Клети-волоки для получения калиброванного проката

Славин В.С., Норец А.И., Бричко А.Г.

2012, Магнитогорск: МаГУ г.

Волочение - процесс обработки металлов давлением, состоящий в протягивании (проволакивании) заготовки постоянного поперечного сечения через плавно сужающийся канал инструмента меньшего размера, называемого волокой [15]. При этом энергия пластической деформации металла передается за счет силы, прикладываемой к переднему концу заготовки, введенному в волоку.

Интенсивное перемещение металла обрабатываемого изделия в очаге деформации относительно неподвижной рабочей поверхности волоки приводит к возникновению значительных сил трения, которые являются источником технологических проблем при волочении, особенно малопластичных материалов и фасонных профилей. Такими технологическими проблемами являются: повышенный износ инструмента, низкое качество поверхности готового изделия, значительные потери энергии и низкая стабильность процесса волочения из-за обрыва переднего конца заготовки.

Указанными недостатками не обладает или обладает в значительно меньшей степени процесс прокатки, заключающийся в деформации металла вращающимися валками. Это обстоятельство и привело в конце 19 века к идее использовать не приводные деформирующие валки в качестве инструмента в процессе волочения проволоки [15].

Достаточно интенсивно эта идея начала технологически разрабатываться с середины прошлого (двадцатого) столетия, а в шестидесятых-восьмидесятых годах появилось значительное количество публикаций об исследованиях и использовании волочения в калибрах, образованных роликами, в промышленном производстве как в СССР [4, 10, 13, 14, 24, 28, 31, 32, 40, 41, 47, 59, 69], так и за рубежом [1,9, 19, 112, 113, 115-121].

При этом развитие волочения в роликовых калибрах шло по пути увеличения числа роликов, формирующих калибр. Калибры, которые образованы более чем двумя роликами, называют многороликовыми. А сам процесс получил название волочение в многороликовых калибрах.

Следует отметить, что эта новая область исследований, отражаемая в публикациях авторов, базировалась на заимствовании технических параметров, применяемых в теории прокатки металла между двумя валками. Это обстоятельство не позволяет в полной мере учитывать особенности формоизменения заготовки в могороликовых калибрах и затрудняет рациональный выбор параметров при проектировании роликовых волок. Так на пример, при описании процесса прокатки широко используют размер калибра. При этом возникает неопределенность, какой параметр принимать за размер калибра, если он образован нечетным количеством роликов, и что принимать за межосевое расстояние и т.д.?

Кроме того, в результате необоснованных аналогий и использования, неудачно переведенных терминов, авторы в своих публикациях одни и те же объекты и процессы называли по-разному. Поэтому появились такие словосочетания, как «многовалковый калибр многороликовой клети», «дисковый инструмент», «протяжка через роликовую головку» и т.д. Сущность же рассматриваемого процесса формоизменения заготовки в многороликовом калибре и применяемых при этом устройств вполне четко и однозначно описывается устоявшимися в науке терминами: «волочение», «клеть», «ролик», «роликовая волока», «клеть-волока» и т.д. Прокатная клеть, лишенная привода валков, перестала быть прокатной, но не перестала быть клетью. Так как она осталась устройством, в котором установлены ролики (валки без привода), образующие калибр.

С развитием многороликовых калибров процесс волочения металла разделился на два вида: волочение в монолитных волоках и волочение в роликовых волоках, принципиальным отличием которых является условие трения на поверхности контакта деформируемого металла с инструментом.

1. МНОГОРОЛИКОВЫЕ КАЛИБРЫ
И ПОКАЗАТЕЛИ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ЗАГОТОВКИ

1. Развитие схем многороликовых калибров

В процессе своего развития волочение в волоках с многороликовым калибром в зависимости от способа формоизменения заготовки разделилось продольное волочение и винтовое волочение, которые различаются расположением роликов в пространстве и видом выпускаемой продукции. Продольное волочение используют для получения калиброванного проката как круглого, так и фасонного поперечного сечения, а так же арматурной проволоки. Винтовое волочение используют для канатов с обжатыми прядями и фасонных профилей с винтовой поверхностью [21].

1. Схемы калибров для продольного волочения

Калибр формируется рабочими поверхностями роликов (ручьями) расположенных вокруг оси волочения. По числу роликов, образующих калибры, они делятся на двухроликовые и многороликовые. В калибрах для продольного волочения оси вращения всех роликов расположены в одной плоскости, которая является плоскостью калибра.

Преимуществом двухроликового калибра (рис. 1.1) перед многороликовым является то, что на одном комплекте роликов можно нарезать не один, а несколько ручьев. Однако в двухроликовом калибре реализуется плоское напряженно-деформированное состояние, а в многороликовом калибре - объемное. Создаваемое объемное напряженно- деформированное состояние металла в очаге деформации многороликового калибра позволяет повысить деформируемость металла и улучшить физико-механические свойства готовых изделий [4, 13, 40, 47]. Это определило повышенный интерес к многороликовым калибрам.

По способу формирования многороликовых калибров роликами они делятся на калибры классического типа и калибры универсального типа [3, 40].

Каждый калибр классического типа (рис. 1.2) предназначен для получения одного вида продукции со строго определенными геометрическими размерами профиля. Однако калибры классического типа в отличие от универсальных позволяют получать более разнообразные виды изделий, как круглого, так и сложной формы поперечного сечения, а также холоднотянутую арматурную проволоку [15, 16, 42, 43, 44]. Поэтому они находят все более широкое распространение.

В зависимости от способа установки роликов в клети калибры классического типа делятся на нерегулируемые и регулируемые калибры.

Размеры готового изделия, получаемые в клетях с нерегулируемым калибром, определяются только параметрами ручьев роликов, их фиксированным положением в волоке и упругой деформаций клети, а также износом рабочих поверхностей роликов. Такие калибры не нашли распространения из-за низкой точности геометрических размеров готовых изделий.

Размеры регулируемых калибров классического типа, как правило, обеспечиваются фиксированным положением каждого ролика в осевом направлении и возможностью регулирования в радиальном направлении. Это обеспечивается наличием механизмов радиальной установки каждого ролика в клети.

Одним из недостатков калибров образованных роликами является наличие разъемов по сопрягаемым поверхностям. Этот недостаток не позволяет деформировать заготовку по всему периметру ее сечения. Это обусловливает наличие зон свободной деформации на поверхности готового изделия, что снижает точность геометрических размеров. В некоторых случаях для устранения этого недостатка используют калибры со смещенными парами роликов (рис. 1.3) [3, 40, 44, 47]. Оси вращения пар роликов таких калибров расположены в параллельных плоскостях с незначительным смещением е вдоль оси волочения, которое на много меньше половины диаметра роликов: е  0,5 D. При таком смещении пар роликов в зависимости от формы деформируемого профиля и выбранной заготовки очаг деформации может быть общим или раздельным. Эти калибры, не смотря на расположение осей вращения роликов в разных плоскостях, так же относят к многороликовым калибрам.