Холодное или горячее волочение металла является разновидностью обработки металла давлением. Такими способами получают продаваемый в торговой сети сортамент проволоки круглого и фасонного сечения, прутки, трубы и другую продукцию из черных, цветных металлов и сплавов. Для этого используют волочильное оборудование, которое по кинематическому принципу позволяет получать продукцию необходимого диаметра способами одно- и многократного волочения. Арматура витого типа, проволока, металлические канаты, сетки и крепеж получаются из продукции, выполненной волочением, где задействованы волочильная машина или станок. Продукция, полученная методом волочения, используется в разных отраслях промышленности, сельского хозяйства и домашними умельцами.
Суть и назначение операции волочения
Сущность процесса волочения заключается в протягивании металлической заготовки большего диаметра через отверстие необходимой формы и получении изделия меньшего диаметра. Изготовленная продукция характеризуется качеством наружной поверхности, плотностью и точностью размеров поперечного сечения. Операции выполняют на специальных машинах, которые называются волочильными станами. Они повышают производительность труда: трудоемкость изготовления становится гораздо ниже, чем при выполнении таких изделий другими способами.
Волочильные станы выпускаются производителями с прямолинейным движением заготовки и с наматыванием на барабаны. В последнем случае они могут быть с одним или несколькими ведущими барабанами, что позволяет протягивать одну или одновременно несколько заготовок.
Варианты протяжки проволоки
На самом деле существует несколько вариантов исполнения даже такой простой операции, как протяжка проволоки.
- Есть вариант, при котором захват проволоки не нужен. Заготовка движется вперед за счет усилия, приложенного с обратной стороны. Называется метод беззабивочным.
- Есть способ, который получил название гидродинамического. В данном случае подразумевается использование оборудования комбинированного типа. В состав такой техники входит насадное кольцо, напорная, а также рабочая волока. Стан приводится в действие от работы насосов с высоким давлением. Проблема заключается в том, что установка, а также использование данного стана, в плане стоимости слишком дороги. По этим причинам используется он только в том случае, если применение других вариантов, более простых, невозможно.
Виды и методы волочения
Волочение выполняют на волочильном стане. Конструктивно устройство состоит из таких основных частей: волока (фильера), оправок разной конструкции, протяжного и вспомогательных устройств для автоматизации и механизации процесса. При этом волочильный стан прямолинейной конструкции различают по принципу действия главного двигателя непрерывного действия (траковые), гидравлические, цепные и канатные.
Процесс классифицируют по таким параметрам:
- по типу (мокрое, сухое);
- нагреву заготовки (холодное, горячее);
- количеству протягиваемых заготовок (1, 2, 4, 8);
- степени чистоты получаемого изделия (черновое, чистовое);
- подвижности волока (неподвижный, подвижный);
- количеству переходов (одно- и многократный);
- способу осуществления тяги (гидравлические, барабанные, цепные).
Разнообразие параметров породило огромное количество выпускаемых установок, различающихся техническими характеристиками, технологией выполнения работ и производительностью.
Волочение используют для изготовления труб диаметром 0,3÷500 мм с толщиной стен 0,05÷6 мм. При этом методы изготовления могут быть следующими:
- осадкой;
- профилировочным способом;
- гидродинамическим трением;
- на специальной оправке (закрепленной короткой, длинной подвижной, плавающей);
- на деформирующемся сердечнике;
- с раздачей заготовки трубной формы.
Метод, а следовательно, и оборудование к нему, выбирают в зависимости от требований, предъявляемых к готовому изделию и марки применяемой заготовки. Трубы изготавливают, применяя волочильный стан цепной и барабанной конструкции. В последнем случае волочение называют бухтовым.
Заготовки для волочения
Чаще всего волочение применяется для того, чтобы изготовить разнообразные металлические заготовки. Это могут быть профили с большим или же средним сечением, а также разной формы. Использовать такую процедуру обработки рекомендуется лишь в том случае, если ширина и толщина изначальной заготовки имеют соотношение не более 20.
Кроме этого, волочение металлов также используется и в той ситуации, когда необходимо, чтобы поверхность металла была гладкой и чистой. Чаще всего такие металлические изделия, как профили с большим или же средним сечением, могут быть вытянуты максимум до 6 метров. Волочение металла актуально для изделий с малым сечением и длинной протяженностью заготовки, соотношение между которыми, составляет не более 12. Под такими изделиями обычно понимают проволоки из меди, стали, алюминия. Применение такой операции, как волочение, дает возможность изготавливать проволоку с диаметром до 8 миллиметров. Здесь важно добавить, что если речь идет об обработке проволоки, то после операции волочения обязательно проводится дополнительная обработка. Это может быть дополнительное растяжение на специальных приспособлениях или погружение в специальные составы.
Третий и последний вариант заготовок — это трубы с любой формой и сечением. Волочение металлов особенно эффективно в том случае, если нужно изготовить полые конструкции. Дело в том, что этот метод позволяет выпускать тонкостенные по диаметру (0,3-0,4 мм) трубные изделия.
Основные этапы процесса
К конечному продукту, получаемому волочением, предъявляются определенные требования, которые указываются в технологических характеристиках. Заготовка проходит определенные этапы, которые влияют на конечный результат. Они следующие:
- отжиг заготовки для получения мелкозернистой структуры и повышения пластичных свойств;
- удаление с поверхности заготовки окалины;
- промывка заготовки после травления в растворе серной кислоты;
- нанесение специального слоя, состав которого зависит от материала заготовки;
- волочение на стане;
- устранение наклепа;
- доработка полученной продукции (обрезка на необходимую длину, отделка концов).
Как правило, они влияют на плотность, твердость, текучесть, электрическое сопротивление материала (увеличиваются), пластические, антикоррозионные свойства (уменьшаются). Такое проявление, называемое наклепом, устраняют с помощью термообработки – нормализацией, патентированием, отпуском, отжигом. Выбор метода зависит от марки металла или сплава, условий проведения процесса волочения.
Лекция 9. Прессование и волочение
Прессование
Прессование
– вид обработки давлением, при котором металл выдавливается из замкнутой полости через отверстие в матрице, соответствующее сечению прессуемого профиля.
Это современный способ получения различных профильных заготовок: прутков диаметром 3…250 мм, труб диаметром 20…400 мм с толщиной стенки 1,5…15 мм, профилей сложного сечения сплошных и полых с площадью поперечного сечения до 500 см2.
Впервые метод был научно обоснован академиком Курнаковым Н. С. в 1813 году и применялся главным образом для получения прутков и труб из оловянисто-свинцовых сплавов. В настоящее время в качестве исходной заготовки используют слитки или прокат из углеродистых и легированных сталей, а также из цветных металлов и сплавов на их основе (медь, алюминий, магний, титан, цинк, никель, цирконий, уран, торий).
Технологический процесс прессования включает операции:
подготовка заготовки к прессованию (разрезка, предварительное обтачивание на станке, так как качество поверхности заготовки оказывает влияние на качество и точность профиля); нагрев заготовки с последующей очисткой от окалины; укладка заготовки в контейнер; непосредственно процесс прессования; отделка изделия (отделение пресс-остатка, разрезка).
Прессование производится на гидравлических прессах с вертикальным или горизонтальным расположением плунжера, мощностью до 10 000 т.
Применяются две метода прессования: прямой
и
обратный
(рис. 15.)
При прямом прессовании движение пуансона пресса и истечение металла через отверстие матрицы происходят в одном направлении. При прямом прессовании требуется прикладывать значительно большее усилие, так как часть его затрачивается на преодоление трения при перемещении металла заготовки внутри контейнера. Пресс-остаток составляет 18…20 % от массы заготовки (в некоторых случаях – 30…40 %). Но процесс характеризуется более высоким качеством поверхности, схема прессования более простая.
Рис. 15. Схема прессования прутка прямым (а) и обратным (б) методом
1 – готовый пруток; 2 – матрица; 3 – заготовка; 4 — пуансон
При обратном прессовании заготовку закладывают в глухой контейнер, и она при прессовании остается неподвижной, а истечение металла из отверстия матрицы, которая крепится на конце полого пуансона, происходит в направлении, обратном движению пуансона с матрицей. Обратное прессование требует меньших усилий, пресс-остаток составляет 5…6 %. Однако меньшая деформация приводит к тому, что прессованный пруток сохраняет следы структуры литого металла. Конструктивная схема более сложная
Процесс прессования характеризуется следующими основными параметрами: коэффициентом вытяжки, степенью деформации и скоростью истечения металла из очка матрицы.
К основным преимуществам процесса относятся:
· возможность обработки металлов, которые из-за низкой пластичности другими методами обработать невозможно;
· возможность получения практически любого профиля поперечного сечения;
· получение широкого сортамента изделий на одном и том же прессовом оборудовании с заменой только матрицы;
· высокая производительность, до 2…3 м/мин.
Недостатки процесса :
· повышенный расход металла на единицу изделия из-за потерь в виде пресс-остатка;
· появление в некоторых случаях заметной неравномерности механических свойств по длине и поперечному сечению изделия;
· высокая стоимость и низкая стойкость прессового инструмента;
· высокая энергоемкость.
Технико–экономические показатели получения изделий методом прессования
Волочение
Сущность процесса волочения заключается в протягивании заготовок через сужающееся отверстие (фильеру) в инструменте, называемом волокой. Конфигурация отверстия определяет форму получаемого профиля. Схема волочения представлена на рис. 16.
Рис.16. Схема волочения
Волочением получают проволоку диаметром 0,002…4 мм, прутки и профили фасонного сечения, тонкостенные трубы, в том числе и капиллярные. Волочение применяют также для калибровки сечения и повышения качества поверхности обрабатываемых изделий. Волочение чаще выполняют при комнатной температуре, когда пластическую деформацию сопровождает наклеп, это используют для повышения механических характеристик металла, например, предел прочности возрастает в 1,5…2 раза.
Исходным материалом может быть горячекатаный пруток, сортовой прокат, проволока, трубы. Волочением обрабатывают стали различного химического состава, цветные металлы и сплавы, в том числе и драгоценные.
Основной инструмент при волочении – волоки различной конструкции. Волока работает в сложных условиях: большое напряжение сочетается с износом при протягивании, поэтому их изготавливают из твердых сплавов. Для получения особо точных профилей волоки изготавливают из алмаза. Конструкция инструмента представлена на рис. 17.
Рис.17. Общий вид волоки
Волока 1 закрепляется в обойме 2. Волоки имеют сложную конфигурацию, ее составными частями являются: заборная часть I, включающая входной конус и смазочную часть; деформирующая часть II с углом в вершине (6…18 0 – для прутков, 10…24 0 – для труб); цилиндрический калибрующий поясок III длиной 0,4…1 мм; выходной конус IV.
Технологический процесс волочения включает операции:
предварительный отжиг заготовок для получения мелкозернистой структуры металла и повышения его пластичности; травление заготовок в подогретом растворе серной кислоты для удаления окалины с последующей промывкой, после удаления окалины на поверхность наносят подсмазочный слой путем омеднения, фосфотирования, известкования, к слою хорошо прилипает смазка и коэффициент трения значительно снижается; волочение, заготовку последовательно протягивают через ряд постепенно уменьшающихся отверстий; отжиг для устранения наклепа: после 70…85 % обжатия для стали и 99 % обжатия для цветных металлов ; отделка готовой продукции (обрезка концов, правка, резка на мерные длины и др.)
Технологический процесс волочения осуществляется на специальных волочильных станах. В зависимости от типа тянущего устройства различают станы: с прямолинейным движением протягиваемого металла (цепной, реечный); с наматыванием обрабатываемого металла на барабан (барабанный). Станы барабанного типа обычно применяются для получения проволоки. Число барабанов может доходить до двадцати. Скорость волочения достигает 50 м/с.
Технико-экономические показатели работы волочильных станов.
Оборудование и станки для волочения
Волочильный станок с приводом постоянного или переменного тока может быть для одно-и многократного волочения. В последнем случае металлическая заготовка проходит через несколько волок, изменяя свой профиль или диаметр в сторону уменьшения последовательно. Однократная волочильная машина используется для заготовок диаметром от 8 до 20 мм. Со специального устройства размоточного типа заготовка после прохождения через волоку наматывается на барабан, диаметр которого не превышает 750 мм. Все операции на таком устройстве автоматизированы: барабан обслуживается подъемником, укладка заготовок – тельфером. Такие волочильные станки применяются для производства проволоки фасонных профилей из обычных и труднодеформируемых марок заготовок при выполнении операции калибровки проволоки.
Станы барабанного типа и цепные различаются способом намотки. У барабанных устройств намотка изготовленной продукции осуществляется на специальную вертушку, у цепных она не подлежит смотке.
На видео можно наглядно увидеть процесс изготовления проволоки:
Просим тех, кто работал на станах цепных и барабанных, поделиться опытом работы в комментариях к тексту, а также рассказать о нюансах технологического процесса.
