IT201800006938A1 - Procedimento continuo di produzione di capillari in leghe non-ferrose. - Google Patents

Description

"Procedimento continuo di produzione di capillari in leghe non-ferrose"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un procedimento continuo per produrre capillari in metalli e leghe non-ferrosi. Anche se il procedimento dell'invenzione può essere applicato ad una vasta gamma di metalli e leghe non ferrosi ad es. a rame, zinco, piombo, magnesio, argento, oro, ecc., e loro leghe, esso è risultato particolarmente utile nella lavorazione delle leghe di alluminio rivelatisi di ampio uso commerciale .

L'uso dei capillari è andato diffondendosi sempre di più nel campo delle valvole di laminazione impiegate nei circuiti di raffreddamento di apparecchi elettrodomestici.

L'uso massiccio di queste valvole ha richiesto l'elaborazione di metodi di produzione di massa di tali capillari che garantissero la quantità e qualità dei capillari, ad es. in termini di produttività elevata e di costanza delle caratteristiche strutturali. A tal scopo, il rame e sue leghe sono risultati i più idonei a soddisfare i requisiti di alta produttività e costanza di caratteristiche strutturali. Tuttavia, a causa dei costi elevati del rame, è sorta la necessità di produrre capillari da materiali alternativi, meno costosi, in particolare da leghe di alluminio.

L'impiego delle leghe di alluminio per la produzione di massa di capillari ha richiesto particolari accorgimenti al fine di soddisfare i requisiti relativi a caratteristiche strutturali e meccaniche adeguate a consentire la produzione continua, priva di difetti e interruzioni, di bobine di lunghezze sufficienti, ad es. una lunghezza superiore a 100 m, preferibilmente superiore a 1000 m, ad es. fino 5 km e oltre. I processi attualmente in uso per la produzione continua, di massa, di bobine di capillari, comprendono in generale l'estrusione a caldo di materiali di partenza a sezione piena, ottenuti per colata, ad es. billette, seguita da stadi successivi di trafilatura a freddo. Per l'applicazione di tali processi convenzionali, si è riscontrato che non tutte le leghe di alluminio risultano adeguate alla produzione continua in quanto danno luogo a cedimenti strutturali e rotture, o, quantomeno a difetti dei capillari in caso di lunghezze sostanziali ad es. oltre i 100 m.

Per ovviare ai problemi sopra segnalati, il brevetto EP 1.840.487, ha proposto una particolare composizione di lega di alluminio, la quale pur appartenendo alla serie UNI 3103 di tali leghe, rappresenta una specifica selezione. Secondo questo brevetto, si rivendica, una composizione selezionata di lega di Al che sarebbe la sola in grado di resistere alla produzione continua di capillari di lunghezze superiori a 100 m senza subire rotture e/o difetti e che consentirebbe la produzione di capillari con diametri interni sostanzialmente costanti . Oltre la specifica composizione ivi rivendicata, il brevetto EP 1.840.487 rivendica anche un relativo metodo di produzione continua di capillari di leghe di Al che prevede l'estrusione a caldo di billette di partenza, una loro successiva trafilatura fino ai diametri capillari intesi, lavaggi delle superfici interne delle bobine di capillari e, infine, un trattamento termico finale per aumentare la duttilità dei capillari ottenuti. Sono anche noti nella tecnica convenzionale processi di produzione di tubi tramite estrusione rotativa a freddo, ad es. da US 3765216. Secondo questa tecnica si crea una frizione forte fra una ruota girevole attorno ad un perno ed una parete statica dell'apparecchio, la quale produce il calore necessario allo snervamento di un metallo da estrudere, senza necessità di apporto esterno di calore. Il brevetto US 5.167.138 descrive un apparecchio per l'estrusione rotativa continua comprendente mezzi di raffreddamento per garantire l'uniformità dimensionale dei grani dell'estruso. Secondo la domanda di brevetto cinese CN 102615139 viene proposta una particolare lega di Al, ad elevato contenuto di Si, per migliorare la produttività di un processo continuo di estrusione rotativa di tubi convenzionali, con diametro di 10-12 mm. Alla luce delle problematiche dell'estrusione a freddo ad es. quelle accennate nei summenzionati documenti, non è stato proposto il suo uso nella produzione di capillari .

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un processo di produzione di massa di capillari, in particolare da leghe di alluminio, che sono vantaggiose sotto il profilo dei costi rispetto ai capillari a base di rame e sue leghe, il quale processo sia semplificato, sia economicamente più vantaggioso e abbia un minor impatto ambientale rispetto ai processi di formatura finora utilizzati .

Uno scopo ancora dell'invenzione è quello di realizzare un processo di produzione in continuo, praticamente infinita, di tubi che non abbiano i difetti strutturali risultanti tipicamente dall'estrusione a caldo, ad es. giunzioni a bamboo, soffiature, incrinature ed inclusioni ed abbiano una sezione interna sostanzialmente costante, consentendo un loro utilizzo diretto per la produzione di capillari, senza necessità di interventi aggiuntivi per la loro realizzazione .

Un'ulteriore scopo dell'invenzione è quello di realizzare un processo per la produzione di capillari che sia applicabile alle leghe non ferrose in generale, e, in particolare, a leghe di alluminio con composizioni variabili entro un'ampia gamma, includenti leghe di uso comune, che non abbiano particolari limitazioni o vincoli relativi alla loro composizione chimica e che siano liberamente disponibili sul mercato, ad es. come semilavorati a sezione piena.

Questi ed altri scopi che .meglio appariranno in seguito vengono raggiunti da un processo di produzione di capillari da leghe non-ferrose comprendente una estrusione rotativa continua a freddo di un semilavorato di partenza a sezione piena, prodotto tramite colata, per ottenere un tubo a sezione cava, in cui la deformazione del semilavorato da estrudere è realizzata soltanto con forza di attrito, un raffreddamento del tubo estruso alla temperatura ambiente, ed almeno uno stadio di trafilatura a freddo del tubo estruso per ridurne il diametro a quelli corrispondenti ad un capillare.

Il procedimento secondo l'invenzione comprende quindi una prima fase di estrusione rotativa continua a freddo secondo una tecnica descritta ad es. in US 3.765.216 o US 4.055.979, nella quale il semilavorato da estrudere è alimentato a freddo, senza riscaldamento preventivo, ed esso raggiunge la deformazione necessaria solo grazie a forza di attrito generata nell'estrusore. In particolare, secondo tale tecnica, un semilavorato di partenza, che è comunemente una vergella a sezione piena, ottenute convenzionalmente tramite colata e laminazione a freddo in linea, è alimentato a freddo ad un estrusore rotativo comprendente una ruota di acciaio girevole, azionata da motore e riduttore. La ruota è dotata di scanalatura esterna, perimetrale, senza fine, nella quale è inserita la vergella che viene trascinata attraverso una camera di estrusione e ivi sottoposta a elevata forza di attrito sviluppata dallo sfregamento fra la ruota e una sezione della parete della camera, ad es. grazie a sporgenze o spuntoni ivi posizionati che contattano la scanalatura della ruota durante la rotazione. Quindi, la vergella nella scanalatura raggiunge nella zona di attrito il tasso dì snervamento o deformazione della lega di cui è fatta, consentendone l'estrusione attraverso una filiera, ad es . a ponte, predisposta nella camera di estrusione. Si attua così, in questa prima fase del processo, una estrusione continua rotativa in cui si raggiunge comunque il tasso di deformabilità e l'estrusione della vergella senza apporto di calore esterno o riscaldamento indotto.

In pratica, si può usare una vergella di partenza a forma di matassa di peso che può essere nettamente superiore a quanto utilizzabile in un processo di estrusione a caldo. A titolo illustrativo si può usare una matassa da 2000 kg, posta ad es. su pallet, che viene svolta e pulita sulla superficie esterna mediante spazzolatura o passaggi in soluzioni acquose, in linea al processo, e che è quindi alimentata alla estrusione rotativa continua. La vergella può avere un diametro iniziale esterno ad es. di 9.5-15 mm. Mentre il processo è applicabile a vari metalli leghe non-ferrosi, ad es. anche di rame, esso è particolarmente vantaggioso nella fabbricazione di capillari di leghe di alluminio richiesti diffusamente, ad es. nel campo delle valvole di laminazione, grazie al loro costo ridotto rispetto al rame e le leghe di rame. E' stato infatti riscontrato, vantaggiosamente, che si può usare il procedimento della presente invenzione con un'ampia gamma di leghe di alluminio con caratteristiche meccaniche adatte ad una agevole formabilità tramite estrusione, senza altri vincoli o limitazioni di composizione chimica. Sono quindi utilizzabili le leghe di alluminio definite dalla norma UNI EN 573-3 serie da 1000 a 6000, ad esempio le leghe della serie 3000, ad esempio la lega EN-AW 3103 con contenuti di Si, Fe e Mg, ben superiori a quelli delle leghe di Al descritte in EP 1840 487.

Il tubo uscente dalla macchina di estrusione rotativa a freddo è fatto passare attraverso una vasca di raffreddamento e asciugatura per raffreddarlo a temperatura ambiente.

Il tubo estruso risultante è quindi inviato ad un controllo di qualità a correnti indotte, ad es . attraverso delle boccole di guide, per la marcatura di eventuali difetti in linea e, quindi può essere inviato agli successivi stadi di trafilatura a freddo, o direttamente oppure previa avvolgitura mediante bobinatori, in attesa di tali successive lavorazioni.

Il procedimento dell'invenzione comprende infine almeno uno stadio finale di trafilatura a freddo, ma, preferibilmente una successione di stadi di trafilatura per una riduzione graduale del diametro del tubo estruso fino al raggiungimento del diametro desiderato del capillare, usualmente un diametro interno nella gamma da 0.2 a 4.5 mm. In pratica la trafilatura a freddo è di tipo convenzionale in cui vengono effettuate tramite linee di trafilatura, una o più riduzioni a freddo della sezione dei tubi mediante filiere e mandrini opportunamente dimensionati.

Come risulta da quanto sopra, il procedimento secondo l'invenzione presenta notevoli vantaggi grazie all'impiego di una estrusione rotativa continua a freddo che non fa uso di riscaldamento indotto, in combinazione con la trafilatura a freddo finale. Sostituendo alla convenzionale estrusione a caldo l'estrusione rotativa a freddo in cui il riscaldamento è fornito dalla forza di attrito e la deformazione è effettuata dalla ruota in rotazione, si riduce sensibilmente il consumo di energia elettrica, con un rapporto di consumo kw/ton di prodotto pari ad un terzo del comune processo di produzione di capillari basato sull'estrusione a caldo. Inoltre, il processo di estrusione continua a freddo, oltre a non utilizzare riscaldamento indotto, grazie alla sua metodologia di deformazione sulla ruota girevole riduce la formazione di ossidi e non richiede sostanze lubrificanti sugli utensili di produzione rendendo perciò opzionale e non indispensabile il lavaggio del tubo capillare. Infatti, nel processo di estrusione a caldo può essere necessaria, oltre agli utensili, la lubrificazione del contenitore billetta, con grafite, olio o polimeri appositamente formulati.

L'impatto ambientale è sensibilmente attenuato in quanto si riduce il consumo di risorse idriche al di sotto di 50 m3/h di acqua e olio idraulico al di sotto di 1 m3 per l'azionamento dei macchinari, e si riducono nel contempo le emissioni di carbonio. Infatti, non essendo necessario il riscaldamento indotto, non è previsto alcun forno di riscaldamento, che convenzionalmente è a induzione elettrica, e richiede quindi un sistema di raffreddamento con conseguente incremento di volume d'acqua necessaria. In alternativa, si consegue un azzeramento dei consumi di gas metano utilizzato per forni di riscaldamento ad alimentazione con gas metano.

Infine, il procedimento dell' invenzione consente di produrre capillari con lunghezza illimitata, comunque nettamente superiore a 10000 mm e con diametri interni sostanzialmente costanti che consentono variazioni minime di portata di fluido, e con rugosità esterna ed interna ottimali .

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento di produzione di capillari da leghe non-ferrose, comprendente una estrusione rotativa continua a freddo di un semilavorato di partenza a sezione piena, prodotto tramite colata, per ottenere un tubo a sezione cava, in cui la deformazione del semilavorato da estrudere è realizzata soltanto con forza di attrito, un raffreddamento del tubo estruso alla temperatura ambiente, ed almeno uno stadio di trafilatura a freddo del tubo estruso per ridurne il diametro a quelli corrispondenti ad un capillare.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1 comprendente ulteriormente uno stadio di avvolgimento del tubo estruso sotto forma di bobina prima dell'alimentazione allo stadio di trafilatura a freddo.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2 in cui la detta lega non-ferrosa è una lega di alluminio scelta nella normativa UNI EN 573-3 serie da 1000 a 6000.
4. 4. Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 3 in cui la lega è una lega di alluminio della serie UNI 3103.
5. 5. Procedimento secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni comprendente una pluralità di stadi di trafilatura a freddo attuati in successione fino ad ottenere un diametro interno di capillare nella gamma da 0.2 a 4.5 mm.
6. 6. Procedimento secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni in cui l'estrusione rotativa continua è realizzata utilizzando una ruota con scanalatura esterna perimetrale, senza fine, nella quale è alloggiato il detto semilavorato che viene alimentato ad una camera di estrusione attraverso un contatto con sporgenze nella camera per sviluppare attrito sufficiente a raggiungere la deformazione necessaria all'estrusione del semilavorato.
7. 7. Uso di una estrusione rotativa continua a freddo che genera attrito sufficiente per la deformazione ed estrusione di un semilavorato a sezione piena, in combinazione con almeno uno stadio di trafilatura a freddo, per produrre capillari di leghe non-ferrose.
8. 8. Uso secondo la rivendicazione 7 in cui la lega non-ferrosa è una lega di Al della serie 1000-6000 UNI EN 573-3, in particolare una lega di Al della serie UNI 3103.
9. 9. Uso secondo la rivendicazione 7 o 8 in cui il capillare ha un diametro interno di 0.2-4.5 mm.