Урок 3.4ДеформироватьГлава 3 · Объёмная штамповка

Волочение проволоки

Протягивайте пруток через всё более мелкие фильеры

Волочение проволоки протягивает металлический пруток через серию всё более мелких отверстий, пока он не станет проволокой. Электрические кабели, скрепки, пружины, заборы и стальные корды внутри автомобильных шин — всё это начинается так. Это также первый шаг в изготовлении винта: проволока, которую вы видите здесь, питает станки следующих двух уроков.

Фото: European Coal and Steel Community, CC BY-SA 4.0, через Wikimedia Commons

Волочение проволоки: одна фильера вблизи, затем многофильерный станВверху: что происходит внутри одной фильеры (шаги с 1 по 4). Внизу: волочильный стан, повторяющий это много раз (шаги 5 и 6). Цифры в кружках соответствуют шагам ниже.

Как это работает

Подготовьте пруток. Исходный материал — горячекатаная катанка, обычно толщиной около 5,5–8 мм, поставляемая в мотках. Её очищают от окалины, а конец заостряют (делают тоньше), чтобы можно было продеть его через фильеру.
Смажьте. Пруток проходит через ящик с мыльным порошком или ванну с маслом. Смазка уменьшает трение и нагрев внутри фильеры.
Обожмите в фильере. Фильера — очень твёрдая вставка (карбид вольфрама, а для тонкой проволоки алмаз) с коническим отверстием. Конус обжимает металл, а короткий прямой участок, называемый калибрующим пояском, задаёт окончательный диаметр.
Тяните барабаном. Тяговый барабан (барабан с приводом) протягивает проволоку через фильеру. Работает именно тяга, а не толкание: проволока выходит тоньше, длиннее и быстрее, чем входила.
Повторите через много фильер. Одна фильера может уменьшить сечение лишь примерно на 15–30 %, иначе проволока порвётся под тягой. Поэтому волочильный стан соединяет в цепочку много фильер и барабанов, каждая следующая фильера немного меньше предыдущей.
Отожгите и намотайте. Волочение делает металл твёрже и жёстче (наклёп). Медную проволоку обычно отжигают (нагревают, чтобы снова смягчить), затем наматывают на катушки; стальную проволоку для винтов сматывают в бухты для следующего шага.

Ключевые факты

Материалы: Медь, алюминий, низко- и высокоуглеродистые стали, нержавеющая сталь, вольфрам, золото и другие драгоценные металлы
Типичные детали: Электропровода, проволока для винтов и гвоздей, пружинная проволока, ограждения, металлокорд, сварочная проволока, гитарные струны
Размер детали: От катанки или прутка около 25 мм до проволоки тоньше волоса (около 0,01 мм)
Точность: Диаметр обычно в пределах около ±0,01–0,05 мм; у очень тонкой проволоки гораздо точнее
Качество поверхности: Гладкая и яркая; блестящая у меди, у стали часто с остатками смазки
Подходящая партия: Очень большие объёмы; линии работают часами на одном мотке массой в тонну и более
Стоимость оснастки и оборудования: Фильеры: от десятков до сотен долларов каждая (алмазные дороже). Многофильерные станы: сотни тысяч долларов и более
Скорость: Стальная проволока часто выходит из последней фильеры со скоростью несколько метров в секунду; тонкая медная — десятки метров в секунду

Сильные стороны и ограничения

Сильные стороны

Очень точная, круглая и гладкая проволока при низкой стоимости за килограмм
Холодное волочение заметно упрочняет металл (полезно для пружин и металлокорда)
Быстро, непрерывно и в высокой степени автоматизировано
Дешёвые долговечные фильеры, которые легко заменить на другой размер

Ограничения

Только длинные тонкие изделия с постоянным сечением
Каждая фильера снимает лишь немного, поэтому нужно много проходов
Металл упрочняется и часто требует отжига между этапами
Грязь, плохая смазка или дефект в катанке могут порвать проволоку

Где применяется

ЭлектротехникаМедные и алюминиевые проводники для кабелей, обмоток двигателей, линий электропередачи
КрепёжСтальная проволока для винтов, болтов, заклёпок и гвоздей
АвтомобилестроениеМеталлокорд, пружины, каркасы сидений, тросы тормозов и сцепления
СтроительствоНапрягаемая проволока для бетона, ограждения, сетки, вязальная проволока
Потребительские товарыСкрепки, вешалки, гитарные и фортепианные струны, ювелирные цепочки

Как узнать процесс

Идеально круглая гладкая проволока с постоянным диаметром по всей длине.
Тонкие прямые линии вдоль проволоки, видимые под лупой и оставленные фильерой.
Слегка матовая или жирная плёнка на стальной проволоке от смазки для волочения.
Яркий упругий металл: тянутая проволока пружинит сильнее мягкой отожжённой.

Сравните с

Экструзия3.3экструзия проталкивает металл через матрицу и поэтому может делать толстые сложные формы; волочение тянет и подходит для тонких простых сечений.Прокатка3.2прокатка делает катанку, с которой начинается волочение; волочение затем даёт точный окончательный диаметр.Холодная высадка3.5следующий шаг в истории винта: тянутую проволоку режут и формуют головку.

Смотрите

Mecholic - For Mechanical Engineering · Весь процесс, объяснённый шаг за шагом

Fundamentals of manufacturing processes · Форма фильеры и насколько можно уменьшить сечение за один проход

International Wire Group · Настоящий проволочный завод: волочение, отжиг и намотка

Bekaert · Промышленное волочение стальной проволоки

Смотреть реальные фото

Википедия: Волочение проволоки — принцип, фильеры, смазка и многофильерные станы, с фотографиями
Поиск фотографий в Wikimedia Commons

Запомните

Волочение протягивает пруток через конические фильеры; каждая делает его немного тоньше и длиннее.
Много фильер подряд превращают толстый пруток в тонкую проволоку, с отжигом для смягчения при необходимости.
Тянутая стальная проволока — сырьё для винтов, которым посвящены следующие два урока.