|
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 мм2/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.
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:
Травление:
4AL+4Н3PO4 → 4ALPO4 + 6Н2↑
Образование слоя:
3Zn(H2PO4)2 → Zn3(PO4)2↓ + 4Н3РO4
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 мм2/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).
Роман Маслов.
По материалам зарубежных изданий.
|
