Общая характеристика волочильного производства

Курс лекций по «Технологии волочильного производства» (8 семестр, 132 ч)

Общая характеристика волочильного производства

Волочильное производство относится к широко распространенной области ОМД, основной продукцией которой является проволока различного профиля и назначения. При волочении заготовку постоянного поперечного сечения протягивают через плавно сужающийся канал волоки, получая в итоге проволоку – универсальный конструкционный материал для практически всех областей промышленного производства. Проволока находит самое широкое применение во всех отраслях промышленности, сельском хозяйстве и других сферах жизни и деятельности человека. Применяется она в виде как готовых изделий (электрические и телеграфные провода, проволока для армирования железобетонных конструкций промышленного и гражданского назначения, обвязочный и упаковочный материал и пр.), так и полуфабриката для производства целого ряда метизов: стальные канаты, сварные и тканые сетки, гвозди, шурупы, детали машин, проволочно-кабельные изделия и др. Проволоку изготовляют в широком ассортименте из самых различных черных и цветных металлов и сплавов, с разными механическими и физико-химическими свойствами.

Классификация проволоки

Классификацию проволоки из стали и сплавов по основным эксплуатационным характеристикам устанавливает ГОСТ 2333—80:

1. По форме поперечного сечения: круглая, фасонного профиля, квадратная, прямоугольная, трапециевидная, трехгранная, шестигранная, овальная, сегментная, зетобразная, иксобразная, клиновидная; периодического профиля, специального профиля.

2. По размерам на группы, тяжелая – 16,0-4,5 мм; толстая – 4,49-1,0 мм; средняя – 0,99-0,40 мм; тонкая – 0,39-0,10 мм; тончайшая – 0,099-0,01 мм.

3. По химическому составу стали:

из низкоуглеродистой стали (С< 0,25%);

из углеродистой стали (С> 0,25%);

из легированной стали;

из высоколегированной стали;

из сплавов с особыми свойствами (коррозионностойких, жаростойких, жаропрочных, прецизионных).

Углерод — элемент, оказывающий наибольшее влияние на механические и технологические свойства стали, особенно стали подлежащей волочению. Увеличение содержания углерода в стали на 0,1% повышает в среднем временное сопротивление на 93—104 МН/мм². Максимальное содержание углерода в стали, подлежащей волочению, не должно превышать 1,10-1,20 %.

4. По виду конечной обработки, обеспечивающей заданный комплекс механических свойств:

термически обработанная: отожженная, отпущенная, закаленная и отпущенная, нормализованная, патентированная, отпущенная под напряжением (стабилизированная);

термически необработанная: холоднотянутая, холоднокатаная, горячекатаная (теплотянутая), калиброванная.

5. По виду поверхности:

без дополнительной отделки поверхности после деформации (в том числе проволока с остатками технологических покрытий— меди, фосфата, буры, наносимых на поверхность при подготовке металла к волочению);

тянутая после предварительной шлифовки, обточки или обдирки на промежуточном размере;

со специальной отделкой поверхности путем удаления поверхностного слоя: полированная, шлифованная, травленая;

покрытая :

с металлическим покрытием: оцинкованная, луженая, омедненная, латунированная, алюминированная и с другими покрытиями:

с неметаллическим покрытием: покрытая полимерами, фосфатированная и с другими покрытиями;

светлая (термически обработанная в защитной атмосфере);

оксидированная (окисленная, термически обработанная с цветами побежалости);

черная (термически обработанная, покрытая окалиной).

Формулы расчета прочности проволоки от ф. Goodyear: 3200-1800d NT 3600-1800d HT 4000-2000d ST 4400-2000d UT

Кроме вышеперечисленной классификации проволоки по ГОСТ 2333-80, принято также классифицировать стальную проволоку по временному сопротивлению разрыву, Н/мм²:

Низкой прочности............. <392

Пониженной прочности ... 392—784

Нормальной прочности. ... 784—1220

Повышенной прочности... 1220—1960

Высокой прочности........... 1960—3130

Особо высокой прочности . >3130

Для каждого вида и размера проволоки требуется определенная технология изготовления и соответствующее оборудование.

Процесс волочения в современном виде применяется уже более ста лет и, несмотря на простоту его осуществления, является весьма сложным для теоретического представления. На процесс волочения оказывает влияние множество различных факторов, причем, влияние некоторых из них количественно не установлено. Наиболее распространенным является процесс волочения проволоки и прутков круглого сечения.

Схема этого процесса приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема процесса волочения

d₀ - диаметр исходной проволоки; d₁ - диаметр проволоки после волочения; l₀ - исходное значение длины проволоки; l₁ - конечное значение длины проволоки; F₀ - площадь поперечного сечения проволоки до волочения; F₁ - площадь поперечного сечения проволоки после волочения; р - сила волочения

В процессе волочения на проволоку воздействуют 2 сжимающих и 1 растягивающее напряжение (рис. 2). Разноименные схемы главных напряжений способствуют повышению к.п.д. деформации и снижению энергетических затрат процесса волочения. Растягивающее напряжение (σ₁) способствует охрупчиванию металла при волочении. Поэтому необходимо ограничивать степень деформации за проход сквозь волоку. При этом максимальное растягивающее напряжение σ₁≤ σ_т.

Рис. 2 схемы напряженного и деформированного воздействия на проволоку при волочении

Сжимающие напряжения (σ₂; σ₃) вызывают внешнее трение в канале волок.

Геометрические зависимости между показателями деформации протягиваемого металла в процессе волочения основаны на законе постоянства объема металла, который гласит, что объем металла V₀ до волочения через любую волоку п равен этому же объему металла V_K после волочения через волоку п , т.е. V₀ = V _к. Обозначив объем металла до волочения через произведение L₀F₀ или V₀F₀, а после волочения соответственно через L_KF_K или V_KF_K получим

Если проволоку подвергнуть волочению, то изменится её площадь поперечного сечения (F) в сторону уменьшения, а длина (L) при этом возрастет. Изменение геометрических размеров при волочении называют обжатием.

Но часто пользуются такими показателями, как коэффициент вытяжки. Суммарный коэффициент вытяжки равен произведению единичных коэф. вытяжки.

Механические характеристики, получаемые при испытании проволоки приведены ниже:

Классификация способов волочения

К стальной проволоке зачастую предъявляется целый комплекс требований, удовлетворение которых вызвало необходимость создания большого количества разновидностей процесса волочения.

В производстве стальной проволоки применяется большая часть известных способов волочения. Эти способы можно классифицировать следующим образом:

1. По количеству одновременно протягиваемых проволок:

- Однониточное - протягивание проволоки на волочильном стане в одну нитку.

- Многониточное – на барабане волочильного стана протягивается одновременно 2, 4, 6 или более ниток проволоки. При волочении стальной проволоки большой эффект даёт снижение скорости волочения за счет увеличения количества ниток.

2. По виду получаемого продукта:

- Непрерывное волочение в мотки, катушки или бунты, т.е. когда продукт свернут для последующей транспортировки.

- Прутковое - продукт получается в виде калиброванных прутков.

3. По количеству переходов:

- Однократное - волочение через одну волоку на однократном волочильном стане (рис. 2 а, б.). Волочильные станы протягивают проволоку через волоку за счет сил трения при намотке её на барабан. При однократном волочении проволока наматывается на барабан, а затем снимается с барабана в виде мотка или перематывается на катушку. Проволока наматывается на нижнюю часть барабана - галтель и по мере поступления новых витков, предыдущие поднимаются по барабану, чем обеспечивается непрерывность процесса.

В практике волочильного производства высоту галтели чистового барабана принимают равной от 10 до 40 диаметрам проволоки, а тангенс угла уклона равен от 1/15 до 1/30.

Между образующей галтели барабана и образующей «юбки» барабана делают закругление, радиус которого составляет 1,5-2,0 среднего диаметра проволоки, протягиваемой на этом барабане.

После схода проволоки с галтели она в виде свободных витков лежит на барабане, а силы трения между витками бывает достаточно для осуществления непрерывного процесса волочения.

Однократное волочение при производстве стальной проволоки применяют в основном для волочения толстой, трудно деформируемой и фасонной проволоки.

б)

Рис. 3. Принцип однократного волочения:

а) Схема однократного волочения

1 - устройство размотки; 2 – мыльница с волокой; 3 - тянущий барабан; 4 - устройство намотки

б) Схема действия сил на барабане при волочении проволоки.

4- корпус барабана. 5-галтель барабана; 6- «юбка» барабана; F - сила давления набегающего витка, К - сила трения между витками , S - сила воздействия соседнего витка; Р - сила волочения; Q - сила натяжения сбегающей ветви; γ -угол конусности барабана; α - угол отклонения набегающего витка.β - угол конусности "юбки" барабана.

Однократная машина с перевернутым барабаном изображена на рис. 1. Витки протянутой на этой машине проволоки под действием собственной массы падают на специальное приемное устройство, на котором можно накопить до 2 т проволоки. Остановка машины необходима лишь при сменах волок и приемного устройства. Большим преимуществом такой машины является сравнительно быстрое охлаждение проволоки благодаря тому, что она не задерживается на барабане.

Рис. 4. Однократная волочильная машина с перевёрнутым барабаном:

1- протягиваемая волока, 2- барабан, 3- станина, 4- мыльница с волокодержателем, 5- приёмное устройство, 6- привод, 7- педали управления.

- Многократное волочение, когда на волочильном стане обжатие производится последовательно в нескольких волоках.

Многократное волочение может проводиться с накоплением проволоки на барабане или без накопления проволоки. В первом случае значительное количество проволоки накапливается для охлаждения на предыдущем барабане волочильного стана, а затем протягивается и накапливается на последующем барабан. Скорости барабанов увеличиваются ступенчато и не регулируются (рис. 5). Во втором случае скорости барабанов регулируются в соответствии с вытяжкой проволоки между барабанами - прямоточное волочение (рис.6). Многократное волочение со скольжением осуществляется с относительно большим смешением проволоки по барабану (линейная скорость волочения проволоки на промежуточных барабанах -шайбах ниже линейной скорость барабана) применяется для волочения тонкой проволоки на жидкой смазке (рис.5).

Многократное волочение перед однократным имеет следующие преимущества:
- автоматический переход с одного обжатия на другое;
- увеличение скорости на чистовом барабане при постоянной скорости на размотке;
- улучшение условий волочения (уплотнение слоя смазки на поверхности проволоки).

Производство тонкой и тончайшей проволоки осуществляется только на станах многократного волочения. Кратность волочения определяется величинами единичных и суммарных обжатий.

Непрерывность процесса обеспечивается, если соблюдается постоянство секундных объемов металла протягиваемого через каждую волоку.

Рис. 5. Многократный волочильный стан магазинного типа

Основным условием непрерывного волочения с накоплением является превышение вытяжки проволоки в волоке над отношением скоростей последующего и предыдущего барабанов. При накоплении проволоки на барабане его останавливают и часть проволоки сматывают на последующий барабан. Иногда возможно некоторое изменение отношения i (i – отношение скорости вращения последующего барабана к предыдущему) за счет установки вариаторов скорости.

Тогда на некоторое время устанавливают скорости волочения такие, чтобы µ < i, пока не израсходуется запас проволоки на предыдущем барабане, а затем регулируя скорости добиваются, чтобы µ > i.

При достаточной емкости волочильного барабана, а это необходимо также и для хорошего охлаждения проволоки, обеспечить непрерывность процесса в течение долгого времени можно, если µ=E*i, где Е =1,03 -1,05 - коэффициент накопления.

Увеличение коэффициента ведет к быстрому накоплению проволоки на барабанах и частым остановкам стана, что затрудняет их обслуживание. Подставив в выражение значение диаметров и значение i по паспортным данным стана легко рассчитать маршрут волочения.

На рис. 6 приведена схема наиболее распространенных конструкций волочильных станов магазинного типа.

Рис. 6. Схемы машин многократного волочения магазинного типа с одинарными барабанами обычного типа (а), двухступенчатыми барабанами (б), барабанами с внутренним полым валом для проводки проволоки (в), сдвоенными двухъярусными барабанами (г), сдвоенным наружным и внутренним барабанами (д):

1- промежуточный барабан; 2 - чистовой барабан; 3 - направляющий ролик; 4 - нижний направляющий ролик; 5 - поводковое устройство; 6 - промежуточный двухступенчатый барабан; 7 - чистовой двухступенчатый барабан; 8 - верхний барабан; 9 - нижний барабан; 10 - внутренний барабан; 11 - наружный барабан; 12 - опорные валки.

Проволока при переработке на этих машинах протягивается через волоку и наматывается на барабан, на котором создается определенный запас витков проволоки (до 1/3 барабана). Далее через поводковое устройство, верхний и нижний направляющие ролики проволока поступает в волоку следующего барабана; затем то же самое повторяется на следующих барабанах.

Широкое распространение получили машины магазинного типа с двухступенчатыми барабанами (см. рис. 6, б). Обе ступени барабана, вращаясь на одном валу с одинаковым числом оборотов, из-за различных диаметров барабанов имеют разные окружные скорости, что обеспечивает постоянную кинематическую вытяжку. Двухступенчатые волочильные барабаны выгодно отличаются от одноступенчатых барабанов тем, что при равной производственной площади и незначительно больших первоначальных затратах позволяют применять обжатия в два раза и больше. При этом удельный расход электроэнергии за один переход меньше на 10 - 20 %, чем при волочении на одноступенчатых барабанах. Стан для волочения проволоки, принципиальная схема которого показана на рис. 6, в., отличается от двух первых системой проводки. Проводка проволоки на этом стане закрытая, она несколько сложней обычной, но вероятность травмирования при такой проводке меньше.

Принципиальным отличием прямоточных станов является автоматическое регулирование линейных скоростей вращения барабанов в соответствии с вытяжкой проволоки между блоками. Скорость волочения задается последним чистовым блоком. В соответствии с натяжением проволоки передаваемой на регулировочный ролик между предпоследним и последним чистовым барабаном система автоматического регулирования скоростей барабанов устанавливает скорость предпоследнего барабана.

Рис. 7. Схема прямоточного волочильного стана с автоматическим регулированием скорости барабанов

Скорость равна V_n = µ, где V_n - скорость чистового барабана, вытяжка µ= D²_n/D²_n-1. Аналогичным образом устанавливаются скорости волочения по всем блокам. Управление приводом блоков осуществляется автоматически путем изменения частоты тока двигателя.

Таким образом, при установке любого маршрута, стан автоматически подстраивается и скорости устанавливаются таким образом, чтобы μ=i. Прямоточные станы позволяют более точно и широко регулировать противонатяжение. Уменьшение нагрева проволоки в процессе волочения достигается за счет снижения частных обжатий и интенсивного охлаждения волок и барабанов.

У станов многократного волочения петлевого типа регулировка скоростей тянущих барабанов осуществляется за счет изменения положения натяжных роликов (балерин), связанных с реостатами цепи эл. двигателей приводов барабанов.

Рис. 8. Схема управления скоростью барабанов многократного волочильного стана петлевого типа

На барабанах проволока наматывается в количестве 6-12 витков для устранения проскальзывания и охлаждения. При переходе на следующий барабан перед поступлением в волоку проволока проходит натяжной ролик, образуя петлю. К преимуществам станов петлевого типа относятся:

- практически неограниченный выбор единичных обжатий;

- возможность регулировки противонатяжения;

- более высокая по сравнению со станами магазинного типа производительность;

- отсутствие перекручивания проволоки.

Рассмотренные выше станы многократного волочения, работающие без скольжения проволоки на промежуточных барабанах, применяют наиболее широко. Их используют для волочения проволоки почти всего сортамента, при этом обеспечивается высокая производительность. Кратность машин до 15 и более, поэтому можно применять большие суммарные обжатия. Единичные обжатия допускается изменять в широком диапазоне.

Если проследить эволюцию машин многократного волочения, то она сводится к выявлению более совершенного способа синхронизации скоростей проволоки во всех переходах машины и борьбе с существенными недостатками предшествующих конструкций и технологий. Основной принцип непрерывного многократного волочения проволоки заключается в постоянстве секундных объемов металла во всех переходах волочильной машины, где через каждую его волоку должен проходить одинаковый объем металла в единицу времени. Осуществление этого принципа на практике с самого начала потребовало обеспечения в той или иной степени синхронизации скоростей тянущих барабанов. Поиск наилучшего решения этого вопроса продолжается и в настоящее время. Возможны два способа согласования скоростей проволоки с окружными скоростями тянущих барабанов в переходах машины при непрерывном процессе — полное и неполное. Самые простые многократные машины непрерывного действия работают по неполному способу согласования скоростей — со скольжением проволоки на тянущих барабанах (шайбах), при котором окружная скорость на каждом промежуточном барабане должна быть всегда несколько больше скорости движения проволоки на этом барабане. Машины, основанные по этому принципу, появились более ста лет назад (в 1871 г.) и широко применяются в настоящее время. Однако скольжение проволоки по барабану особенно нежелательно при многократном волочении жестких или очень вязких металлов или сплавов. В первом случае наблюдается быстрый износ барабанов, а во втором — большое количество царапин и прочих поверхностных дефектов на проволоке. Машины со скольжением имеют повышенный расход энергии на трение, у них нет возможности варьировать обжатиями в переходах ввиду постоянства уменьшает время на их охлаждение. Поэтому с момента появления этого типа машин началось совершенствование их конструкции в целях уменьшения и ликвидации скольжения проволоки о поверхность барабана кинематических вытяжек; количество витков на барабанах ограничено условиями процесса, что уменьшает время ее охлаждения.

Общими недостатками, присущими машинам с противонатяжением, как петлевым, так и прямоточным, являются малое охлаждение проволоки в связи с кратковременностью пребывания ее на каждом барабане, косвенное охлаждение проволоки, тянущих барабанов и волок, значительные их габариты и металлоемкость. Машины с противонатяжением в связи с необходимостью синхронизации скоростей барабанов требуют создания достаточно сложных и дорогих систем автоматизированного электропривода. Из проведенного далеко не полного анализа известных типов машин несложно сделать следующие выводы:

-появление каждого нового типа машин устраняло в известной мере недостатки предыдущих, но появлялись новые, что также ограничивало области их применения.

-основа непрерывного волочения в машинах с противонатяжением — синхронизация скоростей — достигается слишком большим усложнением машин и их удорожанием.

-дальнейшему существенному росту скоростей волочения, и, соответственно, увеличению производительности на современных машинах сухого волочения с противонатяжением препятствует несовершенная система охлаждения проволоки, тянущих барабанов и волочильного инструмента.

В ряде работ отмечается, что наиболее радикальным решением проблемы охлаждения проволоки при волочении является применение высокоэффективной жидкой смазки, играющей одновременно роль охлаждающей эмульсии. Поэтому существенное увеличение скорости волочения может быть достигнуто при переходе на машины мокрого волочения, где обеспечить полный отвод тепла деформации легче всего.

Станы мокрого волочения со скольжением представляют ряд дисков (шайб) разного диаметра, которые расположены на одном валу. Перед каждым диском (тяговой шайбой) расположены волокодержатели с волками. Для изменения направления движения и перехода от одного барабана к другому имеются обводные шайбы, имеющие одинаковый диаметр с рабочими. Волоки, тяговые и обводные шайбы погружаются в жидкую смазку, которая непрерывно их омывает в процессе волочения. Смазка в этом случае уменьшает трение в волоках, на тяговых и холостых шайбах и одновременно охлаждает шайбы и волочильный инструмент. Разница скоростей тяговых шайб i обеспечивается за счет изменения диаметра шайбы или её угловой скорости Передаточное число i имеет постоянное значение и заложено в конструкции стана.

При заправке стана проволоку протягивают через первую волоку, наматывают 1 -3 витка на тяговую шайбу и протягивают через вторую волоку, затем операция повторяется. После заправки стана проволоку наматывают на чистовой барабан или катушку. Если к выходному концу приложить силу превышающую силу волочения.

Многократные машины со скольжением (рис. 9) характеризуются постоянной скоростью вращения всех промежуточных и чистового шкивов на протяжении всего цикла волочения и вместе с тем некоторым относительным скольжением проволоки на промежуточных шкивах, которое может меняться в ту или другую сторону в зависимости от износа канала волок. Сила волочения развивается вытяжными шкивами благодаря силам трения, которые возникают между соприкасающимися поверхностями шкива и охватывающей его проволокой.

Рис. 9. Машина для волочения со скольжением:

1 - ступенчатый шкив; 2 - отделочный шкив; 3 - ванны для эмульсии;

4 - волокодержатель; 5 - ванна для слива эмульсии; 6 - клапан эмульсионного насоса; 7 - приемная катушка (под защитной сеткой); 8 - коробка скоростей; 9 - шкив текстропной передачи; 10 - указатель скорости волочения

На машинах со скольжением скорость вращения шкивов на 2 - 4 % превышает скорость выхода проволоки из волоки. Такие машины в зависимости от расположения и конструкции рабочих шкивов могут быть с горизонтальными или вертикальными шкивами. Шкивы могут быть цилиндрическими или ступенчатыми. Станы с цилиндрическими шкивами применяют сравнительно редко. Более распространены станы со ступенчатыми шкивами, применяемые для волочения преимущественно тонкой и наитончайшей проволоки. Станы для волочения проволоки средних и тонких диаметров имеют 5 - 15 волок, а для тончайшей и наитончайшей и микронной проволоки 9 - 25 волок.

У машин с цилиндрическими шкивами увеличение окружных скоростей каждого последующего шкива осуществляется путем непосредственного увеличения частоты вращения шкивов. Диаметры всех шкивов одинаковы.

На рис. 10 изображена машина многократного волочения с горизонтальными ступенчатыми шкивами, позволяющая вести волочение на жидкой смазке в 15 переходов. Такую машину условно принято называть 15/200, где 15 - число протяжек, а 200 - диаметр последнего шкива, мм. Машина имеет две пары ступенчатых шкивов.

Рис. 10. Волочильные машины со скольжением проволоки;

1 — ступенчатые шкивы; 2 — волокодержатели; 3 — чистовой барабан;

Машины многократного волочения могут иметь от одного до нескольких ступенчатых шкивов. Повышение окружных скоростей на отдельных ступенях волочения достигается увеличением диаметров ступеней шкивов. На машинах могут быть все ступенчатые шкивы рабочими или попарно - один рабочий, а другой - направляющий. Рабочие поверхности ступенчатых шкивов современных машин образуются сменными кольцами из износостойкой стальной ленты или наплавляются износостойкими сплавами. В последнее время для ступенчатых шкивов начали использовать легкие керамические материалы, обладающие весьма большой износостойкостью.

По виду применяемой смазки:

1. Сухое — используются порошкообразные мыла и их смеси.

2. Мокрое - при волочении смазкой являются водные эмульсии.

3. Волочение на консистентных смазках (парафин, масла и др.).

По температуре волочения:

1. Холодное волочение без подогрева металла. Температура нагрева металла за счет деформации и трения в волоке в расчет не принимается, хотя температура деформации может быть значительной и достигать температуры начала рекристаллизации.

2. Теплое волочение с нагревом металла до начала деформации ниже температуры рекристаллизации. Теплое волочение в существе своем является низкотемпературной термомеханической обработкой.

Достижения металловедения при исследовании высоко - и низкотемпературной термомеханической обработки, расширение сортамента проволоки, появление новых классов сталей будет способствовать расширению использования волочения с нагревом металла. Например, в настоящее время разработаны сложнолегированные нестабильные аустенитные стали, упрочняемые теплой деформацией, так называемые трип - стали (0,3% С; 1,93% Si; 9,02% Сг; 7,9% Ni; 1,7% Мп; 4,1% Мо). Эти стали перспективны с точки зрения получения высоких значений прочности и пластичности.

3. Горячее волочение с нагревом металла до начала деформации выше температуры рекристаллизации. При горячем волочении достигается уменьшение обезуглероживания, улучшается структура, повышается пластичность проволоки. Расход электроэнергии на производство проволоки снижается в 3-5 раз. Высокомарганцовистая сталь Г-13 (содержащая 1,0 -1,4%С, 10-14% Мп) обладает очень высокой упрочняемостью при деформации в холодном состоянии, что и является причиной ее высокой износостойкости при ударных нагрузках. Волочение такой проволоки требует применение небольших обжатий и термообработки после каждого перехода. При этом после каждой термообработки необходимо проводить подготовку поверхности. Для получения проволоки из этой стали используется горячее волочение. Термическая обработка этой стали заключается в закалке в воде с температур 1050 + 1100°С. При быстром охлаждении полностью исключается выделение карбидов и образуется аустенитная структура.

Схема горячего волочения этой проволоки приведена на рис. 11.

1 2 3 4 5 6 7

Рис. 11. Схема горячего и теплого волочения с предварительным электроконтактным подогревом:

1 - катушка с проволокой; 2 -контактный ролик; 3- источник тока; 4-суспензия графита в воде; 5-волока; 6-охлаждение проволоки водой; 7- тянущий барабан.

4. Волочение при низких температурах с охлаждением металла ниже 273°К до начала деформации. Способ может быть использован при волочении некоторых легированных сталей, деформационный нагрев которых вызывает нежелательные фазовые превращения.

По виду используемого волочильного инструмента:

Волочение через обычные монолитные волоки из твердого сплава, алмазов или синтетических сверхтвердых материалов.

Волочение через составные волоки. Применяется в основном для волочения фасонных профилей, когда невозможно сделать монолитную волоку необходимой формы сечения.

Волочение в роликовых волоках

Волочильные машины для калибровки прутков.

а) Цепные волочильные станы

Эти станы самые распространенные. Волочильный стан простой конструкции (рис. 12) состоит из станины 2, на одном конце которой установлена стойка (люнет). В стойке укрепляют волоку и неприводную звездочку 3, на другом конце - приводную звездочку 4. Между этими звездочками натянута бесконечная цепь 5, верхняя часть ее движется по направлению от волоки к приводной звездочке. Движение цепи осуществляется электродвигателем 6 через зубчатый редуктор 7.

Рис. 12. Волочильный цепной стан

В верхней части станины по направляющим движется на катках тележка 8, служащая для захвата переднего конца металла и протягивания его через волоку. На тележке смонтированы клещи 9 и крюки 10, которые с помощью рычага зацепляются за палец одного из звеньев цепи. Клещи обеспечивают зажим переднего конца протягиваемого металла.

Когда протягиваемый пруток пройдет целиком через глазок волоки, тележка от упругих сил цепи получит толчок, благодаря которому скорость ее становится несколько больше, чем скорость движущейся цепи. В момент ускорения тележки крюк 10 освобождает палец цепи и под действием груза 11 поднимается, освобождая тем самым тележку от цепи. При помощи механизма возврата тележка возвращается в исходное положение, и процесс повторяется.

У современных волочильных станов с целью увеличения скорости и, следовательно, производительности волочения значительно увеличивают длину волочения. Однако увеличение скорости волочения является только одним из факторов, способствующих увеличению производительности станов. Для повышения производительности волочильных цепных станов в современных конструкциях предусматривают: многопрутковое волочение, механизированный возврат тележки, автоматический захват прутков и автоматическое зацепление крюка, механизированное сбрасывание прутков со стана на стеллажи, принудительную подачу прутков в волоки пневматическими, гидравлическими или механическими выталкивателями, исключающими необходимость заострения концов прутков.

Многопрутковое волочение является одним из наиболее эффективных способов увеличения производительности волочения станов. Число одновременно протягиваемых прутков в станах новейших конструкций достигает 10. Наибольшее распространение получили многопрутковые станы с горизонтальным расположением волок. Такое расположение принимается, когда количество волок не превышает пяти; при большем их количестве применяют вертикальное расположение.

б). Реечные волочильные станы

Реечные волочильные станы различают в основном по типу привода. В одном случае зубчатые рейки прикрепляют к передвигающейся тележке, а привод устанавливают неподвижно. Такие станы работают реверсивно - протяжка прутков на них осуществляется в двух противоположных направлениях. Эти станы применяют для волочения профилей больших сечений и одновременного волочения нескольких прутков. В другом случае рейки прикрепляют к станине волочильного стана, а привод устанавливают неподвижно на тянущей тележке. В этой конструкции тележка, электродвигатель и привод представляют собой одно целое и передвигаются вместе. Волочение осуществляется только в одном направлении. Эти станы применяют для протяжки прутков небольших сечений.

Увеличение мощности реечных станов второго типа невозможно из-за необходимости применения более мощных двигателей, которые нужно монтировать на тележках и передвигать вместе с ними. Управление станами реечного типа полностью автоматизировано.

Реечные волочильные станы выпускают с силой тяги 14; 23; 35; 55 кН. Для станов с силой тяги 14 кН мощность двигателей составляет 10 кВт. Максимальная скорость волочения находится в пределах 66 - 130 м/мин. Максимальная длина протягиваемых прутков составляет 17 - 36 м.

Преимуществом реечных станов является то, что рейки их расположены по боковым стенкам станины по всей длине стана, и поэтому в отличие от обычных одноцепных станов пространство под протягиваемыми прутками остается свободным. В это пространство прутки падают по завершении волочения. Затем они скатываются по наклонной плоскости и попадают в карманы. Благодаря этому тележку автоматически можно возвращать с большой скоростью в исходное положение.

в). Непрерывный цепной волочильный стан

Существуют конструкции волочильных станов (рис. 13), в которых протягивание прутков осуществляется при помощи двух цепей, напоминающих тракторные гусеницы (отсюда станы называют иногда гусеничными). Пруток протягивается между двумя бесконечными цепями 3, которые получают вращение от звездочек 4, затем он попадает в волоку 2 пли во вращающийся роликовый калибр. Бесконечная цепь состоит из втулочно-роликовых звеньев, соединенных между собой через каждые два-три шага осями. На осях закреплены подающие элементы, по длине которых сделан полукруглый ручей.

Рис. 13. Схема непрерывного цепного стана

Конец прутка по периметру поперечного сечения зажимается подающими элементами, а необходимое усилие обеспечивается нажимными винтами 5 и 7, которые передают это усилие через опорную балку 6, тарельчатые пружины и опорные стойки. Стойки через опорные ролики 9 передают усилие зажатия подающим элементам. Усилие, необходимое для вталкивания или выталкивания прутка из волочильного очка при заданной величине обжатия, создается за счет сил трения. Длина цепи такова, что материал соприкасается с достаточным количеством зажимающих звеньев для того, чтобы обеспечить относительно низкое удельное давление на поверхности протягиваемого прутка. Вышедший из волоки конец прутка 8 захватывается следующим механизмом, при этом создается непрерывность процесса волочения.

Для синхронизации движения цепей привод каждого подающего механизма имеет самостоятельную шестеренную клеть с индивидуальным электромотором и переменной или общей частотой вращения, а также редуктор со сменными шестернями.

Непрерывные станы позволяют существенно повысить производительность цехов, облегчают создание поточных линий при производстве прутков.

г). Комбинированные волочильные станы