Anelli in acciaio laminato: processo di laminazione degli anelli, qualità e guida all'approvvigionamento per gli sbozzi per ingranaggi

La tua richiesta di offerta elenca una corona dentata grezza: diametro esterno 1.050 mm, parete 120 mm, 42CrMo4, bonificato da 280 a 320 HB. Puoi tagliare l'anello da una piastra di acciaio, tagliarlo da un tubo senza saldatura o arrotolarlo. Per un pezzo che sopporta coppia e rotazioni per vent'anni, la laminazione è normalmente la scelta giusta, e prendere tale decisione in anticipo è ciò che mantiene sotto controllo il budget di lavorazione.

Prima la versione breve. Gli anelli in acciaio laminato non presentano giunzioni, il flusso dei grani corre lungo la circonferenza nella direzione in cui viene caricata la parte e consumano molto meno materiale rispetto a un anello tagliato da una piastra. Il compromesso è che la laminazione degli anelli ha le proprie regole riguardo allo spessore, al diametro e alla formatura delle pareti. Un fornitore che li ignora consegnerà un anello ovale che nessun tornio potrà salvare.

Cos'è in realtà un anello in acciaio laminato

Un anello in acciaio laminato, spesso chiamato anello laminato senza saldatura, inizia come una billetta tagliata anziché come una piastra. La billetta viene riscaldata, ribaltata per consolidare il centro e forata per aprire un foro. Passa quindi a un laminatoio ad anelli, dove un cilindro principale azionato lavora l'esterno dell'anello mentre un mandrino lavora l'interno e i rulli assiali mantengono l'altezza. Il diametro cresce, la parete si assottiglia e il grano si piega in un flusso continuo attorno all'anello.

Quest’ultimo punto è la ragione per cui il processo esiste. Niente è saldato, quindi non c'è nessuna giuntura che possa rompersi, e le venature seguono la direzione del cerchio, che è esattamente il modo in cui una corona dentata, una pista di cuscinetto o una flangia trasportano il carico.

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L'attrezzatura è sufficientemente semplice da consentire a un mulino di coprire un'ampia gamma di dimensioni, quindi la stessa configurazione che rulla una corona dentata può rullare un anello di irrigidimento o un semilavorato per l'alloggiamento di un cuscinetto con un cambio del mandrino.

Ciò che il rotolamento ti dà che il taglio no

Tre vantaggi si presentano continuamente in officina.

• Flusso circonferenziale del grano. Un anello tagliato da una piastra ha le venature che corrono diritte attraverso la sezione, quindi il foro e il diametro esterno finiscono con le estremità delle venature esposte. Sotto carico ripetuto, è qui che iniziano le crepe.
• Resa materiale. Tagliando un anello da 1.000 mm dalla lamiera si scarta l'intero centro. Un anello laminato parte da un pezzo grezzo forato, utilizza meno acciaio per la stessa parte finita e necessita di meno tornitura per raggiungere la dimensione finale.
• Proprietà uniformi. La laminazione affina la struttura e chiude la porosità, pertanto la durezza e la tenacità rimangono più costanti attorno all'anello rispetto al taglio di una piastra o alla fusione.

Il costo deriva da questi tre punti. Per gli anelli di grandi dimensioni, la laminazione degli anelli spesso risulta più economica per parte finita, anche se la fase di formatura costa più del taglio di una lamiera, perché si acquista meno acciaio e si passano meno ore sulla macchina.

Laminato, tagliato a piastra o tagliato a tubo: un confronto pratico

Quando un acquirente chiede se vale la pena rotolare, la risposta dipende dalle dimensioni, dal carico e dalla quantità. La tabella seguente illustra i compromessi nei termini che contano in fase di quotazione.

Se l'anello è piccolo, poco carico e serve in fretta, un taglio a piastra va bene e nessuno dovrebbe dissuaderti dal farlo. Nel momento in cui l'anello si trova in una trasmissione, in un cuscinetto o in un limite di pressione, la bilancia pende verso il rotolamento.

Tolleranze, tolleranze e dettagli dimenticati dagli acquirenti

Le discussioni sulle specifiche di solito iniziano e finiscono con il materiale e la durezza, ma le dimensioni sul disegno decidono se la parte può essere realizzata.

Come laminato, sgrossato o finito

Gli anelli laminati sono quotati in tre condizioni. Gli anelli grezzi hanno la tolleranza di rotolamento completa più un sovrametallo di lavorazione. Gli anelli grezzi sono stati rimossi dalle scaglie e le facce sono squadrate, il che migliora la concentricità e consente di risparmiare tempo di configurazione nella propria officina. Gli anelli finiti arrivano alle dimensioni del disegno con fori, sedi per chiavetta o denti già tagliati, il che si adatta agli acquirenti che preferiscono non investire in grandi capacità di tornitura.

Tolleranze e indennità

• Diametro e altezza: gli anelli laminati in genere mantengono una tolleranza basata su una percentuale del diametro, quindi un anello da 1.200 mm non sarà stretto come uno da 300 mm.
• Sovrametallo di lavorazione: da 3 a 6 mm per superficie è normale, di più se l'anello viene bonificato dopo la laminazione e la distorsione deve essere assorbita.
• Concentricità e planarità: concordateli subito, perché guidano la progettazione del dispositivo e possono aggiungere una seconda operazione.

Geometria che vale la pena discutere prima di ordinare

Al rotolamento ad anello piacciono le pareti abbastanza spesse da rimanere stabili e le altezze che i rulli assiali possono controllare. Pareti molto sottili, anelli molto corti e forme esterne a gradini richiedono un processo diverso o una fase di lavorazione aggiuntiva. Invia il disegno e chiedi, anziché dare per scontato.

Gradi di acciaio e trattamento termico

Gli anelli laminati sono prodotti in acciai al carbonio, legati e inossidabili, oltre a leghe di nichel dove la temperatura di servizio lo richiede. Le scelte comuni includono 1045 e 4140 per parti generali di macchine, 42CrMo4 e 18CrNiMo7-6 per grezzi di ingranaggi e gradi inossidabili come SS316L e SS420 dove la resistenza alla corrosione o all'usura è importante. Ogni grado ha la propria finestra di forgiatura e l'acciaio inossidabile è meno tollerante riguardo all'intervallo di temperature e alla velocità di raffreddamento rispetto all'acciaio al carbonio.

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Il trattamento termico dopo la laminazione determina le proprietà finali. Normalizzazione, tempra e rinvenimento, cementazione, tempra a induzione e distensione risolvono ciascuna un problema diverso e l'ordine delle operazioni conta tanto quanto l'impostazione del forno, quindi vale la pena comprendere le nozioni di base sul trattamento termico dei metalli prima di fissare un intervallo di durezza su un disegno.

Dove vengono utilizzati gli anelli in acciaio laminato

Eolico e produzione di energia. Le corone dentate del cambio e i portasatelliti per le turbine nella classe da 3 MW a 10 MW vengono laminati, perché un anello forgiato gestisce l'inversione di coppia meglio di un pezzo grezzo tagliato da una piastra e molto meglio di una fusione. Le palette guida delle turbine idroelettriche, gli alberi dei generatori e le parti delle isole convenzionali nucleari seguono la stessa logica.

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Macchine marittime e portuali. Gli alberi dell'elica, gli alberi intermedi, gli assi del timone e i cardini, le piste dei cuscinetti volventi, le flange forgiate e i bulloni marini si basano tutti su un anello senza saldatura o una barra forgiata che ha avuto inizio nello stesso modo.

Miniere, metallurgia, petrolio e gas. Gli alberi principali dei frantoi, i collegamenti dei cingoli degli escavatori, gli alloggiamenti dei cuscinetti dei laminatoi, gli alberi dei rulli, i coperchi delle valvole e le teste degli involucri sono pezzi forgiati ad anello o a stampo aperto, formati su misura e quindi lavorati su disegno.

Quando il Ring Rolling è la scelta sbagliata

La laminazione non è una risposta universale e un fornitore che insiste per ogni componente ti sta dicendo qualcosa. Saltatelo quando l'anello è piccolo e poco carico, quando la quantità annuale è di uno o due pezzi e l'utensileria non può essere ammortizzata, quando la forma è veramente asimmetrica o quando una misura di tubo standard corrisponde già al disegno. Un taglio di lamiera, un taglio di tubo o un assemblaggio saldato e lavorato a macchina saranno più economici e altrettanto adatti allo scopo.

Sono comuni requisiti misti. Un progetto potrebbe richiedere anelli laminati per il percorso di carico e componenti forgiati e lavorati su misura per staffe, protezioni e custodie. Un fornitore che copre entrambi, dalla forgiatura al trattamento termico, passando per la saldatura fino alla lavorazione finale, elimina molto lavoro di coordinamento dalla tua scrivania.

Cosa inviare con la richiesta di offerta

Una richiesta completa ottiene un preventivo utilizzabile in un round anziché in tre. Includere quanto segue:

• Un disegno con le dimensioni finali, più una nota su quali superfici sono funzionali.
• Grado di acciaio, condizione di trattamento termico e intervallo di durezza.
• Quantità per anno e per uscita, con eventuale previsione oltre il primo ordine.
• Prove richieste: ispezione ad ultrasuoni, ispezione con particelle magnetiche, proprietà meccaniche, rilevamento della durezza.
• Livello di documentazione, ad esempio un certificato di ispezione 3.1.
• Stato di consegna: grezzo, lavorato o finito.
• Destinazione e data richiesta, quindi il trasporto e i tempi di consegna vengono quotati insieme.

Un anello di acciaio laminato è un prodotto semplice con un breve elenco di cose che possono andare storte: il processo sbagliato, una parete troppo sottile per essere laminata, un sovrametallo di lavorazione che scompare durante il trattamento termico. Risolvili in fase di preventivo e il resto del progetto procederà tranquillamente. Se sbagli, pagherai per una seconda manche, un secondo set di strumenti e una conversazione difficile con il tuo cliente.