книги / Теория волочения

2. ПЕРЕХОДЫ ПРИ ВОЛОЧЕНИИ КРУГЛЫХ СПЛОШНЫХ ПРОФИЛЕЙ

Как было указано, при составлении ряда переходов пресле­ дуют цель выполнить следующие основные требования:

а) получение профиля заданного размера из стандартной заго­ товки;

б) получение профиля заданного размера с заданными меха­ ническими свойствами;

в) получение профиля заданного размера с заданным качест­ вом поверхности.

Ниже рассмотрены примеры расчета ряда переходов для ука­ занных разновидностей процесса волочения.

Составление ряда переходов при волочении проволоки заданного конечного размера из стандартной катанки

З а д а н и е . Спроектировать переходы для волочения отожженной проволоки из латуни Л62 диаметром 1,5 ± 0,02 мм из нормальной катаной проволочной заготовки диаметром 7 ± 0,1 мм.

Определение исходных величин:

Расчетное (минимальное) сечение готовой проволоки FK FK= -5 - ( 1 ,5 — 0,02)2 _ | Д2 мм\

Расчетное (максимальное) начальное сечение заготовки FH

=7 + 0,1)2= 39,6 ммг.

Общая вытяжка за весь процесс

О п р е д е л е н и е ч и с л а п е р е х о д о в и р а з м е р о в п р о в о л о к и п о с л е п р о м е ж у т о ч н ы х п е р е х о д о в

По анализу действующих процессов волочения сплава Л62 (или по справоч­ ным материалам) устанавливают среднюю вытяжку за переход и суммарную

За предварительно проектируемое число переходов принимают ближайшее целое число, в данном случае 9 ; тогда расчетная средняя вытяжка будет равна

271

В последнем переходе вытяжку принимают равной

|*к = - ^ = К ^ = У Ш 7 = 1 ,1 9 ,

FQ= 1,71♦ 1,19 = 2,02 мм2.

Сумма интегральных деформаций всех переходов, начиная от 1-го до 8 -го включительно:

а средняя интегральная деформация в этих восьми проходах получается равной

Имея в виду, что в 1-, 4- и 7-м переходах деформации могут иметь значения, несколько превышающие среднее, так как перед каждым из этих переходов про­ волоку отжигают, и что некоторым ориентиром в распределении может служить полученное выше среднее значение интегральной деформации 0,37, общую ин­ тегральную деформацию можно разбить примерно следующим образом:

S ' i - 8 = 2,96 = 0,40 + 0,37 + 0,34 + 0,40 + 0,37 + 0,34 + 0,40 + 0,34.

Это разбивка предварительная, ее следует проверить по величине коэффи­ циента запаса в каждом переходе, поэтому для удобства расчетов цифры несколько округляют.

Согласно этой разбивке определены и занесены в табл. 24 все промежуточные деформации, площади сечения и диаметры.

О п р е д е л е н и е с и л в о л о ч е н и я и к о э ф ф и ц и е н т о в з а п а с а

По диаграмме деформация — предел прочности (рис. 144) определены пре­ делы прочности до и после каждого перехода и средние расчетные значения сопро­ тивлений деформации, в данном случае — пределов прочности (по рекоменда­ циям, данным в гл. VII). Эти величины также занесены в табл. 24. По справоч­ ным материалам (см. приложения 3 и 6 ) выбраны а и fn и на основании рекоменда­ ции, данной в гл. VI, а затем по формуле (VIl-53) определены значения а п по переходам. Ввиду того что в рассматриваемом примере внешнее противонатяжение отсутствует, напряжения на границе упругой и пластической зон а/уп для каждого

перехода определены по критическому напряжению противонатяжения оЯкр,

значения которого для Л62 в зависимости от степени предварительной деформации приведены на рис. 99. Затем по формуле (VII-57) определены значения /Св и зна­ чения коэффициентов запаса у3, приведенные в табл. 24.

Полученные величины коэффициентов запаса позволяют уменьшить запроек­ тированное число переходов не более чем на один,что и можно сделать, найдя но­ вое значение рср.При этом следует также иметь в виду, что рассчитанные коэф­ фициенты запаса в действительности могут быть и меньшими, например в тех случаях, когда одна из промежуточных волок новая, т. е. с минусовым допуском, а соответствующая ей предыдущая разработана с плюсовым допуском. Поэтому напряжение волочения в новой волоке будет несколько больше расчетного. Задавшись допусками во всех волоках, кроме последней, для которой они были учтены ранее, можно определить коэффициенты запаса для наибольшей деформа­ ции в каждой волоке, проведя расчеты, аналогичные предыдущим.

Составление ряда переходов при заданных конечном размере и механических свойствах протянутого изделия

З а д а н и е . Спроектировать переходы для производства волочением круг­ лой медной проволоки диаметром 10 мм с пределом прочности 42 кГ/мм2.

272

О п р е д е л е н и е д и а м е т р а з а г о т о в к и

Из диаграммы (см. рис. 144) видно, что минимальное обжатие, которому должен быть подвергнут протягиваемый металл, составляет 50%, что соответ­ ствует двукратной вытяжке. Это определяет сечение заготовки

FH= - 1- Ю2-2 = 157 мм2.

Диаметр такой заготовки будет

D„ = | / - i - l 5 7 = 14,2 мм.

Все остальные расчеты проводят, как описано ранее.

Рис. 144. Зависимость предела прочности от предварительной дефор­ мации:

1 — латунь [1 J; 2— тех­ ническая медь [I]; 3 —

сплав Д16 [б]

Составление ряда переходов при заданных конечном размере

икачестве поверхности

За д а н и е . Спроектировать переходы для производства волочением медной

проволоки диаметром 5 м с зеркальной поверхностью.

О п р е д е л е н и е д и а м е т р а з а г о т о в к и

Расчет ведут только из условия получения заданного качества поверхности проволоки. При нормальном процессе изготовления катанки (малая овальность и отсутствие большого слоя окалины) для удовлетворения поставленного условия достаточно обеспечить съем по 1 — 1,5 мм на сторону, т. е. иметь заготовки диа­ метром — 8 мм.

Так же определяют переходы для проглаживания катаной или прессован­ ной заготовки. Эту операцию называют иногда «калиброванием» профиля, а во­ лочение — калибрующим.

В монографии (9] рекомендуется несколько иной метод расчета переходов при волочении, равноправный предлагаемым в настоящей книге.

274

3. ПЕРЕХОДЫ ПРИ ВОЛОЧЕНИИ НЕКРУГЛЫХ СПЛОШНЫХ ПРОФИЛЕЙ

Общие сведения

Волочение применяют для производства большого количества профилей самых разнообразных форм поперечных сечений, на­ пример треугольников, квадратов, прямоугольников, шестигран­ ников, и более сложных профилей с симметричной и несимметрич­ ной формами поперечного сечения, показанных на рис. 40.

Основным элементом проектирования ряда переходов для воло­ чения таких профилей является выбор формы и размеров исходной заготовки, получаемой большей частью либо горячей прокаткой в калибрах, либо горячим прессованием.

Процесс волочения протекает наиболее успешно, если форма исходной заготовки подобна форме конечного профиля. В этих условиях получается минимальная неравномерность деформации.

Прокаткой можно получить квадратные, прямоугольные, шестигранные, клиновидные и некоторые другие простые несим­ метричные профили. Прессованием иногда трудно получить длин­ ные полосы сложных форм и малых сечений. Поэтому при волоче­ нии таких полос большей частью приходится применять круглые, квадратные или прямоугольные заготовки, получаемые горячей прокаткой в калибрах. Однако при этом часто отсутствует геомет­ рическое подобие форм поперечного сечения заготовки и готового профиля. Поэтому при конструировании профилей каналов волок следует иметь в виду, что при одинаковых наклонах всех образую­ щих контактной поверхности к оси волочения неизбежно разли­ чие длин контактной поверхности на разных участках деформа­ ционной зоны. Следовательно, граница входа профиля в канал не может уложиться на плоскости, перпендикулярной к оси канала» и поэтому деформация протягиваемого металла на разных участках поперечного сечения начинается не одновременно, вследствие чего продукция после волочения иногда отличается заметными дефектами, описанными далее. Поэтому в рассматриваемых усло­ виях приходится отказываться от сохранения одинакового угла наклона образующей для получения плоской или близкой к ней границы входа металла в канал.

Ввиду того что при волочении профилей сложных форм даже при малых углах наклона образующих канала сильно повышается неравномерность деформации, а также того, что при меньших углах наклона образующих к оси легче избежать перекоса металла в деформационной зоне, углы наклона обычно не превы­ шают 5 град.

При конструировании переходов следует иметь в виду, что из-за сравнительно большой дробности деформации, которую прихо­ дится применять при волочении некруглых профилей, острые

кромки особенно нежелательны, так как, будучи «концентрато­ рами» напряжений, они служат наиболее частым местом появле­ ния трещин. Поэтому, если необходимо иметь на готовом профиле

а при волочении в четыре перехода (табл. 25) трещин на кромках не наблюдалось.

Переходы для волочения квадратных, шестигранных и других профилей с поперечным сечением в виде правильных многоугольников или близких к ним

Переходы для волочения квадратных и шестигранных профи­ лей проектируют в основном так же, как и для волочения круглых. Отличия состоят лишь в следующем:

а) предпочтительнее использовать исходную заготовку соотвественно квадратной или шестигранной формы;

б) среднюю вытяжку за переход при предварительных расче­ тах принимают несколько меньшей, чем при волочении круглых профилей;

в) напряжение волочения и коэффициент запаса определяют по формулам, указанным в гл. VIII,, в которых средние значения

где А и а — соответственно стороны квадратов или шестигран­ ников до и после волочения;

4>бщ— общая длина деформационной зоны.

276

Переходы для правильных многоугольников и близких к ним по форме поперечных сечений проектируют в основном аналогично изложенному выше с тем лишь различием, что профиль волочиль­ ного канала в последнем переходе имеет заданные форму и размеры, а в предпоследнем форму, приближающуюся к заданной.

Переходы для волочения прямоугольных и близких к ним профилей

Для волочения прямоугольного профиля наиболее рацио­ нальна заготовка прямоугольного сечения. При использовании такой заготовки не обязательно, чтобы отношения сторон попереч­ ного сечения готового профиля и поперечного сечения заготовки были равны между собой. Это имеет большое практическое зна­ чение, так как сортамент готовых профилей прямоугольного сече­ ния велик, а сортамент заготовок в целях унификации их раз­ меров всегда стремятся сократить.

Пусть А, В и а, b — стороны прямоугольников до и после

Если технические условия не предусматривают значительного упрочнения готового профиля, то выбирают заготовку, которая дает минимальные значения ра и обеспечивающие надлежа­ щую чистоту поверхности готового профиля. При большой ши­ рине b и малой толщине а профиля обычно для \ia дают большую величину, так как основной задачей является получение чистой, без внешних пороков поверхности широкой стороны, а не кромки.

Так, например, для медной шины 10х 100 мм часто выбирают заготовку 12x102 мм, для проволоки 2 x5 мм — заготовку 5х Х8 мм. Если требуется значительное упрочнение профиля, за­ готовку выбирают по необходимой минимальной общей вытяжке,

Переходы при волочении профилей, близких к прямоуголь­ ным, проектируют аналогично описанному выше с тем лишь раз­ личием, что профиль волочильного канала в последнем переходе имеет заданные форму и размеры, а в предпоследнем приближаю­ щиеся к заданным.

Напряжения волочения и коэффициенты запаса определяют по формулам гл. VIII.

277

В этих формулах

где В и b — большая сторона прямоугольника до и после воло­ чения.

Во всех случаях переходы удобнее проектировать от конеч­ ного перехода к заготовке, а не наоборот, так как в этом случае обеспечиваются требуемые соотношения в размерах между по­ следними переходами", что более важно, чем обеспечение этих со­ отношений между первыми переходами.

Переходы для волочения трапециевидных и клиновидных профилей

Пусть А, В, Н и а, 6, h — основания и высоты трапеции до и после волочения и

Для получения более точных размеров профиля желательно, чтобы (Ла = \ibl так как только в этом случае все участки профиля будут деформироваться равномерно. Отсюда

Полная вытяжка в переходе определяется выражением

Обычно < \ia, так как наибольшую точность и чистоту должны иметь поверхности боковых сторон трапеции.

Величины суммарной вытяжки и средней вытяжки за переход выбирают на основании положений, изложенных в начале данной главы.

Напряжения волочения и коэффициенты запаса по переходам определяют по формуле (VIИ-14), принимая условно каждую тра­ пецию за прямоугольник одинаковой ширины и средней толщины.

где /0бща и /0бщ6 — длины деформационной зоны соответственно

между основаниями А и а; В и Ъ (рис. 145). Чтобы сократить сортамент заготовок, на производстве часто не соблюдают пропорциональность между основаниями трапеций

заготовок и готового профиля и ца Ф \ib. В этом случае первые два-три перехода конструируют так, чтобы в последующих, осо­ бенно в последних двух, было обеспечено равенство вытяжек по

278

основаниям. Между переходами, в которых ^ для увели­ чения вязкости обрабатываемого металла и уменьшения вредного влияния неравномерности деформации производят отжиги1.

После установления профи­ ля деформационной зоны и под­ счета величины контактной по­

(VI11-16а).

Как и в предыдущем слу­ чае, проектирование переходов следует начинать от конечного к заготовке.

В табл. 26 для примера при­ ведено несколько рядов переходов для волочения трапециевидных

профилей из чистой меди, широко используемых в серийном про­ изводстве (чаще всего в электромашиностроении под названием «коллекторных»).

* Заготовка получена холодной прокаткой.

1 Такие переходы предпочтительнее осуществлять не волочением, а про­ каткой.

279

Переходы для волочения профилей сложных форм

В зависимости от производственных условий и возможностей заготовка для волочения профилей сложных форм может иметь форму поперечного сечения, либо близкую к заданному профилю, которую в большинстве случаев целесообразно получать прессо­ ванием, либо одну из простейших форм: круг, квадрат, прямо­ угольник, которые легко получить прокаткой и в значительно больших длинах, чем при прессовании. В первом случае проекти­ рование переходов не представляет каких-либо затруднений, так как все промежуточные имеют взаимно подобные формы попереч­

ного сечения. Поэтому такие переходы проектируют так, как было указано для проек­ тирования профилей про­ стейших форм, с тем лишь отличием, что выбираемую предварительно среднюю ве­ личину вытяжки принимают несколько меньшей, чем для профилей простых форм. Во втором случае, при использо­ вании заготовок простейших форм, появляется необходи­ мость постепенного оптималь­ ного приближения. При этом проектирование удобно про­ водить графическим мето­ дом.

Такой метод впервые раз­ работан В. В. Зверевым [10].

Сущность этого метода и порядок проектирования следующие:

1.Подбирают заготовку одной из простейших форм, наиболее подходящую к форме заданного сложного профиля. Величина по­ перечного сечения этой заготовки должна быть такой, чтобы гото­ вый профиль получался с заданными механическими свойствами

ичистой поверхностью.

2.На основании исследования действующих переходов для волочения аналогичных или более простых профилей из того же металла или сплава намечают число переходов, частные вытяжки

ивеличины промежуточных сечений (Fly F2t. . ., Fk).

3.Вычерчивают в масштабе, увеличенном в 10—20 раз, кон­ тур готового профиля (рис. 146), а также контур выбранной за­

риантов располагают так, чтобы кратчайшие расстояния между каждой точкой внутреннего и внешнего контуров имели между

280