Ультразвуковое волочение

Технология ультразвукового волочения позволяет повысить качество изделий постоянного сечения (проволоки, прутков, труб) путем наложения колебаний ультразвуковой частоты на фильеры или волоки.

По мере прохождения через фильеры, а их количество может достигать десяти и более штук, исходный материал упрочняется, а диаметр заготовки соответственно уменьшается. При этом материал в некоторой степени теряет свою пластичность, а вследствие уменьшения диаметра заготовки снижается прочность прокатываемого изделия на разрыв. Для снятия наклепа применяют промежуточные операции отжига и удаления окислов, которые, однако, сильно усложняют технологический процесс.

На финишной стадии процесса волочения сила трения становится сравнимой с силой, необходимой для разрыва проволоки. Для снижения коэффициента трения между материалом фильеры и, например, проволокой используют различные смазки, начиная от мыльного раствора и заканчивая специально разработанными смазками и пастами.

Наложение ультразвуковых колебаний на фильеру позволяет снизить трение. Проведенные эксперименты показали, что вследствие уменьшения силы трения усилие, требуемое для протяжки проволоки, при подведении ультразвуковых колебаний уменьшается обратно пропорционально амплитуде колебательной скорости в фильере.

В общем случае, усилие протяжки зависит от отношения скорости протяжки к амплитуде колебательной скорости фильеры. Чем больше скорость протяжки, тем меньше эффект снижения усилия протяжки. Например, при одной и той же колебательной скорости уменьшение скорости протяжки в два раза уменьшает усилие протяжки на 25-30% в зависимости от материала.

Частота колебаний также влияет на усилие протяжки. При одной и той же амплитуде колебательной скорости увеличение частоты колебаний уменьшает усилие протяжки.

Таким образом, усилие протяжки является функцией, по меньшей мере, трех параметров: скорости протяжки,амплитуды колебательной скорости и частоты колебаний, подводимых к фильере.

Наложение ультразвуковых колебаний в значительной степени влияет на качество поверхности проката - чистота обработки поверхности повышается в среднем на два класса.

Практическое внедрение технологии ультразвукового волочения было осуществлено на заводе "Электросталь" на участке производства проволоки микронных размеров диаметром 30-50 мкм из сплава ЭИ708А-ВИ. Обработке подвергалась проволока на стадии финишной обработки. Ультразвуковые излучатели были установлены на последней фильере. На рисунках представлены фотографии поверхности проволоки без ультразвукового воздействия и с наложением ультразвуковых колебаний. Хорошо видно, что после волочения проволоки с применением ультразвука заусенцы стали в несколько раз меньше, чем без ультразвука, причем процент брака снизился с 80% до 5%.

          
Ультразвуковое волочение металлической проволоки (а - без ультразвука, б - с наложением ультразвуковых колебаний).

Ультразвуковое волочение металлической проволоки (слева - без ультразвука, справа - с наложением ультразвуковых колебаний).