книги / Теория волочения

конец трубы длиной 300—500 мм приходится удалять, что, есте­ ственно, снижает выход годного.

Однако при волочении труб большой длины, особенно при во­ лочении в мотках, такая мера оправдана, поскольку снижение выхода годного при этом незначительно и окупается сокращением числа переходов и длительности технологического цикла.

Как показали исследования К. Н. Рейхерта \ многократные станы тракового типа могут быть использованы для волочения прутков.

8. ОБ ОПТИМАЛЬНОМ ЧИСЛЕ ВОЛОК МАШИН ДЛЯ МНОГОКРАТНОГО ВОЛОЧЕНИЯ

Процесс многократного волочения от катанки или прессованной заготовки до проволоки заданного размера может осуществляться на одной или нескольких машинах для многократного волочения. Чем больше общая вытяжка за весь передел, тем вероятнее необ­ ходимость применения двух и более машин с оптимальным числом волок в каждой.

П е р в ы м ф а к т о р о м , определяющим оптимальное число волок на машине, является максимально допустимая вытяжка от отжига до отжига [х0бтах>устанавливаемая так же, как и в однократ­ ных процессах (гл. X). Следует, однако, иметь в виду, что совре­ менное состояние техники нагрева проволоки позволяет предпо­ ложить возможность организации промежуточных отжигов без перерыва процесса. При таком положении фактор [х0бтах не будет

влиять на число волок в машине.

В т о р ы м ф а к т о р о м является обрывность, повышаю­ щаяся с увеличением числа волок на машине, занятых в процессе. Этот фактор может быть учтен только статистической обработкой результатов наблюдений при правильно организованном процессе волочения, обеспечивающем выполнение всех условий, рассмотрен­ ных в данной главе и в гл. V.

Т р е т и й ф а к т о р — неизбежный, часто большой разрыв между технически оптимальными и фактическими скоростями во­ лочения в каждой волоке, кроме выходной. Фактические скорости волочения определяются условием постоянства секундных объемов проволоки и поэтому обратно пропорциональны поперечным се­ чениям проволоки или квадратам ее диаметров. Оптимальные скорости волочения такому соотношению не подчиняются, поэтому они отличаются одна от другой значительно меньше (см. гл. XII). Отклонения от постоянства секундных объемов, допускаемые ма­ шинами с регулируемыми скоростями шайб и с магазинами, не вносят больших изменений в указанные соотношения и не позво­ ляют вести процесс с оптимальными скоростями во всех волоках

1 К. Н. Р е й х е р т. Диссертация. Москва, 1969.

351

С увеличением числа волок на одной машине возрастает и раз­ рыв между действительными и оптимальными скоростями, осо­ бенно на первых волоках. Это видно из следующего примера.

Пусть требуется протянуть медную проволоку из катанки диа­ метром 7 мм до диаметра 0,2 мм. Медь допускает применение очень больших вытяжек между отжигами, поэтому заданный передел можно было бы выполнить на одной многократной машине в 33 во­ локи при средней вытяжке 1,25 и выходной скорости 35 м/сек. При таком процессе скорость волочения в первой волоке была бы равна

Такая скорость явно резко занижена по сравнению с оптималь­ ной и указывает на нерациональное использование тяговых мет ханизмов первой и нескольких последующих волок и на целесооб­ разность распределения всего передела на 2—3 машины.

Первая из этих машин (по ходу передела) работала бы с по­ вышенными скоростями и смогла бы обслужить несколько после­ дующих машин и этим понизить стоимость передела.

Место разделения передела зависит от параметров оборудова­ ния (габариты, скорости, стоимость, удобство обслуживания и др.) и может быть определено сравнительным технико-экономическим анализом технологического процесса волочения в нескольких воз­ можных вариантах.

Таким образом, оптимальное число волок машины для много­ кратного волочения должно определяться отдельно для каждого передела в зависимости от технологических, технических и эко­ номических условий.

ЛИТЕРАТУРА

1. Справочник по технической механике под редакцией А. Н. Динника. Гостех-

А. А. Жданова, № 1, вып. 2, 1948.

11.Ц е л и к о в А. И. и др. Изв. вузов. Машиностроение, 1962, № 9, с. 145.

изводства труб». Цветметинформация, 1966, с. 37.

3 5 2

Глава XII

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ, СКОРОСТЬ ВОЛОЧЕНИЯ И МОЩНОСТЬ ДВИГАТЕЛЕЙ

ВОЛОЧИЛЬНЫХ МАШИН

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВОЛОЧИЛЬНЫХ МАШИН

Производительность волочильных, как и всяких других машин, определяют по количеству выпущенной продукции в единицу времени. Выпуск может выражаться в единицах массы (произво­ дительность по массе) и в линейных (линейная производитель­

ность) и может быть отнесен:

1 . К машинному времени (при этом условии линейная произ­ водительность будет равна скорости волочения).

чале и конце смены на подготовку машины и инструмента к ра­ боте, а также уборку рабочего места и передачу его в связи с окон­ чанием смены.

Далее приведены расчеты производительности машин лишь за оперативное время, так как расчет затрат времени на подготови­ тельно-заключительные операции относится к элементам органи­ зации производства [1 ].

Для упрощения расчетов и анализа их результатов все опре­ деления отнесены к линейной производительности, что никак не влияет на расчетные показатели процессов. Чтобы перейти от линейной производительности к весовой, следует, как известно, умножить первую на массу одной линейной единицы заданной продукции.

Для определения линейной производительности однониточной машины однократного волочения при нескольких переходах не­ обходимы следующие исходные данные:

выбираемая, согласно соображениям, приводимым далее;

г) время на ликвидацию обрывов и прочих мелких неполадок, определяемое в долях машинного времени коэффициентом

Линейную производительность (/) рассматриваемой машины можно определить, исходя из следующего. Промежуток времени Г, необходимый для протяжки полосы заданного сечения F0 на се­

Отсюда линейная производительность за оперативное время опре­

Если скорость волочения vB во всех переходах остается неиз­ менной, а паузы одинаковыми, то выражение (XI1-1) упрощается и принимает следующий вид:

Линейная производительность многониточной машины для од­ нократного волочения равна произведению производительности, полученной по формулам (ХП-1) или (ХП-la), на число ниток. В то же время повышение числа ниток увеличивает длительность пауз и общую обрывность. Поэтому линейная производительность многониточной машины всегда меньше производительности одно­ ниточной машины, помноженной на число ниток, т. е. произво­ дительность не возрастает пропорционально числу ниток.

В работе [2] на примере волочения прутков предлагается метод приближенной оценки эффективности многониточного процесса, основанный на предположении об изменении с увеличением числа ниток коэффициента машинного времени по закону убывающей геометрической прогрессии, знаменателем которой является коэф­ фициент машинного времени при однониточном процессе:

----- Wu,------

Следует иметь в виду, что такое предположение может реали­ зовываться лишь при самом неблагоприятном сочетании произ-

354

даже при неблагоприятных сочетаниях производственных условий многониточные процессы часто могут быть весьма эффективными.

Нужно также иметь в виду, что повышение производитель­ ности оборудования с увеличением числа ниток может повлечь за собой соответствующий рост производительности труда только в том случае, если при переходе на многониточную обработку число машин, обслуживаемых бригадой или одним рабочим, при этом не уменьшится. Поэтому, анализируя эффективность перехода на многониточную обработку, следует раздельно оценивать повы­ шение производительности оборудования и производительности труда.

Анализ эффективности процессов многониточного волочения стальных труб, проведенный в работе [3], и многониточной про­ катки труб на станах ХПТ, проведенный в работе [4], подтвер­ ждает изложенные выводы.

Линейная производительность машины для многократного во­ лочения определяется длиной протянутого металла L в промежуток времени между заправками машины для смены инструмента или для заправки другой партии металла, длительностью заправки t3ап» длительностью (tn) и числом (С) остановок (пауз) для снятия про­ тянутого металла за рассматриваемый промежуток времени и за­ тратами времени на ликвидацию обрывов и мелких неполадок (|).

Промежуток времени Т у необходимый для протяжки металла

откуда линейная производительность машины для многократного

1 . На производительность волочильных машин оказывает боль­ шое влияние длительность пауз: чем больше паузы, тем ниже про­ изводительность, и наоборот. Влияние длительности пауз возра­

стает со снижением доли машинного времени и наоборот.

Поэтому при волочении полос малой длины (например, на станах с прямолинейным движением металла) основным источником по­ вышения производительности является уменьшение длительности пауз вследствие механизации и автоматизации вспомогательных операций.

Машинное время можно также увеличить, понизив скорость волочения, но такой путь может быть оправдан только в тех ред-

356

ких случаях, когда применяемая скорость выше оптимальной, метод выбора которой изложен далее.

2 . Производительность машины повышается с увеличением скорости волочения, но не пропорционально: производительность машины всегда растет меньше, чем скорость волочения. Чем меньше доля машинного времени в оперативном, тем меньше по­ вышение скорости волочения влияет на производительность, и наоборот. Поэтому при больших длинах протягиваемого изделия рост скорости волочения является главным источником повыше­ ния производительности.

2.СКОРОСТЬ ВОЛОЧЕНИЯ

Общие сведения

Скорость волочения определяется тремя группами факторов: технологическими, техническими и экономическими [5].

Основным технологическим фактором является, напряжение волочения. Влияние скорости на напряжение болочения разобрано в гл. VI, Из сказанного в этой главе следует, что при прочих за­ данных параметрах процесса волочения имеется максимум ско­ рости, при переходе за пределы которого процесс становится не­ устойчивым и даже зачастую технически неосуществимым. Этот максимум можно считать технологическим максимумом скорости. При заданных конструкциях волочильной машины и мощности ее привода скорость волочения имеет также технический максимум, определяемый прочностными характеристиками машины и мощ­ ностью ее двигателя. При проектировании волочильных машин новых конструкций с новыми параметрами, поскольку не возни­ кает ограничений в мощности привода, а также в прочностных характеристиках машины и особенно ее вращающихся деталей, технический максимум скорости волочения может быть очень высоким.

Основные экономические факторы, зависящие от скорости во­ лочения: заработная плата, стоимость электроэнергии, затрачи­ ваемой на технологический процесс, и амортизация оборудования, приходящиеся на единицу протянутого металла. Заработная плата непосредственно связана с производительностью; с увеличением скорости волочения производительность растет, а заработная плата на единицу изделия уменьшается. Однако рост производитель­ ности, как это видно из предыдущего, отстает от роста скорости волочения. Поэтому и уменьшение зарплаты на единицу изделия с ростом скорости замедляется. На рис. 180 соответственно этому приведена кривая /, показывающая характер изменения заработ­ ной платы на единицу изделия в зависимости от скорости волоче­ ния. С увеличением скорости волочения в большинстве случаев несколько снижается напряжение волочения, а с ним и удельный

357

расход энергии на осуществление процесса. В то же время растет мощность привода, а значит и удельный расход энергии, потреб­ ляемой приводом во время пауз, поскольку длительность их не меняется. Следовательно, с повышением скорости удельный рас­ ход энергии падает не так быстро, как увеличивается скорость. На рис. 180 соответственно этому приведена кривая 2 , показываю­ щая характер изменения стоимости электроэнергии, затрачиваемой на единицу продукции, при повышении скорости волочения. При увеличении скорости волочения усложняется конструкция ма­

зависимости удельной амортизации от скорости волочения. Суммируя ординаты кривых 7, 2 и 5, можно построить кривую 4,

схематически показывающую изменение цеховой стоимости еди­ ницы продукции (без учета части накладных расходов) в зависи­ мости от скорости волочения. Эта кривая имеет минимум, который показывает ту максимальную скорость волочения, при которой цеховая стоимость продукции будет минимальной. Этот максимум скорости волочения в отличие от предыдущих можно назвать эко­ номическим. Такой максимум установлен и в аналогичном про­ цессе холодной прокатки ленты [5].

Технологический, технический и экономический максимумы скорости волочения в общем случае не совпадают, поэтому при­ ходится выбирать скорость по минимальному из этих трех макси­ мумов, т. е. считать оптимальной скоростью волочения такую, которая технологически и технически осуществима и экономически целесообразна.

Из перечисленных трех максимумов расчетному определению поддается технический, остальные два расчетом определить весьма

358

трудно. К тому же все эти максимумы неустойчивы, потому что прогресс науки и техники непрерывно ведет к усовершенствованию процессов волочения и, следовательно, к изменению условий, опре­ деляющих эти максимумы. Применение устройств для непрерыв­ ного приема проволоки в мотки или на катушки, дальнейшее внедрение сварки заготовок, повышение стойкости волок, улучше­ ние качества смазок, разработка новых методов нанесения смазки или ее подвода к деформационной зоне и т. п. являются примерами таких усовершенствований. Поэтому оптимальные скорости при­ ходится выбирать на основании изучения и анализа действующих и опытных установок, руководствуясь при этом изложенными ранее положениями о связи скорости волочения с технологическими и техническими условиями процесса волочения и его экономическими результатами.

Между технологическим и экономическим максимумами ско­ рости волочения имеется определенное соотношение. При малой доле машинного времени в оперативном, например при волочении на станах с прямолинейным движением или при волочении ме­ талла в полосах малой длины, экономический максимум ниже технологического. Поэтому оптимальные скорости приходится вы­ бирать только по результатам анализа технико-экономических по­ казателей. При большой доле машинного времени в оперативном, например при многократном волочении проволоки в полосах боль­ шой длины, технологический максимум меньше экономического. В этом случае оптимальные скорости приходится выбирать, ис­ ходя из технологических показателей, так как при этом всякое технологически возможное увеличение скорости обязательно при­ водит к улучшению экономических показателей (при этом, конечно, должна быть обеспечена и техническая возможность повышения скоростей волочения).

При многониточном волочении в некоторых условиях (напри­ мер, высокая обрывность, связанная с высокой скоростью) не исключена целесообразность уменьшения скорости волочения и одновременного увеличения числа ниток.

В соответствии с изложенным далее приведены некоторые кри­ терии для выбора оптимальных скоростей волочения примени­ тельно к основным типам волочильных машин и основным группам и размерам протягиваемых металлов и сплавов. Эти данные сле­ дует рассматривать лишь как исходные, определяющие порядок величин скоростей волочения.

Скорость волочения на станах с прямолинейным движением протягиваемого металла

На таких станах протягивают металл в полосах длиной, обычно не превышающей 10 м (эта длина — максимальная, при которой удобна транспортировка без укладки витками). Небольшая длина протягиваемой полосы резко снижает долю машинного времени,

359

составляющую 20—40% оперативного. Поэтому в рассматривае­ мых установках скорости волочения выбирают применительно к экономическому максимуму. Чем меньше сечение и масса по­ гонного метра протягиваемой полосы, тем легче выполнять все вспомогательные операции, сокращаются паузы и становится целе­ сообразным увеличение скоростей. Уменьшение сечения полосы совпадает со снижением сил волочения, поэтому в данных усло­ виях скорости волочения прямо связаны с силами. Ниже приве­ дены скорости волочения, применяемые на рассматриваемых ста­ нах независимо от прочностных и пластических характеристик протягиваемого металла, поскольку, как уже было указано, ско­ рости здесь определяются не технологическим, а экономическим максимумом*

При длинах полос, заметно превышающих 10ж, и при уменьшении вспомогательного времени, особенно при задаче в волоку вдавли­ ванием, оптимальная скорость волочения может быть в 1,5— 2 и более раза выше указанных.

Скорость на однократных машинах с круговым движением протягиваемого металла

На машинах этого типа протягивают несколько групп полу­ фабрикатов, в том числе сплошные профили, допускающие изгиб; полосы сравнительно небольшой длины («^100 ж); трубы сравни­ тельно небольшого диаметра; проволоку из металлов и сплавов, интенсивно упрочняющихся и требующих поэтому частых отжигов, и проволоку с весьма малыми поперечными сечениями, при воло­ чении которой ввиду малых величин разрывных сил трудно со­ здать устойчивый многократный процесс. Поэтому на машинах рассматриваемого типа оптимальные скорости выбирают по эко­ номическому (для первой группы) и по технологическому (для второй и третьей групп) максимуму. К технологическим факторам, связанным со скоростью волочения, следует добавить еще один, а именно скорость сматывания заготовки, которая составляет 75—90% от скорости волочения (по условию постоянства секунд­ ных объемов). При высоких скоростях сматывания, если они не синхронизированы со скоростями входа проволоки в деформацион­ ную зону и создаются простым натяжением сматывающейся про­ волоки (что чаще всего применяют на практике), витки могут западать один за другой, отчего происходят обрывы и нарушается устойчивость процесса.

Ниже приведены скорости на машинах для однократного воло­ чения (при несинхронизированном сматывании заготовки):

360