Методы волочения металлов

Рефераты по металлургии » 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 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 отношениючем по отношению-

Между тем применяя показатель «обжатия» для всего процесса

в виде выражениястепень 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.

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

в.

Этот показатель часто называютпоказателем «истинной» относительной деформации потому что он является суммой бесконечно малых деформаций претерпеваемых рассмат­риваемым элементом и составляющих его конечную относитель­ную деформацию При этом за начальные и конечные размеры для каждой промежуточной деформации принимаются те размеры которые имеет элемент до и после каждой рассматриваемой бес­конечно малой деформации а не размеры до и после рассматри­ваемой конечной деформации. Интересно отметить что интеграль­ные показатели соответствующие обжатиям 98 и 99% сравни­вавшиеся ранее равны соответственно 3 9 и 4 6 т. е. заметно от­личаются друг от друга и этим создают более правильные пред­ставления о степенях деформаций в подобных процессах. Важ­ным расчетным свойством интегрального показателя является его «аддитивность» 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 пла­стических деформаций продолжают применять показателии объясняется с одной стороны переходом из теории упругих де­формаций а с другой — простотой определений.

Следует однако иметь в виду что все перечисленные показа­тели степени деформации полностью не отражают деформирован­ного состояния обрабатываемого металла. В волочении как и во всяком техническом процессе обработки металлов давлением уд­линение (или укорочение) отдельных элементов обрабатываемого объема в общем случае помимо основных или «чистых» сдвигов сопровождается так называемыми дополнительными или «просты­ми» сдвигами.

Только при удлинениях или укорочениях протекающих в на­правлениях главных деформаций 2 дополнительные сдвиги отсут­ствуют.

В главе II показано что даже в самом простом процессе воло­чения круглого сплошного профиля из сплошной круглой заго­товки 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 на­правлением оси канала. У всех же остальных бесконечно малых элементов деформируемого объема направления главных осей деформации не совпадают с направлением оси волочильного ка­нала и поэтому удлинения элементов в направлении оси канала сопровождаются дополнительными сдвиговыми деформациями. Величины этих деформаций зависят от формы волочильного ка­нала и других условий процесса. Можно совершенно точно дока­зать что удлинения всех элементов не располо­женных на оси канала в направлениях их главных осей деформа­ции будут больше соответствующих удлинений элементов рас­положенных на оси канала.

Поэтому следует иметь в виду что приведенные ранее показа­тели степени деформации отражают лишь удлинения в направ­лении оси канала не учитывают дополнительных сдвигов воз­никающих во всех слоях в направлении этой оси и являются заниженными по сравнению со средними значениями действитель­ны4; деформаций удлинения. Это подтверждается тем что металл протянутый через волоку при прочих воз­можных равных условиях более упрочнен чем металл дефор­мированный растяжением. Но все же рассматриваемые показатели считаются основными потому что при заданных условиях про­цесса 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 воло­чения зависят от большого количества самых разнообразных фак­торов влияние которых будет подробно разобрано дальше. В ос­новном 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 прово­локи.

Волочение можно вести либо через одну волоку либо при по­мощи специальных устройств одновременно через несколько во­лок. В первом случае волочение называется однократным во втором — многократным. Соответственно этому различают две основные группы волочильных машин— однократного и много­кратного волочения. Принципиальные схемы многократных ма­шин описаны далее.

Уменьшить диаметр круглого сплошного профиля можно и простым растяжением. Такой метод основан па известном из теории пластической деформации свойстве всякого круглого об­разца сделанного из металла у которого предел текучести мень­ше 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 умень­шить площадь ее поперечного сечения и диаметр не применяя "никакой волоки. Советскими исследователями М. И. Бойко и Н. И. Куклиным предложен метод непрерывного растяже­ния проволоки названный ими «бесфильерным волочением».

Основными недостатками этого метода нагружения препят­ствующими его массовому применению являются: понижение пластичности обрабатываемого металла и необходимость после каж­дого сравнительно небольшого растяжения подвергать обрабаты­ваемый металл отжигу.

При обычном методе волочения частые отжиги не являются необходимыми; так например медь можно протягивать без от­жига с суммарной деформацией доходящей до 99% (20—25 пере­ходов). Однако если отсутствуют волоки или имеются другие препятствия применению обычного метода волочения «бесфильерное волочение» может дать надлежащие технические результа­ты. Следует отметить явление «самоогранения» тончайших про­волок 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 ме­талла.