ES2133668T5 - Cabezal de formacion de espiras de hilo metalico a alta velocidad. - Google Patents
Cabezal de formacion de espiras de hilo metalico a alta velocidad.Info
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Abstract
UNA CABEZA DE COLOCACION DE UNA FRESADORA DE LAMINADO (14) TIENE UN EJE HUECO (14) SOPORTADO PARA ROTACION SOBRE SU EJE LONGITUDINAL (X) ENTRE UN PRIMER Y SEGUNDO ENSAMBLAJES DE SOPORTE SEPARADOS AXIALMENTE (16, 18). EL EJE HUECO SOPORTA UN CONDUCTO DE COLOCACION (24) PARA EL GIRO CON EL MISMO. EL CONDUCTO DE COLOCACION TIENE UNA SECCION DE ENTRADA (24{SUB, A}) SOBRE EL EJE HUECO ENTRE EL PRIMER Y SEGUNDO ENSAMBLAJES DE SOPORTE, Y UNA SECCION INTERMEDIA CURVADA (24{SUB, B}) QUE SE EXTIENDE A TRAVES Y AL OTRO LADO DEL SEGUNDO ENSAMBLAJE DE SOPORTE PARA TERMINAR EN UN EXTREMO DE DISTRIBUCION (24{SUB, C}) SEPARADO RADIALMENTE DEL EJE HUECO PARA DEFINIR UNA VIA DE RECORRIDO CIRCULAR. LA DIMENSION (A) POR LA QUE SE EXTIENDE EL CONDUCTO DE COLOCACION AL OTRO LADO DEL SEGUNDO ENSAMBLAJE DE SOPORTE ES MENOR QUE EL DIAMETRO (D) DE LA VIA CIRCULAR.
Description
Cabezal de formación de espiras de hilo metálico
a alta velocidad.
Esta invención se refiere en general a los
laminadores de hilos o alambres metálicos de alta velocidad y en
particular está relacionada con las mejoras en los cabezales de
formación de espiras que se utilizan para conformar los productos
laminados en caliente de tales laminadores en formaciones de anillos
helicoidales para ser depositados sobre soportadores de
enfriamiento o dispositivos similares.
Un cabezal convencional de formación de espiras
se muestra en las Figuras 1 a 10. El cabezal de formación de espiras
tiene un bastidor 12 y una vaina o manguito 14 que se encuentra
soportada entre unos ensamblajes de cojinetes primero y segundo 16,
18 para producir la rotación alrededor de su eje "X". Los
centros de los cojinetes 16, 18 se encuentran en los planos de
referencia respectivos P_{1}, P_{2} que están separados entre sí
por una distancia "B". El ensamblaje de cojinete segundo 18
tiene un diámetro interior "D".
La vaina 14 incorpora un engranaje cónico 20 que
se engrana con un engranaje cónico 22 de mayor diámetro, estando
accionado este último por unos medios convencionales (no
mostrados). La vaina soporta a un tubo de formación de espiras 24
para efectuar la rotación. El tubo de formación de espiras tiene una
sección de entrada 24_{a} dispuesta en el eje X de la vaina entre
los ensamblajes de cojinete primero y segundo 16, 18 y una sección
intermedia curva 24_{b} que conduce desde la sección de entrada a
través del plano de referencia P_{2} hasta un extremo de entrega
24_{c}. La sección intermedia generalmente está curvada en dos
planos. El extremo de entrega está separado del plano de referencia
P_{2} por una distancia de voladizo "A" y está separado
radialmente separada radialmente del eje X para definir una
trayectoria circular de recorrido que tiene un diámetro "F".
El tubo de formación de espiras se encuentra sujeto por una
estructura de soporte de tubo 26 que comprende a unos brazos que se
extienden radialmente desde la vaina. El producto laminado en
caliente se dirige al interior de la sección de entrada 24_{a} del
tubo de formación de espiras y sale por el extremo de entrega
24_{c} como una formación continua de anillos helicoidales que
tienen unos diámetros F.
Haciendo referencia a la Figura 2, se podrá
observar que bajo condiciones estáticas, el ensamblaje de rotación
que comprende a la vaina, al tubo de formación de espiras y a la
estructura de soporte, se deflecta bajo su propio peso "W"
como se indica diagramaticalmente por medio de la curva 28
(exagerada con propósitos de ilustración). De esta manera, el
centroide 30 del ensamblaje de rotación se separa lateralmente del
eje de rotación X en una distancia "Y". La extensión con la
cual se minimiza la deflexión lateral Y del centroide está
considerada como una medida de la "rigidez" del cabezal de
formación de espiras.
Generalmente se acepta que una velocidad de
operación segura para un cabezal de formación de espiras no debe
ser superior a aproximadamente el 65% de la velocidad de resonancia
crítica del ensamblaje de rotación. La velocidad de resonancia
crítica varía inversamente con la raiz cuadrada de la deflexión
lateral Y.
Los cabezales de formación de espiras actualmente
funcionan de manera satisfactoria con unas velocidades de entrega
del laminador del orden de 100-110 m/s. No
obstante, puesto que estas velocidades continúan incrementándose
hasta alcanzar los 120 m/s y superiores, se calcula que cada vez
será más problemática la capacidad de los cabezales convencionales
de formación de espiras para funcionar satisfactoriamente a estas
elevadas velocidades. La razón parece ser una rigidez inadecuada,
la cual no solamente disminuye la velocidad de resonancia crítica
del ensamblaje de rotación sino que también conduce a la
introducción de unas vibraciones inaceptablemente pronunciadas.
El objetivo de la presente invención es conseguir
un incremento marcado en la rigidez de los cabezales de formación
de espiras, con lo cual se solucionan los problemas asociados con
la técnica anterior y se hace posible cumplir con las demandas
siempre crecientes de velocidad de los modernos laminadores de alta
velocidad.
Este objetivo se puede conseguir por medio de un
cabezal de formación de espiras como se define en la Reivindicación
1.
La presente invención se origina por la
determinación de que un factor primario que contribuye a la
inadecuada rigidez del cabezal de formación de espiras es la
extensión del voladizo de la vaina y del tubo de formación de
espiras más allá del segundo ensamblaje de cojinetes. En los
cabezales convencionales de formación de espiras, la extensión del
voladizo es invariablemente mayor que el diámetro de los anillos
que están siendo formados por el cabezal de formación de espiras así
como de la separación axial en los ensamblajes de cojinetes primero
y segundo. De acuerdo con la presente invención, se reduce el
voladizo a una fracción de estas dimensiones con lo cual se
consigue una construcción más rígida que puede ser compensada más
fiablemente y funcionar con seguridad a velocidades más
elevadas.
La Figura 1 ilustra a los componentes principales
de un cabezal de formación de espiras convencional de un laminador
hilos metálicos;
La Figura 2 es un diagrama de fuerzas que muestra
la deflexión del ensamblaje de rotación de un cabezal de formación
de espiras bajo condiciones estáticas; y
La Figura 3 es una ilustración de la relación del
voladizo del tubo de formación de espiras respecto al diámetro
interior del segundo ensamblaje de cojinetes.
En el pasado, el espectro de los fallos de los
cojinetes inducidos por la velocidad ha influenciado a aquellos
especialistas en la técnica para hacer que el denominado "número
D_{m}N" (diámetro medio X RPM) del segundo ensamblaje de
cojinetes 18 sea aproximadamente 1.000.000. De esta manera, puesto
que la velocidad de giro del cabezal de formación de espiras
necesariamente se ha incrementado para cumplir con las velocidades
siempre crecientes de los laminadores y con el fin de mantener el
número D_{m}N dentro de lo que se consideraba que eran límites
seguros, se minimizaron los diámetros interiores. No obstante, como
se muestra en la Figura 3, la extensión de voladizo A del tubo de
formación de espiras es una función del diámetro interior D del
segundo ensamblaje de cojinetes 18.
La presente invención se diferencia del
pensamiento convencional porque incrementa el valor de D_{m}N del
segundo ensamblaje de cojinetes tanto como el 50% hasta alcanzar
unos niveles que se aproximan a 1.600.000. Con los niveles elevados
del valor de D_{m}N se pueden tolerar los incrementos en el
número de revoluciones así como los de los diámetros interiores de
los cojinetes. Los diámetros interiores incrementados hacen posible
retraer axialmente la sección intermedia curva 24_{a} del tubo de
formación de espiras dentro de la vaina 14. De esta manera, como se
muestra en la Figura 3, un incremento \DeltaD en el diámetro
interior desde D_{1} a D_{2} acomodará una disminución
\DeltaA en el voladizo desde A_{1} a A_{2}. Cualquier
disminución \DeltaA en el voladizo produce una disminución
concomitante en la distancia "C" con la que el centroide se
encuentra separado del centro 30 del plano P_{2} del segundo
ensamblaje de cojinetes. Puesto que la deflexión Y se calcula
como:
Y = W \ C^{2}
\ B/3 \ E \ I_{1} \ + \ W \ C^{3} /3 \ E \
I_{2}
en
donde:
I_{1} = momento neto de inercia de la sección
transversal de la vaina
I_{2}= momento medio de inercia de la sección
transversal del soporte de tubo
E = módulo de elasticidad
se podrá observar que disminuyendo C, también
disminuirá Y con lo cual se incrementa la rigidez y la velocidad de
resonancia crítica del tubo de formación de espiras.
Con el fin de reducir adicionalmente la deflexión
para cualquier valor dado de C, la separación B entre los
rodamientos primero y segundo 16, 18 también debe ser tan pequeña
como sea posible. No obstante y haciendo de nuevo referencia a la
Figura 2, se debe considerar que la carga sobre los cojinetes 18 es
igual a la reacción "R" que se puede expresar como:
R = W (C/B +
1)
De esta manera, cualquier disminución de B
incrementará la carga sobre los cojinetes 18. Esto normalmente no
sería un problema si los cojinetes estuviesen clasificados con los
valores convencionales de D_{m}N por debajo de aproximadamente
1.000.000. No obstante, con los valores elevados de D_{m}N de la
presente invención, el número de elementos giratorios de los
cojinetes se debe reducir con el fin de acomodar la penetración de
los lubricantes con lo cual se reduce la vida útil de los cojinetes
para cualquier carga cada.
De acuerdo con la presente invención, el valor de
D_{m}N del segundo ensamblaje de cojinetes es elevado de manera
que para una velocidad dada de entrega del laminador, el incremento
permitido en el diámetro interior acomodará a una disminución en el
voladizo A para que sea menor que el diámetro del anillo. La carga
sobre los cojinetes se mantiene dentro de unos límites tolerables
asegurando que la separación B entre los cojinetes 16, 18 permanezca
mayor que el voladizo A.
La tabla A ilustra lo que se puede conseguir con
una velocidad de entrega del laminador de 150 m/s cuando el
diámetro interior del segundo ensamblaje de cojinetes está
dimensionado con un diámetro medio de 550 mm y los cojinetes
funcionan con unos valores elevados de D_{m}N de acuerdo con la
presente invención.
Se podrá observar de la Tabla A que al elevar el
valor D_{m}N del segundo ensamblaje de cojinetes 18 para que sea
bastante superior a 1.000.000, se puede utilizar un diámetro
interior D de 500 mm con las velocidades de entrega del laminador
de 150 m/s para producir unos diámetros de anillos que varían de
1.000 mm a 1.200 mm. En todos los casos, el voladizo A es
considerablemente menor que el diámetro de los anillos que están
siendo formados y la distancia B entre los cojinetes 16, 18 es
mayor que el voladizo A.
Estas dimensiones y los valores de D_{m}N
variarán dependiendo de la velocidad de entrega del laminador y del
tamaño de los anillos que están siendo formados por el cabezal de
formación de espiras. No obstante, el punto central de la presente
invención es la disminución del voladizo A para que sea menor que
el diámetro F de los anillos. Como resultado, la deflexión Y del
centroide se minimiza con lo cual se eleva la velocidad de
resonancia crítica del cabezal de formación de espiras, lo cual a
su vez hace posible que funcione con seguridad a velocidades más
elevadas. El voladizo reducido se hace posible incrementando
sustancialmente el valor de D_{m}N del segundo ensamblaje de
cojinetes con el fin de obtener los beneficios de un diámetro
interior. La carga sobre los cojinetes se mantiene dentro de unos
límites tolerables asegurando que la separación entre los cojinetes
16, 18 es mayor que cualquier voladizo más allá del segundo
cojinete 18.
Claims (2)
1. Un cabezal de formación de espiras para un
laminador de hilo metálico, el cual se encuentra adaptado para
recibir a un producto de hilo único en forma de un hilo metálico o
similar que se mueve axialmente y para conformar al citado producto
en una serie continua de anillos, comprendiendo el citado cabezal de
formación de espiras:
una vaina (14) que tiene un eje longitudinal
(X);
unos ensamblajes de cojinetes primero y segundo
(16, 18) que rodean y soportan a la citada vaina para producir el
giro alrededor del citado eje, estando situados los citados
ensamblajes de cojinetes primero y segundo respectivamente en unos
planos de referencia primero y segundo (P_{1}, P_{2})
mutuamente separados y perpendiculares al citado eje;
unos medios (20,22) para hacer girar a la citada
vaina alrededor del citado eje; y
un tubo de formación de espiras (24) soportado
por la citada vaina para producir la rotación alrededor del citado
eje, teniendo el citado tubo de formación de espiras una sección de
entrada ( 24_{a}) que se mantiene sobre el citado eje entre los
citados ensamblajes de cojinetes primero y segundo y a cuyo interior
se dirige el producto y teniendo una sección curvada intermedia
(24_{b}) que conduce desde la citada sección de entrada a través
del citado plano de referencia segundo para terminar en un extremo
de entrega (24_{c}) desde cual el citado producto sale como una
serie continua de anillos, estando separado el citado extremo de
entrega (24_{c}) radialmente del citado eje (X) para definir una
trayectoria circular de recorrido y estando separado del citado
segundo plano por una distancia de voladizo (A) que está
comprendida entre 0,77 y 0,83 del diámetro de la citada trayectoria
circular del recorrido, en el cual el citado ensamblaje segundo de
cojinetes tiene un valor D_{m}N por encima de 1.000.000.
2. Un cabezal de formación de espiras como se ha
reivindicado en la Reivindicación 1, en el cual la distancia entre
los citados planos de referencia primero y segundo (P_{1},
P_{2}) es mayor que la citada distancia de voladizo (A).
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