ES2650635T3 - Método de fabricación de un tubo de metal sin costura de pared ultra delgada mediante un método de laminado en frío - Google Patents

Abstract

Un método para producir un tubo de metal sin costura de pared ultra delgada (51) mediante un método de laminado en frío, en el cual se emplea un laminador de paso de peregrino en frío, comprendiendo el método: la utilización de un rodillo (21) que tiene una ranura (31) cuyo diámetro permanece constante o disminuye gradualmente desde un lado de entrada de acoplamiento hasta un lado de salida de terminación de un par de rodillos, y un mandril convergente cuyo diámetro aumenta gradualmente desde el lado de entrada de acoplamiento hasta el lado de salida de terminación; en el cual el laminador de paso de peregrino en frío tiene un accionamiento de tipo mecatrónico, e incluye: un sistema de control eléctrico para controlar un movimiento alternativo de un soporte de rodillo (63) y un accionamiento de tubo de un material de tubo (1); y un mecanismo para proporcionar un avance y un ángulo de giro al material de tubo (1) inmediatamente antes del inicio de una carrera de avance e inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso, y en el que el método además comprende la provisión de un ángulo de giro y un avance al material de tubo inmediatamente antes del inicio de una carrera de avance, y también la provisión de un accionamiento de tubo al material de tubo inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso con el fin de reducir el desequilibrio en la carga de laminación desde el lado de entrada de acoplamiento hasta el lado de salida de terminación entre las carreras de avance y retroceso, y para elongar el material de tubo mediante la reducción de un espesor de la pared a la vez que se expande el diámetro medio de la pared, el cual es un diámetro medio entre un diámetro externo y un diámetro interno del material de tubo.

Description

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Método de fabricación de un tubo de metal sin costura de pared ultra delgada mediante un método de laminado en frío

CAMPO DE LA TÉCNICA

La presente invención pretende proporcionar un método para producir un tubo de metal sin costura de pared ultra delgada mediante un método de laminado altamente eficiente con una alta tasa de reducción que utiliza un laminador de paso de peregrino en frío con un accionamiento de tipo mecatrónico desarrollado en 1985.

TÉCNICA ANTECEDENTE

Cuando un tubo de metal no satisface algún requerimiento de calidad, resistencia o precisión dimensional en una condición terminada en caliente, el tubo de metal necesita ser sometido a un proceso de trabajo en frío. Un trabajo en frío como tal se lleva generalmente a cabo mediante un método de extracción en frío que utiliza un molde y una clavija o mandril, o un método de laminado en frío mediante un laminador de paso de peregrino en frío.

En un método de laminado en frío convencional mediante un laminador de paso de peregrino en frío, se somete un tubo hueco a un laminado de reducción de diámetro entre un par de rodillos que tienen una ranura convergente cuyo diámetro disminuye gradualmente en una dirección circunferencial, y un mandril convergente cuyo diámetro disminuye de forma similar en una dirección longitudinal. Es decir, cada uno de los rodillos del par está provisto de una ranura sobre su circunferencia y la ranura está formada de manera tal que su anchura se estrecha a medida que se produce el laminado. Los rodillos se mueven repetidamente hacia adelante y hacia atrás a la vez que giran a lo largo de la pendiente del mandril, laminando de este modo el tubo hueco entre el rodillo y el mandril (como en la Literatura No Patente 1).

La Figura 1 es un diagrama que muestra un mecanismo de laminado mediante un laminador de paso de peregrino en frío convencional, en la cual la Figura 1(a) ilustra un punto de inicio de la carrera de avance y la Figura 1(b) ilustra un punto de inicio de la carrera de retroceso. Una caja de rodillos que tiene un par de rodillos ranurados 2 hace un movimiento alternativo mediante una barra de conexión de un mecanismo de manivela. En ese momento, unos piñones que están integrados con los rodillos 2 se acoplan con unas cremalleras de forma tal que los rodillos 2 están obligados a girar en asociación con el movimiento alternativo.

El laminador de paso de peregrino en frío incluye un par de rodillos ranurados 2 y un mandril 4. El rodillo ranurado 2 tiene en su circunferencia exterior una ranura cuyo diámetro varía suavemente desde un diámetro exterior (d0 en el diagrama) correspondiente al del tubo hueco 1 hasta el diámetro exterior (d en el diagrama) correspondiente al de un tubo laminado terminado 5, abarcando desde el lado de entrada de acoplamiento hasta el lado de salida de terminación del rodillo. Además, el mandril 4 tiene también una forma convergente cuyo diámetro varía suavemente de una manera similar. De este modo, la caja de rodillos que tiene los rodillos descritos anteriormente 2 hace un movimiento alternativo, laminando de este modo el material de tubo (tubo hueco) 1.

Se proporciona al material de tubo 1 una medida predeterminada de traslación (avance) y ángulo de rotación (giro) inmediatamente antes del inicio de una carrera de avance. En un laminado normal, el avance es de aproximadamente 5 a 18 mm y el ángulo de giro es de aproximadamente 60°. En esta disposición, el material de tubo está sometido a un laminado de reducción de diámetro en ambas carreras, la de avance y la de retroceso. Sin embargo, hasta hace aproximadamente 25 años no era posible proporcionar un avance y un ángulo de giro al material del tubo en la carrera de retroceso, y sólo se llevaba a cabo un re-laminado para eliminar una restitución elástica en el laminado de elongación de la carrera de avance.

Mientras tanto, aproximadamente en 1985, se logró una drástica simplificación de la estructura general del laminador de paso de peregrino en frío mediante el reemplazo de su mecanismo de engranaje mecánico con un sistema mecatrónico. Es decir, se simplificó la estructura de la instalación y se redujo su tamaño mediante el reemplazo del movimiento intermitente mecánico por un mecanismo de accionamiento eléctrico. En particular, la adopción del control eléctrico y del servo control hidráulico han eliminado trabajos complejos tales como el reemplazo de las levas y han permitido la regulación del valor del avance y el ángulo de giro del material de tubo para llevarse a cabo de forma simple y precisa de una manera sin etapas de forma tal que se pueden llevar a cabo la regulación y el cambio del ángulo de giro y del avance con el simple toque de un botón.

De este modo, se produjo un excedente en la energía de accionamiento que había sido consumida en un principio para el propósito de transmisión de potencia, lo cual hizo posible dar cierto valor de avance y ángulo de giro incluso inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso; sin embargo, resultó que cuando se daba un pequeño avance, se generaba incluso una carga de laminación excesiva, mientras que no tanto al dar un ángulo de giro, dando como resultado una sobrecarga de la máquina, invalidando de este modo el laminado. Por supuesto, un desequilibrio en la carga entre ambas carreras, la de avance y la de retroceso, se haría más pronunciada.

La Literatura de Patente 2 proporciona un método para producir un tubo metálico de pared ultra delgada mediante un método de trabajo en frío con reducción del espesor de la pared. En un método para producir el tubo metálico

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con un laminador de paso de peregrino en frío según la Literatura de Patente 2, se lleva a cabo el laminado en frío mientras se están expandiendo los diámetros del tubo utilizando rodillos que tienen moldes de ranura convergentes cuyos calibres aumentan desde un lado de entrada de acoplamiento hasta un lado de salida de terminación. En un método para producir el tubo metálico con una máquina de producción según la Literatura de Patente 2, se lleva a cabo la producción en frío mientras se están expandiendo los diámetros del tubo utilizando un molde sólido cuyo calibre aumenta desde un lado de entrada de acoplamiento hasta un lado de salida de terminación, y una clavija o una barra de mandril convergente cuyo diámetro aumenta desde un lado de entrada de acoplamiento hasta un lado de salida de terminación. En el método de producción del tubo metálico, el diámetro máximo de la clavija o barra de mandril convergente puede ser mayor que el diámetro exterior del tubo madre.

LISTA DE REFERENCIAS

BIBLIOGRAFÍA DE PATENTES Literatura de Patente 1: PCT/JP2007/073468 Literatura de Patente 2: EP 1 884 296 A1

Bibliografía no de patentes

Literatura No Patente: “Iron and Steel Handbook, third edition” Vol.3 (2) Steel Bar, Steel Tube and Common Rolling Facilities, pág. 1183 a 1189.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

PROBLEMA TÉCNICO

La presente invención se ha realizado en vista de los problemas descritos anteriormente, y tiene como objetivo proporcionar un método para producir un tubo de metal sin costura de pared ultra delgada mediante un método de laminado de expansión de diámetro con una alta tasa de reducción y altamente eficiente que utiliza un laminador de paso de peregrino en frío. Más específicamente, su objetivo es proporcionar un método para producir un tubo de metal sin costura de pared ultra delgada mediante un método de laminado en frío mediante el cual se pueden proporcionar cantidades equivalentes de ángulo de giro y de avance no sólo inmediatamente antes del inicio de una carrera de avance, sino también inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso en un laminador de paso de peregrino en frío que lleva a cabo el laminado de elongación tanto en la carrera de avance como en la de retroceso.

SOLUCIÓN DEL PROBLEMA

Los presentes inventores han inventado previamente un método para producir un tubo de metal de pared ultra delgada, en el cual, en un método de laminado mediante un laminador de paso de peregrino en frío con un accionamiento de tipo mecánico adaptado para llevar a cabo el laminado de elongación tanto en la carrera de avance como en la de retroceso en una única línea, se lleva a cabo un laminado de expansión de diámetro tanto en la carrera de avance como en la de retroceso utilizando un rodillo que tiene una ranura cuyo diámetro aumenta gradualmente desde el lado de entrada de acoplamiento hasta el lado de salida de terminación, y un mandril cuyo diámetro también aumenta gradualmente desde el lado de entrada de acoplamiento hasta el lado de salida de terminación; y lo han propuesto como Literatura de Patente 1, como se describió anteriormente.

Según la invención divulgada en la Literatura de Patente 1 (también indicada a partir de este momento como la “invención previa”), aunque se obtiene una tasa de reducción considerablemente alta y se hace posible la producción de un tubo de metal de pared ultra delgada, la invención está solamente definida para un método de laminado convencional en el cual se proporcionan principalmente un avance y un ángulo de giro sólo inmediatamente antes del inicio de una carrera de avance. Por supuesto, debido a que la adopción de un método de laminado con expansión de diámetro reduce el consumo de energía requerido para el laminado de elongación, se genera un excedente en la energía de accionamiento, permitiendo por lo tanto que se proporcione cierta cantidad de ángulo de giro y avance incluso en la carrera de retroceso.

La Figura 2 es un diagrama que muestra un método de laminado mediante un laminador de paso de peregrino en frío de un accionamiento de tipo mecánico relativo a la invención previa, en la cual la Figura 2(a) ilustra un punto de inicio de una carrera de avance y la Figura 2(b) ilustra un punto de inicio de una carrera de retroceso. Como se muestra en la Figura 2(a) en el mismo diagrama, un par de rodillos superior e inferior 21, cada uno de los cuales está provisto en su circunferencia de una ranura convergente 31, cuyo diámetro aumenta suavemente desde un lado de entrada de acoplamiento hasta un lado de salida de terminación, se mueve hacia adelante a lo largo de la flecha A mostrada en el diagrama a lo largo de la pendiente de un mandril convergente 41 cuyo diámetro exterior aumenta suavemente desde el lado de entrada de acoplamiento hasta el lado de salida de terminación, de forma tal que un tubo hueco 1 es sometido al laminado de elongación entre la superficie de la ranura convergente 31 del rodillo 21 y la superficie del mandril convergente 41.

A continuación, como se muestra con (b) en el mismo diagrama, a la vez que el par de rodillos superior e inferior 21 invierte su dirección de rotación, moviéndose por lo tanto hacia atrás en la dirección mostrada por la flecha B en el

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diagrama, el tubo hueco 1 es sometido al laminado de elongación entre la ranura convergente 31 del rodillo 21 y el mandril convergente 41, de la misma manera.

La repetición hacia adelante y hacia atrás de las carreras de laminado según se ha descrito anteriormente, dará como resultado que el tubo hueco 1, que tiene un diámetro exterior d0 y un espesor de pared t0, se somete a un laminado de expansión de diámetro para conformarse en un producto de tubo laminado 51 que tiene un diámetro exterior d y un espesor de pared t.

Con el fin de resolver los problemas descritos anteriormente, los inventores han conducido la investigación y desarrollo de un método de laminado en frío, en el cual, en un laminador de paso de peregrino en frío para llevar a cabo el laminado de elongación tanto en la carrera de avance como en la de retroceso, se pueden proporcionar cantidades de ángulo de giro y avance equivalentes a aquéllas de la carrera de avance, no sólo inmediatamente antes del inicio de una carrera de avance, sino también inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso, y han completado finalmente la invención.

Con el fin de hacer posible un método de laminado en frío mediante el cual se pueden proporcionar cantidades equivalentes de ángulo de giro y avance a aquéllas inmediatamente anteriores al inicio de una carrera de avance, incluso inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso, es necesario, en particular, reducir la carga de laminación, la cual aumenta de forma notable en la carrera de retroceso, y lograr un equilibrio en la carga de laminación entre ambas carreras, la de avance y la de retroceso. Esto se puede hacer realidad con el soporte de los hallazgos (a) a (d) siguientes:

(a) Primero, se adopta un método de laminado con expansión de diámetro en lugar del método de laminado con reducción de diámetro convencional. Según el método de laminado con expansión de diámetro, debido a que se usa un tubo hueco que tiene un diámetro menor comparado con el caso de un laminado con reducción de diámetro para obtener la misma dimensión del producto, la carga de laminación en ambas carreras, la de avance y la de retroceso, descenderá de forma notable. Este punto es el mismo que en el caso del método para producir un tubo de metal sin costura de pared ultra delgada según la invención previa de los presentes inventores.

En este documento, el término “laminado con expansión de diámetro” no sólo se refiere a un método de laminado para expandir simultáneamente los diámetros interior y exterior de un material de tubo, sino también, de forma general, se refiere al método de laminado para expandir el diámetro medio de pared (el diámetro promedio de los diámetros interior y exterior) de un material de tubo.

Por lo tanto, incluso si sólo se expande el diámetro interior siendo mantenido constante e invariable el diámetro exterior, se obtendrá como resultado un laminado con expansión de diámetro debido a que el diámetro medio de pared se expandirá con seguridad. Además, incluso si se reduce el diámetro exterior, cuando el valor de expansión de diámetro del diámetro interior es mayor que el valor de reducción de diámetro del diámetro exterior, el diámetro medio de la pared se expande, obteniéndose como resultado, por lo tanto, un laminado con expansión de diámetro.

(b) Cuando se proporciona un ángulo de giro o un avance a un material de tubo inmediatamente antes del inicio de una carrera de laminado de retroceso, es posible que la carga de laminación aumente excesivamente, y es posible que se produzca un gran desequilibrio en la carga de laminación entre ambas carreras, la de avance y la de retroceso, en el laminado de reducción de diámetro convencional.

Las Figuras 3 y 4 son diagramas conceptuales que muestran las variaciones en la carga de laminación desde el lado de entrada de acoplamiento hasta el lado de salida de terminación en ambas carreras, la de avance y la de retroceso, en un método de laminado con reducción de diámetro y un método de laminado con expansión de diámetro. La Figura 3 muestra la variación de la carga de laminación en un método de laminado con reducción de diámetro y la Figura 4 muestra la variación de la carga de laminación en un método de laminado con expansión de diámetro. En cada una de las Figuras 3(a) y 4(a), se muestra el caso en el cual no se proporciona un accionamiento del tubo inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso del laminado, siendo las Figuras 3(b) y 4(b), cada una, el caso en el cual se proporciona una cantidad de ángulo de giro equivalente a la de la carrera de avance, al material de tubo inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso del laminado, y siendo las Figuras 3(c) o 4(c), cada una, el caso en el cual se proporcionan cantidades de ángulo de giro y avance equivalentes a las de la carrera de avance inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso del laminado.

Los presentes inventores repitieron investigaciones teóricas y experimentales para clarificar el fenómeno descrito anteriormente, obteniendo finalmente de este modo, los siguientes hallazgos. Es decir, se concluye que la razón por la cual, como se muestra en las Figuras 3 y 4, la carga de laminación aumenta de forma notable en la carrera de retroceso comparada con la carrera de avance cuando se proporciona un accionamiento de tubo al material de tubo inmediatamente antes del inicio de ambas carreras de laminado, la de avance y la de retroceso, es que se produce una fuerza de retroceso de tensión en la carrera de avance y una fuerza de retroceso de compresión en la carrera de retroceso que actúan en una dirección axil del material de tubo entre la sujeción del lado de entrada (no mostrada) y la caja de rodillos, y estas fuerzas se superponen a la carga de laminación.

Es decir, en el método de laminado con reducción de diámetro, aunque la disminución en la fuerza axil de tensión y en la carga de laminación resultante en la carrera de avance es relativamente pequeña, el aumento

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en la fuerza de retroceso de compresión y la carga de laminación resultante en la dirección axial en la carrera de retroceso se hace muy grande, ocasionando un gran desequilibrio en la carga de laminación (véanse las Figuras 3(b) y 3(c)). En contraste con esto, el en método de laminado con expansión de diámetro, aunque la disminución en la fuerza axil de tensión y en la carga de laminación resultante en la carrera de avance se vuelven algo notables, el aumento en la fuerza axil de compresión y la resultante carga de laminación en la carrera de retroceso se hace muy pequeño, y no ocasionará un gran desequilibrio en la carga de laminación (véanse las Figuras 4(b) y 4(c)).

Por lo tanto, cuando se proporcionan un ángulo de giro y un avance al material de tubo en ambas carreras de laminado, la de avance y la de retroceso, se ve que la adopción de un método de laminado con expansión de diámetro, en lugar de un método de laminado con reducción de diámetro, puede ayudar a estabilizar el laminado en frío. Es decir, cuando se proporcionan un giro y un avance al material de tubo en ambas carreras, la de avance y la de retroceso, la adopción de un laminado con expansión de diámetro tiene un doble efecto en la reducción de la carga de laminación.

(c) Cuando, incluso si se adopta el método de laminado con expansión de diámetro, persiste un desequilibrio en la carga de laminación entre ambas carreras de laminado, la de avance y la de retroceso. De este modo, cuando esto debería causar problemas operacionales, la aplicación de una tasa de expansión de diámetro no muy grande es más fácil para asegurar el equilibrio. Debido a que, en el método de laminado con expansión de diámetro, la reducción del espesor de la pared comienza a la vez que el inicio del acoplamiento, el valor de la expansión de diámetro puede ser mucho menor comparado con el valor de la reducción de diámetro en el laminado con reducción de diámetro. Como el valor de la expansión de diámetro se hace más pequeño, se hace más fácil asegurar un equilibrio en la carga de laminación entre ambas carreras, la de avance y la de retroceso.

Por ejemplo, como un caso extremo, cuando se reduce el espesor de pared mediante sólo la expansión del diámetro interno a la vez que se mantiene el diámetro externo para que sea constante e invariable en ambas carreras, la de avance y la de retroceso, una única diferencia en la condición de laminado entre las carreras de avance y retroceso será la dirección de rotación del rodillo. En esta conexión, en el laminado de reducción de diámetro también, se vuelve más fácil asegurar un equilibrio en la carga de laminación entre ambas carreras, la de avance y la de retroceso, a medida que el valor de reducción del diámetro se hace más pequeño.

(d) En el método de laminado mediante un laminador de paso de peregrino en frío en el cual se lleva cabo el laminado con expansión de diámetro en ambas carreras, la de avance y la de retroceso, si se pueden proporcionar un avance y un ángulo de giro no sólo inmediatamente antes del inicio de una carrera de avance, sino también inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso, es posible producir un tubo de pared ultra delgada a una tasa de expansión de diámetro (es decir, (tasa de expansión de diámetro - 1 ) x 100 (%)) de aproximadamente el 10% incluso en la producción de un tubo de metal sin costura de pared ultra delgada que tiene una tasa (espesor de pared / diámetro externo) de no más del 4%. Más aún, incluso para la producción de un tubo de metal sin costura de pared ultra delgada que tiene una tasa (espesor de pared / diámetro externo) de no más del 2,5% es posible producir un tubo de pared ultra delgada si se puede asegurar una tasa de expansión de diámetro de aproximadamente el 20%.

En este punto se describirá un efecto lateral del método de laminado con expansión de diámetro. Este efecto lateral no existe en un laminador convencional de reducción de diámetro. Es decir, en el caso del laminado con expansión de diámetro, se debe prestar atención a que una tasa de expansión de diámetro excesivamente grande hará difícil el avance del material de tubo. Esto es debido a que no se puede asegurar una separación entre la superficie interior del tubo en regiones de reborde de los rodillos ranurados y el mandril, por lo cual se hace difícil el avance del material de tubo. Desde este punto de vista también, es mejor no adoptar una tasa de expansión de diámetro excesivamente grande.

Más aún, siempre y cuando se aplique un nivel de la tasa de expansión de diámetro como se describió anteriormente, no hay necesidad diseñar especialmente el método de soporte del mandril y del material de tubo, y se puede usar tal como es el sistema de accionamiento del tubo en el caso del método de laminado con reducción de diámetro convencional.

La presente invención ha sido completada con base en los hallazgos descritos anteriormente, y el aspecto principal de la invención consiste en el método para producir un tubo de metal de pared ultra delgada mediante un método de laminado en frío mostrado en los siguientes puntos (1) y (2).

(1) Un método para producir un tubo de metal sin costura de pared ultra delgada mediante un método de laminado en frío, en el cual el método de laminado en frío emplea un laminador de paso de peregrino en frío con un accionamiento de tipo mecatrónico, que incluye: un sistema de control eléctrico para controlar un movimiento alternativo de un soporte de rodillo y un accionamiento de tubo de un material de tubo; y un mecanismo para proporcionar un avance y un ángulo de giro al material de tubo inmediatamente antes del inicio de una carrera de avance e inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso, y el método de laminado en frío incluye: la utilización de un rodillo que tiene una ranura cuyo diámetro permanece constante, o disminuye gradualmente desde un lado de entrada de acoplamiento hasta un lado de salida de terminación de un par de rodillos, y un mandril convergente cuyo diámetro aumenta gradualmente de forma similar desde

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el lado de entrada de acoplamiento hasta el lado de salida de terminación; y la provisión de un ángulo de giro y un avance al material de tubo inmediatamente antes del inicio de una carrera de avance, y también la provisión de un accionamiento de tubo al material de tubo inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso hasta un grado que es el mismo que, o similar a, la carrera de avance con el fin de reducir el desequilibrio en la carga de laminación desde el lado de entrada de acoplamiento hasta el lado de salida de terminación entre las carreras de avance y retroceso, y para elongar el material de tubo mediante la reducción del espesor de la pared a la vez que se expande el diámetro medio de la pared, el cual es un diámetro medio entre un diámetro externo y un diámetro interno del material de tubo.

(2) En el método para producir un tubo de metal sin costura de pared ultra delgada mediante un método de laminado en frío, según lo escrito anteriormente (1), se puede adoptar un sistema para proporcionar un ángulo de rotación (ángulo de giro) al material de tubo, un sistema para proporcionar un avance al material de tubo, o un sistema para proporcionar un ángulo de rotación (ángulo de giro) y un avance al material de tubo, como accionamiento del tubo inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso.

En la presente invención, el término “soporte de rodillo” se refiere a una carcasa de rodillo que tiene un rodillo ranurado 2.

Por otra parte, el término “accionamiento de tubo” se refiere a una acción para dar un avance en una dirección longitudinal del tubo y / o una rotación (giro) alrededor del eje de tubo, al material de tubo (tubo hueco 1).

Además, como se describió anteriormente, el término “tubo de metal sin costura de pared ultra delgada” se re fiere a un tubo de metal sin costura que tiene una tasa (espesor de pared / diámetro exterior) de no más del 4%.

EFECTOS VENTAJOSOS DE LA INVENCIÓN

La presente invención es un método de laminado con expansión de diámetro que utiliza un laminador de paso de peregrino en frío con un accionamiento de tipo mecatrónico, que incluye un mecanismo para proporcionar un avance y un ángulo de giro al material de tubo no sólo inmediatamente antes del inicio de una carrera de avance sino también inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso, por medio del cual se puede proporcionar un accionamiento de tubo al material de tubo de una manera estable incluso inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso sin generar una carga de laminación excesiva y sin dar como resultado un excesivo desequilibrio en la carga de laminación entre la carrera de avance y la carrera de retroceso. Esto hace posible lograr un aumento adicional en la tasa de reducción del laminado y una reducción adicional del espesor de la pared, y una mejora significativa en la exactitud dimensional y en la eficiencia de producción del producto de tubo laminado, comparado con el método de laminado con expansión de diámetro de la invención previa.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La Figura 1 es un diagrama que muestra un mecanismo de laminado mediante un laminador de paso de peregrino en frío convencional, en la cual la Figura 1(a) ilustra un punto de inicio de una carrera de avance, y la Figura 1(b) ilustra un punto de inicio de una carrera de retroceso, respectivamente.

La Figura 2 es un diagrama que muestra un método de laminado mediante un laminador de paso de peregrino en frío de un accionamiento de tipo mecánico relativo a la invención previa, en la cual la Figura 2(a) ilustra un punto de inicio de una carrera de avance, y la Figura 2(b) ilustra un punto de inicio de una carrera de retroceso, respectivamente.

La Figura 3 es un diagrama conceptual que muestra la variación de la carga de laminación desde un lado de entrada de acoplamiento hasta un lado de salida de terminación de ambas carreras, la de avance y la de retroceso, en un método de laminado con reducción de diámetro.

La Figura 4 es un diagrama conceptual que muestra la variación de la carga de laminación desde un lado de entrada de acoplamiento hasta un lado de salida de terminación de ambas carreras, la de avance y la de retroceso, en un método de laminado con reducción de diámetro.

La Figura 5 es un diagrama que muestra una configuración esquemática de un laminador de paso de peregrino en frío con un sistema de accionamiento mecánico.

La Figura 6 es un diagrama que muestra una configuración esquemática de un laminador de paso de peregrino en frío con un sistema de accionamiento mecatrónico.

La Figura 7 es un diagrama que muestra un primer aspecto del método de laminado mediante un laminador de paso de peregrino en frío que se refiere a un ejemplo útil para entender la presente invención.

La Figura 8 es un diagrama que muestra un segundo aspecto del método de laminado mediante un laminador de paso de peregrino en frío que se refiere a un ejemplo útil para entender la presente invención.

La Figura 9 es un diagrama que muestra un tercer aspecto del método de laminado mediante un laminador de paso de peregrino en frío que se refiere a un ejemplo útil para entender la presente invención.

DESCRIPCIÓN DE LAS REALIZACIÓNES

La presente invención es un método para producir un tubo de metal sin costura de pared ultra delgada mediante un método de laminado en frío, en el cual el método de laminado en frío emplea un laminador de paso de peregrino en frío con un accionamiento de tipo mecatrónico, que incluye un sistema de control eléctrico para controlar un movimiento alternativo de un soporte de rodillo y un accionamiento de tubo de un material de tubo, y un mecanismo

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para proporcionar un avance y un ángulo de giro al material de tubo inmediatamente antes del inicio de una carrera de avance e inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso, y el método de laminado en frío incluye: la utilización de un rodillo que tiene una ranura cuyo diámetro aumenta gradualmente, permanece constante, o disminuye gradualmente desde un lado de entrada de acoplamiento hasta un lado de salida de terminación de un par de rodillos, y un mandril convergente cuyo diámetro aumenta gradualmente de forma similar desde el lado de entrada de acoplamiento hasta el lado de salida de terminación; y la provisión de un ángulo de giro y un avance al material de tubo inmediatamente antes del inicio de una carrera de avance, y también la provisión de un ángulo de giro y / o un avance al material de tubo inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso con el fin de elongar el material de tubo mediante la reducción de un espesor de la pared a la vez que se expande un diámetro medio de la pared, el cual es un diámetro medio entre un diámetro externo y un diámetro interno del material de tubo. Como se describió anteriormente, sin embargo, la operación estará mucho más estabilizada, además, cuando no se adopte una tasa de expansión de diámetro más grande.

De este modo, mediante la provisión de un accionamiento de tubo (un ángulo de giro y / o un avance al material de tubo) incluso inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso del laminado en el método descrito anteriormente, se hace posible lograr un aumento adicional en la tasa de reducción del laminado y una reducción adicional del espesor de la pared, y una mejora significativa en la exactitud dimensional y en la eficiencia de producción del producto de tubo laminado.

De aquí en más se describirá el método para producir un tubo de metal sin costura de pared ultra delgada de la presente invención, sobre su sistema de accionamiento y, además, sobre varios aspectos del laminado, comparando con un método de laminado en frío mediante un laminador de paso de peregrino en frío convencional con un accionamiento de tipo mecánico en el cual el movimiento alternativo del soporte de rodillo y el accionamiento del tubo del material de tubo están controlados mediante un sistema de control mecánico.

La Figura 5 es un diagrama que muestra una configuración esquemática de un laminador de paso de peregrino en frío con un sistema de accionamiento mecánico. Una unidad de rodillo está contenida en un soporte de rodillo 63 y conectada a un cigüeñal 62 mediante una barra de conexión 77. El cigüeñal 62 gira al ser accionado por un motor principal 61, y el soporte de rodillo 63 hace un movimiento alternativo en una dirección hacia adelante y hacia atrás, a una frecuencia constante. Un par de rodillos superior e inferior 64 se hacen girar mediante cremalleras y piñones 65 a medida que el soporte de rodillo 63 se mueve hacia adelante y hacia atrás, laminando de este modo un tubo hueco (material de tubo).

Un mandril (no mostrado) está asegurado por un soporte de la barra del mandril 74. El tubo hueco es sostenido por un soporte de entrada 75 y un soporte de salida 76, y un carro de avance 70 está ubicado en el borde posterior del mismo. La rotación del cigüeñal 62 se transfiere a una leva de avance 69 y a una leva de rotación 73 mediante engranajes cónicos 66 y 68 y un eje de línea 67. La leva de avance 69 hace que el carro de avance 70 se mueva hacia adelante en la cantidad de la alzada de la leva cada vez que el soporte del rodillo 63 hace un recorrido completo. Por otra parte, el carro de avance 70 es forzado a moverse hacia adelante a una velocidad constante con el fin de ser recorrido de forma intermitente por un tornillo de alimentación 72 que se hace girar mediante el eje de línea 67 a través de un engranaje de cambio de avance 71.

La Figura 6 es un diagrama que muestra una configuración esquemática de un laminador de paso de peregrino en frío con un sistema de accionamiento mecatrónico. El sistema mecatrónico es un esquema de unión del mecanismo de avance del tubo hueco con el mecanismo de giro del tubo hueco y del mandril mediante la combinación de mecánica y electrónica, y de accionamiento de forma independiente del mismo mediante un servo motor de CC o un servo motor hidráulico que es accionado de forma separada del motor principal 81.

El sistema mecatrónico incluye un detector de fase de la rotación 86 unido a un cigüeñal 82, un motor de accionamiento dedicado 89 para el carro de avance, un motor de accionamiento dedicado 88 para el giro del tubo hueco y del mandril, y una unidad de control 87. Se introduce una señal procedente del detector de fase de rotación 86 en la unidad de control 87, y la unidad de control 87 lleva a cabo un control de realimentación del motor de accionamiento dedicado 89 para el avance y del motor de accionamiento dedicado 88 para la rotación, con una temporización sincronizada con el movimiento de un soporte de rodillo 83.

Es decir, los períodos del movimiento alternativo del soporte de rodillo 83 y del accionamiento de tubo están controlados por un sistema de control eléctrico, y la determinación de si el soporte de rodillo 83 está en una sección de laminado o en una sección inactiva se lleva a cabo mediante la detección de un ángulo de rotación de manivela mediante el detector de fase de rotación 86 en el extremo del cigüeñal. Con base en esa señal, se lleva a cabo un accionamiento de tubo en un instante de la transición desde la sección de laminado hasta la sección inactiva.

En un laminador de paso de peregrino en frío con un sistema de accionamiento mecatrónico, al reemplazar un movimiento intermitente mecánico con un mecanismo de movimiento eléctrico se permite la simplificación y la reducción del tamaño de la estructura de la instalación. Además, se disminuyen las holguras totales del sistema de engranajes, eliminando los efectos de las holguras ocasionados por el desgaste del sistema de levas y palancas, y permitiendo que se asegure y mantenga una exactitud dimensional alta del avance y del ángulo de giro.

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Las Figuras 7a 9 son diagramas que ilustran ejemplos del método de laminado mediante un laminador de paso de peregrino en frío que se refiere a un ejemplo útil para entender la presente invención, en las cuales las Figuras 7(a), 8(a) y 9(a) muestran un punto de inicio de una carrera de avance y las Figuras 7(b), 8(b), 9(b) muestran un punto de inicio de una carrera de retroceso.

La Figura 7 es un diagrama que muestra un primer aspecto del método de laminado mediante un laminador de paso de peregrino en frío que se refiere a un ejemplo útil para entender la presente invención. Después de que se ha proporcionado un valor predeterminado de ángulo de giro y avance a un tubo hueco (material de tubo) 1 inmediatamente antes del inicio de una carrera de avance mostrada en la Figura 7(a), un par de rodillos superior e inferior 21, cada uno de los cuales está provisto en su circunferencia de una ranura convergente 31, cuyo diámetro aumenta suavemente desde un lado de entrada de acoplamiento hasta un lado de salida de terminación, se hace mover hacia adelante en una dirección mostrada por la flecha A en el diagrama a lo largo de la pendiente de un mandril convergente 41 cuyo diámetro exterior aumenta suavemente desde el lado de entrada de acoplamiento hasta el lado de salida de terminación. Esto provocará que el tubo hueco 1 sea sometido al laminado de elongación entre la superficie de la ranura convergente 31 del rodillo 21 y la superficie del mandril convergente 41.

A continuación, después de que se ha proporcionado un ángulo de giro y / o avance al tubo hueco 1 inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso como se muestra en la Figura 7(b), a la vez que un par de rodillos superior e inferior 21 son obligados a invertir la dirección de la dirección de rotación para moverse hacia atrás en la dirección mostrada por la flecha B en el diagrama, el tubo hueco 1 es sometido al laminado de elongación entre la ranura convergente 31 del rodillo 21 y el mandril convergente 41, de la misma manera.

La repetición hacia adelante y hacia atrás de las carreras de laminado como se ha descrito anteriormente, dará como resultado que el tubo hueco 1, que tiene un diámetro exterior d0 y un espesor de pared t0, se someta a un laminado de expansión de diámetro para producir un producto de tubo laminado 51 que tiene un diámetro exterior d y un espesor de pared t.

La Figura 8 es un diagrama que muestra un segundo aspecto del método de laminado mediante un laminador de paso de peregrino en frío que se refiere al ejemplo útil para entender la presente invención. El segundo aspecto de la presente invención es un método para producir un tubo de metal de pared ultra delgada mediante un laminador de paso de peregrino en frío, en el cual se lleva a cabo la elongación mediante la disminución del espesor de pared a la vez que se expande sólo el diámetro interior, manteniéndose constante e invariable el diámetro exterior.

La Figura 9 es un diagrama que muestra un tercer aspecto del método de laminado mediante un laminador de paso de peregrino en frío que se refiere al ejemplo útil para entender la presente invención. El tercer aspecto de la presente invención es un método para producir un tubo de metal de pared ultra delgada mediante un laminador de paso de peregrino en frío, en el cual se lleva a cabo la elongación mediante la disminución del espesor de pared a la vez que se reduce el diámetro exterior y se expande el diámetro interior bajo la condición controlada de que el valor de expansión del diámetro del diámetro interior es mayor que el valor de reducción del diámetro del diámetro exterior. En el segundo y tercer aspectos de la presente invención, también, el tubo hueco 1 es sometido al laminado de elongación entre la ranura convergente 13 del rodillo 12 y la superficie del mandril convergente 14, de la misma manera que en el primer aspecto de la Figura 7 descrita anteriormente.

EJEMPLOS

Con el fin de confirmar el efecto del caso en el cual se proporcionan un avance y un ángulo de rotación (ángulo de giro) al material de tubo no sólo inmediatamente antes del inicio de una carrera de avance, sino también inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso en el método para producir un tubo de metal sin costura de pared ultra delgada mediante un método de laminado con expansión de diámetro relativo a la presente invención, se realizaron las dos siguientes pruebas mediante el uso de un laminador de paso de peregrino en frío con un accionamiento de tipo mecatrónico, y se evaluaron los resultados de las mismas.

[Ejemplo inventivo 1 de la presente invención]

Se utilizó un tubo de acero inoxidable al 18% Cr - 8% Ni con un diámetro exterior de 48,6 mm, un diámetro interior de 41,6 mm y un espesor de pared de 3,5 mm producido por el proceso de extrusión Ugine, como tubo hueco para pruebas, y el tubo hueco fue sometido a un laminado con expansión de diámetro mediante un laminador de paso de peregrino en frío con un accionamiento de tipo mecatrónico con el fin de obtener un diámetro exterior de 50,8 mm, un diámetro interior de 47, 8 mm y un espesor de pared de 1,5 mm. En este caso, se proporcionaron los mismos valores de avance y ángulo de giro que aquéllos inmediatamente anteriores al inicio de una carrera de avance, inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso. A continuación se resumen las condiciones de la prueba y los resultados.

Diámetro de la ranura del rodillo convergente: D = 48,6 a 50,8 mm

Diámetro del mandril ranurado: dm = 41,5 a 47,7 mm

Avance (fi) de la carrera de avance y avance (f2) de la carrera de retroceso fi = f2 = 10,0 mm

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Ángulo de giro (9i) inmediatamente antes del inicio de la carrera de avance y ángulo de giro (62) inmediatamente antes del inicio de la carrera de retroceso: 61= 62 = 60°

Diámetro exterior del tubo hueco: d0 = 48,6 mm Espesor de pared del tubo hueco: t0 = 3,5 mm Diámetro exterior del tubo laminado d = 50,8 mm Espesor de pared del tubo laminado: t = 1,5 mm

Tasa de expansión de diámetro: d / d0 = 1,045 (tasa de expansión de diámetro: 5%)

Tasa de elongación: t0 (d0 - t0) / {t(d - t)} = 2,13 Tasa (espesor de pared / diámetro exterior): t/d = 2,95%

[Ejemplo inventivo 2 de la presente Invención]

Se utilizó un tubo de acero de alta aleación al 25% Cr - 35% Ni - 3% Mo con un diámetro exterior de 47,2 mm, un diámetro interior de 40,2 mm y un espesor de pared de 3,5 mm producido por el proceso de laminación con mandril Mannesmann, como tubo hueco para pruebas, y el tubo hueco fue sometido a un laminado con expansión de diámetro mediante un laminador de paso de peregrino en frío con un accionamiento de tipo mecatrónico con el fin de obtener un diámetro exterior de 50,8 mm, un diámetro interior de 48,2 mm y un espesor de pared de 1,3 mm. En este caso, asimismo, se proporcionaron los mismos valores de avance y ángulo de giro que aquéllos inmediatamente anteriores al inicio de una carrera de avance, inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso. A continuación se resumen las condiciones de la prueba y los resultados.

Diámetro de la ranura del rodillo convergente: D = 47,2 a 50,8 mm Diámetro del mandril ranurado: dm = 40,0 a 48,0 mm

Avance (fi) de la carrera de avance y avance (f2) de la carrera de retroceso f = f2 = 8,0 mm

Ángulo de giro (61) inmediatamente antes del inicio de la carrera de avance y ángulo de giro (62)

inmediatamente antes del inicio de la carrera de retroceso: 6!= 62 = 60°

Diámetro exterior del tubo hueco: d0 = 47,2 mm Espesor de pared del tubo hueco: t0 = 3,5 mm Diámetro exterior del tubo laminado d = 50,8 mm Espesor de pared del tubo laminado: t = 1,3 mm

Tasa de expansión de diámetro: d / d0 = 1,076 (tasa de expansión de diámetro: 8%)

Tasa de elongación: t0 (d0 - t0)/ {t (d - t)} = 2,38 Tasa (espesor de pared / diámetro exterior): t/d = 2,56%

Los tubos de acero obtenidos a partir de las pruebas descritas anteriormente de los dos Ejemplos obtuvieron unas texturas de superficie interior y exterior magníficas y sus cualidades son dignas de una mención especial. Se destaca que, cuando se llevó a cabo un laminado de elongación mediante un método de laminado con reducción de diámetro convencional en el cual no se proporcionó ni avance ni ángulo de giro inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso, el espesor de pared mínimo que hubiera podido producirse para un tubo de acero inoxidable y a un tubo de acero de alta aleación fue de aproximadamente 2,0 mm a 2,5 mm cuando el diámetro exterior fue de 50,8mm. Por lo tanto, es extremadamente marcado el efecto del método para producir un tubo de metal sin costura de pared ultra delgada mediante un método de laminado con expansión de diámetro relacionado con la presente invención.

APLICABILIDAD INDUSTRIAL

Los presentes inventores confirmaron previamente que en un laminador de paso de peregrino en frío con un accionamiento de tipo mecánico convencional en el cual se proporcionaron un avance y un giro a un material de tubo sólo inmediatamente antes del inicio de una carrera de avance y se llevó a cabo un laminado en ambas carreras, la de avance y la de retroceso, mediante la adopción de un método de laminado con expansión de diámetro en lugar del método de laminado con reducción de diámetro, se obtuvo una tasa de reducción extremadamente alta y, por lo tanto, se tuvo la capacidad de producir un tubo de metal sin costura de pared ultra delgada, la cual ha sido divulgada en la Literatura de Patente 1.

La presente invención ha resuelto los problemas del aumento de la excesiva carga de laminación y del desequilibrio en la carga de laminación cuando se dan valores de avance y ángulo de giro equivalentes o casi equivalentes a aquéllos de la carrera de avance, inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso así como en un método de laminado con expansión de diámetro mediante un laminador de paso de peregrino en frío con un accionamiento de tipo mecatrónico, y ha hecho realidad un aumento adicional en la tasa de reducción de laminado y una reducción adicional del espesor de la pared, así como también ha mejorado significativamente la precisión dimensional y la eficiencia de producción del producto de tubo laminado.

La presente invención es un método de laminado con expansión de diámetro en el cual no se aplica una tasa mucho mayor de expansión de diámetro, lo cual proporcionará méritos significativos en la tecnología de producción. Por ejemplo, la aplicación de una tasa de expansión de diámetro no mucho mayor hará posible que un sistema convencional sea utilizado tal como es, sin la necesidad de modificar particularmente el sistema accionamiento de tubo de un laminador de paso de peregrino en frío.

Si bien la presente invención pretende reivindicar derechos de propiedad en el laminado en frío mediante un laminador de paso de peregrino en frío con un accionamiento de tipo mecatrónico en el cual el movimiento alternativo del soporte de rodillo y del accionamiento del tubo de un material de tubo se controla mediante un sistema de control eléctrico, debería notarse que la presente invención puede ser utilizada tal como es en un 5 laminado en frío mediante un laminador de paso de peregrino en frío con un accionamiento de tipo mecánico en el cual el movimiento alternativo del soporte de rodillo y el accionamiento del tubo se controlan mediante un sistema de control mecánico. Sin embargo, esto se basa en la premisa de que se logra una innovación técnica adicional en la estructura mecánica del laminador de paso de peregrino en frío con un accionamiento de tipo mecánico.

10 LISTA DE SIGNOS DE REFERENCIA

1: Material de tubo (tubo hueco), 2: Rodillo ranurado, 3: Ranura convergente, 4: Mandril convergente, 5: Tubo laminado, 21: Rodillo ranurado, 31: Ranura convergente, 41: Mandril convergente, 51: Tubo laminado

Claims (4)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   REIVINDICACIONES

   1. Un método para producir un tubo de metal sin costura de pared ultra delgada (51) mediante un método de laminado en frío, en el cual se emplea un laminador de paso de peregrino en frío, comprendiendo el método:

   la utilización de un rodillo (21) que tiene una ranura (31) cuyo diámetro permanece constante o disminuye gradualmente desde un lado de entrada de acoplamiento hasta un lado de salida de terminación de un par de rodillos, y un mandril convergente cuyo diámetro aumenta gradualmente desde el lado de entrada de acoplamiento hasta el lado de salida de terminación; en el cual

   el laminador de paso de peregrino en frío tiene un accionamiento de tipo mecatrónico, e incluye: un sistema de control eléctrico para controlar un movimiento alternativo de un soporte de rodillo (63) y un accionamiento de tubo de un material de tubo (1); y un mecanismo para proporcionar un avance y un ángulo de giro al material de tubo (1) inmediatamente antes del inicio de una carrera de avance e inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso, y en el que el método además comprende

   la provisión de un ángulo de giro y un avance al material de tubo inmediatamente antes del inicio de una carrera de avance, y también la provisión de un accionamiento de tubo al material de tubo inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso con el fin de reducir el desequilibrio en la carga de laminación desde el lado de entrada de acoplamiento hasta el lado de salida de terminación entre las carreras de avance y retroceso, y para elongar el material de tubo mediante la reducción de un espesor de la pared a la vez que se expande el diámetro medio de la pared, el cual es un diámetro medio entre un diámetro externo y un diámetro interno del material de tubo.
2. 2. El método para producir un tubo de metal sin costura de pared ultra delgada mediante un método de laminado en frío según la reivindicación 1, caracterizado por que

   también se proporciona un ángulo de giro al material de tubo inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso.
3. 3. El método para producir un tubo de metal sin costura de pared ultra delgada mediante un método de laminado en frío según la reivindicación 1, caracterizado por que

   también se proporciona un avance al material de tubo inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso.
4. 4. El método para producir un tubo de metal sin costura de pared ultra delgada mediante un método de laminado en frío según la reivindicación 1, caracterizado por que

   también se proporcionan un ángulo de giro y un avance al material de tubo inmediatamente antes del inicio de una carrera de retroceso.