Волочение – простой метод обработки металлов

1 Зачем выполняется волочильная операция и какова ее сущность?

Волочение обычно назначается для изготовления продукции указанной далее. Во-первых, это профили с большими и средними сечениями разнообразных форм. Процедура рекомендована к выполнению в том случае, когда ширина и толщина сечения таких заготовок должна иметь соотношение не более 20. Кроме того, она используется при необходимости получения гладкой и чистой поверхности профиля либо сечения, которое отличается от требуемых (запланированных) параметров на незначительную величину. В большинстве случаев изделия с большими и средними сечениями тянут максимум до шести метров.

Во-вторых, это большие по протяженности и малые по сечению профили с соотношением ширины и толщины не более 12 (речь идет о стальной, алюминиевой и медной проволоке). Волочение позволяет производить проволочную продукцию диаметром до восьми миллиметров. Отметим, что при изготовлении проволоки рассматриваемая нами обработка металла давлением завершается дополнительными операциями (например, растворением в электролите периферийных слоев готового изделия либо растяжением его на специальном оборудовании).

В-третьих, это трубы любых сечений и форм. Волочение при производстве полых конструкций можно считать оптимальной операцией, так как она дает возможность выпускать очень малые по диаметру (до 0,3–0,4) тонкостенные трубы.

Сущность процесса волочения состоит в том, что металлические полосы или полосовую сталь с одним и тем же сечением подают на специальную волочильную установку, в канале которой и происходит технологический процесс протягивания заготовки до необходимых геометрических размеров.

В канале присутствуют канавки максимально близкие или полностью идентичные по форме сечениям обрабатываемого изделия. При этом их размеры на протяжении канала (от входа к выходу) постепенно снижаются, а поперечное сечение металла, которое подвергается протягиванию, всегда больше выходного сечения канала установки (очень важная характеристика и особенность процедуры). За счет этого и добиваются эффективного изменения поперечного сечения металлической заготовки (она деформируется и на выходе характеризуется заданными размерами и формой).

Перед тем, как начать протягивание заготовки в виде полосы на специальной установке, называемой волочильной машиной (станом), торец изделия обязательно заостряют.

Данная процедура должна выполняться таким образом, чтобы полоска без малейших проблем проникала в канал станка и выходила на некоторое расстояние в месте его окончания. "Выглядывающий" из установки кончик заготовки фиксируют устройством, входящим в состав волочильного оборудования. После этого и начинается операция волочения металла.

2 Характеристика видов и методов протягивания металлических полос

Рассматриваемая обработка заготовок давлением делится на несколько типов. Существуют следующие виды выполнения данной операции:

• чистовое и черное протягивание: первая из указанных процедур является финишной (полоса получает на выходе запланированные размерные характеристики, форму и показатели качества), вторая, как правило, именуется заготовительной;
• много- и однониточное волочение: при многониточном допускается протягивать до восьми заготовок одновременно (обратите внимание на то, что их число всегда четное – 8, 4, 2);
• мокрая (посредством использования мыльной эмульсии) и сухая (применяется емкость, наполненная мыльным составом) обработка давлением;
• много- и однократное протягивание: учитывается количество переходов (последовательных) волок станка при обработке одной полосы.

Также различают горячее и холодное протягивание. Эти виды обработки полос давлением могут производиться на вращающейся по отношению к своей продольной оси волоке и на неподвижной.

Теперь давайте поговорим о способах волочения металла. Их достаточно много, поэтому каждый вариант будет описан по возможности кратко. Методика безоправочного протягивания подразумевает изготовление из цветных сплавов и металлов, а также сталей трубных изделий. Ее особенность заключается в том, что отсутствует контакт между инструментом и поверхностью (внутренней) обрабатываемой детали.

Как правило, безоправочный способ выполняют на двух волоках. Обжатие труб по сечению происходит на одной, а вторая позволяет произвести центровку заготовки. При такой методике поверхность изделий имеет низкое качество, поэтому его в большинстве случаев используют для снижения диаметра труб, подвергаемых протягиванию.

Более эффективная обработка трубных изделий достигается при применении других способов волочения:

• Длинно- и короткооправочного. Технология предусматривает использование недеформируемой подвижной длинной либо цилиндрической короткой оправки, которую по окончанию процесса вынимают из готовой трубы.
• Бухтового. Оптимальная методика при изготовлении трубных конструкций из латуни и меди, а также алюминия, подразумевающая протягивание смотанной в бухту исходной заготовки. Подобным образом получают трубки с малой толщиной стенок (0,2–3 миллиметра) сечением 1–70 миллиметров. Обязательным условием для осуществления бухтовой схемы является применение олифы (синтетика или натуральная), водных эмульсий, минеральных и растительных масел либо олеиновой кислоты. Без указанных составов процесс не выполняют.
• На самоустанавливающейся, зафиксированной или деформируемой оправке.
• Стержневое. Его схема следующая: в заготовку вводят специальный термически обработанный стержень из твердых марок стали, вместе с ним выполняется протягивание будущей трубы, после волоки стержень удаляют. Этот метод используется для производства капиллярных трубок с очень малым сечением (до одного миллиметра).
• Профилировочное. Такое волочение применяется тогда, когда происходит обработка фасонных труб (то есть тех, которые имеют некруглую форму). Оно гарантирует отличное качество поверхности готовых изделий, точность их геометрических параметров, причем операция характеризуется малой трудоемкостью.

Протягивание труб производится на барабанах трубоволочильной группы и на траковых станах, оснащенных цепями. Подбор способа выполнения операции осуществляют на основании анализа технических возможностей волочильного оборудования, вида сплава или металла, подвергаемого протягиванию, особых требованиям к трубам и их размерам.

3 Методы протягивания проволоки и прутков на специальных станах

При помощи волочильной технологии изготавливают проволоку разных сечений, используя в качестве исходного материала цветные металлы и стали. Заготовки из них могут иметь сечение до 0,01 миллиметра. Операция выполняется на тяжелых установках с различными типами волок. Например, алмазный инструмент применяется для протягивания очень тонких изделий, тверодосплавный – для средних и толстых, а стальные мощные волоки используются для обработки крупных заготовок.

Станки для производства проволоки также отличаются большим разнообразием. Они могут работать на скорости до 50 метров в секунду, иметь более двух десятков волок в своей конструкции, работать без скольжения и с таковым, располагать барабанами, расположенными вертикально и горизонтально, а также групповым и индивидуальным электрическим приводом.

Варианты протягивания проволоки:

• Беззабивочное. Захватка в данном случае не нужна, через инструмент заготовка проходит за счет ее проталкивания с обратной стороны.
• Гидродинамическое. Эксплуатируется волочильное оборудование комбинированного вида, в составе которого есть насадное кольцо, рабочая и напорная волока. Функционирует оно от насосов высокого давления. Стоимость их монтажа и обслуживания достаточно высока. По этой причине гидродинамическая метода применяется в редких случаях (только тогда, когда нет возможности использовать более простое волочение).
• С противонатяжением. Способ, предполагающий приложение перед зоной деформирования заготовки особого усилия, которое существенно улучшает процесс.
• Со скольжением. Многократное протягивание проволочного изделия на достаточно большой скорости (конкретная характеристика варьируется в зависимости от типа агрегата).

На волочильных станках можно изготавливать из цветмета холоднодеформированные квадратные, круглые, шестигранные прутки. Незначительные различия в технологическом процессе волочения в данном случае дают возможность выпускать крупные (сечением более 3 сантиметров) и мелкие (менее 2,5 сантиметров) прутки. Стандартная схема производства подобных изделий выглядит так: берется изделие в бухте – помещается в установку – выполняется волочение (однократное). А затем продукция направляется на отдельную автоматическую линию, где производится ее финишная обработка.

4 Краткая информация об особых видах протягивания металла

В настоящее время волочение иногда выполняется по одной из двух инновационных технологий – электропластической и ультразвуковой. Первая основывается на электропластическом явлении (усилие и напряжение протягивания металлического изделия значительно уменьшаются, если через него во время выполнения волочильного процесса проходит электроток).

Данная методика рекомендована при протягивании заготовок из сплавов, которые очень плохо поддаются деформированию. Она считается практически единственным приемлемым вариантом при работе с вольфрамовыми сплавами. Добавим, что максимальный доказанный эффект электропластического воздействия наблюдается при пропускании через заготовку в течение 10 тысяч секунд высокочастотного тока (чуть больше 100 ампер/квадратный миллиметр). При этом не требуется предварительно нагревать рабочий инструмент и саму заготовку.

Для тугоплавких металлов, склонных к деформационному старению и уменьшению пластичных свойств при подогреве, предназначено и ультразвуковое протягивание. На изделие направляются колебания ультразвука. Это приводит к уменьшению величины коэффициента трения и показателя сопротивления процессу деформации в очаге операции. Колебания допускается направлять по-разному (на обрабатываемый металл, на волоки, радиально, в перпендикулярном направлении).