МЕТОДИ Волочіння
Волочіння називається спосіб обробки металу тиском, при якомуоброблюваний метал у вигляді смуги з однаковим поперечним перерізомвводиться в канал волочильного інструменту і простягається
(проволаківается) через нього. Цей канал має поперечні перетину,однакові за своєю формою або близькі до форми поперечного перерізупростягаємо металу, але плавно зменшуються від місця входу металу вінструмент до місця його виходу. Вихідна перетин каналу завжди меншепоперечного перерізу простягаємо смуги. Тому остання, проходячи черезволочу, деформується й змінює своє поперечний переріз, приймаючи післявиходу з волоки форму і розміри найменшого перетину каналу. Довжина смуги при цьому збільшується прямо пропорційно зменшенню поперечногоперетину. Перед волочінням на спеціальному верстаті загострюють передній кінецьсмуги, призначеної для обробки, з таким розрахунком, щоб кінець легковходив до волочу і частково виходив з її протилежного боку. Цей кінецьзахоплюють спеціальним механізмом і простягають.
Схеми основних методів волочіння показані на малюнку. Щоб зменшитизовнішнє тертя, між поверхнями простягаємо металу і волочильногоканалу вводять мастило. Це зменшує витрати енергії на волочіння,сприяє отриманню гладкої поверхні у простягаємо металу, сильнозменшує знос самого каналу і дозволяє здійснювати процес зпідвищеними ступенями деформації.
Для зменшення зовнішнього тертя і підвищення стійкості каналу часто застосовуютьметод волочіння з протівонатяженіем. Сутність його полягає в наступному.
До простягаємо металу з боку входу його в волочу прикладають силу,спрямовану убік, протилежну руху металу, і томузвану протівонатяженіем. Від цього в смузі ще до її входу вволочильний канал в осьовому напрямку створюються що розтягують напруги.
Вони викликають, як це буде доведено далі, зменшення тиску металу настінки каналу, що, природно, збільшує стійкість останнього. Цей
метод має і деякі недоліки, відмічені далі, і тому не завждизастосуються.
У більшості випадків метал, що обробляється волочінням,попередньо не нагрівають: він входить в волочильний канал при кімнатнійтемпературі, а що утворюється в каналі тепло деформації та зовнішнього тертявідводять, безперервно омиваючи волоки охолоджуючої емульсією, водою, абонавколишнім повітрям. При такому холодному волочіння з належною мастилом іінструментом протягнутий метал має гладку блискучу поверхню ідостатньо точні розміри поперечного перерізу.
У деяких спеціальних випадках, коли деформується метал маєнедостатньою пластичністю, при кімнатній температурі або високимопором деформації, волочіння ведуть у попередньо нагрітійстані. Наприклад, при волочіння цинкової дроту для збільшенняпластичності заготовки її попередньо підігрівають до 80-90 °, занурюючимоток в нагріту воду. В осередку деформації температура дроту доходить до
120-150 °, тобто до температури, при якій утворюється максимальнекількість систем ковзання.
При волочіння вольфраму і молібдену, що мають при кімнатній температуріособливо високу опірність пластичного деформації, їхпопередньо нагрівають до 700-800 °, пропускаючи простягаємо метал черезнагрівальну камеру, встановлену перед волоком.
В даний час намічається застосування процесу гарячого волочінняпри протяжці профілів складних форм і для зменшення опорудеформації в тих випадках, коли це допускається вимогами доповерхні, механічними властивостями і точності розмірів поперечногоперетину.
З наведених схем волочіння випливає, що всі вони володіють трьоматакими, що відрізняють їх від інших видів обробки металів тискомознаками:а) лінійні розміри поперечних перерізів простягаємо металу можутьзменшуватися до заданих величин у всіх напрямках одночасно;б) можливість отримати не змінюється за довжиною смуги як суцільний, такі порожнистий профілі майже будь-якої форми і таких чинення розмірів його поперечногоперетину, які дозволяє техніка виготовлення волочильних каналів,в) величина деформації за один пропуск обмежується максимальнодопустимим напругою розтягування, що виникають в поперечному перерізіпростягаємо металу біля виходу з осередку деформації.
Природно, що це не обмежує величини сумарної деформаціїміж відпалу, якою може бути підданий метал, що обробляєтьсяволочінням Шляхом ряду послідовних протяжок можна отримати сумарнудеформацію будь-якої величини, в залежності від пластичних властивостейпростягаємо металу
Волочіння застосовується
1. Для виробництва профілів великої довжини, але порівняно малих і дужемалих перетинів різних форм з відношенням ширини до товщини поперечногоперетину, що не перевищує приблизно 12. Таке виріб називається дротом.
Внаслідок великої довжини дріт або згортають у мотки, або намотуютьна котушки Волочіння можна отримати дріт діаметром до 6-8 мм. Дляподальшого уточнення доводиться застосовувати процеси, які не потребують волок,наприклад процес рівномірного розтягування, розглянутий у кінці цієїголови, процес електролітичного розчинення периферійних шарів.
2 Для виробництва профілів середніх і великих перетинів різних форм звідношенням ширини до товщини поперечного перерізу, що не перевищує приблизно
20, а також і в тому випадку, коли потрібно отримати перетин змінімально можливими відхиленнями від заданих розмірів або чистий ігладку поверхню Такі профілі зазвичай простягають до невеликої довжини
(5-6 м) і не змішують
3 Для виробництва порожніх профілів (труб) різних форм і перерізіві, особливо, тонкостінних Волочіння отримують трубки діаметром до 0,5 мм,а іноді і тонше.
Процес волочіння прийнято характеризувати наступними основнимипоказниками:а) витяжка;б) коефіцієнт зменшення перетину;в) відносне обтиснення,г) відносне подовження;д) з'їм іе) коефіцієнт знімання.
Кожен з цих показників у різних математичних виразах,наведених у табл., пов'язує поперечні перетину деформується металу доі після процесу і цим до певної міри характеризує ступіньдеформації в даному процесі Тому всі перераховані показникипов'язані між собою точними геометричними співвідношеннями, заснованими назаконі практичного сталості об'єму при пластичних деформаціях, такожзазначеними в табл .. У практичних розрахунках часто застосовують показник 5 -
«Відносне обтиснення», що представляють собою, як це зазначено в табл.,ставлення зменшення поперечного перерізу простягаємо металу допочаткового поперечного перерізу (до протяжки). Застосування цього показникапри волочіння, а також і при інших процесах обробки металів тиском,перенесене з теорії пружних деформацій, не можна вважати доситьтеоретично обгрунтованим
Якщо в думках розділити будь-який процес волочіння на кілька етапів івідповідно розділити на частини повне зменшення поперечного перерізупростягаємо смуги за розглянутий процес, то стає очевидноюнеобгрунтованість визначення ступеня деформації кінцевого і будь-якогопроміжного етапу процесу шляхом віднесення зменшення перетину смуги націй ділянці до початкового перетину першого етапу, а не до початкового перетинурозглянутого етапу. Інакше кажучи, якщо початкові перетину кожного зетапів позначити через 5Н; 5г,, то ступінь деформації m-го етапулогічнішевизначити за отношеніючем по відношенню-
Між тим, застосовуючи показник «обтиску» для всього процесуу вигляді вираженіястепень деформації на кожному етапівраховують по другому, менш обгрунтованого відношенню. При цьому виходятьзанижені результати як для кожної ділянки, так і загальної ступенядеформації, тому що
Необгрунтованість застосування показника «обтиску» стає особливопомітною при порівнянні великих пластичних деформацій Нехай для прикладупорівнюються процеси з обтисненням в 98 і 99% На перший погляд можездатися, що ці процеси за ступенем деформації майже однакові
(різняться лише на 1%). Тим часом, якщо визначити витяжку для обохпроцесів за формулою, наведеною в табл. , Станеочевидним, що витяжка при другому процесі вдвічі більше, ніж при першому,тому що:
Тому обидві розглянуті ступеня деформації вважати близькимине можна.
Якщо порівняти обтиску ще більшої величини, то розриви полікують ще більшепомітні.
Міркуючи так само, можна вважати недостатньо обгрунтованим і застосуванняпоказника «з'їм» є аналогом показника «обтиснення» іпоказника «подовження», який на відміну від показника 5 дає завищенняступеня деформації Тільки в області пружних деформацій металів, які мають,як відомо, дуже невеликі відносні значення, у результаті практичновиходять одні й ті ж величини, незалежно від того, віднесена різницяперетинів до початкового або кінцевого перерізу.
У зв'язку з викладеним, важливе значення в розрахунках має так званийінтегральний показник ступеня деформації, рівний, чисельні значенняякого знаходяться між відповідними значеннями 5 і> числові зв'язку
в.
Цей показник часто називаютпоказателем «істинної» відносноїдеформації тому, що він є сумою нескінченно малих деформацій,перетерплюємо розглянутих елементом і складових його кінцевувідносну деформацію При цьому за початкові і кінцеві розміри длякожній проміжній деформації приймаються ті розміри, які маєелемент до і після кожної розглянутої нескінченно малої деформації, а нерозміри до і після даної кінцевої деформації. Цікаво відзначити,що інтегральні показники, що відповідають обтисненням 98 і 99%,порівнюється раніше, рівні відповідно 3,9 і 4,6, тобто помітновідрізняються один від одного і цим створюють більш правильні уявлення проступенях деформацій у подібних процесах. Важливим розрахунковим властивістюінтегрального показника є його «адитивність», тобто можливістьпідсумовування показників і наступних один за одним переходів Такимвластивістю показники і не володіють. Більш докладно про цепоказнику. Однак те, що в теорії пластичних деформацій продовжуютьзастосовувати показник пояснюється, з одного боку, переходом зтеорії пружних деформацій, а з іншого - простотою визначень.
Слід, однак, мати на увазі, що всі перераховані показникиступеня деформації повністю не відображають деформованого стануоброблюваного металу. У волочіння, як і в будь-якому технічному процесіобробки металів тиском, подовження (або вкорочення) окремихелементів оброблюваного обсягу в загальному випадку, крім основних, або
«Чистих» зрушень, супроводжується так званими додатковими або
«Простими» зрушеннями.
Тільки за подовження або вкорочення, що протікають у напрямкахголовних деформацій 2, додаткові зрушення відсутні.
У главі II показано, що навіть в самому простому процесі волочіннякруглого суцільного профілю з суцільної круглої заготовки подовжуються внапрямку цієї осі без додаткових зрушень тільки нескінченно маліелементи деформується обсягу, які розташовані на осі волочильногоканалу, тобто, що напрями їх головних осей деформації збігаються знапрямом осі каналу. У всіх же інших нескінченно малих елементівдеформується обсягу напрямки головних осей деформації не збігаються знапрямом осі волочильного каналу і тому подовження елементів унапрямку осі каналу супроводжуються додатковими зсувнедеформаціями. Величини цих деформацій залежать від форми волочильного каналута інших умов процесу. Можна абсолютно точно довести, що подовженнявсіх елементів, не розташованих на осі каналу, у напрямах їх головнихосей деформації будуть більше відповідних подовжень елементів,розташованих на осі каналу.
Тому слід мати на увазі, що наведені раніше показники ступенядеформації відображають лише подовження в напрямку осі каналу, не враховуютьдодаткових зрушень, що виникають у всіх шарах в напрямку цієї осі, іє заниженими в порівнянні з середніми значеннями действітельни4;деформацій подовження. Це підтверджується тим, що метал, протягнутий черезволочу, за інших можливих рівних умовах, більш зміцнений, ніж метал,деформований розтяганням. Але все-таки що розглядаються показники вважаютьсяосновними тому, що при заданих умовах процесу вони визначають ідодаткові деформації.
Швидкість волочіння, під якою звичайно розуміють швидкість рухуметалу після виходу його з волоки, коливається в дуже великих межах: від
2 до 3000 м/хв (50 м/сек), Швидкості волочіння залежать від великоїкількості найрізноманітніших факторів, вплив яких буде докладнорозібрано далі. В основному можна вважати, що смуги великих перерізівпіддають волочіння з меншими швидкостями, ніж смуги малих перетинів.
Тверді та малопластічние сплави (наприклад, легована сталь, нихром,бронза, вольфрам і т. п.), а також маломіцних метали (наприклад, свинець),простягають з малими швидкостями. Найбільші швидкості застосовують приволочіння мідного дроту.
Волочіння можна вести або через одну волочу, або за допомогою спеціальнихпристроїв одночасно через кілька волок. У першому випадку волочінняназивається одноразовим, у другому - багаторазовим. Відповідно до цьогорозрізняють дві основні групи волочильних машин-одноразового ібагаторазового волочіння. Принципові схеми багаторазових машин описанідалі.
Зменшити діаметр круглого суцільного профілю можна і простимрозтяганням. Такий метод заснований па відомому з теорії пластичноїдеформації властивість всякого круглого зразка, зробленого з металу, уякого межа плинності менше істинного напруги розриву, піддією прикладених сил порівняно рівномірно розтягуватися звідповідним зменшенням діаметру і збереженням форми поперечногоперетину (кола). Чим більше різниця між межею плинності металу дорозтягування і напругою розриву, тим більше рівномірне пиляння можепоказати зразок до утворення шийки. У такий спосіб можна, наприклад,мідну відпалених дріт подовжити приблизно на 15% і відповіднозменшити площа її поперечного перерізу і діаметр, не застосовуючи "ніякоїволоки. Радянськими дослідниками М. І. Бойко і М. І. Куклин запропонованийметод безперервного розтягування дроту, названий ними «бесфільернимволочінням ».
Основними недоліками цього методу навантаження, що перешкоджають йогомасового застосування, є: зниження пластичності оброблюваногометалу і необхідність після кожного порівняно невеликого розтягуванняпіддавати оброблюваний метал відпалу.
При звичайному методі волочіння часті відпалу не є необхідними; так,наприклад, мідь можна протягувати без відпалу з сумарною деформацією,доходить до 99% (20-25 переходів). Однак, якщо відсутні волоки абоє інші перешкоди застосування звичайного методу волочіння,
«Бесфільерное волочіння» може дати належні технічні результати.
Слід відзначити явище «самоограненія» найтонших дротів при такомурозтягу, помічене і описаний П. Д. Новокрещенова. Сутність цьогоявища полягає в тому, що кругле до розтягування поперечний переріздроту після достатнього розтягнення внаслідок організованих поворотівкристалів стає квадратним (Сі, Сі + 2п, А1, 5г) або шестигранним
(2п, Мg) відповідно до характеру решітки металу.
