Технические науки/1. Металлургия

Д.т.н. Славин В.С., к.т.н. Смушкевич Л.Е., к.п.н. Норец А.И.

Магнитогорский государственный технический университет, Россия

ЭФФЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ФАСОННЫХ ПРОФИЛЕЙ ВЫСОКОЙ ТОЧНОСТИ

Применение роликовых волок в процессах волочения фасонных профилей и холоднотянутой арматурной проволоки в настоящее находит все более широкое распространение. Это связано с преимуществами волочения в роликовых калибрах по сравнению с монолитными волоками, обусловленными заменой трения скольжения на трение качения.

На протяжении ряда лет нами были сконструированы и созданы различные конструкции роликовых волок бесстанинного типа, в которых калибры образованы тремя и четырьмя роликами. На основе проведенных исследований для волочения фасонных профилей с различной площадью поперечного сечения от 0,5 до 1800 мм² был построен параметрический ряд волок с трех- и четырехроликоым калибром, а также со смещенными парами роликов [1]. Для расширения сортамента и повышения точности выпускаемых изделий за счет деформации металла по всему периметру заготовки были созданы сдвоенные комплекты роликовых волок с трех- и четырехроликоым калибром.

Преимущества роликовых волок бесстанинного типа перед существующими аналогами заключается в высокой жесткости калибра, обеспечивающей требуемую точность получаемых изделий, и компактности разработанных конструкций, которая позволяет использовать существующее волочильное оборудование без существенной реконструкции.

Кроме того, разработанные конструкции роликовых волок позволяют создавать разнообразные двух- и трехступенчатые компоновочные схемы волочения с применением монолитных волок:

- роликовая волока – роликовая волока;

- роликовая волока – монолитная волока;

- монолитная волока – роликовая волока;

- роликовая волока – роликовая волока – монолитная волока,

что обеспечивает использование преимуществ обоих разновидностей волочения.

Сдвоенные комплекты волок в сочетании только с трех- или четырехроликовых калибров часто используют для получения профиля круглого сечения из круглой заготовки, холоднотянутой арматурной проволоки с повышенными требованиями к цилиндричности профиля. В некоторых случаях повысить технологичность получения фасонных профилей сложной формы позволит сочетание трех- и четырехроликового калибров.

Преимущества построения разнообразных экономически эффективных компоновочных схем волочения рассмотрим на примерах получения калиброванного шестигранного проката по ГОСТ 8560-78 из круглой заготовки и провода контактного из меди и ее сплавов по ГОСТ 2584-86.

В настоящее время метизной промышленностью для производства калиброванного шестигранного проката используются различные технологические процессы. Наибольшее распространение получил способ волочения в монолитных волоках. В качестве заготовки используют горячекатаный шестигранный прокат или круглую заготовку.

При использовании горячекатаного шестигранного подката готовое изделие, как правило, получают за один проход волочения. Низкая экономическая эффективность связана: с высокой стоимостью заготовки, относительно невысокой стойкостью дорогостоящего инструмента (по сравнению с волочением калиброванного круга) и необходимостью «замораживания» оборотных средств при приобретении специальной заготовки на весь ассортимент, как по типоразмерам, так и по маркам стали. Применение унифицированной заготовки круглого сечения снижает затраты на ее приобретение и хранение, однако в этом случае значительно повышаются технологические расходы, так как готовое изделие получают за несколько проходов. При этом для некоторых металлов требуется дополнительный отжиг и подготовка поверхности к волочению.

Одним из эффективных способов устранения перечисленных выше недостатков является применение волочения в волоках с многороликовым калибром. На метизных заводах черной металлургии используются разнообразные технологические схемы получения калиброванного шестигранного проката с применением роликовых волок различной конструкции из заготовки круглого сечения.

На заводе ОАО «Днепроспецсталь» предчистовые размеры шестигранного профиля поучают в закрытом калибре роликовой волоки с трехвалковым калибром, а чистовой проход осуществляют в монолитных волоках [2]. Однако применение калибра закрытого типа накладывает дополнительные ограничения на допуски размеров используемой заготовки, так как при переполнении калибра на поверхности промежуточного профиля могут появляться дефекты в виде «усов», а при незаполнении калибра возможна недостаточная проработка граней готового профиля.

На ОАО «Златоустовский металлургический комбинат» по технологии, разработанной сотрудниками ЮУрГУ, формирование предчистовых размеров шестигранного профиля из круглой заготовки осуществляют в волоке со смещенными парами роликов, а чистовые размеры – в монолитной волоке [3]. При этом волочение может осуществляться в одном проходе с получением чистовых размеров или раздельно за два прохода. Система калибров роликовой волоки представляет собой ромб в первой паре валков и гладкую бочку во второй паре валков. Недостатками данного технологического процесса является нестабильность геометрических размеров по описанной окружности профиля из-за системы калибров и снижение физико-механических свойств готового изделия из-за неравномерности ступенчатой схемы деформации.

Наиболее эффективной, на наш взгляд, является трехступенчатая схема деформации с применением трехроликовых калибров в одном проходе (рис. 1). Формирование предчистовых размеров шестигранного профиля из круглой заготовки осуществляется в трехроликовых калибрах первой 2 и второй 3 ступени деформации, построенных по системе: треугольник – треугольник с поворотом вокруг оси волочения на угол 60⁰. Чистовые размеры готового изделия формируются в монолитной волоке 4 третьей ступени деформации одного прохода. Преимущество данной схемы заключается в равномерном распределении обжатий между первыми ступенями деформации, что обеспечивает повышение физико-механических свойств металла готового изделия. Система построения калибров первых двух ступеней деформации треугольник – треугольник делает ее малочувствительной к выбору диаметра исходной заготовки, а суммарная деформация (достигающая 40-45%) ограничивается требованиями к физико-механическим свойствам готового изделия. Противонатяжение, создаваемое деформацией металла на первых двух ступенях формоизменения заготовки, обеспечивает повышение стойкости монолитной волоки и значительное снижение энергозатрат.

Рис. 1. Схема трёхступенчатого деформирования за один проход

Для реализации разработанной технологической схемы получения калиброванного шестигранного проката применительно к условиям ОАО «ММК-Метиз» был разработан сдвоенный комплекты роликовых волок бесстанинного типа на линии волочения и отделки прутков 1026 и 1028 ИЗТМ. При этом на линии 1026 предусматривалось получение калиброванного шестигранного проката с размерами «под ключ» от 8 до 17 мм (рис.2), а на линии 1028 – с размерами «под ключ» от 18 до 27 мм. Роликовые волоки бесстанинного типа обладают незначительными габаритными размерами (сопоставимыми с размерами монолитных волок) и высокими техническими характеристиками [1].

Рис. 2. Линия волочения и отделки прутков 1028 ИЗТМ с установкой сдвоенного комплекта роликовых волок бесстанинного типа

Опыт работы при производстве калиброванного шестигранного проката по ГОСТ 8560-78 с применением разработанной схемы формоизменения круглой заготовки и роликовых волок бесстанинного типа подтвердил ее экономическую эффективность и жизнеспособность [4].

Рассмотрим построение новой компоновочной схемы волочения провода контактного из меди и ее сплавов по ГОСТ 2584-86.

Традиционная известная схема производства провода контактного (рис. 3) представляет формирование готового изделия за пять проходов [5].

Рис. 3. Традиционная схема производства провода контактного

Значительное количество переходов связано с высокими локальными деформациями, в которые затруднена подача смазочных материалов с вытекающими последствиями: низкая стойкость инструмента, снижение качества готового изделия, высокие энергетические затраты. При этом для обеспечения требуемой точности в каждом проходе должно соблюдаться жесткое ориентирование заготовки, что предопределяет усложнение технологического процесса.

Наиболее эффективной при волочении провода контактного из меди и ее сплавов является двухступенчатая компоновочная схема с применением волок с трех- и четырехроликовым калибром (рис. 4), которая обеспечивает формирование готового профиля за один проход. При этом на первой ступени деформации получают предчистовой профиль грушевидной формы, а на второй ступени деформации получают готовый профиль с чистовыми размерами.

Рис. 4. Двухступенчатая компоновочная схема получения провода контактного из меди и ее сплавов

Проведенные лабораторные исследования на примере Формирования профиля МФ-100 по ГОСТ 2584-86 из круглой заготовки показали, что предложенная компоновочная схема позволяет повысить физико-механические свойства готового изделия, значительно увеличить стойкость волочильного инструмента и снизить энергетические затраты.

Таким образом, на примерах получения калиброванного шестигранного проката и провода контактного из меди и ее сплавов представлена технологическая и экономическая целесообразность построения разнообразных компоновочных схем волочения фасонных профилей с применением роликовых волок бесстанинного типа.

Литература:

1. Славин В.С. Роликовые волоки бесстанинного типа: монография / В.С. Славин. – Магнитогорск: МаГУ, 2010. -169 с.

2. Эффективная технология производства шестигранной калиброванной стали из круглого подката / А.Г. Маликов, Ю.А. Демура, Т.В. Зубко и др. // Сталь. – 1992. - №9. – С. 65-67.

3. Освоение производства шестигранных прутков из легированных сталей / В.С. Кольчак, А.В. Рыбкин, Л.А. Никитина и др.// Сталь. – 2002. - №5. – С. 36-37.

4. Славин, В.С. Комбинированная технологическая схема производства калиброванного шестигранного проката / В.С. Славин,
С.М. Вершигора, В.С. Пантелеев // Сталь. – 2007. – № 2. – C. 91-93.

5. Ерманок, М.З. Волочение цветных металлов и сплавов / М.З. Ерманок, Л.С. Ватрушин. – М. : Металлургия, 1988. – 288 с.