Bilanciamento dei rotori sui torni: Una soluzione economica per migliorare la qualità dei prodotti
Nella produzione moderna, in cui la qualità del prodotto riveste un'importanza fondamentale, bilanciamento del rotore diventa una parte essenziale del processo tecnologico. Tuttavia, l'acquisto di apparecchiature di equilibratura specializzate può risultare costoso per le piccole e medie imprese. In questo articolo esploriamo la possibilità di utilizzare i torni per l' rotore equilibratura, che può ridurre significativamente i costi delle attrezzature e migliorare l'efficienza produttiva.
Il tornio come strumento di equilibratura
Il tornio, grazie al suo design e alla sua funzionalità, può essere utilizzato con successo per bilanciare rotori di vari tipi e dimensioni. Il vantaggio principale di questo approccio è il risparmio sui costi, poiché non è necessario acquistare costose apparecchiature specializzate. Inoltre, l'uso di un tornio consente di eseguire il bilanciamento direttamente durante il processo di fabbricazione del rotore, il che riduce i tempi di produzione e migliora la qualità del prodotto.
Preparazione al bilanciamento
Prima di iniziare il processo di bilanciamento, è necessario eseguire diverse fasi preparatorie:
- Scelta del tornio appropriato: Il tornio deve avere una rigidità e una precisione sufficienti a garantire un montaggio affidabile del rotore e misure accurate delle vibrazioni.
- Installazione del sistema di misura: Per misurare il rotore vibrazione sul tornio, è possibile utilizzare un equilibratore portatile come il Balanset-1A Comprende sensori di vibrazione, un tachimetro, e un software per l'analisi dei dati e il calcolo delle masse correttive.
- Come gestire lo squilibrio proprio del mandrino: Non è necessario bilanciare il mandrino del tornio stesso. Faccia funzionare il tornio con il solo mandrino autocentrante (rotore rimosso) e registri il vettore di vibrazione: questa è la linea di base fornita dal mandrino e dall'autocentrante. Se rappresenta una frazione significativa della lettura del rotore, la sottragga, oppure — meglio — utilizzi la corsa indicizzata a 180° (la funzione “Mandrel eccentricity elimination”, “F7 - Run Ecc”), che separa automaticamente tutto ciò che non ruota insieme al rotore.
- Adattare il rotore alla macchina, non al mandrino: Ciò che conta è che la forza di squilibrio del rotore produca una risposta misurabile sulle sedi dei cuscinetti. Un tornio pesante e rigido risponde molto poco per ogni grammo di squilibrio, quindi su un rotore molto leggero il segnale scompare nel rumore, mentre un rotore molto pesante può superare il carico nominale del mandrino autocentrante o dei cuscinetti. In pratica, verifichi che un peso di prova correttamente dimensionato produca un cambiamento di ampiezza e fase pulito e ripetibile prima di fidarsi di un qualsiasi coefficiente di influenza.
- Verifica dell'eccentricità della copertura in gomma prima dell'equilibratura: Su un albero gommato, lo squilibrio di massa e il disassamento geometrico del rivestimento sono due difetti distinti. Il bilanciamento annulla la forza 1×; non può rendere rotondo un rivestimento eccentrico od ovale. Appoggi un comparatore a quadrante contro la superficie rivestita e ruoti l'albero a mano: se il disassamento totale indicato supera la tolleranza del prodotto, prima rettifichi o torniti il rivestimento fino a renderlo concentrico — sullo stesso tornio — e solo allora bilanci. Un albero che è bilanciato ma presenta ancora disassamento continuerà a produrre bande di calibro, striature e variazioni di pressione al nip, per quanto bassa sia la lettura della vibrazione.
In questo articolo illustrerò in dettaglio la nostra esperienza e la metodologia adottata per l' equilibratura dinamica alberi gommati su un tornio – una soluzione sulla quale, lo ammetto, ero inizialmente scettico a causa della rigidità intrinseca e del peso considerevole di tale macchinario. Sorprendentemente, l'operazione è stata eseguita senza intoppi, raggiungendo il grado di qualità di equilibratura G 6.3 (ISO 21940-11, precedentemente ISO 1940-1).
Processo di equilibratura del rotore su un tornio in teoria
Il processo di equilibratura del rotore su un tornio prevede le seguenti fasi:
Fissare il rotore
Il rotore viene montato saldamente nel mandrino del tornio o su centri per garantire la stabilità durante il processo di equilibratura.
Installazione dei sensori
Installi un sensore di vibrazione per ciascun piano di correzione — uno sulla sede del cuscinetto della testa motrice e uno sulla sede del contropunto o della lunetta — in direzione radiale, il più vicino possibile al cuscinetto, su una superficie metallica lavorata pulita tramite una base magnetica. Non monti i sensori sul banco del tornio, sul grembiule o su una protezione: lì il segnale 1× è attenuato e dominato dalla struttura. Incolli il nastro riflettente su una superficie metallica (l'estremità dell'albero o il mandrino), non sul rivestimento in gomma, e puntare il tachimetro laser perpendicolarmente ad essa.
Misurazione della vibrazione iniziale
Il livello di vibrazione iniziale viene misurato alla velocità che si utilizzerà per l'intero lavoro. Tutte le corse — Run 0, le corse di prova e la corsa di rifinitura — devono essere effettuate alla stessa velocità, perché i coefficienti di influenza sono validi solo per la velocità alla quale sono stati misurati.
Come tener conto dell'eccentricità (subito dopo Run 0)
Attrezzo e mandrino eccentricità aggiunge un vettore alla lettura di Run 0 che non è squilibrio, e correggerlo sarebbe sbagliato. Se ne occupi prima del peso di prova, non dopo: selezioni la casella “Mandrel eccentricity elimination” nel software del Balanset-1A, completi Run 0, poi ruoti il rotore di 180° nel dispositivo di fissaggio e prema “F7 - Run Ecc”. Il software prende la semisomma vettoriale come eccentricità e la semidifferenza vettoriale come squilibrio reale, e solo allora sblocca la corsa di prova. Fare questo dopo che i pesi di correzione sono già stati saldati significa ricalcolarli e rifarli.
Quanto deve essere grande un peso di prova?
Un punto di partenza sicuro è un peso la cui la forza centrifuga resta entro il 5–10% del peso del rotore. Come formula:
mtrial = k · M · g / (R · ω²), k = 0,05–0,10
dove M è la massa del rotore (kg), g = 9,81 m/s², R è il raggio di montaggio del peso (m), e ω = 2π·RPM/60 (rad/s). Esempio: un rotore da 50 kg a 3.000 rpm con il peso a R = 0,2 m dà m ≈ 0,07·50·9,81/(0,2·314²) ≈ 1,7 g — grammi, non centinaia di grammi. Sembra sorprendentemente poco per un rotore di 50 kg, ma verifichi la forza: a 3.000 rpm quei 1,7 g tirano già con F = m·R·ω² ≈ 34 N — circa il 7% del peso del rotore. Iniziare in piccolo è il punto chiave: aumentare è economico, mentre un peso sovradimensionato è un carico reale su cuscinetti e saldature. La stessa verifica della forza funziona al contrario per qualsiasi peso che sta per imbullonare.
Non è necessario calcolarlo a mano: il software Balanset include una First Trial Weight Estimator che consiglia sia la massa sia l'angolo iniziale a partire dai dati del vostro rotore, e un Test di urto per verificare di non lavorare vicino a una frequenza naturale.
Un buon peso di prova cambia la lettura di almeno il 20–30% in ampiezza o 20–30° in fase. Se la risposta è minore, aumentare il peso gradualmente — non passare mai direttamente a un peso elevato “per vedere se succede qualcosa”.
Installazione di un peso di prova
A peso di prova di massa nota viene installato sul rotore, e la vibrazione viene misurata di nuovo. Per il bilanciamento a due piani questo viene fatto in ciascun piano a turno — una corsa di prova con il peso nel piano 1 (Run 1), poi una corsa di prova con il peso nel piano 2 (Run 2) — in modo che il software possa misurare l'influenza di ciascun piano di correzione separatamente.
Calcolo delle masse correttive
Il software Balanset-1A analizza i risultati della misurazione e calcola le masse correttive necessarie e i relativi angoli di posizionamento.
Correzione della massa del rotore
A seconda del design del rotore e delle capacità del tornio, la correzione della massa può essere eseguita mediante foratura, fresatura, saldatura o altri metodi.
Verifica del bilanciamento
Dopo aver effettuato le correzioni, si esegue una misurazione delle vibrazioni di controllo. Se necessario, il processo viene ripetuto fino al raggiungimento del livello di equilibrio richiesto.
Equilibratura dinamica nella pratica
- Frequenza di rotazione: Tipicamente, la velocità di rotazione di esercizio di questi alberi varia tra 300 e 500 giri al minuto (rpm). In questo caso particolare, abbiamo eseguito l'equilibratura a 550 rpm.
- Impostazione: L'albero gommato è stato montato sulla macchina da tornio, seguito dal posizionamento strategico dei sensori, come illustrato nelle fotografie allegate.
Bilanciamento dinamico in loco di alberi gommati con l'ausilio di una macchina da tornio
Bilanciamento dinamico di alberi gommati
- Letture iniziali delle vibrazioni: Prima dell'equilibratura, le iniziale le letture di vibrazione erano di 9 mm/s e 17 mm/s.
- Corse di prova: Un lavoro a due piani richiede una corsa di prova in ciascun piano a turno — Run 1 con il peso nel piano 1, poi Run 2 con il peso nel piano 2. È stato saldato un peso di prova di 340 grammi; ha alterato la vibrazione e fase le letture di circa il 10%. Considerare tale risposta come un minimo assoluto: per una misurazione chiara e affidabile si punta normalmente a un peso di prova che sposti il vettore di vibrazione del 25–50%, ma un tornio pesante e rigido risponde molto poco per ogni grammo di massa di prova.
- Regolazioni di bilanciamento: Dopo le corse di prova con il peso di prova, il nostro strumento Balanset-1A ha indicato la necessità di aggiungere 3100 grammi su un lato dell'albero e 4300 grammi sull'altro, corrispondenti a correzioni in due piani. Dopo queste regolazioni, i livelli di vibrazione sono scesi a 2 mm/s e 4 mm/s.
Bilanciamento dinamico in loco di alberi gommati con l'ausilio di una macchina da tornio
Bilanciamento dinamico in loco di alberi gommati con l'ausilio di una macchina da tornio
- Messa a punto: Per ottimizzare ulteriormente i risultati, abbiamo proceduto ad aggiungere pesi da 400 grammi e 700 grammi. Successivamente, è stato eseguito un altro ciclo di messa a punto aggiungendo 200 grammi e 400 grammi. A causa dei vincoli di spazio, i pesi sono stati saldati uno sopra l'altro. Alla fine, questi pesi temporanei sono stati sostituiti con contrappesi tagliati con precisione ed esteticamente curati, realizzati appositamente per questo albero. Le letture finali di vibrazione sono state di un notevole 0,1 mm/s su entrambi i piani (una cifra arrotondata — sotto 1 mm/s lo strumento stesso mostra le letture con tre decimali).
Bilanciamento dinamico in loco di alberi gommati con l'ausilio di una macchina da tornio
Bilanciamento dinamico in loco di alberi gommati con l'ausilio di una macchina da tornio
Bilanciamento dinamico in loco di alberi gommati con l'ausilio di una macchina da tornio
Vantaggi dell'equilibratura del rotore sui torni
Costo-efficacia
L'uso di un tornio per l'equilibratura evita la spesa per l'acquisto di attrezzature di equilibratura specializzate.
Convenienza
L'equilibratura può essere eseguita direttamente durante il processo di produzione del rotore, riducendo i tempi di produzione.
Alta qualità
Le moderne equilibratrici portatili, come Balanset-1A, offrono un'elevata precisione di equilibratura, consentendo bassi livelli di vibrazioni e una migliore qualità del prodotto.
Conclusione
L'equilibratura dei rotori sui torni è una soluzione efficace ed economica per le aziende che vogliono migliorare la qualità dei prodotti e ridurre i costi di produzione. L'uso di bilanciatori portatili come il Balanset-1A rende questo processo semplice e accessibile anche alle piccole officine.
Promemoria importanti
- Per ottenere i migliori risultati, si raccomanda di utilizzare strumenti di misura di alta qualità e di seguire scrupolosamente la procedura di bilanciamento. È possibile stimare il valore ammissibile squilibrio residuo per il Suo rotore con il nostro calcolatore dello squilibrio residuo (ISO 1940).
L'equilibratura dei rotori sui torni è un passo verso il futuro della vostra produzione, che si ripaga con una migliore qualità del prodotto, una riduzione dei costi e una maggiore competitività della vostra azienda.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko è ingegnere di analisi delle vibrazioni nonché fondatore e amministratore delegato di Vibromera. Da più di 15 anni bilancia macchine rotanti sul campo anziché al banco di prova: pacciamatrici, ventilatori industriali, frantoi, centrifughe, alberi e mandrini. È da questo lavoro che sono nati gli strumenti Balanset — sono stati progettati come uno strumento che il tecnico può portare fino alla macchina e usare da solo, in loco, e non come apparecchiatura da laboratorio. Vibromera è stata fondata nel 2017 e dal 2023 ha sede a Porto, in Portogallo. Qui avvengono lo sviluppo, l'assemblaggio e l'assistenza della linea Balanset. Lo strumento di punta è il Balanset-1A, un analizzatore portatile per il bilanciamento su uno e due piani e per la diagnostica delle vibrazioni. Nikolai segue personalmente l'assistenza ai clienti, la risoluzione dei casi di bilanciamento più difficili e lo sviluppo del software. Lavora con clienti in tutto il mondo, in qualsiasi lingua.
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