книги из ГПНТБ / Хаяк, Г. С. Инструмент для волочения проволоки

степенью деформации, которая выражается в процентах я определя­ ется по формуле

волоке происходит под действием внешней силы. Ее прилагают к выходящему из волоки концу проволоки, чтобы протянуть заготов­ ку через отверстие волоки. Эта сила должна быть достаточной для того, чтобы преодолеть сопротивление деформации и сил трения металла о стенки волоки. Сила, приложенная к концу заготовки во время волочения, называется .силой волочения Рв-

(Силу волочения можно рассчитать по формуле А. П. Гаврилен­

где N — мощность, расходуемая на .волочение '(разность между пол­ ной мощностью, затрачиваемой в процессе волочения, и мощностью холостого хода), кВт;

v— скорость волочения, м/мин;

ц— к. л. д. волочильной машины,

10

Величина силы волоченая имеет большое практическое значение. Чем она меньше, тем меньше расход потребляемой энергии на воло­ чении, тем меньшая вероятность обрывов в процессе волочения.

-Одной из основных задач технологов и рабочих-волочильщиков является создание условий волочения с минимальной силой при мак­ симальном использовании пластических свойств металла.

Сила волочения находится в прямой зависимости от трения, возникающего на границе стенки волоки и поверхности протягива­ емой проволоки .( в контактной зоне). Для снижения сил трения должна .быть хорошо подготовлена поверхность , протягиваемой заготовки и поверхность канала волоки. Чем лучше отполиро­ вана волока, тем .ниже трение. Особое значение придается качеству технологической смазки, которая наносится на поверхность протяги­ ваемой проволоки и стенки канала волоки. Смазка снижает твение и предохраняет волоку от износа.

|На силу волочения влияет материал, из которого изготовлена волока. 1П.ри прочих равных условиях сила волочения ниже при про­ тягивании проволоки через твердосплавные металлокерамичеишещо- л-оии, чем через стальные и еще .ниже тгри использовании алмазных волок. Форма волочильного очка и ее геометрические размеры также влияют на аилу волочения. Эти вопросы будут рассмотрены в со­ ответствующих разделах.

Сила .волочения тем больше, чем прочнее протягиваемый металл. Это происходит потому, что с повышением прочности металла возра­ стает его сопротивление пластической деформации. Сила волочения зависит и от степени единичного обжатия, т. е. обжатия за один пе­ реход. С увеличением единичного обжатия возрастает сила волоче­ ния. Однако не рекомендуется применять низкие единичные обжатия, равные 7— 12% и менее, так как практика показала, что это приво­ дит к повышенному износу волоки главным образом при волочении больших сечений проволоки. Это объясняется тем, что внешнее тре­

этому в процессе волочения должны быть созданы хорошие условия отвода тепла от волок вследствие их охлаждения.

Нормальный (безабрывный) процесс волочения .проволоки обес­ печивается при условии, когда сила волочения Р в не превышает си­ лы, потребной для разрыва протягиваемой проволоки. Эти условия характеризует коэффициент .запаса — Кз, который должен превышать единицу. Рекомендуют вести процесс волочения при Кз— 1,4 т- 2,0. Ори этом значение Кз определяют по формуле

Oz — напряжение волочения, кгс/мм2; Oz— PalS. Здесь Р в — сила волочения, кгс;

S —■площадь поперечного сечения протянутой проволоки, мм2. (Существуют два способа волочения — однократный и многократ­ ный. Однократным называют такое волочение, когда проволока в каждый данный момент времени протягивается только через одну волоку, т. е. проволока за одну операцию, за одну заправку изме­ няет свое сечение один раз. Схема .однократного волочения приведе­

11

на на рис. 7. Конструкция стана для однократного волочения при­

ведена на рис. 8.

Многократным называется такое волочение, когда проволока проходит последовательно через несколько волок, изменяя за одну операцию свое сечение много раз, т. е. проволока в каждый данный момент времени обрабатывается в нескольких волоках. Схема мно­ гократного волочения приведена на рис. 9. Этот способ, как наиболее производительный, является основным в производстве проволоки. На рис. 10 показана машина для многократного волочения прово­ локи без скольжения, на рис. 11машина для многократного воло­ чения проволоки со скольжением.

Машины без скольжения при­ меняют главным образом для во­ лочения толстых и средних разме­ ров проволоки в сталепроволоч­ ном производстве, а также для волочения проволоки из трудноцеформируемых цветных метал­ лов и сплавов, когда необходимо применение сухих или густых тех­ нологических смазок. Число про­ ходов на этих машинах, как пра­ вило, не превышает 10, макси­ мальные скорости волочения 10—

Рис. 9. Схема многократного волочения:

1 — фигурка с проволочной заготовкой; 2 —волоки; 3 — приемный барабан; 4 — промежуточные тяговые шайбы

12

15 м/с. Вследствие сложного движения проволоки, а также ограни­ ченной возможности охлаждения проволоки и волок, значительное повышение скорости волочения на машинах без скольжения невоз­ можно.

Многократные волочильные машины со скольжением широко используют для волочения проволоки из цветных металлов .и сплавов, а также тонких размеров стальной -проволоки. В качестве техноло­ гической смазки на этих машинах применяют -мыльную или мыльномасляную эмульсию, которая одновременно охлаждает волоки, про­ волоку, тяговые ролики, омывая -их во время волочения. Благодаря этому машины со скольжением допускают -работу на высоких ско­ ростях (до 50 м/с). На этих, компактных по конструкции, машинах осуществляют до 25 переходов.

ТЕХНОЛОГИЯ ВОЛОЧЕНИЯ ПРОВОЛОКИ

Технологический -процесс изготовления проволоки — это ряд ,пос­ ледовательных операций (волочен-ие, термическая -обработка, трав­ ление и др.), три осуществлении которых уменьшается сечение за­ готовки и достигаются необходимые -свойства -готовой -проволоки.

Исходным материалом для п-роизводства про-волоки -служит за­ готовка диаметром 6—12 мм, изготовленная, как п-равило, горячей прокаткой или горячим -прессованием. -Слой оии-сл-ов на поверхности такой за-готовки называется -окалиной, которая образуется в -резуль­ тате взаим-одействия кислорода воздуха -с металлом (CuO, FeO и др.).

-О,калина характеризуется повышенной по сравнению с основным металлом твердостью, в связи с чем волочение проволоки с окали­ ной вызывает затруднения и часто делает процесс невозможным. Поэтому первой технологической операцией -в -производстве -проволо­ ки является удаление -окалины. Наиболее -распространенным явля­ ется хи-м-ический метод удаления -окалины — травление.

Для удаления окалины с -поверхности проволочной заготовки черных и цветных металл-о-в -и сплавов широко применяют -раствор 5—15%-ной серной кислоты (H2SO4) в воде. В него погружают мотки окисленной проволоки на определенное время, достаточное для удаления -окалины. Для ускорения процесса травления травильный раствор подогревают до 40—80°С. Углеродистые стали м-ож-но под­ вергать травлению в растворе соляной ни-слоты (НС1). Травление сплавов на основе никеля, высоколегированных -сталей, а также спла­ вов из цветных металло-в, лепиро,ванных хромом, к-ремнием и д-р., окислы которых высоко устойчивы, -осуществляют в растворах кис­ лот серной -и азотной; соляной я азотной и т. д. За последнее время вместо этих растворо-в стали применять обработку окисленной про­ волоки -в расплавленных щелочах NaOH с добавкой -соли NaNCb и последующим травлением в в-одных растворах кислот серной или соляной. Для удаления вы-сокоустойчивых окислов применяют так­ же гидридный метод травления, -основанный на восстановлении окислов металла гидридом натрия NaH.

После травления металл промывают, -очищая от кислоты, остат­ ков окалины, сернокислых солей, которые образуются в процессе травления. Промывку ведут струей холодной воды, подаваемой под давлением. Полное удаление остатков кислоты, которая.отрицатель­ но действует на процесс волочения, вызывая повышенной износ волок, достигается нейтрализацией. Для этого проволоку после промывки

14

опускают на 30—40 с в ванну с подогретой до 60—80°С водой, со­ держащей до 1% мыла. Мыльная пленка на поверхности прозолоки одновременно является дополнительной смазкой при волочении.

Кроме химического метода удаления окалины, описанного выше, известен метод механической очистки заготовки от окислов. Прово­ лочную заготовку с окисленной поверхностью подвергают резким пе­ регибам, пропуская через ролики. При этом окалина дробится и осы­ пается. Однако полное удаление окалины таким способом не дости­ гается. Необходима дополнительная ее обработка. Применяют так­ же пескоструйную или дробаметную обработку. При этом песок, стальную или чугунную дробь силой направляют на поверхность очи­ щаемой заготовки. Под действием ударов .песчинок или дроби слой

заться от травильных растворов. Известно, что механическую очи­ стку используют на отдельных предприятиях по производству сталь­ ной проволоки.

От качества подготовки поверхности проволочной заготовки за­ висят основные показатели процесса волочения: стойкость волок, величина силы волочения, надежность процесса, т. е. отсутствие об­ рывности, качество .поверхности потовой проволоки.

IB сталепроволочном производстве, а также производстве про­ волоки из некоторых сплавов на основе цветных металлов (никеля, титана и др.) после травления поверхность проволочной заготовки покрывают слоем извести, жидкого стекла, буры, поваренной соли, фосфатов, меди .(омеднение) и др. Роль таких покрытий, называе­ мых носителями смазки, заключается в том, чтобы способствовать подаче смазки .в канал волоки, а также удержать достаточное ко­ личество смазки на контактной поверхности проволоки и инструмен­ та. В технологическом .процессе волочения проволоки особая роль отводится смазке. Наличие прочной смазывающей пленки в контакт­ ной .зоне волоки снижает силу волочения, уменьшает внешнее тре­

* Влажность мыльного порошка, применяемого для волочения в сборные волоки, не должна превышать 1%._________________________________________ _

15

волоки, улучшает качество поверхности протягиваемой проволоки. Кроме того, смазка охлаждает волоку, отводя тепло, выделяющееся в процессе деформации металла и действия сил внешнего трения. Это позволяет повышать скорости волочения. Рационально подоб­ ранная смазка облегчает пластическую деформацию металла в во­ локе и позволяет повысить единичные, а также суммарные обжатия. Состав смазок, рекомендуемых для волочения проволоки из цветных

*По ГОСТ 1631—61.

Для волочения проволоки из титана и его сплавов применяют также мыльный порошок, смесь мыльного порошка (50%) и 50% гра­ фита или 50% серы и 50% графита .[3].

Для волочения проволоки из никеля и никелевых сплавов мо­ жет быть рекомендован синтетический моющий порошок «Новость»

Хорошие результаты показала эта смесь при волочении нержа­ веющей проволоки ответственного .назначения е особо чистой повер­ хностью. Такая смазка отличается повышенной опособностью за­ хватываться проволокой. В связи с этим ее расход превышает рас­ ход обычного .мыла, что, однако, окупается получаемым смазочным эффектом [4].

В качестве смазки при волочении проволоки из благородных металлов и сплавов на основе .платины, палладия, золота, серебра применяют натриевое мыло, .воск, мыльные эмульсии, абрикосовое масло. Хорошей технологической смазкой ,п.ри волочении .благород­ ных металлов и их сплавов оказался синтетический моющий порошок «Но.вость» производства Шебекинского химического комбината. Эта емазка создает условия «безрисочного» .волочения, повышает стой­ кость волок. Наиболее эффективно использовать «Новость» при во­ лочении проволоки повышенной прочности,

16

Т а б л и ц а 2

Состав эмульсий (%), рекомендуемых для волочения проволоки

из цветных металлов и сплавов на машинах со скольжением

проводят в эмульсии следующего состава: 3,3 г триэтаноламина и 1,7 г оле­ иновой кислоты на 1 л дистиллированной воды.

(Смазкой для волочения проволоки на машине со скольжением служит эмульсия, состав которой приведен в табл. 2.

Для волочения медной проволоки толстых и средних размеров применяют также эмульсию, состоящую из 5—>10% компаунд-пасты К-30. Эту смазку можно использовать при волочении проволоки из никелевых сплавов (константан, манганин) диаметром 0,5—11,3 мм.

(Компаунд-паста К-30 состоит из 58—68% рапсового или дру­ гого растительного масла, 2,5—3% сухого едкого натра и 39—29% воды [5]. Сведения по составу и применению смазок в сталепрово­ лочном производстве освещены в литературе [6].

IB процессе волочения металл упрочняется (вагартовывается). При достижении определенной степени деформации металл, как пра­ вило, теряет пластичность, и волочение зпгггашвптея-~нево»мвж«»^ Для дальнейшей обработки необходимо 1ернут£,-'.еЩу1Пр£Ж»иеяяластш; ческие свойства. Это достигается нагрев >м Яйдалалдскш |9едел&Н:но| температуры, выдержкой в течение зат а-ннйй-'^ременда й-©'Хл'&дет

• ^ H v. j

нием до комнатной температуры. Такая термическая обработка, ког­ да металлу возвращаются первоначальные (до деформации) свой­ ства, называется полным (ревристаллизационны1м) отжигом. Отжиг проволоки осуществляется в специальных печах, как правило, элект­ рических. В целях предохранения проволоки от окисления отжиг ве­ дут в контролируемой защитной атмосфере, без доступа воздуха или

на заданный размер. При необходимости промежуточные отжиги в процессе волочения проволоки повторяются. На заключительной опе­ рации проволоке придают заданный размер и свойства.

Глава II

ВОЛОЧИЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ

КОНСТРУКЦИЯ волоки

Волока представляет собой инструмент с воронкооб­ разным отверстием (каналом) определенной формы, че­ рез которое протягивается обрабатываемый материал (проволока, пруток, труба).

Основным технологическим инструментом в совре­ менном проволочном производстве является монолитная

протягиваемого металла, в процессе которой уменьша­ ется поперечное сечение проволочной заготовки, до за­ данного. Это наиболее ответственная часть канала во­ локи.

От чистоты поверхности этой части .канала зависят силы внешнего трения, возникающие в контактной части

13

рабочей зоны волоки, т. е. .на границе поверхностей про­ тягиваемого металла и конуса рабочей зоны. Чем мень­ ше .гребешки микронеровностей поверхности рабочей зоны, тем выше эффективность работы слоя смазки, по­ даваемой в зону деформации, и меньше вероятность схватывания поверхности волоки с протягиваемым .ме­ таллом. Поэтому чистота поверхности рабочей зоны должна быть не ниже класса V II—V12.

Рабочая зона волоки имеет, как правило, ионическую форму. Величина угла рабочей зоны влияет .на силу во­ лочения, поэтому должен быть выбран такой угол, при котором сила волочения минимальна. Угол рабочей зо­ ны волоки обозначают через 2а, где а-—угол, состав­

ленный образующей рабочей зоны и осью канала во­ локи.

Исследованиями и практикой установлены оптималь­ ные утлы рабочей зоны (табл. 3 и 4). В работе [7] по­ казано, что зона оптимальных углов для волок с круг­ лыми отверстиями при волочении медной проволоки с обжатиями 20—25% лежит в пределах от 10 до 20°. Эта зона сдвигается в сторону меньших углов по мере по­ вышения прочности обрабатываемого материала, умень­ шения сечения протягиваемой проволоки и единичных обжатий.

Известны указания на то, что при повышении ско­ рости волочения угол рабочей зоны уменьшают. Это способствует увеличению толщины смазывающей плен­

на в диапазоне диаметров от 0,3 до 2,5 мм рекоменду­

Из табл. 3 и 4 следует, что принятая в практике схе­ ма выбора оптимальных углов рабочей зоны в основ­ ном согласуется с экспериментальными данными [6—8]

и может быть принята для дальнейшей практической Деятельности. Не менее важным параметром рабочей зоны волоки является ее длина /р.

19