ГЛАВАIIIВОЛОЧЕНІЕ ТРУБ
3.1 Основи процесу і технології волочіння труб
Основним процесом виробництва високоточних труб є волочіння на рухомих, нерухомих і плаваючих оправках, технологічна схема якого представлена на рис. 1. Як заготовок застосовують безшовні і зварні труби. Перед волочінням кінець труби довжиною 100-200 мм обжимается з тим, щоб його можна було ввести в волоку. Для виробництва прецезіонного труб великих розмірів застосовують заготовки, отримані за допомогою гарячої прокатки, пресування або на трубозварювальних агрегатах, а для виробництва труб менших розмірів - після обробки на редукційних станах.
Малюнок - Схема технології холодного волочіння труб
Заготовки мають переважно розміри 32 Ч (3-6) мм до 130 Ч (4,5-18) мм, а після обробки на редукційних станах товщина не перевищує 2 мм, зовнішній діаметр - 20 мм. Таким чином, всі заготовки труб малих розмірів, як правило, отримують холодної прокаткою.
Малюнок - Схема технології виробництва теплообмінних і конденсаторних труб
При виробництві труб з деяких якісних сталей, а також з кольорових металів в технологічний процес можуть бути включені додаткові операції термічної обробки. Проміжну і остаточну термообробку проводять в захисній атмосфері (світлий отжиг) з тим, щоб виключити до-полнітельние операції травлення або зменшити їх тривалість. Число необхідних операцій холодної деформації визначають сумарним обтисненням, видом деформації і зміцненням металу. Для досягнення високої якості поверхні труб сумарне обтиснення повинна перевищувати 50%. Труби постав-ляють з різними ступенями зміцнення і термообробки. Вибору процесу волочіння надають великого значення, так як кожен вид волочіння має свої особливості і його вибір за-висить від призначення труб. На рис. 2 наведені схеми двох технологічних процесів для виробництва конденсаторних і теплообмінних труб. У першому випадку наведена технологія виробництва латунних, а в другому - мідних труб.
Типовим для обох випадків є пресування заготовки, плющення на стані ХПТ, а потім - волочіння. Волочіння проводять як з нерухомою, так і з плаваючою оправкой в бухти.
Особливі технологічні процеси розроблені також для виробництва труб спеціального призначення. Так, наприклад, труби з молібдену отримують за схемою: пресування - прокатка на стані ХПТ - отжиг у вакуумі. Труби з танталу і ванадію виготовляють з кованої заготовки, яку потім пресують, прокочують на стані ХПТ і піддають волочіння. Волочіння здійснюють в волоки, виготовлених з карбідів вольфраму. Обтиснення за прохід становить до 35%. При сумарному обтисненні, рівному 60-80%, призначають термообробку. Труби обезжиривают хлористим етиленом, труять в суміші селітри з кислотою і з добавкою 5% плавикової кислоти. Відпал проводять у вакуумі (10 -4 мм ртутного стовпа) при температурі 1100-1200 ° С. Труби з титану і його сплавів виготовляють з кованих заготовок, які обточують і пресують. Волочіння здійснюють на рухомий оправці. При прокатці на стані ХПТ одиничне обтиснення досягає 50%. Термообробку проводять при 700 ° С. Окалину видаляють за допомогою дробеструйной установки або струменем пара, труять в розчині азотної і плавикової кислот.
3.2 Технологія волочіння
Для виробництва труб з розмірами, які неможливо отримати іншими видами обробки, поліпшення якості внутрішньої і зовнішньої поверхні, зменшення розмірів діаметра і товщини стінок, досягнення необхідних для поставки міцності властивостей і збільшення діаметра застосовують холодну воло-чення труб. Існують наступні способи холодного волочіння труб. без оправлення, з нерухомою, плаваючою і рухомий оправкой і з роздачею труби на оправці. Як правило, при виробництві труб прийнято таку послідовність технологічних процесів: пресування, прокатка на стані ХПТ і волочіння.
Економічно недоцільно на стані ХПТ отримувати труби розміром менш 16Ч1 мм і тому труби менших розмірів отримують волочінням.
На процес волочіння і властивість готових труб впливають властивості металу, розміри труб, відношення товщини стінки до діаметра, геометрія волоки, сумарне і приватні обжа-ку, швидкість, мастило і температура волочіння.
Волочіння без оправлення
На рис. 4 представлений спосіб волочіння без оправлення. Його найчастіше при-міняють в тому випадку, коли потрібно зменшити діаметр труби. Точне знання всіх особливостей цього способу дуже важливо, так як він найменш трудомісткий.
Як видно з рис. 4 у проходить через волоку труби зменшують зовнішній і внутрішній діаметри з D0 і d0 до D1 і d1. Зміна поперечного се-чення досягає 20% при швидкості волочіння до 100 м / хв. Цей спосіб волочіння застосовується, коли необхідно значно зменшити діаметр труби, отримати капілярні труби і при калібрування труб. Волочіння після прокатки на стані ХПТ дозволяє економити дороге устаткування цих станів. Така технологія виправдовує себе при виробництві труб, як з вугле-родістих, так і з інших легованих сталей. Обтиснення під час волочіння труб, які не піддавалися відпалу, обмежена, сильно залежить від співвідношення зовнішнього діаметра до товщини стінки і для вуглецевих сталей досягає 30% при D / s = 12 та 10% при D / s = 45. Для аустенітних сталей обтиснення відповідно дорівнює 15-20 і 5-8%. Якість внутрішньої поверхні при безоправочном волочіння невисока.
Для розрахунку зусилля волочіння можна використовувати наступні рівняння:
Гелеі
Розрахувати оптимальний кут волочіння можна по уравне-нию Фатера:
На рис. 5 представлені величини оптимальних кутів волочіння при коефіцієнті тертя, що дорівнює 0,05 для різних величин відносини товщини стінки s / dcр. На практиці не завжди застосовують волоки з оптимальним кутом. В такому випадку кут волоки повинен бути оптимальним для волочіння можливо більшої частини розмірів. Зі збільшенням обтиснення і зменшенням відносини s / dср оптимальний кут зростає. В процесі безоправочного волочіння може змінюватися і товщина стінки труби. При волочінні з оправками товщину стінки формують величиною зазору між волокою і оправкой, а при безоправочном волочіння на внутрішню поверхню труби не діють сили і тому в залежності від умов волочіння товщина стінки може збільшуватися, залишатися не-змінити або зменшуватися. На рис. 6 представлені дані по Фатер і Пошту про зміну товщини стінки труби в залежності від обтиснень або від зміни ставлення товщини стінки до діаметра. З цих даних випливає, що зі збільшенням обтиснення товщина стінки збільшується. При безоправочном волочіння товстостінних труб (великі значення s / dср або s0 / dн) товщина стінки зменшується вже при малих обтиснутими. Це видно по зміні кривих 11-16 (рис. 6, а) і всіх кривих (рис. 6, б) при великих значеннях відносини s0 / dн. Для тонкостінних труб (малі значення s0 / dcp) зменшення товщини стінки настає при величині s0 / dH менше 14%.
Поділяють два види волочіння на оправці - на короткій нерухомою і Самоустановлювальні або плаваючою оправці. Ці види волочіння набули великого поширення і дозволяють виробляти редукування діаметра і товщини стінки. При використанні нерухомої оправлення, яку встанов-ють на стрижні, зазор між волокою і оправкой залишається незмінним. Щоб можна було волочити довгі труби або бухти застосовують так звані плаваючі оправлення, які Самоустановлювальні в осередку деформації.
1 - волока, 2 - труба, 3 - оправлення, 4 - стрижень
Останнім часом все більше застосування знаходить спосіб волочіння на плаваючою оправці. Цей спосіб застосовують в основному при виробництві труб малих поперечних розмірів (менше 30 мм) та великої довжини з кольорових металів, а останнім часом і сталевих труб з товстими стінками і малим внутрішнім діаметром. Основною перевагою волочіння на плаваючою оправці є можливість отримувати труби великої довжини від 100 до 700 м (таблиці 4). До інших переваг цього способу слід віднести зниження витратного коефіцієнта металу, зменшення часу для підготовчих операцій, значні швидкості волочіння до 90-600 м / хв у порівнянні з 27-80 м / хв на нерухомій оправці, відсутність стрижня і зменшення виробничих площ за рахунок застосування барабанів. У лабораторних і виробничих умовах досягнуто обтиснення за прохід 50%. Недоліком волочіння на пла-вающей оправці в порівнянні з нерухомою є залежність положення оправлення щодо волоки від швидкості волочіння, виду мастила або коефіцієнта тертя, матеріалу і геометрії оправлення. Так як перші два фактори змінюються в певних межах, то зміна товщини стінки труби незна-ве. Слід уникати раптової зміни коефіцієнта тертя. Різниця між кутами волоки і оправлення повинна складу-лять 1-3 ° С. При волочінні алюмінієвих труб на плаваючою оправці вибирають кут волоки. = 14 °, а кут оправлення? ' = 11 °, під час волочіння мідних труб 10-13 і 9-10 градусів відповідно. На початку і в кінці проходу процес волочіння нестабільний внаслідок різних умов надходження мастила в осередок деформації і плаваюча оправлення може піддаватися коливань. У таких випадках волочіння необхідно проводити без рив-ків і з меншою швидкістю.
Таблиця - Параметри волочіння труб на оправці з заготовки діаметром 56 мм і товщиною стінки 3 мм
Гелеі запропонував наступне рівняння
Тут позначено згідно рис. 7, б:
? ? - поверхню труби в точці контакту оправлення і волоки; (6)
sA - товщина стінки у? ?. (9)
Анке і Фатер використовували для розрахунку зусилля волочіння на нерухомій оправці рівняння:
? ? ; (10)
? ? ; ? ? 2; ? ? 1. (11)
Для визначення умов роботи стержня оправлення необ-обхідно знати зусилля, діючі на стрижень. У таблиці 5 представлені результати експериментальних досліджень процесу волочіння труб з вуглецевих і нержавіючих сталей, а також з міді.
При проведенні експериментів зі сталями аустенітного класу мастило не використали і тому зусилля були максимально ви-сокімі. У таблиці 4 представлені дані про волочіння мідної труби на плаваючою оправці.
Таблиця 2 - Ставлення зусилля на оправці до зусиллю волочіння
Розмір труби, мм
У таблиці 6 представлені дані про процес волочіння мідних труб розміром 6,0Ч0,44 мм на безперервному волочильном стані. З цього прикладу видно, що ступінь обтиску стінок труби становить від 1,12 до 17,4% при загальному обтисненні від 18,56 до 30,71%. Швидкість волочіння досягає 16 м / с. При великих значеннях зусилля волочіння мідних труб з'являється небезпека сплющивания їх при змотування на барабан. При волочінні товсто-стінних труб кути волоки і плаваючою оправлення вибирають рівними 2? = 24 ° і 2? ' = 18 ° відповідно, а під час волочіння тонкостінних труб різниця між цими кутами повинна бути 2-3 °. При невеликих величинах обтиску стінок рівних і менше 0,095, виникає небезпека коливань плаваючою оправлення (три останніх проходу; см. Таблиці 6).
Волочіння на довгій рухомий оправці
При цьому способі волочіння використовують циліндричну оправку, довжина якої повинна бути більше готової труби, і на відміну від волочіння на нерухомих оправках її протягують крізь волоку (рис. 8). Під час волочіння за цим способом одночасно відбувається інтенсивне, в порівнянні з волочінням на нерухомих оправках, редукування діаметра і товщини стінки. Коефіцієнт витяжки за прохід під час волочіння мате-ріалів з відносно невисокими властивостями міцності досягає 1,7-1,75. Після чергового проходу оправлення витягують з труби для повторного використання. Для підвищення якості внутрішньої поверхні труб оправлення шліфують.
Спосіб волочіння на рухомий оправці в порівнянні з не-рухомий має наступні переваги: збільшення витяжки, висока якість внутрішньої поверхні труби, плавний хід процесу. Як недоліки слід зазначити одержувану разнотолщинность, велику вартість обладнання і необхідні великі обтиску по діаметру.
Малюнок - процес волочіння на рухомий оправці; Мал. 9 Роздача труб на оправці зі стисненням 1 - волока, 2 - труба, 3 - оправлення (а) і розтягуванням (б) стінок
Останнім часом спосіб волочіння на рухомий оправці застосовують не дуже широко і, головним чином, при виробництві тонкостінних труб, які на нерухомій оправці отримати важко через небезпеку обриву або появи вм'ятин. Спосіб волочіння на рухомий оправці застосовують в поєднанні з волочінням на нерухомій і плаваючою оправці.
Ш. Гелеі отримав рівняння для визначення зусилля волочив-ня на рухомий оправці:
де? ?. (13)
Причому? ?. μ1 - коефіцієнт тертя між трубою і волокою, a μ2 - між оправкой і трубою. За рівняння Анке і Фатера зусилля одно:
? ?. (14)
Практика роботи з довгою оправкой показала, що зусилля волочіння значною мірою залежить від мастила, тобто від коеф-фициента тертя. Виробництво труб з вуглецевих і корозійностійких сталей підтверджує вищесказане. Відношення енергії, витраченої на безпосередньо формозміна до загальної витраті енергії (к. П. Д. Процесу) можна обчислити за формулою:
? ?. (15)
Таблиця - Параметри волочіння сталевої труби розміром 40Ч0,2 мм з заготовки розміром 88Ч1,6 мм
У таблиці 7 представлені параметри волочіння на подвиж-ної оправці тонкостінної труби розміром 40Ч0,2 мм з вуглецевої марки стали. Видно, що при даному способі реалізують підвищені в порівнянні з волочінням на короткій оправці коефіцієнти витяжки та обтиску стінок.
Роздача труби на оправці
Застосовуються два способи роздачі труб на оправці: із стисненням недеформованого ділянки (рис. 9, а) і з розтягуванням деформованої ділянки труби (рис. 9, б).
У першому випадку на станині закріплюють недеформований а в другому - деформований кінець труби. При роздачі труб зі стисненням стінки збільшуються діаметри заготовок при невеликому зменшенні товщини і довжини. Цей спосіб застосовують і при нагріванні сталевих заготовок до 900-1000 ° С. Великого поширення набув спосіб роздачі труб в холодному перебуваючи-ванні з розтягуванням деформованої ділянки труби, який застосовують для підвищення якості внутрішньої поверхні і калібрування внутрішнього діаметра труб. В процесі волочіння зменшуються довжина і товщина труби. В обох способах використовують короткі оправлення.
Для розрахунку зусилля волочіння при протягуванні оправлення можна використовувати рівняння Гелеі:
Зибель, а також Анке і Фатер запропонували спрощені рівняння:
де? ? для гарячого і? ? для холодного волочіння.
Ще більш просте рівняння:
де коефіцієнт? ? визначають експериментально.
3.3Терміческая обробка
Таблиця - Технічні характеристики роликових печей з вакуумним шлюзом для світлого відпалу труб