2.1 Анализ существующих технологических процессов

Материал, из которого изготавливаются волоки или фильеры, должен отличаться большей прочностью и стойкостью против износа. Изготавливают фильеры из легированной стали, металлокерамических сплавов, технических алмазов.

Волоки или волочильные кольца делают цельными из стали, из твердых сплавов - цельными или составными - в зависимости от диаметра и конфигурации. Их запрессовывают или закрепляют в стальные обоймы. Схема волоки представлена на 0. Ее элементами являются: смазывающий конус, рабочий конус, калибрующий поясок и распушка. Углы конусов составляют: =1024, =4060, =6090.

Волоки изготавливают из следующих марок сталей: У7, У8, У12, У13, Х12, Х12М, твердых сплавов: ВК3, ВК6, ВК8, ВК10, ВК15.

А - смазывающий конус; Б - рабочий конус; В - калибрующий поясок; Г - распушка.

Рис. 3 - Схема волоки

Роликовой волокой называют волочильный инструмент с двумя и более неприводными роликами (0), смонтированными так, что их оси вращения перпендикулярны оси волочения, а рабочие поверхности образуют калибр, соответствующий форме трубы, прутка, профиля.

Двухроликовую волоку с парой вертикальной роликов монтируют в одном корпусе вместе с другой двухроликовой волокой, имеющей пару горизонтальных роликов. Ролики смонтированы в термически закрытых подшипниках. Зазор между роликами регулируется нажимными винтами. Калибры обеих волок устанавливают на одной линии с помощью регулировочного винта.

Преимущества: меньшее внешнее трение, что уменьшает усилие волочения на 1020%; возможность вести процесс с большими деформациями; возможность протягивать трудно - деформируемые сплавы со значительным обжатием до 50% и без промежуточной термообработки. Производство их проще, чем монолитных, обладают повышенной стойкостью и не требуют высококачественных технологических смазок.

Рис. 4 - Роликовая волока.

Сборные волоки применяются для волочения сплошных и полых фасонных профилей. Обладают по сравнению с монолитными большей стойкостью, универсальностью и ремонтопригодностью, возможностью работы без предварительного острения. Рассмотрим две схемы сборных волок.

Первый вариант, 0, наружные опорные поверхности вкладышей контактируют с опорными поверхностями корпуса, выполненными с продольным профилем в виде дуги окружности, центр которой расположен в плоскости выходного сечения калибра. Перед началом работы вкладыши разведены. При движении заготовки вкладыши увлекаются силами трения, обжимают заготовку и останавливаются в плоскости выхода, образуя профиль калибра. Второй вариант, 0, сборная волока содержит два горизонтальных валка с сегментами и синхронизирующими шестернями. Перед началом работы сегменты разведены грузовым устройством для свободного ввода заготовки в рабочее пространство. При контакте заготовки с валками резиновыми элементами, являющимися элементами захвата, происходит их поворот, захват конца заготовки тележкой и волочение. После окончания волочения валки поворачиваются в исходное положение под действием веса контргруза.

Рис. 5 - Сборная волока, первый вариант.

Рис. 6 - Сборная волока, второй вариант.

В качестве исходного материала для волочения используют катанку и прессованные заготовки. Перед волочением заготовка проходит предварительную обработку: термообработку, удаление окалины и подготовку поверхности для закрепления и удержания на ней смазки.

Термическую обработку перед волочением выбирают такой, чтобы она снимала наклеп и придавала металлу нужные механические характеристики.

Во многих случаях термообработку в процессе волочения могут производить несколько раз. Обычно приводят после получения относительного обжатия 7085% за один передел. Готовый продукт также может подвергаться термообработке с целью придания конечному продукту необходимых механических свойств и структуры.

Удаление окалины и заготовок перед волочением производится механическим, химическим, электромеханическими способами, а также их комбинациями. При механическом способе заготовку подвергают изгибу между роликами, установленных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, зачистку могут производить металлическими щетками, поверхность подвергают дробеструйной обработке.

При химическом способе удаления окалины заготовку подвергают травлению в растворах серной и соляной кислоты с добавлением в ванну присадок, которые уменьшают скорость растворения основных металлов, снижают диффузию водорода в металле, уменьшают загазованность.

При электрическом способе в ванне с раствором, через которую проходит проволока, устанавливается электрод. К проволоке и электроду подводится постоянное напряжение. Проволока может быть как катодом, так и анодом. При электролизе окалина частично восстанавливается, но в подавляющих случаях отрывается бурно выделяющимся водородом. В качестве анода используется свинец и его сплавы, в качестве катода - свинец, медь, железо. Непосредственно после травления металл тщательно покрывают тонким слоем гидрата окиси железа FeOH₃ желтого цвета, который вместе с известью выполняет роль наполнителя при волочении с мыльным порошком.

При меднении проволоку обрабатывают медным раствором, в результате чего при волочении, за счет тонкой медной пленки, снижается коэффициент трения в волоке. Также применяется фосфатирование, которое представляет процесс образования на проволоке кристаллической пленки фосфатов марганца, железа или цинка. Фосфатная пленка в сочетании со смазкой способствует равномерному прилипанию смазки и снижению коэффициенту трения. После промывки, нанесения смазки металл подвергается сушке.

После волочения прутки помимо термической обработки правят, шлифуют, полируют, хромируют, наносят защитные покрытия.

Для регламентации технологических операций составляют технологические карты, в которых расписан весь технологический процесс по подготовке металла к волочению, маршрут волочения, способы начальной, промежуточной и окончательной обработки, операций отделки. Маршрут волочения представляет собой последовательность изменения размеров поперечного сечения металла на волочильном стане.

Машины, обеспечивающие процесс волочения, называются волочильными станами. Различают станы:

· прямолинейного волочения;

· барабанные.

По характеру перемещения тягового органа и изделия:

· периодического;

· полунепрерывного;

· непрерывного действия.

Барабанные станы в свою очередь подразделяются на:

· однократного;

· многократного волочения.

Схема простейшего линейного волочильного стана представлена на 0.

Основными элементами волочильного стана являются рабочий стол, стойка волок с установленным в ней люнетом и волокой, волочильная тележка, имеющая специальные захваты для фиксации с изделием и движущейся цепью, а также привод перемещения цепи.

Перед началом волочения прутки с заостренными концами поочередно вводятся в волоку, фиксируются захватом волочильной тележки, которая передает тяговое усилие прутку при ее движении. После окончания волочения пруток убирается с рабочего стола, а волочильная тележка возвращается к стойке волок за очередным изделием.

1 - рабочий стол; 2 - волочильная тележка; 3 - люнет; 4 - оправка; 5 - привод; 6 - трос; 7 - цепь; 8 - натяжное устройство.

Рис. 7 - Схема линейного волочильного стана

Станы бывают одноцепными и двухцепными. Скорость цепи, а следовательно и скорость волочения составляет 10120 м/мин.

Барабанные станы для однократного волочения (0) применяются для волочения прутков, трубок и проволоки большого диаметра.

Бунты проволоки с помощью крана устанавливают на фигурку, являющейся барабаном, с которого разматывается проволока. Конец проволоки заостряется на острильной машине, пропускается через волоку и закрепляется с помощью клещей на барабане. Затем включается двигатель привода вращения барабана и проволока наматывается на барабан. После окончания волочения бунт готовой проволоки также снимается краном с барабана.

1 - электродвигатель; 2 - редуктор; 3 - барабан; 4 - стойка волок; 5 - острильная машина; 6 - фигурка.

Рис. 8 - Станы однократного волочения

Недостатком станов однократного волочения является то, что для получения заданных размеров необходима многократная перестановка бунта и связанные с этим подготовительные дополнительные операции. Поэтому выгодно устанавливать последовательно ряд волок (от 2 до25 штук) с постепенно уменьшающимися отверстиями, через которые непрерывно протягивается проволока, усилие к которой передается одним или несколькими барабанами.

Станы многократного волочения бывают со скольжением, без скольжения, прямоточные, петлевые. Для обеспечения возможности волочения необходимо соблюдения равенства секундных объемов, проходящих через волоки

v_1,

где - скорость металла в соответствующей волоке,

- диаметр отверстия соответствующей волоки.

Так как диаметр отверстий волок определяется допустимо возможными вытяжками и уменьшается по мере приближения волок к концу волочения, то необходимо увеличивать скорость волочения, а при несоответствии скоростей могут образовываться порывы, петли или проскальзывание проволоки относительно барабанов. В связи с этим машины многократного волочения разделяют на 2 группы: со скольжением проволоки и без скольжения.

В машинах со скольжением (0 и 0) некоторое несоответствие в скоростях вращения на барабанах компенсируется проскальзыванием проволоки, намотанной в 12 витка на барабан.

Эти машины могут быть с одинаковыми диаметрами барабанов, но с разными числами оборотов, или с разными диаметрами, но с одинаковыми числами оборотов, прямоточного (0) или петлевого (0) типов.

1 - фигурка; 2 - барабан; 3 - волока; 4 - привод.

Рис. 9 - Стан многократного волочения со скольжением прямоточный

Рис. 10 - Стан многократного волочения со скольжением петлевой.

Недостатки станов со скольжением: износ барабанов, волок, обрывы.

Достоинства: простые по конструкции.

При многократном волочении без скольжения протягиваемая проволока наматывается на текущий барабан так же, как и при однократном волочении. Однако в этом случае промежуточные барабаны играют двоякую роль: волочильного барабана и приспособления, с которого проволока свободно снимается и направляется к волоке следующего барабана (0).

1 - фигурка; 2 - ролик; 3 - блок; 4 - волока.

Рис. 11 - Машины непрерывно - роликового типа без скольжения