22. Волочение

Волочением называется протягивание заготовки через отверстие инструмента в виде волочильной доски или волоки, сечение которого меньше сечения протягиваемой заготовки. Схема процесса волочения представлена на рис. 27.

Заготовками для волочения может служить прокат (в виде катанки, прутков и труб), а также прессованные профили (прутки трубы). Процесс волочения производится преимущественно в холодном состоянии.

Сортамент современных изделий, изготовляемых волочением весьма разнообразен. Волочением изготовляют стальную прово­локу диаметром от 0,002 до 10 мм, калибруют стальные трубы с наружными диаметрами от капиллярных до 500 мм, стальные прутки с диапазоном диаметров от 3 до

Рис. 27. Схема процесса волочения:

1 – заготовка; 2 – инструмент

150 мм. Из цветных металлов волочением изготовляют проволоку круглого, прямоугольного и сегментного сечений, прутки различных сечений, трубы круглого и прямоугольного сечений и т. п.

Волочение позволяет получать изделия с высоким классом точности и высокой чистотой поверхности.

23. Характеристика деформации при волочении и технология волочения

Деформация при волочении характеризуется рядом величин: относительным обжатием, коэффициентом вытяжки, коэффициен­том уменьшения сечения, удлинением и др.

Относительное обжатие и может быть подсчитано как отноше­ние разности поперечных сечений до и после волочения к сече­нию до волочения:

и = . (43)

Коэффициент вытяжки μ показывает, во сколько раз увели­чилась длина заготовки или уменьшилось ее сечение за один проход (протяжку) через отверстие инструмента и выражается:

μ = . (44)

Коэффициент уменьшения сечения k представляет собой вели­чину, обратную коэффициенту вытяжки,

k = . (45)

В этих формулах:

F₀ и ℓ₀ – сечение и длина заготовки до волочения;

F₁ и ℓ₁ – сечение и длина заготовки после волочения.

Деформация металла при волочении может производиться как за одну протяжку через отверстие волоки, так и за несколько. Обжатие, вычисленное по начальным и конечным размерам дефор­мируемого за несколько протяжек материала, называется суммарным обжатием. Обжатие, вычисленное по размерам за одну протяжку, называется единичным. При одном и том же суммарном обжатии значения единичных обжатий могут быть различными.

Величина суммарного обжатия зависит от химического состава металла, его исходного состояния, условий деформации, а также от заданных конечных свойств металла. Допустимое суммарное обжатие в каждом отдельном случае устанавливается опытным путём.

Для нормального протекания процесса волочения чрезвычайно важно правильно выбрать величины единичных обжатий по пере­ходам или так называемый маршрут обжатия. Максимальное обжатие за одну протяжку ограничено. При этом напряжение воло­чения σ_z, представляющее собой отношение тянущего усилия к площади поперечного сечения прутка (проволоки) после прохода через волоку, не должно превышать предела прочности мате­риала σ_в, т. е.

σ_z < σ_в, (46)

где σ_z, кг/мм² (Н/м²) вычисляется по формуле:

σ_z = P/F₁ , (47)

где P – усилие волочения, кг (Н);

F₁ – площадь сечения прутка после волочения, мм².

Для волочения без обрывов принимается, что σ_в/σ_z = 1,5÷2,5, откуда в среднем: σ_z ≈ 0,56σ_в. (48)

Величина максимального обжатия за одну протяжку зависит от пластичности материала, его структуры, степени предшествующего наклепа, формы отверстия волоки, смазки, скорости волочения и ряда других факторов. Во избежание образования внутренних трещин и надрывов в металле при волочении даже высокопластич­ных материалов максимальные обжатия за одну протяжку не должны превышать 50–60 %. Суммарные обжатия в зависимости от протягиваемого материала и желаемых конечных механических свойств могут достигать 90–99 %.

Обычно при расчете количества протяжек принимают, что еди­ничные обжатия вследствие увеличения наклёпа постепенно умень­шаются. Однако для ориентировочного расчёта количества протя­жек единичное обжатие и можно принять за постоянную вели­чину, т. е. и = const.

При постоянном единичном обжатии будет постоянным и коэф­фициент вытяжки μ за одну протяжку, т. е.

μ = F₀/F₁ = const; (49)

следовательно,

.

Откуда

… (50)

где n – количество протяжек.

Логарифмируя обе части равенства, получим:

lgF_n = lgF₀ – n lgη,

откуда определяется п:

. (51)

Практически, средняя величина единичного обжатия для раз­ных материалов не превышает 20–30 %, и, следовательно, коэффи­циент вытяжки μ колеблется в пределах 1,25–1,45. Например, при изготовлении проволоки диаметром 3 мм из заготовки диа­метром 6 мм количество проходов при среднем коэффициенте вытяжки μ = 1,3 равно:

Таким образом, технологический маршрут волочения прово­локи с диаметра 6 мм на диаметр 3 мм при среднем коэффициенте вытяжки, равном 1,3, будет состоять из пяти–шести протяжек.

Рассмотрим технологический процесс изготовления пружинной проволоки диаметром 1,8 мм. Для изготовления пружинной про­волоки указанного размера заготовкой служит катанка Ø 5,2 мм с содержанием 0,4–0,5 % углерода и до 1 % марганца.

Технологический процесс состоит из следующих операций:

– травление (для очистки от окалины), сушка;

– волочение с Ø 5,2 на Ø 4,5 мм;

– патентирование, травление, сушка;

– волочение с Ø 4,5 на Ø 2,6 мм;

– патентирование;

– травление, сушка;

– волочение с Ø 2,6 на Ø 1,8 мм.

Так как проволока применяется в сильно наклёпанном состоянии, то термообработка после волочения не произво­дится.