книги / Теория волочения

Это показывает, что в таких условиях и при опережении шай­ бой движения проволоки сила Qn составляет лишь 15—30% от тяговой силы.

Если не соблюдается условие опережения шайбой движения проволоки, силы трения, возникающие на контактной поверх­ ности шайбы, будут действовать в направлении, противоположном направлению волочения, т. е. шайба в этом случае не способствует, л противодействует процессу волочения. При этом сила на сбегаю­ щей части проволоки резко возрастает и станет равной

Qn= Р„е2лп\

в результате проволока оборвется. Следовательно, чтобы осуще­ ствить процесс многократного волочения со скольжением, необхо­ димо соблюдать следующее основное условие:

окружная скорость каждой промежуточной тяговой шайбы должна быть всегда несколько больше скорости движения про­ волоки по этой шайбе.

Пусть на многократной машине со скольжением (рис. 167) Б0 и Бк— входная и выходная (конечная) скорости движения про­ волоки; Бг, Б г>. . ., Бп>. • £ к_з, Бк_2, £ к-1—промежуточные ско­ рости движения проволоки после выхода ее из волок соответствую­ щих номеров; B lt В 2 . ., Bnt. . ., Вк — окружные скорости тяго­ вых шайб; F0 и FK— поперечные сечения проволоки до и после волочения; Flt F 2y. . ., Fnt. . ., FK_! — промежуточные сечения проволоки после ее выхода из волок соответствующих номеров.

Тогда

Приведенное выше основное условие возможности работы много­ кратных машин со скольжением проволоки выразится неравен­ ством

Левая часть второго неравенства выражает величину относи­ тельного скольжения проволоки по соответствующей тяговой шайбе. Она зависит от нескольких факторов, рассмотренных далее, и на отдельных шайбах иногда доходит до 75%.

Число витков проволоки на всех промежуточных шайбах во время волочения не изменяется. Следовательно, через все волоки

■312

многократной машины со скольжением в единицу времени про* ходят одинаковые объемы проволоки:

Таким образом, при установившемся процессе волочения скорость проволоки в любой промежуточной волоке зависит от конеч­ ного сечения проволоки, скорости ее намотки на приемник и поперечного сечения этой волоки и совершенно не зависит от ско­ ростей промежуточных тяговых шайб.

Во время волочения происходит неизбежный износ промежуточ­ ных и отделочной волок, учитываемый соответствующими допус­ ками на размеры сечения проволоки. Поэтому обычно каждую новую волоку делают с минимально допустимыми размерами и эксплуатируют до достижения ею максимально допустимых раз­ меров. Различие в размерах выходного сечения канала волоки при этом доходит до нескольких процентов (при волочении проволоки тонких размеров иногда до 10—12%).

Волоки на многократной машине изнашиваются неравномерно, поэтому их заменяют в разное время. Так как на машинах совре­ менных конструкций выходная скорость проволоки Бк в течение всего процесса практически постоянна, то за время эксплуатации одной отделочной волоки с изменением ее сечения скорости воло­ чения на всех промежуточных волоках, согласно уравнению (XI-5), должны измениться. Изменяясь, они по основному условию протекания процесса волочения на машине со скольжением должны всегда быть меньше, чем скорости соответствующих тяговых шайб. Пэтому в начале эксплуатации новой волоки на проме­ жуточных шайбах скольжение всегда повышено и снижается по мере износа отделочной волоки.

Пусть Еп— скольжение на п-й промежуточной шайбе. Согласно уравнению (XI-5),

BKFк

(X 1-6)

BnFn

р

Это выражение показывает, что с ростом отношения у*-, т. е.

общей вытяжки во всех последующих проходах, растет и сколь­ жение, и для обеспечения нормального течения процесса необхо­ димо, чтобы на всех шайбах было

т. е. чтобы общая вытяжка во всех последующих волоках была больше отношения конечной скорости волочения к окружной ско­ рости данной шайбы.

313

Во время работы машины бывают моменты, когда из-за густой смазки или местных дефектов на поверхности проволоки или шайбы

Особенно часто это заметно при волочении тонкой проволоки, как более чувствительной ко всяким, даже мелким отклонениям процесса от нормы. Такое уменьшение скольжения из-за повыше­ ния подачи проволоки над ее отбором в последующую волоку вызы­ вает на сбегающей стороне шайбы появление небольшой петли (рис. 168). Это ведет к тому, что действующая на сбегающей сто­ роне сила Q резко уменьшается и доходит до веса петли. При этом, если упругая деформация проволоки от ее изгиба на шайбе до­ статочно велика, происходит некоторое увеличение диаметра вит­

ним часто и обрыв проволоки. Такое увеличение скоростей без нарушения процесса возможно лишь при соответствующих со­ отношениях между величинами

Пусть произошло кратковременное уменьшение скольжения проволоки по п-й шайбе.

В предельном случае можно считать, что скольжение прово­ локи уменьшилось до нуля и что она стала двигаться со скоростью шайбы Вп\ тогда и на (п—1)-ой шайбе скорость движения про­

волоки должна возрасти до величины Fp--~ . Но эта скорость во

избежание обрыва проволоки должна быть меньше окружной скорости (п—1)-ой шайбы (Вп_1):

т. е. вытяжка в каждой волоке должна быть несколько больше отношения скорости последующей шайбы к скорости предыдущей.

При выполнении этого условия повышается надежность про­ цесса многократного волочения, особенно при прилипании или заклинивании проволоки на промежуточных шайбах. Когда ве­ роятность таких отклонений незначительна, например при воло-

314

чении полос крупных сечений из металлов, обладающих достаточ­ ными упругими свойствами, выполнять условие (XI-8) необяза­ тельно.

В. И. Журин [2] описал переходы при многократном волоче­ нии стали, обеспечивающие достаточно устойчивый процесс и без выполнения условия (XI-8).

Машины для многократного волочения со скольжением обычно конструируют с соотношением скоростей соседних промежуточных

шайб р п , колеблющимся в пределах 1,15—1,35. Только отноше-

ние скоростей двух последних шайб B JB K_X делают обычно уменьшенным в пределах 1,05—1,15, чтобы иметь возможность в последней волоке вести процесс с малой вытяжкой. Из уравне­ ния (XI-8) следует, что чем меньше отношение Вп!Вп_ъ тем уни­ версальнее волочильная машина. В самом деле если Вп1Вп_г = = 1,15, то на такой машине, согласно формуле (XI-8), можно вести волочение по переходам, в которых все частные вытяжки превышают 1,15, т. е. с малыми, средними и большими вытяжками, и следовательно, на одной и той же машине протягивать проволоку из высокоЬязких и маловязких сплавов. Если Вп/Вл-1 = 1,35, то волочение на такой машине можно вести лишь по переходам с частными вытяжками, превышающими 1,35. В этом случае машина будет пригодна лишь для волочения высоковязких спла­ вов. Чем меньше соотношение между скоростями соседних шайб, тем меньше отношения между конечной скоростью волочения и скоростью каждой из промежуточных шайб, т. е. чем меньше BnIBn_lf тем меньше Бк/Вп и, согласно (XIII-6), тем больше при одной и той же общей вытяжке во всех последующих волоках становится скольжение на соответствующей шайбе.

Соотношение скоростей выхода проволоки из каждой волоки и скоростей тяговых шайб можно выразить следующей формулой:

315

чем больше этих множителей или чем меньше число п, тем больше

будут постепенно убывать, оставаясь все время больше единицы, т. е.

т. е. при правильно рассчитанных переходах [соблюдение условия (X1-8)] относительное скольжение проволоки максимально на пер­ вой шайбе и будет постепенно уменьшаться к последней шайбе.

Формула (XI-11) показывает также, что с увеличением отноше-

„ и,п

нии — растет и относительное скольжение, т. е. чем универсаль­

316

нее машина, тем больше при одних и тех же переходах скольже­ ние проволоки по тяговым шайбам. В табл. 36 для примера при­ ведены фактические соотношения скоростей проволоки и тяговых шайб при волочении меди из катанки диаметром 7,0 мм на прово­ локу диаметром 2,10 мм на семиволочной машине с выходной ско­ ростью 420 м/мин (7 м!сек).

Скольжение проволоки по тяговым шайбам вызывает три вредных явления:

а) потерю энергии на трение между проволокой и шайбой; б) появление на проволоке мелких поверхностных дефектов,

главным образом царапин, которые при недостаточной прочности проволоки могут быть довольно большими по ширине, в результате чего проволока значительно утоняется и выводится из пределов допустимых отклонений по сечению;

в) быстрый износ поверхностей тяговых шайб с образованием на них прорезей, увеличивающих трение между проволокой и шайбой, вследствие чего ухудшается ход процесса. Такой износ особенно заметен при волочении жестких сплавов, так как при этом удельное давление проволоки на шайбу, как показано в работе В. В. Павленко и др. [3, с. 145], близко к пределу текучести материала шайбы.

Зависимость износа тяговых шайб от величины скольжения при волочении на 17-волочной машине исследована в работе [4]. Естественно, что вредность перечисленных явлений воз­ растает с увеличением скольжения. При определении для оценки процесса величин скольжения необходимо принимать во внимание не относительное (выражаемое обычно в процентах к скорости шайб), а абсолютное скольжение, т. е. разность скоростей движе­ ния проволоки и шайбы, так как только эта величина дает воз­ можность правильно оценить влияние скольжения на отдельные

317

элементы процесса. Оценка же по относительной величине сколь­ жения может привести к явно неправильным выводам. Это видно хотя бы из сравнения динамики относительных и абсолютных скольжений, приведенных в табл. 36, которое показывает их не­ соответствие между собой: относительное скольжение на крайних шайбах отличается в 12 раз, а абсолютное — только в 3 раза. Далее (в табл. 37 и 38 — см. стр. 328 и 332) показаны также боль­ шие несоответствия между абсолютным и относительным сколь­ жением и характером их изменения от первой тяговой шайбы к по­

следней.

Важным условием нормаль­ ного течения процесса много­ кратного волочения со сколь­ жением является правильный подбор числа витков, обвиваю­ щих каждую промежуточную тяговую шайбу. Это число коле­ блется от одного до четырех и кратно либо 1, либо 0,5 в зави­ симости от конструкции маши­ ны. При большом числе витков (3—4) сила натяжения проволо­ ки на сбегающей стороне шайбы резко снижается, но увеличи­ вается возможность налипания

значительно больший радиус кривизны относительно диаметра проволоки, менее упруги, меньше раскручиваются на шайбе и, следовательно, хуже скользят по ней. Поэтому обычно при воло­ чении проволоки толстых размеров число витков должно быть боль­ шим, а при волочении тонких — меньшим.

Таким же важным условием надежного хода процесса много­ кратного волочения со скольжением является рациональное со­ отношение между диаметром навиваемой на тяговую шайбу про­ волоки D и диаметром самой шайбы Dm.

Каждый участок витка (рис. 169) можно уподобить изогнутому брусу, в поперечных сечениях которого произошли упруго-плас­ тические деформации. Упругим деформациям подвергаются уча­ стки поперечных сечений, близких к цилиндрической поверхности2, проходящей через центры поперечных сечений витка и располо­ женной концентрично цилиндрической поверхности тяговых шайб. Пластическим деформациям подвергаются участки, удаленные от этой поверхности. Максимальные пластические деформации испы­ тывают участки сечений, наиболее удаленные от этой поверхности, т. е. более близкие к внешней и внутренней окружности витка.

318

Таким образом, схематически каждый виток можно разделить

сечениях витка от его изгиба будут возрастать и вместе с растяги­ вающими напряжениями волочения могут привести к разрушению в первую очередь участки витка, в которых напряжения от изгиба имеют одинаковые направления с напряжением волочения.

деформации в них могут не по­ явиться. В этом случае напряже­ ния будут настолько малы, что при появлении петли между двумя соседними шайбами не смогут пре­ одолеть напряжений, возникаю­ щих от веса этой петли, и, следо­ вательно, натяжение на шайбах не будет автоматически регулировать­ ся и процесс волочения нарушится.

Необходимо отметить, что с увеличением Dm уменьшается нор­ мальное давление проволоки на единицу длины дуги соприкосно­ вения. Это следует из теории трения гибкого тела о цилиндриче­ скую поверхность. По этой теории разность натяжения гибкого тела dP (рис. 170) в концах какого-либо элемента дуги сопри­ косновения должна быть равна силе трения, возникающей вдоль этого элемента. Обозначив через N y нормальное давление на еди­ ницу длины дуги соприкосновения, получим следующее уравне­ ние равновесия элемента дуги dq>:

к уменьшению давления Ny и, следовательно, повышению стой-

319

кости шайбы, имеет определенный предел, превышение которого приводит к нарушению автоматического регулирования натяжения проволоки и, следовательно, к нарушению процесса. Большое увеличение Dm неприемлемо и из конструктивных соображений, так как такое увеличение при определенной скорости волочения приводит к значительному снижению числа оборотов шайбы, что особенно неудобно при индивидуальных приводах. Поэтому отно­

шение ~ имеет минимальный и максимальный пределы, точные

величины которых пока не установлены. В работе А. А. Виницкого [3, с. 95) сделана такая попытка, требующая дальнейшей разра-

Рис. 171. Схема методов наложения витков на промежуточные шайбы: а — круглая спираль; б — овальная спираль

ботки. Практикой установлено, что отношение ^ находится в пре­ делах 50 < ^ < 1000. Это отношение больше для жестких ме­

таллов и сплавов и меньше для мягких.

На обрывность проволоки и, следовательно, на эффективность процесса многократного волочения заметно влияет метод наложе­ ния витков проволоки на промежуточные тяговые шайбы. Наиболее прост конструктивно и часто применяется метод круглой спирали (рис. 171, а), при котором витки проволоки, образующие круглую спираль на всем своем протяжении, соприкасаются с поверхностью тяговой шайбы. Более сложен по конструктивному оформлению процесс наложения витков методом овальной спирали (рис. 171,6), при котором проволока наматывается на две шайбы — основную 1 и вспомогательную 2.

Вторая шайба может приводиться в движение от общего при­ вода и быть холостой. При таком методе образуемая проволокой овальная спираль лишь периодически соприкасается с каждой из тяговых шайб, на ней имеются большие участки, совершенно не соприкасающиеся с этими шайбами, что и является основным преимуществом овальной спирали. Оно заключается в том, что неизбежное при всех методах наложения витков проволоки их перемещение в направлении образующей тяговой шайбы к сбегаю­ щему концу осуществляется значительно легче, когда на изно-

320