ES2635062T3

ES2635062T3 - Máquina de estirar para estirar tubos y su método de uso

Info

Publication number: ES2635062T3
Application number: ES14828282.5T
Authority: ES
Inventors: Andrea ANGELILLI; Luca Crespan
Original assignee: Danieli and C Officine Meccaniche SpA
Current assignee: Danieli and C Officine Meccaniche SpA
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2014-11-20
Publication date: 2017-10-02
Anticipated expiration: 2034-11-20
Also published as: EP2991784B1; WO2015075660A3; US10328473B2; US11097325B2; EP2991784A2; CN105209189B; ITMI20131926A1; US20160279689A1; WO2015075660A2; CN105209189A; US20190201956A1

Abstract

Una máquina de estirar (1) para estirar un tubo (2), que define un eje longitudinal (Y), que comprende: - un primer troquel (3) para realizar el estirado del tubo por medio de la utilización de un mandril (4); - un dispositivo de variación de inclinación para variar la inclinación (5) del tubo que entra en dicha primera matriz (3); - un sistema de detección en línea para detectar la excentricidad del tubo; - un sistema de procesamiento de datos (7) para procesar señales procedentes de dicho sistema de detección y enviar datos de entrada a dicho dispositivo de variación de inclinación (5) del tubo para variar la inclinación del tubo con el fin de corregir la excentricidad del tubo en línea; caracterizado por que se proporciona un segundo troquel (6) para realizar una operación de paso de piel sobre el tubo, que está dispuesto aguas abajo de dicho primer troquel (3), y por que dicho sistema de detección en línea para detectar la excentricidad del tubo comprende un primer cabezal de detección dispuesto aguas abajo de dicho primer troquel (3) y que comprende al menos tres primeros transductores (8, 8").

Description

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DESCRIPCION

Maquina de estirar para estirar tubos y su metodo de uso Campo de la invencion

[0001] La presente invencion se refiere a una maquina de estirar para estirar tubos dotados de un sistema en lfnea para detectar la excentricidad del tubo y medios para ajustar dicha excentricidad.

Estado de la tecnica

[0002] Se conocen diversas maquinas de estirar para estirar tubos de estirado, por ejemplo, tubos de cobre, que estan dotados de un sistema de deteccion de excentricidad en lfnea y con medios para ajustar dicha excentricidad.

[0003] Un ejemplo de estas maquinas, que se ilustra en el documento US2010/064750A1, proporciona el uso de transductores en el soporte de troquel del troquel de trabajo, es decir, el troquel que realiza el estirado del tubo por medio del uso de un mandril. Un sistema de procesamiento de datos procesa las senales que se originan de dichos transductores y envfa datos procesados/filtrados a un sistema mecanico para ajustar el angulo de entrada del tubo en el troquel de trabajo.

[0004] El funcionamiento del sistema es el siguiente: durante el estirado, el tubo se mide continuamente por los transductores dispuestos en el troquel de trabajo; los "n" espesores detectados para cada porcion de la superficie del tubo se envfan a un PLC que, procesandolos usando un algoritmo de los mismos, hace que el sistema mecanico limitado al tubo se mueva, variando asf el angulo de entrada del tubo en el troquel de trabajo. Dado que el fulcro de rotacion es el propio troquel de trabajo, esta accion provoca una variacion adecuada en el acoplamiento del troquel- mandril, intentando asf poner a cero las variaciones dimensionales de los "n" espesores.

[0005] Dado que la temperatura del troquel de trabajo durante el estirado se estabiliza a aproximadamente 350370 °C, y la temperatura del tubo se estabiliza a aproximadamente 80-90 °C, estas temperaturas estropean rapidamente los transductores, que por lo tanto tienen una vida util reducida. Por lo tanto, se siente la necesidad de hacer una maquina de estirar para estirar tubos que permita superar los inconvenientes mencionados anteriormente.

Resumen de la invencion

[0006] El objeto principal de la presente invencion es fabricar una maquina de estirar para estirar tubos que permita detectar y corregir la excentricidad del tubo en lfnea con mayor fiabilidad y precision en el tiempo con respecto a las maquinas conocidas.

[0007] Un objeto adicional de la invencion es realizar un metodo en lfnea relacionado para corregir la excentricidad de un tubo durante el estirado del mismo, por medio del uso de dicha maquina de estirar.

[0008] Por lo tanto, la presente invencion se propone lograr los objetos analizados anteriormente haciendo una maquina de estirar para estirar tubos, que define un eje longitudinal Y, que, de acuerdo con la reivindicacion 1, comprende:

- un primer troquel para realizar el estirado del tubo por medio de la utilizacion de un mandril;

- un dispositivo para variar la inclinacion del tubo que entra en dicha primera matriz;

- un sistema de deteccion en lfnea para detectar la excentricidad del tubo;

- un sistema de procesamiento de datos para procesar senales procedentes de dicho sistema de deteccion y enviar datos de entrada a dicho dispositivo para variar la inclinacion del tubo con el fin de variar la inclinacion del tubo para corregir la excentricidad del tubo en lfnea;

caracterizado por que se proporciona un segundo troquel para realizar una operacion de paso de piel sobre el tubo, que esta dispuesto aguas abajo de dicho primer troquel, y por que dicho sistema de deteccion en lfnea para detectar la excentricidad del tubo comprende un primer cabezal de deteccion dispuesto aguas abajo de dicho primer troquel y que comprende al menos tres primeros transductores.

[0009] De acuerdo con un aspecto adicional de la invencion, se proporciona un metodo en lfnea para corregir la excentricidad de un tubo durante el estirado del mismo, mediante el uso de una maquina de estirar, que, de acuerdo con la reivindicacion 10, comprende las siguientes fases:

- estirar el tubo por medio del primer troquel;

- realizar una operacion de paso de piel sobre el tubo por medio del segundo troquel;

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- realizar una primera deteccion en linea de la excentricidad del tubo por medio del primer cabezal de deteccion;

- procesar las senales procedentes de dicho primer cabezal de deteccion por medio del sistema de procesamiento de datos y enviar datos de entrada al dispositivo para la variacion de la inclinacion del tubo para variar la inclinacion del tubo con respecto al eje longitudinal Y y corregir la excentricidad del tubo en linea.

[0010] La maquina de estirar objeto de la presente invencion permite que el tubo recupere parte de la excentricidad del mismo durante el estiraje de oruga, con una reduccion de al menos 2-4 puntos porcentuales. Por ejemplo, el sistema lleva la excentricidad del 6 % en la entrada y al 2 % en la salida.

[0011] El principio de funcionamiento de los cabezales para detectar el espesor del tubo y, por lo tanto, la excentricidad del mismo, dotado de transductores ultrasonicos, se basa en el hecho de que el sonido se propaga en los cuerpos por medio de la vibracion elastica de los atomos y las moleculas que acompanan a los cuerpos a una velocidad dependiente de las caracteristicas mecanicas del material cruzado (por ejemplo: acero V = 5900 m/s, cobre V = 4700 m/s). La presencia de imperfecciones o no uniformidad en el cuerpo provoca la aparicion de fenomenos de dispersion, que generalmente se producen con una atenuacion de la onda sonora. La senal de inicio de ultrasonido (eco de inicio) y la reflejada por la superficie de separacion de dos materiales diferentes (eco intermedio) se muestran en una pantalla como picos cuya distancia es proporcional al tiempo utilizado por los ultrasonidos para desplazarse hacia y desde la sonda o el transductor a la superficie reflectante opuesta. A diferencia de la luz, las ondas acusticas requieren un medio elastico para propagarse en el mismo; esto explica por que el sonido no se propaga en el vacio. Por esta razon, los extremos de los transductores del segundo troquel de paso de piel estan en contacto con un canal en el que se proporciona un medio de acoplamiento, tal como aceite. La maquina de la invencion permite realizar aproximadamente de 5000 a 15.000 exploraciones por segundo, lo que equivale a aproximadamente 2-6 adquisiciones por milimetro de tubo.

[0012] En una primera variante de la invencion, el primer cabezal de deteccion se dispone en un soporte de troquel del segundo troquel.

[0013] En una segunda variante de la invencion, el primer cabezal de deteccion esta dispuesto en una camara coaxial al eje longitudinal Y y se proporciona entre un soporte de troquel del primer troquel y el soporte de troquel del segundo troquel.

[0014] En una tercera variante de la invencion, en cambio, hay dos primeros cabezales de deteccion: el primero en el soporte de troquel del segundo troquel y el segundo en la camara mencionada anteriormente.

[0015] En las tres variantes de la invencion, se puede proporcionar un segundo cabezal de deteccion aguas abajo del troquel de paso de piel para comprobar si el sistema de correccion esta realmente recuperando o generando excentricidad.

[0016] Las reivindicaciones dependientes describen realizaciones preferidas de la invencion.

Breve descripcion de las figuras

[0017] Otras caracteristicas y ventajas de la invencion seran mas evidentes a la luz de la descripcion detallada de realizaciones preferidas, pero no exclusivas, de una maquina de estirar para estirar tubos, desvelada a modo de ejemplo no limitante, con la ayuda de dibujos adjuntos en los que:

La figura 1 muestra una vista esquematica de una realizacion de la maquina de la invencion; la figura 2 muestra una vista lateral en seccion esquematica de una primera parte de la maquina de la figura 1;

las figuras 2a, 2b y 2c muestran vistas en seccion, a lo largo de un plano A-A, a lo largo de un plano B-B y a lo largo de un plano C-C, respectivamente, de dicha primera parte de la maquina en la figura 2; las figuras 3a y 3b muestran vistas laterales esquematicas de una segunda parte de la maquina de la figura 1; la figura 4 muestra una vista esquematica del modo operativo de ciertas partes de la maquina de la invencion.

[0018] Los mismos numeros de referencia en los dibujos identifican los mismos elementos o componentes. Descripcion detallada de realizaciones preferidas de la invencion

[0019] Haciendo referencia a las figuras 1 a 4, se representa una primera realizacion preferida de una maquina de estirar para estirar tubos, indicada globalmente con el numero de referencia 1. Tal maquina de estirado, que define

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un eje longitudinal Y, comprende:

- un primer troquel 3, o troquel de trabajo, para realizar el estirado del tubo 2 por medio de la utilizacion de un mandril 4;

- un dispositivo 5 para variar la inclinacion del tubo que entra en dicha primera matriz 3;

- un segundo troquel 6, o troquel de paso de piel, para realizar una operacion de paso de piel sobre el tubo, dispuesto aguas abajo de dicho primer troquel 3;

- un sistema de deteccion en linea para detectar la excentricidad del tubo;

- un sistema de procesamiento de datos para procesar senales procedentes de dicho sistema de deteccion y enviar datos de entrada a dicho dispositivo 5 para variar la inclinacion del tubo con el fin de variar la inclinacion del tubo para corregir la excentricidad del tubo en linea.

[0020] En una primera variante ventajosa de la invencion, el sistema en linea para detectar la excentricidad del tubo comprende un primer cabezal de deteccion dotado de al menos tres transductores 8, preferiblemente cuatro transductores dispuestos en el soporte de troquel 6' del segundo troquel 6. Proporcionar estos transductores en la estructura del troquel de paso de piel y no en la estructura del troquel de trabajo permite una mayor duracion de la vida util de los transductores. De hecho, el segundo troquel 6 solo realiza un paso sobre la superficie exterior del tubo (paso de la piel) para asegurar el contacto con el propio tubo del que se ha de medir el espesor. Por lo tanto, el segundo troquel 6 experimental un calentamiento que, aunque a niveles elevados, es significativamente mas bajo que el experimentado por el primer troquel 3.

[0021] Ademas, una ventaja adicional es que el sistema de deteccion de excentricidad en linea comprende un segundo cabezal de deteccion 9, dispuesto aguas abajo de dicho segundo troquel 6, tambien dotado de al menos tres segundos transductores 8', preferiblemente pero no necesariamente cuatro. Este segundo cabezal de deteccion permite medir y comprobar la excentricidad obtenida, asegurando asi que el sistema esta corrigiendo y no creando excentricidad adicional. Dicho segundo cabezal de deteccion 9 se proporciona preferiblemente aguas abajo de una oruga 10 en la que se disponen tanto el primer troquel 3 como el segundo troquel 6.

[0022] Los transductores 8, 8' son preferiblemente del tipo ultrasonico y se disponen angularmente equidistantes entre si. En cualquier caso se pueden utilizar otros tipos de transductores.

[0023] El numero de transductores en cada cabezal de deteccion tambien puede ser mayor de cuatro, por ejemplo, igual a seis u ocho. Cuanto mayor es el numero de transductores, mas precisa sera la medicion de la excentricidad, por lo tanto, la sensibilidad del dispositivo 5 para variar la inclinacion del tubo debe disenarse para maximizar la exactitud de la medida de la excentricidad.

[0024] Ventajosamente, un extremo de los transductores 8, que estan insertados en el soporte de troquel 6', esta en contacto con un primer canal 11, que es preferentemente coaxial al eje longitudinal Y, proporcionado en el soporte de troquel 6' para el paso de un medio de acoplamiento, preferiblemente aceite, por ejemplo, el mismo aceite usado durante el estirado. Existe la necesidad de interponer una capa adecuada de sustancia solida, liquida o viscosa (medio de acoplamiento) entre cada transductor y el tubo a ensayar para evitar el aire entre el transductor y el tubo. Como el aire tiene una impedancia acustica muy baja, tiene valores de coeficiente de reflexion muy altos, no permitiendo asi un paso apropiado para la onda ultrasonica desde la superficie radiante del transductor al material del tubo. El canal 11, preferiblemente de forma anular, tiene un conducto de entrada 11' y un conducto de salida 11''. Ventajosamente, la configuracion de dichos conductos 11', 11'' es de tal forma que el suministro del aceite se realiza desde la parte inferior hacia arriba. Por lo tanto, en una variante, los conductos 11' y 11'' se disponen a lo largo de un mismo eje, que es preferiblemente pero no necesariamente vertical. Ademas, el movimiento del aceite debe ser laminar porque cualquier remolino podria crear la presencia de burbujas de aire no deseadas.

[0025] Tambien se obtiene una duracion adicional aumentada de los transductores 8 proporcionando un segundo canal 12, que es preferiblemente coaxial al eje longitudinal Y, dentro del soporte de troquel 6', para el paso de un fluido de refrigeracion proximo a dichos transductores 8. Tal segundo canal 12, para el paso, por ejemplo, de agua de refrigeracion, permite, junto con el aceite que pasa por el canal 11, un aumento de la dispersion de calor, generandose el calor mediante el estirado y la operacion de paso de piel.

[0026] Se proporciona una camara 13, coaxial al eje longitudinal Y, entre el primer troquel 3 y el segundo troquel 6.

[0027] En una segunda variante ventajosa de la invencion, alternativa a la primera variante, el primer cabezal de deteccion anterior puede proporcionarse en la camara 13, disponerse entre el soporte de troquel 3' y el soporte de troquel 6', y comprende al menos tres transductores 8'', preferiblemente del tipo ultrasonico y angularmente equidistantes entre si. Tambien en este caso, el numero de los transductores 8'' es preferiblemente cuatro o mayor de cuatro. La estructura de la camara 13 proporciona un canal 23 para el paso de un medio de acoplamiento, preferiblemente de aceite de estirado, en contacto con los extremos de los transductores 8'' y con el propio tubo 2.

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Este cabezal de deteccion detecta la excentricidad del tubo 2 inmediatamente despues del estirado en el primer troquel 3 y antes de la operacion de paso de la piel en el segundo troquel 6. La realizacion de la medicion en esta camara entre el troquel de trabajo y el troquel de paso de piel permite obtener una medida mas precisa porque el tubo no se mueve, en la camara l3, en direccion transversal con respecto al eje Y, por lo que los transductores 8" pueden situarse mas cerca del tubo 2. Ademas, el sonido ultrasonico no debe cruzar materiales diferentes tales como aquellos de los cuales se hacen los troqueles, ya que solo tiene aceite entre si y el tubo 2 a medir. Finalmente, la mayor cantidad de aceite y el contacto no directo del transductor con el troquel caliente para el mecanizado de deformacion hace que tal area sea mejor para proteger los transductores del sobrecalentamiento.

[0028] Una tercera variante ventajosa de la invencion, alternativa a la primera y a la segunda variante, proporciona en cambio la presencia de dos primeros cabezales de deteccion: uno proporcionado en la camara 13, dispuesto entre el soporte de troquel 3' y el soporte de troquel 6', y que comprende al menos tres transductores 8", segun se describe para la segunda variante; y el otro proporcionado en el soporte de troquel 6' del segundo troquel 6 y dotado de al menos tres transductores 8, como se describe para la primera variante.

[0029] El dispositivo de variacion de inclinacion 5 comprende, en cada una de las tres variantes descritas anteriormente, dos cabezales de agarra de autocentrado 20, 20', estando cada cabezal de agarre dotado de al menos tres rodillos 21, 21'. Las figuras 3a y 3b muestran una variante preferida con los cabezales de agarre 20, 20' que tienen cuatro rodillos 21, 21', dispuestos a 90° entre si. Los rodillos 21, 21' estan conformados de manera adecuada de manera que no hay bordes empujando el tubo 2, pero siempre se mantiene y se empuja sobre la mayor parte posible de su superficie exterior. En esta variante, los cuatro rodillos 21 del cabezal de agarre 20 estan alineados en los correspondientes cuatro rodillos 21' del cabezal de agarre 20'. En una variante alternativa, los rodillos 21 del primer cabeza de agarre pueden estar desplazados 45° con respecto a los rodillos 21' del segundo cabezal de agarre.

[0030] En una variante de la presente invencion, el dispositivo 5 se mueve a lo largo de arcos de circulos con el centro en el troquel de trabajo 3, como se muestra en la figura 4b.

[0031] En una segunda variante (no ilustrada), el dispositivo 5 en su lugar se desplaza linealmente a lo largo de una direccion ortogonal al eje longitudinal Y.

[0032] El dispositivo 5 se situa aproximadamente a 1000-2000 mm del primer troquel 3 de la oruga 10 y el angulo de flexion maximo a del tubo es de aproximadamente 7-8° con respecto al eje Y.

[0033] El movimiento de las unidades de rodillo 21, 21' es hidraulico con servovalvulas ensambladas directamente sobre cilindros respectivos (no ilustrados).

[0034] A continuacion se describe un metodo en linea para corregir la excentricidad de un tubo 2 durante el estirado del mismo, por medio del uso de la maquina de estirado antes mencionada. El metodo comprende las siguientes fases:

- estirar el tubo 2 por medio del primer troquel 3 dotado del mandril 4;

- realizar una operacion de paso de piel sobre el tubo 2 por medio del segundo troquel 6;

- detectar la excentricidad del tubo 2 en linea, aguas abajo de dicho primer troquel 3 por medio del primer cabezal de deteccion dotado de transductores 8;

- procesar las senales procedentes de dicho primer cabezal de deteccion por medio del sistema de procesamiento de datos 7 y enviar datos de entrada al dispositivo para la variacion de la inclinacion 5 del tubo para variar la inclinacion del tubo con respecto al eje longitudinal Y y corregir la excentricidad del tubo en linea.

[0035] La deteccion en linea de la excentricidad del tubo 2 se proporciona en dicho segundo troquel 6 y/o en la camara 13 dispuesta aguas abajo del primer troquel 3 y aguas arriba del segundo troquel 6.

[0036] Con el fin de mejorar la precision en el ajuste de la excentricidad al valor deseado, se puede proporcionar una fase de deteccion en linea diferente de la excentricidad del tubo 2 por medio del cabezal de deteccion adicional 9 dispuesto aguas abajo del segundo troquel 6. Las senales que proceden de dicho segundo cabezal de deteccion se procesan por el sistema de procesamiento de datos 7 y se envian datos de entrada adicionales al dispositivo para variar la inclinacion 5 del tubo.

[0037] Tambien es posible proporcionar una combinacion de las caracteristicas de la maquina y del proceso de las diversas variantes descritas anteriormente.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Una maquina de estirar (1) para estirar un tubo (2), que define un eje longitudinal (Y), que comprende:

- un primer troquel (3) para realizar el estirado del tubo por medio de la utilizacion de un mandril (4);

- un dispositivo de variacion de inclinacion para variar la inclinacion (5) del tubo que entra en dicha primera matriz (3);

- un sistema de deteccion en linea para detectar la excentricidad del tubo;

- un sistema de procesamiento de datos (7) para procesar senales procedentes de dicho sistema de deteccion y enviar datos de entrada a dicho dispositivo de variacion de inclinacion (5) del tubo para variar la inclinacion del tubo con el fin de corregir la excentricidad del tubo en linea;

caracterizado por que se proporciona un segundo troquel (6) para realizar una operacion de paso de piel sobre el tubo, que esta dispuesto aguas abajo de dicho primer troquel (3), y por que dicho sistema de deteccion en linea para detectar la excentricidad del tubo comprende un primer cabezal de deteccion dispuesto aguas abajo de dicho primer troquel (3) y que comprende al menos tres primeros transductores (8, 8").
2. Una maquina de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que dicho primer cabezal de deteccion esta dispuesto en un soporte de troquel (6') de dicho segundo troquel (6) y/o en una camara (13), coaxial al eje longitudinal (Y), proporcionado entre un soporte de troquel (3') de dicho primer troquel (3) y el soporte de troquel (6') de dicho segundo troquel (6).
3. Una maquina de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en la que dicho sistema de deteccion comprende un segundo cabezal de deteccion (9), dispuesto aguas abajo de dicho segundo troquel (6), que comprende al menos tres segundos transductores (8').
4. Una maquina de acuerdo con la reivindicacion 3, en la que dicho segundo cabezal de deteccion (9) esta dispuesto aguas abajo de una oruga (10) sobre la cual estan dispuestos dichos primer troquel (3) y dicho segundo troquel (6).
5. Una maquina de acuerdo con la reivindicacion 3 o 4, en la que dichos segundos transductores (8') son del tipo ultrasonico y estan angularmente equidistantes entre si.
6. Una maquina de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dichos primeros transductores (8, 8'') son de tipo ultrasonico y estan angularmente equidistantes entre si.
7. Una maquina de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que un extremo de dichos primeros transductores (8) esta en contacto con un primer canal (11), que es coaxial al eje longitudinal (Y) y se proporciona en dicho soporte de troquel (6'), para el paso de un medio de acoplamiento, preferentemente aceite.
8. Una maquina de acuerdo con la reivindicacion 7, en la que se proporciona un segundo canal (12), que es coaxial al eje longitudinal (Y) y esta realizado en dicho soporte de troquel (6'), para el paso de un fluido de refrigeracion cerrado a dichos primeros transductores (8).
9. Una maquina de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho dispositivo de variacion de inclinacion (5) comprende dos cabezales de agarre de autocentrado (20, 20'), teniendo cada cabezal de agarre cuatro rodillos (21,21') dispuestos a 90° entre si.
10. Un metodo en linea para corregir la excentricidad de un tubo (2) durante el estirado del mismo, mediante el uso de una maquina de estirar de acuerdo con la reivindicacion 1, comprendiendo el metodo las siguientes fases:

- estirar el tubo (2) por medio del primer troquel (3);

- realizar una operacion de paso de piel sobre el tubo (2) por medio del segundo troquel (6);

- realizar una primera deteccion en linea de la excentricidad del tubo (2) por medio del primer cabezal de deteccion;

- procesar las senales procedentes de dicho primer cabezal de deteccion por medio del sistema de procesamiento de datos (7) y enviar datos de entrada al dispositivo de variacion de inclinacion (5) del tubo para variar la inclinacion del tubo con respecto al eje longitudinal (Y) y corregir la excentricidad del tubo en linea.
11. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 10, en el que dicha primera deteccion en linea de la excentricidad del tubo (2) se proporciona en dicho segundo troquel (6) y/o en un area dispuesta aguas abajo de dicho primer troquel (3) y aguas arriba de dicho segundo troquel (6).
12. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 10 u 11, en el que se proporciona una segunda fase de deteccion en linea de la excentricidad del tubo (2) por medio de un segundo cabezal de deteccion (9) dispuesto aguas abajo de dicho segundo troquel (6); y se proporcionan las fases de procesamiento de las senales que se originan a partir de dicho segundo cabezal de deteccion por medio del sistema de procesamiento de datos (7) y envio de datos de 5 entrada adicionales al dispositivo de variacion de inclinacion (5) del tubo.