Forgiatura di anelli laminati: processo di anelli senza saldatura, tolleranze e controlli dei fornitori

Un anello di solito fallisce nel punto in cui il metallo si incontra. Potrebbe trattarsi di un cordone di saldatura o di un bordo tagliato che interrompe il flusso del grano nelle sue tracce. La forgiatura di anelli laminati esiste per rimuovere quel punto debole. Invece di tagliare un anello da una piastra o saldarne uno da una barra, il processo inizia con una preforma forata a forma di ciambella e l'arrotola fino a quando il materiale non è stato spremuto in un flusso di grani circonferenziale continuo attorno a 360 gradi.

Prima la conclusione, perché evita rielaborazioni successive. Se un anello non sopporta coppia, pressione interna, carico invertito o ciclo di lavoro a fatica, un anello laminato senza saldatura è normalmente la soluzione corretta, anche se costa più di un anello con piastra tagliata al plasma. Se la parte è un distanziatore a bassa sollecitazione o una copertura piatta, raramente vale la pena arrotolarlo. Il resto di questa pagina spiega come viene eseguito il processo, quali tolleranze aspettarsi come contraffatto e cosa verificare prima di rilasciare un ordine di acquisto.

Perché un anello laminato senza cuciture è migliore di uno tagliato o saldato

Il metallo ha una direzione una volta che è stato lavorato. La forgiatura allinea le inclusioni e i bordi dei grani con la direzione del flusso del materiale, mentre la laminazione dell'anello si allinea attorno alla circonferenza, che è esattamente la direzione in cui un anello rotante trasporta la sua tensione circolare. Tre conseguenze contano nel servizio.

• Nessun cordone di saldatura significa nessuna zona interessata dal calore e nessun requisito di ispezione della saldatura nella sezione più sollecitata della parte.
• Il flusso continuo dei grani circolari offre una migliore resistenza alla fatica e un migliore comportamento di arresto delle cricche rispetto a un anello tagliato da una piastra, dove il flusso scorre in linea retta e si ferma semplicemente sul bordo tagliato.
• La deformazione dello spessore durante la laminazione chiudendo la porosità interna lasciata dal lingotto o dalla fioritura originale, motivo per cui gli anelli laminati sono preferiti per il mantenimento della pressione e per i componenti altamente caricati.

Un anello tagliato non è automaticamente una parte difettosa. Per un distanziatore non strutturale, un anello di protezione o un pezzo di riparazione unico, il taglio dalla lamiera è rapido ed economico. L'errore costoso è specificare un anello tagliato per un compito che richiede proprietà di flusso forgiate, per poi scoprire la differenza attraverso un guasto sul campo o un rifiuto inaspettato durante l'ispezione a ultrasuoni.

La sequenza di forgiatura dell'anello laminato, passo dopo passo

La laminazione dell'anello è la seconda metà di una sequenza di forgiatura più lunga e la prima metà decide quanto può essere buona la seconda metà. Un percorso tipico si svolge come segue.

1. Tagliare la billetta al peso calcolato e riscaldarla alla temperatura di forgiatura in un forno controllato.
2. Sconvolgere la billetta per aumentare la sezione trasversale e consolidare la struttura fusa.
3. Forare lo spazio vuoto rovesciato con un punzone per creare una preforma cava, spesso descritta come una ciambella.
4. Posizionare la preforma tra il rotolo principale e il mandrino. Il rullo principale si muove, il mandrino preme verso l'interno e la parete si assortisce man mano che il diametro aumenta.
5. Inserire rulli assiali o conici per controllare l'altezza e squadrare le facce mentre l'anello si espande.
6. Arrotolare fino alla dimensione finale, quindi controllare il raffreddamento, il trattamento termico, la macchina e l'ispezione.

La variabile critica è il rapporto di riduzione, ovvero quanto viene ridotto lo spessore della parete durante la laminazione rispetto alla parete della preforma. Una preforma forata troppo sottile o laminata con una riduzione insufficiente può provocare una deformazione insufficiente del foro e una struttura meno uniforme. Una preforma troppo pesante spreca materiale e tempo di laminazione. Questo è il motivo per cui la laminazione dell'anello viene pianificata all'indietro rispetto al pezzo finito, non in avanti rispetto alla billetta che si trova sulla cremagliera.

I mulini assiali radiali gestiscono la maggior parte del lavoro industriale, mentre i laminatoi ad anelli verticali sono comuni per i diametri maggiori dove l'anello necessita di supporto durante la crescita. La gamma di dimensioni è ampia. Gli anelli da circa 200 mm fino a diversi metri di diametro esterno vengono realizzati secondo lo stesso principio, con lo spessore della parete, l'altezza e la capacità della macchina che deciso quale percorso si adatta al lavoro.

Confronto dei percorsi di produzione degli anelli

Prima di scegliere un processo, è utile vedere dove ogni percorso effettivamente vince. Il confronto seguente utilizza il flusso del grano, le condizioni della cucitura e l'uso del materiale come criteri decisivi.

Quando la parte è una flangia grezza, un anello dentato, una pista di cuscinetto o un anello del cambio di una turbina eolica, la laminazione è generalmente il percorso migliore perché i carichi di servizio agiscono nella direzione del cerchio e le linee di flusso finiscono dove si trova la sollecitazione.

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Tolleranze e condizioni contraffatte su cui pianificare

Gli anelli laminati vengono forniti come laminati con un sovrametallo di lavorazione, oppure come anelli sgrossati e lavorati di prova. Poiché le dimensioni del forgiato sono un punto di partenza, non una tolleranza finale, e le cifre variano in base al diametro, allo spessore della parete, al materiale e al numero di passaggi di laminazione. La tabella seguente mostra l'intervallo generale da aspettarsi e da confermare sul disegno.

Seguono due punti pratici. Specificare sempre il sovrametallo di lavorazione minimo sul foro piuttosto che sul diametro esterno, poiché la pulizia del foro è normalmente ciò che decide se un anello è recuperabile. E aspettatevi che gli anelli con pareti sottili e di grande diametro siano i più difficili da mantenere rotondi. L'ovalità è il luogo in cui iniziano la maggior parte dei disaccordi tra acquirente e fornitore.

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Scelte di materiali e trattamenti termici per i pezzi fucinati di anelli

La laminazione degli anelli funziona su acciai al carbonio, acciai legati, acciai inossidabili, leghe di nichel e leghe di rame, a condizione che il materiale possa essere forato e laminato all'interno della sua finestra di temperatura di forgiatura. Le selezioni tipiche includono:

• Acciai al carbonio e microlegati per anelli strutturali generali e distanziatori.
• Acciai legati da bonifica come le qualità di tipo 4140 per corone dentate, flange pesanti e mozzi per carichi elevati.
• Qualità da cementazione per anelli di ingranaggi che verranno cementati dopo la forgiatura.
• Acciai inossidabili austenitici come il 316L per la corrosione e compiti igienici e gradi martensitici come il 420 per gli anelli di usura.

Il trattamento termico dovrebbe essere guidato dai requisiti della proprietà finale, non dall’abitudine. La normalizzazione affina la struttura prima della lavorazione meccanica, il raffreddamento e il rinvenimento raggiungono una combinazione specifica di resistenza e tenacità e la solubilizzazione viene utilizzata per i gradi austenitici. Sugli anelli inossidabili l'intervallo di temperatura di forgiatura e il percorso di raffreddamento sono entrambi importanti, perché la combinazione sbagliata può lasciare sensibilizzazione o una struttura grossolana che nessuna lavorazione successiva potrà correggere. Maggiori informazioni sono trattate in questo articolo su come forgiare pezzi fucinati in acciaio inossidabile .

Dove gli anelli laminati vengono utilizzati in attrezzature pesanti

I riduttori delle turbine eoliche sono l'esempio più chiaro di anelli laminati che svolgono un lavoro serio. Le corone dentate, gli ingranaggi solari e i portasatelliti nella classe da 3 MW a 10 MW hanno dimensioni dell'ordine del metro, funzionano con coppia di inversione e si prevede che sopravvivano a due decenni di servizio, quindi la corona dentata è quasi sempre un anello laminato senza saldatura in un acciaio legato da cementazione o bonificato.

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Altri compiti seguono la stessa logica, motivo per cui la forma ad anello continua ad apparire nell’industria pesante:

• Anelli e ralle di orientamento per gru, escavatori e attrezzature per la movimentazione portuale.
• Componenti di alberi e timoni marini, dove il flusso forgiato e la pulizia ad ultrasuoni sono specificati prima di ogni altra cosa.
• Anelli di recipienti a pressione e attrezzature di perforazione come testi di involucri, supporti di mandrini e corpi di valvole.
• Supporti dei cuscinetti e rulli raddrizzatori di laminatoi, dove l'anello deve resistere contemporaneamente al carico e all'usura.

Gli anelli di flangia meritano una menzione a parte perché sono così comuni. Una flangia laminata grezza mantiene il flusso del grano circolare, il che è importante sulle flange esposte a pressione ciclica o movimento termico, ed evita la debolezza direzionale che si manifesta in una flangia tagliata dalla piastra.

Cosa verificare in un fornitore di forgiatura di anelli

Inizia con l'elenco delle attrezzature. Un fornitore che lamina interna anellimente dovrebbe essere in grado di dichiarare le dimensioni e la capacità dei suoi mulini, dei suoi martelli o delle sue presse, perché questi numeri sono la gamma di diametro e peso che può essere prodotta come un unico pezzo. Un'officina che utilizza laminatoi ad anelli verticali nella classe da 1 ma 1,5 m insieme a martelli da forgiatura da 3, 5 e 15 tonnellate, ad esempio, può coprire sia anelli medi che lavori più pesanti a stampo aperto senza alcuna interruzione.

La capacità di ispezione viene dopo. Richiedi informazioni su test a ultrasuoni, test con particelle magnetiche o liquidi penetranti, test di durezza e meccanici secondo uno standard riconosciuto, oltre a report dimensionali. Quindi chiedi quale documentazione accompagna la parte, normalmente un certificato di ispezione di tipo 3.1 con tracciabilità del numero di calore che collega l'anello finito all'acciaio da cui proviene.

Infine, chiedere informazioni sul lato non standard dell'attività, perché la maggior parte dei progetti di anelli smette di essere standard nel momento in cui sul disegno appare un gradino, una sede per chiavetta, una flangia o una serie di fori per bulloni. Un fornitore che già gestisce forgiatura personalizzata non standard e la lavorazione di finitura sotto lo stesso tetto elimina dal programma un'intera catena di passaggi di trasporto e riispezione.

Punti chiave

• La forgiatura di anelli laminati produce un anello senza giunzioni con flusso continuo di grani circonferenziali, che è la scelta corretta per anelli sottoposti a coppia, pressione o carico di fatica.
• Il design della preforma e il rapporto di riduzione determinano la qualità interna, pertanto la laminazione deve essere pianificata a ritroso rispetto alla parte finita.
• Poiché le dimensioni forgiate sono un punto di partenza. Concordare per iscritto l'alesaggio minimo e l'ovalità accettabile prima della prima manche.
• Il materiale e il trattamento termico devono essere specificati nei requisiti del servizio e non copiati da un vecchio disegno.
• Verificare la capacità dello stabilimento, l'ambito di ispezione e la tracciabilità della certificazione prima di effettuare un ordine di acquisto.