книги / Теория волочения

стями, проходящими через окружности начала и конца контакт­ ной поверхности. Об этом свидетельствует тот факт, что начала искривления поперечных линий и точки поворота продольных линий координатной сетки находятся на некотором расстоянии от плоскости входа в рабочий канал и образуют у входа в деформа­ ционную зону поверхность, близкую к сфере. Ячейки А (см. рис. 6)* расположенные в центральных слоях, при волочении начинают вытягиваться в осевом направлении и сжиматься в радиальном. Линейные размеры ячеек Б , расположенных в периферийных слоях перед самым входом в рабочий канал, уменьшаются (за­ метно лишь при точных измерениях) вдоль оси канала и увеличи-

ном направлении превышает уве­ личение таких же размеров периферийных ячеек, то еще до входа

в рабочий канал диаметр прутка несколько уменьшается (рис. 8). При обратном положении, когда увеличение радиальных размеровпериферийных ячеек превышает уменьшение соответствующих размеров центральных ячеек, происходит внеконтактное увеличе­ ние диаметра прутка (рис. 9). Это часто заметно на образцах, за­ торможенных в деформационной зоне при протяжке в волокет с большими углами, с высокими степенями деформации и коэффи­ циентами трения. Подтверждением тому служат также результаты изучения деформации многослойного круглого прутка, показав­ шими отслаивание и подъем верхнего слоя перед самым началом контакта (рис. 10). Следует, однако, заметить, что увеличение диа­ метра у входа в деформационную зону может наблюдаться лишь при заметном удалении этой зоны от заднего конца заготовки, когда целостность еще не протянутой части металла препятствует сдвигу наружных кольцевых слоев относительно внутренних в на­ правлении, противоположном волочению. При небольшом расстоя­ нии заднего конца заготовки от деформационной зоны сопротив­ ление сдвигу периферийных слоев относительно центральных уменьшается и в конце концов полностью исчезает, в результате

23.

чего на торцовой, ранее плоской поверхность образуется углубле­

при небольших напряжениях. На рис. 11 дана схема образования такого сужения при волочении резинового стержня круглого се­ чения через цилиндрическое отверстие. Здесь хорошо заметна внеконтактная зона деформации. Эта зона образуется вследствие упругого растяжения периферийных слоев по образующей стер­ жня; при этом создаются растягивающие напряжения, уравнове­ шивающиеся сжимающими радиальными напряжениями, которые

волочении металла, поскольку здесь при известных условиях могут возникнуть деформации, аналогичные по характеру, но значительно меньшие по величине, а потому трудно замечаемые. Таким образом, перед входом в канал на протягиваемом металле образуется пер­ вая (задняя) зона внеконтактной деформации, вид которой зави­ сит от условий процесса и свойств протягиваемого металла.

5. Деформационная зона на стороне выхода из канала закан­ чивается поверхностью, близкой к сферической, обращенной вы­ пуклостью внутрь канала. Это видно по расположению точек изменения кривизны поперечных линий сетки и точек перегиба у выхода продольных линий сетки. Из теории деформации твердого тела следует, что всякая пластическая деформация наступает после соответствующей упругой и ею сопровождается. Поэтому и в самом начале деформационной зоны, и в ее конце имеются зоны упругих деформаций, после выхода металла из зоны пластической деформации наблюдается упругое последействие, проявляющееся в некотором увеличении поперечных размеров й связанном с ним небольшом уменьшении кривизны поперечных линий. Таким об­ разом, появляется вторая, передняя зона внеконтактной дефор­ мации.

24

б) протяженность и форма задней внеконтактной зоны изме­ няются в зависимости от расстояния торцовой плоскости деформа­ ционной зоны до заднего конца заготовки и от условий процесса

слои металла движутся с большей осевой скоростью, чем перифе­ рийные слои; переход от одинаковых осевых скоростей движения в заднем, непротянутом конце к разным скоростям осуществляется за счет деформаций в задней и центральной зонах;

г) в передней внеконтактной зоне движение центральных слоев относительно периферийных несколько замедляется вследствие упругого последействия, а по выходе из этой зоны скорости дви­ жения центральных и периферийных слоев выравниваются.

7. Кроме указанного, деформационную зону можно условно разделить на две части по видам деформации:

а) зону преимущественно упругих деформаций, расположен­ ную в самом начале канала; эту зону называют упругой зоной;

б) зону преимущественно пластических деформаций, которую называют пластической.

Границы этих зон, как известно из теории пластических де­ формаций поликристаллических тел, установить очень трудно ввиду условности их деления. Но уже одно указание о наличии таких зон способствует правильному представлению о процессе волочения. Здесь имеется в виду, что, хотя упругие деформации по своей величине (они в большинстве случаев не превышают не­ скольких десятых долей процента) ничтожны по сравнению с пла­ стическими, осуществляемыми при волочении, для их возникнове­ ния требуются напряжения, соизмеримые с напряжениями, необходимыми для возникновения пластических деформаций. Так, при малых деформациях за переход волочения напряжения для осуществления упругих деформаций могут составлять 50—70% от полного напряжения волочения. Поэтому учет напряжений, возникающих на границе упругой и пластической зон, совершенно необходим.

8. Применяя гипотезу плоских сечений (см. стр. 22), можно считать, что линейные размеры ячеек координатной сетки, нане­ сенной на поперечном сечении деформационной зоны, при деформа­ ции металла изменяются в окружном и радиальном направлениях пропорционально одни другим. Об этом свидетельствуют простые геометрические зависимости.

Пусть поперечное сечение деформационной зоны переходит из положения / с радиусом R x в положение //с радиусом R 2 (рис. 12). Тогда дуги ах и сг и прямые отрезки, равные drly ограничивающие

25

с координатной сеткой, нанесенной резцом, через волоку с углом а,, равным 16 град. На разъемной плоскости той половины образцов,, на которой до волочения координатной сетки не наносилось, отпе­ чатки сетки от другой половины образца довольно отчетливо видны только у периферии. Ближе к оси образца, как это видно на ри­ сунке, отпечатки становятся слабее и совсем исчезают. Это пока­ зывает, что периферийные слои деформировались по действием радиальных, окружных и осевых напряжений, а центральные слои ближе к выходу деформировались главным образом под дейст­ вием осевых растягивающих напряжений при полном или почти

ных ячеек в вытянутые парал­ лелограммы (рис. 6) свидетель­ ствует о дополнительных сдви­

Э^ги.сдвиги, конечная величи­ на которых может быть для каж­

дой точки охарактеризована углом касательной к поперечной линии деформированной сетки в исследуемой точке и направлением недеформированной поперечной линии, возрастают от центра к пе­ риферии. Соответственно увеличиваются углы наклона конечногоположения главных осей деформации удлинения к оси канала, являющейся одновременно главной осью деформации удлинения центрального элементарного слоя, а с ними увеличиваются и глав­ ные деформации удлинения. Все это ведет к образованию текстуры (т. е. появлению преимущественной направленности отдельных зерен металла по главным осям деформации) в центральных слоях параллельно направлению оси канала, а в периферийных — под. некоторым углом к нему. Схематически такая направленность может быть изображена так, как это показано на рис. 14. Вели­ чина главных деформаций элементарных ячеек в зависимости от величины сдвигов может быть определена по методу Закса, опи­ санному в работе [11], на основании геометрических соотношений, полученных при сравнении диаметра круга, вписанного в недеформированную квадратную ячейку, и осей эллипса деформации, впи­ санного в ту же деформированную ячейку (рис. 15). Главные де­ формации и их конечные направления (угол Р) определяются

27

главная деформация укорочения

г0

где

r>= ^-т*+-т{ш$+-тУa2+ {ih y~ 4a42'

r*=У^-Т'°2+ -Y{шу)2- 4-Va*+ (iily)!2- 4eV’

Рис. 15. Схема превращения квадратной ячейки координат,

Эти выражения показывают, что в центральном элементарном слое {при у = 90°)

т. е. главные деформации удлинения всех слоев больше таких же деформаций центрального слоя и возрастают от центра к перифе­ рии. Соответственно этому на рис. 6 показана схема эпюры глав­ ных деформаций удлинения, отражающая неравномерность дефор­ мации по поперечному сечению протянутой полосы и уточняющая представление об основном показателе процесса волочения it =

= In —- как о величине, характеризующей лишь удлинение в на­

правлении оси полосы и являющейся лишь частью полной дефор­ мации. В связи с этим целесообразно отметить, что и смещаемый

28

р

при волочении объем превышает величину В In -у-(В — объем

протянутого металла).

Целесообразно также отметить, что направления главных де­ формаций различных слоев, определяемые углами Р (см. рис. 6 и 15), относятся лишь к конечным (после деформации) положениям деформированных ячеек координатной сетки. Эти направления не совпадают, как это видно на рис. 6, с направлениями главных деформаций ячеек в промежуточных состояниях, поскольку глав­ ные деформации в этих ячейках на всем протяжении деформацион­ ной зоны меняют свои направления. Изложенное показывает, что в действительности деформации отдельных слоев превышают величины, определяемые выражениями (II-2) и (Н-З), а также то, что в процессе волочения не во всех направлениях и не все дефор­ мации изменяются монотонно.

В частности, сравнение характера деформации ячеек у входа

у этих ячеек, направленные во взаимно противоположные стороны (см. стрелки) в плоскостях, перпендикулярных оси канала, т. е. на немонотонные деформации.

Об этом свидетельствует также то, что при волочении цилиндр переходит в конус и конус в цилиндр, что неизбежно влечет за собой появление деформаций, направленных во взаимно противо­ положные стороны, и, следовательно, увеличение работы на за­ данную деформацию по сравнению с процессом равномерного рас­ тяжения, протекающим монотонно.

11.Величина дополнительных сдвигов в осевом направлении,

ас ними и величины главных деформаций всех элементарных объ­ емов деформационной зоны и, следовательно, неравномерность деформаций по поперечным сечениям возрастают с увеличением рабочего угла канала и обжатия.

Влияние рабочего угла канала на величину дополнительных сдвигов следует из результатов работы П. И. Минина [71. На рис. 16 показаны три деформированные координатные сетки, полученные волочением разъемных образцов диаметром 30 мм при обжатии 20% через волоки с рабочими углами 8, 12 и 16 град. Сравнивая эти сетки, можно отчетливо заметить рост кривизны поперечных линий с увеличением рабочего угла волоки. Примерно такой же характер изменения кривизны поперечных линий коор­ динатной сетки наблюдали многие исследователи при увеличении обжатия. Зависимость дополнительных сдвигов в осевом направ­ лении от величины рабочего угла волоки и обжатия подтверждается

исоответствующими изменениями глубины лунки на торцовой поверхности заднего конца протянутого профиля. На рис. 17 показана зависимость глубины лунки от величины рабочего угла волоки и обжатия при волочении прутка меди диаметром 15 мм.

29