Способы получения заготовки для волочения

10

мая

Новости
Способы получения заготовки для волочения


Способы получения заготовки для волочения

Рис. 1. Круглые калибры, нарезанные в валке:


1 — калибр;
2 — реборда

Для волочения проволоки, как указано выше, основным способом получения заготовки является сортовая прокатка. Прокатка осуществляется в валках, в которых выточены кольцевые прорези, называемые ручьями. Просвет между валками, образованный ручьями, называется калибром (рис. 1). Заготовки для прокатки получают непосредственно литьем или литьем с последующей ковкой. Проходя через калибры валков, заготовка уменьшается в сечении и приобретает заданную форму и размеры.




Способы получения заготовки для волоченияРис. 2. Схемы калибровок

Систему последовательно расположенных калибров называют калибровкой. При прокатке проволочной и прутковой заготовки из медных, никелевых и алюминиевых сплавов преимущественное распространение получили калибровки овал—квадрат—овал (рис. 2, а) и круг—овал—круг (рис. 2, б). При прокатке титановых сплавов в первых клетях применяют ящичные калибры, а затем чередующиеся калибры квадрат—овал и овал—круг.

Процесс сортовой прокатки постоянно совершенствуется. Станы линейного типа, у которых клети каждой группы (обжимной, промежуточной, отделочной) расположены в линию поперек направления прокатки и имеют общий привод, заменяют непрерывными станами с последовательным расположением клетей, вдоль направления прокатки. Это позволяет ликвидировать ручную задачу полосы в калибры, уменьшает трудоемкость обслуживания станов, повышает их производительность. Другое направление повышения производительности при изготовлении проволочной и прутковой заготовки заключается в создании установок для совмещенного процесса литье — прокатка. Основное преимущество таких установок состоит в том, что на них можно получить заготовку практически неограниченной длины и благодаря этому значительно повысить производительность последующего волочения. Главный узел такой установки — литейная машина. Наибольшее распространение получила машина, состоящая из разливочного колеса 1, в котором выточен ручей трапециевидного сечения 2. Бесконечная стальная лента 3 при помощи натяжного ролика прижимается к ободу разливочного колеса, образуя вращающийся кристаллизатор (рис. 3).

Способы получения заготовки для волоченияРис. 3. Конструкция вращающегося кристаллизатора литейной машины


Расплавленный металл, подаваемый между лентой и колесом, вследствие вращения колеса и движения ленты и их интенсивного водяного охлаждения кристаллизуется, и образуется заготовка трапециевидного сечения 4, которая по выходе из машины направляется к непрерывному прокатному стану, состоящему из 12—14 клетей. При прокатке медных прутков диаметром 8—16 мм в условиях трехсменной работы такая установка может обеспечить производительность до 155 тыс. т в год, что выше производительности непрерывного сортового стана. Указанным методом за рубежом получают заготовки из меди и алюминия — металлов, используемых для производства до 95 % общего количества проволоки.

В сравнительно небольших объемах сохранилось производство заготовки для волочения медной и алюминиевой проволоки путем прокатки слитков. Этим же способом производят заготовку диаметром 6-8 мм для изготовления проволоки из никеля, титана и их сплавов, некоторых алюминиевых сплавов, а также из цинка. Использование для получения заготовки современного совмещенного процесса литье—прокатка позволило довести массу одной бухты медной катанки до 5 т, алюминиевой — до 2 т, в то время как масса бухты катанки, полученной обычной сортовой прокаткой, составляет лишь 120 и 45 кг соответственно.

Способы получения заготовки для волоченияРис. 4. Схема получения заготовки по методу В.А. Головкина:

1 — проволочная заготовка после кристаллизации;
2 — угольная матрица;
3 — расплав металла

Заготовку для производства проволоки из медноцинковых сплавов и ряда сплавов алюминия, прокатка которых сопряжена с опасностью образования на катанке трещин из-за недостаточной пластичности сплавов, изготавливают прессованием. Заготовка этого типа имеет, как правило, диаметр 10—12 мм. Наконец, заготовку из алюминиевых сплавов получают также методом В.А. Головкина — вытягиванием затравки из расплава жидкого металла через графитовый кристаллизатор. Однако этот метод имеет следующие недостатки. Зеркало расплава располагается всего на 5-10 мм выше уровня, на котором установлена матрица (рис. 4). Поэтому шлаковые включения из расплава могут попадать в заготовку, если в зоне матрицы не установлены фильтры, очищающие расплав. Кроме того, в печах промышленного типа емкостью 250-300 кг металл находится в расплавленном состоянии длительное время, практически до 200 ч. Это приводит к осаждению тугоплавких элементов (цирконий, титан и др.) на дно ванны и постепенному накапливанию их в расплаве. В то же время легкоплавкие элементы, например магний, выгорают и их содержание уменьшается. Недостаток метода В.А. Головкина состоит также в необходимости поддержания в довольно узких пределах определенной температуры расплава, которая неодинакова для различных сплавов: для АК4, АМгЗ, АМг5, АМг6 680-705 °С, для АМг7 780-810 °С и для АК12 705-720 °С. Вытягивание из расплава происходит довольно медленно, и при неравномерной работе привода намоточного устройства заготовка может получиться неодинакового диаметра. Для выравнивания ее размеров и свойств необходимо калибровочное волочение и дополнительный отжиг.

Незначительный объем проволочной заготовки, преимущественно из сплавов и металлов, не выдерживающих горячей деформации, получают литьем в роторный кристаллизатор. Он представляет собой водоохлаждаемый массивный ротор, имеющий на плоской боковой грани кольцевую канавку сечением 9x9 мм с сильно скругленными углами. Заготовка кристаллизуется в канавке и снимается непрерывно на противоположной стороне диаметра ротора.

В последнее время начинается тенденция к уменьшению диаметра проволочной заготовки путем теплой прокатки традиционной заготовки до диаметра 3-5 мм. Такую прокатку применяют для металлов и сплавов, интенсивно налипающих на волоку в процессе волочения; при этом увеличивается производительность процесса благодаря* повышению скорости, уменьшению количества обрывов и ликвидации нескольких промежуточных отжигов.

В производстве прутков из цветных металлов и их сплавов наибольшее применение нашли: прокатка заготовки на сортовых станах, прессование ее в отрезках или со смоткой в бухты с последующим линейным или бухтовым волочением, литье, совмещенное с прокаткой, а также непосредственное вытягивание прутковой заготовки из расплава.

Выбор той или иной схемы определяется объемом производства, свойствами обрабатываемых сплавов и сортаментом выпускаемой продукции. При выпуске примерно 40000 т/год более выгодны прокатка из слитков или непрерывное литье и прокатка. Прессование до последнего времени было выгодно при объемах производства до 10— 15 тыс. т/год, однако в связи с применением прессов усилием 50— 70 МЫ, оснащенных совершенным вспомогательным и адъюстажным (для отделки заготовки и подготовки ее к отгрузке (резка, правка, маркировка и т.п.)) оборудованием, а также в результате увеличения массы слитка и использования непрерывного прессования процесс производства прутковой заготовки прессованием стал целесообразным при выпуске до 100 тыс. т/год. При объемах производства 3 тыс. т/год лучше применять горизонтальное литье или вытягивание заготовки прутка из расплава.

Способы получения заготовки для волоченияРис. 5. Вытягивание заготовки из расплава:

1 — сменный направляющий затравку элемент;
2 — корпус с отверстиями для входа и выхода воды и отсоса воздуха;
3—5 — трубы;
6 — охлаждающее устройство;
7 — графитовый кристаллизатор


Заготовку отливают в графитовый кристаллизатор с медной водоохлаждаемой рубашкой, вмонтированный в плавильную печь. Специальным тянущим устройством затравка вытягивается из кристаллизатора, а затем охлаждается и режется на необходимые длины. На таких установках получают круглые заготовки диаметром более 4—17 мм из оловянных бронз, легированных цинком (до 7,5 %), свинцом (до 20 %), никелем (до 3,5 %) и фосфором (до 0,25 %), а также из никеля и его сплавов, латуней. Разновидность метода — вытягивание заготовки из расплава вверх. Этим способом отливают латуни, медь, фосфористую бронзу на 6-12-ниточных установках, работающих в комплексе с литейной печью. Сущность процесса заключается в следующем. Графитовый кристаллизатор погружают нижней частью в расплав металла, а верхней частью устанавливают в водоохлаждающее устройство. Сверху в кристаллизатор вводят пруток - "затравку", которая зажимается в тяговых роликах, и после включения тягового устройства затравка и вслед за ней отливаемая прутковая заготовка перемещаются вверх. Вытягивание заготовки происходит по схеме движение — пауза. На такой установке получают прутковые заготовки диаметром 2—35 мм (рис. 5). Литой пруток имеет дендритную структуру с осевым центральным стыком дендритов. В результате последующей деформации литая структура разрушается, уступая место деформированной мелкозернистой. Вытягиваемый из расплава пруток характеризуется однородностью структуры, свободной от микровключений.

Особое внимание уделяют предотвращению окисления поверхности прутка. Для этого в плавильной печи расплав покрывают слоем древесного угля толщиной 200—300 мм, а на желоб, соединяющий плавильную печь с миксером, подают восстановительный газ, содержащий ~10 % оксида углерода. Качество поверхности литого прутка определяется состоянием поверхности графитового кристаллизатора, поэтому стенки кристаллизатора в его выходной части полируют. В целях экономии графитовые кристаллизаторы делают как можно меньшими по высоте, поэтому температура вышедшего из кристаллизатора прутка довольно высока. Вакуумированный канал охладителя позволяет предупредить окисление прутка, а система охлаждения понижает его температуру до такой степени, что контакт прутка с воздухом не вызывает окисления металла. Скорость литья определяется интенсивностью охлаждения. При диаметре прутка 20 мм скорость вытягивания достигает 1 м/мин, а производительность 170 кг/ч. Диапазон диаметров заготовок для производства прутков составляет 5—90 мм.

Способы получения заготовки для волоченияРис. 6. Схема прессования трубы из полого слитка с неподвижной коническо-ступенчатой иглой:

1 — матрица;
2 — контейнер;
3 — слиток;
4 — прессшайба;
5 — игла;
6 — прессштемпель;
7 — иглодержатель

Заготовку для волочения труб обычно получают путем прессования. Заготовки из алюминиевых сплавов прессуют из полого слитка на горизонтальных прессах с неподвижной коническо-ступенчатой иглой (рис. 6). Основное достоинство этой схемы по сравнению с прессованием с подвижной цилиндрической иглой заключается в том, что при коническо-ступенчатой игле можно из слитка определенного внутреннего диаметра получить заготовки разного внутреннего диаметра. Для изменения внутреннего диаметра заготовки достаточно сменить хвостовик иглы. Это имеет важное значение, так как позволяет значительно уменьшить сортамент используемых слитков, сократить количество прессовых игл и время на переналадку пресса.

Способы получения заготовки для волоченияРис. 7. Схема прессования трубы с предварительной прошивкой слитка:

а — подпрессовка слитка;
б — прошивка слитка;
в — прессование трубы;
1 — матрицедержатель с матрицей;
2 - заглушка матрицы;
3 - слиток;
4 - пресс-шайба;
5 - рабочая втулка контейнера;
6 - прессштемпель;
7 - игла;
8 - опорная втулка контейнера;
9 — отпрессованная труба


Заготовку из медных, медноникелевых и никелевых сплавов прессуют из слитков сплошного сечения. В этом случае процессу прессования предшествует прошивка слитка (рис. 7). В отдельных случаях и заготовку для волочения труб из алюминиевых сплавов прессуют из слитка сплошного сечения. Однако прошивку при этом не производят, а применяют матрицу с вмонтированной иглой или, как ее иногда называют, "язычковую" матрицу (рис. 8). Процесс прессования через матрицу с вмонтированной иглой заключается в следующем. Слиток 4 помещают в контейнер пресса 2. В процессе подпрессовки и затем прессования слиток под давлением, передаваемым прессштем-пелем 1 через прессшайбу 3, разделяется рассекателем матрицы 5 на два потока металла. Эти потоки попадают в карманы 6 и под действием высокого давления свариваются, охватывая сплошной массой иглу (язычок) 7 матрицы, выполненную как одно целое с рассекателем. Окончательно труба 9 формируется в кольцевом зазоре между каналом втулки матрицы 8 и иглой 7.

Способы получения заготовки для волоченияРис. 8. Схема прессования трубы из слитка сплошного сечения через матрицу с вмонтированной иглой:

а — подпрессовка слитка;
б — прессование трубы

При обработке труднодеформируемых сплавов, когда обжатие стенки заготовки при волочении представляет большие сложности или требует частых промежуточных отжигов, прессованную заготовку обрабатывают на станах холодной прокатки труб (рис. 9), при которой осуществляют основную деформацию, а волочение используют только как калибррвочную операцию для получения точных значений диаметра трубы.

Способы получения заготовки для волоченияРис. 9. Схема прокатки трубы на стана ХПТ:

1 — калибр;
2 — коническая оправка;
3 — заготовка и прокатанная труба;
4 — ручей калибра;
5 — зев подачи заготовки;
6 — зев поворота трубы

Выбор способа изготовления заготовки для волочения фасонных профилей зависит от ее конфигурации и серийности производства. Если заготовка имеет простое поперечное сечение (круг, квадрат, прямоугольник) и производство крупносерийное, то наиболее рациональный способ ее получения — сортовая прокатка. Если заготовка имеет сложную конфигурацию поперечного сечения и производство мелкосерийное, то ее целесообразно получать прессованием. При мелкосерййном производстве даже простые профильные заготовки иногда целесообразно изготавливать прессованием, так как при этом затраты на изготовление инструмента и его переналадку при переходе с одного изделия на другое значительно меньшие, чем при сортовой прокатке.


Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

Информация

Комментировать статьи на нашем сайте возможно только в течении 1 дней со дня публикации.