Методы волочения металлов

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 сеВнчения протягиваемой полосы. Поэтому последняя, проходя через волоку, деформируется и изменяет свое поперечное сечение, приВннимая после выхода из волоки форму и размеры наименьшего сечения канала. Длина полосы при этом увеличивается прямо пропорционально уменьшению поперечного сечения. Перед волоВнчением 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 проВнтягиваемого металла и волочильного канала вводят смазку. Это уменьшает расход энергии на волочение, способствует получению гладкой поверхности у протягиваемого металла, сильно уменьВншает износ самого канала и позволяет осуществлять процесс с поВнвышенными степенями деформации.

Для уменьшения внешнего трения и повышения стойкости каВннала часто применяют метод волочения с противонатяжением. Сущность его заключается в следующем. К протягиваеВнмому металлу со стороны входа его в волоку прикладывают силу, направленную в сторону, противоположную движению металла, и потому называемую противонатяжением. От этого в поВнлосе 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 деВнформации и внешнего трения отводят, непрерывно омывая волоки охлаждающей эмульсией, водой, или окружающим воздухом. При таком холодном волочении с надлежащей смазкой и инструменВнтом протянутый металл имеет гладкую блестящую поверхность и достаточно точные размеры поперечного сечения.

В некоторых специальных случаях, когда деформируемый меВнталл обладает недостаточной пластичностью, при комнатной температуре или высоким сопротивлением деформированию, волочеВнние ведут в предварительно нагретом состоянии. Например, при волочении цинковой проволоки для увеличения пластичности заготовки ее предварительно подогревают до 80тАФ90В°, погруВнжая моток в нагретую воду. В очаге деформации температура проволоки доходит до 120тАФ150В°, т. е. до температуры, при которой образуется максимальное количество систем скольжеВнния.

При волочении вольфрама и молибдена, имеющих при комнатВнной температуре особо высокую сопротивляемость пластическому деформированию, их предварительно нагревают до 700тАФ800В°, пропуская протягиваемый металл через нагревательную камеру, установленную перед волокой.

В настоящее время намечается применение процесса горячего волочения при протяжке профилей сложных форм и для уменьВншения сопротивления деформированию в тех случаях, когда это допускается требованиями к поверхности, механическим свойстВнвам 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 меВнталла могут уменьшаться до заданных величин во всех направВнлениях 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 техВнника изготовления волочильных каналов,

в) величина деформации за один пропуск ограничивается макВнсимально 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 последовательВнных 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 шиВнрины к толщине поперечного сечения, не превышающим примерно 12. Такое изделие называется проволокой.

Вследствие большой длины проволоку либо свертывают в мотВнки, либо наматывают на катушки Волочением можно получить проволоку диаметром до 6тАФ8 мм. Для дальнейшего уточнения приходится применять процессы, не требующие волок, например процесс равномерного растяжения, рассмотренный в конце наВнстоящей главы, процесс электролитического растворения перифеВнрийных слоев.

2 Для производства профилей средних и больших сечений разВнных 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 отклонеВнниями от заданных размеров или чистую и гладкую поверхность Такие профили обычно протягивают до небольшой длины (5тАФ6 м) и не смешивают

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

Процесс волочения принято характеризовать следующими основными показателями:

а) вытяжка;

б) коэффициент уменьшения сечения;

в) отноВнсительное обжатие,

г) относительное удлинение;

д) съем и

е) коВнэффициент съема.

Каждый из этих показателей в разных математических выраВнжениях, 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 дефорВнмациях, также указанными в табл. В практических расчетах чаВнсто применяют показатель 5 тАФ Влотносительное обжатиеВ», 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 уменьВншение поперечного сечения протягиваемой полосы за рассматриВнваемый процесс, то становится очевидной необоснованность опреВнделения степени деформации конечного и любого промежуточного этапа процесса путем отнесения уменьшения сечения полосы на этом участке к начальному сечению первого этапа, а не к начальВнному сечению рассматриваемого этапа. Иначе говоря, если наВнчальные сечения каждого из этапов обозначить через 5Н ; 5г, , то степень деформации m-го этапа логичнее

определить по отношениючем по отношению-

Между тем, применяя показатель ВлобжатияВ» для всего процесса

в виде выражениястепень деформации на каждом этапе

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

Необоснованность применения показателя ВлобжатияВ» станоВнвится особенно заметной при сравнении больших пластических деформаций Пусть для примера сравниваются процессы с обжаВнтиями 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 близВнкими нельзя.

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

Рассуждая так же, можно считать недостаточно обоснованным и применение показателя ВлсъемВ»являющегося аналогом показаВнтеля ВлобжатиеВ» и показателя ВлудлинениеВ», который в отличие от показателя 5 дает завышение степени деформации Только в обВнласти 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.

В связи с изложенным, важное значение в расчетах имеет так называемый интегральный показатель степени дефорВнмации, равный, численные значения которого наВнходятся между соответствующими значениями 5 и > числовые связи

в.

Этот показатель часто называютпоказателем ВлистиннойВ» относительной деформации потому, что он является суммой бесконечно малых деформаций, претерпеваемых рассматВнриваемым элементом и составляющих его конечную относительВнную деформацию При этом за начальные и конечные размеры для каждой промежуточной деформации принимаются те размеры, которые имеет элемент до и после каждой рассматриваемой бесВнконечно малой деформации, а не размеры до и после рассматриВнваемой конечной деформации. Интересно отметить, что интегральВнные показатели, соответствующие обжатиям 98 и 99%, сравниВнвавшиеся ранее, равны соответственно 3,9 и 4,6, т. е. заметно отВнличаются друг от друга и этим создают более правильные предВнставления о степенях деформаций в подобных процессах. ВажВнным расчетным свойством интегрального показателя является его ВладдитивностьВ», т. е возможность суммирования показателей и следующих друг за другом переходов Таким свойством показатели и не обладают . Более подробно об этом показателе. Однако то, что в теории плаВнстических деформаций продолжают применять показателии объясняется, с одной стороны, переходом из теории упругих деВнформаций, а с другой тАФ простотой определений.

Следует, однако, иметь в виду, что все перечисленные показаВнтели степени деформации полностью не отражают деформированВнного состояния обрабатываемого металла. В волочении, как и во всяком техническом процессе обработки металлов давлением, удВнлинение (или укорочение) отдельных элементов обрабатываемого объема в общем случае, помимо основных, или ВлчистыхВ» сдвигов, сопровождается так называемыми дополнительными или ВлпростыВнмиВ» сдвигами.

Только при удлинениях или укорочениях, протекающих в наВнправлениях главных деформаций 2, дополнительные сдвиги отсутВнствуют.

В главе II показано, что даже в самом простом процессе волоВнчения круглого сплошного профиля из сплошной круглой загоВнтовки удлиняются в направлении этой оси без дополнительных сдвигов только бесконечно малые элементы деформируемого объема, которые расположены на оси волочильного канала, т. е., что направления их главных осей деформации совпадают с наВнправлением оси канала. У всех же остальных бесконечно малых элементов деформируемого объема направления главных осей деформации не совпадают с направлением оси волочильного каВннала и поэтому удлинения элементов в направлении оси канала сопровождаются дополнительными сдвиговыми деформациями. Величины этих деформаций зависят от формы волочильного каВннала и других условий процесса. Можно совершенно точно докаВнзать, что удлинения всех элементов, не располоВнженных на оси канала, в направлениях их главных осей деформаВнции будут больше соответствующих удлинений элементов, расВнположенных на оси канала.

Поэтому следует иметь в виду, что приведенные ранее показаВнтели степени деформации отражают лишь удлинения в направВнлении оси канала, не учитывают дополнительных сдвигов, возВнникающих во всех слоях в направлении этой оси, и являются заниженными по сравнению со средними значениями действительВнны4; деформаций удлинения. Это подтверждается тем, что металл, протянутый через волоку, при прочих возВнможных равных условиях, более упрочнен, чем металл, дефорВнмированный растяжением. Но все же рассматриваемые показатели считаются основными потому, что при заданных условиях проВнцесса они определяют и дополнительные деформации.

Скорость волочения, под которой обычно понимают скорость движения металла после выхода его из волоки, колеблется в очень больших пределах: от 2 до 3000 м/мин (50 м/сек), Скорости волоВнчения зависят от большого количества самых разнообразных факВнторов, влияние которых будет подробно разобрано дальше. В осВнновном можно считать, что полосы больших сечений подвергают волочению с меньшими скоростями, чем полосы малых сечений.

Твердые и малопластичные сплавы (например, легированная сталь, нихром, бронза, вольфрам и т. п.), а также малопрочные металлы (например, свинец), протягивают с малыми скоростями. Наибольшие скорости применяют при волочении медной провоВнлоки.

Волочение можно вести либо через одну волоку, либо при поВнмощи специальных устройств одновременно через несколько воВнлок. В первом случае волочение называется однократным, во втором тАФ многократным. Соответственно этому различают две основные группы волочильных машинтАФ однократного и многоВнкратного волочения. Принципиальные схемы многократных маВншин описаны далее.

Уменьшить диаметр круглого сплошного профиля можно и простым растяжением. Такой метод основан па известном из теории пластической деформации свойстве всякого круглого обВнразца, сделанного из металла, у которого предел текучести меньВнше истинного напряжения разрыва, под действием приложенных сил сравнительно равномерно растягиваться с соответствующим уменьшением диаметра и сохранением формы поперечного сечения (круга). Чем больше разность между пределом текучести металла до растяжения и напряжением разрыва, тем большее равномерное пиление может показать образец до образования шейки. Таким способом можно, например, медную отожженную проволоку удлинить примерно на 15% и соответственно уменьВншить площадь ее поперечного сечения и диаметр, не применяя "никакой волоки. Советскими исследователями М. И. Бойко и Н. И. Куклиным предложен метод непрерывного растяжеВнния проволоки, названный ими Влбесфильерным волочениемВ».

Основными недостатками этого метода нагружения, препятВнствующими его массовому применению, являются: понижение пластичности обрабатываемого металла и необходимость после кажВндого сравнительно небольшого растяжения подвергать обрабатыВнваемый металл отжигу.

При обычном методе волочения частые отжиги не являются необходимыми; так, например, медь можно протягивать без отВнжига с суммарной деформацией, доходящей до 99% (20тАФ25 переВнходов). Однако, если отсутствуют волоки или имеются другие препятствия применению обычного метода волочения, Влбесфильерное волочениеВ» может дать надлежащие технические результаВнты. Следует отметить явление ВлсамоограненияВ» тончайших проВнволок при таком растяжении, замеченное и описанное П. Д. Новокрещеновым. Сущность этого явления заключается в том, что круглое до растяжения поперечное сечение проволоки после достаточного растяжения вследствие организованных поворотов кристаллов становится квадратным (Си, Си + 2п, А1, 5г) или шестигранным (2п, Мg) в соответствии с характером решетки меВнталла.

Вместе с этим смотрят:

11-этажный жилой дом с мансардой

14-этажный 84-квартирный жилой дом

16-этажный жилой дом с монолитным каркасом в г. Краснодаре

180-квартирный жилой дом в г. Тихорецке

2-этажный 3-секционный 18-квартирный жилой дом в г. Мирном