ITMI20131926A1 - Macchina di trafilatura di tubi - Google Patents
Macchina di trafilatura di tubiInfo
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Description
Descrizione
MACCHINA DI TRAFILATURA DI TUBI
Campo dell’invenzione
La presente invenzione si riferisce ad una macchina di trafilatura di tubi provvista di un sistema di rilevamento in linea dell’eccentricità del tubo e mezzi di regolazione di detta eccentricità.
Stato della tecnica
Sono note diverse macchine di trafilatura di tubi, ad esempio tubi in rame, provviste di sistema di rilevamento in linea dell’eccentricità e di mezzi per regolare detta eccentricità.
Un esempio di queste macchine prevede l’utilizzo di trasduttori sul porta-filiera della filiera di lavoro, ossia la filiera che esegue la trafilatura del tubo mediante l’utilizzo di un mandrino. Un sistema di elaborazione dati elabora i segnali provenienti da detti trasduttori ed invia dati elaborati/filtrati ad un sistema meccanico di regolazione dell’angolo di ingresso del tubo nella filiera di lavoro. Il funzionamento del sistema è il seguente: il tubo durante la trafilatura è misurato in continuo dai trasduttori posti nella filiera di lavoro; gli “n” spessori rilevati per ogni porzione di superficie del tubo vengono inviati ad un PLC che, elaborandoli mediante un suo algoritmo, farà muovere il sistema meccanico vincolato al tubo, variando così l’angolo di ingresso del tubo nella filiera di lavoro. Quest’azione, avendo come fulcro di rotazione la stessa filiera di lavoro, provocherà un’opportuna variazione nell’accoppiamento filiera-mandrino, provando ad azzerare le variazioni dimensionali degli “n” spessori.
Poiché durante la trafilatura la temperatura della filiera di lavoro si stabilizza intorno ai 350-370°C e la temperatura del tubo intorno agli 80-90°C, queste temperature rovinano velocemente i trasduttori che hanno, pertanto, una vita ridotta.
E’ quindi sentita l’esigenza di realizzare una macchina di trafilatura di tubi che consenta di superare i suddetti inconvenienti.
Sommario dell’invenzione
Scopo primario della presente invenzione è quello di realizzare una macchina di trafilatura di tubi che permette di rilevare e correggere in linea l’eccentricità del tubo, avente una maggiore affidabilità e precisione nel tempo rispetto alle macchine note.
Un ulteriore scopo dell’invenzione è quello di realizzare un relativo metodo di correzione in linea dell’eccentricità del tubo durante la sua trafilatura, mediante l’uso di detta macchina di trafilatura.
La presente invenzione, pertanto, si propone di raggiungere gli scopi sopra discussi realizzando una macchina di trafilatura di tubi, definente un asse longitudinale Y, che, conformemente alla rivendicazione 1, comprende
- una prima filiera per eseguire la trafilatura del tubo mediante l’utilizzo di un mandrino;
- un dispositivo di variazione dell’inclinazione del tubo in ingresso a detta prima filiera;
- una seconda filiera per eseguire una operazione di skin pass sul tubo, disposta a valle di detta prima filiera;
- un sistema di rilevamento in linea dell’eccentricità del tubo;
- un sistema di elaborazione dati per elaborare segnali provenienti da detto sistema di rilevamento ed inviare dati di input a detto dispositivo di variazione dell’inclinazione del tubo per variare l’inclinazione del tubo in modo da correggere in linea l’eccentricità del tubo;
in cui detto sistema di rilevamento in linea dell’eccentricità del tubo comprende una prima testa di rilevamento disposta a valle di detta prima filiera e comprendente almeno tre primi trasduttori.
Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione è previsto un metodo di correzione in linea dell’eccentricità del tubo durante la sua trafilatura, mediante l’uso della suddetta macchina di trafilatura, che, conformemente alla rivendicazione 10, comprende i seguenti stadi:
- trafilare il tubo mediante la prima filiera;
- eseguire una operazione di skin pass sul tubo mediante la seconda filiera;
- eseguire un primo rilevamento in linea l’eccentricità del tubo mediante la prima testa di rilevamento;
- elaborare i segnali provenienti da detta prima testa di rilevamento mediante il sistema di elaborazione dati ed inviare dati di input al dispositivo di variazione dell’inclinazione del tubo in modo da variare l’inclinazione del tubo rispetto all’asse longitudinale Y e correggere in linea l’eccentricità del tubo.
La macchina di trafilatura, oggetto della presente invenzione, permette che durante la trafilatura al caterpillar il tubo possa recuperare parte della sua eccentricità, con una riduzione di almeno 2-4 punti percentuali. Ad esempio, il sistema porta l’eccentricità dal 6% in ingresso al 2% in uscita.
Il principio di funzionamento delle teste di rilevamento dello spessore del tubo, e quindi della sua eccentricità, provviste di trasduttori ad ultrasuoni, è basato sul fatto che il suono si propaga nei corpi mediante la vibrazione elastica degli atomi e delle molecole che lo compongono ad una velocità dipendente dalle caratteristiche meccaniche del materiale attraversato (per esempio: acciaio V=5900m/s, rame V=4700m/s). La presenza di imperfezioni o disomogeneità nel corpo provoca l’insorgere di fenomeni di scattering che si manifestano in generale con un attenuazione dell’onda sonora. Il segnale di partenza degli ultrasuoni (eco di partenza) e quello riflesso dalla superficie di separazione di due materiali diversi (eco intermedio), vengono visualizzati su uno schermo con dei picchi la cui distanza risulta proporzionale al tempo che gli ultrasuoni impiegano per percorrere il viaggio di andata e di ritorno dalla sonda o trasduttore alla superficie opposta riflettente. Le onde acustiche necessitano, a differenza della luce, di un mezzo elastico nel quale viaggiare, ciò spiega perché nel vuoto non si propaga alcun suono. Per tale motivo le estremità dei trasduttori della seconda filiera di skin pass sono in contatto con un canale in cui è previsto un mezzo accoppiatore, quale olio. La macchina dell’invenzione permette di effettuare circa 5000-15000 scansioni al secondo, equivalenti a circa 2-6 acquisizioni per millimetro di tubo.
In una prima variante dell’invenzione la prima testa di rilevamento è disposta in un porta-filiera della seconda filiera.
In una seconda variante dell’invenzione la prima testa di rilevamento è disposta in una camera coassiale all’asse longitudinale Y e prevista tra un porta-filiera della prima filiera ed il porta-filiera della seconda filiera.
In una terza variante dell’invenzione sono invece previste due prime teste di rilevamento: la prima nel porta-filiera della seconda filiera e la seconda nella suddetta camera.
In tutte le tre varianti dell’invenzione può essere prevista una seconda testa di rilevamento a valle della filiera di skin pass per controllare se il sistema di correzione sta effettivamente recuperando o producendo eccentricità.
Le rivendicazioni dipendenti descrivono forme di realizzazione preferite dell’invenzione.
Breve descrizione delle figure
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, di una macchina di trafilatura di tubi, illustrato a titolo esemplificativo e non limitativo, con l’ausilio delle unite tavole di disegno in cui: la Figura 1 rappresenta una vista schematica di una forma di realizzazione della macchina dell'invenzione;
la Figura 2 rappresenta una vista laterale schematica in sezione di una prima parte della macchina di Figura 1;
le Figure 2a, 2b e 2c rappresentano viste in sezione, rispettivamente lungo un piano A-A, lungo un piano B-B e lungo un piano C-C, di detta prima parte della macchina di Figura 2;
le Figure 3a e 3b rappresentano viste laterali schematiche di una seconda parte della macchina di Figura 1;
la Figura 4 rappresenta una vista schematica della modalità di lavoro di alcune parti della macchina dell’invenzione.
Gli stessi numeri di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti.
Descrizione in dettaglio di forme di realizzazione preferite dell’invenzione
Con riferimento alla Figure da 1 a 4 è rappresentata una prima forma di realizzazione preferita di una macchina di trafilatura di tubi, globalmente indicato con il riferimento numerico 1.
Tale macchina di trafilatura, definente un asse longitudinale Y, comprende:
- una prima filiera 3, o filiera di lavoro, per eseguire la trafilatura del tubo 2 mediante l’utilizzo di un mandrino 4;
- un dispositivo 5 di variazione dell’inclinazione del tubo in ingresso a detta prima filiera 3;
- una seconda filiera 6, o filiera di skin pass, per eseguire una operazione di skin pass sul tubo, disposta a valle di detta prima filiera 3;
- un sistema di rilevamento in linea dell’eccentricità del tubo;
- un sistema di elaborazione dati 7 per elaborare segnali provenienti da detto sistema di rilevamento ed inviare dati di input a detto dispositivo 5 di variazione dell’inclinazione del tubo per variare l’inclinazione del tubo in modo da correggere in linea l’eccentricità del tubo.
In una prima variante vantaggiosa dell’invenzione il sistema di rilevamento in linea dell’eccentricità del tubo comprende una prima testa di rilevamento provvista di almeno tre trasduttori 8, preferibilmente quattro trasduttori, disposti nel porta-filiera 6’ della seconda filiera 6. Il fatto di prevedere questi trasduttori nella struttura della filiera di skin pass, e non nella struttura della filiera di lavoro, permette una durata maggiore della vita utile degli stessi trasduttori. La seconda filiera 6, infatti, effettua solo una passata sulla superficie esterna del tubo (skin pass) per avere garanzia di contatto con il tubo stesso di cui misurare lo spessore. Pertanto tale seconda filiera 6 subirà un riscaldamento che, seppur alto, è notevolmente inferiore a quello subito dalla prima filiera 3.
Un ulteriore vantaggio è, inoltre, rappresentato dal fatto che il sistema di rilevamento in linea dell’eccentricità comprende una seconda testa di rilevamento 9, disposta a valle di detta seconda filiera 6, provvista anch’essa di almeno tre trasduttori 8’, preferibilmente ma non necessariamente in numero di quattro. Questa seconda testa di rilevamento permette di misurare e controllare l’eccentricità ottenuta, verificando che quindi il sistema stia correggendo e non creando ulteriore eccentricità. Tale seconda testa, inoltre, è configurata per certificare i tubi, assegnando ad ognuno di essi un profilo della variazione della sua eccentricità in funzione di tutta la sua lunghezza. Tale certificazione permetterà al produttore di indirizzare il tubo ad un tipo di produzione piuttosto che ad un altro.
Detta seconda testa di rilevamento 9 è prevista preferibilmente a valle di un caterpillar 10 su cui sono disposte sia la prima filiera 3 che la seconda filiera 6. I trasduttori 8, 8’ sono preferibilmente del tipo ad ultrasuoni e sono disposti equidistanti angolarmente l’uno dall’altro. Altre tipologie di trasduttori possono comunque essere utilizzati.
Il numero dei trasduttori in ciascuna testa di rilevamento può anche essere maggiore di quattro, ad esempio pari a sei oppure otto. All’aumentare del numero di trasduttori corrisponde una più precisa misura dell’eccentricità, per cui la sensibilità del dispositivo 5 di variazione dell’inclinazione del tubo deve essere progettata in modo da sfruttare al massimo la precisione della misura dell’eccentricità.
Vantaggiosamente una estremità dei trasduttori 8, inseriti nel porta-filiera 6’, è in contatto con un primo canale 11, preferibilmente coassiale all’asse longitudinale Y, previsto nel porta-filiera 6’ per il passaggio di un mezzo accoppiatore, preferibilmente olio, ad esempio lo stesso olio utilizzato durante la trafilatura. Tra ciascun trasduttore e il tubo da testare è necessario interporre un opportuno strato di sostanza solida, liquida o viscosa (mezzo accoppiatore), per evitare che tra trasduttore e tubo vi sia aria. Questa, infatti, avendo una impedenza acustica molto bassa, ha valori del coefficiente di riflessione molto elevati, evitando così un opportuno passaggio per l’onda ultrasonica dalla superficie radiante del trasduttore al materiale del tubo.
Il canale 11, preferibilmente di forma anulare, ha un condotto di ingresso 11’ ed un condotto di uscita 11’’. Vantaggiosamente la configurazione di tali condotti 11’, 11’’ è tale che l’alimentazione dell’olio viene effettuata dal basso verso l’alto. Pertanto, in una variante, i condotti 11’ e 11’’ sono disposti lungo uno stesso asse, preferibilmente ma non necessariamente verticale. Il moto dell’olio deve, inoltre, essere laminare perché eventuali turbolenze potrebbero creare la presenza di indesiderate bolle d’aria.
Un ulteriore maggiore durata dei trasduttori 8 si ottiene, inoltre, prevedendo un secondo canale 12, preferibilmente coassiale all’asse longitudinale Y, all’interno del porta-filiera 6’, per il passaggio di un fluido di raffreddamento, in prossimità di detti trasduttori 8. Tale secondo canale 12, per il passaggio ad esempio di acqua di raffreddamento, permette, insieme all’olio passante nel canale 11, una maggiore dispersione del calore dovuto alla trafilatura ed all’operazione di skin pass.
Tra la prima filiera 3 e la seconda filiera 6 è previsto una camera 13, coassiale all’asse longitudinale Y.
In una seconda variante vantaggiosa dell’invenzione, alternativa alla prima variante, la suddetta prima testa di rilevamento può essere prevista nella camera 13, disposta tra il porta-filiera 3’ ed il porta-filiera 6’, e comprende almeno tre trasduttori 8’’, preferibilmente del tipo ad ultrasuoni ed equidistanti angolarmente l’uno dall’altro. Anche in questo caso il numero dei trasduttori 8’’ è preferibilmente quattro o maggiore di quattro. La struttura della camera 13 prevede un canale 23 per il passaggio di un mezzo accoppiatore, preferibilmente olio di trafilatura, in contatto con le estremità dei trasduttori 8’’ e con lo stesso tubo 2. Questa testa di rilevamento rileverà l’eccentricità del tubo 2 subito dopo la trafilatura nella prima filiera 3 e prima dell’operazione di skin pass nella seconda filiera 6. Effettuare la misura in questa camera tra filiera di lavoro e filiera di skin pass permette di avere una misura più accurata in quanto il tubo, in corrispondenza della camera 13, è fermo in senso trasversale rispetto all’asse Y, per cui i trasduttori 8’’ possono essere posizionati più vicino al tubo 2. Inoltre, il segnale ultrasonico non deve attraversare materiali diversi come quelli di cui sono costituite le filiere, avendo solo olio tra sé e il tubo 2 da misurare. Infine la maggiore quantità d’olio e il non contatto diretto del trasduttore con la filiera calda per la lavorazione di deformazione rende tale zona migliore per cautelare i trasduttori da surriscaldamenti.
Una terza variante vantaggiosa dell’invenzione, alternativa alla prima ed alla seconda variante, prevede invece la presenza di due prime teste di rilevamento: una prevista nella camera 13, disposta tra il porta-filiera 3’ ed il porta-filiera 6’ e comprendente almeno tre trasduttori 8’’, come descritto per la seconda variante; l’altra prevista nel porta-filiera 6’ della seconda filiera 6 e provvista di almeno tre trasduttori 8, come descritto per la prima variante.
Il dispositivo di variazione dell’inclinazione 5 comprende, in ciascuna delle tre varianti sopra descritte, due teste di presa autocentranti 20, 20’, ciascuna testa di presa provvista di almeno tre rulli 21, 21’. Nelle Figure 3a e 3b è rappresentata una variante preferita con le teste di presa 20, 20’ aventi quattro rulli 21, 21’ disposti a 90° l’uno dall’altro. I rulli 21, 21’ sono sagomati in modo opportuno perché non ci siano spigoli a spingere il tubo 2 ma esso sia sempre tenuto e spinto sulla maggior parte possibile della sua superficie esterna. In questa variante i quattro rulli 21 della testa di presa 20 sono allineati ai corrispondenti quattro rulli 21’ della testa di presa 20’. In una variante alternativa i rulli 21 della prima testa di presa possono essere sfalsati di 45° rispetto ai rulli 21’ della seconda testa di presa.
In una variante della presente invenzione il dispositivo 5 si muove lungo archi di cerchio con centro nella filiera di lavoro 3, come mostrato in Figura 4b.
In una seconda variante (non illustrata) il dispositivo 5 si muove invece linearmente lungo una direzione ortogonale all’asse longitudinale Y.
Il dispositivo 5 è posto a circa 1000-2000 mm dalla prima filiera 3 del caterpillar 10 e l’angolo massimo di piega α del tubo rispetto all’asse Y è di circa 7-8°.
La movimentazione dei gruppi rulli 21, 21’ è idraulica con servovalvole montate direttamente su rispettivi cilindri (non illustrati).
Di seguito viene descritto un metodo di correzione in linea dell’eccentricità di un tubo 2 durante la sua trafilatura, mediante l’uso della suddetta macchina di trafilatura. Il metodo comprende i seguenti stadi:
- trafilare il tubo 2 mediante la prima filiera 3 provvista di mandrino 4;
- eseguire una operazione di skin pass sul tubo 2 mediante la seconda filiera 6; - rilevare in linea l’eccentricità del tubo 2 a valle di detta prima filiera 3 mediante la prima testa di rilevamento provvista dei traduttori 8;
- elaborare i segnali provenienti da detta prima testa di rilevamento mediante il sistema di elaborazione dati 7 ed inviare dati di input al dispositivo di variazione dell’inclinazione 5 del tubo in modo da variare l’inclinazione del tubo rispetto all’asse longitudinale Y e correggere in linea l’eccentricità del tubo.
Il rilevamento in linea l’eccentricità del tubo 2 è previsto in corrispondenza della seconda filiera 6 e/o in corrispondenza della camera 13 disposta a valle della prima filiera 3 ed a monte della seconda filiera 6.
Per migliorare la precisione nella regolazione dell’eccentricità al valore desiderato, può essere previsto un altro stadio di rilevamento in linea dell’eccentricità del tubo 2 mediante l’ulteriore testa di rilevamento 9 disposta a valle della seconda filiera 6. I segnali provenienti da detta seconda testa di rilevamento sono elaborati dal sistema di elaborazione dati 7 e ulteriori dati di input vengono inviati al dispositivo di variazione dell’inclinazione 5 del tubo.
E’ possibile anche prevedere la combinazione delle caratteristiche di macchina e di processo delle diverse varianti sopra descritte.
Claims (12)
- RIVENDICAZIONI 1. Macchina di trafilatura (1) di un tubo (2), definente un asse longitudinale (Y), comprendente - una prima filiera (3) per eseguire la trafilatura del tubo mediante l’utilizzo di un mandrino (4); - un dispositivo di variazione dell’inclinazione (5) del tubo in ingresso a detta prima filiera (3); - una seconda filiera (6) per eseguire una operazione di skin pass sul tubo, disposta a valle di detta prima filiera (3); - un sistema di rilevamento in linea dell’eccentricità del tubo; - un sistema di elaborazione dati (7) per elaborare segnali provenienti da detto sistema di rilevamento ed inviare dati di input a detto dispositivo di variazione dell’inclinazione (5) del tubo per variare l’inclinazione del tubo in modo da correggere in linea l’eccentricità del tubo; in cui detto sistema di rilevamento in linea dell’eccentricità del tubo comprende una prima testa di rilevamento disposta a valle di detta prima filiera (3) e comprendente almeno tre primi trasduttori (8, 8’’).
- 2. Macchina secondo la rivendicazione 1, in cui detta prima testa di rilevamento è disposta in un porta-filiera (6’) di detta seconda filiera (6) e/o in una camera (13), coassiale all’asse longitudinale (Y), prevista tra un porta-filiera (3’) di detta prima filiera (3) ed il porta-filiera (6’) di detta seconda filiera (6).
- 3. Macchina secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto sistema di rilevamento comprende una seconda testa di rilevamento (9), disposta a valle di detta seconda filiera (6), comprendente almeno tre secondi trasduttori (8’).
- 4. Macchina secondo la rivendicazione 3, in cui detta seconda testa di rilevamento (9) è prevista a valle di un caterpillar (10) su cui sono disposte detta prima filiera (3) e detta seconda filiera (6).
- 5. Macchina secondo la rivendicazione 3 o 4, in cui detti secondi trasduttori (8’) sono del tipo ad ultrasuoni e sono equidistanti angolarmente l’uno dall’altro.
- 6. Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti primi trasduttori (8, 8’’) sono del tipo ad ultrasuoni e sono equidistanti angolarmente l’uno dall’altro.
- 7. Macchina secondo la rivendicazione 1, in cui una estremità di detti primi trasduttori (8) è in contatto con un primo canale (11), coassiale all’asse longitudinale (Y) e previsto in detto porta-filiera (6’), per il passaggio di un mezzo accoppiatore, preferibilmente olio.
- 8. Macchina secondo la rivendicazione 7, in cui è previsto un secondo canale (12), coassiale all’asse longitudinale (Y) e realizzato in detto porta-filiera (6’), per il passaggio di un fluido di raffreddamento in prossimità di detti primi trasduttori (8).
- 9. Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto dispositivo di variazione dell’inclinazione (5) comprende due teste di presa autocentranti (20, 20’), ciascuna testa di presa avente quattro rulli (21, 21’) disposti a 90° l’uno dall’altro.
- 10. Metodo di correzione in linea dell’eccentricità di un tubo (2) durante la sua trafilatura, mediante l’uso di una macchina di trafilatura secondo la rivendicazione 1, il metodo comprendente i seguenti stadi: - trafilare il tubo (2) mediante la prima filiera (3); - eseguire una operazione di skin pass sul tubo (2) mediante la seconda filiera (6); - eseguire un primo rilevamento in linea l’eccentricità del tubo (2) mediante la prima testa di rilevamento; - elaborare i segnali provenienti da detta prima testa di rilevamento mediante il sistema di elaborazione dati (7) ed inviare dati di input al dispositivo di variazione dell’inclinazione (5) del tubo in modo da variare l’inclinazione del tubo rispetto all’asse longitudinale (Y) e correggere in linea l’eccentricità del tubo.
- 11. Metodo secondo la rivendicazione 10, in cui detto primo rilevamento in linea l’eccentricità del tubo (2) è previsto in corrispondenza di detta seconda filiera (6) e/o in corrispondenza di una zona disposta a valle di detta prima filiera (3) ed a monte di detta seconda filiera (6).
- 12. Metodo secondo la rivendicazione 10 o 11, in cui è previsto un secondo stadio di rilevamento in linea dell’eccentricità del tubo (2) mediante una seconda testa di rilevamento (9) disposta a valle di detta seconda filiera (6); ed è prevista l’elaborazione di segnali provenienti da detta seconda testa di rilevamento mediante il sistema di elaborazione dati (7) e l’invio di ulteriori dati di input al dispositivo di variazione dell’inclinazione (5) del tubo.
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