CIĄGNIENIE jest procesem plastycznej przeróbki metali, przeprowadzanym najczęściej na zimno, w którym odkształcany półwyrób pod wpływem przeciągania go przez otwór narzędzia lub pomiędzy nienapędzanymi walcami, zmienia kształt oraz pole przekroju poprzecznego.
Podczas przeciągania materiał obciążony jest siłami osiowymi: siłą ciągnienia Pc, a także, jeśli stosowany jest przeciwciąg, siłą przeciwciągu Po, oraz siłami pochodzącymi od nacisku normalnego pN metalu na ciągadło i naprężeń stycznych τ wywołanych tarciem na powierzchni styku. Siły zewnętrzne obciążające materiał powodują, że w strefie odkształceń położonej w matrycy panuje przestrzenny, trójosiowy stan naprężenia i odkształcenia.
Wyroby otrzymywane w procesie ciągnienia charakteryzują się bardzo gładką powierzchnią żądanymi własnościami mechanicznymi. Ciągnienie stosowane jest głównie do otrzymywania:
**prętów okrągłych i kształtowych o dużych przekrojach, charakteryzujących się wysokimi właściwościami mechanicznymi, dużą dokładnością wymiarów oraz wysoką jakością powierzchni
**prętów kształtowych o małych i bardzo małych przekrojach,
**drutów cienkich o średnicach mniejszych niż 4 mm
**rur o różnych kształtach i przekrojach,
**rur cienkościennych o małych i bardzo małych średnicach (średnice poniżej 1mm i grubości ścianki rzędu dziesiętnych części milimetra.
Materiał wyjściowy do wyrobu drutu
Materiałem wyjściowym do wyrobu drutu jest walcówka, prasówka lub pręty z odlewu ciągłego oraz pręty kute ze sprasowanych proszków. Najczęściej do wyrobu używa się walcówki, tj. drutu walcowanego o średnicy 5-8 mm. W przypadku niektórych metali nieżelaznych, dających się dobrze przerabiać na gorąco, materiałem wyjściowym jest tzw. prasówka, tj, drut o średnicy 6-8 mm otrzymany sposobem wyciskania współbieżnego na gorąco. Jeśli materiał nie daje się ani walcować na drut, ani wyciskać na gorąco, to materiałem wyjściowym jest tzw. krajka bądź pręty z odlewu ciągłego. Krajkę otrzymuje się w ten sposób, że odlewa się płytkę okrągłą, którą po ujednorodnieniu walcuje się na zimno do grubości 6-8 mm. Po przewalcowaniu tnie się nożycami krążkowymi po spirali, uzyskując krajkę o przekroju prostokątnym lub kwadratowym. Naroża przekroju najczęściej ścina się przeciągając krajkę przez tzw. ostre ciągadło. Otrzymaną w ten sposób krajkę następnie przeciąga się przez normalne ciągadło.
Materiałem wyjściowym do produkcji drutów trudno obrabialnych plastycznie na gorąco między innymi ze względu na kruchość na. gorąco, jak np., wolfram, tytan, molibden, są pręty kute z uprzednio sprasowanych proszków tych metali. Rozwinięcie się metody ciągłego odlewania półfabrykatów spowodowało, że są one bezpośrednio przekazywana w kręgach do ciągarni. Sposoby te stosuje się głównie do metali i stopów metali nieżelaznych.
Zasadniczym narzędziem do ciągnienia jest ciągadło. Ciągadła wykonuje się ze stali narzędziowych, z węglików spiekanych oraz diamentów.
Ze względu na budowę, ciągadła dzieli się na: ciągadła monolityczne (oczkowe), składane (segmentowe), rolkowe
ze względu na liczbę gniotów realizowanych w jednym ciągu: ciągadła jednostopniowe, wielostopniowe
ze względu na wykonywanie ruchy w czasie pracy : stałe, ruchome
ze względu na wspomaganie ciśnienia smaru : ciągadła o smarowaniu hydrostatycznym i hydrodynamicznym.
W praktyce ciągarskiej najczęściej stosuje się ciągadła o strefie zgniatania w kształcie stożka do ciągnienia drutu o średnicy większej od 0,5 mm. Natomiast do drutów bardzo cienkich o średnicy mniejsze niż 1 mm, ciągnionych z małymi gniotami częściowymi, stosuje się ciągadła ze strefą zgniatającą o kształcie łukowym.
W procesie ciągnienia drutu można wyróżnić następujące fazy:
**zaostrzanie drutu, czyli ścienianie jego końca w celu przełożenia go przez ciągadło;
**zaciąganie drutu, czyli przeprowadzenie drutu przez urządzenia kierujące go do ciągadła, przesunięcie drutu przez ciągadło, uchwycenie drutu za ciągadłem łańcuchem ciągarskim i przymocowanie tego łańcucha do bębna nawijającego ciągarki, przeciągnięci kilku metrów drutu, regulując prędkość ciągnienia, naciąg i przeciwciąg, odczepienie łańcucha ciągarskiego i przymocowanie drutu bezpośrednio do bębna ciągarki;
**przeciąganie drutu poprzez uruchomienie ciągarki i ustawienie jej pracę automatyczną;
*łączenie kręgów drutu, polegające na zgrzewaniu końca drutu kręgu kończącego się z początkiem drutu kręgu następnego i na usunięciu nadmiaru materiału z miejsca zgrzewania, tzw. rąbka oraz warstewki tlenków.
Zaostrzanie i zaostrzarka
Końcówka walcówki lub drutu przeznaczonego do przerobu musi mieć średnicę mniejszą niż średnica (Dk) ciągadła.
• do prętów i rur oraz drutów grubych φ > 10mm - stosowana jest metoda wyciskania hydraulicznego do ciągadła
• w przypadku drutów o φ < 10mm - stosuje się zaostrzanie przez walcowanie, służą do tego urządzenia zwane zaostrzarkami walcowymi (w ćwiczeniu zastosowana będzie jedna z najczęściej stosowanych zaostrzarek walcowych do drutu)
• zaostrzanie drutów cieńszych niż 1mm - odbywa się przez rozciąganie na zimno i gorąco
• do zaostrzania cienkich, bardzo twardych drutów, oraz drutów profilowanych o skomplikowanym przekroju porzecznym - w wyjątkowych sytuacjach, stosuje się chemiczną obróbkę ubytkową (trawienie)
Zaostrzanie materiału odbywa się między dwoma profilowymi walcami, które wykonują ciągły ruch obrotowy o przeciwnym kierunku w ten sposób, że włożony między walce drut do wykroju luzującego jest wypychany z powrotem przez wykrój zgniatający. Podczas jednego cyklu zgniatania, tj. włożenie drutu do wykroju luzującego i wypchnięcie go przez wykrój zgniatający następuje ścienienie drutu oraz utworzenie się podłużnej wypływki (rąbka). Aby otrzymać ścieniony koniec o przekroju kołowym, należy po każdym cyklu zgniatania drut obracać o kąt około 90o. Zaostrzanie przeprowadza się odcinkami o długości w granicach do150 mm. Długość zaostrzonego końca powinna wynosić od 20 do 300 mm, w zależności od średnicy lub wymiarów przekroju poprzecznego. W celu zaostrzenia drutu należy ścienianie przeprowadzić w kilku wykrojach rozpoczynając od wykroju największego.
Ciągarki można podzielić na dwie zasadnicze grupy:
&&&&Ciągarki ławowe: przeznaczone do ciągnienia prostych odcinków prętów, kształtowników i rur o długościach dochodzących do kilkudziesięciu metrów. Ciągarki ławowe można podzielić w zależności od sposobu przyłożenia siły ciągnienia na: łańcuchowe, linowe, zębatkowe lub hydrauliczne.
&&&&Ciągarki bębnowe: przeznaczone do ciągnienia w kręgach drutów oraz rur o małych wymiarach przekrojów porzecznych i o praktycznie dowolnych długościach. Dla drutów o średnicy < 6mm, stosuje się ciągarki wielostopniowe tzw. wielociągi, w których drut ciągniony jest przez kilka lub kilkanaście ciągadeł jednocześnie. Zaciąganie drutu odbywa się następującej kolejności:
a) zaostrzony drut przełożyć przez tulejkę prowadzącą, osadzoną w skrzynce ciągarskiej 4,
b) przez podtrzymywane ciągadło 3 przełożyć zaostrzony koniec drutu 1, a następnie opierając ciągadło o tylną
ściankę skrzyni ciągarskiej 4, przełożyć koniec drutu za skrzynkę,
c) podtrzymując ciągadło 3 z przełożonym drutem 1, założyć hak łańcucha ciągarskiego 6 do wybrań w bębnie ciągarki 7, a następnie wystający zaostrzony koniec drutu ze skrzynki ciągarskiej uchwycić szczękami łańcucha ciągarskiego 6,
d) ustalić prędkość ciągnienia za pomocą dźwigni 14 i pokrętła 15,
e) podtrzymując, za pomocą kleszczy, w skrzynce ciągarskiej ciągadło 3 za powierzchnię walcową i przyciskając wyłącznik nożny, zaciągnąć drut.
W przypadku przygotowania ciągarki do pracy ciągłej, czynność wymienioną w punkcie (e) przerywa się po przeciągnięciu kilkunastu zwojów drutów na bębnie, następnie zwalnia się szczęki łańcucha 6 i wyjmuje z nich koniec drutu, poczym wyjmuje się hak łańcucha z otworu bębna ciągarki i odkłada łańcuch. Koniec przyciągniętego drutu zaczepia się na bębnie 7 lub przekłada przez mechanizm odwijający 14, rolkę 16 oraz tarczę kierującą w skrzynce następnej ciągarki. W dalszej kolejności należy zaciągnąć drut do następnej ciągarki.
ZGRZEWARKI-W praktyce wymaga się by proces ciągnienia był ciągły, nieprzerywany postojami, także z powodu zaciągania nowego kręgu walcówki lub drutu. Stosowanie zgrzewania eliminuje czynności związane z ponownym zaciąganiem walcówki lub drutów. Do zgrzewania stosuje się zgrzewanie doczołowe. Polega ono na ich nagrzaniu i szybkim dociśnięciu odpowiednią siłą, tak aby uzyskać mocne i jednolite połączenia.
Skrzynki smarownicze i sposoby mocowania ciągadeł
Skrzynka smarownicza umocowana jest na korpusie ciągarki. Składa się z dwóch komór, w jednej znajduje się smar ciągarski, w drugiej umocowane ciągadło.
W praktyce znane są trzy metody mocowania ciągadeł:
*na sztywno: mocowanie na sztywno umożliwia intensywne chłodzenie ciągadła. Stosuje się je w skrzynkach smarowniczych ciągarek i wielociągów pracujących na smarach suchych i półpłynnych z dużymi prędkościami ciągnienia.
*samocentrujące: Mocowanie ciągadeł w oprawie w formie czaszy kulistej gwarantuje samoczynne ustawienie się ciągadła w osi ciągnienia. Stosuje się najczęściej w ciężkich ciągarkach jednobębnowych, pracujących na smarach płynnych z małymi prędkościami ciągnienia.
*w luźnej oprawie: mocowanie ciągadeł w luźnej oprawie gwarantuje osiowe ciągnienie, o ile czołowa ścianka oprawy, na której oparte jest ciągadło, jest prostopadła do osi ciągnionego druty. Taki sposób mocowania stosowany jest głównie na makrociągach.
Smary ciągarskie- Środki smarujące stosowane do otrzymywania smarów ciągarskich, w zależności od stanu skupienia w warunkach normalnych, dzieli się na: stałe (suche), półpłynne, płynne.
ze względu na skład chemiczny środki dzieli się na: mydła na bazie olejów roślinnych, tłuszczów zwierzęcych lub roślinnych, węglowodory twarde (parafina), oleje roślinne i tłuszcze zwierzęce, oleje mineralne,
W przypadku ciągnienia rur stosuje się w praktyce kilka podstawowych metod:
*ciągnienie swobodne:jest stosowane gównie w celu zmniejszenia średnicy rury. Występuje z reguły nieznaczna zmiana grubości ścianki rury zależna od stosunku grubości ścianki do średnicy wewnętrznej. Dla rur cienkościennych (g/D<0,2) następuje pogrubienie ścianki rury. Dla rur grubościennych (g/D>0,2) następuje pocienienie.
• ciągnienie na trzpieniu stałym: polega na przeciąganiu rury pomiędzy nieruchomym ciągadłem i nieruchomym trzpieniem o krótkiej części roboczej zamocowanej do ciągarki. W porównaniu z poprzednią, metoda ta umożliwia wytwarzanie rur o znacznie wyższej dokładności wymiarów oraz lepszej jakości powierzchni, ale o ograniczonej długości i średnicy. Metoda ta pozwala na uzyskanie redukcji przekroju ε = 30÷35%.
• ciągnienie na trzpieniu ruchomym: polega na przeciąganiu rury przez nieruchome ciągadło na ruchomym trzpieniu przesuwającym się wraz z rurą. Długość trzpienia musi odpowiadać końcowej długości wytwarzanej rury. Siły tarcia występujące pomiędzy wewnętrzną powierzchnią rury a trzpieniem skierowane są zgodnie z kierunkiem przeciągania, co ułatwia przebieg procesu zmniejszając naprężenia rozciągające w odkształcanym metalu. Dzięki temu maksymalna redukcja przekroju wynosi ε = 40÷45%.Wadą jest konieczność stosowania dodatkowej operacji w postaci np. rozwalcowania, w celu wyjęcia trzpienia
• ciągnienie na trzpieniu swobodnym: jest to ciągnienie rury pomiędzy nieruchomym ciągadłem i ruchomym, nie utwierdzonym, krótkim trzpieniem. Trzpień dzięki odpowiedniej geometrii utrzymuje się samorzutnie w pozycji zapewniającej prawidłowy przebieg procesu. Metoda ta umożliwia zmianę średnicy zewnętrznej i grubości ścianki rury nie ograniczając praktycznie jej długości. Maksymalna redukcja przekroju wynosi ε = 30÷35%.