Процесс волочения проволоки/прутка - Технический анализ
1. Что такое рисование?
Рисунок — это процесс обработки металлов давлением, при котором металлический стержень, стержень, проволока или трубка протягивается через коническую матрицу, уменьшая-площадь его поперечного сечения и увеличивая его длину. В отличие от прокатки, рисование представляет собойпроцесс растяжения- материал вытягивается, а не толкается -, что обеспечивает точный контроль размеров и превосходное качество поверхности.
Процесс следует принципупостоянство объема: при уменьшении-площади поперечного сечения длина пропорционально увеличивается.
2. Типы процессов рисования
表格
| Тип | Описание | Типичные продукты |
|---|---|---|
| Чертеж стержня/стержня | Одиночный или многократный проход через штампы; стержни обычно больше или равны 5–9 мм. | Титановые стержни, нержавеющие стержни |
| Чертеж проволоки | Непрерывное волочение через ряд матриц с кабестановами между проходами. | Титановая проволока, стальная проволока (до ~0,05 мм) |
| Чертеж трубки | Над фиксированной/плавающей оправкой или пробкой (погружение без оправки для определения размера стены) | Титановые трубки, прецизионные трубки |
| Рисунок фигуры | Не-круглые штампы для профилей (квадратных, шестиугольных, плоских) | Профильная проволока, специальные сечения |
3. Технологическая схема (типичный пример титановой проволоки)
Подготовка поверхности- Травление кислотой (HF+HNO₃) для удаления оксидной окалины и дефектов поверхности; смазочное покрытие (мыло, известь или специальная титановая смазка)
Указывая- Передний конец обжимается/прокатывается до точки, достаточно маленькой для входа в матрицу.
Рисование проходов- Несколько проходов через матрицы постепенного уменьшения размера, смеж-проходной отжигдля титана (для восстановления пластичности, утраченной при наклепе)
Межпроходная-обработка- Травление + повторное смазочное покрытие-после каждого отжига
Окончательный калибровочный проход- Небольшое снижение точности размеров и качества поверхности.
Отделка- Выпрямление, резка, намотка; чистка и осмотр
4. Ключевые параметры процесса
(a) Коэффициент сокращения (сокращение площади)
ε=A0A0−A1×100%
Титановая проволока: обычно15–25% за проходдля классов CP; ниже (10–15%) для сплавов типа TC4
Стальная проволока: может достигать 20–35% за проход.
Слишком высокий → износ матрицы, обрыв проволоки; слишком низкий → плохая поверхность, неэффективное производство
(б) Геометрия штампа
Угол матрицы ( ): обычно 8–14 градусов для титана; влияет на зону деформации, трение и избыточную работу
Длина подшипника: контролирует размер и качество поверхности.
Материалы матрицы:спеченный карбид (карбид вольфрама)для большинства работ;поликристаллический алмаз (PCD)иприродный алмаздля чистовых/чистовых проходов и цветных-черных металлов, таких как титан
(c) Скорость рисования
Титан: обычноот низкой-до-средней скорости(от нескольких до десятков м/мин для прутка; до сотен м/мин для тонкой проволоки при соответствующей смазке)
Превышение скорости → перегрев, разрушение смазочной пленки.
(г) Смазка
Критично для титана из-за егораздражающая тенденция(титан прилипает к поверхностям матрицы и сваривается под давлением)
Обычные смазочные материалы: мыльные порошки, смазки на масляной-основе, покрытия из дисульфида молибдена (MoS₂), конверсионные покрытия из фторида/фосфата для тяжелых условий эксплуатации.
(д) Температура
Холодный рисунок(комнатная температура): стандартно для проволоки и трубок - происходит нагартование
Теплый рисунок(150–300 градусов для титана): снижает прочность и усилие волочения сложных сплавов.
Горячий рисунок: редкий; используется для очень больших обжатий или твердых сплавов
(f) Сила вытягивания
F=σavg⋅A1⋅(1+μcot )⋅lnA1A0
Где σ=напряжение течения, μ=коэффициент трения,=угол штампа. Усилие должно оставаться ниже предела прочности вытянутой секции, чтобы избежатьобрыв провода.
5. Оборудование
表格
| Оборудование | Функция |
|---|---|
| Вытяжной стан с бычьим блоком/одинарной-матрицей | Чертеж стержня и стержня; простая пакетная операция |
| Многопроходная волочильная машина-(непрерывного действия) | Серия плашек+кастантов; промежуточные кабестаны для хранения и протягивания проволоки; обеспечивает высокую производительность |
| Линия отжига + линия травления | Для титанового - интегрированного технологического маршрута |
| Стенд для волочения труб | С системой оправок/пробок для ID-контроля |
| Системы полировки/контроля штампов | Поддерживает качество матрицы -, критически важное для титана |
6. Особенности титана-
Титан считается одним из самых сложных металлов для рисования из-за:
Высокая прочность и быстрое упрочнение- требует частого меж-проходного отжига (отжиг в вакууме или атмосфере аргона при температуре 650–750 градусов во избежание загрязнения кислородом)
Сильная химическая реактивность- прилипает к штампу; загрязненные поверхностные слои необходимо удалить травлением
Низкий модуль упругостиПружинная отдача - усложняет контроль размеров
Чувствительность к водороду- травление необходимо контролировать (чрезмерное поглощение ВЧ вызывает водородное охрупчивание)
Выработка тепла- низкая теплопроводность концентрирует тепло трения на матрице; скорость и смазка должны тщательно контролироваться
7. Дефекты и контроль качества
表格
| Дефект | Причина | Профилактика |
|---|---|---|
| Обрыв провода | Чрезмерное уменьшение, плохая смазка, внутренние дефекты. | Оптимизация графика восстановления, улучшение смазки, ультразвуковой контроль сырья |
| Царапины/задиры | Изношенная матрица, прилипание титана (истирание) | Полировка матрицы, лучшая смазка, более короткий срок службы матрицы. |
| Изменение диаметра | Неравномерное усилие тяги, износ матрицы, проскальзывание шпиля. | Замкнутый-контроль диаметра контура, регулярный осмотр штампа |
| Поверхностные трещины | Чрезмерное-сокращение, загрязненное сырье | Правильные циклы отжига, чистые поверхности |
| Оксиды/поверхностное загрязнение | Неподходящая атмосфера отжига | Вакуумный или аргоновый отжиг; тщательное маринование |
| Остаточное напряжение/скручивание | Неравномерная деформация | Выпрямление, отжиг для снятия напряжения- |
8. Преимущества и ограничения рисования.
Преимущества:
Превосходная точность размеров (допуски ±0,01 мм на тонкой проволоке)
Превосходное качество поверхности (Ra до 0,1–0,4 мкм)
Нагартование увеличивает прочность при обработке.
Простая оснастка; гибкий для небольших партий и многих размеров
Ограничения:
Ограниченное снижение-за проход; необходимо много проходов (медленно для больших общих сокращений)
Высокие затраты на штампы и смазку для химически активных металлов, таких как титан.
Остаточные напряжения могут потребовать отжига после-вытяжки.
Поперечное-сечение ограничено прочностью на растяжение - невозможно нарисовать очень большие сечения.
Рисование – это процесс-формовки металла на растяжение.который протягивает стержни, проволоку и трубки через конические матрицы, чтобы уменьшить поперечное-сечение с высокой точностью и качеством поверхности. Основные переменные процесса -, коэффициент уменьшения за проход, геометрия матрицы, смазка, скорость и температура - должны быть тщательно сбалансированы, чтобы предотвратить поломки и дефекты. В частности, для титана процесс осложняется истиранием, быстрым деформационным упрочнением и реактивностью поверхности, что требует частых циклов отжига-травления, специальных смазочных материалов и строгого контроля атмосферы. Несмотря на эти проблемы, волочение остается незаменимым методом производства прецизионной титановой проволоки, прутков и труб.
