24. Особенности волочения труб и усилие волочения

Волочение труб и прутков производится на цепных станах. Так как при волочении не всегда имеется возможность «перехва­тывать» трубу, то длина станины трубоволочильных станов дости­гает 30 м. Для получения полого профиля с заданными внутрен­ними размерами применяются различные способы, например:

– протяжка без оп­равки;

– протяжка на неза­креплённой короткой оп­равке;

– протяжка на длинной закреплённой оправке.

Схема способа протяж­ки трубы на длинной за­крепленной оправке изо­бражена на рис. 28. В трубную заготовку, протягиваемую через волоку, вставлена длинная оправка, свободный конец которой закреплен в крон­штейне на стане. При про­тяжке заготовка дефор­мируется как по наружной поверхности, так и по внутренней, образуя трубу требуемых размеров. Скорость волочения труб на длинной оправке составляет около 0,1–0,2 м/с.

Рис. 28. Волочение труб:

а – схема волочения: 1 – трубная заготовка; 2 – волока; 3 – труба; 4 – оправка;

б – технологические переходы при изготовлении гофрированной трубы

Примером служит изготовление трубы общего назначения раз­мером 40 × 1,0 мм из стали 20. В данном случае волочение произ­водится на длинной оправке. Исходная заготовка – труба 57,0×3,5 мм. Технологический процесс включает следующие операции:

– забивку конца, травление, сушку;

– волочение с 57,0×3,5 до 50,5×2,15 мм;

– промежуточный отжиг, правку, травление, сушку;

– волочение с 50,5×2,15 до 48,0×1,85 мм;

– обрезку головки, разрезку трубы на две части, забивку концов, промежуточный отжиг, правку, травление, промывку, омеднение, сушку;

– волочение с 48,0×1,85 до 44,5×1,5 мм;

– промежуточный отжиг, правку, травление, промывку, омеднение, сушку;

– волочение с 44,5×1,5 до 42,5×1,2 мм;

– промежуточный отжиг, правку, травление, промывку, омеднение, сушку;

– волочение с 42,5×1,2 до 40,0×1,0 мм;

– окончательный отжиг;

– предварительную правку;

– отделку;

– окончательную правку.

Трубы фасонного профиля помимо специальных целей часто применяют в качестве рабочих деталей машин для шпинделей металлорежущих станков, хлопкоуборочных машин и т. п. Исход­ным материалом для трубы фасонного профиля служит труба круг­лого сечения со стенкой требуемой толщины. Для получения за­данного профиля труба несколько раз протягивается через волоки с отверстиями, обеспечивающими постепенное формоизменение.

В качестве примера на рис. 28 приведены технологические переходы при изготовлении стальной гофрированной трубы. В данном случае труба приобретает необходимый фасонный про­филь за три прохода без применения оправки. Изготовление труб квадратных, прямоугольных, многогранных и других сложных профилей осуществляется аналогичным способом без применения оправок.

Величина усилия волочения имеет большое значение при про­цессе волочения. Чем меньше усилие, тем меньше напряжение волочения и, следовательно, тем меньше опасность обрывов, меньше расход энергии на процесс деформации, меньше износ инструмента.

К основным факторам, оказывающим влияние на величину уси­лия волочения, относятся: пластичность материала заготовки; соотношение диаметров проволоки (прутка) до и после волочения; угол наклона конуса фильера; коэффициент трения; наличие или отсутствие противонатяжения.

Усилие волочения определяют либо экспериментальным путём при помощи особых приборов (месдоз, силомеров), либо расчёт­ным путём по соответствующим формулам.

Из числа наиболее известных формул для определения усилия волочения сплошных профилей можно рекомендовать упрощенную формулу Перлина–Заруева [5]:

Р = σ_{в ср} F₁ ln (1+f ctgα), (52)

где Р – усилие волочения, кг (Н);

σ_{в ср} = – среднее значение предела прочности

материала до и после волочения, кг/мм² (Н/м²);

F₀ и F₁ – сечение прутка до и после волочения, мм²;

f – коэффициент трения; α – угол наклона образующей конуса волоки к гори­зонтальной оси, град.

Для обеспечения нормального протекания процесса волочения поверхность протягиваемой проволоки необходимо смазывать, в противном случае происходит сильный износ инструмента, неиз­бежны частые обрывы и, кроме того, значительно повышается усилие волочения. Смазки, понижая коэффициент трения, должны плотно прилипать к поверхностям, хорошо сопротивляться вы­давливанию и не взаимодействовать с обрабатываемым мате­риалом.

В волочильном производстве применяются сухие, густые и жидкие смазки. Наиболее распространенной сухой смазкой, при­меняющейся при волочении сталей, является мыльный порошок. В качестве смазки при волочении сталей и никелевых сплавов может применяться также предварительно нанесённая на прово­локу тонкая плёнка меди. Жидкие смазочные составы (например, растительные и минеральные масла) применяются при волочении медно-никелевых сплавов. Густые смазки в виде парафина, воска и подобные им приме­няются при волочении высокопрочных сплавов, а также при воло­чении меди и алюминия.

Готовая продукция волочения подвергается контролю. Кон­тролируется ее геометрия, химический состав, механические, технологические и физические свойства, структура, упаковка и т. д. Трубы дополнительно подвергают гидравлическим испы­таниям.