Сущность процесса волочения, его основные разновидности и деформационные показатели

ВОЛОЧЕНИЕМ называется способ ОМД, при котором обрабатываемый металл в виде заготовки постоянного поперечного сечения вводится в канал волочильного инструмента (волоки, фильеры) и протягивается (проволакивается) через него.

Сечение канала плавно уменьшается от места входа металла в инструмент к месту выхода из него. Выходное сечение канала всегда меньше поперечного сечения протягиваемой заготовки, поэтому заготовка, проходя через волоку, деформируется, поперечное сечение её изменяется, и она после выхода из волоки принимает форму и размеры наименьшего сечения канала (рис.1). Длина полосы при этом возрастает прямо пропорционально уменьшению поперечного сечения. Перед волочением на специальном станке заостряют заправочный конец предназначенной для обработки заготовки, чтобы этот конец легко входил в волоку и частично выходил с её противоположной стороны. Этот конец захватывают специальным тянущим механизмом.

Чтобы уменьшить внешнее трение, между поверхностями протягиваемого металла и волочильного канала вводят смазку. Это уменьшает расход энергии на волочение, способствует получению гладкой поверхности, уменьшает износ инструмента и позволяет проводить процесс с повышенными степенями деформации. Для уменьшения внешнего трения и износа канала применяют волочение с противонатяжением (рис.2): к протягиваемой полосе со стороны входа в волоку прикладывают силу Q, направленную в сторону, противоположную движению металла, и поэтому называемую также внешним противонатяжением. При этом в заготовке ещё до её входа в волочильный канал создаются растягивающие напряжения. Этот метод отличается также некоторыми недостатками, и потому не всегда применяется.

В большинстве случаев металл, обрабатываемый волочением, предварительно не нагревают (холодное волочение), а образующееся в канале тепло деформации и внешнего трения отводится окружающей средой или охлаждающими эмульсиями, водой, маслами, непрерывно омывающими волоку. Холодное волочение с использованием качественной смазки и инструмента рационального профиля позволяет получать изделие с гладкой блестящей поверхностью и достаточно точными размерами поперечного сечения.

В некоторых случаях, когда деформируемый металл в холодном состоянии имеет недостаточную вязкость или высокое сопротивление деформации, волочение ведут с предварительным подогревом. Например, нагрев для цинковой проволоки 80 – 90ºС погружением в нагретую воду; нагрев сталей мартенситного класса и титановых сплавов доводят до 500 – 700ºС; при волочении вольфрама и молибдена их предварительно нагревают до 800 – 900ºС, например, электроконтактным способом перед волокой (рис.3). Процессы волочения с предварительным нагревом используются при производстве сложных профилей.

Все способы волочения отличаются от прочих видов ОМД тремя особенностями:

а) линейные размеры сечения протягиваемого металла уменьшаются до заданных величин во всех направлениях одновременно;

б) возможность получения сплошных и полых конфигураций поперечного сечения, не изменяющегося по длине профиля;

в) величина деформации за один переход ограничивается максимально допустимым напряжением растяжения в поперечном сечении протягиваемого металла у выхода из деформационной зоны.

Это не ограничивает величины суммарной деформации, которой может быть подвергнут металл при волочении рядом последовательных протяжек с промежуточными отжигами.

Рис. 1.  Основные разновидности процесса волочения: а) – круглого сплошного профиля; б) – некруглого сплошного профиля; в) – круглой трубы, без оправки; г) – круглой трубы, на закрепленной оправке; д) – круглой трубы, на самоустанавливающейся оправке; е) – круглой трубы, на подвижной оправке;

1 – волока; 2 – протягиваемое изделие; 3 – оправка

Волочение применяют:

1. Для производства профилей большой длины, малых и очень малых сечений различных форм с отношением ширины к толщине, не превышающим ≈ 12.  Такие изделия называются проволокой. Вследствие большой длины проволоку либо сматывают в мотки, либо наматывают на катушки. Волочением можно получить проволоку Æ до 6 – 8 мкм. Для дальнейшего утонения применяют другие процессы, например, равномерное растяжение или электролитическое растворение периферийных слоёв.

2. Для производства сплошных профилей средних и больших сечений разных форм с отношением ширины к толщине поперечного сечения, не превышающим ≈ 20, а также в том случае, когда требуется получить сечение с минимально возможными отклонениями от заданных размеров или чистую и гладкую поверхность. Эти профили обычно протягивают до небольшой длины (7 – 12 м) и не сматывают.

3. Для производства полых профилей (труб) разных форм и сечений и особенно толстостенных. Волочением получают трубы Æ до 0,5 мм с толщиной стенки до 0,05 мм, а иногда и меньше.

Рис. 2. Процесс волочения с внешним противонатяжением: Pq – усилие волочения; Q – усилие противонатяжения

Рис. 3. Процесс волочения с предварительным нагревом

Процесс волочения характеризуется следующими основными геометрическими показателями:

– вытяжка μ ;

– относительное обжатие δ ;

– относительное удлинение λ ;

– интегральная деформация удлинения il .

Эти показатели в разных математических выражениях характеризуют главную деформацию удлинения осевого слоя, которая в процессе волочения является максимальной по отношению к поперечным и поэтому достаточно полно отражающей деформационную сторону процесса. Поэтому, под термином «степень деформации» подразумевается именно эта величина. Все показатели характеризуют изменение поперечного сечения металла и длины полосы в процессе волочения, поэтому все показатели (табл. 1.) связаны между собой точными геометрическими соотношениями, основанными на законе практического постоянства объёма при пластических деформациях:  FнLн = FкLк .

Т а б л и ц а 1.