Волочение проволоки — это процесс металлообработки , используемый для уменьшения поперечного сечения проволоки путем протягивания проволоки через одну или несколько волочильных матриц . Существует множество применений волочения проволоки, включая электропроводку, кабели, нагруженные растяжением конструктивные элементы, пружины, скрепки для бумаг, спицы для колес и струнные музыкальные инструменты. Несмотря на схожесть процесса, волочение отличается от экструзии , поскольку при волочении проволока протягивается, а не проталкивается через матрицу. Волочение обычно выполняется при комнатной температуре и поэтому классифицируется как процесс холодной обработки , но для проволок большого диаметра его можно выполнять и при повышенных температурах для уменьшения усилий. [1]
Из элементарных металлов медь , серебро , золото и платина являются наиболее пластичными и защищенными от многих проблем, связанных с холодной обработкой .
Процесс волочения проволоки по своей сути довольно прост. Проволоку готовят путем усадки ее начала, ковки, напиливания, прокатки или обжима так, чтобы она прошла через матрицу; затем проволока протягивается через матрицу. При протягивании проволоки через матрицу ее объем остается прежним, поэтому при уменьшении диаметра длина увеличивается. Обычно для достижения желаемого размера проволоке требуется более одной протяжки через последовательно меньшие по размеру матрицы. На этом основана американская шкала калибра проволоки . Это можно сделать в небольшом масштабе с помощью волочильного станка или в крупном коммерческом масштабе с использованием автоматизированного оборудования. [1] [2] Процесс волочения проволоки изменяет свойства материала из-за холодной обработки.
Уменьшение площади проводов небольшого размера обычно составляет 15–25 %, а проводов большего размера – 20–45 %. [1] Точная последовательность штампов для конкретной работы зависит от уменьшения площади, размера входной и выходной проволоки. По мере изменения уменьшения площади меняется и последовательность кубиков. [3]
Очень тонкую проволоку обычно собирают в пучки. В пучке провода разделены металлом с аналогичными свойствами, но меньшей химической стойкостью, чтобы его можно было удалить после волочения. [ нужна ссылка ] Если уменьшение площади превышает 50%, процесс может потребовать промежуточного этапа отжига, прежде чем его можно будет перерисовать.
Коммерческое волочение проволоки обычно начинается с рулона горячекатаной проволоки диаметром 9 мм (0,35 дюйма). Поверхность предварительно обрабатывают для удаления чешуек. Затем он подается в машину для волочения проволоки, которая может состоять из одного или нескольких блоков, соединенных последовательно.
Машины для волочения проволоки с одним блоком включают средства для точного удержания матриц в нужном положении и устойчивого протягивания проволоки через отверстия. Обычная конструкция состоит из чугунной скамьи или стола с кронштейном, стоящим для удержания матрицы, и вертикального барабана, который вращается и, наматывая проволоку вокруг своей поверхности, протягивает ее через матрицу, при этом моток проволоки хранится на другом. барабан или «стриж», который находится за матрицей и сматывает проволоку с необходимой скоростью. Проволочный барабан или «блок» снабжен средствами для быстрого соединения или рассоединения его с вертикальным валом, так что движение проволоки может быть немедленно остановлено или начато. Блок также имеет коническую форму, так что моток проволоки можно легко соскользнуть вверх после завершения работы. Прежде чем проволоку можно будет прикрепить к блоку, ее необходимо протянуть через матрицу на достаточную длину; это осуществляется с помощью пары захватывающих клещей на конце цепи, которая намотана на вращающийся барабан, таким образом, протягивая проволоку до тех пор, пока ее достаточное количество можно будет намотать два или три раза на блок, где конец закрепляется небольшим винтовым зажимом. или порок. Когда проволока находится на блоке, она приводится в движение, и проволока равномерно протягивается через матрицу; очень важно, чтобы блок вращался равномерно, двигался правильно и тянул проволоку с постоянной скоростью, иначе произойдет «выхватывание», которое ослабит или даже сломает проволоку. Скорость волочения проволоки сильно различается в зависимости от материала и степени обжатия.
Машины с непрерывными блоками отличаются от одноблочных машин наличием ряда матриц, через которые непрерывно протягивается проволока. Из-за удлинения и скольжения скорость проволоки меняется после каждой последующей перетяжки. Эта повышенная скорость достигается за счет различной скорости вращения для каждого блока. Одна из этих машин может содержать от 3 до 12 штампов. [2] Операция продевания проволоки через все матрицы и блоки называется «натягиванием». Устройства для смазки включают насос, который заливает матрицу, и во многих случаях нижние части блоков работают в смазке. [4]
Часто требуются промежуточные отжиги, чтобы противостоять эффектам холодной обработки и обеспечить дальнейшую вытяжку. Окончательный отжиг также может быть использован на готовом изделии для максимизации пластичности и электропроводности . [5]
Примером продукта, производимого на машине непрерывного волочения проволоки, является телефонный провод. Его вытягивают 20–30 раз из горячекатаной катанки. [2]
В то время как круглые сечения доминируют в большинстве процессов рисования, рисуются некруглые сечения. Их обычно рисуют, когда поперечное сечение невелико, а количество слишком мало, чтобы оправдать прокатку . В этих процессах используется блок или машина «Тюрк-голова». [6]
Смазка в процессе волочения необходима для поддержания хорошего качества поверхности и длительного срока службы штампа. Ниже приведены различные методы смазки: [1]
Используются различные смазочные материалы, например масло . Другой метод смазки — погрузить проволоку в раствор сульфата меди (II) , при этом на ней образуется пленка меди, образующая своего рода смазку. В некоторых классах проволоки медь оставляют после окончательной вытяжки, чтобы предотвратить ржавчину или облегчить пайку . [ нужна цитация ] Лучшим примером проволоки с медным покрытием является проволока MIG, используемая при сварке. [10]
Эффект повышения прочности при волочении проволоки может быть существенным. Самая высокая прочность, доступная для любой стали, была зафиксирована у холоднотянутой аустенитной нержавеющей проволоки малого диаметра. [ нужна цитата ]
Чертежные штампы обычно изготавливаются из инструментальной стали , карбида вольфрама или алмаза , причем наиболее распространенными являются карбид вольфрама и искусственный алмаз . [2] Для волочения очень тонкой проволоки используется монокристаллическая алмазная матрица. [2] Для горячего волочения используются штампы из литой стали. Для волочения стальной проволоки используется матрица из карбида вольфрама. Матрицы помещены в стальной корпус, который поддерживает матрицу и позволяет легко заменять матрицу. [2] Углы матрицы обычно находятся в диапазоне 6–15°, и каждая матрица имеет как минимум два разных угла: угол в плане и угол подхода. [2]