ES2212982T3 - Cabezal formador de espiras. - Google Patents
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Abstract
Cabezal formador de espiras (15) a partir de perfiles semielaborados continuos y básicamente rectilíneos (11), como por ejemplo redondos o barras, del tipo que comprende un mandril (18) que gira en torno a un eje básicamente horizontal, girado por unos medios de accionamiento (21), que contiene en su interior un tubo perfilado (24) que se remata básicamente en espiral, en cuyo interior se introduce el perfil laminado (11) para su curvado gradual hasta descargarse en forma de espiras (15) desde la salida de dicho tubo (24), en colaboración con la sección de salida final de dicho tubo perfilado (24), previéndose un elemento de retención de configuración anular (29) dispuesto en el exterior de dicho tubo perfilado (24), cuyo elemento de retención (29) incluye como mínimo un segmento (29b) de pared interior ahusado y divergente exteriormente, cuyo cabezal formador de espiras se caracteriza porque el segmento (29b) de pared interior ahusado y divergente exteriormente se sitúa frente a la salidade dicho tubo perfilado (24), sirviendo dicho segmento (29b) ahusado y divergente exteriormente para permitir la descarga de energía cinética derivada del exceso de velocidad de las espiras del extremo posterior, y para permitir una expansión controlada del segmento (11a) del extremo posterior del perfil laminado (11), y porque el elemento de retención (29) tiene un segmento básicamente cilíndrico (29c) cuyo diámetro se corresponde con el diámetro mayor de dicho segmento (29b) ahusado y divergente exteriormente, cuyo segmento (29b) ahusado y divergente exteriormente se sitúa inmediatamente aguas abajo y continuando el segmento (29b) ahusado y divergente exteriormente, con la función de estabilizar las espiras del extremo posterior formadas en dicho segmento (29b) ahusado y divergente exteriormente.
Description
Cabezal formador de espiras.
La presente invención trata de un cabezal
formador de espiras, de acuerdo con lo expuesto en el preámbulo de
la reivindicación 1 (véase, por ejemplo, el documento
DE-A-3347031).
El cabezal formador de espiras de la invención
tiene aplicación en máquinas formadoras de espiras a partir de
perfiles semielaborados continuos y básicamente rectilíneos,
procedentes del laminador o de cualquier otra fuente similar, como
por ejemplo barras, redondos o similares.
Las máquinas bobinadoras del estado de la técnica
constan de un cabezal formador de espiras giratorio que comprende
un tubo que tiene una configuración final en espiral, con un eje de
entrada coaxial con el eje de laminación, básicamente horizontal, y
un eje de salida tangencial al diámetro teórico nominal de las
espiras a obtener.
El perfil laminado que sale de la caja de acabado
se envía al interior del tubo perfilado, que se curva para formar
en la salida una sucesión de espiras de paso y diámetro
determinados. Las espiras así formadas caen y se depositan en
rodillos transportadores para enfriarse y trasladarse a la zona de
recogida y/o apilado.
Se hace girar el tubo perfilado sobre el eje de
laminación a través de unos medios de accionamiento adecuados, a
una velocidad tal que la velocidad periférica de la sección de
salida, tangencial al diámetro nominal de las espiras a obtener,
prácticamente equivale a la velocidad de laminación.
De este modo, la energía cinética que posee el
perfil laminado al entrar en el tubo perfilado puede descargarse
totalmente en el interior del citado tubo, y las espiras salen
básicamente estacionarias a la vista del observador externo.
La energía cinética que posee el perfil laminado
se equilibra en el interior del tubo perfilado principalmente por
la fricción generada entre el perfil laminado y las paredes
interiores del tubo, por los componentes de fuerza perpendiculares
al sentido de desplazamiento a los que está sometido el perfil
laminado.
Aparte de lo anterior, parte de la energía
cinética se equilibra por un estado de tracción determinado aguas
arriba del cabezal formador de espiras; se equilibra dicha tracción
al quedar el extremo posterior del perfil laminado retenido entre
los rodillos de la caja de acabado.
Al salir el extremo posterior de la barra de la
caja de acabado, se sigue asegurando el equilibrio de las fuerzas
de tracción debido a la presencia de un conjunto de estirado
situado aguas arriba del cabezal formador de espiras, cuya función
básica consiste en frenar y controlar el extremo posterior del
perfil laminado.
Sin embargo, también al salir el extremo
posterior del conjunto de estirado se crea un desequilibrio de
fuerzas, porque la tracción sobre el perfil laminado que genera el
cabezal formador de espiras ya no se equilibra con una fuerza igual
y contraria que actúa aguas arriba del cabezal.
Este desequilibrio de fuerzas provoca una
aceleración violenta del extremo posterior, traduciéndose en una
velocidad del material superior a la velocidad periférica del tubo
perfilado.
Si no se controla, esta mayor velocidad tenderá a
provocar la formación de una o varias espiras en el extremo
posterior de diámetro muy superior al diámetro nominal deseado.
Para obviar este inconveniente, el estado de la
técnica ha previsto en la salida del tubo perfilado un anillo
cilíndrico fijo cuyo diámetro es ligeramente superior al diámetro
nominal de las espiras, y cuya función es impedir la formación de
espiras en el extremo posterior de diámetro muy superior al
diámetro nominal.
Se muestra un ejemplo de esta realización en el
documento US-A-3.563.488.
Así pues, la parte del extremo posterior, que
tendería a formar espiras de mayor diámetro, se para contra el
anillo y elimina la energía derivada del impacto, doblando el
redondo.
Se forma de este modo un pliegue en forma de
omega, o lazo, en la parte del extremo posterior del perfil
laminado, situándose en la última espira.
La formación de este lazo es muy poco deseable
porque causa problemas de obstrucción en las operaciones de
recogida y apilado; así pues, es necesario disponer el estirado
parcial manual como mínimo del lazo para reducir dicha problemática
al mínimo. Asimismo, el lazo ha de eliminarse manualmente antes de
atarse los rollos acabados.
Todo ello supone un aumento de mano de obra no
deseado, además de un desperdicio de material.
Se han propuesto diversas soluciones a este
inconveniente, del que los empresarios del sector llevan quejándose
desde hace tiempo.
Se ha descartado una de las soluciones -ajustar
instantáneamente la velocidad del tubo formador de espiras a la del
extremo posterior del perfil laminado- por no ser factible, dado el
mínimo tiempo disponible para modificar la velocidad de giro del
tubo y las elevadas inercias en juego.
El documento
US-A-5.312.065 preconiza un cabezal
formador de espiras que comprende un tubo perfilado de un tipo
convencional, asociado en la salida a una prolongación de guía que
consiste en un elemento interno que gira con el tubo, y otro
externo, que puede fijarse o girar independientemente del tubo.
El elemento giratorio interno se configura en
espiral y dispone de un extremo de entrada abierto frente al
extremo de salida del tubo formador de espiras.
La función básica del elemento interno es
prolongar la acción de guía del tubo formador de espiras,
permitiendo la formación eficaz de una espira circular en el
extremo posterior, e impidiendo la formación de lazos o
ganchos.
El elemento interno es desmontable y puede
desmontarse en caso de laminación a baja velocidad de un producto
de gran diámetro, en donde no es necesaria e incluso es perjudicial
la función de la guía complementaria.
El elemento externo consiste en una pantalla
cilíndrica con un diámetro superior al diámetro nominal de las
espiras; su función es absorber, mediante rozamiento por
deslizamiento, el exceso de energía que posee el perfil laminado al
salir su extremo posterior del conjunto de estirado situado aguas
arriba del cabezal formador de espiras.
Esta realización es válida en teoría, pero se ha
comprobado que en la práctica no puede utilizarse a escala
industrial por ser compleja y poco fiable, sobre todo en el caso de
un cabezal formador de espiras giratorio a elevada velocidad.
Otra solución podría consistir en eliminar
totalmente el anillo de retención, o realizarlo con un diámetro muy
superior al diámetro final del tubo formador de espiras,
permitiendo que la espira del extremo posterior alcance su diámetro
natural en función de la mayor velocidad alcanzada.
Sin embargo, esto no es posible por diversos
motivos, incluso por problemas derivados relacionados con la
seguridad de los trabajadores, o la denominada "mordida" de
las espiras que provoca el paso del extremo final configurado en
espiral del cabezal formador de espiras sobre el material ya
expulsado del tubo, quedando retenido contra el anillo.
El documento
DE-A-19 25 800 describe un
dispositivo para producir rollos de barra que comprende un tubo de
guía con un eje vertical y dotado tanto de un movimiento giratorio
sobre el eje vertical como de un movimiento oscilatorio por el
mismo eje.
Debido al posicionamiento en el eje vertical del
tubo de guía de la barra, deberán afrontarse problemas muy
diferentes frente a los tubos formadores de espiras con eje
horizontal similares al de la invención del Solicitante, porque los
problemas relacionados con la mayor velocidad del extremo posterior
del perfil laminado son radicalmente diferentes, máxime habida
cuenta de que, en el caso del documento
DE-A-19 25 800, la barra entra en
el tubo después de haberse doblado y por tanto a una velocidad
bastante reducida.
En la salida de dicho tubo de guía de eje
vertical existe una campana de impacto cónica: como quiera que el
movimiento oscilatorio del tubo de guía por su eje varía
continuamente la posición recíproca del tubo de salida y de la
campana cónica, permite variar y controlar continuamente el
diámetro de las espiras del rollo en formación.
El dispositivo descrito en el documento
DE-A-19 25 800 sirve básicamente
para obtener el rollo más compacto posible, impidiendo la formación
de intersticios y optimizando el uso de los espacios bobinadores
disponibles.
La campana de impacto, dividida en partes que
pueden ajustarse radialmente, siempre participa en el proceso de
formación de espiras, y no sólo en la fase final de formación de
las espiras cuando se somete el extremo posterior del perfil
laminado a una mayor velocidad.
El documento
DE-A-3.347.031 describe un cabezal
formador de espiras para barras de diámetros diferentes (desde 5,5
hasta 13 mm) y velocidades de laminación final diferentes. Este
documento prevé un anillo soporte de retención de longitud axial
variable, en la salida del tubo perfilado que forma las espiras,
que habrá de adaptarse cada vez a velocidades de salida diferentes
de las espiras en función del diámetro y la velocidad de la barra
que sale del laminador.
Modificando la posición axial de dicho anillo
externo, las espiras pueden bien descansar brevemente sobre dicho
anillo externo y reducir su velocidad brevemente contra el mismo,
en función de la velocidad de la barra a partir de la que se forman
las espiras, o pueden depositarse directamente en el transportador
sin tocar el anillo.
Así pues, este documento no preconiza un elemento
ahusado y divergente exteriormente, enfrentado en todo momento a la
salida del tubo perfilado, para permitir que las espiras del
extremo posterior eliminen el exceso de energía cinética derivado
del exceso de velocidad a la salida el extremo posterior de la
barra del conjunto de estirado dispuesto aguas arriba del cabezal
formador de espiras.
El presente Solicitante ha concebido y realizado
la presente invención para superar este inconveniente, relacionado
con la mayor velocidad del extremo posterior de un producto
laminado procedente de un tubo formador de espiras de eje
horizontal, con una solución sencilla y a la vez extremadamente
eficaz.
La invención se expone y caracteriza en la
reivindicación principal, describiéndose otras características de la
realización principal en las reivindicaciones dependientes.
La invención tiene por objeto obtener un cabezal
formador de espiras, del tipo que gira en torno a un eje fijo
longitudinalmente y básicamente horizontal, capaz de mejorar la
configuración de las espiras del extremo posterior, eliminando los
problemas que provoca la mayor velocidad que alcanza la parte del
extremo posterior al salir de los dispositivos de estirado.
Más concretamente, la invención tiene por objeto
impedir la formación del lazo no deseado en el extremo posterior,
obteniéndose de este modo una espira terminal de configuración
básicamente circular, eliminando por tanto la necesidad de
intervenciones manuales de corte y enderezado.
La invención también tiene por objeto obtener una
solución sencilla y económica que pueda aplicarse básicamente a
cada uno de los cabezales formadores de espiras ya existentes, del
tipo indicado anteriormente, y en concreto útil para un perfil
laminado a velocidad muy elevada y de diámetro pequeño.
De acuerdo con la invención, en la salida del
tubo perfilado que forma las espiras, girando en tomo a un eje
básicamente horizontal, se prevé un anillo de retención básicamente
coaxial, de configuración ahusada divergente exteriormente.
El anillo ahusado se caracteriza por un menor
diámetro frente al interior del cabezal formador de espiras, y por
un mayor diámetro frente a la salida del cabezal formador de
espiras, desde donde se descargan las espiras formadas.
Es conveniente, sin limitación, que el
ahusamiento de acuerdo con la invención, tenga una inclinación
entre 10º y 80º.
Seguidamente, se hace que las espiras del extremo
posterior que salen del tubo perfilado, que tienden a expandirse
radialmente por la mayor velocidad, descansen sobre el plano
inclinado del anillo ahusado para después eliminar gradualmente la
energía cinética adquirida.
Así pues, la presencia del anillo ahusado en la
salida del tubo formador de espiras permite impedir el impacto
perpendicular del material contra un anillo cilíndrico fijo,
impidiendo así la obstrucción del material y por tanto la formación
del lazo en el extremo posterior.
Al mismo tiempo, el anillo asegura en cualquier
caso la retención y la protección de los trabajadores, permitiendo
la expansión gradual del material, eliminando su mayor velocidad, e
impidiendo a la vez una expansión excesiva e incontrolada.
Asimismo, el material se traslada progresivamente
hacia la salida del cabezal formador de espiras y por tanto las
últimas espiras formadas no son susceptibles de dañarse por el
posterior paso sobre el material de la parte final del cabezal
formador de espiras
configurado en espiral.
configurado en espiral.
En una primera realización, el anillo de
retención está fijo.
Según una variante, se hace girar el anillo por
el mandril del cabezal formador de espiras.
Las espiras del extremo posterior que se obtienen
con la solución de la invención tienen un diámetro ligeramente
superior al nominal, manteniéndose en todo caso dentro de una
tolerancia aceptable, y por tanto pueden reducir su velocidad
contra la superficie inclinada del anillo ahusado, descargándose en
la cinta de descarga.
Según la invención, aguas abajo del anillo
ahusado divergente se prevé al menos una parte básicamente
cilíndrica, con la función de estabilizar las espiras del extremo
posterior una vez se han formado en dicho anillo ahusado.
Las Figuras que se acompañan se facilitan a modo
de ejemplo no limitativo y muestran algunas realizaciones
preferentes de la invención, en donde:
la Fig. 1 es una vista esquemática de la parte
final de una línea de laminación que comprende un cabezal formador
de espiras de acuerdo con una realización de la invención;
la Fig. 2 muestra una sección longitudinal de una
realización del cabezal formador de espiras de acuerdo con la
invención;
la Fig. 3 muestra esquemáticamente un detalle de
un cabezal formador de espiras obtenido de acuerdo con una
realización de la invención;
la Fig. 4 muestra esquemáticamente cómo funciona
la invención.
La parte final de una línea laminadora 10 de
productos alargados 11, como por ejemplo barras o redondos,
típicamente comprende una caja de acabado 12, seguida de un
conjunto de estirado 13, que envía el producto 11a un cabezal
giratorio formador de espiras 14.
La parte final se muestra aquí únicamente de
forma esquemática, sin que se muestren en este caso los conjuntos
de enfriado, de estirado, las cortadoras o cualquier otro conjunto
funcional dispuesto entre la caja de acabado 12 y el cabezal
formador de espiras 14 para una mayor simpleza, y por carecer de
importancia a los efectos de la invención.
El cabezal formador de espiras 14 puede formar
una pluralidad de espiras 15 de paso y diámetro determinados,
descargándolas en una transportadora 16 que las transporta hacia la
columna de recogida y apilado 17.
El cabezal formador de espiras 14 comprende un
mandril 18 que gira en tomo a un eje básicamente horizontal y
básicamente coincidente con el eje de laminación, soportado por
unos medios de soporte 19 y girado, a través de unos engranajes 20,
por un motor 21.
Debe comprenderse que el cabezal formador de
espiras 14 que se muestra en las Figuras se facilita tan sólo a
modo de ejemplo, puesto que su configuración y estructura pueden
ser diferentes en parte, como también el tipo de accionamiento, el
tipo de soportes, etc.
Dentro del mandril giratorio 18 existe un tubo de
guía perfilado 24, configurado en espiral en su parte final, en
cuyo interior se guía el perfil laminado 11a través de un canal de
alimentación 22 asociado aguas arriba a un elemento de introducción
23.
El tubo perfilado 24 colabora, en una posición
básicamente final, con una placa frontal 25 asociada al mandril
giratorio 18 por medio de un eje 26 dispuesto en continuación axial
del propio mandril 18.
La placa frontal 25 sirve básicamente de hélice
del cabezal formador de espiras 14 y soporta la parte final
configurada en espiral del tubo perfilado 24.
El tubo perfilado 24 también cuenta en una
posición intermedia con la sustentación de unos soportes 27 unidos
al eje 26 de la placa 25.
En torno a la parte final del mandril 18, el eje
26 y la placa 25, se prevé un elemento acampanado 28 con una
función de retención y protección.
Se hace girar el tubo perfilado 24 solidariamente
con el mandril 18 y su función es doblar el perfil laminado 11
hasta que se obtienen espiras 15 en la salida con un diámetro
nominal igual al diámetro de la placa frontal 25.
La velocidad de giro del mandril 18 es tal que la
sección de salida del tubo 24 asume una velocidad periférica
básicamente igual a la velocidad lineal a la que se alimenta el
producto 11, correspondiente a la velocidad de laminado.
Al salir el segmento final o extremo posterior
del perfil laminado 11, que se identifica en la Fig. 2 con la
referencia numérica 11a, del conjunto de estirado 13, el producto
11 sufre una aceleración violenta que lleva su velocidad hasta un
valor superior a la velocidad periférica de la sección de salida
del tubo 24. Es por ello que el material tiende a expandirse
respecto del diámetro nominal de las espiras 15 formadas hasta ese
momento.
De acuerdo con la invención, en la zona de salida
del cabezal formador de espiras 14, y en colaboración con la
sección final del tubo perfilado 24, se prevé un elemento de
retención anular 29, dispuesto en el exterior del tubo perfilado
24, y básicamente coaxial con el mismo.
Este elemento o anillo de retención 29 tiene una
pared ahusada y divergente exteriormente, al menos en parte,
dispuesta en posición de colaboración con la salida del tubo
perfilado 24.
En este caso, el anillo de retención 29 dispone
de tres segmentos consecutivos, a saber un primer segmento
básicamente cilíndrico 29a de menor diámetro, un segundo segmento
29b ahusado y divergente exteriormente, y un tercer segmento
básicamente cilíndrico 29c de mayor diámetro, respectivamente.
Es conveniente, sin limitación, que el ángulo a
que determina el segmento ahusado y divergente 29b se sitúe entre
10º y 80º, en función de su amplitud longitudinal y de su diámetro,
el diámetro del producto 11 y la velocidad de laminación.
En una realización de la invención, el anillo de
retención 29 es solidario con el elemento acampanado 28, y por
tanto lo gira el mandril giratorio 18 del cabezal formador de
espiras 14.
De acuerdo con una variante, que no se muestra
aquí, el anillo de retención 29 se monta fijo en la salida del
cabezal formador de espiras 14.
La espira del extremo posterior tiende a
expandirse radialmente por la mayor velocidad adquirida desde el
momento en que el segmento del extremo posterior 1 la sale del
conjunto de estirado 13; al salir del tubo 24, descansa contra la
pared interna ahusada del segmento 29b del anillo 29, siguiendo la
trayectoria indicada en la Fig. 4.
De este modo, el extremo posterior del producto
puede eliminar su exceso de energía cinética, y sin embargo seguir
confinado de forma controlada dentro de un volumen contenido, y
avanzar al mismo tiempo hacia la salida del cabezal formador de
espiras 14.
El segmento final básicamente cilíndrico 29c
tiene la función de estabilizar las últimas espiras formadas antes
de la descarga.
Las últimas espiras que se obtienen son de
diámetro ligeramente superior al diámetro nominal, manteniéndose en
todo caso dentro de una tolerancia aceptable.
Asimismo, no se forma ningún lazo en el extremo
posterior, al no producirse un impacto violento y perpendicular del
extremo posterior 11a del producto contra un anillo cilíndrico.
Tampoco se produce un deslizamiento de la placa
frontal 25 contra el producto ya expulsado del tubo, porque el
anillo de retención 29 propicia el traslado de las espiras 15 hacia
el exterior del cabezal formador de espiras 14 y hacia la
transportadora 16 para su descarga.
Podrán realizarse modificaciones e
incorporaciones a la presente invención, que en todo caso quedarán
dentro del ámbito de la misma, según se define en las
reivindicaciones que se acompañan.
Más concretamente, el cabezal formador de espiras
14 puede tener una configuración y unos medios de accionamiento
diferentes, el conjunto de estirado 13 puede sustituirse por otro
elemento de estirado, y la columna de recogida y apilado 17 puede
sustituirse por otro dispositivo de acumulación con la misma
función.
Claims (5)
1. Cabezal formador de espiras (15) a partir de
perfiles semielaborados continuos y básicamente rectilíneos (11),
como por ejemplo redondos o barras, del tipo que comprende un
mandril (18) que gira en torno a un eje básicamente horizontal,
girado por unos medios de accionamiento (21), que contiene en su
interior un tubo perfilado (24) que se remata básicamente en
espiral, en cuyo interior se introduce el perfil laminado (11) para
su curvado gradual hasta descargarse en forma de espiras (15) desde
la salida de dicho tubo (24), en colaboración con la sección de
salida final de dicho tubo perfilado (24), previéndose un elemento
de retención de configuración anular (29) dispuesto en el exterior
de dicho tubo perfilado (24), cuyo elemento de retención (29)
incluye como mínimo un segmento (29b) de pared interior ahusado y
divergente exteriormente, cuyo cabezal formador de espiras se
caracteriza porque el segmento (29b) de pared interior
ahusado y divergente exteriormente se sitúa frente a la salida de
dicho tubo perfilado (24), sirviendo dicho segmento (29b) ahusado y
divergente exteriormente para permitir la descarga de energía
cinética derivada del exceso de velocidad de las espiras del
extremo posterior, y para permitir una expansión controlada del
segmento (11a) del extremo posterior del perfil laminado (11), y
porque el elemento de retención (29) tiene un segmento básicamente
cilíndrico (29c) cuyo diámetro se corresponde con el diámetro mayor
de dicho segmento (29b) ahusado y divergente exteriormente, cuyo
segmento (29b) ahusado y divergente exteriormente se sitúa
inmediatamente aguas abajo y continuando el segmento (29b) ahusado
y divergente exteriormente, con la función de estabilizar las
espiras del extremo posterior formadas en dicho segmento (29b)
ahusado y divergente exteriormente.
2. Cabezal formador de espiras de acuerdo con la
Reivindicación 1, que se caracteriza porque la inclinación
del segmento (29b) ahusado y divergente exteriormente se sitúa
entre 10º y 80º.
3. Cabezal formador de espiras de acuerdo con la
Reivindicación 1, que se caracteriza porque dicho anillo de
retención (29) tiene un segmento básicamente cilíndrico (29a) cuyo
diámetro se corresponde con el diámetro menor de dicho segmento
(29b) ahusado y divergente exteriormente y situado aguas arriba del
segmento (29b) ahusado y divergente exteriormente,
4. Cabezal formador de espiras de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se
caracteriza porque dicho anillo de retención (29) es
fijo.
5. Cabezal formador de espiras de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que se caracteriza
porque se hace girar dicho anillo de retención (29) junto con el
mandril giratorio (18).
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