книги / Технология производства проводов

последняя может стать причиной повышенной обрывности. В этом случае используют скальпирующий инструмент специальной формы.

1.9. ВОЛОЧЕНИЕ ПРОВОЛОКИ

Волочение – это способ обработки металла давлением, заключающийся в уменьшении поперечного сечения металла путем протягивания его через отверстие (канал) переменного сечения специального инструмента, причем сечение этого отверстия всегда уменьшается в направлении протягивания металла.

Заготовка, проходя через этот инструмент, называемый волокой, деформируется, после выхода из волоки форма и размеры заготовки соответствуют форме и размерам наименьшего сечения канала. Длина изделия при этом увеличивается пропорционально уменьшению поперечного сечения канала.

Пусть d0, l0, F0 – соответственно диаметр, длина и площадь поперечного сечения проволоки до волочения, а dк, lк, Fк – диаметр, длина и площадь поперечного сечения проволоки после волочения. Основные показатели, характеризующие деформацию металла при волочении, выраженные через эти величины, приведены в табл. 1.6.

Вытяжка μ показывает, во сколько раз увеличилась длина изделия, а обжатие δ – на сколько уменьшилось сечение металла (обычно в процентах).

Так как объем металла при пластической деформации практически не меняется, то можно записать

Вытяжка, которую получают за один проход, называется частной.

41

Таблица 1 . 6

Показатели деформации металла

Величину суммарной вытяжки за n проходов можно записать в виде

μсум = μ1 μ2 … μn,

где μсум – суммарная вытяжка при волочении через n волок; μ1 – вытяжка в первой волоке; μn – вытяжка в n-й волоке.

Сила P, прикладываемая к переднему концу протягиваемой проволоки, носит название силы волочения. Этой силы должно быть достаточно для того, чтобы преодолеть сопротивление деформации металла и силу трения металла о стенки волоки. Сила волочения, отнесенная к 1 мм2 площади протянутого металла F, называется напряжением волочения σZ (кг/мм2).

σZ = P .

Fк

42

Для определения σZ существует несколько аналитических формул. Одна из них – формула Гавриленко:

σZ = σF (μ – 1) (1 + f ctg α),

где σF – сопротивление деформации протягиваемого металла; f – коэффициент трения; α – половина угла рабочего конуса; μ – вытяжка в данном проходе.

Так как сила волочения приложена к проволоке со стороны выхода из волоки, то стабильность процесса определяется прочностью проволоки. Это условие может быть записано следующим образом:

σZ < σв,

где σв – предел прочности протягиваемого металла после выхода из волоки.

Разделив σв на σZ, получим

где Kз – коэффициент запаса. С одной стороны, чем коэффициент запаса больше, тем меньше вероятность обрыва проволоки.

С другой стороны, из формулы (1.1) следует, что чем больше μ (вытяжка), тем выше напряжение волочения σZ и, соответственно, меньше Kз. Поэтому Kз выбирают исходя из имеющегося опыта по условию минимальной обрывности. Обычно Kз находится в пределах 1,5–2,0, причем для меньших диаметров проволоки назначается большее значение Kз.

В кабельной промышленности применяется холодное волочение, т.е. металл перед обработкой не нагревается. Он входит в волочильный канал при комнатной температуре. При холодном волочении с надлежащей смазкой и качественным инструментом протянутый металл имеет гладкую блестящую поверхность и достаточно точные размеры поперечного сечения.

43

В кабельной промышленности производятся изделия большой длины, но малых сечений, с отношением ширины к толщине поперечного сечения, не превышающим ≈ 12. Такое изделие называется проволокой.

1.10. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВОЛОЧЕНИЯ ПРОВОЛОКИ

Устройства, на которых осуществляется волочение при помощи одной или нескольких волок и тяговых механизмов, называются волочильными машинами.

Они могут быть однократного (одна волока) и многократного (до 25 волок) волочения.

Протягивание проволоки через волоки осуществляется с помощью тяговых барабанов (роликов), создающих силу волочения за счет трения, возникающего между поверхностью проволоки и поверхностью роликов. По мере прохождения волок диаметр проволоки уменьшается, а скорость ее движения возрастает.

Так как в процессе волочения происходит уменьшение сечения без изменения объема проволоки, то длина исходного отрезка заготовки увеличивается после каждого прохода пропорционально вытяжке. Для осуществления многократного волочения необходимо согласовать скорости тяговых устройств. В идеальном случае должен соблюдаться закон равенства секундных объемов металла, проходящего через каждую волоку:

V1F1 = V2 F2 = ... = Vn Fn ,

где V – скорость движения проволоки; F – ее поперечное сечение при прохождении соответствующей волоки.

По размерам протягиваемой проволоки различают следующие классы волочильных машин:

– тяжелого волочения (фасонная проволока сечением до 300 мм2 и круглая диаметром больше 4,0 мм);

44

–грубого волочения (диаметр 1,0–4,5 мм);

–среднего волочения (диаметр 0,3–1,25 мм);

–тонкого волочения (диаметр 0,15–0,4 мм);

–тончайшего волочения (диаметр < 0,15 мм).

Самая тонкая медная проволока, изготавливаемая методом волочения, имеет диаметр 10–12 мкм.

Машины однократного волочения применяются в основ-

ном для производства проволоки крупных сечений и являются, таким образом, машинами тяжелого волочения.

В кабельной промышленности встречаются две разновидности таких машин: с горизонтальным и вертикальным тяговым барабаном. На машинах с горизонтальным тяговым барабаном протягивают изделия самых крупных сечений: круглую проволоку диаметром больше 8 мм и фасонную проволоку сечением

300–500 мм2.

Вертикальный тяговый барабан имеет коническую форму. Проволока после волоки поступает на нижнюю кромку барабана, а в верхней части барабана происходит сматывание проволоки в бухту.

Применение машин однократного волочения целесообразно в случаях, когда требуется небольшое суммарное обжатие, которое можно осуществить за 1–2 прохода.

К машинам однократного волочения относятся машины типа B-I/750, B-I/550.

Волочильные машины многократного волочения делятся на два основных типа: без скольжения и со скольжением.

В машинах без скольжения скорости движения проволоки по выходе из волок равны окружным скоростям соответствующих тяговых роликов и барабанов. У этих машин на роликах имеется достаточный запас проволоки, за счет которого можно временно останавливать и вновь пускать отдельные ролики, не прекращая работы всей машины. В случае остановки какого-либо промежуточного ролика запас проволоки на предшествующем ролике увеличивается, а работа последующего

45

ролика продолжается до тех пор, пока есть проволока на остановленном ролике.

В машинах со скольжением скорость движения проволоки чаще всего меньше окружной скорости роликов, т.е. имеет место скольжение проволоки относительно тяговых роликов. Количество проволоки на роликах ограничивается одним или несколькими витками, и остановка одного ролика вызывает необходимость остановки всей машины.

Машины без скольжения в кабельной промышленности используются для волочения круглой алюминиевой проволоки. Скорость волочения до 16 м/с, количество волок 6–10.

Машины многократного волочения без скольжения магазинного типа с индивидуальным приводом барабанов (ВМА-6/450; ВМА-8/450; ВМА-10/450) применяются для волочения круглой проволоки диаметром более 1,0 мм. Они имеют 6–10 волок.

Машины многократного волочения со скольжением используются для волочения круглой и фасонной проволоки. Основным условием работы машины со скольжением является условие постоянства секундных объемов проволоки, проходящей через все волоки:

V1F1 = V2F2 = … = VnFn = const,

где V1, V2, …, Vn – скорость движения проволоки в 1, 2, n-й волоках; F1, F2, …, Fn – сечение проволоки в 1, 2, n-й волоках.

На машинах со скольжением вытяжки и скорости проволоки по проходам должны быть согласованы с окружными скоростями тяговых роликов. В идеальном случае желательно, чтобы после каждой волоки скорость движения проволоки и окружная скорость соответствующего ролика были равны. Но практически это не выполнимо, так как при недостаточной точности изготовления волок или их неравномерном износе фактическая скорость движения проволоки отличается от расчетной. Если скорость движения проволоки больше скорости ролика, то ролик будет тормозить процесс волочения. Проволока, выходящая из после-

46

дующей волоки, примет на себя усилие волочения через предыдущую волоку, что приведет к обрыву. Поэтому тяговые ролики машин со скольжением вращаются с некоторым опережением по отношению к движению проволоки, т.е. имеют запас по скорости.

Для определения относительной величины скольжения ρотн используется следующее выражение:

ρотн = Vp − Vпр 100 % ,

Vр

где Vр – скорость вращения ролика; Vпр – скорость движения проволоки.

Наглядное представление об опережении (м/мин) дает абсолютная величина скольжения

ρабс = Vр – Vпр.

Нормальным считается скольжение 3–5 %. Увеличение скольжения ухудшает качество поверхности проволоки, вызывает ускоренный износ роликов, приводит к дополнительным потерям мощности на преодоление сил трения.

Машины со скольжением различаются по конструкции и расположению тяговых роликов. Ролики могут быть цилиндрическими и ступенчатыми, могут располагаться вертикально или горизонтально.

У машин с цилиндрическими тяговыми роликами окружная скорость каждого последующего ролика возрастает за счет увеличения его скорости вращения. Диаметры всех роликов одинаковы. Эти машины могут иметь от 5 до 9 волок (СМВ-1–5; СМВ-1–9 и др.) У машин со ступенчатыми тяговыми роликами окружная скорость после волоки возрастает за счет увеличения диаметра ролика-ступеньки. После выхода из волоки проволока поступает на следующую ступеньку тягового ролика. Эти машины наиболее распространены в кабельной промышленности. Они могут иметь до 25 волок (табл. 1.7).

47

Таблица 1 . 7

Технические характеристики машин многократного волочения со скольжением

Технические характеристики современных волочильных машин приведены в табл. 1.8.

Таблица 1 . 8

Технические характеристики волочильных машин

Общий вид машины грубого волочения ВСК-13 приведен на рис. 1.11

Проволоку прямоугольного сечения, применяемую для изготовления обмоточных проводов, можно получить различными методами, и самым распространенным является волочение. В качестве заготовки обычно используется круглая катанка,

48

а для получения прямоугольной проволоки больших сечений – подкат прямоугольного сечения, получаемый с сортовых станов горячей прокатки.

Рис. 1.11. Волочильная машина ВСК-13: 1 – отдающая бухта; 2 – устройство для размотки проволоки; 3 – плющильное устройство;

4 – острильный станок; 5 – машина контактной сварки; 6 – пульт управления; 7 – электрошкаф; 8 – подвод смазки; 9 – отвод смазки; 10 – устройство для намотки проволоки

При заправке волочильных машин необходимо заострить конец протягиваемой проволоки таким образом, чтобы он свободно проходил через отверстие волоки. Для этого пользуются специальными острильными станками, которые имеют валки с нарезанными на них ручьями переменного сечения. При вращении валков размер калибра изменяется и введенный в калибр конец проволоки обжимается.

49

Заостренная проволока протягивается через волоки на специальных затяжных станках или с помощью барабанов (роликов) самой волочильной машины.

Для размотки и подачи проволоки в волочильные машины применяются отдатчики различных конструкций. Различаются два типа отдатчиков: инерционные – с подвижной катушкой или бухтой и безынерционные – с неподвижной катушкой или бухтой.

Инерционный отдатчик представляет собой деревянный или металлический конус, который вращается вместе с бухтой вокруг вертикальной оси. Недостаток такого отдатчика – большая инерционность, иногда она является причиной запутывания или даже обрыва проволоки.

Вбезынерционном отдатчике заготовка снимается витками

суложенной на полу или стеллаже бухты. Во избежание запутывания проволоки направляющий ролик должен быть установлен достаточно высоко. Так как бухта лежит неподвижно, можно, не останавливая волочильной машины, приварить к нижнему концу установленной бухты верхний конец следующей бухты, в этом случае обеспечивается непрерывность подачи заготовки.

Отдатчики с неподвижной катушкой применяются на машинах среднего и тонкого волочения. Проволока продевается через ушки водилки, укрепленной на оси катушки. При движении проволоки водилка вращается в сторону, противоположную намотке, обеспечивая разматывание проволоки. Заготовка при этом практически не испытывает натяжения. Недостатком отдатчика является скручивание заготовки вокруг своей оси. Это не позволяет применять такие отдатчики при волочении фасонной или прямоугольной проволоки.

После волочения проволоку сматывают либо на катушки, либо в бухты. В процессе намотки на катушку постоянно увеличивается диаметр намотки и, следовательно, растет скорость наматывания проволоки. Для поддержания постоянной скорости

сувеличением диаметра намотки необходимо снизить скорость вращения приемной катушки. Приемники волочильных машин

50