Tłoczenie i ciągnienia drutów i prętów

Obróbka plastyczna
Obróbka plastyczna - metoda obróbki metali polegająca na wywieraniu narzędziem na obrabiany materiał nacisku przekraczającego granicę jego plastyczności, mającego na celu trwałą zmianę kształtu i wymiarów obrabianego przedmiotu. Zawsze uzyskuje się poprawę własności mechanicznych. Proces kształtowania może przebiegać w warunkach: na gorąco, na pół gorąco lub na zimno (klasyfikacja ta zależy od temperatury rekrystalizacji odkuwki).
Technologia obróbki plastycznej była już znana 3000 lat przed naszą erą. Obecnie jest uważana za jedną z ważniejszych technologii obróbki metali. Statystyczny samochód składa się w 90% z elementów wykonanych tą technologią. Karoseria jest tłoczona, natomiast podwozie (wałki, zawieszenie itd.) oraz elementy silnika (korbowody, wały korbowe, tłoki itd.) to odkuwki.

Zalety obróbki plastycznej
· oszczędność materiału
· stosunkowo niskie koszty jednostkowe
· polepszenie własności fizykalnych i mechanicznych przerobionego materiału
· przeróbka plastyczna zachowuje ciągłość włókien, co zapewnia lepsze własności mechaniczne gotowego wyrobu
· możliwość nadawania skomplikowanych kształtów, które w innych technologiach są trudne bądź niemożliwe do osiągnięcia
Wady obróbki plastycznej
· jeśli nawet są jakieś wady, to w porównaniu z jej zaletami są one pomijalne
Narzędzia do obróbki plastycznej
· Matryce
· np. stempel znajdujący w tłoczniku (przyrządzie)
Przyrządy stosowane w obróbce plastycznej
· Tłoczniki
· Przyrząd T.Ruta do wykonywania wałów korbowych metodą TR
Maszyny do obróbki plastycznej
· Młoty
· Prasy
· Kuźniarki
· Walcarki
· Ciągarki
· Giętarki
Rodzaje obróbki plastycznej
· Kształtowanie brył
o kucie
matrycowe
swobodne
o walcowanie
wzdłużne,
poprzeczne
skośne
poprzeczno-klinowe
o ciągnienie
o wyciskanie
wyciskanie współbieżne
wyciskanie przeciwbieżne
· Kształtowanie blach
o tłoczenie
o gięcie
o cięcie (rozdzielenie materiału bez powstawania wiórów)
· Inne
o Nagniatanie
o plastyczne wiercenie
o łączenie beznitowe


Tłoczenie to rodzaj obróbki plastycznej obejmujący:
· cięcie
· kształtowanie
· łączenie
płyt, blach, folii, czyli przedmiotów o małej grubości (w stosunku do innych wymiarów).

Tłoczenie to proces kształtowania plastycznego za pomocą rozciągania i ściskania wykroju blachy w wyrób naczyniowy (cylindryczny albo skrzynkowy z dnem), ze zmniejszeniem lub bez zmniejszenia obwodu naczynia.
· Procesy kształtowania plastycznego z naruszeniem spójności materiału (cięcie)
· Procesy kształtowania plastycznego bez naruszania spójności
· Operacje: wycinanie, dziurkowanie, odcinanie, nadcinanie, rozcinanie, okrywanie, wygładzanie.
Tłoczniki - narzędzia służące do obróbki plastycznej elementów o małej grubości w stosunku do pozostałych wymiarów (głównie blach, ale także folii czy płyt niemetalowych).
Ze względu na zastosowanie wyróżnić można np. wykrojniki, ciągowniki, okrojniki, zaginaki czy dziurkowniki. Osobną grupę stanowią tłoczniki postępowe (wielotaktowe), które łączą w sobie funkcje tłoczników pojedynczych i w jednym cyklu pracy pozwalają na wykonanie gotowego wyrobu.

Ciągnienie drutu

Ciągnienie drutu jest procesem, w którym wymiar przekroju walcówki/drutów zmniejszany jest poprzez ciągnienie ich przez narzędzia z otworami w kształcie stożka o zmniejszającym się przekroju poprzecznym. Narzędzia te nazywane są ciągadłami ; narzędzie z jednym lub więcej otworami roboczymi, które posiada odpowiednie kształty i wymiary, służące do ciągnienia drutów, prętów lub rur na ciągarkach. Rozróżnia się ciągadła stożkowe i łukowate, zaś do ciągnienia drutów i prętów kształtowatych służą ciągadła profilowe. Wsadem jest zazwyczaj walcówka o średnicy wynoszącej od 5,5 do 16 mm, uzyskiwana w formie kręgów z walcowni gorących. Na typowy zakład ciągnienia drutu składają się następujące linie technologiczne:

· Obróbka wstępna walcówki (mechaniczne usuwanie zgorzeliny, wytrawianie)
· Ciągnienie na sucho lub na mokro (zazwyczaj kilka ciągów przy zmniejszających się rozmiarach ciągadeł)
· Obróbka cieplna (wyżarzanie ciągłe/okresowe, patentowanie, hartowanie w oleju),
· Wykańczanie

Unia Europejska dysponuje największym na świecie przemysłem ciągnienia drutu. Dalej plasują się Japonia i Ameryka Północna. Unia produkuje około 6 milionów ton drutu rocznie. Jeśli dodać do tego różne produkty, dla których podstawę stanowi drut, takie jak drut kolczasty, kraty, ogrodzenia, sieci, gwoździe, itd. produkcja sektora wynosi ponad 7 milionów ton rocznie. Europejski przemysł ciągnienia drutu charakteryzuje się istnieniem dużej ilości średniej wielkości wyspecjalizowanych przedsiębiorstw. Produkcja w przemyśle jednakże zdominowana jest przez kilku większych producentów. Szacuje się, że na około 5% przypada 70% produkcji przedsiębiorstw (na 25% przedsiębiorstw 90%).

W okresie ostatnich 10 lat następowała zwiększająca się pionowa integracja niezależnych przedsiębiorstw zajmujących się ciągnieniem drutu. Około 6% takich przedsiębiorstw w Europie to producenci zintegrowani. Przypada na nich około 75% ogólnej produkcji drutu ze stali [C.E.T].
Największym producentem drutu ze stali są Niemcy, na które przypada 32% (około 1,09 milionów ton) produkcji drutu w UE, następnie Włochy (około 22 %, 1,2 mln t), Wielka Brytania, kraje Beneluksu (głównie Belgia), Francja i Hiszpania.

Głównymi problemami ochrony środowiska związanymi z ciągnieniem drutu są: emisje zanieczyszczeń do atmosfery pochodzące z wytrawiania, zużyte kwasy oraz woda odpadowa; nietrwały pył mydlany (ciągnienie na sucho), przepracowane smary oraz ścieki (ciągnienie na mokro), gazy spalinowe z pieców oraz odpady zawierające ołów pochodzący z kąpieli ołowiowych.

Jeśli chodzi o emisję zanieczyszczeń do atmosfery, odnotowany poziom koncentracji HCl wynosił 0 - 30 mg/Nm3. Przy wyżarzaniu ciągłym oraz patentowaniu stosowane są kąpiele ołowiowe. Generują one odpady zawierające ołów: 1 - 15 kg/t w przypadku wyżarzania ciągłego i 1 - 10 kg/t w przypadku patentowania. Poziom emisji Pb do atmosfery, jaki odnotowano w przypadku patentowania wyniósł < 0,02 - 1 mg/Nm3, a odnotowana koncentracja Pb w przepływie wody chłodzącej wyniosła 2 - 20 mg/l.

Więcej szczegółów oraz dane odnoszące się do emisji oraz zużycia w innych etapach technologicznych ciągnienia drutu można znaleźć w rozdziale A.3, gdzie zaprezentowane są dostępne dane wraz z objaśnieniami.

Kluczowe ustalenia dotyczące najlepszych dostępnych technik BAT w odniesieniu do poszczególnych operacji technologicznych procesu ciągnienia drutu oraz związanych z nimi spraw ochrony środowiska zestawione są w tabeli 3. Wszystkie wielkości emisji wyrażone są jako średnie wartości dzienne. Emisja zanieczyszczeń do atmosfery podawana jest w oparciu o warunki normalne 273 K, 101,3 kPa oraz z uwzględnieniem gazu suchego. Wielkości odnoszące się do zrzutów do wody wskazane są jako dzienne wartości średnie określone w oparciu o wielowarstwową próbkę natężenia przepływu w ciągu 24 godzin lub też wielowarstwową próbkę natężenia przepływu dla rzeczywistego czasu działania (dla zakładów niepracujących na 3 zmiany).

Członkowie Technicznej Grupy Roboczej (TWG) byli zgodni co do dostępnych technik oraz występujących przy nich poziomów emisji/zużycia przedstawionych w poniższej tabeli.

Najlepsze dostępne techniki Poziomy emisji oraz zużycia przy BAT
Wytrawianie okresowe
· Ścisła kontrola parametrów kąpieli trawialniczych: temperatury oraz koncentracji. · Eksploatacja z zachowaniem limitów podanych w części D/rozdział D.6.1 „Trawienie w otwartych wannach.” · W przypadku kąpieli trawialniczych, gdzie występuje wysoka emisja pary, np. trawienie w ogrzewanym lub skoncentrowanym HCl: zastosowanie odciągów bocznych oraz oczyszczanie odciąganego powietrza zarówno w nowych, jak i w istniejących urządzeniach. HCl- 2 - 30 mg/Nm3
Wytrawianie
· Wytrawianie kaskadowe (wydajność >15 000 ton walcówki rocznie) lub · Odzysk kwasu i ponowne jego użycie w wytrawialni · Regeneracja zewnętrzna kwasu zużytego. · Utylizacja kwasu zużytego jako surowca wtórnego. · Usuwanie zgorzeliny bez użycia kwasu, np. śrutowanie, jeśli pozwalają na to wymagania jakościowe. · Przeciwprądowe płukanie kaskadowe.
Ciągnienie na sucho
· Obudowa maszyny do ciągnienia (i tam, gdzie jest to konieczne podłączenie do filtra lub podobnego urządzenia) w przypadku wszystkich nowych maszyn o prędkości ciągnienia ł 4 m/s.
Ciągnienie na mokro
· Czyszczenie oraz ponowne użycie smaru ciągarskiego · Obróbka zużytego smaru w celu zmniejszenia zawartości oleju w zrzutach i/lub zredukowanie ilości odpadów, np. poprzez niszczenie chemiczne, elektrolityczne rozszczepianie emulsyjne lub ultrafiltrację. · Oczyszczanie frakcji wody zrzutowej.
Ciągnienie na sucho i na zimno
· Zamknięte obiegi wody chłodniczej. · Nieużywanie systemów, w których woda do chłodzenia używana jest jednorazowo.
Piece do wyżarzania wsadowego, piece do wyżarzania ciągłego do stali nierdzewnej oraz piece używane do hartowania w oleju oraz odpuszczania
· Spalanie wpływów atmosfer ochronnych
Wyżarzanie ciągłe drutu niskowęglowego oraz patentowanie
· Racjonalna eksploatacja, tak jak zostało to opisane w rozdziale A.4.3.7 dla kąpieli ołowiowej. · Wyodrębnione składowiska dla odpadów zawierających Pb chronione przed deszczem i wiatrem · Utylizacja odpadów zawierających Pb w przemyśle metali nieżelaznych · Stosowanie obiegu zamkniętego dla kąpieli hartowniczej Pb < 5 mg/Nm3, CO < 100 mg/Nm3 TOC < 50 mg/Nm3.
Linie hartowania w oleju
· Odciąganie mgły olejowej pochodzącej z kąpieli schładzających oraz tam, gdzie jest to stosowne, usuwanie jej.

Tabela 3: Kluczowe ustalenia nt. najlepszych dostępnych technik BAT oraz występujących dla nich poziomów emisji/zużycia przy ciągnieniu drutu.