Во время процесса выделяется значительное количество тепла, в основном за счет пары трения – поверхность фильеры (волоки) и проволоки. Кратко данный технологический  процесс обработки металла можно описать как протягивание медной заготовки (обычно в виде прутка или катанки) через последовательность фильер (волок) для уменьшения её диаметра и увеличения длины. Этот метод широко используется для производства медной проволоки, которая применяется в электротехнической промышленности, кабельном производстве, строительстве и других отраслях промышленности.

Фильеры изготавливаются из  материалов с высокой твердостью, таких как карбид вольфрама или поликристаллы (искусственный алмаз). Процесс может быть однократным (одно прохождение через одну фильеру) или многократным (последовательное уменьшение диаметра через несколько фильер).

Оборудование для волочения:

-волочильные станы – это  машины, которые протягивают проволоку через фильеры. Основными производителями данного оборудования являются такие мировые лидеры, такие как  компании Hazelett и  Niehoff.

-фильеры или волоки - это формующие элементы с отверстиями определённого диаметра, через которые проходит проволока.

Преимущества технологии волочения:

- высокая точность получения диаметра проволоки

- скорость процесса

- возможность производства проволоки с очень малыми диаметрами (до нескольких микрон).

- улучшение механических свойств меди, таких как прочность и пластичность.
В своей статье мы рассмотрим основные процессы, происходящие при пластической деформации заготовки и требованиям, предъявляемым  к эмульсии для данного процесса.

Все большие требования по увеличению производительности процесса производства  и рабочей скорости процесса волочения проволоки играют решающую роль и характеризуются такими факторами как:

- выделение тепла при пластической деформации материала,

- трение на границе поверхности проволоки и фильеры.

Применение специальных смазочных материалов на границе между фильерой и проволокой может эффективно снизить трение или вызвать разницу в трении между различными режимами, обеспечивая режим гидродинамической смазки. Существует достаточное количество научных статей с описанием  экспериментальных и численных методов исследований, где  анализируются скорость, усилие волочения, температура волоки, температура смазочного материала и распределение напряжений. Полученные результаты демонстрируют, что напряжение и температура волочения зависят от изменения коэффициента трения, геометрии волоки и скорости волочения. Данные исследования могут помочь технологу в оптимизации рабочих параметров процесса волочения, что в дальнейшем приведет к улучшению качества продукции при минимизации энергопотребления в ходе волочения.

Основные условия и зависимости характеристик процесса:

-  физико-химические свойства исходного материала,

- геометрия фильеры, в том числе угла наклона и длина фильеры,

- условия обработки: скорость волочения, сила и режим  трения между фильерой и проволокой.

Что касается последнего фактора, то тепло выделяется в результате трения, связанного с давлением, возникающим при пластической деформации. По определению, трение пропорционально нормальному натяжению на границе проволоки и фильеры. Это трение выделяет тепло из-за относительного движения между материалом и фильерой. Таким образом, возникает классическая трибологическая пара трения металл-металл. Она характеризуется трением на границе проволоки и фильеры и последующим износом обеих контактирующих поверхностей.

Действительно, связанный с этим тепловой эффект, как известно, имеет значительные последствия для процесса волочения, что доказано рядом авторов в соответствующей научной литературе. Температура влияет на условия смазки, срок службы инструмента и качество конечного продукта. Эти трибологические проблемы, связанные процессом волочения проволоки, изучались как экспериментально, так и теоретически.

Эскиз установки, использованной для исследования трибологии, представлен на рис.№1.

Рис. №1. (слева): Схема принятого одноблочного процесса волочения проволоки:

1. подвижный трибоэлемент - проволока,

2. стационарный трибоэлемент -фильера,

3. межфазный трибоэлемент - СОЖ,

I: Входная зона, II: Зона уменьшения (угол штампа равен 2β), III: Несущая зона Hc (длиной штампа Hc),

IV: Выходная зона, датчик T: расположение термопары, L: длина контакта

ri и rf - начальный и конечный радиусы проволоки соответственно.

(справа): Снимок экспериментальной установки.

Как показано на рис. №1, с трибологической точки зрения фильера - это стационарный трибоэлемент, основная задача которого - обеспечить максимально однородную деформацию проволоки. Для достижения равномерного процесса деформации необходимо разработать оптимальное сочетание следующих условий:

уменьшения площади фильеры и предела текучести металла.

Последний параметр тесно связан с тем, что необходимо минимизировать износ инструмента. На практике износ инструмента приводит не только к прямым расходам, но и к косвенным, связанным с дополнительными процедурами, такими как замена и/или восстановление инструмента. Однако, как уже говорилось выше, смазка играет важную роль с точки зрения коэффициента трения μ. На практике, как показано на рис. 1, необходимо обеспечить подходящую толщину смазочной пленки по всей длине контакта (L). В частности, конкретная толщина межфазного трибоэлемента напрямую влияет на выделение тепла, износ матрицы и механические свойства проволоки.

Основной задачей смазочных материалов для волочения проволоки является снижение трения в фильере и  следовательно, потребляемой мощности, необходимой для волочения. Количество смазочного материала отчасти определяет режим смазки, устанавливаемый в волочения.

Рассмотрим с помощью графика три режима трения: гидродинамический режим, смешенное (граничное) и  сухое трение.

Рис. №2. Коэффициент трения в зависимости от скорости вытяжки для волок марки  1450 и 1835. Различные режимы смазки разделены горизонтальными линиями. На рис.№2  представлены коэффициенты трения в зависимости от скорости волочения для фильер.  Две горизонтальные линии обозначают смешанный режим смазки (μ ≤ 0,4) и гидродинамический (μ ≤ 0,1). Режим трения, встречающийся между двумя линиями, можно определить как квазигидродинамический.  Волока марки  1450 достигает режима гидродинамической смазки благодаря поддержанию высокой скорости волочения. Эти результаты согласуются с наименьшим значением коэффициента трения при углах наклона фильеры от 12° до 18°. Для достижения гидродинамического режима необходимо поддерживать толщину смазочного клина для стабильного разделения поверхностей трения  проволока/штамп при преобладающем давлении на протяжении всего процесса. Стоит отметить, что с точки зрения технологического процесса волочения, среди трибоэлементов, показанных на рис. №1, фильера является наиболее важным и дорогостоящим расходным материалом. Весь производственный процесс необходимо оптимизировать так, чтобы достичь желаемого соотношения затрат и эффективности для процесса волочения.  Стоимость и срок службы фильеры напрямую влияют на себестоимость конечного продукта – качественной медной проволоки и, в дальнейшем, готовых изделий из нее.

СОЖ PETROFER для волочения медной проволоки.

Компания PETROFER, в сотрудничестве с мировыми лидерами производителями волочильных станов Hazelett и  Niehoff, руководствуясь накопленным опытом и научными исследованиями в области волочения производит высококачественные водорастворимые смазочно-охлаждающие жидкости линейки Drawlub С, предназначенные для волочения медной проволоки:

DRAWLUB C 100 FN - водорастворимая охлаждающая жидкость содержащая минеральное масло, предназначена специально для операций волочения проволоки из меди, медных сплавов, в том числе латуни с покрытием и без. DRAWLUB C 100 FN применяется в процессах волочения проволоки, промежуточного и многопроволочного волочения. Используя эмульсию DRAWLUB C 100 FN, оборудование будет оставаться чрезвычайно чистым, таким образом, будет достигнута высокая эффективность производства в сочетании с отличными смазочными свойствами. Эмульсия обладает хорошими моющими и фильтрационными характеристиками, демонстрирует тенденцию к низкому пенообразованию.

DRAWLUB C 301 FN - водорастворимая охлаждающая жидкость, содержащая минеральное масло, предназначена специально для операций по волочению проволоки из меди и ее сплавов покрытых оловом, посеребренных и никелированных. DRAWLUB C 301 FN особенно подходит для операций по многократной и финишной обработке проволоки. Благодаря специальной рецептуре DRAWLUB C 301 FN значительно снижает износ фильеров и волок. Новая технология продукта DRAWLUB C 301 FN обеспечивает биологическую стабильность, препятствуя размножению микроорганизмов, предотвращая рост бактерий, дрожжей и грибов.

DRAWLUB C 501 FN - это полусинтетическая водосмешиваемая охлаждающая жидкость, разработанная специально для операций волочения проволоки из меди, луженой, никелированной меди, а также латуни.  DRAWLUB C 501 FN успешно применяется для волочения тонкой и супер тонкой проволоки диаметром до 0,07 мм, а также в процессах проката плоской проволоки. Благодаря специальной формуле DRAWLUB C 501 FN значительно снижает износ фильер и волок.

Для подбора СОЖ  Petrofer для волочения с  учетом требований вашего технологического процесса, просьба направить запрос в отдел по работе с промышленными  предприятиями ООО «АЛЛЕЯ ГРУПП» на электронную почту: info@alleya-ind.ru

ООО «АЛЛЕЯ ГРУПП»
Науменко М.
январь 2025г.