Волочение проволоки из катанки

Волочение проволоки — это одна из разновидностей формы обработки металлических изделий. Отличительная черта операции заключается в том, что она проводится под высоким давлением. Оно воздействует на заготовку, которая имеет круглое или фасонное сечение. Такая заготовка протаскивается под давлением сквозь отверстия, которые изначально меньше, чем диаметр, протягиваемого изделия. Таким образом и получают проволоку.

Виды операции

На сегодня используется большое количество методов волочения проволоки. Если говорить о типах операции, то она может быть двух видов. Первый вид называется сухим. В данном случае процесс протягивания осуществляется через емкость, внутри которой мыльный порошок.

Мокрый тип операции выполняется при помощи мыльной эмульсии. Данная операция имеет чистоту обработки, которая также может быть выполнена в двух категориях. Первая — это черновая, или же подготовительная. Второй тип — чистовая обработка. Это финальная стадия, которая необходима, чтобы создать нужную форму и размер проволоки.

Волочение также имеет такой этап, как кратность. Возможен однократный переход или же многократный. Во втором случае предполагается, что одна и та же заготовка несколько раз пройдет через станок. Кроме того, работа может выполняться параллельно. То есть заготовка может быть однониточной, а может быть многониточной.

Отличаться могут также и волоки своей подвижностью. Они могут быть либо вращающегося типа, либо неподвижного. Последний элемент, который оказывает влияние на ход операции, — это нагрев заготовки. Естественно, что она может быть холодной или же горячей.

Суть волочения

В настоящее время возможно волочение алюминиевой проволоки, медной или же стальной. Оборудование, в котором имеется отверстие нужного диаметра, называется волоком, отсюда и название процедуры. Само же отверстие называется фильерой. От его формы и будет зависеть конечный результат всей процедуры.

Кроме того, если сравнивать процедуру волочения проволоки и прокат, то первый способ гораздо более эффективен, так как он обеспечит большую чистоту, а также точность поверхности проволоки. К тому же процедура эта характеризуется еще и тем, что в процессе ее проведения улучшаются механические показатели, что обусловлено снятием наклепа. В настоящее время есть возможность изготавливать проволоку с диаметром от 1-2 микрон до 10, а в отдельных случаях и более, миллиметров.

Технология и этапы волочения

Стоит отметить, что с нынешним развитием технологий волочение проволоки на современном оборудовании гарантирует достаточно высокую производительность. А это очень важный момент. Оборудование для волочения проволоки вполне может функционировать на достаточно большой скорости, при этом без каких-либо нарушений. Скорость, которую могут развивать агрегаты, достигает 60 м/с.

Процесс проходит в несколько основных этапов:

• Первая стадия — это травление исходников. Для этого обычно применяется сернокислый раствор, который предварительно нагревается до температуры в 50 градусов по Цельсию. Операция необходима для того, чтобы увеличить срок эксплуатации путем удаления окалин.
• Следующая процедура — это отжиг. Она необходима для того, чтобы увеличить такую характеристику, как пластичность, а также сформировать мелкозернистость.
• Третий этап — это удаление остатков сернокислого раствора. Для этого проводится промывка и нейтрализация вещества.
• При помощи молота концы заготовки заостряются.
• На данном этапе происходит непосредственное волочение стальной проволоки или любой другой.
• Последний этап — это снова отжиг уже готового изделия.

Особенность операции

Естественно, любая операция имеет свои недостатки. Как считают специалисты, волочение имеет лишь один, но достаточно серьезный минус. Заключается он в том, что проволока подвергается незначительной деформации во время проведения операции. Чаще всего исходным сырьем для волочения проволоки становится непрерывно отлитая, спресованная, скатанная заготовка, изготовленная из цветных металлов, черных металлов или углеродистых, легированных сталей. Другими словами, чтобы достичь высокого качества проволоки, необходимо использовать довольно высококачественное изначальное сырье.

Ранее для производства проволоки волочением применялись стальные заготовки, которые после прохождения процедуры обрабатывались таким способом, как патентирование. Это процесс нагрева, при определенной температуре которого происходил такой процесс, как аустенизация и экспозиция в соляных или же свинцовых расплавах. Выдержка такого продукта осуществлялась примерно при 500 градусах по Цельсию.

Оборудование для работы

Для волочения медной проволоки, а также стальной, используется агрегат, который получил название "стан". Основной рабочий элемент этого агрегата — это "глазок", или же волок. Естественно, что сечение подбирается таким образом, чтобы оно было всегда меньше, чем поперечное сечение заготовки.

Виды современных агрегатов

В настоящее время на заводах по обработке металла используется два типа оборудования. Отличаются они друг от друга типом тянущего механизма.

• В первом случае технология волочения проволоки заключается в том, что изделие наматывается на барабан, тем самым создавая тяговое усилие.
• Второй случай — это применение устройства, которое тянет заготовку по прямой линии.

Если говорить о применении, то второй тип агрегатов чаще всего используется в том случае, если необходимо протянуть трубную заготовку, которая не требует последующего сворачивания в бухту.

Основная масса проволоки и труб малого сечения производится именно на барабанных устройствах. Эти механизмы могут быть либо однократными, либо многократными. Естественно, что наиболее простая конструкция именно у однократного оборудования. Технологический процесс производства в таком случае предполагает протягивание проволоки в один проход. Если используется многократный станок, то процедура может повторяться два или три раза подряд.

Устройство рабочих станков

Основным рабочим элементом является приспособление, которое присутствует в любом аппарате для волочения проволоки — фильер. Этот механизм всегда создается из очень прочного металлокерамического сплава. Отличительная черта данного металла заключается в том, что он очень прочный, обладает повышенной твердостью, низкой вязкостью, а также высокой устойчивостью к истиранию. В редких случаях для производства фильера используется технический алмаз. Это дает существенное преимущество при обработке более сложных металлов.

Размещаются эти детали в достаточно прочных и вязких стальных обоймах. Сама по себе обойма не способна оказать сильное влияние на фильеру, но при этом ее наличие существенно снижает растягивающее напряжение, которое неизбежно возникает во время работы. На современных предприятиях довольно часто используется сборный волок, который отличается тем, что потребляет меньше энергии, а его коэффициент полезного действия (КПД) выше примерно на 30 %.

Подготовка металла к работе

Естественно, что проводить такую процедуру без предварительной подготовки металла нельзя. Кроме того, без этой процедуры не получится добиться качественного изделия. Суть подготовительных работ заключается в том, что необходимо удалить окалину с заготовки. Прежде чем начать процесс волочения проволоки, проводят одну из трех процедур:

Механическая очистка заготовки является самым простым и самым дешевым методом очистки. Чаще всего применяется она в том случае, если изделие изготовлено из углеродистой стали. Во время процедуры обработки катанка изгибается в разные стороны. В это время ее поверхность обрабатывается механическими щетками.

Химическая и электрохимическая обработка

Что касается химического способа очистки от окалины, то он является более сложным, а также трудоемким. Для этого чаще всего используют либо соляную, либо серную кислоту. Кроме того, чтобы выполнять такую операцию, волочильщик должен обладать необходимой квалификацией, чтобы работать с химическими веществами.

Однако здесь важно отметить, что данный метод является незаменимым, если необходимо подготовить к волочению высоколегированную или же нержавеющую сталь. Кроме того, после того, как химическая очистка будет завершена, поверхность металла необходимо промыть водой.

Последний метод, электрохимический, заключается в том, что проводят травление металла в электролитическом растворе. Эта жидкость может быть либо анодной, либо катодной, исходя из того, какие стоят условия, а также беря во внимание особенности материала.

Волочение медных заготовок

Во время волочения медной проволоки из медных заготовок всегда используются литые заготовки, на этом и основывается весь метод. Для начала необходимо сплавить между собой все заготовки. Сразу после этого, пока они еще находятся в горячем состоянии, их прокатывают. Однако проведение данного процесса влечет за собой появление пленки из оксидов на поверхности изделия. Чтобы избавиться от этой проблемы, необходимо провести обработку химическими составами. После этого можно перейти непосредственно к процедуре волочения.

Получение медной проволоки может также осуществляться по принципу погружного формования. Если применять данный метод, то поверхность катанки будет оставаться чистой и удастся избежать процедуры очистки. Именно такой способ используется для того, чтобы изготавливать наиболее тонкие проволоки (диаметром до 10 микрон). Однако при использовании такого метода очень важно подобрать состав, который будет обладать подходящими свойствами.

Среди таких составов выделяются:

• комплексные растворы, в роли которых могут выступать щелочные составы, соли жирных сульфированных масел и еще несколько веществ;
• возможно использование разного рода эмульсий, таких как анионные, антипенные, синтетические эфиры и другие;
• отдельно рассматриваются синтетические вещества, такие как соли органического и неорганического типа, а также растворы полимеров.

Варианты обработки

В настоящее время существует большое количество разнообразных вариантов для обработки заготовки.

• Бухтовый тип обработки. Это вариант работы с трубами из заготовок, которые собраны в бухты. Также сюда входят те трубы, которые прошли процесс волочения, после которого они были собраны в бухты.
• Мокрый тип обработки предполагает, что волок во время работы будет погружен в жидкую смазку.
• Наиболее часто используемый применение волока на закрепленных оправках.
• Есть способ обработки, в котором допускается использование труб, не имеющих круглой (фасонной) формы.
• Электропластический метод используется в том случае, если есть необходимость работы с протягиванием металла, который достаточно трудно поддается деформации.
• Еще один из методов обработки — стержневой. В заготовку вводится стержень для того, чтобы протягивать его вместе с трубой. После прохождения волока вставленный стержень необходимо достать обратно.

Разность диаметров

Процесс волочения делится еще на несколько видов, в зависимости от того, каков был начальный диаметр заготовки и какой он получился в итоге. Грубым волочением называется процедура, при которой начальный диаметр был 8 мм, а после прохождения волока стал от 5 до 0,9 мм. Средним волочением считается операция, при которой заготовка имела диаметр 3,5 мм, а в результате он уменьшился до 1,5-0,2 мм. В тонком волочении используются заготовки от 2,6 до 1,6 мм. В результате получается продукция с сечением от 0,5 до 0,05 мм.

Волоче́ние — обработка металлов давлением, при которой изделия (заготовки) круглого или фасонного профиля (поперечного сечения) протягиваются через круглое или фасонное отверстие, сечение которого меньше сечения заготовки.

Содержание

В результате площадь поперечного сечения заготовки уменьшается, а длина увеличивается. Волочение широко применяется в производстве металлических прутков, проволоки, труб и других изделий. Производится на волочильных станках, основными частями которых являются волоки и устройства для протяжки заготовки.

Виды волочения [ править | править код ]

По типу волочения

• сухое (волочение через ванночку с мыльным порошком)
• мокрое (через мыльную эмульсию)

По чистоте обработки:

• черновое (заготовительное)
• чистовое (заключительная операция, для придания готовому изделию требуемых формы, размеров и качества);

По кратности переходов:

• однократное
• многократное (с несколькими последовательными переходами волочения одной заготовки);

По параллельности обработки:

• однониточное
• многониточное (с количеством одновременно протягиваемых заготовок 2, 4, 8);

По подвижности волоки:

• через неподвижную волоку
• через вращающуюся относительно продольной оси волоку;

По нагреву заготовки:

• холодное волочение
• горячее волочение

Способы волочения [ править | править код ]

Барабанное волочение [ править | править код ]

Волочение проволоки, труб или профилей на волочильном стане барабанного типа

Беззабивочное волочение [ править | править код ]

Беззабивочное волочение — волочение с проталкиванием переднего конца заготовки через волоку без предварительного изготовления захватки.

Безоправочное волочение [ править | править код ]

англ. sink rawing, sinking, sinking pass

Безоправочное волочение — волочение труб из сталей, цветных металлов и сплавов, при котором внутренняя поверхность заготовки при протягивании не контактирует с технологическим инструментом. Безоправочное волочение обычно осуществляют в две волоки, первая из которых служит для центровки трубы, а во второй осуществляется основное обжатие трубы по диаметру. Безоправочное волочение применяют чаще для промежуточных проходов с целью уменьшения диаметра протягиваемых труб. В ряде случаев (трубки малого диаметра) его используют и как отделочную операцию. Недостатки безоправочного волочения — низкое качество внутренней поверхности труб и большие различия в толщине стенки трубы после волочения

Волочение без скольжения [ править | править код ]

Производство проволоки на стане многократного волочения, с накоплением её запаса между соседними волоками, благодаря чему исключается проскальзывание проволоки относительно поверхностей барабанов.

Бухтовое волочение труб [ править | править код ]

англ. coil (tube) drawing

Волочение трубы из заготовки, смотанной в бухту и (или) со сматыванием протянутой трубы в бухту; получило промышленное применение с 1930-х гг., широко используется при получении труб из цветных металлов и сплавов (меди, латуни и др.). При бухтовом способе применяются как оправочное, так и безоправочное волочение на трубоволочильных бухтовых станах и барабанах. Данным способом получают трубы (трубки) диаметром от 1 до 70 мм с толщиной стенки от 0,2—0,3 мм до 3 мм соответственно. Скорости волочения до 25—30 м/с, длина обрабатываемых труб до 5—6 км. В качестве технологических смазок при бухтовом волочении применяют растительные, и минеральные масла, водные эмульсии, олеиновую кислоту, натуральную и синтетическую олифу. При волочении алюминиевых труб используются более густые смазки, напр, масло Вапор с добавками веретенного. Внутрь трубы смазка заливается (впрыскивается) автоматически со стороны заковываемой части трубной заготовки.

Гидродинамическое волочение [ править | править код ]

Волочение проволоки с использованием комбинированных волочильных устройств, включая напорную волоку, кольцо-насадку и рабочую волоку. Смазка перед напорной волокой захватывается движущейся проволокой и вовлекается в микрозазор в кольцах-насадках. Микрозазор от кольца к кольцу уменьшается, давление смазки всё больше повышается, и у входа в деформационную зону рабочей волоки создаются условия жидкостного трения. Поэтому гидродинамическое волочение позволяет использовать не только эмульсии или лёгкие масла, но и достаточно густые смазки, например натриевое мыло. Создаваемые условия жидкостного трения позволяют проводить гидродинамическое волочение с повышенными скоростями при высоком качестве поверхности и точности протягиваемых изделий и существенно повышают стойкость волочильного инструмента.

Из-за необходимости использования насосов высокого давления и сложности заправки проволоки в волоки гидродинамическое волочение используют только в случаях, когда исключается возможность применения других, более простых способов волочения.

Длиннооправочное волочение [ править | править код ]

англ. bar (mandrel) drawing

Волочение труб с протягиванием заготовки через волоку с длинной подвижной недеформируемой оправкой, которую затем извлекают из трубы.

Короткооправочное волочение [ править | править код ]

Волочение труб с обработкой внутренней поверхности заготовки короткой цилиндрической оправкой, удерживаемой в очаге деформации стержнем, закреплённым на станине волочильного стана

Мокрое волочение [ править | править код ]

англ. deformable mandrel drawing

англ. wet drawing , волочение с погружением волоки в жидкую смазку

Волочение на деформируемой оправке [ править | править код ]

Волочение труб с протягиванием заготовки через волоку на длинной подвижной оправке, деформируемой с заготовкой;

Волочение на закреплённой оправке [ править | править код ]

англ. (fixed) plug drawing

Один из наиболее распространённых методов волочения труб с середины XIX в. Закреплённая (короткая) оправка чаще всего цилиндрическая, иногда ей придают цилиндроконическую форму, что улучшает её центровку в очаге деформации. Закреплённые оправки выполняются полыми для труб большого диаметра и сплошными для тонкостенных труб меньшего диаметра.

Волочение на самоустанавливающейся оправке [ править | править код ]

англ. floating plug drawing

Волочение труб с обработкой внутренней поверхности заготовки незакреплённой самоустанавливающейся оправкой, удерживаемой в очаге деформации уравновешиванием действующих на неё втягивающих и выталкивающих сил.

Волочение проволоки [ править | править код ]

Один из древнейших технологических процессов обработки металлов давлением (первое письменное упоминание волочильной доски относится к XI н.э., но она значительно старше [1] ). Волочением получают проволоку из сталей широкого сортамента, цветных металлов и сплавов диаметром от 16 до 25, скорости волочения до 50 м/с. Для тяжёлого (грубого) волочения обычно используют стальные волоки, толстое и среднее волочение проводят через твёрдосплавные, тонкое и тончайшее — через алмазные волоки. В качестве смазок при волочении проволоки обычно используют жидкие смазки и эмульсии. Единичные обжатия по переходам снижаются от 30-35 % при тяжелом и толстом волочении до 6-12 % при наитончайшем.

Волочение профилей [ править | править код ]

англ. die shaping (forming)

От простых прямоугольных до самой сложной формы. Крупные профили волочат на линейных волочильных станах, профили меньшего сечения — на барабанах или комбинированных прокатно-волочильных агрегатах. Для построения рациональной системы переходов при волочении профилей сложной формы используются теоретический и графический методы: В. В. Зверева, Прайслера, ЭГДА, песчаной насыпи, «сходственных контуров» и др.

Профилировочное волочение [ править | править код ]

Волочение труб некруглой (фасонной) формы с использованием двух технологических схем. По первой готовую трубу получают из заготовки круглого сечения безоправочным волочением в волоке с каналом фасонного сечения. По второй волочат на оправках фасонную заготовку, сечение которой подобно сечению готовой трубы. Волочение фасонных труб из фасонной заготовки позволяет снизить трудоемкость процесса, повысить точность размеров и качество внутренней поверхности труб.

Волочение прутков [ править | править код ]

Волочение преимущественно холоднодеформированных (тянутых) прутков круглого, квадратного и шестигранного сечений из цв. металлов и сплавов. Прутки малых сечений волочат на барабанах в один или несколько переходов. Волочение крупных прутков (диаметром > 25—30 мм) осуществляется в отрезках на цепных станах. Единичные и суммарные вытяжки при волочении прутков (обычно 1,25—1,4) определяются пластичностью протягиваемого материала. В отделочных (калибровочных) проходах вытяжки снижаются до 1,10-1,15. Наиболее прогрессивна технологическая схема производства тянутых прутков из цветных металлов и сплавов: бухтовая заготовка — однократное волочение (калибровка) — отделка на автомат, линиях типа «Schumag».

Волочение со скольжением [ править | править код ]

Многократное волочение проволоки при скорости её движения меньше окружной скорости тяговых роликов, то есть скольжении проволоки по их поверхности с разницей в скоростях Волочение с противонатяжением [ править | править код ]

англ. back-pull (pullback) drawing

Многократное волочение проволоки и мелких труб с приложением усилия противонатяжения Q к заготовке перед очагом деформации. Усилие в. возрастает с приложением противонатяжения, начиная только с некоторого минимального его значения, названного критическим противонатяжением Q_кр, определяемым в основном пределом упругости протягиваемого металла и степенью его нагартовки. Во всех случаях, если Q Стержневое волочение [ править | править код ]

Волочение труб, которое включает ввод стержня в трубную заготовку, протягивание заготовки вместе со стержнем через волоку и извлечение стержня из трубы. Стержень из твёрдой термообработанной стали при волочении не деформируется и двигается со скоростью выхода трубы из волоки. Стержневое волочение позволяет изготовлять трубы из малопластичных сплавов и обеспечить жёсткие допуски на внутренний диаметр труб, что особенно важно при изготовлении капиллярных трубок внутренним диаметром 0,3-1 мм.

Сухое волочение [ править | править код ]

Волочение заготовок с твердой смазкой.

Волочение труб [ править | править код ]

Завершающая, как правило, операция при производстве холоднодеформированных (тянутых) труб из сталей, цветных металлов и сплавов; отличается большим разнообразием технологических схем волочения: — безоправочное волочение (осадка); волочение на короткой закреплённой оправке; волочение на самоустанавливающейся (плавающей) оправке; волочение на длинной подвижной оправке; волочение на деформирующемся сердечнике; профилировочное волочение; волочение с раздачей трубной заготовки; волочение в режиме гидродинамического трения. Выбор метода волочения определяется размерами и требованиями к готовому изделию, маркой обрабатываемого металла или сплава, возможностями оборудования и т. д. Волочение труб ведут как на цепных (траковых) волочильных станах, так и на трубоволочильных барабанах (бухтовое волочение). Основным волочильным инструментом являются волоки (фильеры) и оправки самых разных конструкций.

1 Заготовки для волочения труб, прутков и проволоки

2 Оборудование и инструмент процесса волочения

3 Технологическая схема волочения проволоки

Заготовки для волочения – это сплошные (катаные, прессованные) круглые и фасонные профили в бухтах или отрезках, бесшовные или сварные трубы. Готовые изделия волочильных цехов – это проволока диаметром от 0,01 до 6 мм, трубы диаметром до 400 мм, калиброванные прутки и профили, профильные (овальные, прямоугольные и т. п.) трубы.

Волочение труб. По способу производства трубы подразделяют на бесшовные (катаные и прессованные) и шовные (сварные).

Бесшовные трубы. Технологический процесс производства горячекатаных бесшовных труб состоит из следующих основных операций:

— получение полой гильзы из заготовки сплошного сечения (операция прошивки);

— раскатка гильзы в трубу;

В соответствии с этим трубопрокатный комплекс включает станы – прошивные, раскатные и отделочные.

Для прошивки заготовки используют станы поперечно-винтовой прокатки, преимущественно с бочкообразными валками (см. рис.1.3).Нагрев заготовки в методических или кольцевых печах с вращающимся подом. Вытяжка при прошивке составляет 2…3,5.

Раскатку гильзы в трубу осуществляют на автоматических, непрерывных, пилигримовых или др. станах.

Наиболее распространены автоматические станы. Катают трубы диаметром 30…426 мм с толщиной стенки 3…30мм в клети дуо с диаметром валков до 1000 мм, в которых нарезаны калибры разных диаметров. При прокатке используют короткую оправку, которую предварительно на штанге вводят в зев валков. Прокатку осуществляют в 2…3 прохода с поворотом трубы на 90 о вокруг своей оси и с заменой оправки перед каждым проходом. В качестве смазки в полость трубы подают поваренную соль в смеси с графитом. Вытяжка за проход 1,4…1,6. Производительность стана до 300 тыс. т в год.

На непрерывных станах катают трубы диаметром 30…114 мм с толщиной стенки 8…12 мм на длинной подвижной оправке в группе из 7…9 последовательно расположенных клетей с индивидуальным приводом. Оси валков расположены под углом 45 о к горизонту и под углом 90 о по отношению друг к другу. Диаметр валков 530…550 мм с короткой бочкой – до 230 мм.

Суммарная вытяжка при раскате 5…7,5, скорость прокатки до 6 м/сек., производительность 300. 500 тыс. т в год.

Окончательно трубу оформляют в отделочных агрегатах – обкатных, калибровочных, редукционных и пр. Обкатные станы применяют для отделки (устранение овальности, разнотолщинности и пр.) труб большого диаметра. Их конструкция аналогична прошивным станам с бочкообразными валками.

Калибровочные и редукционные станы по конструкции аналогичны непрерывным раскатным станам. Предназначены, соответственно, для повышения точности труб и уменьшения их диаметра.

На заключительных операциях трубы в зависимости от назначения термически обрабатывают, правят, режут на мерные длины, на концах нарезают резьбу, на поверхность наносят защитные и/или декоративные покрытия и пр.

Тип трубопрокатного комплекса определяют по типу раскатного стана, независимо от типов прошивных и отделочных станов.

Сварные трубы производят преимущественно методом печной сварки и электросварки.

Стан печной сварки по конструкции подобен профилегибочному стану, только непосредственно перед рабочими клетями установлена проходная нагревательная печь, и профилирование полосы в трубу осуществляется в горячем состояние. Кромки сформованной трубы обдувают сжатым воздухом и сжимают до получения сварного соединения. После стана трубу режут на мерные длины и направляют на отделку – калибровку, редуцирование, нанесение покрытий и пр.

Электросварные трубы производят главным образом методом электродуговой сварки под слоем флюса. По форме шва трубы подразделяют на прямошовные (с одним или двумя швами) и спиральношовные.

Процесс производства труб включает формовку заготовки в трубу, сварку кромок, отделку труб. Для формовки заготовок используют прессы, непрерывные валковые станы для прямошовных труб (рис.21) и спиральноформовочные машины для спиральношовных труб.

Прямошовные трубы производят поштучно из листовой заготовки заданных размеров. Спиральношовные трубы более технологичны в изготовлении, чем прямошовные.

Их формовка осуществляется из рулонной полосы непрерывно.

Рисунок 21. Стан валковой формовки труб

Трубы разных диаметров можно получать из полосы одной ширины и, наоборот, трубы одного диаметра можно формовать из полос разной ширины. После сварки трубу разрезают газовым резаком на части мерной длины.

После сварки трубы поступают на отделку – термообработку, калибровку концов, правку, нанесение декоративных и/или защитных покрытий и др. Заключительная операция – гидравлические испытания.

Проволока находит самое широкое применение во всех отраслях промышленности, сельском хозяйстве и других сферах жизни и деятельности человека. Применяется она в виде как готовых изделий (электрические и телеграфные провода, проволока для армирования железобетонных конструкций промышленного и гражданского назначения, обвязочный и упаковочный материал и пр.), так и полуфабриката для производства целого ряда метизов: стальные канаты, сварные и тканые сетки, гвозди, шурупы, детали машин, проволочно-кабельные изделия, для армирования автомобильных шин (бортовая проволока), рукавов высокого давления, осуществления сварочных операций (сварочная проволока, электроды). В последнее время начинает развиваться направление армирования строительных материалов проволокой (фибра) и др.

Проволоку изготовляют в широком ассортименте из самых различных черных и цветных металлов и сплавов, с разными механическими и физико-химическими свойствами. Для каждого вида и размера проволоки требуется определенная технология изготовления и соответствующее оборудование.

Проволока, изготовленная методом холодного волочения с использованием качественного инструмента и хорошей смазочной жидкости, имеет точное поперечное сечение, а также гладкую блестящую поверхность.

Проволоку изготовляют на машинах многократного волочения с числом волок 5–22. За каждой волокой скорость проволоки увеличивается пропорционально вытяжке λ, достигая на выходе 40–50 м/с (на наиболее современных машинах).

Производительность процесса волочения определяется скоростью на выходе изволоки (скоростью волочения), вытяжкой за проход, затратами времени на начало процесса и замену инструмента.

Скорость волочения составляет 1–10 м/с для прутков, профилей и труб и до 50 м/с для тонкой проволоки. При таких скоростях скольжения неизбежны проблемы износостойкости волок, обеспечения качества поверхности изделий. Первостепенная роль при волочении принадлежит технологической смазке и управлению процессом трения. Радикальным средством уменьшения износа, повышения скорости и производительности является волочение в режиме гидро- или пластогидродинамического трения.

Оборудование и инструмент процесса волочения

К волочильному инструменту относятся волоки и оправки. Канал волоки (рисунок 22) имеет следующие зоны: входную для облегчения ввода заготовки, смазочную и рабочую для ввода смазки и обжатия заготовки, калибрующий поясок, обратный конус и выходную зону для предохранения изделия от образования рисок и царапин.Основные характеристики волоки – это материал, угол a и ширина калибрующего пояска. Длина пояска составляет 0,4 – 1,0 длины рабочей зоны. Угол α обычно равен 6–15°.

1 – входная зона; 2 – смазочная зона; 3 – калибрующая зона; 4 – обратный конус;

5 – выходная зона

Рисунок 22. Схема канала волоки

По диаметру изделий, мм, волочение подразделяется на толстое (3,5 – 1,5), среднее (1,6 – 0,25), тонкое (0,4 – 0,1) и тончайшее (0,02 – 0,008). Наибольшей износостойкостью обладают волоки из природных (до 2,4 мм) и синтетических (поликристаллических до 4,6 мм) алмазов, однако они нуждаются в интенсивном охлаждении. Размеры и форма канала стандартизованы. Алмазные волоки вставляют в оправы из латуни или бронзы и заливают легкоплавким сплавом. Для изделий диаметром 1 – 50 мм применяют в основном сборные волоки из обоймы с запрессованной в нее твердосплавной вставкой. Размеры и материалы вставок на основе карбидов вольфрама и кобальта стандартизованы.

Для мелкосерийного производства и производства труб диаметром до 300 мм применяют волоки из сталей У8 – У12, Х12М, ШХ15 и др.

Обычно волока состоит из двух деталей – обоймы и собственно волоки (рис. 23). Обойму изготовляют из прочной вязкой стали, а волоку – из твердосплавных материалов. Для волочения тончайшей проволоки волоки изготовляют из технических алмазов, а для волочения прутков и труб больших сечений – из инструментальных сталей.

Волока состоит из нескольких участков (рис. 23). Средний участок – рабочая или деформирующая зона. Имеет коническую форму. Со стороны входа к ней примыкает смазочная зона тоже конической формы, а с другой стороны – калибрующий поясок, который придает окончательную форму профилю.

К смазочной зоне примыкает входная зона, а к калибрующему пояску – выходная зона конической или сферической формы.

Рисунок 23. Разрез волоки: 1 – обойма, 2 – волока.

Большой эффект дает использование роликовых волок вместо монолитных, но из-за сложности их применяют редко, хотя коэффициент вытяжки в таких волоках может достигать 4…5.

Угол рабочего конуса (2a) принимают равным 8…24 о , смазочной зоны – 20…60 о , а входной и выходной зон — 60…90 о . Длина рабочего конуса составляет 0,5…0,7, а длина калибрующего пояска – 0,3…1,0 от диаметра получаемого профиля.

Полые изделия волочат несколькими способами (рис.24): на короткой неподвижной оправке, на длинной подвижной оправке, на короткой «плавающей» оправке и без оправки.

Рисунок 24. Способы волочения труб: а – на короткой оправке; б – на длинной оправке; в – на «плавающей» оправке; г – без оправки

Усилия волочения определяют или опытным путем с помощью силоизмерительных приборов (например, динамометров), или аналитически.

Волочильные станы. Основные элементы – волочильный инструмент и тянущее устройство. Используют два основных типа станов: с прямолинейным движением протягиваемого металла (цепные, реечные, гидравлические) и с наматыванием на барабан (барабанные станы).

Первые используют для профилей, которые невозможно смотать из-за их размеров или формы.

В цепном волочильном стане (рисунок 25) передний конец прутка или трубы 1 проталкивается черезволоку 2 и захватывается клещами каретки 3. Каретка сцепляется с пластинчатой цепью 4, перематываемой с помощью привода 5. На входной стороне стана имеется приспособление для подачи и удержания стержня оправки.

Рисунок 25. Схема цепного волочильного стана

Скорости волочения на современных станах достигают 3–5 м/с, усилие волочения составляет 30–1500 кН, причем одновременно протягивается до трех заготовок. Недостатки цепных станов таковы: ограниченная длина изделий, большие затраты времени на подготовку к волочению очередной заготовки. Разработаны автоматизированные линии волочения прутков, в которых специальные захваты попеременно тянут заготовку через волоку без остановки процесса.

Рисунок 26. Общий вид цепного многопруткового волочильного стана

На современных станах можно одновременно протягивать до 10 прутков со скоростью до 2 м/сек., тянущее усилие до 1,5 МН. Длина изделий ограничивается размерами станины и обычно составляет до 15 м (максимум до 50 м).

Барабанные станы в зависимости от количества волок, через которые последовательно протягивают металл, подразделяют на однократные и многократные. Однократные используют для волочения прутков, фасонных профилей и труб. Ось барабана — вертикальная или горизонтальная. Барабан является и тянущим, и намоточным устройством. Во избежание искажения формы профиля при намотке диаметр барабана должен в 30…40 раз превышать диаметр сматываемого изделия (до 3 м). Сила волочения до 100 КН, скорость волочения – до 4,5 м/сек.

Принцип работы станов многократного волочения (рис. 27) заключается в одновременном протягивании заготовки через несколько последовательно расположенных волок.

Рисунок 27. Схема барабанного волочильного стана

При выходе из одной волоки конец металла наматывается на барабан, а затем – сматывается с него и через систему направляющих роликов поступает в следующую волоку и т.д.

Применяют главным образом для волочения проволоки.

Кратность волочения определяют по числу волок (6…9 и более). Скорость волочения до 20 м/сек.

Технологическая схема применительно к получению проволоки показана на рисунке 28.

Типовая технологическая схема волочения проволоки

Перед волочением заготовку термически обрабатывают, удаляют с нее окалину и подготавливают ее поверхность для закрепления смазки. Термическая обработка снимает наклеп и обеспечивает получение оптимальной структуры. Смягчающий отжиг повторяют после 70–85 %-го обжатия для стали и 99 %-го для цветных металлов (меди, латуни). Окалину после термической обработки удаляют механическим, химическим, электрохимическим способами, а также одновременно несколькими способами. Механическая очистка состоит в периодическом изгибании полосы между роликами, обдуве дробью или песком. Такой способ малоэффективен для удаления прочной окалины, поэтому чаще применяют химический способ.

После травления заготовку промывают, на ее поверхность наносят подсмазочный слой путем желтения, омеднения, фосфатирования, известкования. При желтении на заготовку наносят тонкий слой гидроксида железа Fе(ОН)₃, который вместе с нанесенной затем на него известью играет роль наполнителя для смазки. Фосфатирование состоит в нанесении пленки фосфатов марганца, железа и цинка. К пленке фосфатов хорошо прилипает смазка и коэффициент трения снижается до 0,04 – 0,06. Известкование в растворе нейтрализует остатки кислот и образует пленку наполнителя для смазки. Для волочения с большими обжатиями и давлениями рекомендуется омеднение заготовки в растворе купороса; коэффициент трения при этом равен 0,08 – 0,12. После нанесения покрытия заготовку сушат в камере при 300–350 о С.

Для увеличения производительности концы бухт сваривают электроконтактной сваркой. Это снижает потери времени на заправку заготовки в волоки до минимума.

Проволоку изготовляют на машинах многократного волочения с числом волок 5–22. За каждой волокой скорость проволоки увеличивается пропорционально вытяжке λ, достигая на выходе 40–50 м/с (на наиболее современных машинах). Автоматизированный электропривод позволил объединить в один непрерывный агрегат волочильную проволочную машину и установку для отжига проволоки «на проход». При производстве труб и прутков также стремятся объединить в один агрегат волочильную машину, механизмы для правки, резки, острения концов, установки оправок и т. д.

1. Какие существуют виды волочения?

2. На каком волочильном оборудовании получают проволоку?

3. С какой целью при волочении применяют смазку?

4. Какие подготовительные операции проводят для реализации процесса

5. В чем заключаются особенности технология волочения на цепном стане?

6. Какой специализированный инструмент применяют при волочении труб?

Лекция 9. Горячая прокатка бесшовных труб. Технологические