Principi di trafilatura a freddo

Figura 1: Rod drawing utilizza un dado per determinare il OD del tubo e un’asta per determinare l’ID del tubo.

Disegnare un tubo da una dimensione all’altra sembra semplice. Il processo ha due fasi principali: schiacciare un’estremità (noto anche come puntare il tubo), quindi disegnarlo attraverso un dado che ha l’ID corretto. Quando il processo è finito, il OD del tubo corrisponde all’ID del dado.

In realtà, è molto più complicato di così. Un pareggio di successo è un prodotto di cinque fasi distinte:

1. Procurare la materia prima
2. Prepararla per il disegno
3. Disegno
4. Raddrizzatura
5. Finitura e ispezione finale

I tubi per il ridisegno possono essere saldati o senza saldatura. Il processo di ridisegno per ciascuno è essenzialmente lo stesso; pertanto, i processi descritti in questo articolo si applicano a entrambi.

La tubatura saldata è prodotta dalla striscia che è stata rotolata, fenduta ed arrotolata. Dopo che la bobina viene consegnata all’impianto di produzione del tubo, viene srotolata e alimentata in un mulino che la forma in una forma tubolare e la cucitura risultante viene saldata. Gli acciai al carbonio e bassolegati di solito sono saldati a resistenza elettrica (ERW), mentre gli acciai inossidabili sono saldati ad arco di tungsteno a gas (GTAW).

I tubi senza saldatura possono provenire da tubi forati (acciaio al carbonio o bassolegato) o estrusioni (acciai inossidabili, altolegati e leghe a base di nichel). Essi possono essere ulteriormente elaborati da pilgering o riducendo. Un’altra materia prima è una barra forata, che di solito viene utilizzata per leghe speciali o tolleranze.

Mentre le attrezzature e le procedure discusse qui possono essere applicabili alla maggior parte delle leghe, sono rivolte principalmente a acciaio al carbonio e bassolegato, acciaio inossidabile e leghe a base di nichel. Il rame e l’alluminio di solito sono prodotti da processi ad alto volume, mentre le leghe di titanio e zirconio sono più adatte a processi specializzati a basso volume come pilgering e laminazione di tubi.

Approvvigionamento

Il disegno inizia con l’approvvigionamento della materia prima. L’ordine di acquisto deve specificare la chimica e le dimensioni del materiale, comprese le tolleranze: dimensioni, spessore della parete, concentricità e rettilineità. Nella maggior parte dei casi, le proprietà ricotte sono specificate per la massima morbidezza. Questi requisiti possono essere inclusi in una specifica proprietaria o in un codice o specifica ASTM, AMS o MIL.

Che punta

Il punto seguente sta puntando, che è il processo di fare diminuire il diametro di parecchi pollici di materiale all’estremità del tubo in modo da può entrare nel disegno muore. I tre metodi più comuni per il puntamento sono push pointing, rotary swaging e squeeze pointing. In alcuni casi, il rivestimento di fosfato o il film di sapone vengono applicati prima del disegno.

Disegno

I banchi di tiraggio sono solitamente meccanici e hanno tre componenti: un banco posteriore, la testa della matrice e la sezione anteriore. Ganasce su un carrello afferrare il tubo e un gancio sul retro del carrello impegna una catena in movimento, tirando il tubo attraverso un dado. Le matrici sono inserti in carburo di tungsteno sinterizzato più comunemente con un legante di cobalto che sono stati ridotti-inseriti in un involucro in acciaio.

I tubi vengono aspirati a una dimensione finita utilizzando una o più delle seguenti operazioni:

Figura 5: Le piastre utilizzano forze di piegatura e un movimento di rotolamento per raddrizzare il tubo. Le configurazioni comuni utilizzano sei o 10 rotoli.

• Asta o mandrino disegno
• Spina disegno, tra cui fisso, galleggiante, e semifloating (tethered)
• Affondamento

Asta disegno. Durante il disegno dell’asta, un mandrino in acciaio temprato viene inserito nel foro del tubo che è stato puntato. Dopo che il tubo è stato introdotto nello stampo (vedi Figura 1), l’olio lubrificante viene pompato sulla superficie del tubo, le ganasce del carrello afferrano la punta del tubo o dell’asta, il gancio del carrello impegna la catena e il tubo viene aspirato attraverso lo stampo. Il diametro dello stampo determina il OD; il diametro dello stelo determina la dimensione ID. Corretta die selectionminimizes variazioni di spessore della parete prima che il tubo contatti il mandrino.

In generale, i tubi a parete pesante tendono a assottigliarsi prima di contattare l’asta; le pareti leggere si addensano. Gli stampi ad alto angolo tendono a assottigliare il muro e gli stampi ad angolo basso tendono ad addensare il muro. È fondamentale ricordare che l’angolo ottimale dello stampo varia con il rapporto diametro-spessore (D/t).

Dopo aver disegnato il tubo, deve essere espanso per la rimozione dell’asta. Un metodo comune è quello di applicare la pressione ruotando il tubo mentre lo passa attraverso i rulli incrociati. Questo processo genera sollecitazioni radiali e espande il tubo. Il processo viene ripetuto fino a quando il tubo è a dimensione finita.

I vantaggi della trafilatura delle barre sono che le velocità di trafilatura sono relativamente elevate e sono possibili riduzioni di area elevate (circa il 45% per l’acciaio inossidabile). Gli svantaggi sono che si tratta di un’operazione a due persone e richiede un’operazione di disegno aggiuntiva, come un disegno a spina o un affondamento, per rimuovere il motivo a spirale.

Disegno della spina. Due varietà di disegno della spina sono fisse e galleggianti. Il disegno a spina fissa utilizza un’asta cava ancorata sul retro del banco. Un lubrificante viene pompato attraverso l’asta in un piccolo foro vicino alla parte anteriore, consentendo al lubrificante di inserire l’ID del tubo. Un tappo in carburo di tungsteno leggermente affusolato è filettato o brasato sull’estremità dell’asta; il tubo viene caricato sull’asta, il lubrificante viene pompato sulla superficie OD e il tubo viene disegnato.

Uno dei vantaggi del disegno a spina fissa (vedi Figura 2) è che produce un ID uniforme. Un altro vantaggio è che il cono consente di regolare l’ID per soddisfare uno strettotolleranza. Mentre richiede un solo operatore, la velocità di trafilatura è piuttosto lenta e le riduzioni massime dell’area sono basse, circa il 25% per l’acciaio inossidabile.

Il disegno a spina flottante (vedi Figura 3) è adatto alla produzione economica di bobine lunghe. Questo metodo è stato utilizzato per il disegno di rame e alluminio per molti anni. Dopo che il lubrificante è pompato nell’identificazione del tubo, una spina affusolata è inserita, il tubo è unito per tenere la spina in posizione ed il tubo è puntato. Durante il disegno la spina viene tenuta in posizione da una combinazione di forze tra l’ID del tubo e la spina. Il design degli utensili è fondamentale per il successo di questo processo. Die angoli sono generalmente tra 28 e 32 gradi, con angoli di spina tra 20 e 24 gradi. La lunghezza del cuscinetto dovrebbe essere di circa il 10-15% del diametro dello stampo. Tieni presente che una spina troppo lunga può causare graffi sull’ID; una spina troppo corta non si posizionerà.

Il disegno semifloating ed il disegno tethered della spina sono processi galleggianti della spina adattati per il disegno delle lunghezze diritte. La spina è fissata liberamente a un’asta posteriore e il tubo viene caricato sopra l’asta e la spina per il disegno (vedere Figura 4).

Affondamento. Affondamento è il termine per disegnare un tubo senza supporto interno. Di solito viene eseguita come passaggio di dimensionamento dopo un tiraggio dell’asta. L’angolo di stampo corretto dipende dal rapporto theD / t; un angolo di stampo scelto correttamente riduce al minimo la variazione dello spessore della parete. Se il muro si addensa troppo, la finitura superficiale ID si deteriora.

La lunghezza del cuscinetto è più lunga rispetto ad altre operazioni, fino al 50% del diametro dello stampo, per garantire la rotondità del tubo finito.

Il disegno e l’affondamento della spina possono essere utilizzati per disegnare un tubo a una dimensione finita.

Quando si progetta un programma di disegno, il rapporto tra riduzione della parete e riduzione del diametro è un’importante considerazione di qualità. Le riduzioni delle pareti tendono a stirare o lisciare la superficie ID; le riduzioni del diametro tendono ad irruvidire la superficie. Un’espressione utile per il rapporto è il valore Q, che è uguale alla riduzione della parete perce nt divisa per la riduzione dell’ID percentuale. Un valore Q di 2 o più altotende a lisciare la superficie ID. Quando il programma non si presta ad una serie di alto valore Q disegna, è meglio usare un alto valore Q asta disegnare seguito da un lavandino duro piuttosto che una serie di basso valore Q operazioni di disegno. Gli alti valori di Q inoltre provocano i bassi livelli residui di sforzo per i tubi freddo-lavorati. In un progetto recente, un valore Q di 0.91 ha prodotto uno stress residuo di oltre 52.000 libbre per pollice quadrato (PSI) come misurato dalla procedura Sachs e Espy descritta in ASTM E1928. Un pareggio con un valore Q di 2,2 aveva un livello di stress residuo di soli 5.200 PSI. Valori Q elevati si tradurrebbero in valori negativi o compressivi.

Lubrificazione. La lubrificazione è un’altra considerazione importante, insieme alla pianificazione degli utensili e del disegno. La maggior parte dei tubifici utilizza oli clorurati per la lubrificazione di acciai inossidabili e leghe di nichel. La viscosità corretta può essere fino a 8.000 SUS (Saybolt Universal Seconds) o superiore a 100.000 SUS a seconda della lega, delle dimensioni del tubo e del tipo di riduzione.

Raddrizzatura

La raddrizzatura viene solitamente eseguita utilizzando una piastra rotante a sei o 10 rulli (vedi Figura 5) con una combinazione di flessione e pressione. Mentre flex ha poco effetto sulle proprietà, la pressione tende ad aumentare la resistenza allo snervamento e aumentare il livello di stress residuo. Esercitare la pressione minima è la migliore pratica.

Finitura

Le operazioni di finitura possono includere lucidatura, decapaggio o sabbiatura per migliorare l’aspetto della superficie e rimuovere piccole imperfezioni. Le tecniche di ispezione finale sono determinate dai requisiti di ordine dei clienti.

I redattori di TPJ-The Tube & Pipe Journal® ringraziano la Tube & Pipe Association, International®’s Extrusion, Drawing & Tube Reducing Technology Council per i suoi sforzi nell’organizzare la pubblicazione di questo articolo.