Logica ingegneristica per la progettazione e la produzione di alloggiamenti per cuscinetti a rulli (Parte 1)

Nell'equipaggiamento completo dei laminatoi per lamiere e nastri, l'alloggiamento dei cuscinetti viene spesso considerato semplicemente come la scatola per l'installazione dei cuscinetti. In realtà, non solo svolge la funzione di installare e posizionare i cuscinetti, ma partecipa direttamente alla trasmissione della forza di laminazione, mantenendo la rigidità del sistema di rulli, controllando la precisione della forma della lamiera e garantendo l'affidabilità operativa a lungo termine dell'apparecchiatura. Per le linee di produzione di laminazione a caldo, a freddo e a lamina, esistono differenze significative in termini di progettazione, selezione dei materiali, precisione di lavorazione e requisiti di ispezione dell'alloggiamento dei cuscinetti.

1. L'alloggiamento del cuscinetto deve essere compreso in base alla funzione dei rulli del laminatoio.

Nella struttura del laminatoio, l'alloggiamento del cuscinetto è installato ad entrambe le estremità dei rulli e serve ad alloggiare i cuscinetti e a trasferire il carico di rotolamento al telaio o al sistema di telaio della macchina. Solitamente, l'alloggiamento del cuscinetto viene identificato sul campo in base a due dimensioni: una lo suddivide in alloggiamento del cuscinetto del rullo di lavoro, alloggiamento del cuscinetto del rullo intermedio e alloggiamento del cuscinetto del rullo di supporto in base alla funzione del rullo; l'altra lo suddivide in rullo superiore, rullo inferiore, lato trasmissione e lato operativo in base alla posizione di installazione. Insieme, formano denominazioni precise come dddhhalloggiamento del cuscinetto del rullo di lavoro lato trasmissione superiore" e "alloggiamento del cuscinetto del rullo di supporto lato operativo inferiore".

Il significato di questo metodo di classificazione risiede nel fatto che rulli diversi svolgono funzioni diverse, e anche la forma del carico, la frequenza di cambio rullo, i vincoli di spazio, i metodi di lubrificazione e i requisiti di precisione dell'alloggiamento del cuscinetto sono diversi. Pertanto, la progettazione dell'alloggiamento del cuscinetto non può essere semplicemente suddivisa in laminazione a caldo, laminazione a freddo, laminazione a lamina e deve prima definire chiaramente se serve il rullo di lavoro, il rullo intermedio o il rullo di supporto.

2. Obiettivi progettuali dei diversi alloggiamenti per cuscinetti a rulli

Il rullo di lavoro partecipa direttamente alla deformazione del metallo ed è il componente con la più alta frequenza di cambio rullo e il carico dinamico più complesso nell'intero sistema di rulli. Il relativo alloggiamento del cuscinetto del rullo di lavoro deve solitamente resistere a carichi alternati, carichi d'urto, nonché alle forze di controllo della forma della lamiera, come la piegatura e la torsione. La sua progettazione si concentra sulla resistenza alla fatica, alla resistenza agli urti, alla resistenza all'usura della superficie di guida, sulla facilità di cambio rullo e sull'integrazione con il blocco di piegatura, il carrello di cambio rullo, il dispositivo di bloccaggio e il sistema di lubrificazione.

Il rullo di supporto sopporta principalmente la forza di laminazione e l'alloggiamento del cuscinetto è di grandi dimensioni e pesante. Rappresenta un componente portante fondamentale nel sistema di rigidità del laminatoio. La sua progettazione si concentra sulla rigidità statica complessiva, sulla precisione di posizionamento del foro del cuscinetto e della superficie di appoggio, sull'affidabilità dell'installazione del cuscinetto, sul controllo delle tensioni residue e sulla stabilità dimensionale a lungo termine. Per i grandi laminatoi a caldo, l'alloggiamento del cuscinetto del rullo di supporto deve tenere conto anche dei carichi d'urto, del margine di sicurezza e della facilità di manutenzione in loco.

Il rullo intermedio è utilizzato principalmente nei laminatoi a sei rulli, nei laminatoi HC, nei laminatoi UCM e in alcuni laminatoi multirullo, ed è strettamente correlato ai rulli di guida, ai rulli di piegatura e al sistema di controllo della forma della lamiera. La sua struttura di alloggiamento del cuscinetto è relativamente compatta, con interfacce complesse, e richiede un'elevata precisione dimensionale e uniformità di gruppo. L'obiettivo è garantire la precisione di guida dei rulli di guida, controllare la deformazione obliqua e disporre in modo razionale le strutture di lubrificazione, raffreddamento e tenuta.

3. Differenze nelle condizioni di lavoro degli alloggiamenti dei cuscinetti per laminazione a caldo, laminazione a freddo e laminazione di fogli sottili

I requisiti fondamentali per gli alloggiamenti dei cuscinetti nei laminatoi a caldo sono resistenza, resistenza agli urti e adattabilità all'ambiente caldo. Nell'area di laminazione a caldo sono presenti radiazioni ad alta temperatura, scaglie di ossido, erosione da vapore acqueo e ampie fluttuazioni della forza di laminazione. Sebbene l'alloggiamento del cuscinetto non entri in contatto diretto con la billetta calda, si trova sempre in un ambiente ostile. Pertanto, è necessario prestare attenzione al fattore di sicurezza strutturale, alla resistenza all'usura della superficie di contatto, alla protezione della tenuta, all'affidabilità della lubrificazione e alla manutenibilità. I ​​materiali possono essere scelti tra acciaio fuso, acciaio legato fuso, ghisa sferoidale o acciaio forgiato in base alle dimensioni strutturali, al livello di carico e all'economicità di produzione. Non si può semplicemente presumere che un determinato tipo di alloggiamento del cuscinetto debba necessariamente utilizzare un determinato tipo di materiale.

I requisiti fondamentali per l'alloggiamento dei cuscinetti nei laminatoi a freddo sono rigidità, precisione e stabilità dinamica. La velocità di laminazione a freddo è elevata e i requisiti di controllo della forma e dello spessore delle lamiere sono rigorosi. Piccole deformazioni, variazioni di gioco o errori di assemblaggio dell'alloggiamento del cuscinetto possono compromettere la stabilità di laminazione e la qualità del prodotto. La sua progettazione deve concentrarsi sulla precisione del foro del cuscinetto, della superficie di guida della finestra, della superficie di posizionamento e delle interfacce relative ai rulli di piegatura, ai rulli di scorrimento, all'AGC, ecc. Allo stesso tempo, deve anche considerare il controllo delle vibrazioni durante il funzionamento ad alta velocità e la precisione di posizionamento ripetibile dopo molteplici cambi di rulli. 

Il requisito fondamentale per l'alloggiamento del cuscinetto nella macchina per la laminazione di fogli sottili è elevata precisione, basse vibrazioni e stabilità dimensionale. I fogli estremamente sottili, come quelli di alluminio e di batterie, sono estremamente sensibili alle vibrazioni del laminatoio. Anche lievi vibrazioni dei rulli o deformazioni locali dell'alloggiamento del cuscinetto possono causare segni di vibrazione, variazioni di spessore o difetti di forma sulla superficie del foglio. Pertanto, l'alloggiamento del cuscinetto della macchina per la laminazione di fogli sottili non solo deve garantire precisione di posizionamento e uniformità di assemblaggio, ma deve anche prestare attenzione allo smorzamento strutturale, al controllo dell'aumento di temperatura, alla tenuta della lubrificazione e all'adattabilità ad ambienti puliti. Alcune macchine per la laminazione di alta precisione possono utilizzare materiali con buone prestazioni di smorzamento, come la ghisa sferoidale, ma è comunque necessario verificarne in modo esaustivo la resistenza al carico, la rigidità, le sollecitazioni di contatto e gli standard del cliente.

4. La selezione del materiale non può essere giudicata semplicemente in base alla dimensione del carico

L'essenza della scelta del materiale per l'alloggiamento dei cuscinetti consiste nel raggiungere un equilibrio tra resistenza, rigidità, tenacità, smorzamento, producibilità, costo e manutenibilità.

Alcuni alloggiamenti per cuscinetti dei rulli di lavoro utilizzano acciaio forgiato o acciaio legato di alta qualità perché i rulli di lavoro vengono sostituiti frequentemente e sono soggetti a forti sollecitazioni dovute a urti e carichi alternati. Le superfici di guida, le superfici di bloccaggio e le aree di installazione dei cuscinetti sono soggette a usura o fatica. L'acciaio forgiato presenta una buona densità, tenacità e resistenza alla fatica, caratteristiche che lo rendono adatto a condizioni di lavoro con carichi elevati, alta precisione o forti impatti. Tuttavia, ciò non significa che tutti gli alloggiamenti per cuscinetti dei rulli di lavoro debbano essere realizzati in acciaio forgiato. Per le macchine di laminazione di medie dimensioni o in condizioni di lavoro non restrittive, è possibile utilizzare anche acciaio fuso, ghisa sferoidale o strutture combinate.

Gli alloggiamenti dei cuscinetti a rulli di grandi dimensioni, a causa delle loro dimensioni e della loro struttura complessa, sono spesso realizzati in acciaio fuso o con grandi strutture in fusione, e possono includere canali di lubrificazione, cavità di ritorno dell'olio e strutture di sollevamento. Il processo di fusione offre vantaggi nella realizzazione di strutture grandi e complesse e nel controllo dei costi. Purché la qualità della fusione, il trattamento termico e il controllo dei difetti siano eseguiti correttamente, è possibile soddisfare pienamente i requisiti di resistenza, rigidità e durata.

Il valore della ghisa sferoidale risiede principalmente nelle sue prestazioni di smorzamento, nella capacità di formatura per fusione e nella stabilità dimensionale. In alcune macchine di laminazione di precisione sensibili alle vibrazioni o in macchine per la laminazione di fogli, può essere utilizzata come una delle soluzioni di materiale per ridurre la risposta alle vibrazioni. Tuttavia, la resistenza, la tenacità e la saldabilità della ghisa sferoidale sono diverse da quelle dell'acciaio e non può essere sostituita direttamente dall'acciaio solo perché ha un buon smorzamento. È ancora necessaria una verifica ingegneristica.

5. La qualità di fabbricazione determina la durata dell'alloggiamento del cuscinetto.

La produzione dell'alloggiamento del cuscinetto non è un semplice processo di fusione o lavorazione meccanica, bensì un'ingegneria sistematica che controlla in modo uniforme materiali, trattamenti termici, processi, ispezioni e parametri di riferimento per l'assemblaggio.

Nella fase delle materie prime, i punti chiave di controllo includono la composizione chimica, i difetti interni, le inclusioni, il ritiro e la porosità, nonché le tensioni residue derivanti dalla fusione e dalla forgiatura. Gli alloggiamenti dei cuscinetti di grandi dimensioni dovrebbero ridurre i rischi di qualità attraverso una progettazione razionale dei montanti e dei condotti di alimentazione, la simulazione della solidificazione, i processi di forgiatura e i sistemi di trattamento termico. È importante notare che gli elevati requisiti di purezza per la fusione dei rulli non corrispondono direttamente a tutti i requisiti degli alloggiamenti dei cuscinetti. I requisiti specifici devono essere determinati in base al materiale dell'alloggiamento del cuscinetto, alle condizioni di lavoro e agli accordi tecnici.

Nella fase di lavorazione, i punti di controllo chiave includono i fori dei cuscinetti, le superfici terminali, le superfici di guida delle finestre, le superfici di installazione del rivestimento, le superfici di bloccaggio e i sistemi di fori di lubrificazione. Per gli alloggiamenti dei cuscinetti laminati a freddo e a lamina, è inoltre importante prestare attenzione alla coerenza del gruppo di più alloggiamenti dei cuscinetti per evitare deviazioni dell'asse centrale del sistema di rulli, spazi anomali tra le finestre o errori di controllo della forma della piastra durante l'assemblaggio.

Nella fase di ispezione, oltre ai controlli dimensionali di routine, è necessario combinare prove non distruttive, prove di durezza, rimisurazioni delle posizioni critiche della forma e verifiche di assemblaggio di prova, tenendo conto dei tipi di materiale e dei requisiti del cliente. Per le macchine avvolgitrici a sei rulli, a venti rulli e di fascia alta, esiste una chiara relazione dimensionale a catena tra l'alloggiamento del cuscinetto, il rivestimento, il cuneo, la guida e i componenti del gruppo cuscinetto, e l'accumulo di errori deve essere controllato da una prospettiva di sistema.

6. Da "Acquisto di parti" a "Acquisto di affidabilità del sistema"

Quando un alloggiamento del cuscinetto si guasta, non solo il singolo componente ne risente, ma può anche causare il surriscaldamento del cuscinetto, il sovraccarico dei rulli, la deformazione anomala della piastra, le vibrazioni della macchina di laminazione, arresti imprevisti e persino danni al telaio. Rispetto alla differenza di prezzo di acquisto, le perdite causate da arresti, riparazioni e problemi di qualità sono spesso maggiori.

Pertanto, nell'acquisto di alloggiamenti per cuscinetti non si dovrebbe confrontare solo il prezzo unitario, ma anche valutare le capacità di verifica della progettazione del fornitore, le capacità di controllo dei materiali, l'esperienza nei trattamenti termici, le capacità di lavorazione di precisione, i metodi di ispezione e le capacità di risoluzione dei problemi a ciclo chiuso in loco. 

Guangwei Precision è da tempo profondamente impegnata nella ricerca e produzione di componenti chiave per apparecchiature metallurgiche. Fornisce alloggiamenti per cuscinetti e relativi componenti fondamentali per laminazione a caldo, laminazione a freddo, laminazione di lamine e linee di produzione di lamiere e nastri. La nostra attenzione non si concentra solo sulla fornitura del prodotto, ma anche sul funzionamento stabile a lungo termine degli alloggiamenti per cuscinetti nel sistema di laminazione. Attraverso la selezione dei materiali, l'ottimizzazione strutturale, il controllo della precisione di lavorazione, la verifica dei test e i cicli di feedback applicativi in ​​loco, offriamo ai clienti prodotti e soluzioni per alloggiamenti per cuscinetti più affidabili, durevoli e pratici.

Informazioni su GW Precision

GW Precision Technology Co., Ltd. è un'impresa high-tech certificata a livello nazionale, specializzata nella produzione di bobine di acciaio di precisione dal 2006 – tra i produttori di bobine di acciaio più longevi in ​​Cina. I prodotti GW sono destinati ad applicazioni di avvolgimento di lamiere e fogli di alluminio, rame, acciaio inossidabile e acciaio al silicio, con clienti in numerosi paesi in tutto il mondo.

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