КАМЕРА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ПОВЕРХНОСТИ ДЛИННОМЕРНОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЗАГОТОВКИ К ВОЛОЧЕНИЮ

Полезная модель относится к области волочильно-калибровочного производства, в частности, к оборудованию для подготовки поверхности катанки или других сортовых заготовок из качественных или труднодеформируемых сталей, или заготовок, механически или физически очищенных от окалины, к волочению.
Известно устройство для осуществления способа подготовки поверхности заготовки к волочению [А.с. №1775201, МПК В21С 9/00, опубл. 1992]. Оно содержит ванну с полимерным материалом, средства для нагрева полимера и средства для протягивания заготовки через эту ванну.
При применении высоких обжатий или при волочении высокопрочных металлов, даже при использовании полимерного подсмазочного покрытия, эффективность работы такого устройства может оказаться недостаточной из-за недостаточного сцепления полимерного покрытия с металлом, что обусловлено химической инертностью большинства полимеров, в том числе полиэтилена и полистирола. В приведенных в описании примерах обжатия не превышают 15%.
Хотя устройство и позволяют нагревать жидкий материал покрытия и наносить его на поверхность заготовки непосредственно в технологической поточной линии перед ее волочением, однако, процесс нанесения подсмазочного покрытия в этом случае производится традиционно, погружением заготовки в большой объем (ванну) жидкого полимерного материала. Это предопределяет его недостаток- большой расход полимера при малом полезном применении. Необходимость нагрева полимера дополнительно усложняет это устройство.
Известно также устройство для осуществления способа подготовки поверхности заготовки к волочению [Патент РФ №2118212, МПК В21С 9/00, опубл. 27.08.98., бюлл. №24], содержащее полугерметичную камеру, имеющую в своей нижней части ванну с материалом, в состав которого входит канифоль, средства протягивания заготовки через эту камеру над ванной, а также проводки для ввода заготовки в камеру и вывода ее из камеры.
Канифоль- одна из натуральных смол, термопластичное вещество большой молекулярной массы. Отличительная особенность всех смол- их высокая адгезионная способность (липкость) и большая вязкость. Канифоль - наиболее доступная природная смола. Ее получают из живичного сока деревьев хвойных пород отгонкой скипидара. В ее составе 80…92% смоляных кислот, 0,5…12% насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. Канифоль хорошо растворяется в диэтиловом эфире, абс. этаноле, ацетоне, бензоле; хуже - в бензине и керосине; не растворяется в воде. [Под ред. Кунянца И.Л. Химическая энциклопедия в 5-и томах - М.: Изд-во «Советская энциклопедия», 1988 г., т.2, с.310].
В технике канифоль обычно используют как флюс при пайке металлических соединений легкоплавкими оловосодержащими припоями. При этом используют исключительную «металлофильность» канифоли. При растекании по нагретому металлу она отделяет от него оксидную пленку и имеющиеся загрязнения, и изолирует металл от загрязнения и повторного окисления на воздухе, то есть создает условия для лужения металла. Таким образом, канифоль исключительно хорошо связывается с металлом, проявляя свойства поверхностно-активного вещества из-за ее кислотной природы. Эти свойства канифоли предопределяют ее применение в данном известном способе в качестве подсмазочного покрытия.
Недостатки устройства- неравномерность и несплошность получаемого подсмазочного покрытия, сложность, так как оно содержит дополнительные нагревательные средства для испарения канифоли.
Наиболее близкий по технической сущности аналог (прототип) заявляемой полезной модели - известное устройство [Патент РФ №2271890, МПК В21С 9/00, опубл. 20.03.2006, бюлл. №8]. Устройство содержит ванну с раствором канифоли, вытяжное устройство, обтиры, частично погруженные в раствор, вводную и выводную, снабженную проходной трубкой, проводки.
Устройство наносит подсмазочное покрытие простым контактом смоченных раствором канифоли обтиров с заготовкой. Обтиры закреплены на роликах.
Недостатки устройства-прототипа следующие:
- низкое качество обработки поверхностей заготовок любых (например, всех из сортамента базового волочильного стана) диаметров. При слишком больших размерах роликов слишком возрастает непроизводительный объем камеры. При их слишком малых размерах возможен неполный охват обтирами окружности сечения заготовки. Таким образом, для обработки поверхности заготовок широкого сортамента с помощью устройства-прототипа необходимо проектировать, изготавливать и обслуживать большое количество устройств, обрабатывающих поверхности заготовок весьма близких диаметров;
- его громоздкость и материалоемкость, так как роликовые проводки обладают значительными габаритами, особенно, если обработке подвергают заготовку большого диаметра. Кроме того, двух пар роликов, расположенных крест-накрест (под углами 45° к горизонту) при этом может не хватить для полного охвата ими заготовки. Большие габариты герметичной камеры вызваны необходимостью размещения в ней роликовых узлов, и это неоправданно увеличит объем используемого раствора канифоли и паров растворителя, что повысит пожароопасность производства и опасность для здоровья персонала;
- низкая эффективность и качество последующего процесса волочения заготовок из высокопрочных металлов и сплавов.
Задачами предлагаемой полезной модели являются:
- повышение качества обработки поверхности заготовок любых, как угодно больших диаметров;
- снижение габаритных размеров устройства;
- повышение эффективности процесса последующего волочения заготовок из высокопрочных металлов и сплавов.
Указанные задачи решаются тем, что в устройстве для подготовки поверхности длинномерной цилиндрической заготовки к волочению, содержащем ванну с раствором канифоли, вытяжное устройство, обтиры, частично погруженные в раствор, вводную и выводную, снабженную проходной трубкой проводки, согласно полезной модели, обтиры закреплены на лепестках, на которые разделено коническое основание, лепестки подпружинены к заготовке симметрично ее оси, коническое основание размещено сужающейся частью в направлении протяжки заготовки и снабжено приводом вращения относительно той же оси.
Кроме того, вытяжное устройство камеры может содержать горелку для утилизации паров растворителя.
Полезная модель поясняется следующими чертежами:
фиг.1 - камера для подготовки поверхности цилиндрической заготовки к волочению (направление выхода заготовки из камеры показано контурной стрелкой, протягиваемая через камеру заготовка меньшего диаметра показана штриховой линией, раствор помечен штриховкой, а его уровень - «поплавком»);
фиг.2 - аксонометрия обмазочного узла камеры, содержащей плоские, закрепленные на лепестках конического основания и подпружиненные обтиры;
фиг.3 - горелка для безопасной утилизации паров растворителя канифоли.
Устройство для подготовки поверхности длинномерной цилиндрической заготовки к волочению выполнено следующим образом.
Длинномерная цилиндрическая заготовка 1 помещена в камеру 2 (фиг.1) для ее протяжки. Камера снабжена устройством для вытяжки паров растворителя, состоящим из вентилятора 3 и горелки 4, сообщающихся, например, резинометаллическим рукавом 5. В своей нижней части камера содержит ванну 6 с раствором 7 канифоли. Обтиры 8 выполнены, например, из фетра или войлока и частично погружены в раствор. На входе и выходе камера содержит вводную 9 и выводную 10 проводки, включающие входную 11 и две выходные 12 износостойкие волоки. Выводная проводка снабжена зафиксированной между выходными волоками проходной трубкой 13. Обтиры закреплены на лепестках 14 конического основания 15, на которые оно разделено, и упруго прижаты к заготовке симметрично относительно оси ее протяжки. Коническое основание размещено сужающейся частью в направлении протяжки заготовки и снабжено приводом вращения относительно оси протяжки. Привод вращения состоит из установленной в подшипниках втулки 16, и, например, цепной передачи, которая, в свою очередь, состоит из цепи 17, ведомой 18 и ведущей 19 звездочек, понижающего редуктора 20 и тихоходного электродвигателя 21.
Обмазочный узел (фиг.2) содержит несущее кольцо 22, соединенное с коническим основанием и с приводной втулкой. Количество упругих лепестков соответствует количеству обтиров. Посредством пластин 23 и крепежных элементов 24 (винтов) на лепестках укреплены обтиры. Таким образом, роликовые узлы из конструкции камеры исключены, что существенно снижает габариты и объем камеры, что ведет к выполнению задачи 2 полезной модели.
Устройство содержит горелку для безопасной утилизации паров растворителя канифоли при их выходе в окружающую воздушную среду (фиг.3). Горелка содержит цилиндрический корпус 25 и имеет коническое дно 26. В его центре расположена форсунка 27. Показаны отверстие 28 для выхода продуктов сгорания в атмосферу, перекрытое металлическими сетками 29 с достаточно мелким размером ячейки. Эти сетки могут быть выполнены, например, из меди. Такой же сеткой прикрыты отверстия 30 для захода в горелку наружного воздуха (при необходимости). Подобными сетками перекрыто сечение потока паров растворителя к форсунке. В горелке условно показано приспособление для электрического авторозжига паров растворителя (наподобие применяющихся в бытовых газовых плитах), к которому подведены электрические провода 31.
Устройство для подготовки поверхности длинномерной цилиндрической заготовки к волочению работает следующим образом.
В поточной технологической линии (не показана) протягивают длинномерную цилиндрическую заготовку 1 (фиг.1). После механической очистки от окалины она по этой же линии проходит через вводную проводку 9 с входной волокой 11 и далее проходит через объем камеры 2. В нижней ее части ванна 6 заполнена поддерживаемым на необходимом уровне раствором 7 канифоли. Проходя через камеру, заготовка смачивается и обтирается раствором канифоли, контактируя с мягкими и пористыми обтирами 8. Если на поверхности имеются пылевидные остатки уже счищенной окалины, они также обтираются и переходят на обтиры.
Действительно, подсмазочное покрытие получается обмазкой раствором канифоли, что обеспечивает его большую толщину и сплошность. А то, что здесь обмазывание осуществляется с помощью специального конического основания с закрепленными на его лепестках и подпружиненными в разные стороны обтирами, дает полную независимость конструкции устройства от диаметра заготовки, то есть качество подсмазочного покрытия не зависит от диаметра заготовки. Тем самым выполняется 1-я задача полезной модели. При этом затраты времени на специальную настройку не нужны, пусть даже ранее обрабатывалась заготовка большего или меньшего диаметра.
Таким образом, получаемое с помощью устройства подсмазочное покрытие характерно большей толщиной и сплошностью по окружности сечения заготовки, так как простое контактирование обтиров с поверхностью заготовки здесь заменено обмазкой со скольжением обтиров по поверхности заготовки. Например, качество окраски кистью всегда выше, чем качество окраски валиком (накатка лакокрасочного покрытия). Это позволяет повысить эффективность последующего в поточной линии волочения заготовок из высокопрочных металлов и сплавов, то есть выполняется 3-я задача полезной модели. И это также достигается независимо от диаметра заготовки.
Поскольку обтиры 8 посредством пластин 23 и винтов 24 связаны с лепестками 14 конического основания 15 (фиг.2), которое через несущее кольцо 22, приводную втулку 16 и цепную передачу (ведомую 18, ведущую 19 звездочки и цепь 17) и редуктор 20 приводится во вращение от электродвигателя 21 (фиг.1). Обтиры обмазочного узла (фиг.2) оставляют на металле заготовки сплошной слой раствора канифоли, который быстро высыхает из-за летучести растворителя. Снятые обтирами пылевидные остатки ранее счищенной окалины при повторном смачивании обтиров раствором в ванне 6 выпадают на дно камеры. Они периодически утилизируются при обслуживании камеры. Кроме того, коническое основание, с которым скреплены обтиры, должно быть выполнено так, что при заправке заготовки перед ее обработкой оно способствует этой заправке, направляя заготовку верным образом, то есть его ориентация - сужающейся частью в направлении протяжки заготовки и оно снабжено приводом вращения относительно той же оси.
Таким образом, предлагаемое устройство значительно более приспособлено для обработки поверхности заготовок из высокопрочных сталей и сплавов более широкого диапазона диаметров и позволяет повысить износостойкость сменного волочильного инструмента.
Входная волока 11 защищает втулку 16 от ее повреждения заготовкой, и наоборот, заготовка защищена от повреждения втулкой. Далее подобную же роль взаимной защиты элементов камеры и заготовки выполняют выходные 12 волоки выводной проводки 10. Зазоры между заготовкой и этими волоками задают встречный поток воздуха, обдувающий поверхность заготовки и ускоряющий высыхание раствора. Заготовка проходит еще и проходную трубку 13 (фиг.1), концентрирующую встречный поток воздуха вблизи поверхности заготовки, реализуя выгодный принцип противотока, и высыхание заготовки ускоряется. Длину трубки подбирают такой, чтобы с учетом скорости испарения данного растворителя успевало бы происходить полное высыхание жидкого раствора вещества подсмазочного покрытия и последующее в поточной линии волочение этой заготовки происходило бы успешно.
Испаряющийся с поверхности раствора канифоли и поверхности заготовки растворитель, как правило, имеет неприятный запах и раздражает слизистые оболочки верхних дыхательных путей и, наконец, просто вреден для здоровья обслуживающего персонала. Учитывая вредность паров растворителя, они отсасываются из камеры вентилятором 3. В камере формируется пониженное давление и пары не выходят через входное и выходное отверстия наружу. Это обуславливает встречный (по отношению к направлению движения заготовки) поток воздуха через трубку на выходе из камеры. Вентилятор 3 подает поток паров растворителя в рукав 5 к горелке 4 (фиг.3). Они, будучи, как правило, углеводородами в смеси с воздухом, поступающим через отверстия для входа и выхода заготовки- пожаро- или даже взрывоопасны. Для безопасной утилизации пары через рукав подаются к горелке еще через металлические сетки 29. Их воспламенения за счет передачи тепла и пламени не происходит, так как металлические (например, медные) сетки характерны высокой теплопроводностью и теплоемкостью. Передаваемое пламя горения паров растворителя, когда они контактируют с металлической сеткой, быстро затухает.
Если сетка 29 выполнена из меди и с малым размером ячейки, вероятность передачи пламени ниже, и эффективность действия такого противопожарного заграждения повышается из-за высокой теплопроводности меди и заметного возрастания теплопроводности воздушной прослойки между передаваемым пламенем и металлом (медью) сетки из-за уменьшения ее толщины (в среднем, из-за уменьшения размера ячейки).
Таким образом, пройдя защитные сетки, горючие пары посредством конуса 26 направляются в форсунку 27. Сразу же происходит их подпитка воздухом, поступающим из отверстий 30, также прикрытых такой же сеткой, и благодаря наличию в конструкции горелки элементов периодического автоматического электрического розжига (не показаны), к которым подведены электрические провода 31 питания, происходит Воспламенение этих паров и они таким образом утилизируются. Безопасные для окружающей среды продукты горения (в основном это углекислый газ и водяные пары) далее также проходят такие же защитные сетки 29 и, наконец, выходят из отверстия 28 корпуса 25 горелки наружу. Учитывая, что концентрация паров растворителя заранее не известна и не контролируется, электрический розжиг форсунки должен срабатывать с периодичностью, время которой устанавливается в зависимости от текущей концентрации паров растворителя, его вида и требуемого уровня безопасности.
Благодаря специфическим свойствам растворителя (например, диэтилового эфира, этанола, ацетона, бензола, скипидара), его испарение происходит интенсивно и не требует значительного времени. Это позволяет осуществить все операции по подготовке поверхности заготовки в едином потоке с волочением. Далее, либо непосредственно перед волочильным инструментом, либо отдельно, на подсмазочное покрытие наносят технологическую смазку, преимущественно порошкообразную, например, порошки на основе стеаратов натрия или кальция. На заготовке с подготовленной таким образом поверхностью благодаря липкому покрытию, в волочильном инструменте прочно удерживается технологическая смазка. Заготовка подвергается эффективному обжатию, и слой смазки на ее поверхности выдерживает значительные сдвиговые напряжения при волочении.
При нанесении на поверхность заготовки подсмазочного покрытия, раствор канифоли может подаваться из сосуда его предварительного приготовления в камеру 2 капиллярными трубками (не показаны). Их диаметр определяется капиллярными свойствами раствора, а количество - потребностью в растворе.
Заправка заготовки осуществляется так: через входную проводку 9 и входную волоку 11 (фиг.1) и приводную втулку 16 в камеру 2 проводят заготовку 1 и она попадает в коническое основание 15 обмазочного узла. При этом (фиг.2) меньшее основание усеченного конуса направляет заготовку вскользь по отношению к обтирам 8 и в направлении выводной проводки 10 и выходных волок 12. При этом обтиры не повреждаются заправочным концом заготовки, и экономится время ее заправки. Если заготовка имеет как угодно большой диаметр и некоторую непрямолинейность, коническое основание будет более успешно ее улавливать и направлять в выходную проводку и в проходную трубку, сокращая тем самым время заправки заготовки и защищая обтиры от повреждения заправочным концом заготовки.
Кроме того, обтиров, скрепленных с лепестками 14 основанием, должно быть не менее двух и не более четырех. Это условие гарантирует сплошность обмазки всей поверхности по всей окружности сечения заготовки при любых, как угодно больших ее диаметрах и скоростях протягивания. Если обтира 2 (что может быть при довольно тонкой заготовке), то они могут быть подпружинены в противоположные стороны (под углами 180°), а если их 3 (что выгоднее при больших диаметрах заготовки), то они должны быть подпружинены в направлениях, отстоящих друг от друга на углы 120°. Если их 4 (при еще больших диаметрах), то они должны быть подпружинены под углами 90°, то есть в любом случае -они должны быть расположены симметрично относительно оси протяжки и подпружинены в направлениях к оси протяжки заготовки.
Кроме того, действительно, в этом устройстве исключены роликовые узлы, поэтому она менее громоздка и материалоемка.
Действительно, устройство с находящейся в нем ванной имеет меньшие габариты. Это снижает количество находящегося в ней раствора и повышает безопасность обслуживания, а также улучшает условия компоновки совмещенных поточных линий для бескислотной очистки заготовки от окалины, нанесения на ее поверхность под смазочного покрытия и волочения изделий.
Кроме того, следует отметить, что нанесение подсмазочного покрытия на поверхность заготовки обычно осуществляют, если с нее была удалена окалина. При наличии в технологии очистки процесса деформационного взламывания окалины, такая заготовка, как правило, обладает несколько повышенной твердостью, и поэтому она труднее поддается последующему волочению. Кроме того, окалина, находящаяся на поверхности горячекатаной заготовки или заготовки, подвергшейся термической обработке, обладает значительной хрупкостью и твердостью, что существенно повышает ее абразивные свойства. Поскольку в процессе взламывания окалины окалина отслаивается только частично, оставшийся на поверхности заготовки мелкий абразивный порошок окалины приведет к быстрому износу волочильного инструмента. При использовании предлагаемой камеры такие остатки окалины могут обтираться (частично или полностью) обтирами, смоченными раствором канифоли. Вязкое смоляное подсмазочное покрытие характерно повышенной толщиной и сплошностью, оно может поглощать в себя пылевидные остатки окалины на поверхности механически очищенной заготовки и предотвращать контактирование окалины непосредственно с волочильным инструментом. Это будет способствовать успешному процессу волочения более прочных металлов, в первую очередь, механически очищенных от окалины. Это также повысит эффективности процесса волочения заготовок из высокопрочных металлов.
Кроме того, привод вращения конического основания с обтирами может быть выполнен в виде передаточных элементов, связанных с протягиваемой заготовкой силами трения или зацепления. Действительно, при этом необходимость в приводном двигателе для вращения конического основания отпадает, а его вращение будет производиться за счет протягивания через камеру устройства подготавливаемой к волочению заготовки.
Кроме того, вытяжное устройство может содержать горелку для безопасной утилизации паров растворителя канифоли.
Действительно, химический состав канифоли, скипидара и любого другого растворителя в основном включает в себя только углерод и водород, то есть они являются углеводородами, и в результате их сгорания получаются только лишь водяной пар и углекислый газ. Экологическая безопасность гарантируется очень малым количеством продуктов горения в силу малого количества исходных веществ и потому малым содержанием углекислого газа.
Помимо этого, в качестве растворителя может быть использован и скипидар.
Действительно, скипидар, в сущности, как и канифоль, есть составная часть живичного сока деревьев хвойных пород, и он также может, частично или полностью, исполнять роль канифоли - образовывать подсмазочное покрытие. Кроме того, в качестве растворителя может быть использована любая горючая жидкость, которая по своим физико-химическим свойствам подходит в каждом конкретном случае, то есть она должна быть хорошим растворителем для канифоли и быстро высыхать, то есть быть достаточно летучей.
Если будет применен раствор канифоли в скипидаре, следует опытным путем подобрать долю добавляемой в скипидар канифоли, так как она лишь «загущающая добавка». Предсказать поведение этого высыхающего раствора как вещества для подсмазочного покрытия пока не представляется возможным.
Таким образом, все это обеспечивает дальнейшее повышение степени сплошности нанесения подсмазочного покрытия и экономит довольно дорогостоящий природный или синтетический смолистый материал - канифоль.
Таким образом, полезная модель позволяет повысить эффективность процесса волочения высокопрочных металлов, например, из титана, тантала, осмия, нержавеющих сталей, вольфрама, молибдена и других металлов и сплавов, независимо от их диаметра и за счет увеличения толщины и повышения степени сплошности подсмазочного покрытия из канифоли. Благодаря высокому уровню адгезионных и адсорбционных свойств (высокой липкости), подсмазочное покрытие из канифоли успешно воспринимает воздействие на технологическую смазку в деформационной зоне волочильного инструмента даже при больших нормальных и сдвиговых напряжениях при волочении указанных качественных металлов.
Предполагаемая полезная модель в производстве проволоки или калиброванных сталей позволит шире использовать эффективные и экологически безопасные бескислотные (физические и механические) методы удаления с поверхности длинномерных цилиндрических горячекатаных заготовок окалины. Такая очистка от окалины должна производиться в составе технологических поточных линий, включающих волочильные станы.