Меню

Технология волочения труб из медных сплавов



Технология волочения труб из медных сплавов

21.11.2012
Волочение труб. Смазочные материалы.

Волочение труб имеет огромное значение, так как одна седьмая часть всей производимой в мире стали идет на производство бесшовных и сварных труб. Производство труб из нержавеющей стали, титана, алюминия и особенно меди также имеет большое значение как с коммерческой, так и технологической точек зрения. Чаще всего трубы используют для транспортировки жидкостей, паров, газов и смешанных фаз. Стальные, реже алюминиевые, трубы используют в качестве конструкционных элементов, например для изготовления таких частей автомобиля, как рама, подмоторная рама, лонжероны и т. д.

1. Методы волочения труб

При возможности трубы требуемого размера и качества производят литьем или формованием. Прецизионные трубы с малыми допусками, с требуемой по качеству поверхностью производятся только холодным формованием. В данном разделе рассмотрены процессы холодного волочения труб за исключением методов холодного формования, таких как холодная прокатка или холодная прокатка на пилгерстане, являющихся последним звеном в производственной цепи. Как и профильное волочение, волочение труб производят на волочильных станах. Трубы большой длины производят на волочильном оборудовании барабанного типа по принципу работы, аналогичному волочильному оборудованию для производства проволоки. На рис. 1, а показан принцип работы волочильного стана, а на рис. 1, б— волочильного стана барабанного типа.

Допустимые пределы изменения формы определяются требуемой силой волочения, необходимой для получения труб заданного поперечного сечения. Необходимым условием является отсутствие превышения усилия напряжения поперечного сечения.

2. Способы волочения труб, используемые инструменты и нанесение соответствующих покрытий

В процессе волочения возникают наиболее сложные условия трения с точки зрения трибологических факторов. На рис. 2 приведены схемы наиболее распространенных способов волочения.

При волочении через фильеры без внутреннего вкладыша имеет место только внешнее трение, и, соответственно, нанесение смазочного материала необходимо только снаружи. При таком волочении тонкостенных труб стенки становятся толще (толщина может увеличиваться до 35%), при этом снижается качество внешней поверхности. При использовании различных вкладышей качество наружной поверхности улучшается, а требуемая толщина стенок достигается за счет снижения поперечного сечения до 50%. Волочение со свободным сердечником, как правило, применяют на волочильных станках барабанного типа для производства труб из цветных металлов. Непрерывная подача смазочных материалов внутрь трубы может осуществляться через шток фиксированного сердечника(рис. 3).

Наиболее сложные условия трения возникают при работе с крончатым сердечником из-за высоких поверхностных нагрузок. Однако в этом случае достигается высокая чистота обработки поверхности. Инструменты для волочения труб изготавливают из твердых металлов, так же как и для волочения проволоки (волоки — в соответствии с DIN 1547-2, сердечники — в соответствии с DIN 8099-1 и DIN 8099-2).
Достоинством этого метода является значительное уменьшение поперечного сечения трубы (более чем на 60%), а недостатком — возможность выталкивания сердечника из протягиваемой трубы. В последние годы наблюдается прогресс в технологии волочения труб. В настоящий момент применение покрытий, наносимых химическим путем и из паровой фазы, а также использование новых материалов при изготовлении инструментов позволяют существенно смягчить жесткие условия трения на волоках.

3. Смазочные материалы и предварительная обработка поверхностей при волочении труб

Методы предварительной обработки поверхностей принципиально схожи с методами, применяемыми при волочении проволоки и профилей.

Стальные трубы
Перед всеми процессами волочения с поверхности стали удаляют окалину, за исключением случаев, когда к поверхности готовой продукции не предъявляется жестких требований (например, при волочении тонких неочищенных труб). При волочении труб механическое удаление окалины не играет столь важной роли, как при волочении проволоки (прутков, профилей и т. д.), из-за нежелательных поверхностных напряжений. Обычно окалину с труб удаляют травлением серной кислотой или отжигом в инертной атмосфере с созданием смазочных подложек: фосфатных, цинкфосфатных, оксалатных (в случае высоколегированных высококачественных нержавеющих сталей).См. статью — Волочение стальной проволоки. Смазочные материалы.
Мокрое волочение с противозадирными маслами применяют в случае профильного волочения при производстве волочильных заготовок. При этом используют специальные смазочные материалы — так называемые реакционные масла, содержащие органические и неорганические производные фосфорной кислоты. Смазывание производят в предварительной горячей ванне. Например, бухту трубы после протравливания или отжига в инертной атмосфере (на 10-15 мин) погружают в реакционное масло, нагретое до 30—70 °С, и выдерживают в нем до образования пленки масла на поверхности трубы. Как правило, на трубе образуется фосфатный слой. Хотя покрытие из фосфатов двухвалентного железа не способно выдерживать столь большие нагрузки, как покрытия из фосфатов цинка (простых или омыленных), их применение выгоднее по экономическим соображениям; кроме того, фосфаты железа обеспечивают хорошую защиту от коррозии. Профильное волочение высоколегированных материалов осуществляют с использованием высоковязких масел с хлорсодержащими присадками (вязкость 300-1000 мм 2 /с, CL— 30—70%). При использовании таких масел смазка внутренних поверхностей затруднена. Для рассматриваемых целей применяют также полимерные или целлюлозные пленкообразующие покрытия.
При изготовлении заготовок с низкой степенью деформации используются эмульсии и гидрофильные смазки.

Титановые трубы
Трубы из титана применяют в авиационной промышленности, а также в качестве трубопроводов. Смазочные хлорсодержащие масла не используют из-за опасности коррозии, недопустимой в авиации. Фосфатные покрытия применяют реже, чем для стальных труб. Эффективные смазочные подложки могут быть созданы за счет обработки кислотой, однако в этом случае возникает опасность развития водородной хрупкости.

Читайте также:  Отделка вокруг дымовой трубы 6 букв сканворд

Алюминиевые трубы
Процесс аналогичен изготовлению алюминиевой проволоки. В данном случае используют сильнополярные формовочные масла. При волочении труб из алюминиевых сплавов возможно также использование фосфатов в качестве смазочной подложки. При волочении из алюминиевых сплавов возникают более сложные условия по сравнению с использованием чистого алюминия. Создание фосфатной подложки аналогично формированию соответствующего слоя на стали, за исключением того, что для устранения проблем, вызываемых свободными ионами алюминия, в раствор добавляют фториды. Ниже приведены упрощенные схемы соответствующих реакций:

Предварительная обработка поверхности алюминия перед фосфатированием требует высокой степени очистки. В отличие от стали, очистка алюминия производится в щелочной среде, что обеспечивает эффективное удаление оксидной пленки. Остатки оксидной пленки удаляются в процессе травления.

Медные трубы
Медные трубы широко используются в холодильных установках и кондиционерах. Для их изготовления в волочильных станах барабанного типа (см. рис. 1, б) с высокой скоростью волочения (до 35мм/с) используют «летающий» сердечник. Требуемое количество смазочного материала подается с помощью масленки для внутреннего смазывания. Для наружного смазывания используют циркуляционную масляную систему, а при необходимости применяют также эмульсии (обычно 30-40%). Следующие стадии являются примерными рабочими условиями при волочильном производстве труб для воздушных кондиционеров с конечным диаметром 9 мм:
• прокатка полученной непрерывным выдавливанием трубы с наружным диаметром 40 мм с толщиной стенок 1,9 мм с использованием «летающего» сердечника, масленки для внутреннего смазывания и эмульсии для наружного смазывания (10%);
• волочение в 7—8 стадий на волочильных станах барабанного типа до 9 мм диаметра и толщины стенок 0,3 мм без промежуточного отжига. Для внутреннего смазывания используются полярные смазочные материалы, а для внешнего — высоковязкие синтетические смазочные масла с полярными и неполярными группами с вязкостью более 500 мм 2 /с при 40 °С; емкость для масла — 300 л, скорость циркуляции масла — 25 л/мин;
• конечный отжиг при температуре от 600 до 650 °С в течение 20—30 мин. Масло, используемое при волочении, должно испаряться без остатка (термическое удаление смазочного материала).

Источник

Способы волочения прутков и труб

Волочение прутков. На рис. 106, а показана схема волочения прутка 1 через волоку 2; стрелкой показано направление волочения. Процесс волочения происходит следующим образом. Предварительно утоненный конец прутка или, как говорят, захватку вставляют в волоку, укрепленную в волокодержателе (рамке) волочильного стана, и зажимают между плашками тележки. После включения крюка тележки в движущуюся цепь пруток под влиянием тянущего усилия проходит через волоку, становясь тоньше и длиннее; кроме того, он в значительной мере выпрямляется и приобретает гладкую поверхность. В процессе волочения у прутка изменяются также механические свойства, в частности предел прочности и твердость увеличиваются, а относительное удлинение уменьшается.

Выше мы рассмотрели самый простой способ волочения — волочение прутка. Что же касается волочения труб, то для этого существуют два основных способа: волочение на оправке и волочение без оправки (рис. 106,б и в); первый способ имеет несколько вариантов.

Волочение труб на короткой оправке. Наиболее распространенным способом протягивания труб является волочение на короткой закрепленной оправке 3 (рис. 106, е). В процессе волочения оправка удерживается в отверстии волоки при помощи волочильного болта (штанги). На одном его конце имеется мундштук 4, куда ввертывают оправку, а другой конец болта укрепляют в задней части волочильного стана, чем и обеспечивается неподвижность оправки.

Для волочения трубу с захваткой надевают на волочильный болт. Затем захватку вставляют в волоку, а болт специальной тягой подают вперед так, чтобы оправка уперлась в захватку. После этого захватку зажимают клещами тележки, а ее крюк включают в движущуюся цепь. Сразу же, как только начнется волочение, болт должен быть сильно натянут протягиваемой трубой.

При волочении трубы на оправке наружный и внутренний диаметры и толщина стенки уменьшаются, а длина трубы увеличивается. Толщина стенки уменьшается вследствие того, что кольцевой зазор между волокой и оправкой берут меньше толщины стенки трубы, подлежащей волочению. Отсюда становится понятным, что стенка трубы станет тоньше только в том случае, если оправка будет находиться в отверстии волоки, что узнается по натяжению болта.

Рассмотрим пример изменения размеров трубы при волочении ее на оправке.

Предположим, что трубу размером 48×4 мм протягивают на оправке на размер 44х3. Из условий этой задачи видно, что кольцевой зазор между волокой и оправкой должен быть равен 3 мм, внутренний диаметр заготовки равен 48—4×2 = 40 мм, а протянутой трубы 44—3х2 = 38 мм. Следовательно, для получения трубы размером 44х3 мм необходимо взять диаметр волоки 44 и оправки 38 мм. При этом условии наружный диаметр трубы уменьшится с 48 до 44 мм, внутренний — с 40 до 38 мм, а толщина стенки — с 4 до 3 мм. Длина трубы при этом, согласно формуле (6), увеличится в (48+40)(48-40)/(44+38)(44-38) = 1,43 раза.

Волочение труб на самоустанавливающейся (плавающей) оправке. При работе с короткой укрепленной на болте оправкой длина труб обычно не превышает 10 м. Протяжка более длинных труб имеет существенные недостатки: надевание труб на болт затруднено, длинный болт в процессе волочения вибрирует, оставляя следы на трубе, волочильные станы занимают очень много места и т. д.

Читайте также:  Разбрызгиватели для труб пвх

Поэтому для волочения длинных труб применяют самоустанавливающиеся не закрепляемые на болте оправки б (рис. 107). Преимущество таких оправок заключается в возможности обработки труб большой длины (в бухтах) с высокими скоростями: до 150 м/мин на цепных станах и до 500—700 м/мин на волочильных барабанах. Самоустанавливающаяся оправка состоит из рабочего цилиндра 1, рабочего конуса 2 и бочки 3. Оправка удерживается в зоне деформации благодаря рабочему конусу. Силы трения, возникающие в процессе волочения между внутренней поверхностью трубы в и поверхностью рабочего цилиндра оправки, стремятся протянуть через волоку с, но этому препятствует рабочий конус.

При работе с самоустанавливающейся оправкой придерживаются следующего порядка:

1) в открытый передний по ходу волочения конец трубы наливают смазку;

2) на расстоянии 150—180 мм от переднего конца на трубе делают вмятину, чтобы не допустить проскакивания оправки далеко в трубу;

3) закладывают в передний конец трубы оправку;

4) у трубы изготовляют захватку, после чего начинают волочение.

Обжатия при работе с самоустанавливающейся оправкой принимаются такими же, как и при волочении с обычной короткой оправкой.

Волочение труб на стержне (длинной оправке). Особенность этого способа волочения — применение вместо короткой оправки стержня — длинной оправки. Труба 1, свободно надетая на стержень 3, вместе с ним протягивается через волоку 2 (рис. 108,а). При волочении капиллярных, т. е. с очень малым диаметром (0,3—0,5 мм), трубок вместо стержня применяют твердую с блестящей поверхностью стальную проволоку.

Для удержания на стержне труб их передний конец обжимается на штыре с головкой 5 и удерживается обжимным кольцом 4. Укрепление мелких и капиллярных трубок на проволоке осуществляется обжимом их переднего конца.

Внутренний и наружный диаметры, толщина стенки, длина и механические свойства при этом способе волочения изменяются так же, как и при волочении на короткой оправке.

Крупные, но не длинные трубы, обычно не длиннее 1—1,5 м, снимают со стержня при помощи неподвижного съемочного кольца 6 с уступом (см. рис. 108,б). При протягивании стержня через кольцо труба задерживается уступом и снимается со стержня. Для снятия с проволоки капиллярных трубок их предварительно раскатывают в роликах, вследствие чего внутренний диаметр трубок за счет уменьшения толщины стенки несколько увеличивается и трубка вручную легко снимается с проволоки.

Волочение на короткой оправке и на стержне существенно различается. При волочении на короткой оправке силы трения между оправкой и трубой, а также между волокой и трубой направлены в одну сторону, обратную движению трубы. При волочении на стержне силы трения между ним и трубой направлены в сторону движения трубы и стержня, так как металл при волочении перемещается по стержню в направлении, обратном ее движению. Это обстоятельство позволяет тянуть трубы на стержне с более высокими вытяжками (1,7—2,5), чем на короткой оправке (1,5—1,7).

Волочение на стержне или проволоке применяют при изготовлении тонкостенных труб относительно большого диаметра, когда возникает опасность обрыва труб или прогиба их внутрь, а также при волочении некоторых капиллярных трубок, когда требуется получить их с точно калиброванными размерами и блестящей внутренней поверхностью. К числу первых, например, относятся трубы с наружным диам. 30—50 мм и толщиной стенки 0,2—0,3 мм, которые при волочении на обычной оправке сплющиваются. Из числа капиллярных трубок можно указать на никелевые трубки с наружным диам. 3—0,99 мм и толщиной стенки 0,24—0,045 мм.

Раздача труб. Промышленность часто предъявляет требования на тонкостенные трубы больших диаметров (300х3 мм, 346х3 мм и т. д.). На действующих в промышленности наиболее распространенных гидравлических прессах давлением 3000—5000 T удается получать прямым прессованием трубную заготовку диам. 280—350 мм с толщиной стенки 10 мм. Очевидно, что из таких заготовок получить волочением трубы указанных выше размеров невозможно; их диаметры почти равны, а толщина стенки в три с лишним раза превышает заданную толщину. В таких случаях пользуются предварительной раздачей, т. е. увеличением наружного диаметра заготовки настолько, чтобы он значительно превысил размер заданных труб.

Раздачу крупных труб производят на особых гидравлических прессах по схеме, указанной на рис. 109, а. Во время раздачи один конец трубы 1 упирается в крестовину пресса 2, а в другой конец трубы вдвигается стержень 3 с закругленным концом.

Благодаря тому, что диаметр стержня берут примерно на 10—25 мм больше внутреннего диаметра заготовки, последняя раздается, длина трубы при раздаче уменьшается. Снятие заготовки со стержня показано на рис. 108,б. Для облегчения снятия заготовок, со стержней последние делают с небольшим конусом, равным примерно 1,5—2 мм на трехметровую длину стержня. Таким способом несколькими последовательными раздачами заготовка увеличивается до требуемого размера.

Кроме указанного способа, существует способ раздачи труб на оправке (рис. 109,б). Заключается он в следующем. На конце трубы вместо обычных кованых захваток делают так называемые ласки, т. е. клинообразные или прямые вырезы. Трубу 1 с ласками надевают на волочильный болт, после чего на конце болта в мундштуке 3 укрепляют специальную коническую оправку 2. Затем ласки загибают так, чтобы концы их были достаточными для использования их в качестве захваток. При волочении оправка проходит через трубу, тем самым увеличивая ее размер. Этот способ раздачи применяется в тех случаях, когда внутренний диаметр труб слишком мал, чтобы можно было производить дальнейшее волочение с целью утонения стенки и для устранения овальности и вмятин у готовых труб. Диаметр оправки при этом берут равным или несколько больше внутреннего диаметра трубы, но с таким расчетом, чтобы наружный диаметр труб после оправки не выходил за пределы установленных допусков. Например, для исправления овальности медных труб диам. 100х80 и 150х130 мм, при плюсовом допуске на наружные диаметры соответственно +1 и +1,6 мм, берут оправки диам. 80,2 и 130,5 мм.

Читайте также:  Зазор трубы в гильзе

Волочение труб без оправки (осадка) показано на рис. 106,б. Внешне этот способ ничем не отличается от волочения прутков. При волочении без оправки наружный и внутренний диаметры трубы 1 после прохождения через волоку 2 уменьшаются, толщина стенки изменяется незначительно, а длина трубы увеличивается.

Основным фактором, влияющим на изменение толщины стенки при безоправочном волочении, является размер заготовки, выраженный в виде отношения наружного диаметра к толщине стенки D/s. Если это отношение больше 5—6, то толщина стенки при безоправочном волочении увеличивается, если же меньше 5—6, то толщина стенки уменьшается. На рис. 110 графически показано изменение толщины стенки при безоправочном волочении капиллярной трубки с размера 7,0х0,4 на размер 1,4х0,45 мм. Построенная кривая наглядно показывает, что с уменьшением отношения D/s с 18 до 6 толщина стенки увеличивается с 0,4 до 0,55 мм и затем при дальнейшем уменьшении величины D/s с 6 до 3 толщина стенки уменьшается с 0,55 до 0,45 мм.

Механические свойства металла и внешний вид труб при волочении без оправки улучшаются, но внутренняя поверхность их при значительном числе проходов становится матовой, а затем и шероховатой, что в некоторых случаях является браком. В производстве капиллярных трубок многократное безоправочное волочение приводит к образованию в них мельчайшей металлической пыли, для удаления которой вводят дополнительную операцию (продувку).

В настоящее время в связи с внедрением в производство плавающих оправок с весьма малыми диаметрами (до 0,5 мм), безоправочное волочение капиллярных трубок значительно сокращено, что позволило повысить их качество. Волочение без оправки применяется в тех случаях, когда требуется уменьшить диаметр труб без утонения их стенки.

Учитывая более высокую производительность при работе без оправки, чем с оправкой, на практике стремятся достигнуть необходимого утонения стенки на первых проходах с тем, чтобы на последующих проходах ограничиться только уменьшением диаметра труб, т. е волочением без оправки.

Волочение фасонных труб. Все перечисленные способы волочения труб предусматривают только изменение их размеров, без изменения формы (круглой). Ho наряду с этим в трубном производстве довольно часто встречаются заказы на фасонные трубы, например овальные, эллиптические, квадратные и т.п. Для получения таких труб первоначально подготавливают соответствующего размера круглую заготовку. Затем эту заготовку протягивают в волоки фасонного сечения или же прокатывают между роликами, на цилиндрической поверхности которых делают соответствующей формы углубления.

Размер заготовки для волочения фасонных труб определяют, подсчитывая периметры, т. е. длину очертания наружных контуров заготовки и фасонной трубы. Для нормального заполнения фасонной волоки при волочении через нее круглой трубы необходимо, чтобы периметр последней был равен или же несколько превышал периметр фасонной трубы.

B качестве примера найдем наружный диаметр круглой трубы для волочения, квадратной трубы со сторонами, равными 20 мм. Периметр квадратной трубы в данном случае равен 20х4 = 80 мм. Периметр круглой трубы, следовательно, должен быть равен или же несколько превышать 80 мм. Этому условию удовлетворяет труба с наружным диаметром 26 мм, длина окружности которой (периметр) равна 81,7 мм.

В зависимости от профиля и размеров трубы протягивают в один или два прохода, с оправкой или без оправки. Например, квадратные трубы в большинстве случаев тянут за два прохода. На первом проходе круглую трубу протягивают без оправки через осадочную волоку, которая придает трубе только приблизительно форму квадрата с закругленными углами. Второй проход производят на квадратной оправке в квадратную волоку, после чего сечение трубы принимает форму квадрата.

Шестигранные и другие тонкостенные (0,1—0,2 мм) трубки обычно тянут с круглого сечения на оправке сразу в две волоки (рис. 111). Первую по направлению волочения волоку 1 берут круглого сечения, вторую 2 — фасонного. Оправку 3 (круглую) устанавливают таким образом, что ее конец незначительно выступает из первой волоки и не доходит до цилиндрической части фасонной волоки. При такой установке инструмента круглую трубку 4 протягивают через первую круглую волоку с уменьшением толщины стенки и диаметров, а через вторую, фасонную — с изменением формы 5.

Волочение фасонных прутков — профилей (квадратных, шестигранных, трапецеидальных и более сложных сечений) принципиально не отличается от волочения круглых прутков.

На рис. 112 приведены наиболее распространенные сечения прутков и труб, получаемых волочением.

Источник