Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна металургійна академія України

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Спеціальність 05.03.05 "Процеси та машини обробки тиском"

Розробка та освоєння ефективної технології сухого волочіння сталевої катанки після механічного видалення окалини

Ломов Ілля Миколайович

Дніпропетровськ 2002

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національній металургійній академії України Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник:

доктор технічних наук, доцент ДОЛЖАНСЬКИЙ Анатолій Михайлович, Національна металургійна академія України, м. Дніпропетровськ, професор кафедри технологічного проектування

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, старший науковий співробітник ЖУЧКОВ Сергій Михайлович, Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова Національної Академії наук України, м. Дніпропетровськ, заступник директора;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник ЛОБАНОВ Олександр Іванович, Державний науково-дослідний і конструкторсько-технологічний інститут трубної промисловості ім. Я.Ю. Осади, м.Дніпропетровськ, завідуючий лабораторією

Провідна установа:

Дніпродзержинський державний технічний університет, кафедра обробки металів тиском, Міністерство освіти і науки України, м. Дніпродзержинськ.

Захист відбудеться "18" березня 2003 р. в 1230 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д08.084.02 Національної металургійної академії України за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна 4.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національної металургійної академії України за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, пр.Гагаріна 4.

Автореферат розісланий "15" лютого 2003 р.

В.о. вченого секретаря спеціалізованої вченої ради Л.В. Бойко

1. Загальна характеристика роботи

волочіння дріт підмастильний окалина

Головною задачею сучасного виробництва металовиробів є підвищення якості і конкурентоспроможності готової продукції з одночасним зменшенням забруднення навколишнього природного середовища. У зв'язку з цим на перший план у цій галузі виходить розробка ефективних технологій з мінімізацією використання кислоти при підготовці поверхні заготовки (катанки) до волочіння.

Актуальність теми. Волочіння сталевого дроту з використанням сухих технологічних мастил (мил) в Україні реалізується на більш, ніж 60 підприємствах. При виробництві близько 70% продукції використовується технологія волочіння, яка включає хімічну підготовку поверхні катанки (травлення в розчинах кислот і мокре нанесення підмастильного покриття), сушку, поточне нанесення сухого мастила і волочіння. За наявності ряду переваг (високі якість продукції і продуктивність) недоліками цієї технології є високі витрати на травлення і забруднення навколишнього природного середовища.

Знаходить застосування також технологія волочіння катанки діаметром до 7 мм з механічним видаленням окалини в роликових окалиновідламувачах з подальшими поточним нанесенням мастила і волочінням. До переваг цієї технології можна віднести низькі витрати на перероблення та істотне зменшення навантаження на навколишнє природне середовище. Проте механічне видалення окалини супроводжується різким зниженням адгезії сухих мильних мастил до свіжообчищеної поверхні металу. В поєднанні із зростанням шершавості поверхні заготовки (внаслідок проходження роликового окалиновідламувача) це приводить до зростання тертя, підвищеного зношення волок, високої обривності, збільшення енерговитрат, погіршення якості продукції і зниження продуктивності обладнання. Одночасно проблематичним також є освоєння механічного видалення окалини при волочінні заготовки з діаметром до 12 мм, яка використовується при виготовленні ланцюгів сільськогосподарських машин, крупного кріплення та ін. В результаті можливості застосування екологічно безпечної технології механічного видалення окалини в роликових окалиновідламувачах звужуються.

Таким чином, технічним протиріччям в описаному положенні є неможливість одночасної відмови від травлення і збереження існуючих показників роботи устаткування і якості продукції. У зв'язку з цим задача розробки наукових основ удосконалення і освоєння ефективної технології сухого волочіння сталевої катанки після механічного видалення окалини є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Виконання дисертаційної роботи пов'язано з тематичними планами наукових досліджень Національної металургійної академії України (НМетАУ). Дослідження виконані в рамках програм, відповідних тематиці науково-дослідних робіт кафедри технологічного проектування НМетАУ (ДР №0157U009654, ДР №0100U000769). Автор був виконавцем указаних робіт.

Мета й задачі дослідження. Метою роботи є розробка наукових основ удосконалення і освоєння ефективної технології сухого волочіння сталевої катанки після механічного видалення окалини із забезпеченням прийнятних продуктивності і якості готової продукції при зменшенні забруднення навколишнього природного середовища.

Для досягнення поставленої мети були сформульовані і вирішені такі задачі.

1. Експериментально вивчити силові умови деформації заготовки в роликовому окалиновідламувачі і, зокрема, при його використанні в технологічному потоці з волочінням. Оцінити адекватність відомих методів визначення силових умов видалення окалини реальним експериментам. Вдосконалити метод розрахунку силових умов деформації заготовки в роликовому окалиновідламувачі з найповнішим обліком всіх чинників, що впливають.

2. Визначити раціональне співвідношення геометричних характеристик робочого органу окалиновідламувача і заготовки, що деформується, забезпечуючи високу якість очищення від окалини і мінімальні енерговитрати на деформацію металу.

3. На підставі отриманих даних розробити і освоїти технологію волочіння товстої (до 12 мм) заготовки з поточним механічним видаленням окалини.

4. Виконати експериментальні дослідження адгезії речовин сухого технологічного мастила (підмастильного покриття і мастильної речовини) до поверхні сталевої волочильної заготовки після механічного видалення окалини. Визначити закономірності і розробити спосіб підвищення антифрикційної ефективності сухих порошкових речовин технологічного мастила.

5. На основі розробленого способу активації часток сухого технологічного мастила розробити і випробувати у промислових умовах технологію і пристрій для безперервного нанесення підмастильного покриття на заготовку в потоці з волочінням після механічного видалення окалини.

Об'єкт дослідження. Технологія волочіння сталевого дроту з використанням сухих мильних мастил.

Предмет дослідження. Силові умови волочіння дроту з використанням сухих технологічних мастил після механічного видалення окалини з поверхні заготовки.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження засновані на фундаментальних закономірностях теорії обробки металів тиском. Вивчення антифрикційної ефективності сухих порошкоподібних речовин проводилося на основі фундаментальних закономірностей фізики. При визначенні закономірностей впливу активації часток технологічного мастила на силові умови волочіння використовувалося планування експериментів по ортогональних латинських квадратах. Силові параметри при деформації металу вимірювалися сучасною тензометричною апаратурою. Для статистичної обробки результатів досліджень застосовувалися сучасні методи на базі комп'ютерної техніки останнього покоління. При проведенні експериментів використані високоточні терези, що пройшли державну перевірку. Механічні властивості металу визначалися в стандартних розривних випробуваннях.

Наукова новизна. Наукову новизну мають перераховані нижче результати теоретичних і експериментальних досліджень, вперше отримані в дисертації.

1. Вперше експериментально, зокрема, з використанням планів, які побудовані по ортогональних латинських квадратах 5-го порядку, визначені закономірності і знайдені умови підвищення антифрикційної ефективності сухих порошкоподібних речовин волочильного технологічного мастила в осередку деформації шляхом взаємного тертя часток і їхнього контакту з активатором (контртілом тертя) при змащуванні сталевої заготовки після механічного видалення окалини.

Раніше відповідні закономірності і умови стосовно сухого волочіння сталевої катанки відомі не були. Використання нової розробки в лабораторних умовах дозволило збільшити кількість нанесених речовин на поверхню катанки після механічного видалення окалини в 8…20 разів, що супроводилося зменшенням тяглової напруги та відповідних енерговитрат на 6…8 % і коефіцієнта тертя на 10…15 % за рахунок збільшення кількості технологічного мастила в осередку деформації в 2…2,5 рази.

2. Вперше визначені закономірності впливу активації часток технологічного мастила (підмастильного покриття і мастильної речовини) на силові умови і коефіцієнт тертя в осередку деформації при сумісному використанні механічного видалення окалини, поточного нанесення технологічного мастила і волочіння.

Раніше вказані закономірності відомі не були. Активація часток технологічного мастила при поєднанні механічного видалення окалини, поточного нанесення технологічного мастила і деформації дозволяє знизити тяглову напругу і відповідні енерговитрати на 5…10 % за рахунок збільшення кількості мастила в осередку деформації на 30 %, що супроводжується зменшенням коефіцієнта тертя в осередку деформації, в середньому, на 20 %.

3. Вдосконалений метод розрахунку сили протягування заготовки при її деформації в окалиновідламувачі за рахунок урахування тертя заготовки і його роликів.

Використання розробки дозволило підвищити точність визначення силових умов, в середньому, в 2 рази.

4. Отримало подальший розвиток теоретичне і експериментальне визначення раціонального співвідношення геометричних характеристик робочого органу окалиновідламувача і заготовки, що деформується.

Вперше визначено раціональне співвідношення відстані між роликами окалиновідламувача і діаметром заготовки, що деформується. Уточнено співвідношення радіуса роликів і діаметра заготовки, яке забезпечує більш якісне видалення окалини. Отримані обґрунтовані співвідношення дозволили розробити наукові основи розрахунку окалиновідламувача для товстої катанки (до 12 мм) із забезпеченням мінімальних енерговитрат на деформацію металу і високої якісті очищення від окалини.

Практичне значення отриманих результатів. Отримані результати були використані при розробці технології сухого волочіння сталевої катанки після механічного видалення окалини з поточним нанесенням сухого підмастильного покриття.

Розробка вдосконаленого методу розрахунку силових умов деформації заготовки в роликовому окалиновідламувачі дозволила визначити раціональні співвідношення геометричних характеристик його робочого органу і заготовки, що деформується. В результаті створений окалиновідламувач для товстої (до 12 мм) катанки із забезпеченням високої якості очищення від окалини і мінімальних енерговитрат на деформацію металу. Ця розробка використовується в промисловій технології переробки круглої катанки із Сталі 65Г і Сталі 35 діаметром 12 мм волочінням на ТОВ ІІ БаДМ "Дніпропетровський завод ланцюгів і електродів" (акт від 29 жовтня 2001 року).

Також розроблено: новий спосіб активації часток сухого технологічного мастила, технологія і пристрій поточного нанесення сухого підмастильного покриття (Патент 49292А, Україна). Технологія поточного нанесення сухого підмастильного покриття на заготовку після механічного видалення окалини випробувана у виробничих умовах при переробці катанки із Сталі св08А діаметром 6,5 мм волочінням на ТОВ ІІ БаДМ "Дніпропетровський завод ланцюгів і електродів" (акт від 20 березня 2002г.). При цьому визначено, що використання поточного нанесення сухого підмастильного покриття дозволяє знизити тяглові зусилля і відповідні енерговитрати на 5…10%.

Підприємством ТОВ ІІ БаДМ "Дніпропетровський завод ланцюгів і електродів" прийнято рішення про освоєння поточного нанесення сухого підмастильного покриття в одній лінії з розробленим окалиновідламувачем в промисловій технології переробки круглої катанки із Сталі 65Г і Сталі 35 діаметром 12 мм волочінням (акт від 29 жовтня 2001 року).

Особистий внесок здобувача. В дисертації не використані ідеї співробітників, що сприяли виконанню роботи. Всі принципові теоретичні і експериментальні результати, що отримані в дисертації, базуються на розробках і дослідженнях, проведених автором. В процесі виконання роботи автор виконував теоретичні і експериментальні дослідження, аналіз і обробку результатів. Публікації відображують результати досліджень, виконаних при особистій участі автора. Особистий внесок в сумісних публікаціях (в порядку переліку опублікованих робіт): [1] - виконаний аналіз особливостей використання механічного видалення окалини при волочінні; сформульовані задачі і шляхи підвищення антифрикційної ефективності технологічного мастила; [2,6,7] - експериментально визначені закономірності і знайдені умови підвищення антифрикційної ефективності сухих порошкоподібних речовин волочильного технологічного мастила шляхом взаємного тертя часток і їхнього контакту з активатором (контртілом тертя) при змащуванні сталевої заготовки після механічного видалення окалини; [3] - одержані результати практичного використання вдосконаленого методу розрахунку сили протягування заготовки при її деформації в окалиновідламувачі; [4] - експериментально, зокрема, з використанням планів, які побудовані по ортогональних латинських квадратах 5-го порядку, визначені закономірності підвищення антифрикційної ефективності сухих порошкоподібних речовин волочильного технологічного мастила в осередку деформації шляхом взаємного тертя часток і їхнього контакту з активатором (контртілом тертя) при змащуванні сталевої заготовки після механічного видалення окалини; [5] - розроблена технологія нанесення сухого підмастильного покриття на заготовку в потоці з волочінням; [8] - розроблена ефективна технологія сухого волочіння сталевої катанки з механічним видаленням окалини.

Апробація результатів дисертації. Матеріали роботи докладалися і були обговорені на V Міжнародній науково-технічній конференції “Теоретичні проблеми прокатного виробництва” (Дніпропетровськ, 2000); 4th, 5th International Symposium of Croatian Metallurgical Society “Materials and Metallurgy” (Croatia 2000, 2002); VI Міжнародній науково-технічній конференції “Пластична деформація металів” (Дніпропетровськ, 2002); на Об'єднаному науковому семінарі кафедри обробки металів тиском Національної металургійної академії України і прокатних відділів Інституту чорної металургії НАН України (Дніпропетровськ 2000, 2002 г.).

Публікації. Матеріали дисертації опубліковані в 4 статтях в спеціалізованих виданнях, додатково освітлені в 1 деклараційному патенті України, 1 статті і 2 коротких повідомленнях у збірниках, опублікованих за матеріалами конференцій.

Структура дисертації. Робота складається з вступу, чотирьох розділів і висновків. Вона викладена на 142 сторінках, включає: таблиць - 13, малюнків - 40, список використаних джерел з 88 найменувань; додатків - 2.

2. Основний зміст роботи

Аналіз сучасної технології сухого волочіння сталевого дроту (літературний огляд)

Теоретичним фундаментом сучасних технологій волочіння є роботи, присвячені розробці ефективних способів видалення окалини, нанесення підмастильного покриття, мастила і холодної деформації металу. Значний внесок в розвиток цієї галузі знань був зроблений такими вченими як Юхвец І.А., Коковіхин Ю.І., Перлін І.Л., Ерманок М.З., Тарнавській О.Л., Должанський А.М., Гарбер Є.О., Гончаров Ю.В. і ін. Аналіз останніх робіт в області виробництва металовиробів показав, що найактуальнішою задачею сьогодні є відмова від кислотного травлення і перехід до екологічно безпечного механічного видалення окалини. Проте застосування механічного видалення окалини призводить до ряду проблем, пов'язаних з подальшим нанесенням мастила, що у свою чергу супроводжується посилюванням тертя в осередку деформації, підвищенням тяглових зусиль, енерговитрат, зношення волок, погіршенням якості продукції і зниженням продуктивності обладнання.

Традиційна технологія сухого волочіння сталевого дроту, що використовується більшістю підприємств України з виготовлення металовиробів, включає травлення, рідинне нанесення підмастильного покриття у бунтах, поточне нанесення мастила і волочіння. Перевагами цієї технології є висока якість продукції і висока продуктивність. При цьому основними недоліками є високі витрати на видалення окалини в розчинах кислот, забруднення навколишнього природного середовища та несумісність процесів волочіння і видалення окалини.

Альтернативою традиційній технології є волочіння з механічним видаленням окалини. Така технологія включає поточні видалення окалини з поверхні катанки діаметром до 7 мм в роликових окалиновідламувачах, нанесення мастила і волочіння. Основними недоліками тут є знижена продуктивність, низька стійкість робочого інструменту і погіршена якість продукції. Пов'язано це з тим, що адгезія сухого мильного мастила до свіжообчищеної поверхні сталі низька. В результаті зменшується товщина шару мастила в осередку деформації, що в умовах підвищеної шершавості поверхні заготовки (через проходження окалиновідламувача) приводить до підвищеного зношення волок, збільшенню обривності і енерговитрат, погіршенню якості продукції і зниженню продуктивності обладнання.

Аналіз показав, що раціональним шляхом підвищення антифрикційної ефективності технологічного мастила є поточне нанесення підмастильного покриття на заготовку після механічного видалення окалини. Проте всі розроблені до наявної роботи способи поточного нанесення підмастильного покриття не знайшли промислового застосування.

Одночасно проблемою також є використання механічного видалення окалини при волочінні заготовки з діаметром до 12 мм, яка застосовується для виготовлення ланцюгів сільськогосподарських машин, крупного кріплення і ін.

Освоєння волочіння товстої катанки з механічним видаленням окалини пов'язано з необхідністю розробки, відповідного устаткування. Для цього необхідно визначити раціональне співвідношення геометричних характеристик робочого органу окалиновідламувача і заготовки, що деформується, а також розробити ефективний спосіб поточного нанесення сухого підмастильного покриття на сталеву заготовку після механічного видалення окалини з її поверхні перед деформацією.

Теоретичне і експериментальне визначення раціональних умов ефективного використання роликових окалиновідламувачів при сухому волочінні

Проведені експериментальні дослідження процесу видалення окалини при деформації заготовки в роликових окалиновідламувачах з урахуванням впливу знакозмінної деформації на механічні властивості гарячекатаної і холоднодеформованої сталевої заготовки. Досліджені силові умови протягування металу крізь окалиновідламувач. Проведений аналіз адекватності існуючих методів визначення силових умов протягування експериментальним даним. Виявлено, що відомі до наявної роботи методи дають велику розбіжність з результатами експериментальних вимірів. Це зумовило необхідність розробки вдосконаленого методу розрахунку зусилля протягування при деформації заготовки в окалиновідламувачі.

Визначення силових умов протягування проводилося з використанням методу балансу потужностей:

, (1)

де N - повна потужність протягування; Nдеф - потужність деформації;

Nтр - потужність тертя заготовки і роликів; Nподш - потужність, що витрачається на тертя в підшипниках окалиновідламувача.

Потужність деформації при протягуванні дорівнює:

, (2)

де Mi - момент вигину на i-тому ролику, Н·м; - швидкість протягування, м/с; - радіус i-того ролика окалиновідламувача, м; n - кількість роликів окалиновідламувача.

Потужність тертя заготовки і роликів:

, (3)

де Рi - нормальна сила дії заготовки на i-тий ролик, Н;

- коефіцієнт опору протягування заготовки по роликах окалиновідламувача.

Потужність, що витрачається на тертя в підшипниках окалиновідламувача:

, (4)

де - коефіцієнт тертя в підшипнику i-того ролика окалиновідламувача; - діаметр цапфи i-того ролика, м.

Сумарна потужність залежно від сили:

. (5)

Згинаючий момент на i-тому ролику дорівнює:

, (6)

де - середня межа текучості матеріалу заготовки, МПа;

S - пластичний момент опору:

; (7)

- діаметр заготовки, м.

Нормальна сила дії заготовки на ролики окалиновідламувача визначена по співвідношенню:

(8)

де - відстань між роликами окалиновідламувача, м.

Провівши перетворення, отримали кінцевий вираз для визначення зусилля протягування заготовки по роликах окалиновідламувача:

. (9)

Таким чином, вдосконалений метод розрахунку сили протягування заготовки при її деформації в окалиновідламувачі при врахуванні тертя на поверхні його роликів. Порівняння теоретичних і експериментальних значень сили протягування заготовки при її деформації в окалиновідламувачі показало, що розроблений метод розрахунку, в порівнянні з відомими методиками О.Л. Тарнавського, О.Г. Залазинського і Ю.І. Коковіхина дає, в середньому, двократне підвищення точності визначення силових умов.

За допомогою розробленої розрахункової схеми визначено раціональне співвідношення геометричних характеристик робочого органу окалиновідламувача і заготовки, що деформується, забезпечуючи при цьому максимальне очищення поверхні при мінімальних енерговитратах:

відстань між роликами окалиновідламувача повинна знаходитись в діапазоні 15…20 величин діаметру заготовки;

радіус роликів окалиновідламувача повинен знаходитись в діапазоні 3…4 величин діаметру заготовки.

Розробка та дослідження технології сухого поточного нанесення підмастильного покриття на катанку після механічного видалення окалини

Розроблено методику оцінки адгезійної здібності сухих порошкових речовин технологічного мастила до поверхні заготовки після механічного видалення окалини по питомій кількості нанесених речовин. Нанесення здійснювалося двома способами:

1. одноразовий контакт зразка заготовки з речовиною покриття;

2. нанесення в умовах активації - шляхом багаторазового контакту часток покриття з контртілом тертя (активатором) і з подальшим контактом із зразком заготовки.

В дослідах враховано вплив динамічних навантажень на заготовку, що виникають при реальному волочінні, шляхом багаторазового ударного навантаження зразка з покриттям.

Проведено експериментальне вивчення адгезії сухих порошкоподібних речовин технологічного мастила до поверхні волочильної заготовки після механічного видалення окалини в звичайних умовах (протягування крізь шар речовин). Досліджувалися такі речовини підмастильного покриття: вапно (В), тальк (Т), триполіфосфат натрію (ТПФ); змащувальні речовини: стеарат натрію з присадками (СНП), мильний порошок (МП), мильний порошок з 15% вапна (МПВ), омиленні висушені жири з присадками (ОВЖП). Нанесення здійснювали також і в поєднанні: підмастильне покриття та(+) мастильна речовина. Результати досліджень наведені в таблиці 1. Аналіз отриманих даних показав, що нанесення технологічного мастила на заготовку після механічного видалення окалини в звичайних умовах недостатнє для ефективного волочіння.

Виявлена необхідність підвищення адгезії речовин сухого технологічного мастила до поверхні заготовки після механічного видалення окалини.

Таблиця 1 Середня кількість (г/м2) матеріалів нанесених на поверхню зразка катанки після механічного видалення окалини

Матеріал покриття	Без активації	З активацією
	без моделювання динамічних навантажень	при моделюванні динамічних навантажень	без моделювання динамічних навантажень	при моделюванні динамічних навантажень
В	1,9	1,6	137	24
Т	11	3,2	154	9
ТПФ	0,1	0,09	24	3,5
СНП	3,3	1,3	60	13
МПВ	1,1	0,7	43	6,4
МП	1,9	0,9	79	7,8
ОВЖП	1,5	0,9	33	6,2
В+МПВ	2,9	1,1	120	15
В+МП	1,5	1,1	83	8,4
В+ОВЖП	2,9	1,5	118	16
Т+МПВ	5,1	1,4	26	5,8
Т+МП	2,9	1,5	34	9,4
Т+ОВЖП	3,6	1,5	32	7,7

Розроблений спосіб і пристрій для активації часток сухих порошкових речовин технологічного мастила до сталевої поверхні. Підвищення адгезії відбувалося в результаті багаторазового контакту часток покриття з матеріалом внутрішньої поверхні пристрою, що має високий питомий об'ємний електричний опір. Аналіз показав, що можливою причиною зростання адгезії є придбання частками технологічного мастила в результаті зіткнень електричного заряду, що дозволяє їм більш інтенсивно захоплюватися поверхнею сталевої заготовки, збільшуючи таким чином товщину шару технологічного мастила. Проведено експериментальне дослідження адгезії сухих порошкових речовин технологічного мастила до поверхні волочильної заготовки після механічного видалення окалини в умовах активації часток технологічного мастила. Результати наведені в таблиці 1. Досліди в умовах активації дають, в середньому, 8…20-разове підвищення питомої кількості нанесених речовин в порівнянні з нанесенням одноразовим контактом. Проведено дослідження впливу питомого об'ємного опору матеріалу внутрішньої поверхні пристрою (контртіла тертя), інтенсивності нанесення, шершавості поверхні заготовки, твердості заготовки і вмісту вуглецю в заготовці на ефективність нанесення. Визначені оптимальні співвідношення вказаних параметрів нового способу нанесення. Дослідження проводилися за допомогою терезів з точністю 10-6 г. Всього проведено близько 2000 зважувань (не менше 30 в кожній серії) з подальшою статистичною обробкою результатів.

На основі описаного способу розроблена технологія і сконструйовано пристрій для поточного нанесення сухого підмастильного покриття на заготовку в лінії волочіння. Оптимальні режими роботи пристрою виявили в ході експериментальних досліджень з використанням планів експериментів, побудованим по ортогональних латинських квадратах 5-го порядку. Було вивчено вплив матеріалу підмастильного покриття, виду мастильної речовини, інтенсивності активації складових технологічного мастила на його антифрикційну ефективність в осередку деформації. Знайдено співвідношення вказаних параметрів, яке забезпечує зниження тяглових напруг, відповідних енерговитрат на 6…8 % і коефіцієнта тертя на 10…15 % за рахунок збільшення кількості мастила в 2…2,5 рази в порівнянні з волочінням заготовки, обробленої тільки роликовим окалиновідламувачем.

Розробка, промислове випробування та освоєння ефективної технології сухого волочіння сталевої катанки після механічного видалення окалини

На основі проведених досліджень розроблена ефективна технологія волочіння сталевої катанки після механічного видалення окалини.

Промислові випробування технології і пристрою для поточного нанесення сухого підмастильного покриття на заготовку проводилися на стані багаторазового волочіння 2500/5 UDZSA, який знаходиться в експлуатації на ТОВ ІІ БаДМ "Дніпропетровський завод ланцюгів і електродів". Переробці піддавали катанку з номінальним діаметром 6,5 мм із сталі св08А. Маршрут деформації був 6,55,704,704,023,602,95 мм. Волочіння було реалізовано за варіантами:

3. звичайна технологія, що використовується на заводі: механічне видалення окалини, нанесення мастила (омиленні натуральні жири) і деформація;

4. нова технологія: механічне видалення окалини, поточне нанесення підмастильного покриття, нанесення мастила (омиленні натуральні жири) і деформація.

За допомогою тензометричної апаратури проводилися виміри силових умов волочіння. Кількість мастила на дроті визначали ваговим методом. Коефіцієнт тертя визначали методом зворотного перерахунку по формулі О.О. Дінніка. Визначено закономірності впливу активації часток технологічного мастила (підмастильного покриття і мастильної речовини) на силові умови і коефіцієнт тертя в осередку деформації при поєднанні механічного видалення окалини, поточного нанесення технологічного мастила і волочіння. В результаті експериментів виявлено, що активація часток технологічного мастила дозволяє знизити тяглову напругу і відповідні енерговитрати на 5…10 % за рахунок збільшення кількості мастила в осередку деформації на 30 %, що супроводиться зменшенням коефіцієнту тертя в осередку деформації, в середньому, на 20 %.

Технологія волочіння товстої (близько 12 мм) заготовки з поточним видаленням окалини в роликовому окалиновідламувачі освоєна на ТОВ ІІ БаДМ "Дніпропетровський завод ланцюгів і електродів". Роликовий окалиновідламувач для товстої заготовки розроблений і сконструйований на основі отриманих раціональних співвідношень геометричних характеристик його робочого органу і заготовки, що деформується. За допомогою розробленої технології виготовляється дріт зі Сталі 35 і Сталі 65Г, який призначений для виготовлення пальців ланцюгів сільськогосподарських машин.

На підставі успішних промислових випробувань підприємством ТОВ ІІ БаДМ "Дніпропетровський завод ланцюгів і електродів" було ухвалено рішення про освоєння всіх складових ефективної технології волочіння сталевої катанки: роликового окалиновідламувача для товстої (12 мм) заготовки, пристрою для поточного нанесення підмастильного покриття та волочильного стану в одній поточній технологічній лінії.

Висновки

В дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове рішення науково-технічної задачі, яка полягає в розробці основ вдосконаленої технології волочіння дроту, що включає механічне видалення окалини з поверхні катанки в пристрої, що має раціональні геометричні характеристики, з подальшим поточним нанесенням сухого підмастильного покриття, мастильної речовини і деформацією металу.

1. На підставі аналізу існуючого стану теорії і практики волочіння дроту та науково-технічної літератури показано, що розробка вдосконалених технологій підготовки волочильної заготовки до деформації з використанням прийомів, що підвищують ефективність механічного видалення окалини і антифрикційну ефективність сухого технологічного мастила, є актуальною задачею.

2. В роботі вдосконалений метод розрахунку сили протягування заготовки при її деформації в окалиновідламувачі за рахунок урахування тертя заготовки і його роликів. Використання розробленого методу дозволило підвищити точність визначення силових умов, в середньому, в 2 рази.

3. Отримало подальший розвиток теоретичне і експериментальне визначення раціонального співвідношення геометричних характеристик робочого органу окалиновідламувача і заготовки, що деформується. Вперше визначено раціональне співвідношення відстані між роликами окалиновідламувача і діаметром заготовки. Уточнено співвідношення радіуса роликів і діаметра заготовки, яке забезпечує більш якісне видалення окалини. Отримані обґрунтовані співвідношення дозволили розробити наукові основи розрахунку окалиновідламувача для товстої катанки (до 12 мм) із забезпеченням мінімальних енерговитрат на деформацію металу і високої якості очищення від окалини.

4. В роботі вперше експериментально, зокрема, з використанням планів, які побудовані по ортогональних латинських квадратах 5-го порядку, визначені закономірності і знайдені умови підвищення антифрикційної ефективності сухих порошкових речовин волочильного технологічного мастила в осередку деформації шляхом взаємного тертя часток і їхнього контакту з активатором (контртілом тертя) при змащуванні сталевої заготовки після механічного видалення окалини. Експериментально вивчено вплив матеріалу підмастильного покриття, виду змащувальної речовини, інтенсивності підвищення адгезії складових технологічного мастила (інтенсивність взаємного тертя часток і активатора і питомий об'ємний електроопір поверхні активатора) на антифрикційну ефективність мастила в осередку деформації. Використання нової розробки в лабораторних умовах дозволило збільшити кількість нанесених речовин на поверхню катанки після механічного видалення окалини в 8…20 раз, що супроводжувалось зменшенням тяглової напруги, відповідних енерговитрат на 6…8 % і коефіцієнта тертя на 10...15 % за рахунок збільшення кількості технологічного мастила в осередку деформації в 2…2,5 рази.

5. В роботі вперше визначені закономірності впливу активації часток технологічного мастила (підмастильного покриття і мастильної речовини) на силові умови і коефіцієнт тертя в осередку деформації при сумісному використанні механічного видалення окалини, поточного нанесення технологічного мастила і волочіння. Використання вдосконаленої технології дозволяє зменшити тяглову напругу і відповідні енерговитрати на 5…10 % за рахунок збільшення кількості мастила в осередку деформації на 30 %, що супроводжується зменшенням коефіцієнта тертя в осередку деформації, в середньому, на 20 %.

6. Вперше на підставі теоретичних розробок і експериментальних досліджень створені і випробувані у виробничих умовах напівпромисловий зразок пристрою поточного нанесення сухого підмастильного покриття і промисловий зразок роликового окалиновідламувача для товстої (близько 12 мм) катанки з низько- і середньовуглецевої сталі. Промислові випробування пристроїв підтвердили ефективність їхнього використання. Окалиновідламувач для товстої заготовки використовується в промисловій технології переробки круглої Сталі 65Г і Сталі 35 діаметром 12 мм волочінням на ТОВ ІІ БаДМ "Дніпропетровський завод ланцюгів і електродів" (акт від 29 жовтня 2001 року). Пристрій для поточного нанесення сухого підмастильного покриття на заготовку після видалення окалини випробуваний в умовах виробництва (акт від 20 березня 2002г.) і ухвалений до впровадження: в поточний лінії передбачена технологічна відстань для встановлення пристрою (акт від 29 жовтня 2002г.).

Основний зміст дисертації опублікований у роботах

1. Должанский А.М., Ломов И.Н., Клюев Д.Ю. Эффективность использования механического удаления окалины при волочении стальной катанки // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2000. - №3. - С.60-61.

2. Должанский А.М., Ломов И.Н. Нанесение сухих волочильных смазок на заготовку после механического удаления окалины // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2002. - №2. - С.48-49.

3. Должанский А.М., Ломов И.Н., Голобурда Ю.В., Должанский О.А., Соколов В.В., Мельник В.Д. Освоение волочения заготовки из Стали 65Г для валиков цепей // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2002. - №4. - С.48.

4. Должанский А.М., Ломов И.Н. Нанесение сухого подсмазочного покрытия на катанку в потоке с волочением // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2002. - №8-9. - С.515-518.

Додатково наукові результати відображені в роботах:

5. Патент 49292А Україна, МКВ В 21 С 9/00. Спосіб нанесення підмастильного покриття в потоці з волочінням / А.М. Должанський, І.М. Ломов (Україна). - 2001107162; Опубл. 16.09.2002, Бюл.№ 9.

6. Должанский А.М., Ломов И.Н. Исследование адгезии сухой технологической смазки к поверхности стальной катанки // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2000. - №8-9. - С.249-250. (Труды V международной научно-технической конференции “Теоретические проблемы прокатного производства” (г. Днепропетровск, 16-18 мая 2000 г.)).

7. Dolganskiy A., Lomov I. Research of Dry Lubricant Materials Adhesion at Wire Drawing // Metalurgija. - 2000. - V.39, br 3. - str. 219.

8. Dolganskiy A., Lomov I. New Technology of Dry Low-Carbon Steel Wire Drawing // Metalurgija. - 2002. - V.41, br 3. - str. 258.

Анотація

Ломов І.М. Розробка та освоєння ефективної технології сухого волочіння сталевої катанки після механічного видалення окалини. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.03.05 - Процеси та машини обробки тиском. - Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2002.

Дисертація присвячена розробці науково-технічних основ вдосконаленої технології волочіння дроту, що включає механічне видалення окалини з поверхні катанки в пристрої, що має раціональні геометричні характеристики, з наступним поточним нанесенням сухого підмастильного покриття, мастильної речовини та деформацією металу. Виконано експериментальні і теоретичні дослідження силових умов видалення окалини в роликовому окалиновідламувачі перед волочінням. Вдосконалено метод розрахунку сили протягування заготовки скрізь окалиновідламувач при врахуванні тертя заготовки і роликів. Визначено раціональні умови ефективного використання роликових окалиновідламувачів при сухому волочінні. Це дозволило вперше в промислових умовах освоїти технологію волочіння товстої (12 мм) катанки після механічного видалення окалини. В роботі вперше розроблено науково-технічні основи поточного з волочінням нанесення на заготовку після механічного видалення окалини сухого підмастильного покриття з підвищенням адгезії його часток до сталевої поверхні. Це дозволяє знизити тяглову напругу і відповідні енерговитрати на 5…10% за рахунок збільшення кількості мастила в осередку деформації на 30 %.

Ключові слова: волочіння, катанка, механічне видалення окалини, підмастильне покриття, технологічне мастило, енергозбереження, екологічна безпека.

Аннотация

Ломов И.Н. Разработка и освоение эффективной технологии сухого волочения стальной катанки после механического удаления окалины. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.05. - Процессы и машины обработки давлением. - Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск, 2002.

Диссертация посвящена разработке научно-технических основ усовершенствованной технологии волочения проволоки, включающей механическое удаление окалины с поверхности катанки в устройстве, имеющем рациональные геометрические характеристики, с последующим поточным нанесением сухого подсмазочного покрытия, смазочного вещества и деформацией металла. Выполнен анализ существующей технологии волочения проволоки и научно-технической литературы. Выявлены недостатки существующих технологий волочения стальной проволоки. Рассмотрены известные пути устранения этих недостатков и причины их неприменимости в промышленных условиях.

Выполнены экспериментальные и теоретические исследования силовых условий удаления окалины в роликовом окалиноломателе перед волочением. Усовершенствован метод расчета силы протяжки заготовки через окалиноломатель за счет учета трения заготовки и роликов. Определены рациональные условия эффективного использования роликовых окалиноломателей при сухом волочении. Это позволило впервые промышленно освоить технологию волочения толстой (12 мм) катанки после механического удаления окалины.

Выполнены экспериментальные исследования адгезии веществ сухой технологической смазки (подсмазочного покрытия и смазочного вещества) на заготовку после механического удаления окалины. Разработан способ активации частиц сухой технологической смазки. Экспериментально определены закономерности и найдены условия повышения антифрикционной эффективности сухих порошковых веществ волочильной технологической смазки путем взаимного трения частиц и их контакта с активатором (контртелом трения) при смазывании стальной заготовки после механического удаления окалины перед деформацией. Использование новой разработки в лабораторных условиях позволило увеличить количество нанесенных веществ на поверхность катанки после механического удаления окалины в 8…20 раз, что сопровождалось уменьшением тягового напряжения, соответствующих энергозатрат на 6…8 % и коэффициента трения на 10…15 % за счет увеличения количества технологической смазки в очаге деформации в 2…2,5 раза. В работе впервые разработаны научно-технические основы поточного с волочением нанесения на заготовку после механического удаления окалины сухого подсмазочного покрытия с повышением адгезии его частиц к стальной поверхности. Впервые с использованием планов экспериментов, построенным по ортогональным латинским квадратам, изучено влияние материала подсмазочного покрытия, вида смазочного вещества, интенсивности активации составляющих технологической смазки на ее антифрикционную эффективность в очаге деформации. Найдены оптимальные соотношения указанных параметров и проведены промышленные испытания разработанной технологии. Применение поточного нанесения подсмазочного покрытия позволяет понизить тяговое напряжение и соответствующие энергозатраты на 5…10 % за счет увеличения слоя технологической смазки в очаге деформации на 30 %.

Определены закономерности влияния активации частиц технологической смазки (подсмазочного покрытия и смазочного вещества) на силовые условия и коэффициент трения в очаге деформации при совмещении механического удаления окалины, поточного нанесения технологической смазки и волочения.

Ключевые слова: волочение, катанка, механическое удаление окалины, подсмазочное покрытие, технологическая смазка, энергосбережение, экологическая безопасность.

Summary

Lomov I.N. Development and using effective technology of dry wire-drawing steel wire-rod after mechanical descaling. - Manuscript.

The dissertation to competition of a scientific degree candidate of engineering science on a speciality 05.03.05. - Processes and machines of processing by pressure. - National metallurgical academy of Ukraine, Dnepropetrovsk, 2002.

The dissertation is devoted to development of bases the advanced wire-drawing technology including mechanical descaling from rod surface in the device, that having the rational geometrical characteristic, with the subsequent continuous drawing lubrication carefilm, lubricant substance and deformation of metal. The experimental and theoretical researches of power conditions of descaling in roller scale breaker before wire-drawing are executed. The method of define for power deformation of wire-rod in scale breaker is advanced at the expense by account friction of wire-rod to scale breaker's rollers. The rational conditions of an effective utilization roller scale breaker are determined at dry wire-drawing. It has allowed for the first time in industrially conditions to use the new technology of wire-rod with thickness 12 mm after mechanical descaling. The process of drawing on wire-rod after mechanical descaling dry lubrication carefilm with increase adhesion its particles to a steel surface was created in work. Using of this process allows to lower wire-drawing power and expenses of energy to 5 … 10 %. Quantity of technological lubricant in the centre of deformation is grows to 30 %.

Keywords: wire-drawing, wire-rod, mechanical descaling, lubrication carefilm, technological lubricant, energy-save, ecological safety.

Размещено на Allbest.ru

...