11. Волочение и прессование
11.1. Волочение: схема процесса, продукция, оборудование и инструмент
При волочении заготовка протягивается через соответствующее отверстие в волочильном инструменте (волоке, фильере). При этом площадь поперечного сечения исходной заготовки уменьшается, а длина увеличивается (рис. 11.1).
а
б
Рис. 11.1. Схема волочения трубы (а) и примеры профилей, получаемых волочением (б):
1 – деформируемая заготовка, 2 – матрица, 3 – оправка
Волочением обрабатывают стали, медь и ее сплавы, алюминий и его сплавы и другие, как правило, в холодном состоянии.
Волочение широко применяется для производства: проволоки от 0,1 до 8 мм в диаметре; калиброванного металла и точного фасонного профиля; труб повышенной точности от малых диаметров (капилляров) до 200 мм в диаметре, стальных калиброванных прутков диаметром от 3 до 150 мм.
Благодаря неразъемному инструменту (фильере, волоке), рисунок 11.2, волочение обеспечивает более высокую точность размеров, чем прокатка: стальная проволока диаметром 1–1,6 мм имеет допуск на диаметр 0,02 мм.
Рис. 11.2. Фильера (волока)
Волоки изготовляют из углеродистых и легированных инструментальных сталей (У8А….У12, ШХ15, Х12М и др.); вольфрамо-кобальтовых твердых сплавов (ВК2, ВК3, ВК6, ВК8); технических сортов алмазов для волок малого (до 0,6 мм) диаметра.
Угол деформирующего конуса назначается с учетом материала и профиля: α = 3–9º – при волочении сплошных профилей и α = 5–12º – при деформировании труб;
Отношение диаметров малоуглеродистой стальной проволоки до и после волочения относительно невелико и находится в пределах 1,1–1,3. Однако при этом вследствие малых углов длина деформирующего конуса примерно на порядок больше разности радиусов проволоки до и после волочения. Так, например, при R = 7 мм, r = 6,25 мм и = 5 длина деформирующего конуса
.
Ширина калибрующего пояска во избежание повышения температуры и сил назначается небольшой (в данном примере около 0,5–1,0 мм). Для уменьшения трения, износа и повышения качества поверхности цилиндрическая поверхность калибрующего пояска полируется.
Машины, служащие для обработки металлов волочением, называются волочильными станами.
Волочильные станы состоят из двух основных элементов: матрицы, называемой фильерой (или волокой), и тянущего устройства.
По способу осуществления тянущего усилия волочильные станы могут быть: 1) с прямолинейным движением (цепные, рис. 11.3, реечные, винтовые) и 2) с наматыванием обрабатываемого металла (барабанные, рис. 11.4).
Рис. 11.3. Схема цепного волочильного стана: 1 – заготовка, 2 – волока, 3 – клещи, 4 – волочильная каретка, 5 – крюк, 6 – цепь, 7 – ведущая звездочка, 8 – станина,
9 – электродвигатель
Станы с прямолинейным движением применяются для волочения прутков, труб и прочих изделий, не подвергаемых сматыванию в бунты. В цепных волочильных станах, применяемых для волочения прутков, профилей и труб длиной 8–10 м, усилие создается бесконечной шарнирной цепью 6, за звенья которой зацепляется крюк 5 волочильной каретки 4. Каретка имеет самозахватывающие клещи 3, с помощью которых материал 1 протягивается сквозь матрицу 2, прикрепленную к кронштейну станины 8; каретка передвигается по направляющим станины 8. Двигаясь вместе с цепью, каретка увлекает за собой захваченный клещами пруток 1. Шарнирная цепь получает движение от электромотора 9 с редуктором через ведущую звездочку 7.
Цепные волочильные станы изготавливаются с усилием тяги 5–500 кН, что позволяет протягивать прутки начальным диаметром до 150 мм и трубы диаметром до 200 мм. Скорость волочения на них может быть от 0,1 до 1,25 м/с, а число одновременно протягиваемых прутков – до 10.
В барабанных станах усилие волочения создается вращающим барабаном, на котором с помощью клещевого захвата закрепляется конец протягиваемой проволоки.
Эти станы применяются обычно для волочения длинной проволоки диаметром 0,02–6 мм и прутков диаметром до 16 мм, наматываемых в бунты на ведущий барабан. Такие станы могут иметь один барабан для однократного волочения проволоки через одну матрицу или несколько последовательно расположенных барабанов и матриц для многократного волочения.
Рис. 11.4. Схема барабанного волочильного стана:
1, 3 – барабаны, 2 – волока, 4 – редуктор
В станах многократного волочения проволока наматывается полностью на последний барабан, а на промежуточные барабаны наматывается лишь несколько витков проволоки, которая одновременно сматывается с одной части барабана и наматывается на другую его часть. Диаметры барабанов обычно находятся в пределах 150–1000 мм. Скорость волочения проволоки на барабанных волочильных станах в зависимости от диаметра и материала проволоки может быть в пределах от 1,5 до 40 м/с.