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Le macchine trafilatrici si suddividono in due grosse categorie :
- Trafilatrici a Bobina
- Banchi a trafilare
Questa suddivisione è legata alle differenti caratteristiche del materiale che deve essere trafilato ; più precisamente le trafile a bobina si usano quando si devono lavorare filo (fino ad un massimo di 25 mm di diametro ) e tubi di piccolo diametro, mentre i banchi a trafilare vengono utilizzati per sezioni più grosse, tondi, tubi , piatti, esagoni, quadri ecc..
Analizziamo i vari tipi di macchina facenti parte di queste tipologie facendo anche riferimento a modelli storici non più utilizzati ma il cui uso è stato molto importante per lo sviluppo tecnologico e tecnico del settore.
TRAFILATRICI A BOBINA
Gli elementi costituenti questo tipo di macchina sono così riassumibili : una cassetta porta filiera con il relativo contenitore per il lubrificante, una bobina , opportunamente sagomata su cui viene avvolto il filo, con la quale si esercita la forza di trazione necessaria per la lavorazione.
A seconda del diametro di partenza della vergella , possiamo classificare le seguenti tipologie di macchine :
- Monoblocchi per fili da 25 a 10 mm di diametro
- Trafilatrici grosse, per fili da 14 a 4-5 mm di diametro
- Trafilatrici medie, per fili da 6 a 1,8 mm di diametro
- Trafilatrici piccole, per fili da 3,5 a 0,6 mm di diametro
Analizziamo brevemente queste sotto tipologie :
I monoblocchi sono particolari macchine per trafilare impiegate prevalentemente per un solo ( al massimo due ) passaggi di trafilatura : ogni passaggio corrisponde ad una riduzione di diametro.
Il materiale trafilato viene estratto direttamente sotto la bobina o rinviato a ricezioni esterne sotto forma di rotolo. I monoblocchi sono macchine relativamente semplici che lavorano a velocità non molto elevate ( al max. 2-3 m/s ) . Le forze ti tiro che possono essere esercitate arrivano ad un massimo di 100 kN mentre le potenze installate arrivano a 100 – 150 kW .
Nella maggior parte dei casi l’azionamento è fatto con motore elettrico in C.C.
Costruttivamente possono avere la bobina orizzontale o verticale.
La trafilatura , su queste macchine avviene in questo modo : il rotolo da trafilare viene piazzato su un aspo di svolgimento; il capo del filo , dopo essere stato appuntito , viene introdotto nella filiera e quindi fatto uscire dall’altra parte della stessa mediante un morsetto collegato alla bobina.
Si procede poi ad avvolgere alcune spire sulla bobina, poi si rimuove il morsetto e si fissa il capo libero del filo sulla bobina stessa : a questo punto l’operazione di trafilatura può iniziare. L’operazione appena descritta si chiama infilaggio e viene condotta a bassa velocità.
Le trafilatrici grosse, medie e piccole dovendo lavorare fili di diametro diverso, differiscono fra loro solo per il dimensionamento generale , il diametro delle bobine e la potenza installata; la loro caratteristica comune è quella di operare più passaggi consecutivi di trafilatura rinviando il filo da una bobina alla filiera successiva e da questa alla bobina che segue . Questo tipo di operazione si chiama trafilatura multipla. Dato che nel passaggio di riduzione in filiera il materiale subisce un allungamento, e poiché tale operazione avviene a volume costante, risulta evidente che il rapporto della velocità in entrata e in uscita è rigidamente collegato alla riduzione di sezione : da questa relazione consegue che, in una trafilatrice multipla, le bobine assumeranno velocità progressivamente crescenti, definibili note le riduzioni di sezione di ogni passo.
Trafilatrici multiple ad accumulo: Le prime trafile multiple sono state costruite verso il 1920 contemporaneamente in Germania dalla KRATOS e negli USA dalla MORGAN-CONNOR.
La caratteristica costruttiva di queste macchine è che l’azionamento veniva effettuato da un solo motore elettrico in c.a. il quale, mediante un cambio a 2-3 velocità comandava un albero posto lungo l’asse longitudinale della macchina. Su questo albero sono calettati pignoni che ingranano con corone coniche poste verticalmente e collegate mediante frizioni o innesti meccanici alle sovrastanti bobine. I rapporti delle coppie coniche , diversi l’uno dall’altro, sono studiati in modo che il rapporto delle velocità delle bobine determini un valore costante di riduzione fra passo e passo. Questo valore è chiamato riduzione macchina. Naturalmente le riduzioni parziali fra passo e passo del filo dovranno essere superiori alla riduzione macchina.
L’infilaggio di queste macchine avviene, come già descritto in precedenza, salvo che il filo non viene fissato alla bobina ma sfilato dalla stessa verso l’alto ( nelle trafilatrici Kratos ) o attraverso l’asse di rotazione verso il basso ( nelle trafilatrici Morgan ) .
Poi, mediante carrucole esterne, il filo è rinviato alla cassetta porta filiera successiva.
Per la differenza esistente fra riduzione macchina e riduzione filo, durante la trafilatura, la quantità di filo che si avvolge sulla bobina sarà maggiore di quella che entra nella filiera successiva, pertanto si avrà un accumulo progressivo di filo sulla bobina : raggiunto il valore massimo di accumulo previsto, l’operatore mediante la frizione o gli innesti meccanici , arresta la bobina interessata e tutte quelle a monte della stessa . Si inizia così il disaccumulo . A un livello di guardia prestabilito dato dal numero di spire minime sulla bobina per avere l’effetto cabestano, l’operatore rimette la macchina nelle condizioni iniziali di lavoro. E’ importante osservare che , durante il disaccumulo il filo subisce una torsione di 360 ° per ogni spira sfilata dalla bobina : per questo motivo il prodotto finale di questa macchina presenta una certa discontinuità delle fibre che hanno andamento elicoidale ( dovuto alla torsione ) per i tratti interessati alle fasi di disaccumulo.
Trafilatrici Barcro : Per ovviare agni inconvenienti delle torsioni nel filo presenti nelle trafilatrici ad accumulo la ditta inglese BARRON CROWTHEN studiò e produsse una macchina multipla con le seguenti caratteristiche :
- Una bobina inferiore di tiro collegata direttamente alla trasmissione dove il filo viene avvolto in uscita dalla filiera.
- Un collare intermedio montato folle sull’asse di rotazione e collegato alla bobina mediante una frizione regolabile ; su questo collare è calettata una puleggia folle che guida l’inversione del filo .
- Una bobina superiore , anch’essa folle sull’asse di rotazione, che riceve il filo dalla puleggia montata sul colare e lo rinvia , mediante carrucole esterne , alla cassetta porta filiera successiva.
Ogni blocco è azionato da un motore asincrono in c.a. Come nelle trafilatrici Morgan , i rapporti di velocità fra i singoli blocchi sono studiati in modo da ottenere un valore costante della riduzione fra i vari passi : analogamente la riduzione tra passo e passo è superiore a quella della macchina.
Questa differenza, come abbiamo visto, determina una velocità del filo in uscita dalla filiera maggiore della velocità del filo in entrata della filiera successiva, per cui la bobina inferiore ruota più velocemente di quello superiore ; l’eccedenza di filo viene accumulata in eguel misura sulle due bobine dalle pulegge montate sul collare il quale ruota nel senso di rotazione della bobina inferiore, a metà della differenza della velocità del filo.
Ad un valore prestabilito di accumulo, la bobina inferiore si arresta automaticamente mentre la bobina superiore continua a girare fornendo il filo al blocco successivo : il collare, ruotando a metà giri della stessa, scarica contemporaneamente le due bobine.
Raggiunto il valore minimo di spire previsto, sempre automaticamente, viene rimessa in moto la bobina di tiro . E’ evidente che durante queste fasi il filo non subisce torsioni, inoltre non è necessaria la presenza dell’operatore avvenendo il tutto in modo automatico.
Trafilatrici rettilinee a ballerino : Questo tipo di trafilatrice multipla, costruita per la prima volta negli Stati Uniti dalla ditta Vaughn, impiegata soprattutto per la lavorazione dell’acciaio è stata presentata sul mercato circa 45 anni fa .
A differenza delle trafilatrici Morgan e Barro, ogni singolo blocco è azionato da un motore indipendente. La qualità di filo avvolto su ogni bobina rimane costante per cui non si hanno variazioni di accumulo. Per garantire una perfetta sincronizzazione delle velocità fra i vari blocchi, cioè per adeguare la riduzione macchina alla riduzione filo e per eseguire durante la lavorazione regolazioni di velocità per compensare l’usura delle filiere, a monte di ogni bobina , escludendo naturalmente l’ultima che è quella pilota, viene montato un ballerino : il filo in uscita della bobina è rinviato mediante carrucole al ballerino e da questi prosegue verso la cassetta porta filiera successiva ; questo sistema fa in modo che venga a formarsi un polmone di filo per cui eventuali variazioni di velocità provocano lo spostamento del ballerino, il quale mediante un trasduttore angolare di posizione, provvede alla correzione necessaria . Nella maggior parte dei casi il ballerino è tensionato da un cilindro pneumatico per cui regolando la pressione di alimentazione è possibile variare il controtiro esercitato .Inoltre per facilitare l’operatore durante l’infilaggio, un comando esterno consente l’avvicinamento del ballerino alla bobina.
L’utilizzo del ballerino consente, partendo dall’ultima bobina sulla quale viene impostata la velocità di trafilatura voluta, con regolazioni successive verso la prima bobina, di ottenere il coordinamento delle velocità di tutti i blocchi in modo automatico, senza intervento dell’operatore.
I principali vantaggio offerti da questo tipo di trafilatrice sono così riassumibili :
- Ampia scelta della velocità di trafilatura
- Campo delle riduzioni filo molto ampio
- Facilità nell’infilaggio ( marcia lenta )
- Facilità nella conduzione dell’impianto
- Riduzione delle rotture accidentali durante la lavorazione
Meccanicamente le trafilatrici a ballerino sono molto semplici, le bobine non hanno un’altezza elevata per cui la quantità di filo accumulata è abbastanza limitata : ne consegue che i tempi di passaggio tra una filiera e l’altra sono molto brevi , per questa ragione il raffreddamento, che solitamente è di tipo misto acqua-aria , assume maggiore importanza che non sulle altre macchine raggiungendo notevoli livelli di sofisticazione.
BANCHI A TRAFILARE
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