2. Классификация волочильных машин

Операция волочения производится на волочильных станах, состоящих из двух основных элементов: рабочего инструмента (волоки); тянущего устройства, сообщающего обрабатываемому металлу движение через волоку.

Волочильные машины классифицирую: по принципу волочения; расположению тянущих шайб и барабанов; числу волок; системы управления; числу одновременно протягиваемых проволок, рис. 4.

Рис. 4.Схема классификации волочильных машин

Вращение от двигателя к тянущему устройству передаётся через редуктор. При волочильном стане имеется ряд вспомогательных устройств для механизации и автоматизации производства.

В зависимости от принципа работы тянущего устройства волочильные станы подразделяются на: станы с прямолинейным движением обрабатываемого металла; станы с наматыванием обрабатываемого металла (барабанные).

Волочильные станы с прямолинейным движением обрабатываемого металла применяются для получения прутков и труб, барабанные - для волочения проволоки и металла других профилей, сматываемого на бунты.

Барабанные волочильные станы подразделяются на: однократные - с одним ведущим (тянущим) барабаном, в которых волочение металла производится через одну волоку; многократные - с несколькими барабанами, в которых металл одновременно подвергается волочению через ряд последовательно установленных волок.

2.1. Виды волочения и волочильные машины

Волочильные машины разделяют по общим признакам на ряд групп:

1. диаметру протягиваемой проволоки;

2. кратности волочения переходов (однократные и многократные);

3. диаметру чистового (премного) барабана;

4. принципу работы (без скольжения, со скольжением)

5. кинематике вращения барабана (с индивидуальным приводом и с групповым приводом);

6.чистоте обработки: черновые (заготовительная) и чистовые (заключительная);

7. по наличию направляющих роликов (с направляющими роликами и без них);

8. типу тяговых барабанов (вертикальной осью; горизонтальной осью, цилиндрическими тяговыми шкивами);

9. положению волок в процессе волочения (неподвижно закрепленными волоками, перемещением волок, вращающимися волоками);

10. параллельности обработки (однониточное, многониточное);

11. по агрегатному состоянию смазки (сухое и на жидкой смазке);

12. температуре волочения (при обычной температуре, при повышенной температуре, с устройствами для горячего волочения и приспособлениями для волочения при температуре ниже нуля);

13. намоточному устройству (намоткой на барабан и на катушку);

14. автоматизации управления и механизации работ на стане (высоким, средним и низким уровнем автоматизации и механизации) и др.

На рис. 5 представлена наиболее распространенная схема волочильной машины (стана).

Рис. 5. Схема волочильного стана (вид сверху):

1- подающая катушка; 2- калибруемая проволока; 3- направляющие; 4- фильеры (волоки); 5 – трубки для подачи жидкой смазки; 6 – подающие ролики; 7 – приемная катушка

На рис. 6 представлены волочильные машины по принципу работы: одиночного волочения, одинарного барабана, со сдвоенным барабаном и со ступенчатым барабаном.

Рис. 6. Принцип работы волочильных машин: А - одинарное волочение; б - с одинарным барабаном; в - со сдвоенным барабаном; г - со ступенчатым барабаном

Однократным (одинарным) называется волочение, при котором про­волока протягивается только через одну волоку, полностью наматывается на волочильный барабан и затем готовым мотком передается на следующий барабан, где протяжка повторяется, рис. 7.

Рис. 7. Принцип однократного волочения:1 - проволока; 2 - размоточная фигурка; 3 - волока; 4 - клещи; 5 - барабан; 6 - спица

Моток проволоки (1), подлежащих волочению, надевают на размоточное устройство (2), конец проволоки после острения протягивают через отверстие волоки(3) вытяжными клещами, которые связаны с вращающимся барабаном. После намотки нескольких витков проволоки останавливают барабан, снимают клещи, закрепляют конец проволоки за спицу барабана и включают рабочую скорость волочения. При накоплении определенного количестве проволоки барабан останавливается и получившийся моток снимают.

На рис. 8 показан общий вид однократ­ной волочильной машины (стана).

Рис. 8. Машина однократного волочения: 1- станина; 2- барабан; 3 - съемник; 4 - мыль­ница с волокодержателем; 5- кнопки управле­ния; 6 - вентилятор для охлаждения.

Витки протянутой на этой машине проволоки под действием собственной массы (веса) подают на специальное приемное устройство. 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.

Одной из основных частей однократной и много кратной машин является барабан. Им передается про­волоке сила волочения, на нем создается необходимый запас проволоки. Важное значение имеет профиль бара­бана. Он должен обеспечить бесперебойное ( без набеганий) перемещение протягиваемой проволоки вверх по по­верхности, если барабан вертикальный, или по горизонтали, если барабан расположен горизонтально.

Рис. 9. Однократная волочильная машина с перевернутым барабаном:

1 - протягиваемая проволока; 2 - барабан; 3 - станина; 4 - мыльница и волокодержателем; 5 - приемное устройство (рабочее и запасное); 6 - привод; 7 - педали управления

Рабочая часть барабана, воспринимающая большие нагрузки, должна иметь высокую твердость. Для работы с запа­сом витков проволоки габариты барабанов увеличивают спицами. Иногда барабан выполняют для этого со сплошной конусной частью. Рабочую часть волочильно­го барабана изготовляют полой, чтобы облегчить его и обеспечить водяное охлаждение. Все вспомогательные механизмы и приспособления однократных машин аналогичны имеющимися у многократных машин.

Однократное волочение чаще всего применяют при калибровке толстой проволоки, при волочении труднодеформируемой и фасонной проволоки, а также при теплом волочении с подогревом металла.

При многократном волочении, проволока протягивается одновременно через несколько во­лок, рис. 10; барабанов и волок может быть 15 и более. Моток проволоки на этих машинах в каждый данный момент времени обрабатывается в нескольких волоках.

Рис. 10. Принцип многократного волочения:1 - 3 – промежуточные барабаны; 4 – чистовой барабан; 5 – съемник

Применяются волочильные машины с групповым и индивидуальным приводом. Индивидуальные приводы обеспечивают большие возможности для выбора различных единичных обжатий Они увеличивают диапазон регулирования скоростей, но удорожают стоимость машины.

Преимущество многократного волочения связано с механизацией передачи проволоки на последующую протяжку и возмож­ности повышения скорости волочения на выходном бараба­не при умеренной скорости схода проволоки с размоточной фигурки. Кроме того, при правильно выбранной кратности волочильной машины облегчается труд и повышается его производительность. При многократном волочении улучшаются условия волочения; например, не нарушаются условия смазки, наблюдаемое при однократном волочении в процессе передачи проволоки с барабана на барабан. Производство тонкой, тончайшей и наитончайшей проволоки целесообразно только на многократном оборудовании.

Схемы различных многократных волочильных машин магазинного типа показаны на рис. 11. Они отличаются друг от друга конструктивным выполнением волочильных барабанов и некоторых узлов, но характеризуются общим признаком работы. Благодаря определенному запасу проволоки на промежуточных барабанах и специальным поводковым устройствам каждый барабан машины в любой момент времени в течение всего цикла волочения получает требуемое количество проволоки, зависящее от фактического сечения канала волок. Таким образом, естественный износ канала волоки и связанное с ним изменение вытяжек (единичных обжатий) компенсируется изменением запаса витков проволоки на промежуточных барабанах.

Машины магазинного типа можно представить себе как ряд однократных станов с увеличивающимся в определенной последовательности скоростями барабанов, у которых каждый предыдущий является как бы размоточной фигуркой с запасом проволоки для последующего барабана.

Рис. 11. Схемы машин многократного волочения магазинного типа:а- с одинарными барабанами обычного типа: б – с двухступенчатыми барабанами: в – с барабанами, имеющими внутренний полый вал для проводки проволоки; г- со сдвоенными двухъярусными барабанами: д – со сдвоенными наружными и внутренними барабанами; 1 – промежуточный барабан; 2 – чистовой барабан; 3- направляющий ролик; 4 – низкий направляющий ролик; 5 – поводковое устройство; 6 – промежуточный двухступенчатый двухступенчатый барабан; 7 – чистовой двухступенчатый барабан; 8 – верхний барабан; 9 – нижний барабан; 10 – внутренний барабан; 11 – наружный барабан; 12 – опорные ролики

На рис. 11, а приведена схема наиболее распространенной конструкции волочильной машины магазинного типа. Внешний вид такой машины показан на рис. 12. Заготовка 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 это же самое повторяется на следующих барабанах

Рис. 12. Машина 5/350 многократного волочения:1 - станина; 2 - барабан; 3 - съемник; 4 - мыльница с волокодержателем; 5 - направляющие ролики; 6 - педаль включения и выключения; 7 - отключатель при запутывании мотка; 8 - съемное устройство; 9 - коробка скоростей; 10 - двигатель; 11- поводковое

устройство

Широкое распространение получили машины, состоящие из отдельных блоков с индивидуальным приводом каждого барабана. Такие «блочные» машины легче, чем обычные транспортировать, монтировать и обслуживать при ремонте. На рис. 13 изображена машина с тремя блоками. Количество блоков у машин с диаметром барабана 350 мм составляет 5 – 8; а у машин с диаметрами барабанов 500 – 600 мм их число колеблется от 2 до 6.

Рис. 13. Блочная волочильная машина: 1- станина блока; 2 – барабан; 3- съемник; 4 – мыльница с волокодержателем; 5 – направляющий ролик; 6 – педаль включения и выключения; 7 – съемное устройство; 8 – поводок; (двигатели, коробки скоростей и вариаторы располагаются за блоками машины)

Широкое распространение получили машины магазинного типа с двухступенчатыми барабанами, рис. 11 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 и больше раза. При этом удельный расход электроэнергии за один переход меньше на 10 - 20 %, чем при волочении на одно­ступенчатых барабанах. В первом случае потеря мощности в пере­даче (редуктор, клиноременная передача и т. д.) распределяется на два перехода, во втором слу­чае - на один.

Машина для волочения про­волоки, принципиальная схема которой показана на рис. 11 в, отличается от двух первых систе­мой проводки. Проводка прово­локи на этом стане закрытая, она несколько сложней обычной, но вероятность травмирования при такой проводке меньшая.

Схемы машины со сдвоенными барабанами, работающими без осевого закручивания, показана на рис. 11, г.

На рис. 11, д показана схема волочильной машины с концен­трическим расположением барабанов. Проволока вначале посту­пает на внутренний барабан, а затем через поводковое устройство на внешний барабан, который свободно вращается на опорных ро­ликах. В остальном принцип работы машины с концентрическими барабанами аналогичен описанному со сдвоенными барабанами.

Волочильные машины с магазинами оборудует многоступен­чатыми коробками скоростей, а «блочные» машины, кроме того, имеют механические вариаторы. Благодаря вариаторам представ­ляется возможным существенно изменять кинематику машин, а значит, и варьировать применяемыми величинами обжатий в пе­реходах волочения. Все передаточные механизмы этих машин помещены в коробки и надежно защищены от внешних воздей­ствий. Ответственные узлы машин смазывают обычно централи­зованным способом. Машины имеют привод преимущественно от двигателей переменного тока. Электрические схемы управления при использовании постоянного тока обеспечивают низкие пуско­вые скорости и их автоматическое нарастание после пуска. У ма­шин с двигателями переменного тока предусмотрена дополнитель­ная пусковая скорость, которая включается при помощи специаль­ной педали. У машин некоторых конструкций пусковые режимы обеспечиваются механическими системами. Барабаны и волоки охлаждают воздухом или водой, а иногда и тем и другим одновременно.

Машины магазинного типа могут быть использованы для во­лочения проволоки со скоростью до 700 м/мин. Применение их при более высоких скоростях затруднено вследствие сложного движения проволоки при переходе с барабана на барабан и гро­моздкости вращающихся частей. На этих машинах проволока при волочении скручивается вокруг своей оси, что хотя и не снижает механических свойств, но делает невозможной протяжку фасон­ной проволоки.

Бесперебойная работа машин многократного волочения без скольжения, обусловливаемая постоянством объема протягивае­мой проволоки на всех барабанах, может быть обеспечена измене­нием скоростей вращения соответствующих барабанов. Регули­рование скорости вращения барабанов происходит автоматически при помощи механических электрических или гидравлических устройств. Наибольшее распространение из машин, основанных на регулировании вращения барабанов, получили непрерывно-роликовые и непрерывно-прямоточные.

Волочение без скольжения, рис. 14, 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, величина которого может изменяться в ту или в другую сторону в зависимости от износа канала волок. Сила волочения развивается вытяжными шкивами бла­годаря силам трения, которые возникают между сопри касающимися поверхностями шкива и охватывающей его проволокой. В зависимости от диаметра проволоку пе­ред волочением огибают один или несколько раз вокруг шкивов. Стремятся, чтобы проволока оборачивалась во­круг шкивов не более двух раз.

Рис. 14. Машина для волочения со скольжением: 1-ступенчатый шкив; 2 – отделочный шкив; 3 – ванны для эмульсии; 4 – волокодержатель; 5 – ванна для слива эмульсии; 6 – рычаг включения и выключения; 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 в свою очередь могут быть цилиндрические или ступенчатые. 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, наитончайшей и мик­ронной 9 - 25 волок.

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

Многократные машины со скольжением проще, чем машины без скольжения по устройству, компактнее и удобнее при заправке проволоки. Система охлаждения позволяет осуществлять на них волочение на высоких скоростях (до 1500 м/мин и более). Они являются не­заменимыми для волочения тончайшей и наитончайшей проволоки. К недостаткам этих машин относятся: поте­ри энергии на трение о шкивы и их быстрый износ, а также более жесткая связь применяемых при волочении единичных обжатий со скоростями шкивов и их переда­точными числами, т. е. с кинематикой стана.

Волочение с противонатяжением, рис.15, отличается от обычного тем, что к входящей в волоку проволоке прилагается сила (Q), направленная противоположно силе волочения (P). Если при обычном способе протяжки упругие и остаточные деформа­ции сообщаются металлу непосредственно в волоке, то при волочении с противонатяжением часть упругих напряжений в проволоке создается еще до поступления в волоку от си­лы противонатяжения. В результате при волочении с противо­натяжением волочильный инструмент испытывает со сторо­ны протягиваемого металла давление, меньшее, чем при обычной протяжке.

Рис. 15. Схема процесса волочения с внешним противонатяжением

Благодаря снижению внешнего трения уменьшается вы­деление тепла при деформации, т. е. снижается нагрев про­волоки и волок при волочении, обеспечивается большая прочность пленки смазки и меньший износ волочильного инструмента. Это дает возможность применять волоки с тонкими стенками, что особенно важно при использовании алмазных волок.

На практике установлено, что противонатяжение долж­но составлять 35 -50 % от временного сопротивления раз­рыву проволоки.

Гидродинамическое волочение, рис. 16, (Установка Бриджмена). Установка представляет собой сосуд высокого давления, состоящий из двух камер, соединенных между собой. Давление создается при пере­мещении поршня в той камере, в которой находятся волока и от­резок проволоки, подвергающейся волочению. К выступающему из волоки концу проволоки присоединена тяга в виде длинного стержня, который проходит через соединительную камеру и почти достигает втулку, находящееся у входа во вторую камеру. Тяга плотно пригнана к отверстию втулки. Давление до заданной ве­личины поднимается соответствующим перемещением поршня, после чего поршень срезает предохранительный штифт; при этом освобождается пружина, действующая на скользящие втулки (эти втулки и пружина на схеме не показаны). Под действием пружины вся система, состоящая из волоки, проволоки и присоединенной к ней тяги, перемещается до упора в дно первой камеры. При этом тяга входит в отверстие втулки, находящейся у входа во вторую камеру, и вся система занимает положение, показанное на правой стороне рисунка. После этого открывается вентиль (положение б), находящийся в нижнем конце второй камеры, давление постепенно снижается, тяга под повышенным давлением в первой камере про­талкивается во вторую, а прикрепленная к ней проволока протя­гивается через волоку при давлении, созданном в первой камере.

Способ может быть применены при лабораторных исследованиях, когда необходимо получить в небольших количествах проволоку из сильно упрочненных ме­таллов, в обычных условиях плохо деформирующихся.

Рис. 16. Схема установки для гидростатического волочения проволоки: А - исходное положение; б - положение в начале процесса волочения; 1- металлический стержень, подвергаемый волочению; 2 - волока; 3 - первая камера высокого давления; 4 - вторая камера высокого давления; 5 - соединительная камера; 6 - тяга; 7 - втулка; 8 - вентиль; 9 - поршень