Пути дальнейшего совершенствования технологии волочения в режиме гидродинамического трения

Опыт  работы показывает, что при волочении  проволоки в режиме гидродинамического трения единичные обжатия могут  быть значительно повышены в результате снижения усилия и уменьшения нагрева  проволоки [3].

4.  Пути дальнейшего совершенствования технологии волочения в режиме гидродинамического трения

1. . Повышение скоростей волочения

Производительность  волочильных машин в значительной степени определяется скоростью  волочения. Теоретически установлено, что скорость волочения может повышаться до скоростей, соизмеримых со скоростью звука в данной среде. Однако практически допустимая скорость волочения часто ограничена стойкостью волок и разогревом материала проволоки. Препятствием на пути дальнейшего прогресса волочильного производства является внешнее трение. Уменьшение внешнего трения открывает возможности повышения скорости волочения, увеличения обжатий и т.д. При волочении проволоки низкоуглеродистой стали на станах сухого волочения при эффективном охлаждении достигнуты скорости 7,5 – 11,7 м/сек при диаметре проволоки 1,4 – 3 мм и 5 – 8,3 м/сек при диаметре проволоки 3 – 6 мм.

При волочении указанных выше сплавов  цветных металлов скорости волочения  более низкие и порой не превышают 5 – 8,3 м/сек при диаметре проволоки 1,4 – 2 мм. Основной причиной сравнительно низких скоростей волочения является большой износ волок.

Тепло, возникающее в процессе волочения, является результатом внешнего и  внутреннего трения. При волочении  проволоки из низкоуглеродистой  стали почти вся механическая работа преобразуется в тепло, а  при волочении проволоки из среднеуглеродистой стали (с содержанием углерода около 0,6%) около 10% механической работы переходит  во внутреннюю энергию. Поэтому при  волочении проволоки из среднеуглеродистой стали количество тепла, возникающего в очаге деформации, несколько  меньше.

В результате внешнего трения температура  поверхностных слоев проволоки, особенно при больших скоростях  волочения, значительно выше температуры  средних слоев, которая определяется работой деформации. Тепло внешнего трения составляет в среднем около 35% всего тела.

Большой разогрев поверхности, особенно из средне- и высокоуглеродистых сталей, приводит при некоторых условиях к образованию  участков мартенсита, которые ухудшают качество готовой продукции. Так, в  процессе эксплуатации канатов хрупкие  участки на поверхности проволоки выкрашиваются, что приводит к сокращению срока службы канатов. По выходе проволоки из очага деформации температура внешних и внутренних слоев проволоки быстро выравнивается, при этом скорость охлаждения ее внешних слоев превышает минимальную критическую скорость, необходимую для образования мартенсита.

Для получения материала, характеризующегося высокой пластичностью, средняя  температура при волочении не должна превышать 250 – 270°С. При средней  температуре проволоки более 350°С процесс волочения становится неустойчивым из-за снижения предела текучести  материала. Усиленное охлаждение волок  не снимает существенно температуру  контактных поверхностей в очаге  деформации. При современных скоростях  волочения волоки поглощают от 1 до 5% всего тепла, выделяющегося  при волочении.

Следовательно, результатом внешнего трения при  волочении является ухудшение качества протягиваемых изделий и снижение стойкости волочильного инструмента.

При низкой стойкости волочильного инструмента  повышение скоростей волочения  становится малоэффективным в связи  с возрастанием простоев оборудования из-за частой смены волок. Результатом  этого является ведение процесса волочения на скоростях, значительно  менее максимальных и недоиспользование технических возможностей волочильных станов.

Созданы высокоскоростные прямоточные волочильные  станы, позволяющие вести волочение  на высоких скоростях. На прямоточном  волочильном стане 6-7/350 возможно волочение  проволоки со скоростью до 38 м/сек  при суммарном обжатии 92%. При  более высоких скоростях снижение стойкости волок можно предотвратить  введением конструктивно простых  нагнетающих приспособлений, улучшающих захват смазки, или улучшением подготовки металла к волочению.

Кардинальным  решением вопроса значительного  повышения скоростей волочения  и, как результат этого, производительности волочильных станов является внедрение  жидкостного трения при волочении  проволоки, обеспечивающего уменьшение коэффициента внешнего трения в десятки  раз. При волочении в режиме жидкостного  трения снижается механическая работа, затрачиваемая на преодоление сил  внешнего трения, разогрев инструмента  вследствие чего повышается его стойкость  и улучшается качество протягиваемой  проволоки. [3].

2.  Ужесточение маршрутов волочения

     Кроме скорости волочения, производительность волочильных машин в значительной степени зависит от величины обжатия. При волочении проволоки величина единичного обжатия за проход определяется прочностью и пластичностью проволоки. Пластичность металла, как известно, зависит от нагрева проволоки при волочении. Средняя температура проволоки после волочения не зависит от скорости волочения или ее диаметра, а определяется только временным сопротивлением материала, величиной единичного обжатия и температурой изделия до протяжки. Волочение проволоки с высоким временным сопротивлением при больших единичных обжатиях даже на низких скоростях волочения невозможно. Высокая пластичность металла при холодном волочении может быть достигнута лишь в том случае, когда средняя температура при волочении не превышает 250 – 270°С. Ввиду этого в действующих маршрутах волочения стальной проволоки большей частью предусматриваются такие единичные обжатия, при которых температура нагрева металла не достигает температуры искусственного старения. На контактных поверхностях температура нагрева металла ограничивается в основном температурой фазовых превращений в его поверхностных слоях и температурой красностойкости твердосплавных волок в случае, если образование участков мартенсита не противопоказано.

Значительное  уменьшение усилия волочения, температуры  контактных поверхностей, а так же средней температуры нагрева  проволоки в процессе волочения  может быть достигнуто уменьшением  внешнего трения. Следовательно, волочение  в режиме жидкостного терния создает  возможность ужесточения маршрутов  волочения.

Опыты по проверке возможности ужесточения  маршрутов волочения были проведены  на машине шестикратного волочения  прямоточного типа ГСВА 5-6/560 при волочении  проволоки из низкоуглеродистой  стали с диаметра 6,5 мм до диаметра 1,6 мм. По действующей технологии волочение  проволоки диаметра 1,6 мм производится на двух машинах. Маршрут первого  стана 6,5 – 5,05 – 4,13 – 3,45 мм, а второго 3,5 – 2,92 – 2,44 – 2,06 – 1,77 – 1,55 мм. При опытном  волочении проволоку диаметром 1,6 мм протягивали на одной машине шестикратного  волочения по маршруту 6,5 – 5,05 – 3,76 – 2,93 – 2,40 – 1,94 – 1,59 мм. При этом обжатия  соответственно составили 39,44, 39, 32, 34 и 32%.

Для получения сопоставимых результатов  волочение проволоки по ужесточенному  маршруту провели через обычные  и сборные волоки. В течение  обоих периодов наблюдений тянули проволоку  одного вида: метизную группы А и телеграфную. Подготовку поверхности катанки к волочению производили по действующей технологии. Было протянуто проволоки: на обычных волоках 18 m и на сборных волоках 89 m.

Анализ  сравнительных данных показал следующее:

а) при работе на сборных волоках  большое увеличение эксплуатационной стойкости рабочих твердосплавных вкладышей получается на 3, 4, 5 и 6-м  проходах. Повышение стойкости рабочих  твердосплавных вкладышей по износу составило по проходам соответственно 8, 8, 7 и 8 раз. Среднее повышение эксплуатационной стойкости рабочих волок по машине в 6,2 раза;

б) простои на заправку машины при работе на сборных волоках снизилась  на 68% по сравнению с обычными волоками;

в) производительность машины при работе на сборных волоках на 53% выше по сравнению с работой на обычных  волоках;

г) расход электроэнергии при работе на сборных волоках на 48% ниже, чем на обычных волоках [3].

3.  Испытание технологических смазок с наполнителями

Опыт, который накоплен по волочению проволоки  со смазкой под давлением с  применением насадок, показывает целесообразность применения технологических смазок с возможно большей вязкостью. Подходящими  в этом отношении смазками являются натриевые и кальциевые мыла в  сухом порошкообразном состоянии. Одним из недостатков применяемых  в настоящее время натриевых  мыл является низкая температура  размягчения, равная примерно 220°С. Учитывая необходимость подбора более  тугоплавких смазок для волочения  проволоки со смазкой под давлением  и снижения затрат из-за роста расхода  смазки, был испытан ряд смазок в основном на основе натриевого мыла с различными наполнителями.

Испытание опытных смазок проводили на машине двукратного волочения типа ГСВ 2/250 при волочении проволоки метизной группы А и телеграфной диаметром 4,0 мм. Волочение осуществляли через сборные волоки.

Положительные показатели имели порошкообразные  смазки представляющие смесь натриевого мыла с добавкой мела, извести и  чистого медицинского талька.

Первая  смазка представляла собой смесь  порошка натриевого мыла (70%) и чистой порошкообразной извести (30%). На этой опытной смазке протянули 92 m проволоки. При этом расход чистого мыльного порошка на тонну проволоки уменьшился в 1,47 раза, стойкость сборных волок увеличилась в среднем по стану в 1,7 раза, обрывность проволоки снизилась в два раза; среднесменная производительность стана возросла на 10%.

Вторая  смазка была составлена из порошка  натриевого мыла (60%) и чистого порошкообразного мела (40%). На опытной смазке протянули 85 m проволоки. Преимущества такой смазки в сравнении с чистым порошком натриевого мыла следующие: расход мыльного порошка на тонну проволоки уменьшился в 1,57 раза, стойкость сборных волок в целом по машине увеличилась в 3,3 раза, обрывность проволоки уменьшилась в 1,4 раза, среднесменная производительность машины возросла на 8%.

Третья  смазка имела порошок натриевого мыла (90%) и чистый порошкообразный  тальк (10%). На этой опытной смазке протянуто 127 m проволоки. Испытания показали: расход чистого мыльного порошка на тонну проволоки уменьшился в 1,22 раза, стойкость сборных волок в целом по машине повысилась в 5,3 раза, обрывность проволоки снизилась в три раза.

Лучшие  показатели работы сборных волок  при применении твердых порошкообразный  смазок с высокотемпературными наполнителями  в виде мела, талька и извести  объясняются меньшим ошлакованием смазок в процессе волочения и, как  результат этого, улучшением стабильности работы сборных волок. Однако все указанные опытные смазки имели общий отрицательный показатель в сравнении с обычной смазкой – повышенный расход электроэнергии на тонну проволоки. [23

4. Упрощение подготовки поверхности проволоки к волочению

      По действующей технологии катанку из низкоуглеродистой стали перед волочением подвергают известкованию в ванне с известковым молоком. Однако известкование поверхности имеет отрицательные стороны: ухудшаются условия труда в связи с загрязнением атмосферы известковой пылью, повышается износ оборудования вследствие падания известковой пыли в трущиеся части машин, удорожается себестоимость продукции и др. Подготовка поверхности проволоки из высокоуглеродистой и легированной стали, а так же ряда цветных металлов и сплавов отличается еще большей сложностью.

Учитывая, что процесс волочения проволоки  через волоки с насадками или  через сборные волоки связан с  повышением толщины смазочной пленки, которая при волочении в режиме жидкостного трения должна полностью  разделять трущиеся поверхности, было решено проверить возможность исключения известкования катанки перед  волочением. Опыты проводили при  волочении проволоки метизной группы А диаметром 1,8 мм на машине ГСВА 5-6/560 мм. Проволоку из неизвесткованной катанки тянули по действующим маршрутам волочения на обычной смазке – порошке натриевого мыла.

Исследованием установлено, что после хорошего травления, промывки и сушки катанки  волочение неизвесткованной катанки через сборные волоки идет нормально. Эксплуатационная стойкость сборных волок приметно такая же, как и при волочении известкованной катанки. В том случае, когда применяемая для волочения неизвесткованная катанка имеет на поверхности не удаленную при травлении окалину, стойкость сборных волок снижается и, кроме этого, повышается обрывность проволоки и расход смазки на единицу продукции.

Примерно  аналогичные результаты получены и  при волочении катаной проволоки  из среднеуглеродистой стали в режиме жидкостного трения. Опытами установлена  возможность исключения меднения проволоки при волочении с насадками, что имеет значение для повышения коррозионной стойкости и срока службы канатов . [3].

5. Усовершенствование сборных волок

     Практика работы со сборными волоками показала, что для обеспечения нормальной работы зазор между напорным твердосплавным вкладышем и входящей в волоку проволокой должен находится в узких пределах 0,02 – 0,08 мм. Сравнительно короткие напорные вкладыши и конический профиль канала не позволяют создать в ряде случаев (волочение прочных металлов) давление смазки, достаточное для продавливания ее между поверхностью рабочего вкладыша и проволокой.

Дальнейшего улучшения показателей работы сборных  волок можно достигнуть путем  применения твердосплавный напорных трубок вместо твердосплавных напорных вкладышей. Конструкция сборных волок с  напорными твердосплавными трубками (рис.7) отличается длиной напорной волоки и внешними размерами. Для исследования эффективности напорных цилиндрических трубок были изготовлены твердосплавные вкладыши диаметром 16 мм и длиной 25 мм. Перед установкой в сборную  волоку они были прошлифованы по наружному  диаметру на диаметр 15,75 мм с допуском ±0,02. Обработку цилиндрического  канала напорной твердосплавной трубки осуществляли абразивным способом в  фильерной мастерской. Цилиндрическая часть канала напорной трубки была равна примерно 15 мм, остальную часть длины составляла входная зона, конфигурация которой была аналогична входной зоне рабочих твердосплавных вкладышей группы Д5.