Устройство для волочения длинномерных изделий

Полезная модель относится к обработке металлов давлением-волочением, а именно к инструментам для волочения проволоки и пруткового материала из черных и цветных металлов.
Известно устройство для волочения круглых профилей, содержащее корпус, в который вмонтирована напорная трубка с профилированной внутренней поверхностью и волока, выполненная с выемками на конической части, а также механизм вращения корпуса [патент RU N 2086323, В21С 3/14, опубл. 10.08.1997 г.].
Недостатками данного устройства является сложность конструкции, обусловленная наличием напорной втулки и механизма принудительного вращения корпуса одновременно с напорной втулкой и волокой, а также является сложность изготовления самой напорной втулки и нестабильность ее работы в довольно узком скоростном режиме.
Известно устройство для волочения длинномерных изделий, применяемое в способе получения ультрамелкозернистых полуфабрикатов волочением со сдвигом, содержащее две расположенные последовательно конические волоки, одна из которых выполнена неподвижной, а другая с возможностью вращения вокруг оси [патент RU №2347633, В21С 1/00, опубл. 27.02.2009]. Принудительным вращением волоки обеспечивают дополнительную деформацию сдвига металла посредством заданного относительно оси вращения эксцентриситета, образованного конусным каналом волок. Указанный аналог обладает рядом существенных недостатков, которые затрудняют применение его на практике в промышленных условиях. Необходимость дополнительного привода принудительного вращения волоки усложняет конструкцию данного устройства. Кроме того, данное устройство не позволяет синхронизировать линейную и угловую скорости волочения и вращения, что при нестабильных режимах протяжки проволоки в этом устройстве приводит к браку продукции.
Известно техническое решение, наиболее близкое к предлагаемому и принятое в качестве прототипа, в котором раскрыта вращающаяся волока, содержащая волочильный канал, состоящий из входного рабочего, цилиндрического калибрующего и выходного участков, у которой рабочий участок волочильного канала выполнен в виде чередующихся со впадинами деформирующих выступов с конической поверхностью, вершинами, сходящимися к началу калибрующего участка [авт. свид. SU №1794523, В21С 3/02, опубл. 15.02.1993].
Одним из основных условий стабильного процесса волочения (соответственно, отсутствия брака продукции) является синхронность вращения волоки со скоростью протяжки. В данном устройстве волока приводная и, чтобы добиться такой синхронности, привод вращения волоки должен иметь обратную связь с приводом волочильного стана, что значительно усложняет конструкцию и эксплуатацию.
Выполнение деформирующих выступов на рабочем участке волочильного канала волоки с нулевым смещением относительно оси волочения приводит к неравномерной сдвиговой деформации поверхности металла по длине протягиваемого изделия, что приводит к неравномерности механических свойств, вплоть до скальпирования поверхностных слоев.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в упрощении конструкции устройства, улучшении технологии процесса волочения.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для волочения длинномерных изделий, содержащем корпус, установленную в нем с возможностью вращения вокруг оси волочения обойму с волокой, волочильный канал которой состоит из входного, рабочего, конусного участка, цилиндрического калибрующего и выходного конусного участков, при этом рабочий участок волочильного канала выполнен в виде чередующихся со впадинами деформирующих выступов, площадь поверхности которых уменьшается до нуля к началу калибрующего участка, деформирующие выступы на рабочем участке волочильного канала выполнены по винтовой линии. Деформирующие выступы на рабочем участке волочильного канала могут быть выполнены как по правой, так и по левой винтовой линии, а угол между образующей конусного рабочего участка и осью винтовой линии находится в интервале: больше 0° - меньше 90°.
Технологический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в следующем:
Выполнение деформирующих вступов на рабочем участке волочильного канала волоки по винтовой линии обеспечивает синхронное самовращение волоки в корпусе-подшипнике за счет появления усилия сдвиговой деформации проволоки при продольном протягивании. Синхронность продольного волочения с вращением волоки поддерживается на любых скоростях волочения. Изменяя величину угла "α°" между образующей конусного рабочего участка и осью винтовой линии и его знак, получаем необходимую скорость вращения волоки в обойме и его направление.
Деформация обжатия совершается за счет усилия продольной вытяжки и одновременно за счет момента вращения волоки. Расположение выступов под углом к оси волочения позволяет равномерно осуществлять деформацию сдвига, в итоге получать однородность структуры металла по длине и равномерность механических свойств.
При волочении металла происходит наклеп, который уменьшает пластичность и повышает поверхностную прочность металла. Использование в одном маршруте волочения волок с разным направлением вращения, а именно чередование направлений вращения волок, уменьшает поверхностное упрочнение металла и позволяет исключить промежуточную термообработку.
Выполнение деформирующих выступов под углом к оси волочения улучшает захват волочильной смазки с одновременным увеличением давления смазки в зоне деформации, что значительно снижает трение в узле деформации и улучшает технологию процесса волочения.
Для пояснения предлагаемой полезной модели предложены чертежи:
фиг. 1 - изображена схема устройства для волочения длинномерных изделий согласно полезной модели;
фиг. 2 - изображена волока;
фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2.
Устройство состоит из корпуса 1, выполненного из радиально-упорного закрытого подшипника, в котором установлена с возможностью вращения обойма 2 с волокой 3. Волочильный канал волоки 3 содержит рабочий конусный участок 4, цилиндрический калибрующий участок 5 и выходной конусный участок 6. Рабочий участок 4 выполнен в виде чередующихся со впадинами деформирующих выступов 7, площадь поверхности выступов 7 плавно уменьшается до нуля к началу калибрующего участка 5. Выступы 7 выполнены по винтовой линии, угол α° между образующей конусного рабочего участка 4 и осью винтовой линии выбран в интервале: больше 0° - меньше 90°.
Устройство работает следующим образом.
Были изготовлены волоки 3, деформирующие выступы 7 на рабочих участках 4 волочильного канала которых были выполнены по правым и левым винтовым линиям, угол α° между образующей конусного рабочего участка 4 и осью винтовой линии был выбран равным 9°. Волока 3 запрессована в стальную обойму 2 и установлена в корпус 1, выполненный из радиально-упорного закрытого подшипника. В маршруте волочения вращение соседних волок было прямопротивоположное.
Катанка из стали СВ08 диаметром ∅ 5,5 мм протягивалась с обычными волоками по маршруту:
Катанка из стали СВ08 диаметром ∅ 5,5 мм протягивалась с заявленными вращающимися волоками по маршруту:
Выполнение деформирующих выступов по винтовой линии обеспечивает самовращение волоки, что позволяет обойтись без дополнительного привода вращения, а это значительно упрощает конструкцию устройства.
Применение заявленных вращающихся волок позволило полностью ликвидировать овальность готовой проволоки, а также снизить трение в узле деформации и соответственно уменьшить усилие волочения, что привело к снижению энергопотребления двигателем тянущего барабана и увеличению стойкости волок. Уменьшение усилия волочения дает возможность увеличивать скорость волочения при сохранении качества проволоки.
Предлагаемое техническое решение позволяет сократить количество переходов в маршруте, соответственно, сократить затраты на производство, повысить стабильность и увеличить производительность технологического процесса.