Технология волочения и оборудование

Технологический процесс волоченияв общем случае состоит из следующих операций:

 - отжиг исходного материала;

- механическое удаление окалины;

 - травление;

 - нанесение подсмазочного слоя;

 - острение заготовки;

 - правка в роликовой машине;

 - набор пакетов;

 - волочение;

 - термообработка после деформации;

 - цинкование;

 - резка;

 - правка;

 - шлифовка;

 - испытание;

 - отделочные операции;

 - промасливание.

Заготовкой для получения калиброванного металла является горячекатанный сортовой металл в виде прутков или бунтов. Для цветных металлов заготовку получают в виде прутков прессованием. В черной металлургии прессование все шире внедряется для заготовок из высоколегированных и качественных марок стали.

Укрупненно все технологические операции процесса волочения можно разделить на три группы:

 подготовка поверхности и структуры исходного металла;

 волочение;

 термическая обработка готового продукта.

Экспериментально установлено, что изменение скорости волочения в широком диапазоне практически не влияет на усилие волочения, однако в значительной мере изменяет температурные условия на контакте и условия трения. Механическая работа внешнего и внутреннего трения практически полностью преобразуется в тепло, которое разогревает инструмент и металл. Опыт показал, что поверхность проволоки разогревается до 700 С и выше за тысячные доли секунды, а за пределами очага деформации температура также быстро снижается до средней по сечению.

Подготовка поверхности металла к волочению

Технологические операции производства в значительной мере определяются сортаментом, химическим составом и структурой исходного металла, а также требованиями к готовому изделию.

Прокат из углеродистых, автоматных и низколегированных сталей сразу подвергается операциям удаления окалины с поверхности.

Высоколегированные стали перед этим обрабатываются в термических печах для обеспечения требуемой структуры металла. Термическая обработка заключается в нагреве до температуры720-800С, выдержке при этой температуре в течение 30-45 мин, затем медленном охлаждении до 600-650С и дальнейшем резком охлаждении, чтобы отделилась основная часть окалины. Остаток окалины на прутках может быть отделен механическим путем во вращающихся барабанах и дробеметных установках.

В технологии калибровочного производства широко применяют роликоправильные машины, в которых пластический знакопеременный изгиб используют как для правки, так и для разрыхления окалины. Таким образом снимают около 95 % окалины, остатки удаляют металлическими щетками.

Последующее травление окончательно удаляет окалинуи осуществляется обычно в кислотных растворах (64-75 % H₂SO₄c некоторыми добавками ингибиторов, чтобы интенсифицировать процесс травления и снизить скорость растворения самого металла). Травление длится обычно 20-70 мин при температуре 85-90С. Для более быстрого отделения окалины на некоторых заводах используют ультразвуковое колебание ванны.

При травлении выделяется водород, который частично растворяется в верхнем слое металла и ухудшает его свойства. Этот недостаток устраняется, если используется соляная, а не серная кислота, но ее тяжело транспортировать, и стоимость соляной кислоты выше, чем серной.

Легированные марки сталей обычно имеют оксиды сложного химического состава, травление их занимает значительно больше времени. Для травления таких сталей в серно-кислые ванны добавляют азотную или соляную кислоту.

Весьма эффективны ванны с расплавом гидрата натрия NaH, который восстанавливает оксиды железа и других металлов до металлического состояния.

После травления в любом растворе подкат промывают в горячей и холодной воде для удаления частиц окалины, а затем подвергают его операции желтения. Эта операция заключается в том, что прутки после промывки выдерживают мокрыми в подвешенном состоянии 30-60 мин, и на их поверхности образуется тонкая пленка ржавчины.

Прутки и трубы из легированных марок сталей подвергают меднению в 2-4 %-ном растворе H₂SO₄+ CuSO4 в течение 2-5 мин. Эта пленка металлической меди, как и тонкий слой гидрата окиси железа, способствует лучшему удержанию смазки в очаге деформации при волочении.

После меднения или желтения следует операция известкования – погружение пакета или бунта в ванну с известковым раствором, нагретым до температуры 80-90 С. На поверхности металла оседает тонкий слой извести, который нейтрализует остатки кислоты, предохраняет поверхность металла от ржавчины во время транспортировки и хранения, способствует лучшему удерживанию и захвату смазки во время волочения.

Известкование имеет ряд недостатков, в частности, способствует запыленности в цехе.

Вместо извести можно использовать и другие, относительно новые и достаточно эффективные покрытия:

 покрытие бурой Na₂B₄O₂·10H₂O обеспечивает более высокие скорости волочения;

 фосфатирование (выдержка в течение 5-10 мин в растворе солей ортофосфорной кислоты), такая пленка не теряет своих свойств при нагреве до 600 С, при этом стойкость волочильного инструмента повышается в 4-12 раз;

 для хромоникелевых сплавов применяют оксалатирование (травление солями щавелевой кислоты) в течение 10-15 мин.

Все эти покрытия имеют один недостаток – большую стоимость.

Заключительной операцией подготовки является сушка металла при температуре 300-400 С в течение 5-20 мин в сушилках с электрическим или газовым нагревом.