Analisi termodinamica del processo di trafilatura: studio del sistema filo-trafila

E’ noto che il processo di trafilatura, con i suoi 5000 anni di storia, è la più antica tecnologia ad elevato contenuto d’energia meccanica nella storia della civiltà umana ed è, tuttora, il fondamento di qualunque società industrializzata, tenendo conto che nulla è possibile costruire ove non si disponga di elettrodi, bulloni, viti, rivetti, funi metalliche per il trasporto ed il sollevamento o cavi elettrici.
La trafilatura è un processo nel quale il metallo è soggetto a grandissime deformazioni permanenti a carattere progressivo mentre si generano, per attrito, notevoli quantità di calore che devono essere smaltite in tempi molto brevi perché l’eventuale riscaldamento del filo inficerebbe in modo determinante il processo, rendendolo tecnicamente irrealizzabile.
Il problema fondamentale della trafilatura risiede dunque nello smaltimento del calore prodotto il quale, generato nel contatto fra il filo ed il suo utensile “la trafila”, si accumula in questa mentre si distribuisce lungo il filo per effetto del suo moto.
Se è possibile raffreddare la filiera con normali sistemi a circolazione d’acqua, è invece problematico il raffreddamento del filo per il quale non è stato realizzato, sino ad ora, un sistema veramente efficace in nessun paese del mondo.
Obiettivo della ricerca, nel cui ambito questa tesi è soltanto il primo passo, è la messa a punto di un sistema per il controllo della temperatura del filo che non s’ispira a nessuno di quelli attualmente in uso.
Il lavoro di tesi è stato condotto in collaborazione con la Redaelli Tecnasud S.p.A. ed è suddiviso in due parti:
· la prima, teorica, in cui sono esposti i principi di funzionamento del processo, gli attuali sistemi di raffreddamento ed alcuni metodi d’analisi che permettono di calcolare in prima approssimazione le variabili fondamentali.
· la seconda, sperimentale, in cui sono riportati i risultati della ricerca finalizzata alla misura di alcuni parametri rilevati durante il processo produttivo.
La gran complessità del processo di deformazione emerge palese ove si osservi che il metallo, attraversando la trafila, cambia le sue caratteristiche di resistenza cioè si muta ad ogni passo in un materiale diverso rendendo impossibile l’applicazione delle consuete teorie inerenti agli stati di sollecitazione; pertanto l’analisi del fenomeno deve essere condotta con metodi termodinamici la cui valutazione comparativa è stata argomento della prima parte del lavoro.
Si è poi studiato un sistema sperimentale per valutare la temperatura del filo in uscita, attraverso la misura effettuata in un punto della trafila; sistema che, dovendo funzionare non nell’ambiente virtuale di un laboratorio ma nel sistema reale, è stato ottenuto solo dopo aver risolto numerosi problemi di ordine tecnologico spesso non prevedibili in ambito puramente teorico. In effetti, sono stati necessari diversi tentativi non sempre con esito positivo, prima di poter giungere ad una configurazione oggettivamente valida.
In conclusione, dopo numerosi mesi di lavoro in reparto si è preparato un sistema che, confortato da ampie verifiche, ci sembra ragionevolmente valido ed a basso costo d’esercizio.
Ciò è necessaria premessa per la tesi successiva, già in fase iniziale, nel cui ambito ci si propone di studiare e realizzare il sistema di raffreddamento del filo, obiettivo finale dell’intera ricerca.