IT201900008901A1 - Banco di trafilatura per macchina trafilatrice - Google Patents

Description

Descrizione della domanda di brevetto dal titolo:

“BANCO DI TRAFILATURA PER MACCHINA TRAFILATRICE”

CAMPO DELL’INVENZIONE

La presente invenzione rientra nel settore della fabbricazione di prodotti metallici tramite trafilatura. Più specificamente, l’invenzione riguarda un banco di trafilatura ed una relativa macchina trafilatrice destinati in particolare alla trafilatura di prodotti metallici massicci.

STATO DELLA TECNICA

Come noto, la trafilatura è un processo di formatura senza asportazione di materiale tramite il quale si induce una riduzione dimensionale e/o un cambiamento di forma nella sezione trasversale di un prodotto o semilavorato facendolo passare in modo forzato attraverso un orifizio fisso, detto filiera, opportunamente dimensionato e sagomato per conferire al prodotto finito, trafilato, dimensioni e profilo di sezione trasversale prefissati. Il passaggio forzato attraverso la filiera viene ottenuto esercitando sul pezzo da lavorare una trazione in corrispondenza del lato di uscita della filiera.

La trafilatura, in particolare la trafilatura a freddo, è oggigiorno largamente impiegata per la fabbricazione di svariati prodotti metallici di forma allungata, come ad esempio fili, barre profilate, tubi, ecc.

In particolare per la trafilatura di prodotti metallici massicci sotto forma di barre o tubi sono note macchine trafilatrici comprendenti una filiera, un banco di guida posto dal lato di ingresso della filiera, ovvero a monte della stessa rispetto alla direzione di trafilatura, e un banco di trafilatura posto dal lato di uscita della filiera, ovvero a valle della stessa rispetto alla direzione di trafilatura. Il banco di guida è un componente normalmente passivo e serve essenzialmente a supportare e guidare il pezzo a monte della filiera. Il banco di trafilatura rappresenta invece la parte attiva della macchina trafilatrice e comprende un basamento e un carro di trafilatura in grado di traslare sul basamento nella direzione di trafilatura. Il carro di trafilatura è destinato a ricevere e serrare un’estremità del pezzo da lavorare a valle della filiera e ad applicare al pezzo stesso la forza di trazione necessaria per la trafilatura.

Tipicamente, in queste macchine trafilatrici note la movimentazione del carro di trafilatura e, di conseguenza, la forza di trazione per la trafilatura vengono ottenute per mezzo di sistemi di azionamento a catena installati nel basamento del banco di trafilatura. Tali sistemi comprendono una catena estesa nella direzione di trafilatura e circolante attorno ad almeno due pulegge dentate, di cui almeno una motorizzata, solidali con il basamento. Il carro di trafilatura è dotato di un gancio connesso a perno al suo telaio e atto ad impegnarsi con uno dei perni della catena, tramite il quale è possibile accoppiare/disaccoppiare cinematicamente tra loro il carro di trafilatura e la catena.

La Richiedente ha riscontrato che l’impiego di sistemi di azionamento a catena nei banchi di trafilatura delle macchine trafilatrici note sopradescritte comporta alcuni inconvenienti.

In primo luogo, i sistemi di azionamento a catena non permettono facilmente di ripartire la generazione e la trasmissione di forza tra più componenti, ovvero non sono facilmente scalabili. Questa caratteristica obbliga a dimensionare tutti i componenti del sistema di azionamento, in particolare la catena, la puleggia dentata motrice e il gruppo motore che aziona quest’ultima, in funzione della forza di trazione massima da erogare, che nel caso di trafilatura di prodotti metallici massici può anche essere assai elevata, ad esempio dell’ordine del centinaio di tonnellate. Ciò si ripercuote negativamente sull’ingombro, il peso, i costi e la reperibilità commerciale dei componenti del sistema di azionamento.

Inoltre, i sistemi di azionamento a catena sono soggetti al fenomeno cosiddetto di “pendolazione”, consistente in oscillazioni periodiche della velocità tangenziale di una catena trascinata da una puleggia dentata, causate da corrispondenti variazioni della forza tangenziale agente sui perni della catena che si verificano per via del passaggio periodico dei perni nel tratto di catena curvilineo avvolto attorno alla puleggia dentata. Tali oscillazioni di velocità tangenziale della catena vengono trasmesse al carro di trafilatura e si ripercuotono pertanto sulla forza di trazione generata da quest’ultimo. Se la loro ampiezza supera una certa soglia, sul prodotto trafilato compaiono difetti superficiali (anellature) che ne comportano il declassamento commerciale.

Un altro inconveniente legato all’impiego di sistemi di azionamento a catena è dovuto alle non trascurabili perdite di potenza nella trasmissione dalla puleggia dentata motrice al carro di trafilatura, imputabili sia alla dinamica di interazione tra catena e pulegge dentate in sé, sia alla lunghezza della catena cinematica tra i suddetti componenti. Tali perdite possono raggiungere complessivamente anche il 15-20% della potenza motrice fornita in ingresso e si ripercuotono quindi in modo sensibile sui costi di esercizio della macchina trafilatrice.

Un ulteriore inconveniente legato all’impiego di sistemi di azionamento a catena è la loro rumorosità. Sotto questo aspetto, nel caso delle macchine trafilatrici note sopradescritte occorre tener conto non solo di una componente di rumore stazionaria, dovuta dalla circolazione della catena durante il funzionamento della macchina, ma anche di una componente di rumore impulsiva, che si genera tutte le volte che il gancio del banco di trafilatura rilascia la catena al termine di una corsa di trafilatura e il ramo superiore della catena collassa per gravità su supporti appositamente previsti nel basamento del banco di trafilatura. In particolare questa componente impulsiva, periodica, può raggiungere o superare il limite di 120 dB (soglia del dolore), per cui nelle macchine trafilatrici note è anche necessario adottare apposite misure di isolamento acustico per rispettare le normative vigenti in materia, che hanno un impatto costi di realizzazione delle macchine trafilatrici note.

Infine, nelle macchine trafilatrici note sopradescritte una eventuale rottura improvvisa della catena, date le elevate forze e masse in gioco, rappresenta un pericolo per l’incolumità degli operatori, per scongiurare il quale sono necessarie opportune misure di sicurezza, che contribuiscono anch’esse ad aumentare i costi di tali macchine trafilatrici.

SOMMARIO DELL’INVENZIONE

Scopo della presente invenzione è mettere a disposizione un banco di trafilatura ed una relativa macchina trafilatrice che superino gli inconvenienti sopra menzionati con riferimento alle macchine trafilatrici per trafilatura di prodotti metallici massicci note.

Più in particolare, scopo dell’invenzione è mettere a disposizione un banco di trafilatura ed una relativa macchina trafilatrice, i quali, rispetto ai banchi di trafilatura e alle macchine trafilatrici noti di pari potenzialità, offrano maggiore flessibilità ed efficienza operativa, abbiano minori i costi di realizzazione e esercizio e minore rumorosità, e siano in grado di fornire prodotti trafilati sempre di elevata qualità.

Secondo l’invenzione, tali scopi vengono raggiunti con un banco di trafilatura e una macchina trafilatrice come definiti rispettivamente nelle rivendicazioni 1 e 9 allegate.

In particolare, in un suo primo aspetto, l’invenzione si riferisce ad un banco di trafilatura di una macchina trafilatrice, comprendente un carro di trafilatura traslabile lungo una direzione prefissata su un basamento, e mezzi di azionamento per azionare in traslazione il carro di trafilatura rispetto al basamento, comprendenti una trasmissione meccanica e mezzi motori operativamente connessi alla trasmissione meccanica. La trasmissione meccanica è una trasmissione meccanica a elementi rigidi comprendente almeno un elemento motore azionato dai mezzi motori e solidale con uno tra il carro di trafilatura e il basamento, e almeno un elemento condotto operativamente connesso all’almeno un elemento motore e solidale con l’altro tra il carro di trafilatura e il basamento.

Nell’ambito della presente descrizione e delle successive rivendicazioni, con l’espressione “trasmissione meccanica a elementi rigidi” si intende indicare una trasmissione meccanica in cui tutti i componenti che partecipano al trasferimento di potenza hanno una struttura rigida, ovvero non flessibile.

Vantaggiosamente, l’impiego di una trasmissione meccanica a elementi rigidi permette di implementare più facilmente soluzioni scalabili per il sistema di azionamento del carro di trafilatura, a tutto vantaggio della flessibilità di configurazione ed operativa del banco di trafilatura dell’invenzione. Con un sistema di azionamento basato su una trasmissione meccanica a elementi rigidi risulta infatti più semplice frazionare la generazione e il trasferimento di potenza rispettivamente tra più mezzi motori e più elementi motori e/o condotti della trasmissione. Di conseguenza, sia i mezzi motori sia i componenti della trasmissione meccanica possono venire dimensionati individualmente per carichi minori rispetto ad un carico massimo corrispondente alla massima forza di trazione che il banco di trafilatura deve erogare. Ciò incide positivamente sui costi di realizzazione e di esercizio del banco di trafilatura dell’invenzione. Da un lato, infatti, per il sistema di azionamento del carro di trafilatura possono essere utilizzati componenti di taglia inferiore e usualmente reperibile in commercio, dall’altro il banco di trafilatura può più facilmente erogare forze di trazione inferiori a quella massima prevista senza sensibili diminuzioni di efficienza. Una trasmissione meccanica a elementi rigidi permette anche di realizzare catene cinematiche tra i mezzi motori e il carro di trafilatura aventi un numero di componenti minore e un rendimento complessivo di trasmissione più elevato rispetto a soluzioni con trasmissione a catena impiegate nelle macchine trafilatrici della tecnica nota. Ciò consente vantaggiosamente di ridurre la potenza installata a parità di prestazioni e quindi contribuisce alla riduzione dei costi di realizzazione e di esercizio.

Inoltre, grazie al fatto che nelle trasmissioni meccaniche a elementi rigidi sono intrinsecamente assenti fenomeni di “pendolazione” tipici invece delle trasmissioni a catena, con il banco di trafilatura dell’invenzione è vantaggiosamente possibile assicurare sempre velocità di traslazione del carro di trafilatura costanti, grazie alle quali si possono ottenere prodotti trafilati privi di difetti legati a oscillazioni della forza di trazione applicata da carro di trafilatura.

Infine, con una trasmissione meccanica a elementi rigidi vengono sostanzialmente eliminati i problemi di rumorosità che affliggono le macchine trafilatrici della tecnica nota per via dell’impiego di trasmissioni a catena. In particolare sono del tutto assenti componenti di rumore impulsive legate all’impatto della catena sui suoi supporti quando viene rilasciata al termine di una corsa di trafilatura. Nei banchi di trafilatura dell’invenzione non sono quindi necessarie particolare particolari misure di insonorizzazione per rispettare le soglie di rumorosità imposte dalle normative vigenti, con ulteriore vantaggio per i costi di realizzazione delle macchine trafilatrici.

Similmente, nel banco di trafilatura dell’invenzione sono anche sostanzialmente assenti problemi di sicurezza connessi ad una eventuale rottura improvvisa di componenti sotto carico del sistema di azionamento del carro di trafilatura, che affliggono le macchine trafilatrici note.

Caratteristiche preferite del banco di trafilatura dell’invenzione sono definite nelle relative rivendicazioni dipendenti, il cui contenuto è qui integralmente incorporato per riferimento.

In un suo secondo aspetto, l’invenzione si riferisce ad una macchina trafilatrice comprendente un banco di trafilatura avente le caratteristiche summenzionate. Tale macchina trafilatrice presenta tutti i vantaggi descritti con riferimento al primo aspetto dell’invenzione.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, presentata nel seguito a titolo esemplificativo e non limitativo con l’ausilio delle unite tavole di disegno, in cui:

- Fig. 1 mostra uno schema di principio di una macchina trafilatrice in accordo con la presente invenzione;

- Fig. 2 mostra una vista prospettica schematica di una forma di realizzazione preferita della macchina trafilatrice di Fig.1, e

- Fig. 3 mostra una vista prospettica schematica a parti parzialmente del banco di trafilatura della macchina trafilatrice di Fig.2.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DI FORME DI REALIZZAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE

In Fig.1 è rappresentata in forma fortemente semplificata una macchina trafilatrice in accordo con l’invenzione, complessivamente indicata con il riferimento numerico 100.

La macchina trafilatrice 100 trova un impiego preferito, sebbene non esclusivo, per la trafilatura di prodotti o semilavorati metallici massicci sotto forma di barre o tubi. La macchina trafilatrice 100 comprende, in sequenza lungo una direzione di trafilatura X, un banco di guida 1, una filiera 2 e un banco di trafilatura 3.

Il banco di guida 1 è configurato in modo da definire una base di supporto 10, continua o discontinua, per guidare, solitamente in modo passivo, un pezzo da lavorare 200 verso la filiera 2 nella direzione di trafilatura X. Per facilitare la movimentazione del pezzo da lavorare 200, sulla base di supporto 10 possono essere preferibilmente previsti rulli di scorrimento folli 11 o altri mezzi equivalenti. La filiera 2 è montata, preferibilmente in modo amovibile, in un corrispondente supporto 20, solitamente solidale con il banco di guida 1 e/o il banco di trafilatura 3. La forma e le dimensioni della filiera 2 determinano il profilo e le dimensioni di sezione trasversale del prodotto trafilato.

Il banco di trafilatura 3 comprende essenzialmente un basamento 30 traviforme che si estende nella direzione di trafilatura X, e un carro di trafilatura 31 in grado di traslare longitudinalmente, vale a dire lungo la direzione di trafilatura X, sul basamento 30 stesso. Preferibilmente, il carro di trafilatura 31 coopera con il basamento 30 per mezzo di elementi di supporto e/o guida a rotolamento o scorrimento, come ad esempio ruote 32.

Il carro di trafilatura 31 può cooperare con il basamento 30 in corrispondenza di un singolo lato del basamento 30 (Fig. 1), oppure, preferibilmente, può essere configurato in modo da abbracciare il basamento 30 su almeno due, più preferibilmente almeno tre, lati dello stesso (Figg.2, 3).

Il carro di trafilatura 31 comprende un dispositivo di serraggio 33 atto a ricevere e serrare un’estremità del pezzo da lavorare 200 dal lato a valle della filiera 2. Per mezzo del dispositivo di serraggio 33 il carro di trafilatura 31, traslando in allontanamento dalla filiera 2 lungo la direzione di trafilatura X, è in grado di applicare al pezzo da lavorare 200 la forza di trazione necessaria per far passare lo stesso attraverso la filiera 2, determinandone la trafilatura. Fondamentalmente, la lunghezza del basamento 30 e la corsa di traslazione del carro di trafilatura 31 sono legate alla lunghezza dei prodotti da trafilare con la macchina trafilatrice 100. Il banco di trafilatura 3 comprende anche un sistema di azionamento del carro di trafilatura 31, comprendente mezzi motori e una trasmissione meccanica.

La trasmissione meccanica è in particolare una trasmissione meccanica ad elementi rigidi comprendente almeno un elemento motore 34 azionato dai mezzi motori e solidale con il carro di trafilatura 31 o con il basamento 30, e almeno un elemento condotto 35 operativamente connesso all’elemento motore 34 e solidale con il basamento 30 o con il carro di trafilatura 31.

I mezzi motori che azionano l’almeno un elemento motore 34 della trasmissione meccanica sono preferibilmente configurati come gruppo motoriduttore comprendente un motore elettrico 36 e un riduttore a ingranaggi 37.

In una configurazione preferita l’almeno un elemento motore 34 della trasmissione meccanica è solidale con il carro di trafilatura 31 e l’almeno un elemento condotto 35 è solidale con il basamento 30. In questo caso i mezzi motori che azionano l’almeno un elemento motore 34 possono essere convenientemente montati a bordo del carro di trafilatura 31, riducendo così l’ingombro a terra della macchina trafilatrice 100.

Nella forma di realizzazione preferita qui illustrata della macchina trafilatrice 100 la trasmissione meccanica a elementi rigidi per l’azionamento del carro di trafilatura 31 è una trasmissione a pignone e cremagliera. Questo tipo di trasmissione rappresenta una soluzione tecnica particolarmente semplice, compatta, robusta e di facile manutenzione per azionare il carro di trafilatura 31 e generare la forza di trazione necessaria per la trafilatura impiegando esclusivamente elementi di trasmissione rigidi. Inoltre, questa soluzione è facilmente scalabile, in quanto la forza di trazione può essere aumentata aumentando il numero di pignoni attivi sulla cremagliera, come meglio descritto nel seguito con riferimento alle Figg. 2 e 3.

In particolare, in una configurazione preferita, l’almeno un elemento motore 34 è costituito da un pignone solidale in traslazione con il carro di trafilatura 31, e l’almeno un elemento condotto 35 è costituito da una cremagliera solidale con il basamento 30 fisso ed estesa longitudinalmente nella direzione di trafilatura X. L’almeno un elemento motore o pignone 34 e l’almeno un elemento condotto o cremagliera 35 della trasmissione a pignone e cremagliera cooperano tra loro in un piano parallelo alla direzione di trafilatura X e preferibilmente sostanzialmente perpendicolare rispetto ad un piano di traslazione del carro di trafilatura 31 sul basamento 30.

In particolare, nella forma di realizzazione preferita qui illustrata la cremagliera 35 è disposta su un fianco longitudinale esterno del basamento 30 che si sviluppa perpendicolarmente al piano di traslazione del carro di trafilatura 31, mentre il pignone 34 si estende a sbalzo dal carro di trafilatura 31 in corrispondenza del medesimo fianco longitudinale del basamento 30, con un rispettivo asse di rotazione perpendicolare al piano di traslazione del carro di trafilatura 31. A seconda della configurazione del basamento 30, la cremagliera 35 potrebbe anche essere montata su un fianco longitudinale interno del basamento 30.

Le Figg. 2 e 3 mostrano una forma di realizzazione preferita della macchina trafilatrice 100 atta a erogare forze di trazione elevate, ad esempio pari a 100 tonnellate.

In questo caso il sistema di azionamento del carro di trafilatura 31 comprende una trasmissione a pignone e cremagliera con una cremagliera 35 solidale con il basamento 30 del banco di trafilatura 31 e tre, o, più in generale, una pluralità di, pignoni 34 solidali in traslazione con il carro di trafilatura 31.

Ciascun pignone 34 è azionato da un rispettivo gruppo motoriduttore montato a bordo del carro di trafilatura 31. Per una migliore distribuzione dei carichi, i gruppi motoriduttori appoggiano sostanzialmente sul carro di trafilatura 31. In particolare, i motori elettrici 36 dei gruppi motoriduttori hanno preferibilmente una giacitura tale per cui gli assi di rotazione dei rispettivi alberi motori sono sostanzialmente paralleli al piano di traslazione del carro di trafilatura 31, e quindi perpendicolari agli assi di rotazione dei pignoni 34. In questo caso i riduttori ad ingranaggi 37 interposti i motori elettrici 36 e pignoni 34 sono riduttore angolari.

In questa forma di realizzazione ciascun pignone 34 ed il relativo gruppo motoriduttore di azionamento può venire vantaggiosamente dimensionato per sopportare solamente una frazione, in questo caso, ad esempio, un terzo, del carico massimo corrispondente alla forza di trazione massima generabile nella macchina trafilatrice 100. Inoltre, si possono prevedere modalità operative in cui solo alcuni dei pignoni 34 sono attivi, mentre gli altri rimangono folli e non trasferiscono potenza, in modo che la macchina trafilatrice 100 possa erogare in modo flessibile e sempre con elevato rendimento anche forze di trazione inferiori a quella massima.

In una forma di realizzazione alternativa, non mostrata, oltre ad una pluralità di pignoni 34 si potrebbero prevedere anche due o più cremagliere 35, disposte su lati longitudinali esterni o interni, rivolti l’uno verso l’altro o l’uno via dall’altro, del basamento 30. In questo caso i pignoni 34 e i relativi gruppi motoriduttori verrebbero ripartiti in modo opportuno tra le cremagliere 35, possibilmente in modo da assicurare una trasmissione di forze simmetrica rispetto alla direzione di trafilatura X.

Sebbene nella precedente descrizione si sia fatto riferimento in particolare ad una macchina trafilatrice 100 a linea singola, l’invenzione può essere implementata anche in macchine trafilatrici a più linee, atte a trafilare contemporaneamente più pezzi da lavorare 200 in parallelo.

In tutti i casi, con l’invenzione vengono messi a disposizione un banco di trafilatura e una relativa macchina trafilatrice in cui l’assenza di elementi di trasmissione flessibili, in particolare catene, per azionare il carro di trafilatura permette un funzionamento più flessibile ed efficiente, una riduzione dei costi di realizzazione ed esercizio nonché dei livelli di rumorosità, e l’ottenimento di prodotti trafilati di elevata qualità.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Banco di trafilatura (3) di una macchina trafilatrice (100), comprendente: - un carro di trafilatura (31) traslabile lungo una direzione prefissata (X) su un basamento (30), - mezzi di azionamento (34, 35, 36, 37) per azionare in traslazione il carro di trafilatura (31) rispetto al basamento (30), comprendenti una trasmissione meccanica (34, 35) e mezzi motori (36, 37) operativamente connessi alla trasmissione meccanica (34, 35), caratterizzato dal fatto che la trasmissione meccanica (34, 35) è una trasmissione meccanica a elementi rigidi comprendente almeno un elemento motore (34) azionato dai mezzi motori (36, 37) e solidale con uno tra detto carro di trafilatura (31) e detto basamento (30), e almeno un elemento condotto (35) operativamente connesso all’almeno un elemento motore (34) e solidale con l’altro tra detto carro di trafilatura (31) e detto basamento (30).
2. 2. Banco di trafilatura (3) secondo la rivendicazione 1, in cui l’almeno un elemento motore (34) della trasmissione meccanica (34, 35) è solidale con il carro di trafilatura (31) e l’almeno un elemento condotto (35) della trasmissione meccanica (34, 35) è solidale con il basamento (30).
3. 3. Banco di trafilatura (3) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la trasmissione meccanica (34, 35) è una trasmissione a pignone e cremagliera, nella quale un pignone costituisce l’almeno un elemento motore (34) della trasmissione meccanica (34, 35) e una cremagliera costituisce l’almeno un elemento condotto (35) della trasmissione meccanica (34, 35).
4. 4. Banco di trafilatura (3) secondo la rivendicazione 3, in cui il pignone e la cremagliera cooperano tra loro in un piano obliquo, preferibilmente perpendicolare, rispetto ad un piano di traslazione del carro di trafilatura (31) sul basamento (30).
5. 5. Banco di trafilatura (3) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui i mezzi motori (36, 37) comprendono almeno un gruppo motoriduttore comprendente un motore elettrico (36) e un riduttore a ingranaggi (37).
6. 6. Banco di trafilatura (3) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui i mezzi motori (36, 37) comprendono un albero motore avente un asse di rotazione perpendicolare ad un asse di rotazione dell’almeno un elemento motore (34) della trasmissione meccanica (34, 35).
7. 7. Banco di trafilatura (3) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui i mezzi motori (36, 37) sono montati a bordo del carro di trafilatura (31).
8. 8. Banco di trafilatura (3) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il carro di trafilatura (31) abbraccia il basamento (30) su almeno due lati, preferibilmente almeno tre lati.
9. 9. Macchina trafilatrice (100) comprendente un banco di trafilatura (3) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.