Совершенствование технологического процесса волочения передельной латунированной проволоки диаметром 1,33 из стали 70 на волочильном стан

3  Специальная часть.

 

3.1 История развития роликовых  волок.

 

Волочение имеет давние традиции, однако применение в качестве инструмента  для обжатия по сечению волок  из твердых сплавов накладывает  на этот процесс ряд ограничений. Прежде всего даже при благоприятных условиях стойкость волок невысока. Для обеспечения длительного срока службы волок при волочении проволоки необходимо следующее:

       - поверхность  катанки должна быть исключительно  чистой и, кроме того, должно  быть качество прокатки;

       - волоки должны эффективно охлаждаться;

       - между  проходами волочения проволока  должна максимально охлаждаться  (барабаны волочильной машины  должны иметь эффективное охлаждение);

       - порошок  мыльной смазки должен быть  сухим и иметь определенный  гранулометрический состав;

       - скорость  волочения проволоки в зависимости  от диаметра, конечного размера  и кратности волочильной машины  не должна превышать определенной  величины;

       - количество  остановок волочильной машины  должно быть минимальным во избежании налипания металла в момент начала процесса волочения;

       - волока  должна быть изготовлена без  дефектов и иметь хорошо отполированный  внутренний канал правильной  геометрии;

       - необходима  точная соосная установка волоки  в мыльницу во избежание входа и выхода проволоки под углом.

      

 

 

 

Внедрение сборных волок  с напорными волоками позволило  резко поднять производительность машин за счет увеличения скорости волочения проволоки,

но в настоящее время, несмотря на разработку и применение в последние годы более совершенных и эффективных смазок, конструкций волокодержателей и сборных волок, необходимого охлаждения проволоки и волок, дальнейшее повышение эффективности производства проволоки практически не происходит из-за применения неподвижных волок. Это объясняется тем, сто общая работа, затрачиваемая на волочение и состоящая из работы основной и дополнительной пластических деформаций, работ на преодоление сил трения и внешнего противонатяжения, практически вся переходит в тепловую энергию, что вызывает нагрев волочильного инструмента. Поэтому дальнейшее повышение скоростей волочения приводит к изменению температурного режима в сторону резкого повышения температуры в очаге деформации, деструкции смазочного слоя, возникновения резко выраженного граничного трения и невозможности дальнейшей деформации. Применение вместо воды и воздуха для охлаждения проволоки и волочильного инструмента более эффективных хладагентов, например жидкого азота, экономически нецелесообразно, так как затраты на создание новой системы охлаждения волочильной машины во много раз превысят эффект от повышения скорости волочения.

       Последние  несколько десятилетий все большее  предпочтение отдают холодной  прокатке проволоки в роликовых  волоках. И если первоначально  кассеты с роликами устанавливались на обычных волочильных машинах вместо мыльниц, то сейчас используется специализированное оборудование. Формообразование металла в неприводных роликах прокаткой, или иначе процесс волочения в роликовых волоках, является достаточно новым направлением в производстве метизов. Первые роликовые волоки были созданы в конце прошлого века и применялись в ювелирной промышленности. Преимущества, присущие процессу – высокая производительность и лучшее качество изделия, чем при обычном волочении, - обеспечили роликовым волокам быстрое внедрение в производство мягких цветных металлов.  Применение роликовых волок для обработки железосодержащих металлов потребовало существенного качественного изменения конструкции, а именно увеличения жесткости корпуса и усиления подшипникового узла. Были созданы конструкции роликовых валок, удовлетворяющих требованиям холодной обработки высокопрочных металлов. Различные модификации созданных роликовых волок имеют мощный подшипниковый узел и значительную жесткость, что позволяет выдерживать высокие нагрузки в течение длительного времени. Одновременно они достаточно компактны и удобны в эксплуатации. С тех пор роликовые волоки непрерывно совершенствуются, и процесс находит все новые сферы применения.

 

3.2 Анализ процесса волочения в роликовых волоках.

 

Анализ процессов прокатки, волочения в роликовых волоках  показывает, что общим для последних  двух процессов является то, что  работа формоизменения осуществляется за счет тягового усилия, приложенного к изделию на выходе из очага деформации. Заготовка, имеющая определенные размеры поперечного сечения, протягивается через калибр волоки или роликов и приобретает форму калибра инструмента.

       Существенное  различие рассматриваемых процессов  обнаруживается в их кинематической схеме и напряженном состоянии металла в очаге деформации. При волочении инструмент (волока) неподвижен, а при прокатке-волочении ролики вращаются вокруг своих осей, что делает этот процесс схожим с прокаткой. Этим определяется различный характер действия контактных сил трения, играющих решающую роль в реальных процессах обработки металлов давлением. Движущийся металл при волочении «опережает» волоку на всем участке их контакта, вследствие чего контактные силы трения-скольжения направлены всегда против хода волочения. В роликовых волоках очаг деформации состоит из двух зон – отставания и опережения, что характерно для процесса прокатки. Однако, если при прокатке преобладает зона отставания, то для волочения в роликовых волоках характерна более развитая зона опережения. Силами трения, накопленными в этой зоне, приводятся во вращение ролики. Контактные силы трения существенно влияют на схему напряженного состояния металла в очаге деформации. При прокатке силы трения носят подпирающий характер и металл в очаге деформации испытывает всестороннее сжатие. При волочении схема напряженного состояния иная – двухстороннее сжатие с растяжением. Для волочения в роликах характерно сочетание этих двух схем напряженного состояния, причем превалирование той или иной зависит в основном от условий контактного трения. Таким образом, у одинаковых по результатам и схеме главных деформаций процессов волочения в волоке и прокатки в роликах несколько иные схемы главных напряжений. Так, получение равномерного волокна наиболее легко достижимо при схеме главных деформаций с одной положительной и двумя равными по величине отрицательными деформациями. При этой же схеме наиболее интенсивно происходит образование текстуры и упрочнения. Однако по схеме главных деформаций, не обращаясь к схеме главных напряжений, нельзя судить ни о сопротивлении деформированию, ни о пластичности металла в процессе деформации. Пластичность и сопротивление деформированию зависят от схемы главных напряжений. Поскольку всесторонне сжатие – наиболее благоприятная схема деформации, то пластичность металла при роликовой прокатке выше, чем при обычном волочении. Поэтому волочение в роликовых волоках предпочтительнее обычного волочения для труднодеформируемых и малопластичных сплавов.

       Другие  преимущества роликовых волок перед монолитными волоками вытекает также из характера действия контактных сил трения. Эти силы при волочении имеют значительные величины и при больших скоростях деформации вызывают интенсивный разогрев волок, налипание металла на контактной поверхности и соответственно быстрый износ и выход из строя волок. В практике применяют дорогостоящие волочильные смазки и специальные операции подготовки поверхности к волочению, цель которых – уменьшить контактные силы трения и соответственно увеличить скорость и интенсивность деформации. Для роликовых волок контактное трение не имеет такого значения и необходимость в выполнении подготовительных операций отпадает. Достаточной в этом случае является очистка поверхности от окалины, ржавчины и грязи, что достигается обычным кислотным травлением или механической очисткой. К другим преимуществам роликовых волок необходимо отнести их высокую износостойкость, экономичность по энергозатратам, лучшее качество поверхности и точность производимой продукции. В отличие от холодной прокатки, где обжатие обычно ограничивается условиями захвата, в роликовых волоках они могут достигать 50% и более. Другим существенным преимуществом этого процесса  перед прокаткой является простота конструкции роликовых волок по сравнению с прокатными станами, их относительная дешевизна и универсальность. За последние 30 лет технология холодной прокатки не претерпела существенных изменений, а усилия производителей оборудования были сконцентрированы исключительно на разработке и создании блочных конструкций станов и повышении их производительности за счет увеличения скорости прокатки.

 

3.3 Система калибровки для получения круглой проволоки.

Для получения круглой проволоки из круглой катанки в случае двухроликовой прокатки необходимо пройти стадии изготовления круглой заготовки из овальной, овальной из круглой и снова круглой из овальной. Из всех конструкций роликовых волок для производства проволоки наиболее эффективны и удобны в эксплуатации двухроликовые волоки, расположенные тандемом. Они компактны, что позволяет устанавливать их на серийные волочильные станы (на место мыльницы). Наличие двух пар роликов, расположенных последовательно на минимальном расстоянии друг от друга, позволяет вести волочение по системе по системе круг-овал-круг без опасности «сваливаня» овала в чистовом калибре. Такая калибровка наиболее приемлема для производства круглой проволоки и потому, что волочильщик в данном случае имеет дело с заготовкой и проволокой привычного для него круглого сечения, а барабаны волочильных машин хорошо приспособлены для ее намотки.

       Волочение  по системе круг-овал-круг обеспечивает  хорошее качество проволоки с  обжатиями за один проход –  до 40%, а в случае волочения проволоки из цветных металлов – до 50%. Особенно эффективен процесс волочения проволоки из труднодеформируемых сталей и сплавов. Так, обычное волочение проволоки из быстрорежущей стали производят с обжатиями 15-20% и разупрочняющими отжигами после каждого прохода. При волочении этой же проволоки в роликовой волоке обжатие за проход может быть увеличено до 30-40%, а общее суммарное обжатие до термообработки достигает 50%.

       Ролики, осуществляющие холодную прокатку, в том числе и накатку любого профиля, приводятся в движение проволокой при прохождении ее через кассету с роликами. Компоновка роликов в кассете может быть различной. Механизм настройки положения роликов имеет либо ручной привод, либо привод от электродвигателя. Практически все модели роликовых кассет можно установить на действующие волочильные машины проволоки вместо традиционных мыльниц с волокодержателями и оснащать новые волочильные машины.

 

3.4 Оценка двух  видов волочения в реальном  технологическом процессе.

С целью изучения влияния способа изготовления проволоки на ее механические свойства, были проведены исследования получения проволоки холодной прокаткой, волочением через роликовые волоки, а также прокаткой волочением.

На полупромышленной установке проволока была получена следующими способами:

1) прокаткой в клети  с четырехвалковым калибром (рисунок1.3 а);

2) волочением через  пару вертикальных и горизонтальных  неприводных валков,

расположенных на расстоянии, меньшем радиуса валка (рисунок 1.3 б);

3) прокаткой волочением (рисунок 1.3 в).

 

                 а)                                       б)                                        в)

Рисунок 3.1- Способы использования  роликовых волок

 

Проволока протягивалась  со скоростью 30м/мин без смазки и  охлаждения. Подготовка поверхности заготовок к прокатке и волочению не проводилась.

Результаты испытаний  показали, что способ изготовления практически не влияет на предел прочности  на разрыв, наблюдается незначительное падение предела прочности на разрыв проволоки, протянутой через роликовую волоку.

Установлено, что способ изготовления проволоки не оказывает существенного влияния на ее механические свойства. Однако холодная прокатка, волочение через роликовые волоки и прокатка волочение позволяют увеличить производительность и стойкость инструмента, уменьшить количество промежуточных отжигов при получении проволоки из высокопрочных сплавов, отказаться от подготовки поверхности катанки и применить механическое удаление окалины.

Оценка двух видов  волочения в реальном технологическом процессе.

Теоретическое сравнение  было сделано на основе реального  технологического процесса.

В ходе тестовых испытаний  было зафиксировано, что проволока, произведенная на волочильном стане с роликовыми головками, обладает более высоким значением механической прочности ( =100 КН/мм²) в отличие от проволоки, полученной волочением через волоку. В результате можно было констатировать, что значительной экономии электроэнергии в ходе этого испытания получено не было.

Более ощутимое преимущество при использовании роликовой головки относительно волочения через волоку было получено за счет увеличения производительности.

  При использовании роликовой волоки остановки стана для замены инструмента в связи с выходом диаметра из поля допуска производились реже. В результате проведенных испытаний производительность на волочильном стане с использованием роликовых головок была выше на 4%, чем на волочильном стане, где использовались традиционные волоки.

 

3.5 Выводы о  преимуществах волочения с использованием роликовых волок.

На основании проведенных  промышленных испытаний технологии производства проволоки можно сделать следующие выводы о преимуществах волочения с использованием роликовой головки по отношению к технологии производства проволоки с использованием традиционной волоки.

Преимущества волочения  с использованием роликовых волок:

-- возможность регулировки  в некоторых пределах диаметра  проволоки;

-- более высокая размерная  однородность проволоки;

-- высокая производительность волочильного стана из за уменьшения технологических остановок для коррекции диаметра проволоки;

-- возможность волочения  проволоки с низким коэффициентом  обжатия за один проход;

-- отсутствие значительных  перегревов проволоки в зоне  деформации;

-- возможность волочения проволоки из сталей с пониженными пластическими свойствами;

-- более высокая скорость  волочения;

-- более эффективное  волочение проволоки с использованием  метода механической подготовки  поверхности катанки к волочению  в связи с полной нечувствительностью роликовой головки к остаточным окислам.

Недостатки:

-- более высокие начальные  капитальные вложения;

-- необходимость в  специальной подготовке обслуживающего  персонала;