EnUna guida pratica basata su formule per ingegneri, responsabili di officina e acquirenti che hanno bisogno di valutare la velocità del cabestano, prevedere la produzione e comprendere cosa determina effettivamente la velocità di produzione su una linea di trafilatura.
Il metodo principale per calcolare la velocità della macchina trafilatrice è la formula della velocità superficiale del cabestano. Per qualsiasi argano o bobina di raccolta, la velocità lineare del filo è uguale alla circonferenza dell'argano moltiplicata per la sua velocità di rotazione in giri al minuto.
Dove V è la velocità del filo in metri al minuto, D è il diametro del cabestano in metri e N è la velocità di rotazione del cabestano in giri al minuto. Poiché il filo diventa più sottile e più lungo mentre passa attraverso ciascuna filiera, la velocità in ogni stazione di trafilatura è diversa e la velocità di finitura effettiva deve essere calcolata utilizzando la regola di conservazione del volume trattata nella sezione tre di seguito.
Macchina per trafilatura la velocità è uno dei numeri più fraintesi in un reparto di produzione. Gli operatori spesso citano una sola cifra, ad esempio 800 metri al minuto, senza specificare a quale stadio della macchina appartiene quel numero. In realtà una macchina per trafilatura multistampo funziona a una velocità lineare diversa ad ogni argano, perché la sezione trasversale del filo si restringe ad ogni passaggio mentre il volume di metallo che si muove attraverso la linea per unità di tempo rimane costante. Questa guida suddivide il calcolo passo dopo passo, fornisce esempi concreti con numeri reali, spiega i fattori meccanici che limitano la velocità raggiungibile e risponde anche a diverse domande strettamente correlate sulle macchine avvolgitrici, sulle apparecchiature per la saldatura di reti metalliche e sui macchinari per l'avvolgimento tessile che spesso emergono nella stessa conversazione di acquisto o di ingegneria.
Cosa tratta questa guida
- Che cos'è una macchina per trafilatura
- La formula della velocità principale
- Esempio eseguito passo dopo passo
- Fattori che cambiano la velocità del mondo reale
- Grafico della velocità di riferimento per diametro del filo
- Diametro del cabestano e numero di giri del motore
- Errori comuni di calcolo
- Guida alla velocità per tipo di metallo
- Ottimizzazione della velocità per l'output
- Domande sui macchinari correlati
- Scelta di un fornitore di macchine
Che cos'è una macchina per trafilatura
Prima che il calcolo della velocità abbia senso, è utile rispondere a una domanda più basilare che molti nuovi arrivati nel settore si pongono direttamente: cos’è una macchina per trafilatura. Una macchina per trafilatura è un pezzo di attrezzatura per la formatura dei metalli che riduce il diametro di un'asta o di un filo metallico facendolo passare attraverso una serie di matrici con aperture progressivamente più piccole. Il metallo non viene tagliato o rimosso, ma allungato e compresso, quindi l'area della sezione trasversale si riduce mentre la lunghezza aumenta proporzionalmente. Questo è il motivo per cui la trafilatura viene descritta come un processo di formatura a freddo piuttosto che come un processo di lavorazione meccanica.
Una tipica macchina per trafilatura è costruita attorno ad alcuni componenti principali: un supporto di svolgimento che contiene la barra o il filo grosso in entrata, una serie di matrici di trafilatura montate in scatole di matrici, una serie di cabestani (chiamati anche blocchi o blocchi di toro) che tirano il filo attraverso ciascuna filiera e immagazzinano l'anello di filo necessario per il controllo della tensione, un sistema di lubrificazione e raffreddamento e un'unità di avvolgimento che avvolge il filo finito. Le macchine sono generalmente classificate come monoblocco, multiblocco o lineari e possono essere costruite per la trafilatura a secco o per la trafilatura a umido a seconda che il lubrificante venga applicato in polvere o in bagno liquido.
Il motivo per cui il calcolo della velocità è così importante su questo tipo di attrezzatura è che ogni argano della catena deve funzionare a una velocità di rotazione leggermente diversa. Se la velocità di un argano è sbagliata rispetto a quella dei vicini, il filo si allenterà, provocando avvolgimenti e aggrovigliamenti, oppure sarà eccessivamente teso, il che farà allungare, assottigliare in modo non uniforme o spezzare il filo. Ottenere il giusto rapporto di velocità su tutta la macchina è l'attività di configurazione più importante per qualsiasi operatore di trafilatura.
La formula fondamentale per calcolare la velocità della macchina per trafilatura
Ci sono davvero due livelli in questo calcolo. Il primo strato è la velocità meccanica di un singolo argano, che è una geometria semplice. Il secondo livello è il rapporto di velocità tra i cabestani, che si basa sulla conservazione del volume, a volte chiamata regola del volume costante.
1 Velocità di superficie del singolo cabestano
Ogni argano tira il filo ad una velocità lineare pari alla sua velocità superficiale, perché il filo è avvolto strettamente attorno ad esso senza slittamenti durante il normale funzionamento. La formula è:
V è la velocità lineare del filo in uscita dal cabestano, D è il diametro effettivo del cabestano misurato al centro degli avvolgimenti del filo e N è la velocità di rotazione del cabestano in giri al minuto. Pi greco è circa 3,1416.
2 Volume costante tra i passaggi di disegno
Quando il filo passa attraverso una filiera, la sua sezione trasversale diminuisce, ma il volume del metallo che si muove attraverso la linea al secondo non può cambiare, poiché il metallo non viene né creato né distrutto durante il processo. Ciò fornisce la relazione di volume costante tra due passaggi consecutivi qualsiasi:
A1 e V1 sono l'area della sezione trasversale e la velocità prima di un dato dado, A2 e V2 sono l'area e la velocità dopo quello dado. Poiché l'area della sezione trasversale del filo tondo è proporzionale al quadrato del diametro, questa può essere riscritta in termini di diametro:
Questa è la formula che spiega perché l'ultimo argano su una macchina per trafilatura multiblocco gira sempre molto più velocemente del primo. Un filo che inizia a 3,0 millimetri e termina a 1,0 millimetri ha la sua sezione trasversale ridotta di un fattore nove, quindi la velocità di uscita è nove volte superiore alla velocità di entrata, anche se al minuto viene prodotta la stessa lunghezza di filo finito pari a piedi di barra grezza consumati, una volta tenuto conto dell'allungamento totale.
3 Tasso di uscita dalla velocità
Una volta nota la velocità di finitura, convertirla in velocità di produzione è semplice utilizzando la massa lineare del filo:
Il peso lineare dipende dal diametro del filo e dalla densità del metallo da trafilare. Per il filo di rame, il peso lineare in chilogrammi per metro corrisponde all'incirca all'area della sezione trasversale in millimetri quadrati moltiplicata per 0,0089. Per il filo di acciaio il moltiplicatore è vicino a 0,00785.
Esempio eseguito passo dopo passo
Il modo più chiaro per capire come calcolare la velocità della trafilatrice è lavorare attraverso un esempio realistico dalla barra grezza alla bobina finita.
Definire le condizioni di entrata e di uscita
Supponiamo che una macchina per trafilatura del filo di rame prenda una barra con un diametro di 2,6 millimetri e che l'argano finale tiri il filo finito con un diametro di 0,8 millimetri. Il diametro del primo argano è di 0,32 metri e gira a 45 giri al minuto.
Calcolare la velocità di ingresso al primo argano
V1 = pi greco x 0,32 x 45 = circa 45,2 metri al minuto. Questa è la velocità con cui la canna viene trascinata attraverso il primo dado.
Applicare la regola del volume costante al diametro finale
V2 = V1 x (2,6/0,8) al quadrato = 45,2 x 10,56 = circa 477 metri al minuto. Questa è la velocità teorica di uscita all'ultima matrice se l'intera riduzione avvenisse in un unico passaggio.
Controlla la geometria dell'ultimo argano rispetto a quel bersaglio
Se il diametro del cabestano finale è 0,22 metri, la velocità di rotazione richiesta è N = V2 / (pi x D) = 477 / (pi x 0,22) = circa 690 giri al minuto. Questo indica all'operatore quale motore e riduttore sono necessari per l'ultimo blocco per adattarsi alla linea.
Convertire in un tasso di uscita
Con un diametro di 0,8 millimetri, l'area della sezione trasversale è di circa 0,503 millimetri quadrati, dando un peso lineare di circa 0,00448 chilogrammi per metro per il rame. Produzione = 477 x 60 x 0,00448 = circa 128 chilogrammi all'ora da questa macchina per trafilatura a filo singolo.
Nota pratica. Le macchine reali raramente raggiungono esattamente la velocità teorica del singolo passaggio, perché fattori di slittamento compresi tra l'1 e il 3% sono normali sui cabestani intermedi per mantenere la corretta tensione posteriore, e ogni matrice introduce anche una piccola quantità di perdita di tensione che un esperto setter compensa con una velocità leggermente superiore sui blocchi successivi.
Fattori che influenzano la velocità di trafilatura nel mondo reale
Le formule sopra descrivono il caso ideale. In un'officina reale, diversi fattori meccanici e materiali spingono la velocità ottenibile verso l'alto o verso il basso rispetto a quel numero teorico.
Programma di riduzione degli stampi
Una riduzione superficiale per stampo consente una velocità più elevata con un minor rischio di rottura. Un programma di riduzione aggressivo impone una velocità inferiore per controllare il calore e lo stress nel filo.
Qualità della lubrificazione
Una scarsa lubrificazione aumenta l'attrito e l'usura dello stampo, il che limita la velocità massima di sicurezza. Le macchine per trafilatura a umido generalmente possono funzionare più velocemente delle macchine per trafilatura a secco sullo stesso materiale.
Duttilità del materiale
I metalli teneri e altamente duttili come il rame ricotto e l'alluminio tollerano una velocità di trafilatura più elevata rispetto alle leghe più dure come l'acciaio inossidabile o il filo di acciaio ad alto tenore di carbonio.
Valutazione del motore e del riduttore
La potenza del motore installato e il rapporto del riduttore fissano un limite massimo alla velocità di rotazione del cabestano, indipendentemente da ciò che la formula teorica suggerisce sia possibile.
Capacità di raffreddamento
Il disegno genera calore attraverso l'attrito e la deformazione. Se il raffreddamento non riesce a tenere il passo con la velocità, il filo e le filiere si surriscaldano, riducendo la durata della filiera e modificando la struttura del grano.
Condizioni e allineamento dello stampo
Le matrici usurate o disallineate aumentano la resistenza e le vibrazioni, costringendo gli operatori a ridurre la velocità per evitare difetti superficiali o rotture del filo.
| Fattore | Effetto sulla velocità raggiungibile | Regolazione tipica |
|---|---|---|
| Riduzione per dado | Una riduzione maggiore riduce la velocità di sicurezza | Mantenere la riduzione intorno al 15-22% per passaggio per la maggior parte dei metalli |
| Tipo di lubrificante | Il lubrificante liquido supporta una velocità maggiore rispetto al sapone secco | Passare alla trafilatura a umido sopra i 400 metri al minuto circa |
| Durezza del filo | Le leghe più dure richiedono velocità inferiori e più passaggi | Aggiungere una ricottura intermedia per l'acciaio duro o il filo inossidabile |
| Morire usura | Gli stampi usurati aumentano l'attrito e il rischio di difetti | Ispeziona e ruota gli stampi secondo un programma orario fisso |
| Raffreddamento del cabestano | Uno scarso raffreddamento costringe a ridurre la velocità per evitare il surriscaldamento | Aggiungi rivestimenti del cabestano raffreddati ad acqua sulle linee ad alta velocità |
Grafico della velocità di riferimento per diametro del filo
La tabella seguente fornisce le velocità di finitura tipiche per macchine per trafilatura di filo di rame per impieghi medi con diversi diametri finali del filo. Questi sono dati rappresentativi dell'officina e non sostituiscono la velocità nominale di una macchina specifica indicata dal produttore.
Si noti che la velocità di finitura generalmente aumenta man mano che il diametro del target diventa più fine. Ciò deriva direttamente dalla formula del volume costante nella sezione due, poiché una sezione trasversale finale più piccola richiede una velocità lineare proporzionalmente più elevata per spostare lo stesso volume di metallo al minuto.
Come interagiscono il diametro del cabestano e il numero di giri del motore
Poiché V è uguale a pi greco per D per N, ci sono sempre due modi per raggiungere la velocità della linea target: un argano più grande che gira più lentamente o un argano più piccolo che gira più velocemente. I costruttori di macchine scelgono il diametro del cabestano in base ai limiti di tensione del filo e allo spazio sul pavimento, quindi dimensionano il motore di azionamento e il riduttore per fornire la gamma di giri/min che corrisponde alla finestra di velocità desiderata.
Questo grafico mostra quattro diversi diametri del cabestano impostati per raggiungere all'incirca lo stesso intervallo di velocità di superficie da 700 a 900 metri al minuto semplicemente modificando il numero di giri. I cabestani più grandi richiedono proporzionalmente meno giri al minuto per raggiungere la stessa velocità lineare, il che riduce l'usura e le vibrazioni dei cuscinetti ma occupa una maggiore lunghezza della macchina.
Suggerimento per la progettazione. Quando un costruttore di macchine aumenta il diametro del cabestano per abbassare il numero di giri operativo per un dato obiettivo di velocità, ricordarsi di ricalcolare ogni diametro del cabestano e numero di giri a valle utilizzando la stessa relazione di volume costante, altrimenti il bilanciamento della tensione tra i blocchi sarà sbagliato anche se la velocità finale della linea sembra corretta sulla carta.
Errori comuni nel calcolo della velocità della macchina per trafilatura
Utilizzando il diametro del cabestano esterno
Misurare sempre in base alla linea primitiva degli avvolgimenti di filo, non al diametro nudo del tamburo, altrimenti il valore della velocità sarà costantemente troppo basso.
Ignorando l'usura dello stampo nel tempo
Una filiera usurata fa passare il filo con un diametro leggermente maggiore rispetto alla sua dimensione nominale, il che modifica silenziosamente il rapporto di riduzione e la velocità di uscita effettiva.
Dimenticando l'indennità di scivolata
Trattare ogni argano come a slittamento zero porta a errori di tensione, poiché le macchine reali sono solitamente impostate con una piccola differenza di velocità pianificata tra i blocchi.
Unità di miscelazione
Il diametro in millimetri deve essere convertito in metri prima di essere utilizzato nella formula dei metri al minuto, un passaggio che è facile perdere sotto la pressione del tempo.
Guida alla velocità per tipo di metallo
Metalloli diversi hanno velocità di trafilatura massime pratiche diverse a causa del modo in cui si induriscono e della quantità di calore che il processo genera in essi.
| Metal | Gamma di velocità tipica | Note |
|---|---|---|
| Rame | Da 300 a 900 metri al minuto | Eccellente duttilità, supporta le velocità di routine più elevate |
| Alluminio | Da 250 a 800 metri al minuto | Simile al rame ma più sensibile allo smalto e al calore |
| Acciaio a basso tenore di carbonio | Da 150 a 500 metri al minuto | Necessita di ricotture intermedie più frequenti per spessori fini |
| Acciaio ad alto tenore di carbonio | Da 80 a 300 metri al minuto | Sono necessari passaggi più lenti e un controllo più attento della temperatura |
| Acciaio inossidabile | Da 60 a 250 metri al minuto | Un tasso di incrudimento più elevato limita la velocità e la riduzione per stampo |
Ottimizzazione della velocità della macchina per trafilatura per la produttività
Una volta compreso il metodo di calcolo, l’obiettivo pratico si sposta dalla velocità teoricamente possibile alla velocità sostenibile durante un intero turno di produzione. Alcuni aggiustamenti garantiscono costantemente i maggiori guadagni senza nuovi beni strumentali.
Bilanciare il programma di riduzione
Distribuire la riduzione totale in modo uniforme su tutte le matrici anziché effettuare un taglio pesante all'inizio e tagli leggeri in seguito, il che consente a ogni argano di avvicinarsi al suo massimo pratico.
Abbina il lubrificante all'obiettivo di velocità
Il passaggio dalla lubrificazione con sapone secco a un lubrificante liquido circolante con un'adeguata filtrazione è spesso l'unico cambiamento che sblocca il livello di velocità successivo.
Mantieni aggiornato l'inventario
Un programma strutturato di sostituzione degli stampi basato sulla lunghezza trafilata piuttosto che sul tempo di calendario mantiene l'intera linea in funzione alla velocità nominale invece di rallentare silenziosamente quando gli stampi si usurano.
Verificare l'altezza libera del motore prima di aumentare la velocità
Ricalcolare la coppia e la potenza richieste alla nuova velocità target prima di aumentare il numero di giri, poiché il superamento della potenza nominale del motore comporta scatti fastidiosi e una riduzione della durata dell'azionamento.
Scelta di un fornitore di macchine per trafilatura e avvolgimento
Ottenere il calcolo corretto della velocità su carta è utile solo se la macchina stessa è costruita con diametri del cabestano accurati, una trasmissione adeguatamente dimensionata e attrezzature per stampi coerenti. Questo è il motivo per cui il fornitore dietro l’attrezzatura è importante tanto quanto la formula utilizzata per dimensionarla.
Jiangsu Jiacheng Technology Co., Ltd.
Jiangsu Jiacheng Technology Co., Ltd. fornisce macchine per trafilatura, avvolgitrici e relative apparecchiature per la lavorazione del filo costruite attorno a una geometria coerente del cabestano e sistemi di azionamento affidabili, il che fa sì che i calcoli della velocità in questa guida si traducano direttamente in risultati prevedibili in officina. Il loro team di ingegneri supporta i clienti durante l'intero processo di dimensionamento, dalla selezione del diametro del cabestano e della potenza del motore all'abbinamento dei programmi di riduzione dello stampo alla lega specifica da trafilare.
Punti chiave
Il calcolo della velocità della macchina per trafilatura si riduce a due formule utilizzate insieme: la semplice formula della velocità superficiale V è uguale a pi greco per D per N per ogni singolo argano e la regola del volume costante che collega velocità e diametro attraverso ogni passaggio di trafilatura sulla linea. Una volta comprese queste due relazioni, dimensionare una nuova macchina, diagnosticare un problema di tensione o stimare la produzione per un preventivo di produzione diventano tutti semplici operazioni aritmetiche piuttosto che congetture. Abbinando il calcolo all'attenzione alla lubrificazione, alle condizioni dello stampo e all'altezza del motore, i numeri teorici contenuti in questa guida saranno molto fedeli a ciò che realmente accade in fabbrica.
