Il processo di trafilatura è in effetti cambiato molto poco nel corso degli anni. Utilizza una combinazione di uno stampo e/o una serie di stampi per trafilare il filo ad un calibro selezionato. Il filo trafilato è in molte applicazioni al di là di ciò che normalmente pensiamo come il filo elettrico e i cavi TV. Per esempio, le molle di qualsiasi tipo sono fatte di filo trafilato; così come il re-bar usato per la costruzione in tutto il mondo. Le graffette e i punti metallici sono fatti di filo sottile. Anche i raggi delle ruote, le spazzole metalliche, le maniglie di metallo sono fatte con filo trafilato. Ci sono letteralmente migliaia di prodotti finiti che si basano sul filo trafilato. Per soddisfare questo bisogno sempre crescente, ogni anno le aziende che lavorano i metalli trafilano molti milioni di chilometri di filo. Per questo motivo la trafilatura, anche se il processo è rimasto invariato per molti anni, è un mercato estremamente sensibile ai costi e competitivo. A loro volta, le aziende che producono attrezzature per la trafilatura e le attrezzature di processo intorno alla trafilatura sono molto in sintonia con qualsiasi vantaggio di produttività o efficienza che possono ottenere. Uno di questi vantaggi primari è l’uso di un inverter CA. Gli inverter sono molto più efficienti, usano meno parti e permettono una maggiore produttività rispetto ai design tradizionali.

Un diagramma comune mostrato sotto illustra il processo di trafilatura. Se si utilizzano più filiere, queste vengono collegate tra loro in serie fino a raggiungere la sezione richiesta. È di vitale importanza mantenere una tensione e una velocità continue e conosciute sul filo mentre viaggia attraverso la macchina. Questo assicura una sezione trasversale costante.

Scienza dietro la trafilatura

La metallurgia è lo studio del metallo e dei processi del metallo. C’è un tasso definito di cambiamento delle caratteristiche del metallo basato sulla tensione e la resistenza in una gamma di temperature quando il metallo viene manipolato. La trafilatura è un processo di lavorazione del metallo usato per ridurre la sezione trasversale del filo tirandolo attraverso una serie di stampi. Questo processo è un tipo di forgiatura. La forgiatura è il cambiamento plastico, o permanente, di una forma di metallo. La forgiatura può essere eseguita a caldo, caldo o freddo. Dato che i metalli hanno caratteristiche diverse al variare della temperatura, è possibile cambiare le caratteristiche del metallo stesso all’aumentare della temperatura. Quando il filo viene trafilato, viene trafilato a temperatura ambiente. A quel punto, viene forgiato “lavorato a freddo”. Lavorare a freddo un metallo è il termine usato per deformare plasticamente a temperatura ambiente senza cambiare le caratteristiche del metallo. Quando il filo viene trafilato, il metallo non cambia caratteristiche, cambia solo forma.

Il processo di trafilatura

Il processo stesso è abbastanza semplice. Per iniziare il processo di trafilatura, una bobina di filo viene posta all’inizio della macchina su una bobina. Per poterlo alimentare attraverso la macchina, l’estremità del filo deve essere tagliata o appiattita. Viene fatto passare attraverso la macchina e attraverso una serie di stampi per ottenere la sua sezione trasversale finale. L’estremità della macchina ha di solito una bobina o un avvolgitore in modo che il prodotto finito sia una bobina di filo all’area di sezione trasversale desiderata. Il processo finale può anche essere un impacchettatore di barili dove un barile è posizionato e il filo arrotolato è spoolato direttamente nel barile utilizzando una piattaforma girevole.

È di vitale importanza che la temperatura del macchinario non diventi troppo calda (principalmente causata dall’energia rilasciata durante la deformazione del metallo) e che il filo abbia una tensione e una velocità costante mentre si muove attraverso la serie di stampi. Storicamente questo si otteneva solo con mezzi meccanici. Tuttavia, si cominciarono a usare azionamenti a corrente continua per far funzionare i motori a certi livelli a seconda del metallo e della sezione richiesta. Con il miglioramento della tecnologia, fu aggiunto un software per le applicazioni di avvolgimento che manteneva il materiale in movimento alla velocità e alla tensione appropriate per assicurare un buon prodotto. Questo ha rimosso parte della meccanica e l’ha trasferita alla tecnologia elettronica. Con l’introduzione di azionamenti ac ad alte prestazioni/alta efficienza con potenti processori per il software, la dipendenza meccanica dal macchinario è molto diminuita.

Azionamenti e il processo di trafilatura

Come discusso in precedenza, gli inverter AC possono essere utilizzati per una vasta gamma di funzioni su una macchina di trafilatura poiché sono molto simili a un avvolgitore. L’albero di linea elettronico, i controlli vettoriali e le comunicazioni seriali sono utilizzati su molte di queste macchine moderne.

Definizione di Electronic Line Shaft Software

Electronic Line shaft Software permette a uno o più motori pilotati di essere sincronizzati a un segnale di encoder master. L’encoder master fornisce un riferimento a impulsi al follower che risulta nel follower che comanda al suo motore di mantenere una specifica posizione dell’albero. L’azionamento dell’inseguitore monitora il feedback degli impulsi dall’encoder master e dal proprio encoder. L’inseguitore compenserà quindi qualsiasi errore di posizione regolando la velocità di uscita del suo motore, ottenendo un allineamento quasi perfetto tra il sistema master e il motore dell’inseguitore. Non c’è accumulo di errori di posizione, quindi l’allineamento sarà sempre mantenuto…

Su un cassetto a filo, viene utilizzato un azionamento principale e gli altri sono azionamenti follower. La definizione del software afferma inoltre:

Il trascinatore possiede anche una funzione di ingranaggio elettronico. Questo permette al follower di operare ad un rapporto del master come se i due fossero accoppiati meccanicamente tramite cinghie o ingranaggi. Questo software include comunicazioni Modbus “Enhanced”. La funzione di controllo della registrazione permette all’azionamento del seguitore di accettare un marchio di registrazione dal prodotto in movimento e di regolare la sua posizione angolare. Questo è usato per applicazioni speciali come macchine da imballaggio, tagli volanti, etichette…

Il softwareELS è ideale per un trafilatore perché le sue caratteristiche di avvolgitore richiedono che il filo si muova a una tensione e velocità note e continue. Deve continuamente regolare l’errore e l’inseguimento.

L’introduzione degli azionamenti AC non solo ha fornito ottime prestazioni, ma ha dato all’utente il vantaggio di non fare affidamento su parti meccaniche, che sono soggette a usura. Pertanto, la manutenzione preventiva e le rotture di routine sono significativamente ridotte.

Le sfide dell’applicazione di trafilatura includono:

• Tempi di processo rapidi.
• Controllo di coppia e velocità elevate.
• Accelerazioni rapide a una velocità e decelerazioni a velocità zero senza perdere tensione.
• Campi di velocità e requisiti di coppia diversi a seconda del materiale.
• Il processo può soffrire di tempi morti molto ridotti.
• A causa della velocità, i problemi con il processo possono causare grandi quantità di scarti e mancati guadagni.

Taglierine

Molte aziende che forniscono attrezzature per la trafilatura forniscono anche attrezzature periferiche. Dopo aver trafilato il filo, ci sono dei requisiti per tagliare ad una certa lunghezza. Un VFD con albero di linea elettronico svolge molto bene questa funzione. C’è un azionamento principale ad anello chiuso e un azionamento di inseguimento dopo la ruota di taglio. L’azionamento principale deve mantenere una tensione e una velocità precise insieme all’azionamento follower.

Imballatori a barile

Un imballatore a barile di filo è un gruppo che può essere messo direttamente fuori dal cassetto del filo – o il filo arrotolato può essere portato su una stazione diversa. Nella funzione di imballaggio a barile, un barile è posto su una tavola rotante. Il filo viene continuamente alimentato nella parte inferiore del barile e riavvolto. Di solito ci sono due motori su un imballatore di barili, uno per stendere il filo e uno per far girare la tavola rotante. Poiché questo processo è molto più lento e non dipende dalla tensione ma solo moderatamente dalla velocità, un piccolo azionamento ad anello aperto è accoppiato con un azionamento vettoriale ad anello chiuso per la piattaforma girevole. C’è anche una versione solo per la piattaforma girevole di questo gruppo. In questo caso viene installato solo un singolo azionamento AC.

Avvolgitori e bobinatori

Gli avvolgitori si trovano spesso alla fine delle macchine trafilatrici. Gli avvolgitori sono macchine separate che avvolgono fili e prodotti finali di vari calibri e resistenze. Il loro unico scopo è quello di avvolgere o bobinare il prodotto finale per la spedizione. Gli avvolgitori possono essere usati per avvolgere cavi molto grandi ad alta velocità e sono arrivati fino a 1000hp. Gli spooler sembrano essere più piccoli e non vanno oltre i 50 hp. Anche se svolgono la stessa funzione, gli spooler sembrano essere più piccoli degli avvolgitori e sono indicati come tali nell’industria.

Requisiti dell’applicazione

Funzioni di azionamento appropriate per il processo di trafilatura

Le funzioni che possono essere applicate durante il funzionamento di un trafilatore, avvolgitore e spooler sono molto simili a quelle di un avvolgitore. La tabella seguente mostra le caratteristiche e i vantaggi dell’uso dei VFD nell’applicazione di avvolgimento.

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