Реферат: Методы волочения металлов

МЕТОДЫ ВОЛОЧЕНИЯ

Волочением называетсяспособ обработки металла давлением, при котором обрабатываемый металл в видеполосы с одинаковым поперечным сечением вводится в канал волочильногоинструмента и протягивается  (проволакивается) через него. Этот канал имеетпоперечные   сечения, одинаковые по своей форме или близкие к форме поперечногосечения протягиваемого  металла, но  плавно уменьшающиеся от места входаметалла в инструмент к месту его выхода. Выходное сечение канала всегда меньшепоперечного се­чения протягиваемой полосы. Поэтому последняя, проходя черезволоку, деформируется и изменяет   свое поперечное сечение, при­нимая послевыхода 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 вволоку и частично выходил с ее противоположной стороны. Этот конец захватывают  специальным   механизмом   и протягивают.

Схемы основных методов волочения показаны на рисунке. Чтобы уменьшитьвнешнее трение, между поверхностями про­тягиваемого металла и волочильногоканала вводят смазку. Это уменьшает расход энергии на волочение, способствуетполучению гладкой поверхности у протягиваемого металла, сильно умень­шает износсамого канала и позволяет осуществлять процесс с по­вышенными степенямидеформации.

Для уменьшения внешнего трения иповышения стойкости ка­нала часто применяют метод волочения спротивонатяжением. Сущность его заключается в следующем. К протягивае­момуметаллу со стороны входа его в волоку прикладывают силу, направленную всторону, противоположную движению металла, и потому называемуюпротивонатяжением. От этого в по­лосе еще до ее входа в волочильный канал восевом направлении создаются растягивающие напряжения. Они вызывают, как этобудет 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 большинствеслучаев металл, обрабатываемый волочением, предварительно не нагревают: онвходит в волочильный канал при комнатной температуре, а образующееся в каналетепло де­формации и внешнего трения отводят, непрерывно омывая волокиохлаждающей эмульсией, водой, или окружающим воздухом. При таком холодномволочении с надлежащей смазкой и инструмен­том протянутый металл имеет гладкуюблестящую поверхность и достаточно точные размеры поперечного сечения.

В некоторых специальныхслучаях, когда деформируемый ме­талл обладает недостаточной пластичностью, прикомнатной температуре или высоким сопротивлением деформированию, волоче­ниеведут в предварительно нагретом состоянии. Например, при волочении цинковойпроволоки для увеличения пластичности заготовки ее предварительно подогреваютдо 80—90°, погру­жая моток в нагретую воду. В очаге деформации температурапроволоки доходит до 120—150°, т. е. до температуры, при которой образуетсямаксимальное количество систем скольже­ния.

При волочениивольфрама и молибдена, имеющих при комнат­ной температуре особо высокуюсопротивляемость пластическому деформированию, их предварительно нагревают до700—800°, пропуская протягиваемый металл через нагревательную камеру,установленную перед волокой.

В настоящее времянамечается применение процесса горячего волочения при протяжке профилей сложныхформ и для умень­шения сопротивления деформированию в тех случаях, когда этодопускается требованиями к поверхности, механическим свойст­вам и точностиразмеров поперечного сечения.

Из приведенных схемволочения следует, что все они обладают тремя следующими, отличающими их отпрочих видов обработки металлов давлением признаками:

а)   линейные размеры поперечныхсечений протягиваемого ме­талла  могут уменьшаться до заданных величин во всехнаправ­лениях одновременно;

б)   возможность получить неизменяющийся по длине полосы как сплошной, так и полый профили почти любойформы и таких чиненных размеров его поперечного сечения, какие позволяет тех­никаизготовления волочильных каналов,

в)   величина деформации за одинпропуск ограничивается мак­симально допустимым   напряжением  растяжения, возникающим в поперечном сечении протягиваемого металла у выхода из очагадеформации.

Естественно, что это неограничивает величины суммарной деформации между отжигами, которой может бытьподвергнут металл, обрабатываемый волочением Путем ряда последователь­ныхпротяжек можно получить суммарную деформацию любой величины, в зависимости отпластических свойств протягиваемого металла

Волочение применяется

1. Для производствапрофилей большой длины, но сравнительно малых и очень малых сечений различныхформ с отношением ши­рины к толщине поперечного сечения, не превышающимпримерно 12. Такое изделие называется проволокой.

Вследствие большой длиныпроволоку либо свертывают в мот­ки, либо наматывают на катушки Волочением можнополучить проволоку диаметром до 6—8 мм. Для дальнейшего уточнения  приходитсяприменять процессы, не требующие волок, например процесс равномерногорастяжения, рассмотренный в конце на­стоящей главы, процесс электролитическогорастворения перифе­рийных слоев.

2   Для производства профилей среднихи больших сечений раз­ных форм с отношением ширины к толщине поперечногосечения, не превышающим примерно 20, а   также и в том случае,   когдатребуется получить сечение с минимально возможными отклоне­ниями от заданныхразмеров или чистую и гладкую поверхность Такие профили обычно протягивают донебольшой длины (5—6 м) и не смешивают

3   Для  производства   полыхпрофилей    (труб)   разных  форм и сечений и, особенно, тонкостенных  Волочением получают труб­ки диаметром до 0,5 мм, а иногда и тоньше.

Процесс волочения принятохарактеризовать следующими основными показателями:

а) вытяжка;

б) коэффициент уменьшения сечения;

в) отно­сительное обжатие,

г) относительное удлинение;

д) съем и

е) ко­эффициент съема.

Каждый из этих показателейв разных математических выра­жениях, приведенных в табл., связывает поперечныесечения деформируемою металла до и после процесса и этим до некоторой степенихарактеризует степень деформации в рассматриваемом процессе Поэтому всеперечисленные показатели связаны между собой точными геометрическимисоотношениями, основанными на законе практического постоянства объема припластических дефор­мациях, также указанными в табл… В практических расчетах ча­стоприменяют показатель 5 — «относительное обжатие», представляющих собой, как этоуказано в табл., отношение уменьшения поперечного сечения протягиваемогометалла к начальному поперечному сечению (до протяжки). Применение этогопоказателя при волочении, а также и при других процессах обработки металловдавлением, перенесенное из теории упругих деформаций, нельзя считать достаточнотеоретически обоснованным

Еслимысленно разделить любой процесс волочения на несколько этапов и соответственноразделить на части полное умень­шение поперечного сечения протягиваемой полосыза рассматри­ваемый процесс, то становится очевидной необоснованность опре­делениястепени деформации конечного и любого промежуточного этапа процесса путемотнесения уменьшения сечения полосы на этом участке к начальному сечениюпервого 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 отношению/>чем по отношению-/>

Между тем, применяя показатель«обжатия» для всего процесса

в виде выражения/>степень деформации на каждомэтапе

учитывают по второму,менее обоснованному отношению. При этом получаются заниженные результаты какдля каждого участ­ка, так и общей степени деформации, потому что/>

Необоснованностьприменения показателя «обжатия» стано­вится особенно заметной при сравнениибольших пластических деформаций Пусть для примера сравниваются процессы с обжа­тиямив 98 и 99% На первый взгляд может показаться, что эти процессы по степенидеформации почти одинаковы (отличаются всего на 1 %). Между тем, еслиопределить вытяжку для обоих процессов по формуле, приведенной в табл. />, станет

очевидным, что вытяжка при второмпроцессе вдвое больше, чем при первом, так как:

/>

/>

Поэтому оберассматриваемые степени деформации считать близ­кими нельзя.

Если сравнить обжатия ещебольшей величины, то разрывы полечатся еще более заметные.

Рассуждая так же, можносчитать недостаточно обоснованным и применение показателя «съем»/>являющегося аналогом показа­теля«обжатие» и показателя «удлинение», который в отличие от показателя 5 даетзавышение степени деформации Только в об­ласти упругих деформаций металлов,имеющих, как известно, весьма небольшие относительные значения, в итогепрактически получаются одни и те же величины, независимо от того, отнесенаразность сечений к начальному или конечному сечению.

В связи с изложенным,важное значение в расчетах имеет так называемый интегральный показатель степенидефор­мации, равный/>, численныезначения которого на­ходятся между соответствующими значениями 5 и >числовые связи

в/>.

Этот показатель частоназывают/>показателем «истинной»относительной деформации потому, что он является суммой бесконечно малыхдеформаций, претерпеваемых рассмат­риваемым элементом и составляющих егоконечную относитель­ную деформацию При этом за начальные и конечные размеры длякаждой промежуточной деформации принимаются те размеры, которые имеет элементдо и после каждой рассматриваемой бес­конечно малой деформации, а не размеры дои после рассматри­ваемой конечной деформации. Интересно отметить, что интеграль­ныепоказатели, соответствующие обжатиям 98 и 99%, сравни­вавшиеся ранее, равнысоответственно 3,9 и 4,6, т. е. заметно от­личаются друг от друга и этимсоздают более правильные пред­ставления о степенях деформаций в подобныхпроцессах. Важ­ным расчетным свойством интегрального показателя является его«аддитивность», т. е возможность суммирования показателей и следующих друг задругом переходов Таким свойством показатели />и/> не обладают. Болееподробно об этом показателе. Однако то, что в теории пла­стических деформацийпродолжают применять показатели/>и/> объясняется, с однойстороны, переходом из теории упругих де­формаций, а с другой — простотойопределений.

Следует,однако, иметь в виду, что все перечисленные показа­тели степени деформацииполностью не отражают деформирован­ного состояния обрабатываемого металла. Вволочении, как и во всяком техническом процессе обработки металлов давлением,уд­линение (или укорочение) отдельных элементов обрабатываемого объема в общемслучае, помимо основных, или «чистых»  сдвигов, сопровождается так называемымидополнительными или «просты­ми» сдвигами.

Толькопри удлинениях или укорочениях, протекающих в на­правлениях главных деформаций2, дополнительные сдвиги отсут­ствуют.

Вглаве II показано, что даже в самом простомпроцессе воло­чения круглого сплошного профиля из сплошной круглой заго­товкиудлиняются в направлении этой оси без дополнительных сдвигов только бесконечномалые элементы деформируемого объема, которые расположены на оси волочильногоканала, т. е., что направления их главных осей деформации совпадают с на­правлениемоси канала. У всех же остальных бесконечно малых элементов деформируемогообъема направления главных осей деформации не совпадают с направлением осиволочильного ка­нала и поэтому удлинения элементов в направлении оси каналасопровождаются дополнительными сдвиговыми деформациями. Величины этихдеформаций зависят от формы волочильного ка­нала и других условий процесса.Можно совершенно точно дока­зать, что удлинения всех элементов, не располо­женныхна оси канала, в направлениях их главных осей деформа­ции будут большесоответствующих удлинений элементов, рас­положенных на оси канала.

Поэтомуследует иметь в виду, что приведенные ранее показа­тели степени деформацииотражают лишь удлинения в направ­лении оси канала, не учитывают дополнительныхсдвигов, воз­никающих во всех слоях в направлении этой оси, и являютсязаниженными по сравнению со средними значениями действитель­ны4; деформацийудлинения. Это подтверждается тем, что металл, протянутый через волоку, припрочих воз­можных равных условиях, более упрочнен, чем металл, дефор­мированныйрастяжением. Но все же рассматриваемые показатели считаются основными потому,что при заданных условиях про­цесса они определяют и дополнительные деформации.

Скоростьволочения, под которой обычно понимают скорость движения металла после выходаего из волоки, колеблется в очень больших пределах: от 2 до 3000 м/мин (50м/сек), Скорости воло­чения зависят от большого количества самых разнообразныхфак­торов, влияние которых будет подробно разобрано дальше. В ос­новном можносчитать, что полосы больших сечений подвергают волочению с меньшими скоростями,чем полосы малых сечений.

Твердыеи малопластичные сплавы (например, легированная сталь, нихром, бронза, вольфрами т. п.), а также малопрочные металлы (например, свинец), протягивают с малымискоростями. Наибольшие скорости применяют при волочении медной прово­локи.

Волочение можно вестилибо через одну волоку, либо при по­мощи специальных устройств одновременночерез несколько во­лок. В первом случае волочение называется однократным, вовтором — многократным. Соответственно этому различают две основные группыволочильных машин— однократного и много­кратного волочения. Принципиальныесхемы многократных ма­шин описаны далее.

Уменьшить диаметр круглогосплошного профиля можно и простым растяжением. Такой метод основан па известномиз теории пластической деформации свойстве всякого круглого об­разца,сделанного из металла, у которого предел текучести мень­ше истинного напряженияразрыва, под действием приложенных сил сравнительно равномерно растягиваться ссоответствующим уменьшением диаметра и сохранением формы поперечного сечения(круга). Чем больше разность между пределом текучести металла до растяжения инапряжением разрыва, тем большее равномерное пиление может показать образец дообразования шейки. Таким способом можно, например, медную отожженную проволокуудлинить примерно на 15% и соответственно умень­шить площадь ее поперечногосечения и диаметр, не применяя «никакой волоки. Советскими исследователямиМ. И. Бойко и Н. И. Куклиным предложен метод непрерывного растяже­нияпроволоки, названный ими «бесфильерным волочением».

Основныминедостатками этого метода нагружения, препят­ствующими его массовомуприменению, являются: понижение пластичности обрабатываемого металла инеобходимость после каж­дого сравнительно небольшого растяжения подвергатьобрабаты­ваемый металл отжигу.

При обычном методе волочениячастые отжиги не являются необходимыми; так, например, медь можно протягиватьбез от­жига с суммарной деформацией, доходящей до 99% (20—25 пере­ходов).Однако, если отсутствуют волоки или имеются другие препятствия применениюобычного метода волочения, «бесфильерное волочение» может дать надлежащиетехнические результа­ты. Следует отметить явление «самоогранения» тончайших про­волокпри таком растяжении, замеченное и описанное П. Д. Новокрещеновым. Сущностьэтого явления заключается в том, что круглое до растяжения поперечное сечениепроволоки после достаточного растяжения вследствие организованных поворотовкристаллов становится квадратным (Си, Си + 2п, А1, 5г) или шестигранным (2п,Мg) в соответствии с характером решетки ме­талла.

еще рефераты
Еще работы по металлургии