Velocità ed efficienza nei laminatoi di ultima generazione
L’efficienza di un moderno laminatoio dipende anche dalla qualità dei componenti meccanici, in particolare giunti di trasmissione e limitatori di coppia per garantire la corretta forza di laminazione in ogni condizione operativa. R+W, azienda del gruppo tedesco Poppe & Potthoff specializzata negli organi di trasmissione di potenza per l’industria, offre soluzioni specifiche che garantiscono sicurezza e affidabilità in condizioni di carichi estremi
Per rispondere alle esigenze di qualità, prestazioni e tempistiche sempre più veloci della clientela, le aziende italiane impegnate nell’ambito della laminazione hanno adottato una filosofia operativa ispirata a Industria 4.0. Soprattutto in situazioni di difficoltà del mercato, gli operatori sono chiamati a ridisegnare processi e metodologie alla luce dell’innovazione tecnologica. Questo per le imprese di settore significa adottare macchinari di tecnologia avanzata realizzati con componenti meccanici di ultima generazione, ovvero concepiti in modo intelligente. È il caso di R+W che, per andare incontro alle esigenze delle aziende di avere macchinari sempre più performanti, sfrutta il più possibile la scienza dei materiali, utilizzando prodotti in grado di unire leggerezza e prestazione. Un esempio in questa direzione sono gli alberi di collegamento con tubi in materiale composito della serie ZAL di R+W. Semplici e veloci da montare, completamente privi di gioco, gli alberi di collegamento ZAL sono realizzati con morsetti completamente scomponibili e tubo intermedio in materiale composito in fibra di carbonio, quindi capaci di coniugare leggerezza e rigidità. Un impianto progettato prevedendo meccanica leggera assorbe meno energia ed è quindi più efficiente. Un importante contributo in termini di efficientamento degli impianti lo danno anche i limitatori di coppia della serie ST di R+W: si tratta di giunti di sicurezza modulari che possono scongiurare qualsiasi fermo macchina dovuto a sovraccarichi di coppia e quindi garantire continuità nella produzione. Realizzati in acciaio brunito ad alta resistenza, sono assolutamente privi di necessità di manutenzione. Il riarmo avviene con facilità e rapidità, permettendo una pronta ripresa della produzione evitando onerosi e prolungati fermi macchina.
Figura 1: Rappresentazione schematica del processo di laminazione a caldo 
Figura 2: Rappresentazione schematica di un impianto di laminazione
Il processo di laminazione
Il processo di laminazione consente di ridurre lo spessore o di variare la sezione trasversale di un materiale tramite carichi di compressione esercitati da rulli. Per larga parte degli acciai e dei metalli non ferrosi, la laminazione costituisce il primo processo impiegato nella conversione da materiale grezzo a semilavorato o a prodotto finito. Il metallo viene fatto passare tra due rulli che ruotano in senso opposto, posizionati ad una distanza tale da consentire un’apertura dall’altezza inferiore allo spessore del metallo in ingresso. Poiché i rulli ruotano a una velocità periferica superiore alla velocità di traslazione del metallo in arrivo, l’attrito che insorge lungo l’interfaccia di contatto fa sì che il metallo venga spinto in avanti. Il metallo viene così schiacciato e si allunga per compensare la diminuzione dello spessore e dell’area della sezione trasversale.
Il processo di laminazione presenta due varianti fondamentali: la laminazione a caldo e la laminazione a freddo. Nella laminazione a caldo, rappresentata schematicamente in Figura 1, il controllo della temperatura è fondamentale per l’esecuzione corretta del processo, analogamente a tutte le altre lavorazioni ad elevati regimi termici. I processi di laminazione a caldo terminano, generalmente, quando la temperatura è maggiore di un valore compreso tra 50 ed i 100 °C della temperatura di ricristallizzazione del materiale sottoposto a laminazione.
La laminazione a freddo può essere impiegata nella produzione di lamiere, nastri, foglio, barre e altri profilati con alti livelli di finitura superficiale e dalle dimensioni accurate. Le deformazioni che entrano in gioco nel processi di laminazione a freddo risultano contenute, mentre i carichi agenti sui rulli sono di notevole entità. Ciò determina un approccio diverso alla progettazione dei sistemi di movimentazione, dovendo i componenti di trasmissione funzionare in condizioni gravose.
Figura 3: Principali configurazioni di un impianto di laminazione 
Figura 4: Giunto a denti serie BZ di R+W
I principali componenti di un impianto di laminazione
Un impianto di laminazione, schematicamente mostrato in Figura 2 è fondamentalmente costituito dai treni di laminazione (con una o più gabbie), dai forni di riscaldo (nel caso di laminazione a caldo) e dai dispositivi accessori. Le gabbie di laminazione costituiscono l’intelaiatura nella quale sono alloggiati i rulli di laminazione; sono generalmente formate da robusti montanti in acciaio lavorato per fusione ed irrigidite da traverse opportunamente dimensionate. Gli stessi rulli sono poi dotati di cuscinetti, opportunamente calettati alle estremità e inseriti in apposite sedi dette ‘guarniture’. Generalmente, un rullo di laminazione presenta una parte centrale che agisce direttamente con il materiale durante la laminazione), dei perni su cui vengono calettati i cuscinetti alloggiati nelle guarniture e delle predisposizioni per gli accoppiamenti cinematici con i giunti con allunga.
Le principali configurazioni di un impianto di laminazione sono date dalla disposizione dei rulli nella gabbia di laminazione (Figura 3). Le gabbie di laminazione sono dotate, inoltre di sistemi di riposizionamento in altezza dei rulli superiori e di sistemi per il controllo della planarità del laminato al fine di evitare errori di lavorazione, come la disuniformità dello spessore del laminato e le criccature ai bordi.
Figura 5: Limitatore di coppia della serie ST di R+W 
Cold rolling mill / Laminazione a freddo
Gli organi di trasmissione in genere comprendono:
– un volano, che ha il compito di accumulare energia cinetica per compensare il maggiore sforzo richiesto al motore elettrico in fasi come la sbozzatura, mantenendo la velocità di rotazione dei rulli costante;
– un riduttore gabbia – pignone, che ha il compito di trasmettere e distribuire (sdoppiandola) la coppia dal motore alle allunghe; in genere è formato da – – – una serie di ingranaggi a dentatura elicoidale e talvolta corredate da coppie coniche con dentatura Gleason;
– giunti ad allunga;
– giunti a denti e limitatori di coppia.
Gli organi di trasmissione R+W sono compatti, precisi ed offrono un elevato livello di flessibilità. In Figura 4 è mostrato un esempio di giunto a denti, mentre in Figura 5 è mostrato un limitatore di coppia del tipo impiegato in combinazione con i giunti a denti.
Laminazione a freddo di foglio d’alluminio
Il ruolo del fornitore di componenti
Un’attività complessa come la progettazione degli impianti per la laminazione dell’alluminio può trovare un valido supporto nei fornitori di componenti. È il caso di R+W, azienda leader nella produzione di giunti e alberi di trasmissione, in grado di mettere la sua esperienza a disposizione del progettista.
Nel settore degli impianti per la laminazione dell’alluminio, R+W fornisce soluzioni specifiche per le esigenze di trasmissione della coppia. Oltre ai già citati limitatori di coppia della serie ST e giunti con allunga della serie ZAL in fibra di carbonio, R+W rende disponibili anche i giunti a denti della serie BZ usati in combinazione con i giunti di sicurezza ST.
Resistenti, robusti e compatti, i giunti a denti di R+W presentano un’elevata densità di coppia e trovano largo impiego in applicazioni legate all’industria pesante, come le trasmissioni del moto nei laminatoi. I giunti a denti trasmettono la coppia da 1.900 a 2.080.000 Nm con elevata rigidità torsionale e con gioco ridotto. Per assicurare un’ottima performance, R+W produce sia i mozzi dei giunti che i manicotti delle flange con precisi profili dentati, realizzati con acciaio ad alta resistenza. I giunti a denti permettono inoltre un’elevata compensazione dei disallineamenti con basse forze di richiamo; la trasmissione sicura della coppia è ottenuta mediante viti di precisione con filettatura fine.
Ricorrendo all’uso dei giunti di trasmissione R+W si riesce a conseguire la realizzazione di azionamenti con la capacità di controllare meglio la planarità del prodotto laminato, evitando difetti come la disomogeneità dello spessore e le cricche sui bordi. L’insorgenza di questi errori è legata alla natura dei carichi agenti sul rullo superiore della gabbia di laminazione ai quali fanno fronte le caratteristiche di flessibilità, alta rigidità torsionale e compensazione dei disallineamenti proprie dei giunti R+W.