Волочение — это производственный процесс, в котором для удлинения металла , стекла или пластика используются растягивающие силы . По мере того, как материал вытягивается (вытягивается), он растягивается и становится тоньше, достигая желаемой формы и толщины. Волочение подразделяется на два типа: волочение листового металла и волочение проволоки , прутка и трубки . Волочение листового металла определяется как пластическая деформация по изогнутой оси. Для волочения проволоки, прутка и трубки исходный материал протягивается через матрицу для уменьшения его диаметра и увеличения длины. Волочение обычно выполняется при комнатной температуре, поэтому классифицируется как процесс холодной обработки ; однако волочение также может выполняться при более высоких температурах для горячей обработки больших проволок, прутков или полых трубок с целью уменьшения усилий. [1] [2]
Волочение отличается от прокатки тем, что давление не прикладывается вращательным действием мельницы, а вместо этого зависит от силы, приложенной локально вблизи области сжатия . Это означает, что максимальная сила волочения ограничена пределом прочности материала на растяжение, что особенно заметно при волочении тонкой проволоки. [3]
Исходной точкой холодного волочения является горячекатаная заготовка подходящего размера.
Успешное волочение зависит от текучести и растяжения материала. Стали, медные сплавы и алюминиевые сплавы являются обычно волочимыми металлами. [4]
При волочении листового металла, когда штамп формирует форму из плоского листа металла («заготовки»), материал вынужден двигаться и соответствовать штампу. Поток материала контролируется с помощью давления, приложенного к заготовке, и смазки, нанесенной на штамп или заготовку. Если форма движется слишком легко, на детали появятся складки. Чтобы исправить это, к заготовке прикладывается большее давление или меньшее количество смазки, чтобы ограничить поток материала и заставить материал растянуться или истончиться. Если приложено слишком большое давление, деталь станет слишком тонкой и сломается. Вытягивание металла требует нахождения правильного баланса между складками и разрывами, чтобы получить успешную деталь.
Вытяжка листового металла становится глубокой вытяжкой, когда длина заготовки больше ее диаметра. Обычно заготовка также обрабатывается с использованием других процессов формовки, таких как прокалывание , глажение , сужение , прокатка и зиговка . При неглубокой вытяжке глубина вытяжки меньше наименьшего размера отверстия.
Волочение прутка, трубы и проволоки работает по одному и тому же принципу: исходный материал протягивается через матрицу, чтобы уменьшить его диаметр и увеличить длину. Обычно матрица устанавливается на волочильном столе . Начальный конец заготовки сужается или заостряется, чтобы провести конец через матрицу. Затем конец помещается в захваты, которые протягивают остальную часть заготовки через матрицу. [1]
Вытяжка также может использоваться для холодной формовки фигурного поперечного сечения. Холоднотянутые поперечные сечения более точны и имеют лучшую отделку поверхности, чем горячепрессованные детали. Недорогие материалы могут использоваться вместо дорогих сплавов для требований прочности из-за упрочнения обработки . [5] Стержни или прутки, которые вытягиваются, не могут быть свернуты в бухты; поэтому используются волочильные станки с прямой вытяжкой. Цепные приводы используются для вытяжки заготовок длиной до 30 м (98 футов). Гидравлические цилиндры используются для заготовок меньшей длины. [1] Уменьшение площади обычно ограничивается 20% и 50%, поскольку большее уменьшение превысит предел прочности материала на растяжение в зависимости от его пластичности . Для достижения определенного размера или формы могут потребоваться несколько проходов через постепенно уменьшающиеся матрицы и промежуточные отжиги . [6] Вытяжка труб очень похожа на вытяжку прутков, за исключением того, что исходным материалом является труба. Она используется для уменьшения диаметра, улучшения отделки поверхности и повышения точности размеров. В зависимости от конкретного процесса может использоваться оправка . Плавающая пробка также может быть вставлена во внутренний диаметр трубки для контроля толщины стенки. Волочение проволоки уже давно используется для производства гибкой металлической проволоки путем протягивания материала через ряд фильер уменьшающегося размера. Эти фильеры изготавливаются из ряда материалов, наиболее распространенными из которых являются карбид вольфрама и алмаз .
Процесс холодного волочения стальных прутков и проволоки выглядит следующим образом:
Аналогичные процессы вытяжки применяются в стеклодувном деле и при изготовлении стеклянного оптического волокна . [7]
Пластиковая вытяжка, иногда называемая холодной вытяжкой , представляет собой тот же процесс, который используется на металлических прутках, применяемый к пластику. [8] Пластиковая вытяжка в основном используется при производстве пластиковых волокон . Этот процесс был открыт Джулианом У. Хиллом в 1930 году при попытке изготовить волокна из раннего полиэстера . [9]
Это выполняется после того, как материал был «спряден» в нити; путем экструдирования расплава полимера через поры фильеры . Во время этого процесса отдельные полимерные цепи имеют тенденцию к некоторому выравниванию из-за вязкого течения . Эти нити все еще имеют аморфную структуру, поэтому они вытягиваются, чтобы еще больше выровнять волокна, тем самым увеличивая кристалличность , прочность на разрыв и жесткость . Это делается на машине вытягивания-крутки . [9] [10] Для нейлона волокно растягивается в четыре раза от его длины прядения. Кристаллы, образованные во время вытяжки, удерживаются вместе водородными связями между амидными водородами одной цепи и карбонильными кислородами другой цепи. [10] Лист полиэтилентерефталата (ПЭТ) вытягивается в двух измерениях, чтобы сделать BoPET (двуосно-ориентированный полиэтилентерефталат) с улучшенными механическими свойствами.