ITMI20060919A1 - Gruppo cuscinetto-rullo guida per impianti di laminazione,e relativa cassetta di guida - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo: “Gruppo cuscinetto-rullo guida per impianti di laminazione, e relativa cassetta di guida ”

Campo dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un gruppo cuscinetto-rullo guida, in particolare per impianti di laminazione di finitura di prodotti metallurgici lunghi, per es. vergella, in blocchi di calibrazione veloci, cosiddetti BGV, ed inoltre ad una cassetta di guida che ne comprende almeno una coppia.

Stato della tecnica

Nei laminatoi impiegati per la laminazione a caldo di prodotti lunghi si utilizzano tra le gabbie rulli, o coppie di rulli, sagomati folli che hanno la funzione di guidare e indirizzare in maniera corretta e precisa il laminato, proveniente dalla gabbia posta a monte, rispetto alla direzione di laminazione, all'interno del canale di laminazione della gabbia posta a valle. Questi rulli guida sono abitualmente montati contrapposti in modo da formare una coppia, che definisce una luce di passaggio regolabile in funzione delle caratteristiche geometriche e strutturali del prodotto in lavorazione, e formano ciò che si chiama comunemente scatola o cassetta di guida del laminato.

Normalmente queste cassette di guida del laminato sono montate su supporti scorrevoli trasversalmente, sia nel senso diretto verso l'asse di laminazione che nel senso opposto, nella zona di ingresso della rispettiva gabbia di laminazione. I supporti scorrevoli consentono con il loro movimento un centraggio millimetrico della cassetta in relazione al canale di laminazione.

I rulli guida ruotano a grandissima velocità e sono sottoposti a sollecitazioni meccaniche e termiche rilevanti. Infatti, la velocità di laminazione all’uscita di un blocco BGV raggiunge valori superiori a 100 m/sec e, di conseguenza, le velocità di rotazione dei rulli guida posti in corrispondenza degli ultimi due o tre passi di laminazione superano i 50.000 giri/min. Siccome i rulli guida sono montati folli, cioè senza mezzi motori e moto di rotazione autonomo, essi subiscono elevatissime variazioni di velocità, passando da zero alla velocità di laminazione in poche frazioni di secondo, ad ogni imbocco del laminato, cioè dopo il tempo di interbillet. La violenta accelerazione del rullo, che si determina per attrito di contatto con il prodotto laminato, produce un’usura rilevante tanto per effetto fisico-chimico quanto per abrasione conseguente allo strisciamento nella fase iniziale. Inoltre nei rulli guida vengono fortemente sollecitati gli organi che collegano i rulli stessi con il proprio asse di rotazione e permettono la rotazione degli stessi.

Nello stato della tecnica detti organi sono costituiti generalmente da cuscinetti meccanici a rotolamento, come per esempio quelli previsti nell’ US-4295356, che mal sopportano le violente accelerazioni sopra citate in quanto, per inerzia, non riescono ad accelerare la loro massa e, a ele vato numero di giri, sono soggetti a rapida usura dei rulli o sfere. Tali cuscinetti sono inoltre soggetti anche alla penetrazione di sporcizia daH’ambiente in cui lavorano, come ad esempio l'introduzione di scaglia, spruzzi d'acqua, di olio, polvere e altri detriti, che possono provocare incrostazioni.

In questo contesto si determina una rapida usura, malfunzionamento, rottura dei cuscinetti e, di conseguenza, si producono difetti di laminazione sul prodotto finale o, nei casi peggiori, incagli del laminato nel treno. In ogni caso sono necessarie frequenti fermate dell’impianto per la sostituzione dei componenti o anche per la normale manutenzione. Ciò comporta elevati costi per mancata produzione e per i ricambi.

Per superare questi inconvenienti sono stati proposti in alternativa ai cuscinetti meccanici dei cuscinetti idrodinamici a olio.

Un esempio di cuscinetto per rullo guida ad effetto idrodinamico è descritto nel documento US-6280087. Esso descrive, in una variante, un rullo guida realizzato in un solo corpo fissato in rotazione su due semiperni separati, a loro volta fissati su una struttura di sostegno costituita da due ganasce. La rotazione ad alta velocità è assicurata mediante la creazione di due cuscinetti idrodinamici a film d'olio intorno ai due semiperni. Il montaggio del rullo risulta piuttosto difficoltoso e la fabbricazione della struttura di sostegno in due ganasce necessita di lavorazioni molto accurate per avere la precisione di accoppiamento necessaria. Inoltre è necessario prevedere un sistema di regolazione della distanza tra le ganasce per realizzare la dovuta stabilità del film idrodinamico tra i semiperni e il rullo. Infine, poiché il diametro del rullo è molto superiore alla dimensione trasversale dei perni, la stabilità del rullo stesso ne risente negativamente sotto l’azione di forze perturbatrici esterne.

E’ pertanto sentita l’esigenza di realizzare un gruppo cuscinetto-rullo guida di realizzazione semplice ed economica e che consenta di superare i suddetti inconvenienti, presentando una grande affidabilità.

Sommario dell’invenzione

La presente invenzione, pertanto, si propone di raggiungere gli scopi sopra discussi avendo come oggetto un gruppo cuscinetto-rullo guida per impianti di laminazione comprendente:

- una struttura portarullo avente un prima parte sporgente provvista di almeno un primo foro e una seconda parte sporgente provvista di almeno un secondo foro, in cui il primo e secondo foro sono coassiali, - almeno una bronzina comprendente due semicorpi aventi forma troncoconica, un rispettivo foro assiale, definenti ciascuno una rispettiva base minore, disposti in contatto reciproco tra loro mediante le rispettive basi minori, formanti una superficie esterna di forma anulare,

- mezzi di fissaggio di detta almeno una bronzina a detta struttura portarullo tra dette prima e seconda parte sporgente, attraverso detto foro assiale della bronzina e detti primo e secondo foro della struttura portarullo;

- condotti di alimentazione di fluido,

- un anello avente una superficie interna di forma complementare alla forma di detta superficie esterna anulare, disposto esternamente e coassialmente a detta bronzina;

- la superficie interna e la superficie esterna anulare essendo di forma e dimensioni tali da creare una uce tra detto anello e detta bronzina così da permettere una rotazione relativa tra loro, e la creazione di un meato di fluido durante la rotazione relativa.

E’ pure oggetto della presente invenzione una cassetta di guida di prodotto laminato comprendente una o più coppie di gruppo cuscinetto-rullo guida.

E’ particolare oggetto della presente invenzione un gruppo cuscinettorullo guida per impianti di laminazione, e relativa cassetta di guida, come meglio descritto nelle rivendicazioni, che formano parte integrante della presente descrizione.

Grazie alle caratteristiche elencate, la durata di vita del gruppo cuscinetto-rullo guida secondo l’invenzione viene considerevolmente aumentata e ciò permette di ridurre i cicli di arresto del laminatoio per manutenzione, con notevole risparmio di costi, senza che la qualità del prodotto laminato ne risenta.

Breve descrizione delle Figure

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

la Fig. 1 rappresenta una vista in sezione laterale secondo un piano assiale di un gruppo cuscinetto-rullo guida secondo l'invenzione;

la Fig. 2 rappresenta una vista in sezione frontale secondo un piano assiale di una coppia di rulli guida secondo l'invenzione;

la Fig. 3 rappresenta viste di una prima forma di realizzazione di un semicorpo di bronzina secondo l’invenzione;

la Fig. 4 rappresenta la vista in sezione parziale di un dettaglio del rullo guida secondo una variante dell'invenzione.

Gli stessi numeri di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi.

Descrizione in dettaglio di una forma di realizzazione preferita dell’invenzione

Con riferimento alla figura 1 è rappresentato un gruppo cuscinetto-rullo guida conforme all’invenzione, inserito in una cassetta guida del laminato comprendente una leva porta-rullo 9 imperniata a una prima estremità ad una struttura, non illustrata, e avente la seconda estremità sostanzialmente a forma di “C” con due protuberanze o elementi a braccio 10', 10”, aventi forma sostanzialmente, ma non necessariamente a cuneo. Nella parte terminale di ognuno di detti elementi a braccio 10', 10” è praticato un rispettivo foro e i due fori hanno l'asse comune. In ciascun foro è inserita una rispettiva boccola 5, 7. La boccola superiore 7 è filettata internamente e la sua superficie esterna è liscia. La boccola inferiore 5 ha entrambe le superfici interne ed esterne liscie, non filettate, e presenta il bordo superiore ripiegato verso l’esterno a formare un lembo 11.

Un perno 1 cilindrico è disposto nelle due boccole 5 e 7. Esso ha una sua estremità 6 filettata per tenerlo avvitato all’interno della boccola 7. E’ presente un cuscinetto a bronzina 2, costituito da due semicorpi 2’, 2” di forma troncoconica con un foro centrale, che vengono fissati sul perno 1. I due semicorpi 2', 2" si interfacciano a contatto in corrispondenza delle facce minori. L’accoppiamento e il centraggio dei due semicorpi, o semibronzine, è realizzato tramite il perno 1, mentre il serraggio assiale è realizzato mediante il serraggio della testa filettata del perno 1 nella boccola 7. Una spina elastica 12 è inserita tra i semicorpi per antirotazione reciproca. L'unione dei due semicorpi 2' e 2” forma il corpo della bronzina 2 avente una superficie esterna anulare a forma sostanzialmente triangolare o di “V”. Vista in sezione, detta superficie laterale comprende due piani inclinati che formano fra loro un angolo compreso fra 90° e 150°.

E’ pure presente un anello esterno, o rullo, 3, posto coassialmente alla bronzina, che ha la funzione di guida del laminato, ed ha la superficie esterna con una forma che è funzione del diametro del laminato e degli schemi di laminazione (sequenze di ovale-tondo), presentando per esempio una scanalatura 14 a sezione semicircolare (vedere figure 2 e 4), nel caso di laminazione di vergella, e ha la superficie interna di forma coniugata alla forma della scanalatura esterna a “V" della bronzina 2. L'anello 3 è ruotabile folle e viene messo in rotazione al passaggio del laminato oppure, se necessario, può essere dotato di una velocità di rotazione propria attraverso opportuni mezzi.

Questa modalità costruttiva del gruppo cuscinetto-rullo è semplice e razionale e consente di ottenere un perfetto centraggio del rullo sul corpo del cuscinetto a bronzina, grazie ai piani inclinati della scanalatura a “V”. Vantaggiosamente il diametro massimo delle due semibronzine 2’, 2”, e quindi del corpo della bronzina 2, è compreso tra 0,5 e 0,9 volte il diametro dell'anello 3. Ciò consente di avere una superficie laterale dell’anello 3 più ampia che permette di ridurre le pressioni specifiche, di supportare maggiori carichi assiali e radiali, e di dare maggiore stabilità al rullo guida sotto l’azione di forze perturbatrici esterne.

Le tolleranze di lavorazione delle superfici laterali ed interne delle due semi-bronzine sono calcolate in modo che quando il complesso anello 3 - semibronzine 2', 2” viene messo “a pacco”, avvitando il perno 1 nella boccola 7, rimane una luce o gioco 4 tra le superfici inclinate dell’anello stesso e quelle coniugate del corpo della bronzina 2. Detta luce ha una altezza media di valore compreso preferibilmente tra 0,01 e 0,07 mm. Il corpo della bronzina 2 viene mantenuto fermo da una parte dallo spallamento del perno 1 e dall'altra dal lembo 11 della boccola 5; l'anello 3, invece, viene trascinato in rotazione al passaggio del laminato fino a raggiungere elevate velocità di rotazione, che possono raggiungere e superare i 50.000 giri/min.

Nella luce 4 viene inviato un fluido, preferibilmente acqua in pressione, per formare un meato o film di sostentamento dell'anello 3.

L’adduzione dell’acqua, o di altro fluido appropriato, avviene attraverso apposite canalizzazioni o condotti ricavati nella struttura di supporto 9, nell’elemento a braccio 10, nella boccola inferiore 5 e nel perno 1, condotto 8. Il circuito è aperto, per cui l’acqua fuoriesce dai piani inclinati e viene raccolta nel basamento della macchina.

Vantaggiosamente l’invenzione può utilizzare la stessa acqua che viene impiegata nel circuito di raffreddamento deirimpianto di laminazione che poi viene opportunamente recuperata, filtrata e rimessa in circolo. Tutto ciò permete di otenere notevoli vantaggi rispeto al tradizionale utilizzo di olio per i cuscineti in termini di semplificazione impiantistica e relativa riduzione dei costi d’investimento, poiché sono necessarie meno pompe e circuiti dedicati, e di costi di esercizio quando si usa l’acqua o un altro fluido che costa meno e inquina meno dell’olio.

Nel gruppo cuscineto-rullo guida conforme all'invenzione l’acqua svolge non solo la funzione di sostentamento del rullo ma vantaggiosamente anche quella di lubrificazione e di raffreddamento.

La portata e la pressione dell’acqua inviata ai rulli dipendono dalla posizione della casseta di guida lungo il treno finitore, e quindi dalle velocità di rotazione imposte dal laminato in detta posizione; in corrispondenza delle prime gabbie si utilizzano alte portate e alte pressioni che favoriscono il raffreddamento del rullo, mentre in corrispondenza delle ultime gabbie si utilizzano pressioni più basse. Preferibilmente i valori delle pressioni impiegate lungo il treno oscillano dai 2 ai 6 bar.

In figura 2 è mostrata una forma preferita della casseta di guida oggeto dell’invenzione, comprendente una coppia di gruppi cuscineto-rullo guida affiancati ed allineati in modo che le rispetive superfici esterne presentino le scanalature 14 affacciate, ad una determinata distanza reciproca, dipendente dalla forma e dimensione del laminato 25 che scorre tra di esse.

Secondo ulteriori varianti realizzative dell’invenzione, una casseta di guida può comprendere più coppie di gruppi cuscineto-rullo guida.

In accordo con una prima vantaggiosa forma di realizzazione, con riferimento alla figura 3, sulla base minore di uno o di entrambi i semicorpi 2’, 2” della bronzina viene realizzata una prima serie di scanalature radiali al fine di creare un canale che porti l’acqua aH’intemo della luce o gioco (4).

Più in particolare sono preferibilmente realizzate tre scanalature radiali, disposte tra loro a 120°, che comprendono una prima parte indicata rispettivamente con 17’, 17”, 17”’, che ha origine dal foro interno dove viene inserito il perno 1 (fig. 1), e termina sul bordo esterno 13 della base minore.

Opzionalmente può essere presente una seconda serie di dette scanalature, che, partendo sostanzialmente da dove termina la prima serie, sul bordo esterno 13, si prolunga sulla superficie laterale esterna del semicorpo della bronzina, rispettivamente indicate con 18’, 18”, 18”’, fino a una distanza “d” dal bordo esterno 13”.

La presenza di questa seconda serie di scanalature 18’, 18”, 18”’, permette vantaggiosamente di portare l’acqua fino in corrispondenza delle zone di carico e di evitare che l’acqua stessa si distribuisca nelle zone dove essa trova minore resistenza al passaggio. In questo modo si garantisce un meato nella luce 4 uniforme lungo tutta la corona circolare tra bronzina 2 e anello 3 e quindi un funzionamento più efficiente del cuscinetto.

In accordo con una seconda vantaggiosa forma di realizzazione, con particolare riferimento alla figura 4, è prevista una terza serie di scanalature inclinate 16’, 16” sulla superficie interna 15 dell'anello 3 affinché il passaggio dell’acqua in pressione nella luce 4, e quindi nelle scanalature 16, possa impartire, grazie a una componente laterale della velocità, una rotazione al rullo stesso. In tal modo si riesce a dotare il rullo di un moto rotatorio anche quando non c’è il passaggio del laminato. Vantaggiosamente si può controllare la pressione dell’acqua in modo da regolare la velocità di rotazione dell’anello 3 tale da essere prossima a quella provocata dal successivo passaggio del laminato.

I vantaggi che conseguono dal’impartire una pre-rotazione al rullo sono molteplici. Si riducono drasticamente gli strisciamenti durante le fasi di imbocco del laminato e quindi si riduce l’usura dei rulli aumentando la loro vita operativa. Il meato o film d’acqua nella luce 4 è già compietamente formato anche nel funzionamento a vuoto, ossia nello stadio chiamato inter-billet, per cui i cuscinetti lavorano sempre in condizioni di sostentamento idrodinamico.

Secondo una variante non rappresentata nelle figure, per portare in prerotazione i rulli si prevedono, al posto della terza serie di scanalature interne inclinate, delle alette, o fresature di forma simile, sulla superficie laterale dei rulli stessi in maniera analoga alle palettatura di una turbina idraulica; apposite canalizzazioni portano l’acqua in pressione a impattare contro dette alette impartendo in tal modo il moto rotatorio all'anello 3. L'anello 3 è realizzato preferibilmente utilizzando il carburo di titanio, ma si possono selezionare anche alcuni tra i seguenti materiali: carburo di tungsteno, ceramici, sinterizzati, stelliti. Si possono anche realizzare riporti speciali oppure trattamenti superficiali su tutte le sue superfici o su parti di esse.

La bronzina 2 è realizzata preferibilmente in acciaio legato o sinterizzato rivestito con coatings estremamente duri, e cioè con durezza Vickers maggiore o uguale a 1000 HV, oppure con riporti di piombo o metalli autolubrificanti.

Secondo l’invenzione è possibile ripristinare la bronzina quando è usurata semplicemente rettificando le superfici di contatto, ossia le basi minori, delle due semibronzine 2' e 2” e quindi riportando la luce 4 al valore originario. In tal modo si ottiene un notevole risparmio di costi riutilizzando la stessa bronzina per un altra campagna di laminazione.

Il gruppo cuscinetto-rullo guida dell’invenzione presenta così una serie di vantaggi, come di seguito descritti.

Si realizza un cuscinetto a sostentamento idrodinamico nel quale si può utilizzare acqua come fluido di sostentamento, lubrificazione e raffreddamento. Inoltre l’acqua non inquina e il suo utilizzo non richiede sofisticati sistemi di recupero e ricircolo. Si ha una minore inerzia del rullo guida in rotazione, data la massa ridotta delle parti rotanti. La particolare forma della bronzina 2 che presenta le superfici periferiche a piani inclinati realizza un sostentamento sia radiale che assiale dell'anello 3 rotante esterno.

La bronzina è costituita da due semicorpi, il cui montaggio risulta particolarmente semplice.

Globalmente si raggiunge un aumento della vita utile del cuscinetto dagli attuali 3 - 4 turni fino ad almeno 30 - 40 turni, ovvero dieci volte tanto. Si ha una maggiore semplicità costruttiva poiché non sono necessarie tenute.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Gruppo cuscinetto-rullo guida per impianti di laminazione comprendente - una struttura portarullo (9) avente un prima parte sporgente (10') provvista di almeno un primo foro e una seconda parte sporgente (10”) provvista di almeno un secondo foro, in cui il primo e secondo foro sono coassiali, - almeno una bronzina (2) comprendente due semicorpi (2', 2”) aventi forma troncoconica, un rispettivo foro assiale, definenti ciascuno una rispettiva base minore, disposti in contatto reciproco tra loro mediante le rispettive basi minori, formanti una superficie esterna di forma anulare, - mezzi di fissaggio (1, 5, 6, 7) di detta almeno una bronzina (2) a detta struttura portarullo (9) tra dette prima e seconda parte sporgente (10’, 10”), attraverso detto foro assiale della bronzina e detti primo e secondo foro della struttura portarullo (9); - condotti (8, 16', 16”, 17', 17”, 17'”) di alimentazione di fluido, - un anello (3) avente una superficie interna (15) di forma complementare alla forma di detta superficie esterna anulare, disposto esternamente e coassialmente a detta bronzina; - la superficie interna (15) e la superficie esterna anulare essendo di forma e dimensioni tali da creare una luce (4) tra detto anello (3) e detta bronzina (2) così da permettere una rotazione relativa tra loro, e la creazione di un meato di fluido durante la rotazione relativa.
2. 2. Gruppo cuscinetto-rullo guida secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di fissaggio comprendono: - un perno (1), sul quale è fissata la bronzina (2), - una prima (5) boccola inserita nel primo foro e una seconda boccola (7) inserita nel secondo foro di detta struttura portarullo (9) interposte tra il perno (1) e i fori stessi.
3. 3. Gruppo cuscinetto-rullo guida secondo la rivendicazione 1, in cui i due semicorpi (2', 2") hanno forma esterna speculare rispetto alla superficie di contatto, e sono fissati tra loro in modo amovibile mediante una spina elastica (12).
4. 4. Gruppo cuscinetto-rullo guida secondo la rivendicazione 1 o 3, in cui la superficie esterna di forma anulare ha una sezione triangolare o a “V”, su un piano giacente sull'asse del rullo, avente un angolo al vertice compreso, tra 90° e 150°.
5. 5. Gruppo cuscinetto-rullo guida secondo la rivendicazione 1, in cui i condotti di alimentazione di fluido comprendono scanalature radiali (17', 17”, 17'”) ricavate sulla base minore di uno o di entrambi i semicorpi (2', 2”).
6. 6. Gruppo cuscinetto-rullo guida secondo la rivendicazione 1, in cui i condotti di alimentazione di fluido comprendono scanalature radiali (17', 17”, 17'”, 18’, 18”, 18’”) ricavate sulla base minore e sulla superficie laterale esterna di uno o di entrambi i semicorpi (2', 2”).
7. 7. Gruppo cuscinetto-rullo guida secondo la rivendicazione 1, in cui i condotti di alimentazione di fluido comprendono scanalature inclinate (16', 16”) ricavate sulla superficie interna dell'anello (3).
8. 8. Gruppo cuscinetto-rullo guida secondo la rivendicazione 1, in cui i condotti di alimentazione di fluido comprendono delle alette, o fresature, sulla superficie laterale dell'anello (3).
9. 9. Gruppo cuscinetto-rullo guida secondo la rivendicazione 1, in cui i condotti di alimentazione di fluido comprendono condotti realizzati in detta struttura portarullo (9), ed in detti mezzi di fissaggio (1, 5).
10. 10. Gruppo cuscinetto-rullo guida secondo la rivendicazione 1, in cui detta luce (4) ha un'altezza media compresa tra 0,01 mm e 0,07 mm durante detta rotazione.
11. 11. Gruppo cuscinetto-rullo guida secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la larghezza massima della bronzina (2) è compresa tra 0,5 e 0,9 volte il diametro esterno dell'anello (3).
12. 12. Cassetta di guida di prodotto laminato comprendente una o più coppie di gruppo cuscinetto-rullo guida conformi ad una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui i gruppi cuscinetto-rullo guida di ogni coppia sono affiancati ed allineati, e sono disposti con i rispettivi assi paralleli.