatura comprendente almeno una matrice di trafilatura, o filiera, (11), caratterizzato dal fatto che prevede di far transitare in sequenza detto tubo (20) attraverso almeno due matrici di trafilatura (11) di due stazioni (10a-10c) disposte in sequenza e presentanti una sezione di passaggio progressivamente decrescente nella direzione di avanzamento di detto tubo (20). 2 - Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che prevede di tirare detto tubo (20) attraverso dette matrici di trafilatura (11) mediante l'azione di almeno un gruppo di traino (12) disposto a valle dell'ultima stazione di trafilatura (10a-10c). 3 - Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che prevede di tirare detto tubo (20) mediante gruppi di traino (12) disposti ognuno a valle di una rispettiva stazione di trafilatura (10a-10c). 4 - Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che prevede di utilizzare elementi di contrasto, o tamponi, (21a-21c) inseriti nella cavità interna di detto tubo (20) ed atti a contrastare la forza di deformazione impressa dalle matrici di trafilatura (11), detti elementi di contrasto (21a-21c) essendo in numero coniugato al numero di stazioni di trafilatura (10a-10c) dell'impianto (10). 5 - Procedimento come alla rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che prevede di utilizzare tamponi (21a-21c) di sezione coniugata alla sezione di una relativa matrice di trafilatura (11). 6 - Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, durante il passaggio di trafilatura, prevede che ogni tampone (21a-21c) si arresti in corrispondenza della relativa matrice di trafilatura (11). 7 - Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che prevede di realizzare, sull'estremità anteriore (120) di detto tubo (20), almeno un codolo di trazione (24) presentante almeno un tratto di sezione inferiore alla sezione di passaggio dell'ultima stazione di trafilatura (10c). 8 - Procedimento come alla rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che prevede di realizzare un codolo di trazione (24) con sezione correlata al numero, alla sezione di passaggio ed alla distanza reciproca tra le stazioni di trafilatura (10a-10c). 9 - Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che prevede di rilevare la forza di trazione a cui è sottoposto detto tubo (20) almeno tra un passaggio di trafilatura e quello successivo . 10 - Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che prevede di rilevare la forza di deformazione esercitata da ogni matrice di trafilatura (11) sul tubo transitante (20). 11 - Impianto per la trafilatura a freddo di un tubo metallico (20), caratterizzato dal fatto che comprende almeno due stazioni di trafilatura (10a-10c) ciascuna comprendente una relativa matrice di trafilatura, o filiera, (11), dette matrici di trafilatura (11) presentando sezioni di passaggio progressivamente decrescenti nella direzione di avanzamento di detto tubo (20). 12 - Impianto di trafilatura come alla rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che comprende un gruppo di traino (12) disposto a valle dell'ultima stazione di trafilatura (10c). 13 - Impianto di trafilatura come alla rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che comprende una pluralità di gruppi di traino (12) ciascuno disposto a valle di una rispettiva stazione di trafilatura (10a-lQc). 14 - Impianto di trafilatura come alla rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che comprende mezzi atti a predisporre un codolo di trazione (24) in corrispondenza dell'estremità anteriore (120) di detto tubo (20), detto codolo (24) presentando una sezione trasversale minore della matrice di trafilatura (11) dell'ultima stazione (10c). 15 - Impianto di trafilatura come alla rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detto codolo (24) presenta sezione costante. 16 - Impianto di trafilatura come alla rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detto codolo (24) presenta sezione a gradini correlata al numero, alla sezione ed alla distanza reciproca di dette matrici di trafilatura (11) dell'impianto (10). 17 - Impianto di trafilatura come alla rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che mezzi di inserimento sono previsti per inserire tamponi di trafilatura (21a-21c) in detto tubo (20) in modo tale che un primo tampone (21c), di sezione trasversale più piccola, si collochi in prossimità dell'estremità anteriore (120) di detto tubo (20) e l'ultimo tampone (2la), di sezione trasversale più grande, si collochi in coda. 18 - Impianto di trafilatura come alla rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che comprende mezzi di rilevazione (16) atti a misurare in continuo la forza di trazione cui è sottoposto detto tubo (20) per comandare i singoli gruppi di traino (12). 19 - Impianto di trafilatura come alla rivendicazione 18, caratterizzato dal fatto che ciascun mezzo di rilevazione (16) è collocato tra due stazioni di trafilatura (10a-10c) adiacenti. 20 - Impianto e procedimento per la trafilatura a freddo di tubi metallici, sostanzialmente come descritti con riferimento agli annessi disegni.