4.2 Оборудование для волочения
Технологический процесс волочения осуществляется на специальных волочильных станах.
В зависимости от типа тянущего устройства различают станы: с прямолинейным
движением протягиваемого металла (цепной, реечный); с наматыванием обрабатываемого металла на барабан (барабанный).
Цепные или реечные станы используют для волочения профилей, наматывание которых в бунт вызывает определенные трудности, например, из-за значительных размеров поперечного сечения.
На цепных (реечных) станах протягивают профили и трубы в виде длинных штанг. Протягивание заготовки через волоку осуществляется электрическим двигателем, вращательное движение которого преобразуется в прямолинейное движение цепи и волочильной тележки. Передний конец заготовки, выходящий из волоки, зажимается специальными захватами тележки. Заготовка, протягиваясь через волоку, приобретает форму заданного изделия.
Барабанные станы применяются для волочения проволоки, профилей, форма поперечного сечения которых позволяет сматывать их в бунт. Барабанные станы могут быть однократного или многократного волочения, что определяется числом осуществляемых на них протяжек (рисунок 39).
а
б
Рисунок 39 – Схемы барабанного стана однократного (а) и
многократного (б) волочения
Принцип работы станов многократного волочения заключается в том, что пластическое деформирование прутка последовательно выполняется в нескольких волоках. Причем по выходе из одной волоки протягиваемый металл наматывается на барабан и в тоже время другой конец прутка сматывается с него, поступая через следующую волоку на другой барабан и т.д. Это сокращает количество вспомогательных операций и существенно повышает производительность.
Барабан воспринимает значительные усилия волочения при наматывании изделия. Для уменьшения износа барабана его рабочей поверхности придают повышенную твердость.
4.3 Технологические операции при волочении
В качестве исходного материала для волочения применяют катанную или прессованную заготовку. Независимо от способа получения исходная заготовка перед волочением проходит тщательную предварительную подготовку, которая заключается в проведении того или иного вида термической обработки, удалении окалины, подготовки поверхности для закрепления и удержания на ней смазки в процессе волочения.
Эти предварительные операции обеспечивают нормальное протекание пластической деформации в волочильном отверстии, способствуют получению высокого качества поверхности, уменьшают усилия и энергию на волочение и снижают износ.
Термическая обработка металла перед волочением снимает наклеп, придает металлу необходимые пластические свойства, обеспечивает получение оптимальной структуры. В зависимости от химического состава и назначения применяют отжиг, нормализацию, закалку и т.д. В процессе получения готового изделия волочением термообработку для снятия наклепа и улучшения структуры можно выполнить несколько раз в зависимости от размеров исходного и конечного продукта и окончательных конечных показателей. Обычно промежуточную термообработку проводят после относительного обжатия 75–85 %. Готовый продукт также может подвергаться термообработке для получения требуемых механических свойств и структуры.
При производстве проволоки и прутков удаление окалины в волочильных цехах проводят механическим, химическим и комбинацией этих способов.
При механической очистке проволоку или пруток подвергают периодическим перегибам между роликами. Окончательную обработку проводят механическими щетками (рисунок 40). Такой способ пригоден для очистки поверхности прутков и проволоки из углеродистой стали, окалина которой при перегибах легко разрушается и опадает.
Рисунок 40 – Схема удаления окалины при перегибе через ролики
Из механических способов, обеспечивающих достаточно успешное удаление окалины, широкое применение находит дробеметная очистка (рисунок 41), при которой под действием ударов дроби из отбеленного чугуна, стального литья или высокопрочной мелконарезанной стальной проволоки окалина на поверхности обрабатываемого изделия разрыхляется и удаляется.
Рисунок 41 – Схема дробеметной установки для удаления окалины
Химические способы удаления окалины получили широкое распространение благодаря своей надежности. Травление углеродистых и ряда легированных сталей проводят в
Серной или соляной кислоте. Высоколегированные стали травят в смесях кислот: сер-
ной и соляной, серной и азотной.
Травление металла для очистки от окалины проводят с добавлением присадок и ингибиторов, которые уменьшают скорость растворения основного металла, но не влияют на скорость растворения окалины, что предотвращает перетрав. После травления металл тщательно промывают. Промывку проводят немедленно, так как задержка приводит к высыханию травильной жидкости и выделению труднорастворимых солей железа (сначала горячей водой, что обеспечивает интенсивное растворение солей, а затем холодной).
После удаления окалины наносят подсмазочный слой, который должен хорошо удерживать смазку при волочении и способствовать предохранению налипания металла на рабочую поверхность волоки.
Подсмазочный слой наносят при операциях желтения, меднения, фосфотирования и известкования.
При желтении поверхность изделия покрывают тонким слоем гидроксида железа Fe(OH)3 желтого цвета, который совместно с известью выполняет роль наполнителя при волочении с мыльным порошком.
Прутки и проволоку из углеродистой и легированной стали часто подвергают меднению в течение 1–5 мин в растворе серной кислоты и медного купороса. Обработка меднением позволяет проводить волочение с большими суммарными обжатиями, так как тонкая пленка меди заметно снижает коэффициент трения, что облегчает процесс волочения.
Иногда применяют фосфатирование – процесс образования на проволоки мелкой кристаллической пленки фосфатов марганца, железа или цинка. Фосфатная пленка в сочетании со смазкой способствует уменьшению усилия и износа волок.
При известковании металл погружают на 5 мин в раствор извести. При этом выполняются две задачи: нейтрализация остатков кислоты на поверхности металла после травления; выполнение осевшими частицами извести роли наполнителя при сухой смазке мыльным порошком.
После травления, промывки и нанесения подсмазочного слоя, металл сушат в камерах с температурой воздуха 300–350 0С. Во время сушки удаляется вода и часть растворенного в металле водорода; это способствует устранению травильной хрупкости металла.
До волочения на сухую поверхность металлической заготовки наносят соответствующую смазку. Смазка уменьшает усилие волочения и расход энергии, способствует получению гладкой поверхности протягиваемого металла и повышает стойкость инструмента (волоки).
Применяемые при волочении смазки разделяют на твердые (мыльные порошки, графит, парафин), консистентные или полужидкие (солидолы, минеральные масла в смеси с мылом, петролатумом и т.д.) и жидкие (водные эмульсии минеральных масел и мыла, масляные эмульсии с добавлением керосина в качестве диспергатора). Часто применяют сухие смазки, к которым относят стеараты натрия, кальция и алюминия. Применяют жирные кислоты, причем, наибольшего эффекта достигают при применении стеариновой кислоты. Содержание жирных кислот в смазке колеблется от 40 до 90 %. Жидкие смазки, кроме их прямого назначения, должны обладать и высокими охлаждающими свойствами и хорошей смачиваемостью. С этой целью в них добавляют поверхностно активные вещества. Введение в смазку небольших количеств поверхностно активных веществ (серы, фосфора) облегчает процесс деформирования металла. Эти вещества проникают в микротре-
щины на поверхности протягиваемой заготовки и создают в них дополнительные разд-
вигающие усилия, облегчающие процесс деформации под воздействием внешних сил.
Выбор режима волочения, т.е. обжатия, скорости волочения и смазки зависит от свойств металла и свойств материала волоки, профиля и величины поперечного сечения изделия.
Готовый профиль разрезают на мерные длины в случае необходимости, подвергают правке на роликоправильных машинах, которые устанавливают или в потоке производства или отдельно, смазывают и упаковывают.