Температура  волочения

Холодное волочение проволоки и прутков сопровождается выделением большого количества тепла и повышением температуры в очаге деформации (в волоке). В процессе волочения тепло выделяется из-за внутреннего трения (пластической деформации при волочении, в результате которой происходит трение одних частей металла о другие) и внешнего трения между поверхностями протягиваемого изделия и волочильного инструмента в зоне их контакта.

Большая часть энергии, которая затрачивается на волочение, превращается в тепло и лишь частично (не более 10%) аккумулируется в протягиваемом изделии в виде потенциальной энергии.

Около 83 % механической работы, используемой при волочении стальной проволоки, затрачивается на преодоление внутреннего трения, преобразуясь в тепло. В тепло обращается и вся работа внешнего трения. Расчеты показывают, что тепло внешнего трения составляет в среднем около 35 % от всего выделившегося при волочении тепла. Для прутков разогрев при волочении большого значения не имеет, так как их волочение однократно и непродолжительно.

Принято учитывать в расчетах и экспериментах три температуры: tк — температуру контактной поверхности проволоки в конце очага деформации, tcp — среднюю температуру поперечного сечения проволоки и tо — температуру проволоки перед входом ее в очаг деформации. Контактная температура деформации быстро повышается, а затем понижается до средней. Средняя же температура быстро повышается, а затем медленно снижается.

Установлено, что tср не должна превышать 250 °С во избежание старения стальной проволоки после волочения, tк — 700°С в целях предотвращения образования на поверхности проволоки хрупких зон мартенсита закалки.

Р. Б. Красильщиков предложил следующие эмпирические формулы для определения температур проволоки при волочении:

где v_в — скорость волочения; d — диаметр проволоки после волочения.

Волочение стальной проволоки проводят обычно без предварительного подогрева металла, однако в зоне соприкосновения с волокон металл нагревается за счет тепла деформации и трения. Для уменьшения разогрева проволоки при волочении применяют охлаждение волок и тянущих устройств (например, волочильных барабанов). В некоторых случаях охлаждают и проволоку непосредственно после выхода ее из волоки (при сухом волочении воздухом, при мокром волочении — водой или эмульсией). Однако полностью устранить влияние нагрева не удается.

Данные опытов и повседневная работа показывают, что все факторы, снижающие температуры волочения, повышают пластические свойства проволоки и прутков из углеродистой стали. Увеличение нагрева проволоки и прутков снижает их пластичность и повышает временное сопротивление разрыву и предел упругости.

Изменение свойств проволоки и прутков из углеродистой стали при холодном волочении связано со старением металла. Под старением принимают выделение соединений углерода, азота (карбидов, нитридов и др.) при разных температурах и изменение в связи с этим свойств металла. Старение происходит с повышением температур при волочении.

Необходимо отметить, что на температуру протягиваемой проволоки и прутков сильно влияют некачественное травление, неправильный профиль канала волоки, разрыв пленки смазки и другие факторы.

Скорость волочения

Скорость прохождения проволоки и прутков через волоки определяет производительность волочения. Чем больше скорость, тем больше производительность. При многократном волочении, когда проволока непрерывно проходит через несколько волок, о производительности судят по скорости волочения через последнюю волоку.

Возможность использования высоких скоростей волочения зависит от свойств протягиваемой проволоки и прутков и уровня проведения всего комплекса технологических операций. Так, повышение скорости волочения само по себе почти не отражается на свойствах готовой проволоки и прутков, но при этом сильно разогреваются волоки и само изделие, что существенно влияет на пластичность, оцениваемую числами перегибов и скручиваний.

Считают, что в современных условиях скорости волочения стальной проволоки (канатная, пружинная), от которой требуются строго определенные механические свойства, обусловливаются в основном возможностями отвода тепла и допустимыми температурами нагрева проволоки при волочении. Скорости волочения, при которых проволока не будет нагреваться до температур, снижающих ее механические свойства, можно рассчитывать в зависимости от σв и диаметра d протягиваемой стальной проволоки по формулам

Первая из приведенных формул рекомендуется для расчета при σв≤1470 Н/мм², а вторая при σв≥1470 Н/мм². Коэффициенты k1=15*10⁵ и k2=3,5*10¹² в этих формулах отражают условия волочения (смазки, охлаждения, противонатяжения и пр.).

Для многих сортов проволоки из низкоуглеродистых сталей, цветных металлов и сплавов, а также для проволоки, предназначающейся для последующего волочения на более тонкие диаметры (передельная проволока), ограничение скоростей волочения обусловливается почти исключительно природой металла и качеством проведения технологических операций, составляющих весь комплекс производства проволоки. Если, например, предшествующая термическая обработка не обеспечивает пластичной структуры или сплав по своей природе непластичен, то высокоскоростное волочение невозможно. При высокоскоростном волочении наибольшее внимание следует уделять подготовке проволоки к волочению, качеству волок, условиям их охлаждения, смазке и другим технологическим операциям.

Скорость волочения ограничивается также конструкцией имеющихся волочильных машин, мощностью их привода и состоянием размоточных и намоточных устройств, а также других приспособлений.

Усовершенствование волочильного оборудования и технология производства проволоки позволяют непрерывно наращивать скорости волочения и увеличивать производительность станов.

В таблице 1 приведены скорости волочения проволоки различных диаметров на немецких волочильных машинах.

Таблица 1 – Скорости волочения проволоки различных диаметров на волочильных машинах

В таблице 2 указаны скорости волочения прутков в зависимости от марки стали и диаметра.

Таблица 2 – Относительное обжатие и скорость протяжки прутков различных диаметров для некоторых сталей (числитель – стали с 0,3-0,6% C, знаменатель – стали 40Х, ШХ15, 30ХМА)

 Волочение проволоки (видео):

Еще видео на тему волочения >>>

Интересное по теме: