книги / Теория волочения

перечного сечения, можно использовать следующий метод опре­ деления работы на свертывание плоской ленты в рулон.

Пусть имеется металлическая плоская лента шириной b и тол­ щиной t с сопротивлением деформации S Tt которую необходимо свернуть в кольцо со средним радиусом г. Схема, показанная на рис. 142, позволяет установить связь между размерами и механи­ ческими свойствами ленты и окружным усилием Q, затрачиваемым

Отсюда работа, необходимая для изгиба плоской ленты длиной а

Этим же выражением, очевидно, определяется работа, необ­ ходимая для осуществления обратного процесса, т. е. разгибания дуги длиной а и радиусом г2 в дугу радиусом г г.

Затраты энергии на осуществление одной и той же деформации одинакового количества металла не может зависеть от метода осуществления этой деформации (при условии ее монотонности). Поэтому можно считать, что на изгиб или разгибание ленты наматы­ ванием на ролик или волочением требуется одна и та же работа.

261

Если какой-то участок начального поперечного сечения трубы длиной а и радиусом г х после волочения принимает кривизну с радиусом г2, то, обозначив необходимую силу волочения без учета сил на другие виды деформации через РДа и приняв во вни­

мание, что ширина ленты b в рассматриваемом варианте процесса становится равной ее длине, на основании связи (Х-76) можно написать

— А ГХ= РНЬ= 0,28aW2ST (.1 - JL) , (IX-77)

откуда

(IX-78)

При профилировании трубы можно с достаточной для практики точностью разделить начальное поперечное сечение трубы на несколько таких участков, которые до и после профилирования можно принять за дуги окружностей разных радиусов. Например, при профилировании овала в плоский овал поперечные сечения можно разделить на четыре участка (рис. 143, а):

1) а х — с радиусами rfll„ и rClK;

2)а2 — с радиусами гСгН и гагК;

3)а3, равный участку а х\

4)а4, равный участку а 2.

При профилировании круга в шестигранник оба поперечных сечения можно разделить на двенадцать участков: две группы по шесть участков (на рис. 143, б показана часть этих участков). При таком допущении необходимое напряжение волочения на осу­ ществление основной деформации, согласно формуле (IX-78), опре­ делится выражением

Прямые скобки поставлены, чтобы исключить влияние знака раз­ ности, т. е. знака изменения кривизны.

262

Работу на осуществление продольных изгибов у входа и выхода из деформационной зоны можно в расчет не принимать по двум причинам:

а) профилирование обычно осуществляют при малых углах наклона образующих волочильного канала, поэтому рассматривае­ мая работа сама по себе невелика;

б) при малых углах не только мала расходуемая работа, но и деформации изгиба не переходят в пластические, а потому ра­ бота, расходуемая при изгибе, компенсируется возвратом работы при разгибании за счет энергии, накопленной при первичной упругой деформации.

Работа на преодоление сил контактного трения пока не под­ дается более или менее точному расчету. Поэтому ее целесообразно

процессу и зависящий от длины деформационной зоны и совокуп­ ности прочих деформационных условий. Величину этого коэффи­

медных труб через волоку с углом наклона главной образующей1 в 12° и при смазке хлопковым маслом (fn ^ 0,06) и без смазки (fn ^ 0,15) коэффициент с ^ 0,4.

Формула (IX-82) правильно отражает влияние всех основных факторов, определяющих усилие и напряжение волочения:

а) толщины стенки; б) разности между кривизной отдельных участков до и после

деформации; в) периметра средней линии поперечного сечения;

г) трения на контактной поверхности.

1 Главной образующей волочильного канала названа та, по которой ось попе­ речного сечения профиля максимально уменьшается. На рис. 143, а такой осью является линия 0 2 —04, а главными образующими те, которые проходят через

ТОЧКИ 0 2 — 0 2 , 0 4— 0 4.

263

Глава X

ПЕРЕХОДЫ ПРИ ПРОСТОМ (ОДНОКРАТНОМ) ПРОЦЕССЕ ВОЛОЧЕНИЯ

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТИРОВАНИИ ПЕРЕХОДОВ

Переходом при волочении называют процесс волочения в одну волоку. Обычно процесс волочения ведут в несколько пере­ ходов, при которых профиль, подвергающийся волочению, при­ нимает ряд постепенно уменьшающихся поперечных сечений. Число переходов зависит от начального и конечного размеров профиля, прочностных и пластических характеристик обрабаты­ ваемого металла, сложности конфигурации поперечного сечения профиля, вида смазки и способа ее подвода к деформационной зоне, формы продольного профиля волочильного канала и ряда других

условий.

Ранее было выяснено, что при волочении практически трудно учесть ряд факторов, например изменение формы и длины дефор­ мационной зоны вследствие несовпадения осей волочильного ка­ нала и профиля до входа в канал и после выхода из него, неод­ нородность протягиваемого металла и смазки, наличие поверх­ ностных и внутренних дефектов в металле, снижающих его проч­ ностные характеристики, и т. п. Кроме того, некоторые несовер­ шенства волочильных машин (конструктивные или вследствие из­ носа) вызывают колебания скорости волочения, связанные с при­ менением зубчатых передач, а также вибрацию протягиваемого металла, особенно при больших скоростях волочения.

Все эти факторы заметно изменяют силы и напряжения при волочении и отклоняют их от расчетных или полученных при лабо­ раторном эксперименте. Поэтому для нормального течения про­ цесса необходимо, чтобы металл после выхода из волоки имел некоторый запас прочности, т. е. чтобы напряжение волочения не превышало некоторой доли сопротивления растяжению. Один из основных технологических показателей процесса волочения — запас прочности протянутой части профиля, который может быть определен отношением

или, что применяется более часто, коэффициентом запаса (у3). Этот коэффициент представляет собой отношение величины сопро­ тивления деформации протягиваемого металла в состоянии после

265

его выхода из деформационной зоны (5Тк) к напряжению волоче­ ния:

При малых коэффициентах запаса в протянутом металле на­ блюдаются местные утонения (перетяжки), а иногда внутренние

идаже полные разрывы. Большие коэффициенты запаса связаны

свысокой дробностью деформации (большое число переходов), от которой снижается производительность и увеличивается расход энергии.

Следовательно, лучше вести процесс при оптимальных усло­ виях, т. е. с минимальным числом переходов, при которых обе­ спечиваются надежные коэффициенты запаса. Это требует приме­ нения оптимальных смазок, высококачественного волочильного инструмента, хорошо отрегулированного волочильного оборудо­ вания, при котором доведены до минимума колебания скоростей волочения, и соблюдения всех прочих условий, снижающих раз­ личные отклонения процесса от нормы. При горячем волочении полезно, интенсивно охлаждать металл у выхода из волоки. Такое охлаждение ведет к увеличению у3 и позволяет заметно интенси­ фицировать процесс.

Так как практически 5 Тк ^ аВк, то предельную величину

напряжения волочения можно выразить и через предел прочности металла в состоянии после выхода из волоки сгВк. Это создает

определенные удобства, потому что кривые предел прочности — степень деформации определены почти для всех промышленных металлов и сплавов и имеются в большинстве справочников [1—5].

Изучение действующих процессов показало, что при хорошо выполненных захватках (отсутствие надрывов и больших местных утонений металла), небольших дополнительных растягивающих напряжениях, возникающих в металле при образовании витков, и при плавном достижении рабочих скоростей волочения процесс идет надежно, если средние значения коэффициента запаса у3 не ниже значений, указанных в табл. 23.

При отделочных протяжках тонкой проволоки, особо тонко­ стенных труб и изделий особой точности коэффициент запаса несколько повышается. Увеличение коэффициента запаса с умень­ шением толщины протягиваемой полосы объясняется увеличением влияния различных дефектов металла и динамических воздей­ ствий, проявляющихся вследствие конструктивных особенностей волочильных машин.

Иногда число переходов определяется необходимой минималь­ ной степенью деформации. Это происходит либо при необходи­ мости получения полуфабрикатов с определенным упрочнением, либо при особо высоких требованиях к качеству поверхности полу-

266

Т а б л и ц а 23

Средние значения отношений g- B—и коэффициентов запаса, обеспечивающие надежность процесса волочения

фабриката, так как повышение числа переходов способствует удалению мелких поверхностных дефектов.

Важный элемент проектирования„ переходов — установле­ ние формы продольного профиля волочильного канала.

На основе изложенного можно сделать следующие выводы:

1.При прочих равных условиях, в том числе при равных де­ формациях и напряжениях волочения, следует применять наимень­ ший из возможных углов образующей канала а. В этих условиях волочение проходит с минимальной неравномерностью деформации

ис наилучшим захватом смазки.

2.Стойкость волочильного канала возрастает с уменьшением угла а и увеличением длины калибрующей зоны. Поэтому иногда целесообразно, уменьшая деформацию, выбрать угол меньше оп­ тимального и несколько увеличить длину калибрующей зоны. Это особенно важно при волочении профилей тонких и тончайших размеров, поскольку они имеют весьма узкие поля допусков.

При проектировании переходов для волочения биметалличес­ ких полос и проволоки следует учитывать соотношение толщин, взаимное положение слоев, их прочностные и пластические свой­ ства, а также обеспечить надежные условия для удовлетворитель­ ного течения процесса, указанные в гл. II.

Для всех видов однократного волочения порядок расчета пере­ ходов в общем аналогичен и состоит в следующем.

1.По ГОСТу, ведомственным техническим условиям или за­ водским нормалям определяют минимальную величину попереч­ ного сечения заданного профиля с учетом минусовых допусков. Все дальнейшие расчеты ведут, исходя из этого сечения. Таким образом, учитывают неизбежный износ волоки.

2.Исходя из технических и производственных условий (тре­

бования к качеству поверхности; заданное упрочнение конечного

267

профиля, т. е. повышение предела прочности; требования к гео­ метрии готового профиля; стандартные размеры катаных или прес­ сованных заготовок), определяют форму и максимальные размеры начального сечения с учетом плюсовых допусков. Таким образом, учитывают те из отклонений размеров заготовки, которые, если их не учесть, могут отрицательно повлиять на процесс волочения.

3. По литературным данным, по данным сходных действующих процессов, или, наконец, по собственным экспериментам опреде­ ляют температурный интервал процесса, соответствующее этому интервалу предварительное значение средней вытяжки за переход и предварительное общее число переходов за весь процесс.

При этом необходимо руководствоваться следующими уравне­ ниями общей теории обработки металлов давлением:

4.По диаграммам пластичности определяют максимальную суммарную вытяжку между отжигами или другими видами термо­ обработки и намечают номера переходов, между которыми осу­ ществляются эти промежуточные операции. При этом следует учитывать, что в процессе волочения центральные слои деформи­ руются главным образом за счет растягивающих напряжений, а не сжимающих; поэтому при волочении отжиги проводятся чаще, чем при прокатке.

5.Предварительно рассчитывают величину поперечных сече­ ний промежуточных переходов, имея в виду, что:

а) с увеличением степени предварительной деформации част­ ные вытяжки должны уменьшаться (вследствие роста сг/уп). При

волочении в пределах, деформации, при которых происходит интенсивное упрочнение, целесообразно предусматривать более высокие частные вытяжки, чем в процессах, идущих в пределах деформаций с малым упрочнением, так как в первом случае отно­ шение сопротивления деформации металла после волочения (£Тк)

к среднему расчетному значению сопротивления деформации (5Тс)

больше, чем во втором случае; б) отделочные переходы, в которых должна быть обеспечена

значительно большая равномерность сечения по длине полосы, следует вести с более высокими коэффициентами запаса, т. е. с меньшими значениями частных вытяжек; для таких переходов ре­

комендуются частные вытяжки, близкие к V ИгрРасчет попереч-

268

ных сечений промежуточных переходов удобно вести по зависи­

продольный профиль волочильного канала (угол а и длина калиб­ рующей зоны) и коэффициент трения fn (см. приложения 3, 4, 6) и рассчитывают или определяют экспериментально для каждого перехода силы и напряжения волочения, а затем вычисляют полу­ чающиеся при этом коэффициенты запаса. При получении малых или, наоборот, больших коэффициентов запаса изменяют степени деформации, длину калибрующей зоны, смазки, противонатяжение (если его используют) и другие параметры, вторично прове­ ряют коэффициенты запаса и таким образом подбирают подхо­ дящие переходы. Последней проверяют правильность запроек­ тированного места отжига. Для этого, задавшись минимальной практически приемлемой степенью деформации для состояния ме­ талла перед каждым запроектированным отжигом, определяют возможные напряжения волочения и коэффициент запаса, которые получились бы в следующем переходе без отжига. Если коэффициент запаса получается недостаточным, запроектированное место от­ жига можно считать правильным. Если коэффициент запаса полу­ чается достаточным, место отжига можно соответственно пере­ нести. Используя формулы для определения /Спол, можно для различных условий процесса построить графики допустимых част­ ных вытяжек и упростить расчеты. Такие графики применительно

кстальной проволоке приведены в работе [6].

Вработе [7] рекомендуется следующий метод расчета пере­ ходов, применимый при отсутствии литературных или иных дан­ ных, помогающих правильному предварительному выбору числа переходов. По этому методу необходимое число переходов рассчи­ тывают по максимально допустимой вытяжке за переход ртах, при которой коэффициент запаса обеспечивает надежность про­ цесса волочения (см. табл. 23):

Затем расчетную величину /гусл округляют в полюсовую сто­ рону до ближайшего целого числа.

Поскольку наиболее часто вытяжка лимитируется обрывно­ стью, упрочнение в первом приближении может быть учтено умень­ шением вытяжки по переходам пропорционально увеличению

269

Сдостаточной для практики точностью зависимость сгв от In р

впределах от pi до р0б может быть аппроксимирована в виде прямой линии, тогда

формулу (X-7) значения aBj, aBfl и Дсгв, рассчитывают действитель­

ную величину р 1, а затем по формулам (Х-4) значения вытяжки по переходам. После определения числа переходов и вытяжки в каждом переходе проверяют и в случае необходимости корректи­ руют полученные переходы по коэффициенту запаса у3 и затем рассчитывают размеры сечения протягиваемого изделия по пере­ ходам.

При расчете переходов волочения предлагаемым методом, как показывает формула (Х-3), отношение вытяжки по переходам определяется интенсивностью упрочнения обрабатываемого ме­ талла. При малой величине упрочнения вытяжки по переходам отличаются мало и в последнем переходе могут достигать значи­ тельных величин.

Однако, как указано выше, в ряде случаев величина вытяжки в последнем переходе лимитируется не обрывностью полосы, а условиями получения точной геометрии поперечного сечения или высокого качества ее поверхности.

В указанных случаях вытяжка в последнем переходе должна быть уменьшена до получения у3 = 2-г-2,5. Остальные переходы рассчитывают от размеров заготовки до размеров трубы перед последним переходом.

270