Волочіння металу
Волочіння металу — це протягання виробу круглого або фасонного профілю через отвір волочильного очка (волоку), площа вихідного перетину якого менше площі перетину вихідного виробу. Волочіння виконується тяговим зусиллям, прикладеним до переднього кінця оброблюваної заготівлі. Даним способом одержують дріт всіх видів, прутки з високою точністю поперечних розмірів і труби різноманітних перетинів.
Обробка металу волочінням знаходить широке застосування в металургійній, кабельній і машинобудівній промисловості. Волочінням одержують дріт з мінімальним діаметром 0,002 мм, прутки діаметром до 100 мм, причому не тільки круглого перетину, труби головним чином невеликого діаметра й з тонкою стінкою. Волочінням обробляють сталі різноманітного хімічного складу, прецизійні сплави, а також практично всі кольорові метали (золото, срібло, мідь, алюміній, і ін.) і їхні сплави. Виробу, отримані волочінням, мають високу якість поверхні й високою точністю розмірів поперечного переріза. Якщо виробу потрібно додати в основному ці характеристики, то такий вид обробки називають калібруванням.
Волочіння найчастіше виконують при кімнатній температурі, коли пластичну деформацію більшості металів супроводжує наклеп. Це властивість у сукупності з термічною обробкою, використають для підвищення деяких механічних характеристик металу. Так, наприклад, арматурний дріт діаметром 3...12 мм із вуглецевої конструкційної, стали (0,70...0,90%З) при виробництві її волочінням забезпечує межу міцності 1400... 1900 Мпа й границя текучості 1200... 1500 Мпа.
Волочіння вигідно відрізняється від механічної обробки металу різанням (струганням), фрезеруванням, обточуванням й ін., тому що при цьому відсутні відходи металу у вигляді стружки, а сам процес помітно продуктивніше й менш трудомісткий.
Волочінням можна виготовляти порожні й суцільні вироби часто складного поперечного переріза, виробництво яких іншими способами не завжди представляється можливим (наприклад, тонкі вироби, прутки значної довжини).
При волочінні ряду профілів (квадратний, трикутний, шестикутний й ін.) використають складені волоки, які відрізняються високою універсальністю, тому що в одній і тієї ж волоку, міняючи профіль отвору відповідною перестановкою окремих пластин, можна одержувати різні розміри профілю. Крім складових волок при виробництві прутків і головним чином труб застосовують кулькові й роликові волоки. При одержанні профілів складної форми застосовують дискові волоки, у яких робочі поверхні волочильного каналу утворяться поверхнями вільно обертових дисків (неприводних валків-роликів).
Як вихідний матеріал для волочіння застосовують катану й пресовану заготівлі. При виробництві алюмінієвого, мідного й іншого дроту як вихідна заготовока використають катанку, одержувану безпосередньо із плавильної печі через кристалізатор і безперервний прокатний стан. Незалежно від способу одержання вихідна заготовока перед волочінням проходить ретельну попередню підготовку, що полягає в проведенні того або іншого виду термічної обробки, видаленні окалини й підготовці поверхні для закріплення й утримання на ній змащення в процесі волочіння. Ці попередні операції забезпечують нормальне виконання пластичної деформації у волочильному отворі, сприяють одержанню високої якості поверхні виробу, зменшують зусилля й енергію на волочіння й знижують зношування волочильного інструмента.
Термічна обробка металу перед волочінням знімає наклеп, надає металу необхідні пластичні властивості, забезпечує одержання найбільш оптимальної структури. Тому термічну обробку вибирають такий, щоб у сполученні із пластичною деформацією вона забезпечувала максимальні механічні й інші характеристики оброблюваного виробу. Залежно від хімічного складу металу й призначення продукту волочіння застосовують відпалювання, нормалізацію, загартування.
В процесі одержання готового виробу волочінням термічну обробку для зняття наклепу й поліпшення структури металу можна виконувати кілька разів залежно від розмірів вихідного й кінцевого продуктів обробки й остаточних його якісних показників. Готовий продукт теж можна піддавати остаточній термічній обробці з метою додання металу необхідних механічних властивостей і структури.
При виробництві дроту й прутків волочінням велику увагу приділяють підготовці поверхні продукту обробки перед волочінням. Видалення окалини в каліброваних і волочильних цехах роблять механічним, хімічним й електрохімічним способами, а також комбінаціями цих способів. При механічному очищенні поверхні від окалини дріт або пруток піддають періодичним перегинам у різних площинах між роликами, після чого метал надходить на завершальне очищення сталевими щітками. Такий спосіб економічно доцільний, придатний для очищення поверхні головним чином з вуглецевої стали, окалина якої при перегинах порівняно легко руйнується й обпадає. З механічних способів, що забезпечують досить успішне очищення поверхні металу, знаходить застосування дробеструйна обробка. Під дією ударів дробу з вибіленого чавуну. сталевого лиття або високоміцної дрібно нарізаного сталевого дроту окалина на поверхні оброблюваного виробу розпушується й віддаляється. Цей спосіб очищення поверхні металу від окалини в багатьох випадках не вимагає додаткового травлення й найбільше часто застосовується в каліброваних цехах.
Хімічні способи видалення окалини одержали широке поширення завдяки своїй надійності, хоча вони менш економічні в порівнянні з механічними способами. Травлення вуглецевих і ряду легованих сталей роблять у сарною або соляний кислотах. Високолеговані сталі (кислототривкі, нержавіючі й ін.) труять у сумішах кислот (сірчана й соляна, сірчана й азотна й ін.). Мідь й її сплави труять в 5...10%-ний сірчаній кислоті при температурі 30...60°З. Травлення металу в кислотах для очищення від окалини звичайно роблять із додаванням у ванну присадок (інгібіторів травлення), які значно зменшують швидкість розчинення основного металу, але не впливають на швидкість розчинення окалини, що запобігає перетравлюванню. Крім того, посадки знижують дифузію водню (Н2) у метал, зменшують загазованість травильних відділень, поліпшують умови праці.
Безпосередньо після травлення метал ретельно промивають для видалення залишків розчину кислоти, солей заліза, шламу, травильної присадки, бруду. Промивання роблять негайно після травлення, тому що затримка веде до висихання травильної рідини й виділенню поганорозчинних солей заліза. Звичайно промивання ведуть спочатку в гарячій воді, що забезпечує інтенсивне розчинення солей, а потім для кращого видалення шламу - у струмені холодної води зі шланга під тиском близько 0,7 Мпа.
Після видалення окалини наносять змащуваний шар, що повинен добре втримувати змащення при волочінні й сприяти запобіганню налипання металу на робочу поверхню волоки.
Після травлення, промивання, нанесення змазуючого шару метал сушать у спеціальних камерах при циркуляції повітря температурою 300...350°С. Сушіння видаляє вологу, а також усуває можливу травильну (водневу) крихкість, що може виникнути від того, що частина водню, що утвориться при травленні, дифундує в метал і викликають погіршення його пластичних властивостей.
Всі операції по підготовці поверхні металу до волочіння виконують у спеціальному ізольованому приміщенні. Для травлення й обробки поверхні дроту й прутків існують травильні машини періодичної й безперервної дії. Обробка в машинах безперервної дії забезпечує швидке й рівномірне травлення виробів будь-яких перетинів. Цей спосіб є найбільш прогресивним, тому що в безперервному процесі можна сполучати термічну обробку, видалення окалини й нанесення змазуючого шару. Така потокова обробка забезпечує повну автоматизацію процесу, підвищує якість металу, знижує трудомісткість операцій.
Після процесу волочіння прутки крім термічної обробки в багатьох випадках правлять, шліфують, полірують і залежно від призначення наносять на них захисні покриття, наприклад, цинкуванням, лудінням, хромуванням, кадміруванням, алітуванням і ін. Виправлення звичайно виконують на роликоправильних машинах, які встановлюють або в потоці виробництва, або окремо. Шліфування поверхні каліброваних прутків на глибину до 0,15...0,30 мм використається для видалення поверхневих дефектів, зняття зневуглецьованого шару, додання точних розмірів поперечному перерізу прутка й ін.
Для регламентації технологічних операцій складаються технологічні карти, у яких розписаний весь технологічний процес по підготовці металу до волочіння, маршрут волочіння, способи початкових, проміжних й остаточної термічних обробок, операцій обробки й ін. Тому що маршрут волочіння являє собою послідовність зміни розмірів поперечного переріза вихідного матеріалу на волочильному стані, а на одній установці звичайно одержують вироби з різними розмірами поперечного переріза, то для кожного з них повинен бути свій маршрут волочіння.
Визначаючи маршрут обробки металу на станах багаторазового волочіння, необхідно враховувати кінематику стану, тобто витяжки повинні збігатився із частотою обертання й розмірами діаметра кожного барабана. Маршрут, прийнятий без обліку кінематики стану, особливо для станів, що працюють із ковзанням не тільки утрудняє процес волочіння, але й робить його нездійсненним. Лише на станах з автоматичним регулюванням швидкостей можна допускати деяка невідповідність прийнятих витяжок і заданих швидкостей.