Волочение в машиностроении

С. Г. Комаишко
Г. Н. Кулик
М. В. Моисей





                ВОЛОЧЕНИЕ В МАШИНОСТРОЕНИИ









САНКТ-ПЕТЕРБУРГ ХИМИЗДАТ
2024

 УДК 621.778(075.8) К 630




      Рецензент:
      И. Н. Панкратов, канд. техн. наук, доцент БГТУ им. Д. Ф. Устинова (ВОЕНМЕХ)












        Комаишко С. Г., Кулик Г. Н., Моисей М. В.

К 630    Волочение в машиностроении. - СПб.: ХИМИЗДАТ,
       2024, изд. 2-е, стереотип.- 56 с., ил.
       ISBN 978-5-93808-440-7

           Обобщен опыт научно-исследовательской и производственной деятельности в области изготовления металлоизделий с применением операции волочения в условиях мелкосерийного машиностроительного производства.
           Изложены практические рекомендации по применению процесса волочения в машиностроении.
           Книга предназначена для работников машиностроительных и металлургических предприятий, а также аспирантов и студентов, специализирующихся в области обработки металлов давлением.




К

2607030000-005 050(01)-24



Без объявл.

ISBN 978-5-93808-440-7

© Комаишко С. Г., Кулик Г. Н., Моисей М. В., 2012
© ХИМИЗДАТ, 2012, 2024

СОДЕРЖАНИЕ


Предисловие                                               4

 1. Основы процесса волочения                             5
 2. Волочение применительно к мелкосерийному производству 8
 3. Преимущества и недостатки различных конструкций      11
   волочильных станов
 4.  Технологические свойства смазки на основе жидкого стекла 24 и графита при волочении
 5. Эволюция заготовки для волочения - от острения      29
   до приварки захватки
 6.  Волочение труб                                      32
 7.  Волочение прутков                                   35
 8.  Комплектование заготовками агрегатов мелкосерийного 36
   производства
 9.  Ремонт труб сверхвысокого давления                  41
10. Другие примеры использования волочения в машиностроении 42
11. Дефекты при волочении                                43
12. Некоторые обязательные вопросы                       44
Заключение                                              51

Литература                                              52

ПРЕДИСЛОВИЕ



   Волочение - основная технологическая операция цехов холодной калибровки проката и труб в металлургической промышленности - является прогрессивным методом получения полуфабрикатов для нужд, чаще всего, машиностроительного производства. Обычно продукция машиностроения рассчитана на оптового покупателя. Однако большая часть предприятий машиностроения - это предприятия с мелкосерийным характером производства. Кроме того, существует класс изделий, которые без применения этого процесса получить практически невозможно. Поэтому внедрение операции волочения в практику машиностроения является актуальной задачей.
   На основании общей теории волочения разработаны и внедрены в промышленность процессы изготовления деталей для нужд производства.
   Цель данной книги - способствовать расширению возможностей заготовительного производства машиностроительных предприятий для комплектования изделий при мелкосерийном характере их изготовления.
   В книге представлены общие вопросы теории волочения, рассмотрены особенности использования этого процесса в мелкосерийном производстве заготовок, приведены примеры и даны практические рекомендации.
   Авторы приносят благодарность рецензенту И. Н. Панкратову за ценные советы, высказанные при работе над рукописью, и ОАО «Дефорт», без участия которого эта книга не вышла бы в свет.

ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ВОЛОЧЕНИЯ



   Волочение - одна из операций обработки металлов давлением, при которой заготовка протягивается через сужающееся отверстие, называемое волокой.
   Схема волочения сплошного прутка представлена на рис. 1.
   Кроме сплошных заготовок волочению подвергают полые, т. е. трубы, при различных вариантах данного процесса - без-оправочном и оправочном. Оправочное волочение может производиться на неподвижной удерживаемой короткой оправке, на подвижной (длинной) оправке и на плавающей (самоуста-навливающейся) оправке. Чаще всего безоправочное волочение изменяет только диаметр трубы, а толщина стенки практически остается неизменной. При оправочном волочении гарантированно изменяются и тот и другой параметры.
   Волочение ведут за несколько проходов. Единичные и суммарные деформации связаны зависимостью [1]:
1-£b =⁽1-£ед)”
где &£ - суммарная деформация; £ед - единичная деформация; n - количество проходов.
   Одной из основных характеристик процесса является усилие волочения, которое зависит от формы, размеров заготовки и получаемого продукта, формы канала волоки, его шероховатости и условий смазки в нем, величины деформации за проход, свойств материала заготовки, скорости деформации и т. д.


Рис. 1. Схема волочения сплошного прутка

5

   Усилие волочения можно определить по формуле [1]:
Р = F1 ■ In F1- [gₜc + ц ■ ctg a' (gₜc - Оо⁾ + ©о]
                    F0
где F₀ и F1 - площадь поперечного сечения заготовки до и после волочения; о,с - величина среднего значения предела текучести в очаге деформации; о₀ — величина напряжения противонатяжения; ц - коэффициент трения; а' - приведенный угол наклона образующей рабочей поверхности волоки.
   Усилие волочения возрастает при увеличении длины калибрующего пояска (см. рис. 1), а следовательно, повышается вероятность обрыва протягиваемого изделия, но с увеличением его длины повышается стойкость канала волоки, что очень актуально при крупносерийном производстве.
   Кроме этого, усилие волочения возрастает при увеличении угла наклона образующей волоки и с увеличением обжатия.
   Наклеп, происходящий в процессе волочения, также увеличивает тяговые усилия, однако при его отсутствии процесс волочения чаще всего становится невозможным из-за резкого повышения вероятности обрыва протягиваемого профиля.
   Усилие волочения сильно зависит от условий контактного трения. Для выполнения описываемого процесса применяют различные смазки, как жидкие, так и порошковые. Кроме этого, для повышения адгезионной способности, а следовательно, и прочности смазочного слоя (при его разрыве происходит приваривание материала заготовки к волоке, что ведет к обрыву или резкому ухудшению качества поверхности) необходимо наносить подсмазочный слой (фосфатирование, меднение и т. д.). Одним из условий качественного его нанесения является чистота поверхности металла, т. е. металл должен быть обезжирен, очищен от окалины.
   Металл для волочения необходимо подготовить путем проведения термической обработки.
   Следовательно, технологический процесс получения калиброванного прутка может выглядеть следующим образом: отжиг - острение прутков - правка - набор пакетов - травление -нанесение подсмазочного слоя - волочение - отжиг - удаление окалины - правка - резка - калиброванный металл.
   Как видно, для выполнения технологического процесса 90 % времени уходит на проведение вспомогательных операций, и

6

примерно 70 % производственных площадей волочильных цехов заняты этим оборудованием.
   Кроме этого, необходимо иметь в виду, что это оборудование состоит из печей, ванн и прочих агрегатов, не способствующих улучшению экологии цеха, поскольку излучение повышенной температуры от печей, испарения от ванн обезжиривания, травления, промывки, нанесения подсмазочного слоя, разбрызгивание жидкостей вокруг ванн не улучшают санитарных условий данного производства.
   Также понятно, что все эти проблемы мало располагают к применению данного процесса в машиностроении с его мелко-серийностью и многономенклатурностью производственной программы.
   И все же иногда без него можно обойтись только в случае образования больших запасов купленных из-за создания парти-онности изделий, которой требуют производители металла, и, следовательно, замораживания материальных ресурсов. А это чаще всего губительно для производства вообще.

ВОЛОЧЕНИЕ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К МЕЛКОСЕРИЙНОМУ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОМУ ПРОИЗВОДСТВУ





   Изложенная выше общая теория волочения применима для всех случаев его использования. Однако наиболее широко оно известно в металлургической промышленности, которая чаще всего свой продукт производит в расчете на оптового потребителя. Машиностроение в большей своей части является производством мелкосерийным, и, казалось бы, перенести на его ниву описанное ранее затруднительно. Да, но все же это возможно, и ниже будут показаны некоторые примеры успешного перенесения данного процесса в поле работы общего машиностроения.
   Так, изготовление некоторых изделий теряет всякий смысл из-за невозможности получения полного комплекта необходимых деталей традиционными способами. Тогда вполне вероятна возможность изготовления таких деталей в условиях собственного производства, на имеющемся оборудовании, например, путем волочения.
   При крупносерийном производстве изделий оборудование жестко закреплено в технологические линии, разработаны схемы передвижения заготовок и готовой продукции, несоблюдение которых влечет существенные потери.
   Мелкосерийное же производство должно быть мобильным, и при этом оборудование может использоваться по мере надобности в создаваемых временных технологических цепочках. Поэтому в данном случае достаточно остро стоит вопрос о многофункциональности оборудования и его рациональном размещении.
   Известно понятие «групповая технология» [2, 3], актуальное для крупносерийного производства. Оно обычно используется в отношении формирования различных заготовок в одной из них таким образом, что после ее разделения и механической обработки получаются несколько деталей.

8

   Данное понятие возможно распространить и на мелкосерийное производство, но не в смысле формирования заготовки, а в смысле рационального и объективного расположения оборудования, так чтобы имелась возможность внедрения его во временные технологические цепочки.
   Примером в данном случае служит оборудование, питающееся от одной установки, подающей жидкость высокого давления на стенд гидравлических испытаний, трубогиб и волочильный стан. Загрузка каждого отдельно взятого агрегата -невысокая, поэтому на свободные мощности гидронапорной установки можно подключать устройства, необходимые для выполнения тех или иных технологических операций. На рис. 2 показана описываемая группа оборудования, из него видно, что волочильный стан не требует тяжелого фундамента и устанавливается в таком месте, где ничего другого установить нельзя, например вдоль ограждения стенда гидроиспытаний, а трубогиб - вообще переносной.


Рис. 2. Схема расположения оборудования при групповой тех-НОёОГИИ

9

   При работе одного устройства другое работать не может, либо на нем производят наладку, либо оно в данный момент не задействовано в выполнении производственной программы, и назначается очередность их применения [4].
   Другим примером такого содружества может служить устройство для волочения металлических изделий и способ его использования на оборудовании, входящем в группу оборудования.
   Устройство [6, 12] предназначено для обеспечения процесса прерывистого волочения металлических изделий в виде труб, прутков и других профилей в мелкосерийном производстве как на отдельно стоящем оборудовании, с помощью тянущего захвата со своим рабочим ходом, так и на оборудовании, входящем в группу оборудования, каждое из которых имеет тянущие элементы. Устройство для волочения содержит волокодержа-тель с волокой, устанавливаемые на оборудовании с тянущим захватом с определенным рабочим ходом. Возможность многократного превышения длиной волоченого изделия длины тянущего устройства обеспечивается за счет того, что одно и то же устройство используют на каждом оборудовании поочередно. Волокодержатель с волокой соосно помещены внутрь проставки-удлинителя, выполненного в виде трубы с прорезями, предназначенными для установки в них упорной скобы, фиксирующей в одной из прорезей волокодержатель. Волокодержатель снабжен направляющей втулкой. Расстояние между соседними прорезями на проставке-удлинителе регламентируется из расчета наименьшей из группы оборудования длины рабочего хода тянущего захвата (см. также рис. 10).

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ВОЛОЧИЛЬНЫХ СТАНОВ





   Волочение производится на волочильных станах. Это агрегаты, организующие тяговое усилие, воздействующее на деформируемую заготовку посредством инструмента в виде волоки.
   Целесообразность применения существующих конструкций на различных, по серийности выпуска продукции, типах производства не всегда явно выражена и понятна. В некоторых же случаях без использования такого оборудования при изготовлении определенных изделий обойтись невозможно.
   Поэтому необходимо выявить преимущества и недостатки конструкций используемых в настоящее время волочильных станов для определения возможности их применения на различных типах производства.
   Цепной стан (рис. 3) состоит из мощного фундамента, на котором закреплены станина, редуктор и двигатель.
   Станина содержит направляющие, пластинчатую цепь, расположенную между ними и натянутую на звездочки. Звездочки посажены с одной стороны станины на ось, а с другой - на вал, соединенный через редуктор с двигателем. На станине, на стороне, где расположена холостая звездочка, закреплен волоко-


Рис. 3. Цепной стан:
1 - холостая звездочка; 2 - силовая звездочка; 3 - заготовка; 4 — волоко-держатель; 5 — каретка; 6 - цепь

11