Desen

Această intrare sau secțiune privind procesele industriale nu menționează sursele necesare sau cele prezente sunt insuficiente . Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor .

Reprezentarea procesului de desen

Desenul este un proces de formare care induce o schimbare a formei materiei prime de bază prin deformare plastică datorită acțiunii forțelor exercitate de echipamente și matrițe.

Desenul metalic produce în mod continuu fire lungi, bare cu secțiune circulară sau profil complex cu 3 sau mai multe laturi și tuburi (barele intră deja în forma finală, desenul servește doar la creșterea proprietăților mecanice prin întărirea suprafeței și la îmbunătățirea toleranțelor dimensionale). Originile sale datează din secolul al XI-lea și evoluția sa continuă a dus la depășirea limitelor dimensionale atinse progresiv.

Deși cea mai importantă aplicație industrială este în prelucrarea metalului , acoperită de acest articol, termenul este folosit pentru un factor de confort pentru alte materiale, inclusiv ceramică și paste . Acesta din urmă este produs folosind tehnica de extrudare . Desenul este de asemenea folosit foarte mult pentru crearea cărămizilor ^[1] .

Micro-desen

Creșterea exponențială a pieței mondiale a micro-componentelor necesită fire cu un diametru din ce în ce mai mic și cu finisaje și proprietăți excelente pentru a fi utilizate în producția de componente electronice și mecanice miniaturizate.
Desenul care vizează producerea de microfilme cu un diametru de câțiva micrometri se numește microtraining . La fel ca diametrul firelor, părțile laterale ale barelor pot fi, de asemenea, de câțiva micrometri, care se numesc microfile de profil complex.
Caracteristicile generale menționate anterior fac din desenarea unei tehnologii capabile să realizeze o producție în masă de microfilamente și, prin urmare, să satisfacă noile cerințe de miniaturizare.

Dar trecerea de la macro-lume la lume creează, de asemenea, probleme pentru desen: noile dimensiuni au consecințe în comportamentul materialului, în proces, în matrițe, în manipularea, în echipamente și în mașini.
Costurile care trebuie suportate pentru producția de microfilme cresc și sunt legate de achiziționarea de noi plante dedicate, de cercetare și dezvoltare (necesare pentru a realiza o miniaturizare suplimentară și producția industrială în masă a noilor produse), de necesitatea unui punct de pornire a firului de calitate superioară (mai pură și cu o precizie superficială și dimensională mai bună) și personal mai calificat.

Descriere generala

Procesul de desen are următoarele particularități generale:

• eficient (atinge o rată ridicată de productivitate);
• exacte (produsele finale au toleranțe strânse, finisaje de suprafață excelente și secțiunea dorită);
• excelent în proprietățile mecanico-electrice ale produsului final;
• economic și ecologic datorită matrițelor și instrumentelor multifuncționale, muncii nu neapărat calificate și minimului deșeurilor de materiale.

Desenul, bazat pe clasificările proceselor de deformare, aparține:

• procese de formare masivă, distincte de procesele de formare a foilor subțiri;
• procesele la rece, deoarece de obicei nu se efectuează preîncălzirea firului sau a barei inițiale;
• procesele de prelucrare secundară (cum ar fi îndoirea) deoarece transformă produsele de prelucrare primară (forjate, laminate, extrudate, extrase) în produse finite sau semifinite. Cel mult, produsele sale suferă modificări minime de formă, de obicei prin îndoire (pentru a forma arcuri, cârlige, capse etc.) sau alte operații de finisare (de exemplu pentru a obține șuruburi sau vârfurile cârligelor de pescuit)

În comparație cu alte tehnici de formare a masei, desenul este similar cu extrudarea, cu diferența că în extrudare piesa de prelucrat este supusă forțelor de compresiune în timp ce se trage la forțe de tracțiune și că în extrudare fricțiunea are loc în matriță și în containerul preformei de pornire. în desen doar în matriță; cu toate acestea, ambele sunt tehnici de deformare fără suprafețe libere.

Produse de desen

Sârmele metalice sunt utilizate pe scară largă în producția de cabluri de țesut și structurale, cabluri electrice și componente electronice , echipamente medicale, instrumente muzicale, produse de aur, materiale de construcții, componente metalice pentru cele mai variate sectoare (mașini, jucării, grădinărit etc.).

În lumea macro, corzile obținute din mai multe fire împletite sau răsucite sunt utilizate în structuri de tracțiune , ascensoare, plase de pescuit, ridicare specială în porturi și șantiere etc.

Cu macrocabluri unice, se realizează arcuri și cârlige, șuruburi, garduri, coșuri, armături pentru beton , fibre pentru beton , fire pentru tăierea marmurei , pentru sisteme electrice etc.

În micro-lume, microfile sunt utilizate în domeniile electronice, componente IT ( Tehnologia informației ), micro sisteme electromecanice ( MEMS ), dar și în domeniul medical, auto, telecomunicații și radio ; sunt folosite sub formă de arcuri de contact, spirale, șuruburi, mandrine, perforatoare, fire electrice, scuturi, cabluri de semnal pentru alarme.

Microfilmele cu profil complex devin micro tije, mandrine, șuruburi, perforatoare.

Firele metalice sunt fabricate în principal din cupru , aliaje de cupru , oțel , aliaje de nichel , aluminiu și sunt adesea acoperite.

Procesul de desen

Mașini utilizate pentru procesul de extragere

Acest paragraf descrie procesele de trasare și recoacere cu componentele lor, defectele și rupturile care pot apărea și ajustările observate la producerea firelor capilare din comparația dintre literatura existentă despre desenul tradițional și realitatea vizitată de unele fabrici de desen. fire și capilare.
În procesul de extragere, firul suferă treceri forțate prin matrițe ( matrițe ) cu găuri cu diametru în scădere progresivă, care reduc secțiunea.
Volumul firului rămâne constant, deoarece desenul este un proces fără îndepărtarea materialului; cu reducerea diametrală obțin creșterea lungimii sale.
Firul care trebuie prelucrat este trecut prin prima matriță după ce a suferit o reducere la capătul de filetat. Acest capăt se face conic printr-o operație de învârtire (modelare rotativă cu ciocan) sau, în cazul microfilmelor, printr-o pauză de tracțiune în corespondență cu zona de ciupire. După trecerea în prima matriță, aceeași inserție urmează în toate matrițele ulterioare.

Firele sunt împărțite în patru categorii în funcție de diametrul lor d :

• Tije de sârmă având un diametru de 5 mm <= d <8 mm;
• Intermediar, cu 1 mm <= d <5 mm;
• Subțire, cu 0,15 mm <= d <1 mm;
• Capilare, cu d <0,15 mm.

Mai general, microfilamentele au un diametru d de câțiva micrometri. Cele mai fine fire fabricate în Europa au un diametru de 6 µm, sunt din aliaj de aur și sunt utilizate în componentele electronice; în producția industrială de masă, cele mai subțiri fire sunt realizate din cupru și au un diametru de 10 µm.

Pentru un desen optim cu o bună finisare și precizie dimensională a firelor, este necesar să selectați cu atenție parametrii procesului, să proiectați în mod adecvat profilul matrițelor și unghiul acestora, să alegeți reducerea cu pas, lubrifiantul și materialele matrițelor și echipamente.

Raportul optim de reducere pe pas este mai mic decât cel ideal și este între 10% și 45%.
Unghiul ideal și reducerea pe pas sunt reduse nu numai pentru prelucrarea materialelor dure, ci și pentru producerea de microfilamente, pentru a evita o finisare slabă a suprafeței, dificultăți mai mari de lubrifiere și posibila rupere. Prin urmare, pentru a obține diametrul dorit, numărul de treceri progresive trebuie mărit.
Pentru a reduce o tijă de sârmă de 8 mm la o sârmă de 2 mm diametru, se fac aproximativ zece treceri prin matrițe descrescătoare. În schimb, pentru a trece de la un fir de 2 mm la un fir subțire cu diametrul de 0,2 mm, sunt necesare aproximativ douăzeci de treceri, de la un fir de 1 mm la un capilar de 0,1 mm aproximativ treizeci.

Sârma este trasă de un cabestan final și de mai multe inele de tragere plasate între o matriță și cealaltă și face două sau trei rotații în jurul fiecărui inel de tracțiune rotativ pentru a reduce tensiunea de tragere. În secțiunea care merge de la o matriță la alta, firul este în tracțiune înainte de inel și în repaus între inel și matrița următoare.
Datorită mișcării inelelor de tragere, este posibil să se aplice tensiunea din spate explicată anterior.
Cabestanul final este plasat după ultima matriță în afara mașinii de desen. De obicei, viteza cabestanului de ardere este ajustată în așa fel încât să aibă o alunecare pe inelele de ardere care transmit tensiunea de tragere. Viteza cabestanului este de maximum 30 m / s pentru firele fine și capilare, în timp ce atinge 50 m / s pentru firele cu un diametru mai mare.
Temperatura firului crește în timpul prelucrării datorită fricțiunii, alunecării pe inele și vitezei mari la care este tras.
Utilizarea unui lubrifiant adecvat este esențială pentru a reduce frecarea, pentru a atenua încălzirea firului, pentru a reduce uzura matrițelor și pentru a evita îndepărtarea materialului sau a învelișului din fir.

Urmând pașii multipli de tragere, firul întărit este supus unei recoaceri pentru a restabili proprietățile mecanice și electrice originale.
Sârmele de oțel pentru corzile instrumentelor muzicale și arcurile sunt singurele supuse tratamentelor termice înainte și după prelucrare.
După recoacere, are loc o răcire cu emulsie , urmată de uscare cu aer care pregătește firul pentru înfășurare.

Bobina bobinei înfășoară un fir sau mai multe fire împreună formând bobinele. Un dansator pneumatic sau de greutate / sensibil se mișcă reglând viteza de înfășurare a bobinei pentru a menține tensiunea firului constantă. Singurul parametru monitorizat în această etapă este tensiunea firului verificată cu un tensometru. Formula este utilizată pentru a calcula tensiunea de înfășurare (N / mm²) care trebuie aplicată

T = d² · p / 4 · n ° fire · k

unde d este diametrul firului și k este o constantă.

Ulterior, firele sunt desfăcute pentru a forma cablurile electrice, benzile pentru computer, ecranele sau pentru a obține, cu prelucrare ulterioară, arcuri și spirale.
La crearea cablurilor electrice, firele sunt răsucite în timp ce, pentru a crea scuturi împotriva perturbațiilor electrice, acestea sunt dispuse paralel (de exemplu 6-12 fire concentrice în jurul celui care urmează a fi protejat) sau chiar răsucite (de exemplu mai multe grupuri de 4 paralele fire împletite în jurul unui cablu). Sârmele pentru astfel de aplicații sunt înfășurate cu o înfășurare statică în bobine dispuse vertical.

Pe de altă parte, bobinele firelor care ulterior nu trebuie răsucite sunt într-o poziție orizontală pentru a evita răsucirea firelor odată ce ajung la un capăt; aici brațul de ghidare a firului își inversează direcția de mișcare și firele continuă să se înfășoare fără să se răsucească.
Bobinele microfilamentului unic pot fi utilizate pentru a realiza fire electrice cu scuturi, arcuri etc. Dacă firul nu este sub-milimetric, acesta poate deveni un monofilament pentru sistemele electrice din Germania și Europa de Nord , unde firele electrice sunt rigide spre deosebire de cele flexibile din Europa de Sud (de exemplu, cabluri cu 1-7 fire împotriva celor 126 ale noastre) .

Mașinile de desen sunt clasificate în funcție de diferite criterii.
Primul criteriu se bazează pe diametrul final al firului prelucrat: pe piață există "aspri" pentru fire cu diametrul de la 4 mm la 1 mm pornind de la o tijă de sârmă, mașini "intermediare" pentru fire de la 2 mm la 0,5 mm cu un fir de pornire de aproximativ 4 mm, mașini "pentru fire subțiri" de la 0,5 mm până la 0,15 mm în diametru cu un diametru de pornire de aproximativ 2 mm și în cele din urmă mașini "pentru fire capilare" de la 0,15 mm până la 0,05 mm în diametru cu un diametru de pornire de aproximativ 1,5 mm.
Dimensiunile întregii instalații de tragere pentru firele capilare sunt reduse la jumătate în comparație cu cele ale instalației pentru firele subțiri. Al doilea criteriu este acela al numărului de fire prelucrate în același timp: dacă firul este unic, mașina se numește monofilament , dacă există mai multe fire este multifilat . La tipul cu mai multe fire, datorită mai multor serii de matrițe plasate în paralel și pe mai multe niveluri, este posibil, de exemplu, să lucrăm 32 de fire simultan împărțite în patru straturi de 8 fire; la tipul cu un singur fir găsim atât mașini cu structura celor cu mai multe fire, cât și mașini cu conuri de tragere (în loc de inele de tragere cilindrice).

O metodă diferită de procesare cu mai multe fire este cea din Brunswick în care un pachet de fire este introdus într-un strat de acoperire ductil și trasat împreună cu acesta: se obțin diametre de până la 5 µm.

Al treilea criteriu se bazează pe tehnica de alimentare a firelor, care poate fi alunecată pe inele sau antiderapantă. Mașinile antiderapante sunt echipate cu un cabestan și inele motorizate care se rotesc cu o viteză periferică egală cu cea a firului care iese din matriță. Viteza este variabilă și reglată prin sisteme speciale.
Pe de altă parte, cabestanul mașinilor de alunecare are o viteză periferică mai mare decât viteza liniară a firului de ieșire, provocând astfel alunecarea firului pe el și, în consecință, pe celelalte inele de tragere (care se rotesc cu aceeași viteză ca ieșirea sârmă). Aproape toate mașinile intermediare utilizate sunt rezistente la alunecare, deoarece reduc rupturile legate de uzura matrițelor. Reducerea diametrală a firului, care implică o creștere a lungimii acestuia, trebuie să fie însoțită de o creștere a vitezei firului (care altfel nu ar mai fi sub tensiune în jurul inelelor situate între o matriță și alta). Dacă reducerile secțiunii au fost calculate în același raport cu creșterea vitezei periferice a inelelor de tragere, în cazul în care are loc o reducere mai mică a diametrului din cauza uzurii unei matrițe și a alungirii inferioare a firului, aceasta din urmă este s-ar rupe sub acțiunea tensiunii generate de viteza constantă a inelului de tragere. Pe de altă parte, la mașinile de alunecare, orice uzură a matriței duce la o variație a alunecării și nu la ruperea firului. Procentul de alunecare datorat întârzierii firului este:

( _Inel V - _fir V) 100 / V _inel

Alunecarea trebuie controlată în orice caz deoarece, dacă este excesivă, provoacă vibrații ale firului și suprapuneri, încălzire ridicată, zgâriere prematură a inelelor de tragere și o formare excesivă de praf.
Adesea, pentru a evita atingerea limitei cinematice, se stabilește un procent mai mare de reducere a secțiunii atât la mașinile cu alunecare, cât și la cele fără: în prima există o variație a alunecării, în cea din urmă există deschiderea bobinelor pentru lungimea mai mare a firului care iese din matriță comparativ cu cea așteptată. Această tensiune mai mică este compensată în matrițele ulterioare.
La mașinile pentru fire capilare nu este productiv să lucrați cu alunecare și cu o reducere procentuală mai mare a secțiunii firului: ar apărea prea multe rupturi de tracțiune.

Parametrii monitorizați în mașina de desenat sunt în principal trei:

• Viteza de ieșire a mașinii de extragere (de exemplu, 20 m / s pentru fire cu diametrul de 0,1 mm) și, prin urmare, de rotație a cabestanului;
• Diametrul final;
• Diametrul pre-final corespunzător penultimului pas.

În timpul procesului, temperatura este menținută constantă la 39 ° C - 40 ° C datorită schimbătorilor de căldură . Firul de ieșire are o temperatură de 60 ° C - 70 ° C datorită fricțiunii matrițelor și alunecării în jurul inelelor de tragere.
Mașinile de extragere cu mai multe fire au două motoare: unul pentru transmiterea mișcării inelelor prezente între o matriță și cealaltă și altul pentru capstanul de tragere final și axele cuptorului de recoacere. Când mașina de desenat este pornită sau oprită, linia accelerează sau încetinește progresiv până când atinge viteza de funcționare sau se oprește pentru că altfel s-ar rupe firul. Un dispozitiv special "anti-retur" împiedică roțile dințate să inverseze sensul de rotație la repornire din cauza tensiunii firului la oprirea mașinii.

Când apare nevoia de a obține un diametru mai mare decât cel pentru care este programată mașina, matrițele din partea finală sunt excluse („săriți pașii”) fără a fi nevoie să mutați matrițele și să reintroduceți întreaga mașină de desenat. Dacă linia trasează fire subțiri sau intermediare, este posibil să se excludă ultimele matrițe și să se poziționeze pe cea cu diametrul final dorit ca ultima matriță înainte de ieșire. În schimb, pentru firele capilare, este necesar să omiteți câțiva pași și să păstrați ultimii, deoarece este mai puțin riscant la pornirea sistemului. Atât în ​​zonele de trecere pentru firele subțiri, cât și în cele pentru firele capilare, matrițele din alamă sunt poziționate cu inserția ceramică și o gaură mai mare decât diametrul firului în acel punct de procesare pentru a ghida și controla oscilațiile firelor.
Timpul necesar pentru a exclude matrițele din partea finală a mașinii de desenat este de aproximativ 25% din timpul necesar pentru a fila întreaga linie. Datorită sincronismului dintre cele două motoare, este suficient să selectați pașii pentru a sări și mașina crește automat viteza inelelor, lăsând cea a cabestanului fix; decuplarea axelor interne are loc printr-o acționare electro-pneumatică automată.

Dacă se produce o rupere a firului în timpul funcționării, un capăt atinge mașina care se blochează și se descarcă la sol; dacă pauza se produce după ultima moarte, două sonde electrice poziționate în zona cabestanului determină oprirea imediată a mașinii.

O alternativă la inelele de tragere cilindrice sunt conurile de desen monofilament, menționate mai sus. În loc să aranjați inelele și matrițele succesiv, inelele de tragere cu diametre diferite în funcție de reducerile necesare sunt adunate pe același arbore. Se obține un arbore care poartă numeroase inele așezate unul lângă altul astfel încât să formeze un con de desen treptat.

Deoarece viteza unghiulară a conului de desen este constantă, inelele cu un diametru mai mic vor avea o viteză periferică mai mică și, prin urmare, firele cu diametru mai mare vor trebui să fie înfășurate pe ele. Pe măsură ce diametrul inelelor și, prin urmare, viteza lor periferică crește, diametrul firelor scade.
Mașina este construită în așa fel încât să aibă două conuri adiacente, cu matrițele plasate între ele: firul care traversează matrițele între un con și celălalt este înfășurat pe inele cu un diametru progresiv mai mare pentru a crește viteza de tragere și suferă o prelucrare atât în ​​exterior cât și în retur. Funcționând în aceste condiții, firul nu se aranjează niciodată perpendicular pe axele de rotație ale inelelor și este supus unei alunecări suplimentare (laterale), neglijabile. Unii producători, pentru a reduce eforturile neregulate consecvente asupra produsului tras, au realizat inele ușor conice care permit firului să se miște mai ușor și să iasă din inelele deja înclinate în funcție de noua poziție care trebuie asumată.
Un alt truc poate fi echiparea suporturilor matriței cu o mișcare alternativă paralelă cu axele inelelor: în acest fel poziția de ieșire a firului se schimbă continuu, uzura conurilor devine mai uniformă și durata lor crește în timp.

Reducerea procentuală a pasului de la o matriță la alta este constantă la mașinile cu inele de tragere cilindrice și nu este așa la mașinile care funcționează cu conuri de tragere. În primul tip, fiecare inel are o viteză mai mare decât precedentul cu același procent, în detrimentul flexibilității, dar cu avantajul constanței: dacă o matriță uzată reduce diametrul firului mai puțin sau dacă un inel se rotește la o viteza inadecvată, defectul îl va compensa de la o matriță la alta prin alunecare sau o reducere mai mare a secțiunii firului.
În al doilea tip, alungirea nu este constantă, dar viteza de rotație a conurilor și reducerea diametrelor inelelor consecutive sunt, în raport cu reducerea pe pas.

Lanțurile de aprovizionare

Matrițele de desen sunt compuse din trei părți:

1. o inserție foarte rezistentă care constituie instrumentul propriu-zis. Materialele folosite sunt oțelurile cu aliaje ridicate, carburi sinterizate sau, pentru viteze mai mari, aliaje dure sau monocristal natural sau diamant sintetic (PCD policristalin sau monocristal), deși diamantul sintetic monocristal nu este aproape niciodată folosit.
   Diamantul natural este preferat pentru tragerea firelor capilare, diamantul sintetic policristalin (PCD cu granule de câțiva µm optim pentru o bună finisare a suprafeței) și pentru firele metalice dure cu diametru mai mare. Insertul de diamant sintetic policristalin este format dintr-o peliculă subțire de cristale de diamant fixate pe un substrat sinterizat din carbură de tungsten. Această structură este realizată printr-un proces de sinteză a diamantului cu presiune ridicată și temperatură înaltă (HPHT), care creează un diamant PCD cunoscut pentru proprietățile sale fizice excelente. Insertul are o rezistență la uzură și impact mai mare decât diamantul natural, iar uzura zonei de contact cu firul este mai uniformă.
2. un suport de armare pentru susținerea inserției, adică un inel din carbură de tungsten ;
3. un cadru cilindric din oțel, care conține celelalte două părți. Înălțimea sa depinde de dimensiunea inserției și diametrul său depinde de suportul matriței instalației de extragere (standardizat pentru a permite interschimbabilitatea matrițelor în diferitele plante). Cadrul permite susținerea tensiunii axiale pe care o suferă inserția în timpul desenului, disiparea căldurii generate de frecare în timpul trecerii firului și extinderea conului de intrare a inserției pentru a facilita intrarea lubrifiantului în gaură. Dintr-un punct de vedere mai practic, permite manipularea și poziționarea matricii fără dificultate și imprimarea codurilor și denumirilor pentru specificațiile de recunoaștere.

Analizând aspectul orificiului intern al unei matrițe în funcție de direcția de desen, putem observa un con de intrare, un con de reducere, o secțiune paralelă, o secțiune de eliberare și în final un con de ieșire. Dimensiunile alese pentru fiecare dintre aceste părți care formează profilul intern al matriței depind de proprietățile fizice ale metalului care urmează să fie tras și contribuie la obținerea unei performanțe mai bune și a unei calități ridicate. Respectarea acestor dimensiuni este esențială, în special la mașinile cu mai multe fire, pentru a avea o consistență în reducerea diametrului și în tensiunea firului.

Fiecare zonă internă are propriile sale caracteristici:

• Zona de intrare conică permite lubrifiantului să intre în zona de desen; unghiul conului este de 70º ± 20º.
• Zona de reducere conică, în care are loc reducerea din plastic a firului, are o înălțime minimă determinată astfel încât diametrul bazei mai mari să fie cel puțin egal cu diametrul firului care intră în matriță. Unghiul depinde de reducerea de operat și variază cu ± 2º. Unghiurile mai mici (aproximativ 14 °) sunt utilizate pentru metalele dure și mai puțin ductile (cum ar fi fierul, oțelul, aliajele de aluminiu) și unghiurile mai deschise (16 ° - 18 °) pentru metalele moi, cum ar fi cuprul.
• Zona de calibrare este secțiunea care calibrează diametrul final. Lungimea acestei secțiuni cilindrice este în funcție de diametrul de ieșire; este de obicei aproximativ 20% -50% din diametru pentru metalele moi și 40% -80% pentru cele mai tari. Calibrarea este o operație efectuată de un sizer de sârmă pentru a obține diametrul dorit al găurii [sizerul de sârmă, utilizat pentru prelucrarea zonei cilindrice de calibrare a matriței și pentru conectarea acestei zone cu zona de ieșire, se bazează pe mișcarea axială a unei secțiuni de sârmă din oțel inoxidabil (pentru matrițe cu un diametru final mai mic de 1 mm) sau a unei bare de oțel placate cu cupru (pentru diametre mai mari), introdusă în orificiul matriței împreună cu pulberea abrazivă. Mișcarea axială a firului este combinată cu rotația matriței și înclinarea acesteia pentru a rotunji unghiul de ieșire și a evita marginile ascuțite. Cu această ultimă operație se obține zona de relief din spate]
• Zona de eliberare ( relieful din spate ) este o mică rotunjire care face conexiunea dintre calibrare și zona de ieșire mai ușoară; evită zgârieturile și confiscarea firului care iese din matriță. Lungimea sa este egală cu 10% din diametrul firului.
• Zona de ieșire nu afectează diametrul final al firului, dar face posibilă rotunjirea marginii de ieșire. Contactul firului cu marginea provoacă vibrații care se propagă în mașină și care duc la uzura ulterioară a matriței, la o calitate mai mică a firului și chiar la ruperea firului tras. Din acest motiv și pentru a preveni producerea de fulgi care ar risca să se acumuleze la intrarea în matrița următoare sau să polueze lubrifiantul, marginea este rotunjită și ia numele zonei de eliberare. Unghiul zonei de ieșire, în general, este de 40º ± 10º.

Sârma de prelucrat este trecută prin orificiul matriței, care se deformează plastic sub acțiunea unei forțe de tracțiune și de compresie: forța de tracțiune se datorează tensiunii de tragere aplicate, forța de compresie este o consecință a geometriei reducerii și zonele de calibrare ale profilului.
Insertul matriței poate funcționa numai la compresie, deoarece s-ar rupe la tracțiune.
Cu miniaturizarea, unghiul și reducerea pe pas sunt mai mici și, prin urmare, și lungimea zonei de reducere; devine necesar să se ia în considerare fricțiunea și în zona de calibrare, care afectează mai mult decât zona de reducere pe extinderea zonei de contact între fir și matriță.

Uzura matrițelor

În ciuda durității ridicate a materialelor utilizate în matrițe, aceste unelte sunt, de asemenea, supuse uzurii. Uzura este o consecință a vibrațiilor și a prezenței solzilor abrazivi pe suprafața firului. Abraziunea începe în zona de reducere datorită presiunii mai mari și ulterior se deplasează în zona de calibrare a firului; atunci când zona se extinde, este necesar să scoateți matrița de pe mașina de desen pentru a o recondiționa printr-un proces de lustruire care nu mărește dimensiunea diametrului găurii matriței.
Lustruirea, la fel ca calibrarea și rectificarea, se obține prin introducerea unei pulberi de diamant cu granulometrie adecvată amestecată cu ulei și apă.
Dacă în prezența unui inel ușor de uzură, înlocuirea matrițelor nu se efectuează cu promptitudine, se declanșează uzura rapidă care se manifestă prin apariția unei zone de abraziune mai profunde care se extinde la restul profilului provocând zgârieturi, diametre mai mari sau , în cel mai rău caz, fisuri sau rupturi în insert.
În cazul uzurii severe, este necesară măcinarea cu utilizarea sculelor abrazive diamantate cu bob mai gros decât cele utilizate pentru lustruire. Această operație trebuie făcută înainte ca matrița să înceapă să funcționeze prin tracțiune, deoarece nu ar suporta forța de tragere. În prezența uzurii severe, nu mai este posibilă recondiționarea profilului matriței fără a crește dimensiunea găurii. Prin măcinare, un strat de matrice este îndepărtat pentru a obține același unghi și a-l utiliza din nou pentru diametre mai mari.
Măcinarea este o operație efectuată cu un aparat cu ultrasunete . Aparatul cu ultrasunete este format dintr-un traductor eficient cu o sondă adecvată care conferă vibrații mecanice unui ac de oțel armonic întărit. Acest ac, cu un vârf în formă conică, este introdus în profilul matriței împreună cu o pulbere de diamant abrazivă cu adaos de apă și ulei. În funcție de recondiționarea care urmează să fie efectuată, dimensiunea și tipurile de matrice, pulberile de diamant cu structură granulară diferită sunt utilizate cu boabe de la 0,25 µm la 200 µm (mai puțin la lustruire și mai mare la măcinare). Rectificarea este urmată de o operație de lustruire, deoarece se știe că, pentru o performanță optimă, matrița trebuie să aibă un profil lustruit, bine conectat și fără margini.
Comparând uzura cu materialul inserției, se poate observa că în diamantul sintetic policristalin uzura matriței are loc în mod uniform, în timp ce în diamantul natural acest lucru nu se întâmplă.
Diamantul natural, de fapt, are o structură cu suprafețe moi și suprafețe dure care oferă o rezistență diferită la abraziune; rezultă că uzura este mai mare în punctele suprafeței unde rezistența la abraziune este mai mică.

L'usura è rilevabile mediante un'osservazione al microscopio oppure grazie ad una misurazione del diametro del filo trafilato con un calibro laser o con un micrometro meccanico munito di comparatore.
Le filiere si mantengono inalterate per mesi e vengono cambiate quando si rischia di ottenere fili con una tolleranza maggiore di quella consentita dalle norme in vigore. La loro vita utile è determinata su una media di tonnellate di filo trafilato. Il tempo di fermo necessario per cambiare metà delle filiere di una macchina multifilo a trenta passi e infilarle nuovamente è di circa 10 ore.

Gli anelli di tiro

Nelle trafilatrici multifilo gli anelli di tiro sono generalmente lunghi anelli cilindrici con “n” fasce ricavate sulla superficie esterna.

L'anello è di acciaio e sulle fasce è presente una lega di carburo di tungsteno sinterizzato dello spessore di pochi decimi di millimetro compenetrato perfettamente nel supporto di acciaio in modo da formare con esso un corpo unico. Il carburo di tungsteno offre risultati eccellenti contro l'usura e l'abrasione nelle più svariate condizioni di trafilatura. Invece sugli anelli di tiro per i fili sottili e capillari vengono predisposti riporti ceramici per avere un'aderenza maggiore tra il filo e l'anello ed una minore forza di trafilatura. Le fasce di lavoro, ricavate sull'anello, hanno una conicità di 1º-5º per consentire al filo di scorrere meglio durante la trafilatura. Quando la macchina lavora a regime, le spire si spostano verso il punto in cui la fascia ha diametro maggiore, secondo il grado di lubrificazione: se questa è troppo elevata le spire si posizionano dove il diametro è minore, se troppo bassa traslano dove il diametro è maggiore.

I cabestani finali hanno la stessa struttura e composizione degli anelli di tiro. Nelle macchine intermedie e per fili sottili vi è un solo cabestano, mentre in quelle per fili capillari i cabestani sono due. Impiegando due cabestani si può ridurne le dimensioni e quindi il momento d'inerzia, si può avvicinarli alle ultime filiere ed evitare ai fili percorsi lunghi senza lubrificazione (come avviene tra l'uscita delle ultime filiere ed il cabestano singolo di diametro maggiore nonché più lontano). A volte nella parte inferiore del cabestano è installata una serie di carrucole di rinvio per favorire il distacco delle spire, poiché i cabestani non sono lubrificati.

Gli intagli che si verificano sulla superficie delle fasce di lavoro sono conseguenza dell'attrito continuo e dell'elevata temperatura del filo (anche se attenuati dal lubrificante), dell'elevata velocità di trafilatura e della tensione che stringe le molteplici spire di filo attorno all'anello. Nella trafilatura di fili capillari, attorno ai primi anelli della trafilatrice, viene fatto un giro in più di filo rispetto agli ultimi: il filo diventa più fragile man mano che si assottiglia e solo un giro o due usurano meno la ceramica degli anelli. Nelle macchine di trafilatura a slittamento e con una riduzione percentuale maggiore della sezione del filo, il continuo scivolamento in senso assiale tra il filo e gli anelli di tiro e tra il filo ed il cabestano provoca delle rigature precoci. Per limitare tale usura viene innescato sul cabestano un movimento trasversale attraverso un apparecchio meccanico azionato dalle oscillazioni della macchina. Invece sugli anelli di rinvio verso il forno di ricottura, lo scivolamento trasversale è dovuto sia ad un congegno elettro-meccanico che muove gli anelli sia ad un pettine che movimenta i fili trasversalmente e assialmente. Il pettine ha anche la funzione di mantenere i fili separati tra loro.

Gli anelli di rinvio al forno di ricottura e quelli di ricottura sono in acciaio e non hanno fasce ricavate sulla superficie esterna; alcuni sono ricoperti da uno strato di ceramica. Quando si presentano rigature sulla superficie vengono sottoposti ad una lucidatura o ad una rettifica (se le rigature sono incisioni troppo profonde). Come gli anelli di tiro ed i cabestani, hanno uno spessore dimensionato in modo tale da impedire ovalizzazioni o deformazioni.

I lubrificanti

La lubrificazione è indispensabile nella trafilatura: durante la lavorazione la superficie del filo è ricoperta da un lubrificante, scelto a seconda delle caratteristiche di resistenza ed attrito dei materiali a contatto. Un comune lubrificante è il sapone ed un altro molto usato è l'emulsione: olio emulsionato con una percentuale dell'1-2% di acqua che passa al 5% nella lavorazione di fili capillari perché una eccessiva lubrificazione porterebbe le spire di filo a slittare sugli anelli e di conseguenza a rovinarne la ceramica oa rompersi (il filo che entra nelle filiere è minore, ma il cabestano ruota ad una velocità costante e richiede la stessa lunghezza di filo da mandare al forno di ricottura).
Il lubrificante arriva a contatto delle spire dei fili capillari e sottili per caduta dai numerosi ugelli di un condotto situato sopra ad ogni serie di anelli. Ulteriori ugelli sono posti prima di ogni filiera e, spruzzandovi contro, permettono al lubrificante di accompagnare il filo nella matrice (facilitato dalla zona di entrata del profilo). Nelle trafilatrici per fili sottili l'emulsione spesso non viene iniettata per caduta ma attraverso due tipi di ugelli: il primo tipo posto come nelle macchine per fili capillari prima della filiera e l'altro dopo la filiera diretto verso l'anello di tiro successivo.

Le ultime filiere prima del cabestano sono le meno lubrificate dato che sono posizionate sulla parete che divide l'impianto di trafilatura dal forno di ricottura e quindi sono bagnate solo da un lato. Il maggior numero di rotture avviene in queste ultime filiere a causa dell'attrito eccessivo, dell'accumulo di polverino in uscita e quindi del danneggiamento dell'inserto della filiera o della superficie del filo (nei fili sottili e capillari il rapporto tra la superficie ed il volume è molto elevato quindi avviene la rottura).

Il lubrificante può anche essere solido per fili ad alta resistenza (in acciaio, in acciaio inossidabile, in lega alto legata): viene fatto aderire sotto forma di un rivestimento di metallo più tenero, ad esempio di rame o di stagno, depositato chimicamente sulla superficie. Per la trafilatura del titanio vengono utilizzati dei polimeri come lubrificanti solidi

Nelle macchine con coni di trafilatura monofilo, i coni e le filiere sono completamente immersi nel lubrificante liquido che può essere olio o emulsione (contenente additivi grassi o clorurati oppure altri composti chimici).
Non ci sono macchine trafilatrici che lavorano a secco: l'attrito eccessivo porterebbe al surriscaldamento del filo, ad un'usura precoce delle filiere e della superficie del filo e per di più ad un'alterazione delle proprietà del trafilato che, se in rame, verrebbe quasi ricotto e ossidato. Con una lavorazione a secco si arriverebbe alla rottura del filo in brevissimo tempo.

Per concludere i lubrificanti sono tenuti a svolgere le seguenti funzioni:

• lubrificare,
• raffreddare,
• detergere,
• proteggere il filo di rame e la macchina dall' ossidazione .

e devono:

• possedere una stabilità chimico e fisica,
• non produrre schiuma ,
• non essere nocivi nei confronti dell'operatore.

In particolare, l'emulsione utilizzata nel forno di ricottura deve garantire una efficace protezione del filo dall'ossidazione in quanto è l'ultimo bagno a contatto del filo prima della bobinatura.
I fattori che possono creare difficoltà all'emulsione nel corretto svolgimento dell'azione lubrificante possono essere:

• una temperatura inferiore o superiore a quella di utilizzo ideale (30 °C - 40 °C) dell'emulsione;
• un attacco batterico che può causare la separazione dell'olio dall'acqua e la conseguente diminuzione dell'effetto lubrificante oltre che la perdita della proprietà antiossidante e la diminuzione del valore del pH accompagnato da uno sgradevole odore;
• i sali minerali nell'acqua;
• la schiuma dovuta alle bolle d'aria che penetrano all'interno dell'emulsione durante l'agitazione creata dagli anelli in rotazione.

Il continuo miglioramento dei lubrificanti ha come obiettivi:

• Il prolungamento della vita delle filiere;
• La riduzione delle rotture;
• La pulizia della macchina;
• Una superficie del filo migliorata;
• L'allungamento del tempo utile dell'emulsione.

L'impianto di ricottura

L'impianto di ricottura continua è indispensabile per la purificazione, la ricottura ed il raffreddamento dei fili trafilati. Nella lavorazione la tensione iniziale del filo deve superare il carico di snervamento per determinare la deformazione e la tensione finale del filo deve essere inferiore al carico di snervamento che porterebbe a rottura. Questa situazione si verifica solo se il filo incrudisce durante la trafilatura.

I fili presentano una struttura cristallina modificata in seguito alla trafilatura: i grani, durante la lavorazione, ruotano in maniera da allungarsi determinando delle orientazioni preferenziali ( texture ) che causano il comportamento anisotropo del metallo di cui sono costituiti. Si ha una conseguente alterazione delle proprietà fisiche del metallo: una riduzione della duttilità , della conduttività , della resistenza alla corrosione , della deformazione a rottura ed un incremento del carico di rottura.
Il filo incrudito non è utilizzabile senza un'opportuna ricottura di ricristallizzazione (ad esempio il rame non sarebbe sufficientemente flessibile per i cavi elettrici e per di più presenterebbe una conducibilità limitata). La ricottura di ricristallizzazione è un trattamento termico utilizzato per eliminare l'incrudimento e le tensioni residue e per dare la possibilità di effettuare una successiva lavorazione a freddo.
La ricottura è costituita da tre stadi:

• Recovery o “ricottura di distensione” in cui le dislocazioni si muovono e vanno a formare i bordi di una struttura di sottograni poligonalizzati. Si verifica la riduzione delle tensioni residue ed il ripristino della conduttività elettrica;
• Ricristallizzazione in cui nucleano nuovi grani ai bordi delle celle della struttura poligonalizzati con un minor numero di dislocazioni, producendo una fine struttura ricristallizzata. Si ha un minore carico di rottura ma una duttilità migliorata. Questa seconda fase avviene ad una temperatura uguale al 40% della temperatura assoluta di fusione del metallo e si riduce tanto più, quanto più è deformato il metallo. La temperatura di ricristallizzazione del rame è compresa tra i 200 °C ei 250 °C;
• Ingrossamento del grano, meno rapido delle prime due fasi, porta dalla nuova struttura instabile a grani più grandi.

I fili trafilati entrano nel forno di ricottura, una struttura monoblocco in lamiera d'acciaio, e dopo il passaggio sul cabestano vengono rinviati in una cassa situata tra gli anelli. Tale cassa ha le pareti laterali apribili ed è bagnata nella parte inferiore dall'emulsione di ricottura; una parete viene lasciata aperta quando il filo è rivestito perché nella lavorazione si creano più residui di materiale, che possono accumularsi e divenire potenziali inclusioni. Le emulsioni di ricottura contengono degli antiossidanti oppure è possibile aggiungervi dei prodotti antiossidanti specifici.
L'interno della cassa è mantenuta in atmosfera modificata da un'altissima percentuale di azoto che evita il contatto dei fili con l'acqua e quindi l'ossidazione.

Il percorso di ricottura dei fili è il seguente:

• Dall'anello di rinvio al primo anello di ricottura avviene un preriscaldamento iniziale (tra 160 °C e 280 °C).
• Dal primo al secondo anello di ricottura si effettua la ricottura per effetto Joule (nel tratto dal primo anello al livello dell'emulsione refrigerante) cioè dovuta al passaggio di corrente secondo la legge P=VI² ed al conseguente riscaldamento del filo per conduzione, e l'inizio del raffreddamento nell'emulsione. L'emulsione, necessaria per raffreddare e pulire il filo, è regolata ad una altezza non casuale perché determina la lunghezza del tratto di ricottura del filo e quindi il tempo di ricottura.
• Infine dal secondo al terzo anello avviene la seconda parte del raffreddamento nell'emulsione e l'asciugatura ad aria compressa.

Nel forno di ricottura solo il secondo anello è bagnato dall'emulsione di ricottura, invece gli anelli di rinvio e l'altro anello di ricottura non sono lubrificati. Per tale motivo subiscono periodicamente una lucidatura o una rettifica.

I due parametri monitorati nella fase di ricottura sono la corrente I e la tensione V. La tensione di ricottura si calcola con la seguente formula

${\displaystyle \mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">V</span></span>}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">=</span></span>\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">k</span></span>}<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">\cdot </span></span>\sqrt{\mathrm{<span\; class="mwe-math-element"><span\; class="mwe-math-mathml-inline\; mwe-math-mathml-a11y"\; style="display:\; none;">v</span></span>}}}${\displaystyle V=k\cdot {\sqrt {v}}}

dove v è la velocità del cabestano in m/sek è una costante del forno.
Nei fili sottili e capillari i valori della corrente ed il tempo di ricottura sono molto ridotti a causa della sezione minima da sottoporre a ricottura.
La temperatura di ricottura del rame è tra i 500 °C ei 550 °C mentre l'emulsione viene mantenuta a 37-40 °C. È necessario controllare attentamente la temperatura del filo di rame all'uscita del forno di ricottura in quanto, se elevata (> 50 °C), si ha a contatto dell'aria la formazione di ossidi.

Le rotture nel processo di trafilatura possono essere dovute a difetti nel materiale oa difetti nella trafilatura.

I difetti del materiale possono essere:

• Inclusioni di due tipi:
  • introdotte dal processo di colata (inclusioni di ossigeno che causano cavità o cricche o fessure, porosità gassose);
  • metalliche introdotte durante il trasporto, la manipolazione, la trafilatura.

La rottura del filo avviene quando l'inclusione occupa il 40-50% della sezione. Si verificano differenti profili di rotture a seconda che l'inclusione sia trattenuta o non trattenuta, solitamente in rapporto 1 a 3. È importante individuare la provenienza dell'inclusione: se introdotta durante la Trafilatura è bene controllare tutte le filiere, gli anelli ed i cabestani, se già presente prima della Trafilatura è fondamentale non destinare i fili in cui si trovano alla realizzazione di fili sottili o capillari. Nei fili capillari il 96% delle rotture avviene a causa di inclusioni. Per facilitare l'individuazione della natura dell'inclusione, è opportuno stilare una lista dei materiali con cui viene a contatto il filo durante la Trafilatura ed il trasporto.

• Difetti di saldatura, eseguita per creare continuità tra i fili provenienti da bobine diverse, portano a rotture a bocca di pesce.

I difetti conseguenti alla trafilatura, simili a quelli nell'estrusione, sono:

• Difetti superficiali come rigature longitudinali o pieghe nel materiale che possono aprirsi durante un'ulteriore lavorazione a freddo; possono essere conseguenza di un'impropria selezione dei parametri di processo (ad esempio della velocità del cabestano e della temperatura) o del lubrificante. Invece le rigature dovute al contatto occasionale con materiali più duri si possono definire dei danneggiamenti meccanici.
• Tensioni residue dovute alla deformazione plastica non omogenea. Nel caso di una riduzione veramente leggera, la deformazione tende a limitarsi sulle zone esterne. In questo caso le tensioni residue superficiali sono compressive e si ha un miglioramento del limite di fatica. Le tensioni residue possono influire sulla formazione di cricche nel tempo dovute alla tensione o alla corrosione oppure possono portare all'incurvatura del filo dopo la rimozione di uno strato superficiale di materiale (in ulteriori lavorazioni o in seguito ad una rettifica).
• Chevron cracking , cricche interne influenzate dall'angolo di riduzione della matrice, dalla riduzione per passo, dall'attrito e dalla presenza di inclusioni nel materiale. Le cricche al centro, ulteriormente allungate e sottoposte alla tensione di trafilatura, portano a rotture a coppa e cono.

Le rotture a trazione nella trafilatura possono essere identificate dalla forma conica identica delle due estremità e sono conseguenza di:

• Errata geometria o posizione delle filiere;
• Usura delle filiere;
• Insufficiente lubrificazione;
• Accumulo di polverino, impurità o corpi estranei all'ingresso della filiera che possono causare rigature o divenire delle inclusioni;
• Accavallamento e sovrapposizione delle spire del filo che possono essere evitati con un basso numero di spire ed una adeguata tensione back, che mantenga le spire in trazione attorno all'anello e che non permetta l'allentamento;

La rottura nel forno, dove il filo viene ricotto in atmosfera controllata, avviene a causa della formazione di zone fuse che operano come inclusioni o difetti superficiali nel filo. La formazione di zone fuse può avvenire anche a causa della presenza di vere inclusioni che riducono la sezione di passaggio della corrente causandone un surriscaldamento. È necessario controllare periodicamente il corretto stato del forno e degli anelli di ricottura.

Nei fili utilizzati rispettivamente per la realizzazione di fili sottili e capillari è essenziale l'assenza di inclusioni di ossigeno (che causano cavità, cricche o fessure), porosità gassose, inclusioni metalliche, impurità superficiali. Il prodotto finale deve presentare particolari caratteristiche dimensionali (diametro nominale ed effettivo, tolleranza, ovalizzazione), meccaniche (allungamento percentuale a rottura, carico di rottura) ed elettriche (resistenza elettrica).

Note

Altri progetti

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su trafilatura

Collegamenti esterni

• ( EN ) Trafilatura , su Enciclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

V · D · M Siderurgia
Minerali ferrosi	Ematite · Magnetite · Limonite · Siderite
Leghe ferro-carbonio	Acciaio Inossidabile · Acciai legati · Effervescente · Maraging · Super Rapido · Corten · Damasco · Strutturale · Hadfield Ghisa Bianca · Duttile (sferoidale) · Lamellare (grigia) · Malleabile Strutture Ferrite · Austenite · Perlite · Cementite · Martensite · Bainite · Ledeburite · Sorbite
Processi di fusione	Colata in sabbia · Colata in lingottiera · Colata centrifuga · Colata continua · Pressofusione · Stampaggio ad iniezione
Semilavorati siderurgici	Bramma · Blumo · Billetta · Lingotto · Vergella
Lavorazioni metallurgiche	Forgiatura · Laminazione ( a caldo · a freddo ) · Battitura · Estrusione · Pallinatura · Lappatura · Puddellaggio · Stampaggio · Trafilatura Tranciatura · Perforazione · Calandratura · Imbutitura · Idroformatura
Trattamenti termici	Recupero · Ricristallizzazione · Tempra · Rinvenimento · Bonifica · Ricottura · Austenitizzazione · Normalizzazione · Distensione · Solubilizzazione
Trattamenti termochimici	Passivazione · Decapaggio · Galvanizzazione · Carbocementazione · Nitrurazione · Decarburazione · Cromatura · Sherardizzazione
Apparecchiature metallurgiche	Altoforno · Corex · Finex · Convertitore Bessemer · Convertitore LD · Cubilotto · Forno Martin-Siemens · Forno elettrico ad arco
Altro	Diagramma ferro-carbonio · Designazione degli acciai · Storia della siderurgia · Centro siderurgico · Gas d'altoforno

Portale Ingegneria : accedi alle voci di Wikipedia che trattano di ingegneria