Методы волочения металлов (стр. 1 из 2)

МЕТОДЫ ВОЛОЧЕНИЯ

Волочением называется способ обработки металла давлением, при котором обрабатываемый металл в виде полосы с одинаковым поперечным сечением вводится в канал волочильного инструмента и протягивается (проволакивается) через него. Этот канал имеет поперечные сечения, одинаковые по своей форме или близкие к форме поперечного сечения протягиваемого металла, но плавно уменьшающиеся от места входа металла в инструмент к месту его выхода. Выходное сечение канала всегда меньше поперечного сечения протягиваемой полосы. Поэтому последняя, проходя через волоку, деформируется и изменяет свое поперечное сечение, принимая после выхода из волоки форму и размеры наименьшего сечения канала. Длина полосы при этом увеличивается прямо пропорционально уменьшению поперечного сечения. Перед волочением на специальном станке заостряют передний конец полосы, предназначенной для обработки, с таким расчетом, чтобы конец легко входил в волоку и частично выходил с ее противоположной стороны. Этот конец захватывают специальным механизмом и протягивают.

Схемы основных методов волочения показаны на рисунке. Чтобы уменьшить внешнее трение, между поверхностями протягиваемого металла и волочильного канала вводят смазку. Это уменьшает расход энергии на волочение, способствует получению гладкой поверхности у протягиваемого металла, сильно уменьшает износ самого канала и позволяет осуществлять процесс с повышенными степенями деформации.

Для уменьшения внешнего трения и повышения стойкости канала часто применяют метод волочения с противонатяжением. Сущность его заключается в следующем. К протягиваемому металлу со стороны входа его в волоку прикладывают силу, направленную в сторону, противоположную движению металла, и потому называемую противонатяжением. От этого в полосе еще до ее входа в волочильный канал в осевом направлении создаются растягивающие напряжения. Они вызывают, как это будет доказано далее, уменьшение давления металла на стенки канала, что, естественно, увеличивает стойкость последнего. Этот

метод имеет и некоторые недостатки, отмеченные далее, и потому не всегда применятся.

В большинстве случаев металл, обрабатываемый волочением, предварительно не нагревают: он входит в волочильный канал при комнатной температуре, а образующееся в канале тепло деформации и внешнего трения отводят, непрерывно омывая волоки охлаждающей эмульсией, водой, или окружающим воздухом. При таком холодном волочении с надлежащей смазкой и инструментом протянутый металл имеет гладкую блестящую поверхность и достаточно точные размеры поперечного сечения.

В некоторых специальных случаях, когда деформируемый металл обладает недостаточной пластичностью, при комнатной температуре или высоким сопротивлением деформированию, волочение ведут в предварительно нагретом состоянии. Например, при волочении цинковой проволоки для увеличения пластичности заготовки ее предварительно подогревают до 80—90°, погружая моток в нагретую воду. В очаге деформации температура проволоки доходит до 120—150°, т. е. до температуры, при которой образуется максимальное количество систем скольжения.

При волочении вольфрама и молибдена, имеющих при комнатной температуре особо высокую сопротивляемость пластическому деформированию, их предварительно нагревают до 700—800°, пропуская протягиваемый металл через нагревательную камеру, установленную перед волокой.

В настоящее время намечается применение процесса горячего волочения при протяжке профилей сложных форм и для уменьшения сопротивления деформированию в тех случаях, когда это допускается требованиями к поверхности, механическим свойствам и точности размеров поперечного сечения.

Из приведенных схем волочения следует, что все они обладают тремя следующими, отличающими их от прочих видов обработки металлов давлением признаками:

а) линейные размеры поперечных сечений протягиваемого металла могут уменьшаться до заданных величин во всех направлениях одновременно;

б) возможность получить не изменяющийся по длине полосы как сплошной, так и полый профили почти любой формы и таких чиненных размеров его поперечного сечения, какие позволяет техника изготовления волочильных каналов,

в) величина деформации за один пропуск ограничивается максимально допустимым напряжением растяжения, возникающим в поперечном сечении протягиваемого металла у выхода из очага деформации.

Естественно, что это не ограничивает величины суммарной деформации между отжигами, которой может быть подвергнут металл, обрабатываемый волочением Путем ряда последовательных протяжек можно получить суммарную деформацию любой величины, в зависимости от пластических свойств протягиваемого металла

Волочение применяется

1. Для производства профилей большой длины, но сравнительно малых и очень малых сечений различных форм с отношением ширины к толщине поперечного сечения, не превышающим примерно 12. Такое изделие называется проволокой.

Вследствие большой длины проволоку либо свертывают в мотки, либо наматывают на катушки Волочением можно получить проволоку диаметром до 6—8 мм. Для дальнейшего уточнения приходится применять процессы, не требующие волок, например процесс равномерного растяжения, рассмотренный в конце настоящей главы, процесс электролитического растворения периферийных слоев.

2 Для производства профилей средних и больших сечений разных форм с отношением ширины к толщине поперечного сечения, не превышающим примерно 20, а также и в том случае, когда требуется получить сечение с минимально возможными отклонениями от заданных размеров или чистую и гладкую поверхность Такие профили обычно протягивают до небольшой длины (5—6 м) и не смешивают

3 Для производства полых профилей (труб) разных форм и сечений и, особенно, тонкостенных Волочением получают трубки диаметром до 0,5 мм, а иногда и тоньше.

Процесс волочения принято характеризовать следующими основными показателями:

а) вытяжка;

б) коэффициент уменьшения сечения;

в) относительное обжатие,

г) относительное удлинение;

д) съем и

е) коэффициент съема.

Каждый из этих показателей в разных математических выражениях, приведенных в табл., связывает поперечные сечения деформируемою металла до и после процесса и этим до некоторой степени характеризует степень деформации в рассматриваемом процессе Поэтому все перечисленные показатели связаны между собой точными геометрическими соотношениями, основанными на законе практического постоянства объема при пластических деформациях, также указанными в табл.. В практических расчетах часто применяют показатель 5 — «относительное обжатие», представляющих собой, как это указано в табл., отношение уменьшения поперечного сечения протягиваемого металла к начальному поперечному сечению (до протяжки). Применение этого показателя при волочении, а также и при других процессах обработки металлов давлением, перенесенное из теории упругих деформаций, нельзя считать достаточно теоретически обоснованным

Если мысленно разделить любой процесс волочения на несколько этапов и соответственно разделить на части полное уменьшение поперечного сечения протягиваемой полосы за рассматриваемый процесс, то становится очевидной необоснованность определения степени деформации конечного и любого промежуточного этапа процесса путем отнесения уменьшения сечения полосы на этом участке к начальному сечению первого этапа, а не к начальному сечению рассматриваемого этапа. Иначе говоря, если начальные сечения каждого из этапов обозначить через 5Н ; 5г,

, то степень деформации m-го этапа логичнее

определить по отношению

чем по отношению-

Между тем, применяя показатель «обжатия» для всего процесса

в виде выражения

степень деформации на каждом этапе

учитывают по второму, менее обоснованному отношению. При этом получаются заниженные результаты как для каждого участка, так и общей степени деформации, потому что

Необоснованность применения показателя «обжатия» становится особенно заметной при сравнении больших пластических деформаций Пусть для примера сравниваются процессы с обжатиями в 98 и 99% На первый взгляд может показаться, что эти процессы по степени деформации почти одинаковы (отличаются всего на 1 %). Между тем, если определить вытяжку для обоих процессов по формуле, приведенной в табл.

, станет

очевидным, что вытяжка при втором процессе вдвое больше, чем при первом, так как:

Поэтому обе рассматриваемые степени деформации считать близкими нельзя.

Если сравнить обжатия еще большей величины, то разрывы полечатся еще более заметные.

Рассуждая так же, можно считать недостаточно обоснованным и применение показателя «съем»

являющегося аналогом показателя «обжатие» и показателя «удлинение», который в отличие от показателя 5 дает завышение степени деформации Только в области упругих деформаций металлов, имеющих, как известно, весьма небольшие относительные значения, в итоге практически получаются одни и те же величины, независимо от того, отнесена разность сечений к начальному или конечному сечению.