какие условия должны выполняться при волочении

Волочение металлов: характеристика, область применения, способы проведения работ и процессы обработки

Особенности процедуры

Процесс волочения несложный. В качестве исходного сырья используют катаную, литую или прессованную заготовки. Работы выполняют на специальном оборудовании – волочильных станках. Форма, диаметр и сечение готового длинномерного изделия зависят от параметров фильеры. По сравнению с прокаткой металла, технологическая операция имеет много преимуществ:

Схема процесса волочения

Безоправочный метод обработки

Существует достаточно много способов волочения металлов и сплавов, а потому каждый стоит рассмотреть кратко.

Может применяться такой метод, как безоправочное протягивание. Данный метод подразумевает работу с заготовками из таких материалов, как цветные сплавы и металлы, а также различные трубные заготовки. Чаще всего этот метод выполняется при наличии двух волоков. Один применяется для того, чтобы осуществить обжатие по сечению, а второй — для центровки. Недостатком является то, что поверхность при такой процедуре сильно теряет в качестве, а потому метод используется лишь для уменьшения диаметра труб.

Этапы волочения

Технология производства проволоки разделена на пять этапов.

Этап №1

Процедура травления с целью удаления поверхностного слоя материала – окалины, которая мешает волочению:

Травление металла в непрерывном травильном агрегате

Этап №2

К термической относят процессы

Термическая обработка проводится для того, чтобы заготовку сделать полумягкой, с мелкозернистой структурой, свободной от внутренних напряжений. Металл нагревают до определенной температуры, некоторое время выдерживают в таких условиях, охлаждают.

Отжиг изменяет свойства материала и облегчает процесс волочения проволоки. Скорость нагрева зависит от теплопроводности металла. Быстрота охлаждения определяется твердостью, которую нужно достичь после отжига. Стальные проволоки охлаждаются медленнее, чем углеродистые соединения.

Этап №3

При помощи специального молота или ковочных валок концы заготовки сплющивают и выравнивают. Процедура позволяет закреплять металл на барабане станка и пропускать сквозь фильеру.

Фильера для волочения проволоки

Этап №4

Волочение проволоки: протравленное обработанное сырье протягивают на станке с максимальной скоростью через плавно сужающийся канал. По числу одновременно протягиваемых прутов процесс бывает:

По типу конечного продукта:

По количеству переходов волочение проволоки имеет две разновидности:

Станок для волочения формирует профиль и размеры готовой продукции.

Этап №5

Завершающий этап предполагает выполнение отжига. Это делается с целью устранить вредное напряжение после волочения. Изделие становится мягким, устойчивым к разрывам, податливым к загибам, удлинению и скручиванию. После термической обработки проводят дополнительные отделочные операции, среди которых:

Вид готовой проволоки после всех процессов обработки

Что можно изготовить на стане

На станах волочильного типа можно без проблем изготавливать прутья квадратной, круглой или шестигранной формы. При этом они будут холоднодеформированного типа. Тут важно отметить, что даже незначительные изменения в технологическом процессе протекания процедуры позволяют изготавливать разные заготовки. Крупные изделия — с сечением более 3 см, мелкие прутки — с сечением менее 2,5 см. наиболее стандартная схема обработки выглядит таким образом: изделие в бухте помещается на стан, а далее выполняется процедура волочения. При стандартной обработке это всегда однократное волочение. После этого конструкция отправляется на автоматическую линию, где обычно и проходит финальную стадию обработки.

Оборудование для выполнения волочения проволоки

Волочение проволоки происходит на станке, оборудованном специальным инструментом – волоком с отверстием, которое называется «глазком». Отверстие имеет постепенно уменьшающееся сечение, через которое протягивают заготовку.

Конструкция оборудования зависит от особенностей тянущего механизма:

Основной рабочий инструмент станка для производства проволоки – волока. Он состоит из двух элементов: непосредственно волоки и обоймы. Такая конструкция обусловлена условиями эксплуатации и материалом, из которого сделана фильера. Ее изготавливают из качественных твердых сплавов, которые устойчивы к истиранию, расколу и механическому воздействию. Инструмент станка условно разделен на четыре рабочие зоны:

Волоки для волочения проволоки
Волоки бывают монолитными и составными из нескольких сопряженных частей. Сборная конструкция экономичнее монолитного механизма по расходу электроэнергии.

Во время волочения проволоку укладывают в стальную обойму, которая служит изделию защитой от излишнего сжимания.

На многих больших предприятиях калибровочные цеха оснащены разноплановыми станками под всевозможные виды продукции.

Особые виды протяжки

Так как на сегодняшний день технологии развились достаточно сильно, то иногда волочение может быть выполнено по одной из двух инновационных технологий. Первая называется электропластической. Метод основан на принципе того, что если во время протяжки пропустить через заготовку электрический ток, то усилия, требуемые для волочения, значительно снижаются. Используется этот инновационный метод чаще всего при обработке сплавов, которые сами по себе достаточно плохо поддаются любой деформации.

Ультразвуковой метод используется в частности для тех конструкций, которые изначально по своим характеристикам склонны к таким недостаткам, как деформационное старение, а также снижение пластических свойств при нагреве.

Удаление окалины

Волочение проволоки будет успешным при условии качественной обработки поверхности заготовки. Удалить окалину с поверхности можно тремя способами.

Электрохимический

Или электролитический метод позволяет увеличить скорость снятия ржавчины и окалины с поверхности металла под воздействием электрического тока и раствора кислоты. Процессы электрохимической обработки включают в себя два варианта.

Очистка деталей от ржавчины электрохимическим способом

Анодный – основан на растворении металла в контакте с положительным плюсом источника тока. Выделяющийся кислород способствует механическому отрыванию оксидов. Применяется для легированной и углеродистой стали с целью удаления тонких пленок.

Катодный – оксиды железа восстанавливаются под воздействием атомов активно образующегося водорода. Это опасный способ по сравнению с предыдущим, так как отрыв окалины плохо контролируется, и изделие обретает травильную хрупкость.

Химический способ

Незаменим, когда в качестве сырья используется кислостойкая сталь. Остатки флюсов и окислов удаляют с помощью раствора хлористых солей, щелочи или кислоты. Любое химическое вещество требует специальных знаний и осторожного обращения.

Традиционное кислотное травление предполагает последовательную обработку металла в двух ваннах – сернокислотной и азотнокислотной при определенной температуре.

Есть много вариантов этого способа. Выбор раствора и условия обработки зависят от состава и структуры окисной пленки.

Механический

Подразумевает шлифовку, галтовку, полировку и крацевание. В основе метода лежат такие процессы:

Оборудование для механического удаления окалины на проволоке

Комбинированный

Способ основан на применении химического и электрохимического методов.

Механические и комбинированные методы очистки

Особенности при волочении медной проволоки

Изделия, полученные путем волочения на станках, находят широкое применение в электронной и электрической областях. Как правило, используют проволоку толщиной от 20 мм до 10 мкм.

Изготавливать проволоку из меди следует на основе литых заготовок соответствующего профиля. Их подвергают плавлению, затем в горячем виде прокатывают. Поскольку процедура способствует появлению тонкой оксидной пленки, перед волочением проволоку обрабатывают водным раствором серной кислоты при температуре 45–50 0C.

Основной технологический процесс такой же, как и в производстве продукции из других металлов:

Многие промышленные предприятия эксплуатируют станки с совмещением операций волочения и отжига. Данный метод позволяет не только изготавливать проволоку из меди, но и производить медные трубы.

Специальные станы для протяжки

Может проходить обработка металла волочением в несколько проходов. Картинка будет представлена для наглядного примера.

Что касается заготовок, то они, чаще всего, из цветного металла и стали. Начальное сечение может быть равно 0,01 мм. Оборудование отличается типом волока, который на нем установлен. Допустим, станы с алмазными волоками применяются только для наиболее тонких изделий. Твердосплавный волок используется для средних и толстых заготовок. Стальное оборудование применяется только для работы с самыми крупными изделиями.

Само по себе устройство станов также может достаточно сильно отличаться. Некоторые из них могут развивать скорость обработки до 50 метров в секунду. Другие могут быть снабжены более чем двумя десятками волоков сразу. Определенные конструкции позволяют работать как со скольжением, так и без него. Барабаны для бухтовой обработки могут быть горизонтальными или вертикальными, может присутствовать электрический привод индивидуального типа или же группового типа.

Источник

Виды волочения и сущность процесса

Среди методов обработки металлов давлением волочение является одним из наиболее часто применяемых. Этим способом получают проволоку и другую продукцию высокого качества с поперечным сечением любой формы и размера. Существует несколько разновидностей технологии.

Что такое волочение

Операция состоит в протягивании металлической заготовки сквозь фильеру – отверстие с размерами меньшими, чем у нее. В результате сдавливания исходное изделие становится более тонким и длинным, возможно изменение формы поперечного сечения.

Назначение процедуры

Волочение применяется для изготовления следующих видов продукции:

Из полученного фасонного профиля путем разрезания изготавливают опорные призмы, сегментные шпонки, шлицевые валики и др.

Где используется

Метод задействуют в металлургическом производстве. Область применения получаемых изделий – самая широкая.

Волочение используется в металлургическом производстве.

Например, с помощью волочения изготавливают следующие виды проволоки:

Из этой продукции делают:

Прут используют в разных целях, например, в качестве арматуры.

Трубы – для создания металлоконструкций и транспортирования жидких или газообразных продуктов.

Виды волочения

Существует несколько вариантов метода.

Выбор зависит от ряда критериев:

По типу процедуры

Различают следующие виды волочения:

Разница состоит в способе нанесения смазки. В первом случае заготовка перед фильерой погружается в мыльный порошок, во втором – в эмульсию.

Такая обработка дает следующий положительный эффект:

По чистоте обработки

Существует 2 типа операций:

Первые выступают промежуточным этапом. Полученные с их помощью изделия служат заготовками для чистовых операций, результатом которых становятся проволока или прут требуемых размера, формы и качества.

По кратности переходов

Под кратностью понимают число проходов, т. е. протяжек сквозь фильеры разного диаметра, которым подвергают 1 заготовку.

Различают следующие виды процедуры:

В ряде случаев (например, при волочении медной проволоки) число проходов достигает 18-22.

Однократный метод в основном используют для изготовления толстой, плохо деформируемой проволоки диаметром 8-20 мм.

По обработке

Существует показатель параллельности обработки. Он обозначает, сколько заготовок подвергается волочению одновременно.

Чаще всего обрабатываются сразу несколько заготовок.

По этому признаку различают следующие виды процедуры:

По подвижности

Применяют следующие разновидности волок:

Второй тип используют для изготовления изделий круглого сечения.

Вращение позволяет выиграть в следующем:

Недостаток – требуются сложный привод и дополнительные затраты энергии, обеспечивающие скорость вращения в 50-200 об/мин.

По нагреву

Нагрев обрабатываемого материала производят электроконтактным или индукционным способом.

Особенности процедуры волочения

Технологический процесс считается несложным. Для получения качественных изделий нужно только правильно подобрать параметры процедуры.

Подготовка заготовок

Перед подачей в волоку заготовку подвергают следующим видам обработки:

Необходимое оборудование

Машина для изготовления прутков и других изделий данным методом называется волочильным станом.

Ее основными элементами являются:

Широкое распространение получили машины компаний UDZWG (Германия) и Samp SpA (Италия).

Инструмент изготавливают из материалов со следующими характеристиками:

Для этого подходят:

Стальной инструмент используют для грубого волочения, алмазный – для тонкого.

Вторые в основном используют для производства фасонных профилей.

Такой инструмент имеет следующие достоинства:

Фильеры для волочения проволоки имеют круглое сечение, их чаще всего выполняют в монолитных волоках.

Для исследования процесса обработки и наладки оборудования используют тренажер эмулятор волочильного стана.

Методы волочения и схемы

Используют разные виды машин. Выбор зависит от того, какой конечный продукт нужно получить. Крупное предприятие располагает целым парком станов.

Для производства изделий ограниченной длины, например калиброванного прутка и труб большого диаметра, используют машины с прямолинейной подачей. Тяговое усилие создает цепной, реечный или винтовой привод.

Барабанное

Это вариант для длинномерной продукции – проволоки и др., поставляемой в бухтах. Конечный продукт наматывается на бобину, создающую тяговое усилие. Ее диаметр не превышает 750 мм.

Барабанное волочение наматывает проволоку на бобину.

Барабанное волочение полностью автоматизировано. Обслуживание бобины и укладку заготовок осуществляют подъемники.

Беззабивочное

В этом методе заготовку не вытягивают из фильеры, а проталкивают в нее с другой стороны. В результате удается сократить продолжительность процедуры за счет отказа от операций по подготовке захватки.

Безоправочное

Оправка – это деталь, используемая для выравнивания внутренней поверхности получаемой волочением трубы.

Обработка без этого инструмента производится в 2 этапа:

Недостатки безоправочного волочения:

Из-за этого этот метод в основном применяют как промежуточный, для уменьшения диаметра протягиваемой трубы.

Для тонких изделий он может играть роль отделочной операции.

Этапы волочения

Полный цикл включает в себя следующие операции:

Особенности работы с медной проволокой

Для производства данного продукта используют заготовки, полученные методом литья. На первом этапе их сплавляют в единое целое и подвергают прокатке.

Проволоку методом литья сплавляют в единое целое.

На поверхности меди, как и алюминия, образуется оксидная пленка. Ее удаляют с помощью водного раствора серной кислоты, разогретого до +45…+55°С. Если этого не сделать, качество проволоки будет неудовлетворительным.

Особенности технологического процесса:

При производстве медной проволоки диаметром до 50 мкм применяют погружной метод.

В этой схеме заготовку опускают в смазку, промежуточный отжиг не используют.

Способы удаления окалины

Заготовку освобождают от окалины разными методами. Часто их применяют совместно.

Химический

Используют растворы кислот – азотной, соляной, фосфорной, плавиковой и др.

Перед погружением заготовку подвергают следующим видам обработки:

Раствор нагревают до температуры +50°С. После обработки заготовку моют в воде или растворителе и сушат 1 час в печи при температуре +75…+100°С. Правильно обработанный металл становится матовым.

Недостаток очистки кислотами состоит в том, что процедура сопряжена с риском для здоровья и требует от волочильщика умения работать с опасными веществами.

Механический

Заготовку сгибают, скручивают и растягивают, а затем обрабатывают инструментами:

Электрохимический

Травление кислотой сочетают с действием постоянного электрического тока.

Различают 2 разновидности метода:

Комбинированный

Подразумевает совмещение химического и электрохимического методов. Комбинированный способ используют в наиболее сложных случаях.

Плюсы и минусы волочения

Достоинствами технологии являются:

Несмотря на некоторые неудобства, метод востребован, т. к. продукция, полученная с его помощью, широко используется как в промышленности, так и в быту.

Источник

Сущность волочения. Характеристики деформации при волочении

Волочение металлов применяют при производстве изделий малых сечений и относительно большой длины – проволоки, труб малого диаметра и с тонкой стенкой.

Широко применяют также волочение относительно крупных сечений горя-чекатаных прутков с целью повышения точности размеров сечения и улучше-ния качества поверхности.

Пластическая обработка металла волочением имеет ряд явных преиму-ществ перед другими способами производства изделий. Основные из них следу-ющие:

1. Получение изделий с размерами поперечного сечения высокой точности и высоким качеством поверхности;

2. Возможность изготовления полых и сплошных изделий, производство которых другими способами не всегда представляется возможным (например, прутки значительной длины);

3. В сочетании с термической обработкой волочение обеспечивает прида-ние изделиям высоких механических свойств.

При волочении передний конец заготовки заостряют, вставляют в отвер-стие волоки меньшего диаметра, чем заготовка, захватывают клещами и протя-гивают через волоку (рисунок 36). При этом площадь сечения прутка умень-шается, длина увеличивается.

Рисунок 36 – Схема волочения круглого сплошного профиля

Волочение отличается от других процессов обработки металлов давлением тем, что коэффициент вытяжки при волочении ограничивается прочностью выходящего конца изделия и практически не превышает 1,3 – 1,5.

Волочение, как правило, применяют для обработки металла в холодном состоянии. Только в некото­рых случаях для труднодеформируемых металлов (вольфрам, молибден) применяют горячее или теплое волочение. Теплое воло­чение проводят в узком интервале температур в районе рекристал­лизации с тем, чтобы в процессе деформации полностью или ча­стично восстановились прочностные свойства металла. В процессе волочения металл наклепывается и приобретает волокнистое строение (текстуру). Это обуславливает изменение физических, химических и особенно механических свойств металла.

Несмотря на кажущуюся простоту процесса волочения и то, что он

применяется в состоянии, близком к современному, более ста лет, многие его элементы изучены еще недостаточно. На этот процесс влияет большое число самых разнообразных фак­торов, причем пока для многих из них трудно уста-новить не только количественные, но иногда даже и качественные зависимости.

Преимущественное влияние на те­чение процесса оказывают прочностные и пластические свойства протягиваемого металла, степень и скорость дефор-мации, форма профиля волочильного канала, материал волоки, качество тру­щихся поверхностей и смазка, а также тепловые процессы, происходящие при волочении.

Основной инструмент при волочении – волоки различной конструкции. Волока работает в сложных условиях: большое напряжение сочетается с изно-сом при протягивании, поэтому их изготавливают из твердых сплавов. Для по-лучения особо точных профилей волоки изготавливают из алмаза.

Для уменьшения трения при волочении, снижения усилия волочения и повышения возможной степени деформации разработаны специальные конс-трукции волок.

Так, было предложено сообщать обычной волоке вращательное движение вокруг оси протягиваемого круглого прутка. Благодаря вращательному дви-жению волоки уменьшаются силы трения, а, следовательно, и усилие волоче-ния. Этот способ волочения не получил практического применения, так как для заметного снижения усилия волочения при высоких скосротях волочения число оборотов волоки должно быть чрезмерно большим.

Для снижения сил трения применяют валковые волоки (рисунок 37), в которых канал образован валками, вращающимися в подшипниках качения.

Рисунок 37 – Валковая волока для трехгранного профиля

Основными параметрами деформации при волочении являются:

– площадь поперечного сечения до и после волочения соответ-ственно, мм 2 ;

– диаметр заготовки до и после волочения соответственно, мм;

– полуугол рабочего конуса волоки, град;

– приведенный полуугол рабочего конуса волоки, град;

– напряжение волочения, МПа;

– сила волочения, МН;

– сила противонатяжения, МН.

Важнейшей характеристикой процесса волочения является напряжение

волочения. Оно используется для проверки надежности применяемых и раз-работки новых режимов волочения, для определения усилия волочения с целью подбора соответствующего волочильного оборудования.

Напряжением волочения называется продольное напряжение растяжения, возникающее от действия приложенной внешней силы в переднем вышедшем из очага деформации конце обрабатываемого изделия.

Напряжение волочения определяется по формуле

, (49)

где – напряжение волочения, МПа; P_в – сила волочения (усилие, прик-ладываемое к прутку), МН;

На основании многочисленных экспериментальных данных можно считать, что основное влияние на напряжение и силу волочение оказывают сле-дующие факторы:

– сопротивление металла деформации (прочностные характеристики про-тягиваемого металла);

– величина деформации за проход (переход);

– форма продольного профиля канала волоки;

– условия трения на контактной поверхности (свойства смазки и способ ее ввода в зону деформации);

– форма начального и конечного поперечного сечения протягиваемого изделия;

– противонатяжение (которое прикладывают к заднему концу заготовки

для снижения трения);

– скорость и температура волочения;

– диаметр протягиваемого изделия.

Для обеспечения нормальных условий процесса волочения необходимо, чтобы напряжение волочения было меньше величины сопротивления плас-тической деформации металла после его выхода из деформационной зоны. В противном случае пластическая деформация будет происходить и после выхода металла из волоки, что может привести к образованию шейки и разрыву переднего конца обрабатываемого изделия, что недопустимо.

Иногда процесс волочения ведут с противонатяжением. Противонатяжение – это сила, прикладываемая к концу заготовки, входящей в волоку в направ-лении, противоположном направлению силы волочения. Отношение силы противонатяжения к начальному сечению заготовки называется напряжением противонатяжения

, (50)

где – напряжение противонатяжения, МПа.

Чтобы не произошел обрыв заготовки на входе в волоку, напряжение противонатяжения и ее сила должны быть ограничены.

Сила и напряжение волочения – основные параметры процесса волочения.

Определение их значений необходимо при выборе мощности привода и обжатий по переходам и т.д.

Сила волочения – основной параметр, определяющий ход процесса воло-чения; и при прочих равных условиях максимально возможную степень де-формации за переход.

Зона деформации при волочении проволоки состоит из двух участков: ко-нического деформирующего и цилиндрического калибрующего (рисунок 38). Основная деформация осуществляется на коническом участке волоки, де-формация на цилиндрическом участке обеспечивает повышение точности и качества поверхности готовой проволоки.

Рисунок 38 – Зоны деформации при волочении

Степень деформации при волочении определяется выражением

, (51)

где – степень деформации при волочении.

Степень деформации можно изменить за счет изменения начального се-чения, за счет изменения конечного сечения или одновременного изменения того и другого сечения.

Коэффициент вытяжки при волочении рассчитывается по формуле

.

Обжатие и вытяжка при волочении связаны между собой следующими соотношениями, основанными на законе постоянства объема металла

; (52)

. (53)

По сравнению с показателем обжатия коэффициент вытяжки точнее харак-теризует степень деформации металла при волочении, причем с повышением

степени деформации разница между показателями деформации увеличивается.

Волочение можно вести либо через одну волоку, либо при помощи спе-циальных устройств одновременно через несколько волок. В первом случае волочение называют однократным, а во втором – многократным. В последнем случае зависимость между начальным и конечным сечениями протягиваемой заготовки, числом протяжек и средней вытяжкой за переход выражается формулой

, (54)

,

Напряжение волочения определяют либо экспериментально, либо по тео-ретическим, полуэмпирическим и эмпирическим формулам.

Упрощенная формула И.Л. Перлина для определения напряжения воло-чения сплошных круглых профилей

, (55)

где – угол трения (угол, под которым на поверхности заготовки в очаге деформации действует напряжение трения), град; – среднее значение соп-ротивления металла деформации, МПа; – коэффициент, равный

, (56)

Приведенный угол учитывает влияние на напряжение волочения калиб-рующего участка волочильного канала и определяется по формуле

, (57)

где – длина калибрующего участка волочильного канала (рисунок 38), мм, определяемая по формуле

(58)

где – коэффициент, выбираемый в пределах (0,1 – 1,5).

На напряжение волочения как непосредственно (в соответствии с фор-мулой), так и вследствие изменения сопротивления деформации обрабаты-ваемого металла влияет величина деформации, а также изменения размеров контактной поверхности. Так, при увеличении степени деформации возрастает величина среднего сопротивления деформации, что вызывает рост напряжения волочения.

Среднее сопротивление деформации определяется из выражения

, (59)

где и – сопротивление деформации металла соответственно до и после деформации, МПа.

Сопротивление деформации металла после волочения определяется по формуле

, (60)

где а₁, n₁ – коэффициенты для конкретных марок стали.

Увеличение деформации при сохранении профиля волоки вызывает при-рост контактной поверхности и контактных сил трения, которые в свою очередь влияют на величину напряжения волочения.

Одним из важных технологических показателей процесса волочения яв-ляется так называемый коэффициент запаса

. (61)

С учетом того, что расчетные формулы для определения напряжения воло-чения многие факторы, от которых оно зависит, учитывают приближенно, а некоторые не учитывают вообще (наличие поверхностных и внутренних де-фектов, ослабляющих вытягиваемый конец изделия, несовпадение осей протя-гиваемого изделия и канала волоки, вибрация, динамические нагрузки и т.п.), рекомендуемая величина коэффициента запаса при волочении прутков, толстостенных труб и профилей ; при волочении тонкостенных труб и профилей, а также проволоки малых диаметров .

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник