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Apr 14, 2023

Eliminazione delle vibrazioni nella trafilatura a freddo dei tubi nella produzione di metalli

Metal fabricators shouldn't wait to hear chatter in cold-drawing operations.

I produttori di metalli non dovrebbero aspettare di sentire le chiacchiere nelle operazioni di trafilatura a freddo. Il rilevamento elettronico può risparmiare a un negozio ogni tipo di problema prima che inizi.

Le operazioni di trafilatura dei tubi possono trarre grandi vantaggi dalla prevenzione delle vibrazioni e dalla mitigazione dell'errore umano nel rilevarle.

Invece di aspettare che le vibrazioni aumentino e danneggino potenzialmente i pezzi e gli strumenti, è meglio rilevare le vibrazioni nelle fasi iniziali e ridurre immediatamente la velocità di disegno.

Ma che cosa sono esattamente le chiacchiere e come prevenirle?

Nel corso degli anni, la trafilatura a freddo è diventata un processo standard per la creazione di diametri di tubi e spessori di parete precisi. I tubi con diametri maggiori rispetto alla dimensione target vengono trafilati attraverso una matrice conica per ridurne il diametro esterno e il diametro interno. Oltre a fornire risultati geometrici precisi, la formatura a freddo aumenta importanti proprietà del materiale come resistenza allo snervamento, resistenza alla trazione e durezza.

Per controllare meglio la qualità dell'ID, spesso viene posizionato un mandrino fisso o flottante all'interno del tubo, dove la matrice conica deforma il metallo (vedere Figura 1). Un agente di disegno viene utilizzato per facilitare il disegno liscio e per migliorare la qualità della superficie.

Spesso, quando il mandrino viene inserito nello stampo, l'asta fissa lo tira indietro prima che venga respinto dal rimbalzo. Questo movimento del mandrino porta a vibrazioni della macchina forti e udibili, a volte per diversi secondi: le famigerate chiacchiere.

Questo effetto lascia indesiderati segni periodici di anelli (segni di chiacchiere) sulle superfici interne ed esterne del tubo. I tubi con segni di vibrazione non soddisfano le specifiche geometriche e la sezione interessata deve essere tagliata oppure il tubo deve essere completamente scartato. Nelle calde giornate estive, a causa dei cambiamenti nella viscosità dell'agente di disegno, possono verificarsi vibrazioni più volte all'ora, con conseguenti interruzioni del processo, tassi di scarto elevati e lavoro aggiuntivo per gli operatori della macchina.

Le vibrazioni non solo aumentano la quantità di materiale di scarto, ma possono causare danni irreversibili allo stampo. In alcuni casi estremi, il mandrino e il tubo si strappano e vengono saldati a freddo allo stampo a causa delle immense forze di trazione.

L'entità del danno al tubo dipende dall'intensità e dalla durata del chiacchiericcio, quindi siate sempre pronti a rallentare la velocità di estrazione non appena lo sentite.

Ogni volta che si verificano vibrazioni, dovrai ispezionare visivamente il prodotto per eventuali danni. È molto comune avere diversi metri di materiale difettoso anche dopo aver rallentato la macchina. Potrebbe essere forte la tentazione di eseguire l'intero processo a una velocità di disegno notevolmente inferiore per evitare del tutto le vibrazioni, ma ciò aumenta i tempi di produzione, riduce l'utilizzo della macchina e potenzialmente incide sui profitti dell'azienda.

FIGURA 1. Questa è una sezione trasversale di una matrice di trafilatura dotata di mandrino fisso. Il tubo entra da sinistra ed esce da destra con diametro più stretto.

Un modo per rilevare le vibrazioni prima che provochino danni permanenti ai tubi è utilizzare un sistema di analisi delle vibrazioni ad alta velocità. Analizza i dati ad alta frequenza in tempo reale e traduce i risultati in una raccomandazione di riduzione della velocità per la trafilatrice.

In questo tipo di sistema di misurazione, i sensori piezoelettrici registrano il suono ultrasonico trasmesso dal corpo. Idealmente, un sensore dovrebbe essere montato vicino alla sorgente del segnale per un migliore rapporto segnale-rumore e in modo che non debba essere spostato in caso di modifiche alla configurazione della macchina. In pratica, i sensori vengono spesso posizionati su un supporto sopra l'anello di bloccaggio.

I PLC analogici o digitali attivano l'inizio e la fine dell'analisi dei dati. Durante il tempo di disegno, l'uscita del sensore viene campionata a una frequenza compresa tra 400 e 800 kHz, a seconda della composizione acustica del processo. I dati vengono quindi trasformati in uno spettrogramma (tempo x frequenza x ampiezza) per separare meglio il rumore dai segnali di chiacchiere.

Il chatter non avviene istantaneamente. Piuttosto, la sua intensità aumenta solitamente in modo misurabile nell’arco di diverse centinaia di millisecondi. Nello spettrogramma, il chatter si presenta inizialmente come deboli onde a banda larga che si estendono su un'ampia gamma di frequenze registrate, regolarmente distanziate nel tempo (vedere Figura 2). L'intensità delle chiacchiere spesso aumenta rapidamente fino a diventare udibile e lasciare segni irreversibili sul tubo.