Волочение проволоки
Процесс металлообработки, используемый для создания проволоки
Волочение серебряной проволоки вручную
Вытягивание более толстой серебряной проволоки с помощью коленчатого тягового усилия

Волочение проволоки — это процесс металлообработки, используемый для уменьшения поперечного сечения проволоки путем протягивания проволоки через одну или несколько матриц . Существует множество применений волочения проволоки, включая электропроводку, кабели, нагруженные натяжением структурные компоненты, пружины, скрепки, спицы для колес и струнные музыкальные инструменты. Хотя процесс похож, волочение отличается от экструзии , поскольку при волочении проволока протягивается, а не проталкивается через матрицу. Волочение обычно выполняется при комнатной температуре, поэтому классифицируется как процесс холодной обработки , но для больших проводов оно может выполняться при повышенных температурах для уменьшения усилий. [1]

Из элементарных металлов медь , серебро , золото и платина являются наиболее пластичными и устойчивыми ко многим проблемам, связанным с холодной обработкой .

Процесс

Концепция волочения проволоки

Процесс волочения проволоки по своей сути довольно прост. Проволока подготавливается путем усадки ее начала, путем ковки, опиливания, прокатки или ковки , так что она проходит через матрицу; затем проволока протягивается через матрицу. По мере того, как проволока протягивается через матрицу, ее объем остается прежним, поэтому с уменьшением диаметра длина увеличивается. Обычно проволоке требуется более одного волочения, через последовательно меньшие матрицы, чтобы достичь желаемого размера. Американская шкала калибра проволоки основана на этом. Это можно сделать в небольших масштабах с помощью волочильной плиты или в больших коммерческих масштабах с использованием автоматизированного оборудования. [1] [2] Процесс волочения проволоки изменяет свойства материала из-за холодной обработки.

Уменьшение площади в мелких проводах обычно составляет 15–25%, а в более крупных — 20–45%. [1] Точная последовательность штампов для конкретной работы является функцией уменьшения площади, входного размера провода и выходного размера провода. По мере изменения уменьшения площади изменяется и последовательность штампов. [3]

Очень тонкая проволока обычно тянется пучками. В пучке проволоки разделены металлом с похожими свойствами, но с более низкой химической стойкостью, чтобы его можно было удалить после волочения. [ необходима цитата ] Если уменьшение площади больше 50%, процесс может потребовать промежуточного этапа отжига перед повторным волочением.

Коммерческое волочение проволоки обычно начинается с катушки горячекатаной проволоки диаметром 9 мм (0,35 дюйма). Поверхность сначала обрабатывается для удаления окалины. Затем она подается в волочильный станок, который может иметь один или несколько блоков последовательно.

Машины для волочения проволоки с одним блоком включают средства для точного удержания матриц в нужном положении и для устойчивого протягивания проволоки через отверстия. Обычная конструкция состоит из чугунного верстака или стола с кронштейном, стоящим вверх для удержания матрицы, и вертикального барабана, который вращается и, наматывая проволоку на свою поверхность, протягивает ее через матрицу, катушка проволоки хранится на другом барабане или «свифте», который находится за матрицей и сматывает проволоку с необходимой скоростью. Барабан для проволоки или «блок» снабжен средствами для быстрого соединения или отсоединения его от вертикального вала, так что движение проволоки может быть остановлено или начато мгновенно. Блок также имеет коническую форму, так что катушку проволоки можно легко снять вверх после завершения. Перед тем, как проволоку можно будет прикрепить к блоку, ее достаточную длину необходимо протянуть через матрицу; это осуществляется парой зажимных клещей на конце цепи, которая намотана на вращающийся барабан, таким образом, протягивая проволоку до тех пор, пока ее можно будет намотать два или три раза на блок, где конец закрепляется небольшим винтовым зажимом или тисками. Когда проволока находится на блоке, он приводится в движение, и проволока равномерно протягивается через матрицу; очень важно, чтобы блок вращался равномерно и чтобы он двигался правильно и тянул проволоку с постоянной скоростью, в противном случае происходит «рывок», который ослабит или даже сломает проволоку. Скорости, с которыми протягивается проволока, сильно различаются в зависимости от материала и степени сокращения.

Машины с непрерывными блоками отличаются от машин с одним блоком тем, что имеют ряд фильер, через которые проволока протягивается непрерывно. Из-за удлинения и проскальзывания скорость проволоки меняется после каждой последующей перетяжки. Эта повышенная скорость обеспечивается за счет различной скорости вращения для каждого блока. Одна из таких машин может содержать от 3 до 12 фильер. [2] Операция продевания проволоки через все фильеры и вокруг блоков называется «нанизыванием». Устройства для смазки включают насос, который заливает фильеры, а во многих случаях также и нижние части блоков работают в смазке. [4]

Часто требуются промежуточные отжиги, чтобы противостоять эффектам холодной обработки и обеспечить дальнейшее волочение. Окончательный отжиг может также использоваться на готовом изделии, чтобы максимизировать пластичность и электропроводность . [5]

Примером продукции, произведенной на непрерывной волочильной машине, является телефонный провод. Он вытягивается 20–30 раз из горячекатаной катанки. [2]

В то время как круглые поперечные сечения доминируют в большинстве процессов волочения, некруглые поперечные сечения тянутся. Они обычно тянутся, когда поперечное сечение мало, а количество слишком мало, чтобы оправдать прокатку . В этих процессах используются блок или машина Turk's-head. [6]

Смазка

Смазка в процессе волочения необходима для поддержания хорошего качества поверхности и длительного срока службы штампа. Ниже приведены различные методы смазки: [1]

  • Мокрое волочение: фильеры и проволока или пруток полностью погружены в смазочные материалы.
  • Сухое волочение: проволока или пруток проходят через емкость со смазкой, которая покрывает поверхность проволоки или прутка.
  • Металлическое покрытие: проволока или стержень покрыты мягким металлом, который действует как твердая смазка.
  • Ультразвуковая вибрация: матрицы и оправки вибрируют, что помогает снизить усилия и обеспечивает большую степень обжатия за проход
  • Роликовая волока (также называемая роликовой волокой ): роликовые волоки используются вместо фиксированных волок для преобразования трения сдвига в трение качения с резким снижением усилий волочения, как сообщает Lambiase. [7] [8] [9] При использовании роликовых волок стадии волочения состоят из 2-4 холостых валков, и проволока протягивается в зазоре валков. Этот тип решения может быть легко принят также для производства плоской или профилированной тянутой проволоки.

Применяются различные смазочные материалы, такие как масло . Другой метод смазки заключается в погружении проволоки в раствор сульфата меди (II) , так что образуется пленка меди, которая образует своего рода смазку. В некоторых классах проволоки медь остается после окончательного волочения, чтобы служить в качестве защиты от ржавчины или для облегчения пайки . [ требуется ссылка ] Лучшим примером проволоки с медным покрытием является проволока MIG, используемая при сварке. [10]

Механические свойства

Эффект повышения прочности при волочении проволоки может быть существенным. Самые высокие показатели прочности, доступные для любой стали, были зафиксированы на холоднотянутой аустенитной нержавеющей проволоке малого диаметра. [ необходима цитата ]

Чертежные штампы

Схема волочильного волока из твердосплавной проволоки

Волочильные матрицы обычно изготавливаются из инструментальной стали , карбида вольфрама или алмаза , причем наиболее распространены карбид вольфрама и искусственный алмаз . [2] Для волочения очень тонкой проволоки используется монокристаллическая алмазная матрица. [2] Для горячего волочения используются литые стальные матрицы. Для волочения стальной проволоки используется матрица из карбида вольфрама. Матрицы помещаются в стальной корпус, который поддерживает матрицу и позволяет легко менять матрицы. [2] Углы матрицы обычно находятся в диапазоне 6–15°, и каждая матрица имеет как минимум 2 разных угла: угол входа и угол подхода. [2]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ abcd Калпакджян, стр. 415–419.
  2. ^ abcdefg Дегармо, стр. 434.
  3. ^ Расчеты последовательности фильер для волочильных фильер
  4. ^ Чисхолм, Хью , ред. (1911). "Wire"  . Encyclopaedia Britannica . Т. 28 (11-е изд.). Cambridge University Press. стр. 738.
  5. ↑ Дегармо, стр. 435.
  6. ^ Дэвис, Джозеф Р.; Комитет по справочникам, ASM International (2001-08-01). Медь и медные сплавы. ASM International. ISBN 978-0-87170-726-0.
  7. ^ Ламбиасе, Ф.; Ди Илио, А. (2011). «Параметрическое исследование остаточных напряжений и нагрузок в процессе волочения с холостыми валками». Материалы и дизайн . 32 (10): 4832– 4838. doi :10.1016/j.matdes.2011.06.019.
  8. ^ Lambiase, F.; Di Ilio, A. (2012). «Экспериментальное и конечно-элементное исследование процесса волочения рулонов». Журнал Materials Engineering and Performance . 21 (2): 161– 166. Bibcode : 2012JMEP...21..161L. doi : 10.1007/s11665-011-9932-1. S2CID  135863189.
  9. ^ Lambiase, F.; Di Ilio, A. (2012). «Неоднородность деформации в процессе волочения рулонов». Журнал производственных процессов . 14 (3): 208–215 . doi :10.1016/j.jmapro.2011.12.005.
  10. ^ Свойства проволоки Mig

Ссылки

  • Будински, Кеннет Г. (1996). Инженерные материалы: свойства и выбор (5-е изд.). Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall, Inc. ISBN 978-0-13-367715-7.
  • Дегармо, Э. Пол; Блэк, Дж. Т.; Кохсер, Рональд А. (2003). Материалы и процессы в производстве (9-е изд.). Wiley. ISBN 978-0-471-65653-1..
  • Kalpakjian, Serope; Schmid, Steven R. (2006). Manufacturing Engineering and Technology (5-е изд.). Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall. стр. 429. ISBN 978-0-13-148965-3.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Wire_drawing&oldid=1213227557"