§ 6.10. Нагрев и охлаждение деформируемого металла и инструмента при волочении

Механическая энергия, затрачиваемая на волочение, преобразуется в тепло внешнего трения, в тепло пластической деформации и в потенциальную энергию протягиваемого металла, которая составляет лишь 0,0… от энергии пластической деформации. В деформационной зоне при волочении выделяется тепло, повышающее температуру деформируемого металла, волоки и окружающей среды (смазки, воздуха). Выделяющаяся в виде теплоты часть затрачиваемой на дефрмацию работы распределяется почти равномерно по всему поперечному сечению протягиваемого металла (только работа на дополнительные сдвиги несколько нарушает эту равномерность, т.к. дополнительные сдвиги растут от центра к периферии). Теплота внешнего трения выделяется на контактной поверхности, и при холодном волочении периферийные слои в канале волоки и в течение некоторого времени после выхода из него отличаются более высокой температурой, чем центральные.

При горячем волочении, когда протягиваемый металл входит в деформационную зону в подогретом виде, характер изменения температуры металла может быть другим. При высокой температуре предварительного подогрева и интенсивном охлаждении волоки отвод тепла охлажденим может превышать его приток от трения и деформации. Тогда периферийные слои могут охлаждаться быстрее центральных, т.к. они ближе расположены к поверхности отвода тепла. При этом понижение температуры металла в деформационной зоне по направлению к выходу – положительный фактор, способствующий увеличению деформации за переход. С возникновением продольных растягивающих напряжений в соответствующих поперечных сечениях деформационной зоны температура понижается и возрастает прочность протягиваемого металла. При холодном волочении происходит обратное: с увеличением продольных растягивающих напряжений температура металла повышается и прочность его понижается. Частные обжатия при холодном волочении при пр.р.у. неизбежно должны быть ниже деформаций при горячем волочении. Однако осложнения технического характера (достижение быстрого и дешёвого нагрева перед волочением) и технологического (предотвращение окисления при нагреве) ограничивают область применения горячего волочения.

Степень неравномерности нагрева металла и температуры его периферийных и центральных слоёв зависит от предварительного нагрева и степени деформации протягиваемого металла, условий волочения и системы охлаждения смазкой и специальными охлаждающими устройствами. Увеличение деформации и её неравномерность, рост сопротивления деформации и сил трения вызывают повышение теплообразования в единицу времени и повышение температуры металла.

При волочении с противонатяжением понижается нормальное давление на стенки волоки, образуется меньше тепла, особенно на контактной поверхности, и от этого не только понижается температура металла на периферии и в центральных слоях, но при холодном волочении уменьшается и разность этих температур. Это особенно важно при высоких скоростях волочения, когда контактные поверхности нагреваются до весьма высоких температур. Также влияют поперечные размеры и теплопроводность протягиваемого металла. С уменьшением поперечных размеров и повышением теплопроводности улучшаются условия теплоотдачи, в результате чего температура металла в деформационной зоне понижается.

При холодном волочении при пр.р.у. рост скорости волочения ведёт к увеличению разности температур металла на контактной поверхности и в его центральных слоях. Температура металла может повышаться за счёт тепла деформации только до предельной величины, определяемой работой деформации, которая расходуется на единицу объёма, а уменьшение температуры на контактной поверхности с ростом скорости волочения повышается и иногда достигает весьма большой величины.

Формула для определения температуры рабочей поверхности:

, (6.9)

где  R_t  – коэффициент термического сопротивления системы, зависящий от теплопроводности и размеров сечения протягиваемой полосы и волоки;  σ_n – среднее значение нормальных напряжений на контактной поверхности;  v_в – скорость волочения;  L – длина деформационной зоны.

Слишком высокая и слишком низкая температуры деформационной зоны могут отрицательно повлиять на действие смазки. При очень высокой температуре может понизиться прочность смазочной плёнки и стойкость волок, а при очень низкой – заметно повыситься коэффициент внутреннего трения самой смазки.