Введение

Производство метизов является самостоятельной областью металлообработки. Метизами условно принято называть группу широко применяемых в народном хозяйстве металлических изделий промышленного назначения, для изготовления которых используют катанку, мелкосортный прокат, калиброванный металл, проволоку и катаные полосы. К этой группе изделий, относящейся к продукции четвертого передела черной металлургии (считая первым - производство чугуна, вторым – стали, третьим – проката), относятся: проволока, канатные изделия, металлокорд, витая арматура, металлические сетки, крепежные изделия и др.

Обработка металла волочением, т.е. протягивание заготовки через отверстие, выходные размеры которого меньше, чем исходное сечение заготовки, находит самое широкое применение в различных отраслях промышленности. Изделия, получаемые волочением, обладают высоким качеством поверхности и высокой точностью размеров поперечного сечения.

Волочение выгодно отличается от механической обработки металла резанием (строганием), фрезерованием, обточкой и пр., так как при этом отсутствуют отходы металла в виде стружки, а сам процесс заметно производительнее и менее трудоемок.

Волочение представляет собой один из древнейших способов обработки металла давлением. Впервые волочение начали применять 3-3,5 тыс. лет до нашей эры. В начале XYIII века на заводах Урала работало 16 волочильных станов от водяного привода, выпускавших около 45 тонн железной проволоки в год. В 1838 году впервые было применено многократное волочение на больших скоростях 30-60 м/мин. В 1922 году на Белорецком сталепроволочно-канатном заводе был внедрен специальный вид термической обработки катанки - патентирование, с помощью которого была получена прочная стальная проволока. Переход от волочения на однократных машинах к волочению на многократных станах позволил значительно поднять производительность. Скорость волочения возросла более чем в 15 раз.

Сталепроволочное производство технически постоянно совершенствуется. Изменена структура производства: увеличена доля выпуска проволоки ответственного назначения, более тонкой и прочной. Освоены высокие скорости волочения.

Проволоку основного сортамента производят по современным, достаточно эффективным технологическим схемам на высокопроизводительном оборудовании. Сталепроволочное производство оснащено поточными агрегатами, на которых совмещены операции термической обработки и подготовки поверхности, включая нанесение металлических покрытий.

Метизная промышленность обеспечивает переработку 90-95% производимой катанки в проволоку. Наряду с повышением прочности проволоки и снижением величины ее плюсовых допусков на диаметр значительно экономится металл. Этому же способствует увеличение доли выпуска проволоки с защитными покрытиями и с фасонным поперечным сечением вместо круглой, что позволяет снизить массу самого изделия и всей потребляемой проволоки.

ОАО «ЧСПЗ» является крупным предприятием метизной промышленности, в номенклатуре изделий которого представлена широкая гамма метизов. В настоящее время доля «ЧСПЗ» в отгрузке товарной продукции среди предприятий ассоциации «Промметиз» составляет 38%.

30 декабря 1967 года был издан приказ Министерства черной металлургии СССР о создании Череповецкого сталепрокатного завода на базе выведенного из состава металлургического завода метизного производства.

В настоящее время ОАО «ЧСПЗ» разделено на три больших производства:

метизное производство в составе сталепроволочного цеха № 1 мощностью 450 тыс. тонн проволоки в год; гвоздильного цеха мощностью 70 тыс. тонн гвоздей в год; цеха металлических сеток мощностью 30 тыс. тонн сетки и сетчатых конструкций в год; электродного цеха мощностью 66 тыс. тонн электродов и порошковой проволоки в год;

калибровочное производство в составе калибровочного цеха мощностью 500 тыс. тонн калиброванного металла в год; крепежного цеха мощностью 15 тыс. тонн крепежа в год; цеха стальных фасонных профилей мощностью 20 тыс. тонн фасонных профилей в год;

сталепроволочно-канатное производство в составе сталепроволочного цеха № 2 мощностью 120 тыс. тонн проволоки в год и канатного цеха мощностью 75 тыс. тонн стальных и арматурных канатов в год.

В структуру завода включен ряд служб и вспомогательных цехов: энергоцех, инструментальный, ремонтно-механический, тарный, строительный, транспортно-грузовой, и др. Обеспечение производства сырьем и материалами осуществляет дирекция по обеспечению материально-техническими ресурсами, дирекция по маркетингу и сбыту осуществляет работу с клиентами, планирование продаж и изучение рынка сбыта.

Использована информация из “Пособия волочильщика”.

1. Классификация волочильных станов

Волочильный стан - это машина, служащая для обработки метал­ла волочением, .т.е.протягиванием металлических заготовок в холод­ном состоянии через волочильный инструмент для получения меньших размеров поперечного сечения готового изделия - проволоки. Воло­чением обрабатывается проволока круглых и фасонных сечений и обес­печивается высокая точность профиля и чистая гладкая поверхность. При холодном волочении значительно повышается предел текучести и прочности, а также твердость протягиваемого металла.

В зависимости от конструктивных особенностей и назначения волочильные станы делятся на две группы: станы с круговым движе­нием проволоки при намотке на барабан и с прямолинейным движением готового изделия при помощи тянущих тележек. По принципу работы волочильные станы классифицируются на волочильные станы без скольжения проволоки на тяговых барабанах и станы со скольжением проволоки на барабанах, кроме последнего, чистового.

Первые, в свою очередь, подразделяются на станы с накопле­нием проволоки на промежуточных барабанах и на станы с автомати­ческим регулированием частоты вращения промежуточных барабанов на прямоточных станах.

По кратности волочения волочильные станы подразделяются на

однократные и многократные. По кинематическому принципу - станы с индивидуальным приводом каждого барабана и станы с групповым при­водом всех барабанов. В зависимости от диаметра протягиваемой проволоки станы подразделяются: для особо толстого волочения (при диаметре проволоки более 6.0 мм), грубого волочения (3.0-6.0 мм), среднего волочения (1.8-3.0 мм), тонкого волочения (0.8-1.8 мм), тончайшего волочения (0.5-0.8 мм), наитончайшего волочения (0.1-0.5 мм) и волочения проволоки диаметром менее 0.1 мм.

По термическим условиям деформации волочение проволоки под­разделяется на:

горячее волочение - волочение в условиях зарекристаллизационных температур (до 900°С), применяемое для таких металлов, как вольфрам, молибден, сплавы титана и алюминия, так как они обладают при обычных температурах недостаточной пластичностью и проявляют хрупкость; теплое волочение - волочение в условиях до или около рекристаллизационного порядка (до 500°С,) используещееся для во­лочения проволоки из быстрорежущих марок сталей типа Р-9, Р-18; низкотемпературное волочение - волочение в интервале тем­ператур от 60°С до 180°С, применяющееся при производстве проволоки из высоколегированных сталей с аустенитной и аустенитно-ферритной структурой.

Кроме этого, процесс волочения может проводиться с противона-тяжением, как это происходит на прямоточных волочильных станах -перед соответствующей волокон протягиваемой проволоке создается предварительное натяжение от предыдущего барабана.

Вибрационное волочение - волочение с наложением вибраций на проволоку или волоку с частотой от 200 до 1000 Гц, что приво­дит к уменьшению силы волочения на 35-45%.

Волочение черев вращающуюся волоку также уменьшает силу волочения, но для вращения волоки необходим специальный привод.

Волочение проволоки через неприводные роликовые волоки, при­меняющиеся для высокопрочных сталей, аналогично обработке давле­нием методом прокатки с неприводными валками.

Появление в 1927-28 гг. твердосплавного волочильного инстру­мента произвело своего рода революцию в волочильном производстве.

1.1 Волочильные станы для однократного волочения проволоки

Однократные волочильные станы предназначены для волочения проволоки из заготовок толстых размеров - от 8.0 до 20.0 мм. Диаметр тянущих барабанов составляет 550-750 мм.

Схема работы однократного волочильного стана показана на рис.1.1. Протягиваемая заготовка 2 сматывается с размоточного устройства 1. После прохождения через волочильный инструмент (во­локу) 3, протянутая на необходимый размер (диаметр) проволока 4 наматывается на тянущий барабан б, который приводится во вращение от электродвигателя 7 через редуктор или коробку скоростей 6.

Волочильный стан (рис.1.2) представляет собой самостоятель­ный блок, состоящий из литого корпуса 11, на котором смонтирован тяговый волочильный барабан 5.Барабан получает вращение от элект­ропривода, состоящего из электродвигателя 3, клиноременной переда­чи, четырехскоростной коробки передач 4, конической и цилиндричес­кой пар зубчатых колес.

Бунт заготовки, подлежащей волочению, надевается на консоль 1 или фигурку 2. Конец проволоки после заострения на острильном станке пропускают через отверстие волоки 9, после чего захватыва­ют вытяжными клещами. Клещи при помощи пластинчатой цепи с крюком на другом конце соединяются с барабаном 5.На заправочной (медлен­ной) скорости на барабан наматывается несколько витков проволо­ки, после чего клещи снимаются, а свободный конец проволоки зак­репляется за спицу 6 барабана. После этого стан включается на ра­бочую скорость.

После накопления на барабане определенного количества витков проволоки, стан останавливается, полученный моток проволоки (или передельной заготовки) снимается и укладывается на увязочную фи­гурку 8.

Все операции по укладке бунта заготовки на размоточное уст­ройство и съем мотка проволоки механизированы.

Волочильный барабан обслуживается подъемниками, а укладка бунта осуществляется тельфером 7. Масса бунтов с проволочных про катных станов составляет 1.0-1.5 т, для их укрупнения применяется стыковая сварка с помощью специальных сварочных аппаратов 10, ко­торыми оборудован каждый стан.

Намотка проволоки может производиться не только в бунты, но и на катушки вместимостью до 2.0 т при помощи специальных намо­точных устройств, которые могут быть установлены в одной линии с волочильными станами. Это позволяет повысить производительность волочильного стана за счет снижения времени на ручные операции (съем мотка проволоки с барабана и др.) и увеличения машинного времени. При этом улучшается качество готовой продукции, уменьша­ются отходы, исключается перепутывание проволоки и т.д.

Привод в станах однократного волочения может осуществляться от электродвигателей как переменного, так и постоянного тока.

Привод должен обеспечивать:

запуск стана при заправке на медленной, ползучей скорости и плавный разгон, исключающий обрыв проволоки;

быстрый разгон для обеспечения максимальной производитель­ ности;

широкий диапазон регулирования скорости волочения в зави­ симости от величины поперечного сечения и марки протя­ гиваемого материала;

быструю остановку стана в аварийных случаях.

Несмотря на то, что современные однократные станы проектиру­ют для работы с повышенными скоростями волочения, они имеют сле­дующие недостатки:

за одну, а иногда за две протяжки (при ступенчатом, сдвоен­ ном барабане) нельзя получать высокие обжатия;

ограниченная скорость волочения всецело определяется допустимой скоростью схода заготовки с фигурки;

Ввиду того, что диаметр заготовки довольно велик, а машин­ ное время на один бунт заготовки мало, стан часто приходится ос­ танавливать для замены бунта, а также съема мотка проволоки, если последняя накапливается на барабане.

Однократные волочильные станы находят широкое применение для производства проволоки фасонных профилей (сечений), при волочении труднодеформируемых марок сталей, при калибровке толстой проволо­ки, а также при теплом волочении с предварительным подогревом ме­талла (заготовки).

В табл.2.1 приведена техническая характеристика наиболее распространенных типов волочильных станов как для однократного, так и для многократного волочения конструкции ВНИИМЕТМАШа.

Кинематические схемы приводов станов ВСМ 1/650, ВСМ 1/550 и ВСМ 1/750 приведены на рис. 1.3-1.5.

Рис.1.1. Схема работы однократного волочильного стана:

1 - размоточное устройство; 2 - проволока - заготовка; 3 - волочильный инструмент; 4 - протянутая проволока; 5 - тянущий барабан; 6 - редуктор; 7 - электродвигатель

Рис.1.2. Общий вид волочильного стана ВСМ 1/650:

1-консоль для заготовки в мотках; 2-вращающиеся фигурки для мотков;3-электродвигатель привода; 4-коробка передач; 5-волочильный,тянущий барабан;6-спицы для накопления проволоки; 7-колонна съемника: 8-фигурка для увязки мотка; 9-фильеродержатель; 10-сварочный аппарат; 11-корпус блока стана; 12-электрошкаф; 13-наждак

. 1.2 Волочильные станы для многократного волочения

проволоки

На многократных волочильных станах проволока - заготовка про­ходит последовательно через несколько волок, изменяя после каждой

Волочильный стан типа UDZSA 5000/6

Шестикратный волочильный стан блочного типа модели UDZSA 5000/6 с максимальным усилием волочения на первом черновом блоке равным 50 кН (5000 кг), предназначен для волочения стальной угле­родистой проволоки при диаметре заготовки до 12 мм. При волочении медной или алюминиевой проволоки диаметр заготовки может быть больше. Общий вид волочильного стана UDZSA 5000/6 приведен на рис.3.1.

Все блоки данного стана имеют одинаковую конструкцию. Отли­чительную особенность имеет чистовой барабан, снабженный специ­альными спицами для сбора витков готовой проволоки в моток. Если волочильный стан снабжен намоточным аппаратом, то готовая прово­лока наматывается на катушки вместимостью до 1000 кг.

Каждый блок устанавливается на собственном железобетонном фундаменте, прочно прикрепляется к нему анкерными болтами. К бло­кам подводятся необходимые коммуникации: трубопроводы для водяно­го охлаждения барабанов и волокодержателей, электропитание, сис­темы управления и т.д.

В зависимости от технологических особенностей изготовления проволоки и получения необходимых механических свойств на готовом размере волочильные станы могут комплектоваться в одной линии с различным числом блоков (от одного до шести).Основные технические характеристики волочильных станов UDZSA 5000/1-6, 2500/1-6, 1250/1-10 и 630/1-10 приведены в табл.3.2.

Блоки волочильного стана UDZSA 5000/6 имеют в своем составе привод от электродвигателя переменного тока, клиноременную пере­дачу, четырехступенчатую коробку передач, две цилиндрические и одну коническую зубчатую передачу, приведенные на рис.3.2. Все механизмы установлены в литом стальном корпусе, обеспечи­вающем достаточную прочность и жесткость. Валы зубчатых колес имеют опоры на подшипниках качения. Смазка зубчатых колес и подшипниковых узлов - картерная, окунанием и разбрызгиванием. Зубья колес для увеличения стойкости подвергаются закалке и шли­фованию либо притирке. Упрочнению закалкой подвергаются и роли­ки дифференциала, работающие в условиях тяжелого нагружения.

Каждый волочильный стан оснащается заправочной цангой для протягивания конца проволоки через волочильный инструмент и нама­тывания на барабан нескольких витков проволоки для дальнейшего волочения. Другой конец цанги имеет крючок, который зацепляется за специальные отверстия в барабане. После наматывания нескольких витков проволоки (около 10) цанга снимается и стан включается с заправочной скорости на нормальную рабочую. Во время заправки нужно быть очень внимательным и предохранять руки от возможного затягивания их витками наматываемой проволоки.

Общий вид промежуточного барабана волочильного стана UDZSA 5000/п показан на рис.3.2.

Заготовка или проволока промежуточного размера, проходя через волочильный инструмент, установленный в волокодержателе 10, нама­тывается на тяговый барабан и после накопления некоторого объема пропускается через ролик 13 тормозного дифференциала и далее че­рез направляющий блок 14, установленный на вертикальной стойке, к волокодержателю следующего блока волочильного стана.

Включение блока волочильного стана производится кнопкой 9.. "Пуск", а остановка кнопкой 8 "Стоп". Управление системой охлаж­дения волочильного инструмента осуществляется перепускным клапа­ном 7, а охлаждение барабана - клапаном 6.

Во время заправки проволоки на барабане и настойке стана ножной выключатель "ползучей" медленной скорости привода блока -конечный выключатель 1. Частота вращения барабана контролируется тахогенератором 2.

Переключение ступеней зубчатых передач коробки скоростей на блоке осуществляется рычагами 16 и 17, причем одновременно одна и таже скорость (передача) устанавливается на всех блоках. Увели­чение линейной скорости волочения или окружной скорости барабанов от первого до последнего чистового осуществляется за счет различ­ного числа зубьев Za и Zb в кинематической схеме в каждом блоке.

Блокирующий контакт 15 отключает главный приводной электрод­вигатель при открытой дверце защиты. Все механизмы смонтированы на литом корпусе 18.

На рис. 3.3 представлена кинематическая схема одного блока волочильного стана UDZSA 5000/6, а в табл. 3.3 - данные чисел

Рис. 3.2. Общий вид блока волочильного стана UDZSA 5000/п: 1 - ножная кнопка"Стоп"; 2 - тахогенератор; 3 - электродвигатель; 4 - главный приводной электродвигатель; 5 - коробка электроклемм; 6 - перепускной клапан для охлаждения барабана; 7 - перепускной клапан для охлаждения инструмента; 8 - кнопка "Стоп"; 9 - кнопка "Пуск"; 10 - направляющий ролик перед фильеродержателем; 11 -крышка бака с охлаждающей жидкостью; 12 - тянущий барабан; 13 -тормоз дифференциала; 14 - верхний направляющий ролик; 15 - бло­кирующий контакт при открывании защитного ограждения; 16 - рычаг для включения 2-й и 4-й передачи; 17 - рычаг для включения 1-й и 3-й передач; 18 - корпус блока

1.3 Волочильные станы разделяют на два типа: барабанные и цепные.

Рис. 1.3.1. Продольный разрез волоки (а) и схемы барабанного (б) и цепного (в) волочильных станов

Барабанные станы (рис. 1.3.1, б) служат для волочения проволоки и труб небольшого диаметра, наматываемых на вертушку 1. Предварительно заостренный конец проволоки пропускается через отверстие волоки 2 и закрепляется на барабане 3, который приводится во вращение от электродвигателя через редуктор и зубчатую передачу 4. Существуют также станы многократного волочения, имеющие до 20 барабанов с установленными перед каждым из них волоками.

Цепные станы с прямолинейным движением тянущего устройства (рис. 1.3.1, в) применяют для волочения прутков и труб, которые не могут наматываться в бунты. На этом стане конец прутка пропускают через отверстие волоки 2 и захватывают клещами 5, которые закреплены на каретке 6. Каретка через тяговый крюк 7 перемещается пластинчатой цепью 8, приводимой в движение от звездочки 9, которая вращается от электродвигателя 11 через редуктор 10.

Волочение, как правило, осуществляют в холодном состоянии, а потому оно сопровождается упрочнением (наклепом) металла. Исходными заготовками служат прокатанные или прессованные прутки и трубы из стали, цветных металлов и их сплавов. Величина деформации за один проход ограничена: = 1,25-1,45. Если для получения необходимых профилей требуется большая деформация, то применяют волочение за несколько переходов протягиванием через ряд постепенно уменьшающихся по величине отверстий. Для снятия наклепа после каждого перехода металл подвергают промежуточному отжигу. Для уменьшения силы трения металла об инструмент полируют отверстие в волоке и применяют различные смазки - минеральные масла, олифу, графит, тальк, мыла, фосфатные и металлические покрытия и др.

1.4 Продукция, получаемая волочением

Сортамент изделий, изготовленных волочением, очень разнообразен: проволока 0,002-10 мм и фасонные профили (рис. 1.3.1, б), трубы диаметром от 0,3 до 500 мм с толщиной стенки от 0,05 до 5-6 мм.

Рис. 3.47. Схема волочения трубы (а) и примеры профилей, получаемых волочением (б)

Волочение труб можно выполнять без оправки, для уменьшения только внешнего диаметра (редуцирование) , и с оправкой (для уменьшения внешнего диаметра и толщины стенки). На рис. 3.47, а, показана схема волочения трубы 1 на длинной закрепленной оправке 3. В этом случае профиль полученной трубы определяется зазором между волокой 2 и оправкой 3. Волочение обеспечивает высокую точность размеров (стальная проволока диаметром 1,0-1,6 мм имеет допуск 0,02 мм), высокое качество поверхности, получение очень тонких профилей. Метод дает возможность широко варьировать (за счет наклепа, а также термической обработки) диапазон прочностных и пластических свойств металла готового изделия, резко сокращает отходы и увеличивает производительность. Отличительной чертой процесса волочения является его универсальность (простота и быстрота замены инструмента), что делает его очень распространенным.

2. Характеристика вспомогательного оборудования волочильных станов.

2.1 Размоточные устройства

Размоточные устройства предназначены для разматывания про­волоки-заготовки перед волочильным станом с целью ее последую­щего волочения. В зависимости от того, в каком виде поступает проволока для дальнейшей переработки: в мотках (бунтах) или на ка­тушках большой вместимости (до 1000 кг и более), конструктивно разматывающие устройства разделяются на три типа:

размотка с вращающихся фигурок;

размотка со стационарно установленных кронштейнов, консо­ лей;

размотка с устройства пинольного типа для установки кату­ шек.

К размоточным устройствам предъявляются требования:

обеспечение равномерного схода проволоки-заготовки без за­ путывания и под определенным углом;

возможность регулирования силы натяжения в зависимости от диаметра проволоки;

возможность сваривания концов проволоки без остановки во­ лочильного стана;

обеспечение безопасной работы обслуживающего персонала;

механизация загрузки разматывающих устройств;

возможность использования больших скоростей схода проволо­ ки с разматывающих устройств для обеспечения скоростного и высокоскоростного волочения проволоки.

При размотке проволоки из мотков, уложенных на вращающуюся фигурку, положительным преимуществом является то, что проволока., сматываясь с фигурки, не закручивается вокруг своей оси, что важ­но при волочении проволоки фасонного профиля по сечению. Но при больших массах мотка и большой частоте вращения фигурки из-за не­точной балансировки мотка относительно оси вращения возникают большие центробежные силы инерции, которые вызывают быстрый износ подшипниковых опор, а следовательно, и частый их ремонт. На вра­щающихся устройствах можно разматывать проволоку толстых и сред них размеров. Сварка же концов проволоки без остановки фигурки, а следовательно, и волочильного стана невозможна, поэтому увели­чивается время, затрачиваемое на ручные операции.

При установке мотков проволоки на кронштейнах имеется возмож­ность сваривания концов проволоки при работающем стане. Но при этом способе разматывания проволока, сходя с кронштейна, получает осевое закручивание за каждый виток на один полный оборот, т.е. на 360°. Проволока подходит к первому волокодержателю стана вол­нистой. Чтобы уменьшить степень волнистости, кронштейны устанав­ливаются на значительно большем расстоянии, чем вращающиеся фи­гурки, от волочильного стана, что увеличивает производственные площади.

Для предохранения самопроизвольного схода витков и их запу­тывания на кронштейне устанавливается специальный рычаг, задер­живающий витки силой собственной массы. Нижний рычаг также пре­пятствует виткам произвольного схода. Каждый снимаемый виток при­поднимает рычаги и они, ударяясь о свои опоры, издают стук-хло пок. Несколько таких работающих разматывателей создают в цехе до­полнительный шум в виде периодических ударов.

Разматыватель в виде подвески для двух бунтов одновременно транспортируется краном или кран-балкой из отделения для подго­товки поверхности проволоки к волочению в волочильное отделение. Общая грузоподъемность подвески до 1.5 т. Пока с одной подвески идет разматывание, на второй подготавливается конец бунта для сварки с задним концом первого бунта.

Размотка проволоки с катушки в настоящее время имеет самое большое распространение и, где это возможно, заменяет размотку из бунтов. Так как масса проволоки на катушках большой вместимости в несколько раз больше массы мотка, значительно сокращается ручное время на замену заготовки. Улучшаются условия транспортировки и хранения проволоки, уменьшается возможность запутывания витков, а следовательно, снижаются отходы металла. Практически возможна любая скорость сматывания, необходимая при волочении, работа раз­моточного устройства бесшумная.

Размоточное устройство имеет две самостоятельные стойки с вращающимися пинолями. Одна из пинолей должна иметь перемещение

вдоль своей оси для обеспечения установки катушек различных по своей ширине. Так, например, на одном разматывающем устройстве могут применяться катушки размером 630, 800 и 1000 мм по диаметру диска. Для большегрузных катушек предусматриваются грузоподъемные устройства, обычно гидравлического типа. Для обеспечения торможе­ния катушек, для создания натяжения сходящей проволоки имеется тормозное устройство колодочного или ленточного типа, позволяющее регулировать силу натяжения проволоки в зависимости от ее диамет­ра.

В некоторых случаях фрикционные тормозные системы работают недостаточно плавно и устойчиво. Поэтому в этих случаях в качест­ве тормоза устанавливают электродвигатель, работающий в генера­торном режиме и создающий плавное торможение. Величиной нагрузки на электродвигатель-генератор можно в широких пределах регулиро­вать силу натяжения проволоки, сматывающейся с катушки.

Важным элементом разматывающих устройств, особенно с мотков, является наличие конечных выключателей, предназначенных для отк­лючения волочильного стана в случае запутывания витков проволоки и ее затяжки, а также при окончании мотка проволоки. Они устанав­ливаются между размоточным устройством и волочильным станом.

Управление конечным выключателем осуществляется поворотным рычагом-скобой, через которую пропускается проволока. На некото­рых волочильных станах устанавливаются петлевые компенсаторы, ко­торые за счет удлинения или укорочения петли проволоки согласуют работу размоточного устройства с волочильным станом, также пре­дохраняя обрывность проволоки.

На рабочей площадке размоточных устройств устанавливаются ножницы для обрезки концов перед сваркой. Проволока тонких и средних диаметров может быть обрезана механическими ножницами, устанавливаемыми на острильных аппаратах. Для более толстого диа­метра от 0.8 мм и более широко зарекомендовали себя в работе нож­ницы с гидроприводом с силой резания до 150 кН (15 тс), имеющие автономную станцию со всем необходимым оборудованием. Рабочее дав­ление в гидросистеме достигает 16 МПа (160 кгс/см 2).

Размоточные устройства с катушек AVS 630T и AVS 800T

Размоточные устройства указанных типов предназначены для разматывания проволоки-заготовки перед волочильным станом с кату­шек диаметром 315-630 мм на AVS 630T и диаметром 500-800 мм для AVS 800T. Максимально допустимая масса проволоки для первого уст­ройства до 700 кг, а для второго - до 1200 кг.

В сварном корпусе1 (рис.2.1) расположены две рычажные опоры 5 и 7. Опоры перемещаются поступательно по оси 4 при помощи ходового винта 6 с левой и правой резьбой, вращающегося вручную от штурвала 3. Зажимные конусы 9 имеют специальную форму, учитывающую размеры отверстий катушек различных диаметров. Для подъема катушек со станины, после зажатия их конусами, служит эксцентриковый механизм 2 с приводом от рукоятки-рычага 8. Опуская рычаг до горизонтального положения, катушка устанавливается в рабочее положение. На одном из конусов установлен тормозной шкив 10, работающий по принципу ленточного тормоза, и регулирование натяжения сходящей заготовки производится винтом Т-образной формы.

Рис.2.1. Размоточное устройство AVS 630T и AVS 800T

Намоточные аппараты для волочильных станов

Намоточные аппараты, устанавливаемые в одной линии с волочильными станами, предназначены для наматывания проволоки готового размера на катушки большой вместимости: 250, 500 и 1000 кг, а иногда и более. Благодаря большой вместимости катушки по сравнению с массой мотка на чистовом барабане волочильного стана, обычно не превышающей 70-80 кг, увеличивается производительность стана за счет сокращения числа его остановок для съема готовой проволоки, т.е. увеличивается доля машинного времени и сокращается время на ручные операции.

Намотанная проволока на катушках легко разматывается без запутывания при последующих технологических процессах, например, при перемотке проволоки на зарядные катушки в канатных цехах. В результате уменьшается количество отходов при перемотке.

На станах блочного типа намоточные аппараты являются самостоятельными агрегатами, работа которых должна быть строго согласованной с работой волочильного стана, точнее скорость намотки проволоки на катушку должна быть синхронизирована со скоростью ее движения с чистового барабана.

Намоточные аппараты, как самостоятельные агрегаты, имеют индивидуальные приводы, которые должны обеспечивать широкий диапазон скоростей намотки в соответствии со скоростями волочения проволоки на волочильном стане. Привод намоточного аппарата должен обеспечивать постоянное и равномерное натяжение проволоки при ее намотке на катушку и по мере увеличения диаметра намотки. Во время пуска волочильного стана не должно быть слабины проволоки, иначе произойдет проскальзывание витков проволоки на чистовом барабане волочильного стана и, как следствие, обрыв проволоки. Аналогично, при останове стана, торможении не должно быть чрезмерного натяжения проволоки между катушкой и чистовым барабаном.

ВОЛОЧИЛЬНО-ПРОКАТНЫЙ СТАН ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА САМООТОЖЖЕННОЙ МЕДНОЙ ПРОВОЛОКИ ИЗ КАТАНКИ ETP ДИАМЕТРОМ 8 мм

ПРЕДИСЛОВИЕ

Производство медной проволоки из 8 мм катанки ETP было начато около 50 лет назад с применением традиционных линий грубого волочения со встроенной системой электрического отжига. За это время машины грубого волочения совершенствовались как в механической части, так и в части автоматизации. Однако, базовая концепция конструкции все-таки требует, чтобы проволока в ходе процесса охлаждалась на каждом кабестане перед входом в волоку. Для получения мягкой проволоки ее нужно вначале нагреть, а затем охладить.

Таким образом, фундаментальные ограничения данного процесса можно суммировать следующим образом:

Высокий расход электроэнергии: около 80-90 кВтч на тонну продукта необходимо для рекристаллизации меди в устройстве отжига. Ручная заправка проволоки в каждую волоку на каждом кабестане, сопровождаемая риском травматизма

Концепция нового процесса основана на использовании энергии прокатки для увеличения температуры проволоки в ходе прокатки, то есть она выходит при температуре выше температуры рекристаллизации. Таким образом, удается полностью уйти от затрат на нагрев проволоки при отжиге.

Кроме того, энергия, требуемая для операций прокатки при такой температуре, достигается гораздо меньшим расходом электроэнергии по сравнению с волочильной машиной. Система волочильно-прокатного стана для меди является революционным типом оборудования . Ниже приведены основные преимущества данного инновационного процесса.

Основные преимущества
a ) Нет необходимости в отжиге, поэтому энергопотребление ниже
b ) Менее дорогой трансформатор
c ) Нет необходимости в кабеле на 5000 А
d ) Система более экологична: экономия до 50% по сравнению с традиционной операцией грубого волочения (около 80 кВтч/т)
При загрузке в течение 250 дней в год с минимальной эффективностью системы в 90% (при производстве медной проволоки Ø 2.0 мм ) ожидаемая производительность составляет 14500 тонн в год. Это соответствует экономии электроэнергии в объеме 1.200.000 кВтч в год. Принимая во внимание стоимость электроэнергии в западноевропейских странах (включая налоги и стоимость распределения) около 0.1 Евро за кВтч, общая экономия может составить до 120.000 Евро в год.

Ежегодная экономия = 2.7 т/ч x 24 ч/день x 250 дней/год x 0.9 x 80 кВтч/т x 0.1 €/кВтч ≈120,000 €/год
e ) Отсутствие медной пыли в процессе
f ) Компактная машина - всего 5 м
g ) Больше места для последующих операций
h ) Меньшая стоимость монтажа; все вспомогательные системы включены
i ) Подача и выход на рабочую скорость менее чем за 6 с; замедление при аварийной остановке менее чем за 3 секунды

1. ОБЗОР ПРОЕКТА

Стан предназначен для переработки медной катанки диаметром 8 мм до мягкой проволоки диаметром 2 мм (удлинение в пределах 25 – 35%), как будет далее изложено далее.

1.1 ДИАМЕТР ПРОВОЛОКИ

Волочильно-прокатный стан спроектирован для переработки медной катанки с Ø 8 мм до 2 мм.
В качестве альтернативы данный стан по запросу покупателя может быть спроектирован для переработки медной катанки с Ø 8 мм до 1.8 мм либо 2.3 мм.

1.2 ОЖИДАЕМАЯ СКОРОСТЬ ПРОВОЛОКИ И ОБЪЕМ ПРОИЗВОДСТВА

Волочильно-прокатный стан спроектирован для работы в тяжелых условиях. Максимальное потребление электроэнергии каждой клети составит 35 кВтч.
Максимальная механическая скорость на выходе составит 30 м/с. Действительная скорость составит прибл. 27 м/с для проволоки диаметром 2 мм.
Ожидаемая производительность для проволоки Ø 2 мм – прибл. 2700 кг/ч.

Направление перемещения проволоки – слева направо (считая, что оператор стоит лицом к передней части линии).

2. ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ

Система оснащена следующим оборудованием:

2.1 ОТДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДВУХ БОЛЬШИХ БУХТ

Отдающее устройство состоит из следующих компонентов:

a ) Портальная система
Портальная система выполнена из сварных стальных плит, где медная катанка свободно поднимается и поворачивается вокруг большого цилиндра перед подачей в волочильно-прокатный стан .

b ) Электромеханическое оборудование для обеспечения безопасности
Электромеханическое оборудование для обеспечения безопасности помещено непосредственно перед верхним цилиндром для обеспечения аварийного останова системы в случае запутывания катанки при размотке.

Отдающая система позволяет размещать две большие бухты медной катанки для выполнения операций стыковой сварки концов.
Максимальная скорость размотки: 1.75 м/с.

2.2 ПРАВИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАТАНКИ

Узел оснащен направляющими роликами, двумя комплектами холостых правильных колес с ручной регулировкой для прямления катанки перед входом в волочильно-прокатный стан.

2.3 ВОЛОЧИЛЬНО-ПРОКАТНЫЙ СТАН

В данной специфической конфигурации волочильно-прокатный стан оснащен восьмью (8) клетями прокатки. Стан состоит из следующих компонентов:

a ) Основная станина

Станина выполнена из толстых сварных стальных плит, полностью обработанных после отжига и прошедших пескоструйную обработку.
На фронтальной стороне смонтированы 8 прокатных клетей. На задней стороне располагаются зубчатые редукторы и один мотор переменного тока на 300 кВт с варьируемой скоростью, производства Siemens , приводящий в движение 8 клетей.

b ) Прокатные клети

Прокатные клети расположены в передней части станины волочильно-прокатный стан. Для простоты обслуживания каждая клеть выполнена в виде двух «раковин» (полукорпусов), содержащих главный вал, соединенный с редуктором посредством зубчатой пары с системой безопасности в виде срезаемой шпонки. Главный вал несет один из рабочих роликов и два зубчатых колеса. Все рабочие профили роликов выполнены из стали либо карбида вольфрама и являются быстросъемными.

Каждая клеть оснащена входными и выходными направляющими. Все компоненты клети – сменные, кроме рабочих роликов и направляющих. Для охлаждения проволоки направляющих и рабочие роликов используется эмульсия (растворимое масло + вода); соответствующая насосная система включена. Каждая клеть оснащена запорным клапаном для эмульсии и устройством аварийной остановки стана в случае серьезной проблемы с роликами. Подшипники клетей смазываются консистентной смазкой.

Установка зазора между роликами, для которых требуется радиальная и осевая настройка вспомогательных роликов, выполняется посредством системы эксцентриков. Эта операция выполняется вне линии с помощью специального оптического прибора (включенного в поставку).

c ) Звукозащитная крышка

Поставляется стальная крышка, закрывающая клети во время работы. Крышка оснащена вытяжным фланцем (и контрфланцем). Уровень шума при нормальных рабочих условиях – ниже 80дБ (при нахождении оператора на расстоянии 1 м от дверей).

d ) Специальный комплект инструментов для обслуживания

Обслуживание стана очень несложно и может выполняться любым обученным оператором. Объем поставки включает следующий специальный инструмент:

Оптический прибор для настройки клетей

Комплект специального инструмента для сборки и разборки роликов, подшипников и валов.

О последовательности прокатки

Последовательность прокатки отражает хорошо известный и испытанный принцип, когда деформация катанки выполняется в виде цепочки геометрических профилей: треугольник/круг /треугольник /круг; каждая вторая клеть может изготавливать проволоку круглого профиля.

Ниже приведены наиболее характерные особенности в олочильно-прокатного стана , используемого в данной системе:

Диаметр катанки на входе в клеть 1

Максимальная скорость на входе в клеть 1: 1.7 м/с

Диаметр проволоки на выходе из клети 8: 2.0 мм (*)

Скорость проволоки диаметром 2.0 мм: 27 м/с

(*) В качестве альтернативного решения стан может быть спроектирован для производства проволоки диаметром либо 1.8 мм либо 2.3 мм.

2.4 ТРАНЗИТНЫЙ УЗЕЛ

После выхода из последней клети прокатки проволока входит в закрытую емкость с контролируемой средой, где ряд шкивов позволяет проволоке оставаться при высокой температуре рекристаллизации в течение необходимого времени.

2.5 СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОВОЛОКИ

На выходе из транзитного узла проволока входит в трубу высокоскоростного охлаждения, функция которой состоит в снижении температуры проволоки до прибл. 80÷90° C . На выходе из зоны охлаждения установлен узел сушки для удаления охладителя/жидкости. В качестве хладагента в стане используется эмульсия. Все компоненты выполнены из нержавеющей стали.

2.6 КОМПЕНСАТОР

Компенсатор расположен между волочильно-прокатным станом и бухтовщиком. Он предназначен для выравнивания разности скоростей при ускорении и замедлении, а также для синхронизации скорости при работе с сопряженным оборудованием.

2.7 АВТОМАТИЧЕСКИЙ БУХТОВЩИК

Автоматический бухтовщик портальной конструкции с вертикальным бухтовочным кабестаном для производства бухт в соответствии с размерами Покупателя.

Бухтовочный кабестан имеет твердое металлическое покрытие.

Корзины, расположенные в линию:

Одна, пустая, в ожидании

Одна в процессе заполнения

Одна, полная, в ожидании выемки

Один моторизованный цепной конвейер приводит в движение корзины, когда центральная заполнена.

При смене корзины проволока буферизуется на накопитель снизу от бухтовочного кабестана. Проволока обрезается вручную. Синхронизация бухтовщика и стана происходит посредством компенсатора с проволокой. Максимально допустимая скорость проволоки 30 м/с. Бухтовщик оснащен мотором переменного тока с переменной скоростью и системой управления. Размеры бухт согласуются с покупателем при заказе.

Одним из способов качественной обработки металлических заготовок является волочение проволоки. Это особая технология на станках, при которой цветные металлы протягивают сквозь круглое или фасонное отверстие (фильеру) специального инструмента – волоки. Результатом процесса является уменьшение заготовки и увеличение ее длины. Это актуально для производства проволоки разного профиля и другой проволочной продукции, применяемой во всех областях человеческой деятельности.

Особенности процедуры

Процесс волочения несложный. В качестве исходного сырья используют катаную, литую или прессованную заготовки. Работы выполняют на специальном оборудовании – волочильных станках. Форма, диаметр и сечение готового длинномерного изделия зависят от параметров фильеры. По сравнению с прокаткой металла, технологическая операция имеет много преимуществ:

• Высокая производительность за счет автоматизации процессов станков.
• Волочение проволоки направлено на получение геометрически правильной продукции, с ровной и чистой поверхностью. Это позволяет снизить объем последующей обработки.
• Изделия обладают улучшенными механическими характеристиками.
• Возможность производить разные виды металлического шнура, в том числе порошковой проволоки, а также калиброванные прутки, тонкостенные трубы диаметром до 5 мм.
• Диаметр изделий варьируется от 1 до 10 микрон.
• Низкие затраты на волочильные станки.

Этапы волочения

Технология производства проволоки разделена на пять этапов.

Этап №1

Процедура травления с целью удаления поверхностного слоя материала – окалины, которая мешает волочению:

• Подготовка поверхности: обезжиривание, шлифование, полировка, вырезание бракованных участков.
• В окалине присутствуют сложные соединения других элементов, поэтому исходное сырье подвергают химической или обработке.
• Выбор метода травления зависит от природы металла. Удаление окалины производят фосфорной, соляной, азотной, плавиковой или серной кислотой, нагретой до 50 0C.
• Обрабатываемую поверхность очищают от продуктов травления. Это промывка заготовок с помощью специального растворителя или воды.
• После процедуры металл должен приобрести матовый оттенок.
• Сушка проволоки в течение часа при температуре 75–100 0C. Для этого используют специальные станки с сушильными камерами.

Этап №2

Термическая обработка проводится для того, чтобы заготовку сделать полумягкой, с мелкозернистой структурой, свободной от внутренних напряжений. Металл нагревают до определенной температуры, некоторое время выдерживают в таких условиях, охлаждают.

Отжиг изменяет свойства материала и облегчает процесс волочения проволоки. Скорость нагрева зависит от теплопроводности металла. Быстрота охлаждения определяется твердостью, которую нужно достичь после отжига. Стальные проволоки охлаждаются медленнее, чем углеродистые соединения.

Этап №3

При помощи специального молота или ковочных валок концы заготовки сплющивают и выравнивают. Процедура позволяет закреплять металл на барабане станка и пропускать сквозь фильеру.

Этап №4

Волочение проволоки: протравленное обработанное сырье протягивают на станке с максимальной скоростью через плавно сужающийся канал. По числу одновременно протягиваемых прутов процесс бывает:

• Однониточный.
• Многониточный.

По типу конечного продукта:

• Длинномерные изделия в виде мотков или катушек.
• Калиброванные прутки.

По количеству переходов волочение проволоки имеет две разновидности:

• Однократное – при котором протягивание осуществляется через одну волоку. Процесс подходит для толстой, плохо деформируемой проволоки.
• Многократное, когда материал подвергается сжатию последовательно на нескольких волоках.

Станок для волочения формирует профиль и размеры готовой продукции.

Этап №5

Завершающий этап предполагает выполнение отжига. Это делается с целью устранить вредное напряжение после волочения. Изделие становится мягким, устойчивым к разрывам, податливым к загибам, удлинению и скручиванию. После термической обработки проводят дополнительные отделочные операции, среди которых:

• Консервационная смазка.
• Разрезание на части.
• Маркировка.

Вид готовой проволоки после всех процессов обработки

Оборудование для выполнения волочения проволоки

Волочение проволоки происходит на станке, оборудованном специальным инструментом – волоком с отверстием, которое называется «глазком». Отверстие имеет постепенно уменьшающееся сечение, через которое протягивают заготовку.

Конструкция оборудования зависит от особенностей тянущего механизма:

• Станок для волочения, в котором металл наматывают на барабан и снимают в виде мотка или катушки. Барабанные машины бывают однократными и многократными.
• Агрегат, обеспечивающий прямолинейное движение заготовки. Устройства этой группы разделяются на цепные, реечные и винтовые.

Основной рабочий инструмент станка для производства проволоки – волока. Он состоит из двух элементов: непосредственно волоки и обоймы. Такая конструкция обусловлена условиями эксплуатации и материалом, из которого сделана фильера. Ее изготавливают из качественных твердых сплавов, которые устойчивы к истиранию, расколу и механическому воздействию. Инструмент станка условно разделен на четыре рабочие зоны:

• входная;
• смазочная;
• деформирующая;
• калибрующая.

Волоки бывают монолитными и составными из нескольких сопряженных частей. Сборная конструкция экономичнее монолитного механизма по расходу электроэнергии.

Во время волочения проволоку укладывают в стальную обойму, которая служит изделию защитой от излишнего сжимания.

На многих больших предприятиях калибровочные цеха оснащены разноплановыми станками под всевозможные виды продукции.

Удаление окалины

Волочение проволоки будет успешным при условии качественной обработки поверхности заготовки. Удалить окалину с поверхности можно тремя способами.

Электрохимический

Или электролитический метод позволяет увеличить скорость снятия ржавчины и окалины с поверхности металла под воздействием электрического тока и раствора кислоты. Процессы электрохимической обработки включают в себя два варианта.

Анодный – основан на растворении металла в контакте с положительным плюсом источника тока. Выделяющийся кислород способствует механическому отрыванию оксидов. Применяется для и углеродистой стали с целью удаления тонких пленок.

Катодный – оксиды железа восстанавливаются под воздействием атомов активно образующегося водорода. Это опасный способ по сравнению с предыдущим, так как отрыв окалины плохо контролируется, и изделие обретает травильную хрупкость.

Химический способ

Незаменим, когда в качестве сырья используется кислостойкая сталь. Остатки флюсов и окислов удаляют с помощью раствора хлористых солей, щелочи или кислоты. Любое химическое вещество требует специальных знаний и осторожного обращения.

Традиционное кислотное травление предполагает последовательную обработку металла в двух ваннах – сернокислотной и азотнокислотной при определенной температуре.

Есть много вариантов этого способа. Выбор раствора и условия обработки зависят от состава и структуры окисной пленки.

Механический

Подразумевает шлифовку, галтовку, полировку и крацевание. В основе метода лежат такие процессы:

• деформация изгибом;
• скручивание, растяжение;
• прямое воздействие на поверхность изделия специальных реагентов или абразивных материалов;
• использование инструментов: щетки, иглорезы, микрорезцовые приборы.

Комбинированный

Способ основан на применении химического и электрохимического методов.

Особенности при волочении медной проволоки

Изделия, полученные путем волочения на станках, находят широкое применение в электронной и электрической областях. Как правило, используют проволоку толщиной от 20 мм до 10 мкм.

Изготавливать проволоку из следует на основе литых заготовок соответствующего профиля. Их подвергают плавлению, затем в горячем виде прокатывают. Поскольку процедура способствует появлению тонкой оксидной пленки, перед волочением проволоку обрабатывают водным раствором серной кислоты при температуре 45–50 0C.

Основной технологический процесс такой же, как и в производстве продукции из других металлов:

• Медную заготовку охлаждают воздухом, водой или специальным раствором.
• Поверхность смазывают мыльно-масляной эмульсией.
• Волочение проволоки проводят на 22-х и 18-кратных станках с применением прочной алмазной волоки.
• В процессе вытягивания заготовки используют волоки, отверстия которых четко соответствуют диаметру изделий.
• Рабочий инструмент может иметь одну или несколько матриц.
• Изделия диаметром до 0,05 мм оставляют без промежуточного отжига. К ним применяется технология погружного формования.
• Для максимально тонкого материала важно правильно подобрать смазочный состав. Это могут быть комплексные химические растворы, эмульсии или синтетические вещества.
• При необходимости медь подвергают термической обработке безокислительного типа в специальных электропечах, лишенных доступа воздуха.
• Кроме стандартного оборудования, для медных заготовок могут использоваться станки с роликами вместо отверстий для прохождения катанки.
• Благодаря такой технологии, готовые изделия имеют гладкую блестящую поверхность и соответствующий диаметр.

Многие промышленные предприятия эксплуатируют станки с совмещением операций волочения и отжига. Данный метод позволяет не только изготавливать проволоку из меди, но и производить медные трубы.

0

Волочением называют процесс деформации металла при протягивании его через отверстие, выходной размер которого меньше первоначального поперечного сечения обрабатываемой заготовки.

Посредством волочения изготовляют главным образом тонкие сорта проволоки диаметром до 0,065 мм, а также прутки и тонкостенные трубы точного размера. В некоторых случаях посредством волочения производят отделку профильного сортамента.

Прокаткой изготовляют проволоку диаметром не менее 5 мм; для изготовления более тонких сортов прибегают к волочению. Прокаткой тонкие сорта не изготовляют вследствие быстрого остывания металла.

Процесс волочения схематически представлен на фиг. 311, а.

На фиг. 311, б представлены три типа отверстий, которые могут быть сделаны в волочильной доске. Наилучшей является форма А; она дает возможность протягиваемому металлу постепенно уменьшать свое сечение, а также снижает до минимума возникающую при волочении силу трения.

Волочильные отверстия, называемые глазками, волоками, фильерами, могут быть сделаны или в самой волочильной доске, или в отдельных деталях, вставляемых в доску; в последнем случае доска может быть сделана из мягкой стали.

Если глазки делают в самых досках, в качестве материала для них применяется высокоуглеродистая сталь, хромистая или хромовольфрамовая, специальный хромистый чугун.

В качестве материала для вставных глазков применяют специальную сталь, твердые сплавы, алмаз, агат.

Коэфициент утонения. Отношение диаметра проволоки после пропускания через волочильное отверстие к диаметру ее до пропуска называется коэфициентом утонения

здесь d1 - диаметр проволоки после волочения;

d - диаметр проволоки до волочения;

К - коэфициент утонения.

Чем меньше величина К, тем при меньшем количестве пропусков через волочильные отверстия может быть получена проволока заданного диаметра из одного и того же исходного материала. Но коэфициент утонения не может быть уменьшаем произвольно, так как в случае перехода его величины за определенный минимум проволока разорвется.

Для определения минимальной величины коэфициента утонения нужно ясно представить себе характер деформаций, испытываемых металлом, проходящим через волочильное отверстие.

Часть проволоки, находящаяся в волочильном отверстии, подвергается сжатию со стороны конуса отверстия; это давление должно быть больше предела упругости материала проволоки; часть же проволоки, находящаяся между волочильной доской и тянущим механизмом, испытывает растяжения; величина растягивающего усилия не должна превосходить предел упругости материала проволоки.

Обозначим через d диаметр проволоки до прохождения через волочильное отверстие и d 1 после прохождения через него (фиг. 312), z - напряжение, испытываемое проволокой в растягиваемой части, р - давление, испытываемое проволокой со стороны конуса, y- коэфидиент трения между материалами проволоки и волочильной доски; тогда получим следующее равенство:

Так как E ,Fd представляет собой боковую поверхность соприкасающейся с проволокой части конуса, то

При волочении проволоки из мягкой стали можно принять z = 20, р = 40 и y = 0,1; тогда при а = 15°

Для более жесткого материала величина К возрастает до 0,95.

Определение числа пропусков через волочильные отверстия. Приняв величину К постоянной при волочении определенного сорта проволоки, можно, исходя из первоначального и конечного диаметров проволоки и величины K, определить число пропусков проволоки через волочильные отверстия для получения заданного конечного диаметра.

Обозначая диаметры глазков, через которые проволока будет последовательно пропускаться, буквами d 1 , d 2 ...,d n , имеем

Усилие, потребное для волочения, возрастает с уменьшением коэфициента утонения. Чем больше изменяется сечение проволоки в процессе волочения, тем больше потребное для волочения усилие; оно может быть определено по формуле

здесь k - сопротивление материала деформации, принимаемое равным среднему арифметическому из прочности его до и после волочения (механические свойства материала после волочения несколько изменяются вследствие наклепа);

F 1 - площадь сечения проволоки после волочения;

F 0 - площадь сечения проволоки до волочения;

y - коэфициент трения;

а - угол волочильного глазка (см. фиг. 312).

Мощность, потребная для волочения , может быть найдена из равенства

Волочильные станки. Станки для волочения разделяются на станки с прямолинейным движением, или клещевые, и станки с наматыванием обрабатываемого материала, или блочные (барабанные).

Клещевые станки служат для волочения толстых коротких прутков или труб, блочные - для волочения тонкой проволоки произвольной длины.

Устройство клещевого волочильного станка представлено на фиг. 313, Движение роликовой цепи и связанных с ней клещей происходит по направлению, указанному стрелкой. Клещи захватывают заостренный пропущенный через волочильное отверстие конец прутка или трубы и проволакивают его через доску. Когда клещи доходят до крайнего правого положения, крючок, которым клещи зацепляются за цепь, соскакивает с цепи, и волочение прекращается. Если нужно получить пруток более длинный, чем станок, клещи перемещаются в левый конец станка, и пруток захватывается в новом месте.

Работа на таком станке идет медленно, с перерывами, поэтому клещевые станки при производстве проволоки не применяются, их применяют для волочения так называемого калиброванного железа и труб.

Устройство блочного стайка представлено на фиг. 314, а, б, в. Барабан 1, на который наматывается протягиваемая через волочильную доску 2 проволока, насажен на вертикальный вал 3, вращение которому передается через конические зубчатые колеса 4 и 5; рычаг 6 служит для подъема барабана.

К барабану прикреплена цепь с клещами, захватывающими заостренный пропущенный через волочильную доску конец проволоки. Перед волочильной доской помещается чашка со смазочным материалом, через который пропускают проволоку для облегчения протягивания.

При волочении проволоки большого диаметра ее пропускают через раствор серной кислоты и медного купороса в воде (2-15 кг серной кислоты, 1-4 кг медного купороса на 70 кг воды). Этим, с одной стороны, облегчается работа волочения, так как серная кислота несколько разъедает поверхность проволоки, а с другой, вследствие того что при этом медь заполняет получающиеся неровности, проволока получает красивую гладкую поверхность.

Существуют также станки, на которых проволока протягивается сразу через несколько отверстий. Такой способ волочения называется непрерывным.

На фиг, 315 представлено устройство непрерывного волочильного станка, имеющего восемь желобчатых блоков и столько же волочильных досок.

Проволока с катушки 1 проходит через глазок волочильной доски и наматывается на нижнюю ступеньку волочильного барабана; сделав вокруг ступеньки несколько оборотов, она переходит на следующую (левую), несколько большую ступень барабана, а с нее поступает в следующий меньшего размера глазок и т. д. Пройдя через последнее наименьшее волочильное отверстие, проволока поступает на приемный барабан 2. Диаметры отдельных барабанов согласованы со скоростями постепенно утоняющейся проволоки.

В процессе волочения проволока наклепывается и делается хрупкой; для восстановления мягкости ее подвергают отжигу.

В случае, если проволока приобретает чрезмерную хрупкость в процессе волочения, отжиг ее производят между последовательными припусками через волочильные отверстия.

Волочение труб можно производить: 1) на неподвижной оправке; 2) на оправке, движущейся вместе с трубой; 3) без оправки.

Волочение на неподвижной оправке схематически показано на фиг. 316, а; схема устройства станка для волочения труб на подвижной оправке представлена на фиг. 316, б; 1 - головка с коническим отверстием, в которое вставляются различного размера плашки 2 (размером плашек определяется размер внешнего диаметра приготовляемой трубы); в волочильной головке 3 закрепляется конец трубы, а в головке 4 - оправка 5. Головка оправки 6 укреплена на оправке 5. Перед началом работы оправку отодвигают влево, трубу с несколько обжатым концом продевают через волочильное отверстие и закрепляют в волочильной головке; после этого оправку вдвигают в трубу. Когда механизм станка будет приведен в движение, трубу проволакивают через волочильное отверстие, и она получает размеры, определяемые плашками и головкой оправки.

На фиг. 316, в представлена оправка, движущаяся вместе с трубой 1, и закрепление трубы на такой оправке 2. Для извлечения оправки из трубы после обжатия ее иногда применяют специальные устройства.

Волочение без оправки применяют при изготовлении небольших диаметров, предварительно обработанных на станках с оправкой. В этом случае предварительной протяжкой изготовляют трубы несколько большего диаметра, чем заданный, и с несколько меньшей толщиной стенок; пропуском через волочильные отверстия достигают уменьшения диаметра и увеличения толщины стенок трубы.

Волочение биметаллической проволоки не отличается от волочения обыкновенной.

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.

Волочением называют пластическую деформацию при протягивании проволоки, прутка, профиля, трубы через сужающийся канал инструмента (волоки). Усилие растяжения, приложенное к выходящему из волоки концу изделия, расходуется на формоизменение заготовки и преодоление сил трения о канал волоки. Обжатие за проход ограничено прочностью выходящего конца изделия и, как следствие, обрывом металла. Характеристикой процесса служит вытяжка λ.

Волочение относится к холодной пластической обработке. Кроме формоизменения и вытяжки достигается упрочнение (наклеп) материала, улучшается качество поверхности и точность размеров.

Различают волочение на цепных станах (для получения труб, прутков и профилей ограниченной длины) и волочение на станах барабанного типа (для получения длинномерной продукции, например, проволоки).

Заготовки для волочения – это сплошные (катаные, прессованные) круглые и фасонные профили в бухтах или отрезках, бесшовные или сварные трубы. Готовые изделия волочильных цехов – это проволока диаметром от 0,01 до 6 мм, трубы диаметром до 400 мм, калиброванные прутки и профили, профильные (овальные, прямоугольные и т. п.) трубы.

Производительность процесса волочения определяется скоростью на выходе из волоки (скоростью волочения), вытяжкой за проход, затратами времени на начало процесса и замену инструмента.

Скорость волочения составляет 1–10 м/с для прутков, профилей и труб и до 50 м/с для тонкой проволоки. При таких скоростях скольжения неизбежны проблемы износостойкости волок, обеспечения качества поверхности изделий. Первостепенная роль при волочении принадлежит технологической смазке и управлению процессом трения. Радикальным средством уменьшения износа, повышения скорости и производительности является волочение в режиме гидро- или пластогидродинамического трения.

Перед волочением заготовку термически обрабатывают, удаляют с нее окалину и подготавливают ее поверхность для закрепления смазки. Термическая обработка снимает наклеп и обеспечивает получение оптимальной структуры. Смягчающий отжиг повторяют после 70–85 %-го обжатия для стали и 99 %-го для цветных металлов (меди, латуни). Окалину после термической обработки удаляют механическим, химическим, электрохимическим способами, а также одновременно несколькими способами. Механическая очистка состоит в периодическом изгибании полосы между роликами, обдуве дробью или песком. Такой способ малоэффективен для удаления прочной окалины, поэтому чаще применяют химический способ.

После травления заготовку промывают, на ее поверхность наносят подсмазочный слой путем желтения, омеднения, фосфатирования, известкования. При желтении на заготовку наносят тонкий слой гидроксида железа Fе(ОН) 3 , который вместе с нанесенной затем на него известью играет роль наполнителя для смазки. Фосфатирование состоит в нанесении пленки фосфатов марганца, железа и цинка. К пленке фосфатов хорошо прилипает смазка и коэффициент трения снижается до 0,04 – 0,06. Известкование в растворе нейтрализует остатки кислот и образует пленку наполнителя для смазки. Для волочения с большими обжатиями и давлениями рекомендуется омеднение заготовки в растворе купороса; коэффициент трения при этом равен 0,08 – 0,12. После нанесения покрытия заготовку сушат в камере при 300–350 о С.

Для увеличения производительности концы бухт сваривают электроконтактной сваркой. Это снижает потери времени на заправку заготовки в волоки до минимума.

Проволоку изготовляют на машинах многократного волочения с числом волок 5–22. За каждой волокой скорость проволоки увеличивается пропорционально вытяжке λ, достигая на выходе 40–50 м/с (на наиболее современных машинах). Автоматизированный электропривод позволил объединить в один непрерывный агрегат волочильную проволочную машину и установку для отжига проволоки «на проход». При производстве труб и прутков также стремятся объединить в один агрегат волочильную машину, механизмы для правки, резки, острения концов, установки оправок и т. д.

К волочильному инструменту относятся волоки и оправки. Канал волоки (рисунок 6.1) имеет следующие зоны: входную для облегчения ввода заготовки, смазочную и рабочую для ввода смазки и обжатия заготовки, калибрующий поясок, обратный конус и выходную зону для предохранения изделия от образования рисок и царапин. Основные характеристики волоки – это материал, угол a и ширина калибрующего пояска. Длина пояска составляет 0,4 – 1,0 длины рабочей зоны. Угол α обычно равен 6–15°.

1 – входная зона; 2 – смазочная зона; 3 – калибрующая зона; 4 – обратный конус; 5 – выходная зона

Рисунок 6.1 – Схема канала волоки

По диаметру изделий, мм, волочение подразделяется на толстое (3,5 – 1,5), среднее (1,6 – 0,25), тонкое (0,4 – 0,1) и тончайшее (0,02 – 0,008). Наибольшей износостойкостью обладают волоки из природных (до 2,4 мм) и синтетических (поликристаллических до 4,6 мм) алмазов, однако они нуждаются в интенсивном охлаждении. Размеры и форма канала стандартизованы. Алмазные волоки вставляют в оправы из латуни или бронзы и заливают легкоплавким сплавом. Для изделий диаметром 1 – 50 мм применяют в основном сборные волоки из обоймы с запрессованной в нее твердосплавной вставкой. Размеры и материалы вставок на основе карбидов вольфрама и кобальта стандартизованы.

Для мелкосерийного производства и производства труб диаметром до 300 мм применяют волоки из сталей У8 – У12, Х12М, ШХ15 и др.

В цепном волочильном стане (рисунок 6.2) передний конец прутка или трубы 1 проталкивается через волоку 2 и захватывается клещами каретки 3. Каретка сцепляется с пластинчатой цепью 4, перематываемой с помощью привода 5. На входной стороне стана имеется приспособление для подачи и удержания стержня оправки.

Рисунок 6.2 – Схема цепного волочильного стана

Скорости волочения на современных станах достигают 3–5 м/с, усилие волочения составляет 30–1500 кН, причем одновременно протягивается до трех заготовок. Недостатки цепных станов таковы: ограниченная длина изделий, большие затраты времени на подготовку к волочению очередной заготовки. Разработаны автоматизированные линии волочения прутков, в которых специальные захваты попеременно тянут заготовку через волоку без остановки процесса.

Технологическая схема применительно к получению проволоки показана на рисунке 6.3.

Рисунок 6.3 – Типовая технологическая схема волочения

Литература 1 осн. , 6 осн. , 7 доп , 9 доп .

Контрольные вопросы

1. Какие существуют виды волочения?

2. На каком волочильном оборудовании получают проволоку?

3. С какой целью при волочении применяют смазку?

4. Какие подготовительные операции проводят для реализации процесса волочения?

5. В чем заключаются особенности технология волочения на цепном стане?

6. Какой специализированный инструмент применяют при волочении труб?