книги / Теория волочения

так, что в зазор между ними можно поместить два боковых вкла­ дыша рабочей части волоки из оптически чувствительного ма­ териала (эпоксидной смолы) толщиной, равной ширине протяги­ ваемых полос. Такая конструкция образца обеспечивает^условия деформации, близкие к плоской.

Рис. 229. Схема месдозы для определения давлений по длине рабочей зоны волоки:

/ — штифт; 2 — стакан с датчиком; 3 — крышка; 4 — пружина; 5 — образец

4 1 1

В процессе экспериментов один из вкладышей, образующих волоку, заменяют вкладышем, изготовленным из материала, обладающего меньшей оптической чувствительностью (органи­ ческое стекло), что не вносит заметных погрешностей, но позво­ ляет получить достаточно четкую картину изоклин на контактной поверхности.

Поляризационно-оптическое изображение фиксируют кино­ аппаратом со скоростью 20 кадров в секунду, полосы (изохромы) и изоклины переносят с увеличением на бумагу и их совмещенная картина позволяет получить все необходимые данные для опре­ деления нормальных и касательных напряжений.

Кроме описанных, имеется ряд упрощенных методов, позво­ ляющих определить коэффициенты трения. В гл. VII было по­ казано, что значения коэффициентов трения при волочении не­ обходимо находить с помощью методов, отражающих особенности этого процесса. Поэтому такие известные методы определения fnt как метод конических бойков, бочкообразности [17] и др., не отражающие особенностей процесса волочения, могут быть ис­ пользованы только при определении ориентировочных значений коэффициентов трения при волочении. Еще менее приемлем для определения коэффициента трения метод вращающейся волоки, предложенный Заксом в 1931 г. и описанный в некоторых трудах [15, 17, 18]. Закс, анализируя силы, действующие на контактной поверхности круглого профиля (см. гл. IV), применяя упрощен­ ное уравнение равновесия сил в деформационной зоне, приходит к выводу, что величина коэффициента трения определяется выра­

Определяя экспериментальным путем Рст, Рвр и а, можно получить значения fn.

Элементарный анализ показывает, что метод вращающейся волоки не имеет ни теоретической, ни практической ценности по следующим причинам:

1.Вывод формулы (XIV-5) основан на использовании упро­ щенного уравнения равновесия.

2.Условия введения смазки в деформационную зону при

скоростным условиям процессов, необходимо придать волоке весьма большую угловую скорость (см. гл. IV), что делает почти неосуществимым эксперимент. Значительные затруднения в по­ становке опыта вызывают большой разброс результатов. Это подтверждают опыты Закса, а также опыты К. И. Туленкова и Н. В. Соколова [19].

412

Следовательно, можно считать, что определение коэффициента внешнего трения при помощи вращающейся волоки не может дать достаточно точных результатов.

В работе [20] опубликован метод определения коэффициента трения при волочении, основанный на экспериментальном опре­ делении окружной деформации нагруженной волоки. Сущность этого метода заключается в следующем: волоку с наклеенным на нее проволочным датчиком подвергают окружной деформации, вводя в ее канал масло под высоким давле­ нием (рис. 230).

Изменяя давление масла и фиксируя показания датчика, строят тарировочную кривую волоки. После такой тарировки через волоки протягивают исследуемый металл, замеряют силу волочения Р в и фиксируют показание датчика, по которому {используя тарировочную кривую) опре­ деляют среднее нормальное напряжение <т„ср, возникающее на контактной поверх­

ности. Затем определяют коэффициент трения fn по формуле, выведенной с ис­ пользованием условия равновесия в напра­ влении оси канала сил, действующих на металл в деформационной зоне:

формации волоки при ее тарировании отличаются от условий се деформации в процессе волочения: при тарировании давле­ ние на контактной поверхности распределяется равномерно. В процессе же волочения распределение давления неравномерно: наблюдается различие в давлениях, возникающих на торцовой поверхности волоки, примыкающей к поверхности ее опоры.

чего в действительности быть не может, и, наконец, рассматри­ ваемый метод применим лишь для волок, сделанных из сравни­

при волочении труб, исходя из силы растяжения, действующего на закрепленную оправку.

Как показано в гл. IX, сила, действующая на закрепленную оправку, может быть рассчитана по формуле (IX-66). Подставляя в формулу (IX-66) значения сопротивлений деформации, напря­

4 1 3

жений, волочения и геометрических параметров оправки, полу­ ченные экспериментально, получаем значения fn.

В табл. 45 приведены данные и результаты расчетов по опре­ делению fn при волочении на закрепленной цилиндрической оправке отожженных труб из сплава Д16, полученные таким методом.

Как показывают результаты расчета, с возрастанием вытяжки за переход коэффициент трения повышается. Это объясняется ухудшением условий трения с увеличением длины контакта трубы с оправкой и подтверждает выводы работ [12, 22].

Большинство изложенных методов разработано с рядом допу­ щений для проведения замеров на моделях, а не на натуре. При экспериментах по описанным методам не выполняются натурные условия действия смазки, а также скоростные условия, что в зна­ чительной мере снижает точность рассмотренных методов. По­ этому на данном этапе можно считать более целесообразным заме­ рять силы волочения и определять /rtcp по достаточно теоретически

обоснованной формуле для напряжений волочения. Такой фор­ мулой может быть (VII-56а), теоретическое обоснование которой приведено ранее. Этот метод определения /Лср в некоторой мере

учитывает и те, пока неизбежные допущения и упрощения, кото­ рые были сделаны при выводе этой формулы.

В табл. 46 для иллюстрации приведены полученные расчетом по формуле (VII-56а) средние значения fn (по результатам опытов Н. 3. Днестровского и Р. А. Блюмкиной [23]) при волочении отожженной меди без внешнего противонатяжения. Значения о/уп

приняты по визуальной экстраполяции, выполненной исследова­ телями при составлении кривых степень деформации — напряже­ ние волочения. Несмотря на некоторую условность в определении <т/уп, полученные средние значения /л подтверждают сказан­

ное о росте fn с увеличением а.

414

* Предел прочности до волочения 23 кГ/ммг\

Отсутствие роста /Лср с повышением степени деформации, кото­

рое, по тем же соображениям, должно было бы происходить, объяс­ няется тем, что в проведенных расчетах из-за отсутствия необ­

зут). Эти результаты хорошо согласуются с данными, приведен­ ными в гл. VI, и показывают резко выраженное влияние сте­ пени деформации на величину коэффициента трения при воло­ чении со смазкой.

4 1 5

В приложении 6 приведены расчетные значения /„ для неко­

торых условий процесса волочения, рекомендуемые авторами на основании их многочисленных вычислений по результатам работ разных исследователей и собственных экспериментов. Некоторые данные о коэффициентах трения при волочении различных ме­ таллов и сплавов приведены в работах [24, 25]. Следует, однако, иметь в виду, что эти данные, как отмечают авторы, получены

сприменением ряда допущений.

В.Люег и К. Трептов [26] провели большое число опреде-

невозможности решить эту формулу относительно /Лср, приходится прибегнуть к некоторому упрощению и представить формулу в виде

Решение этого уравнения относительно а, дающее погреш­

ность не более 1—3%, может быть представлено графически (рис. 233) и позволяет сравнительно легко определить зна­ чение /ср [27].

П р и м е р р а с ч е т а . Волочению подвергают сплав ВТ1 с диаметра 1,95 на 1,74 мм. Угол волоки а = 8 град., угол а п = 2° 15', сила волочения 56 кг, предел текучести 43,5 кГ/мм2. Чтобы определить коэффициент трения, находим

416

cos2 p весьма близок к единице. Тогда /Яср можно определять из соотношения

/ясР CtgOn •

Таким образом, исключается расчет коэффициента трения методом последова­ тельных приближений.

и их изменение в различных стадиях процесса. В начальной стадии скорость быстро нарастает до рабочей, затем она остается почти неизменной (если не считать изменений скорости от несо­ вершенства тяговых механизмов), а иногда медленно возрастает, например при приеме проволоки на катушки с неизменным числом оборотов. Рабочие скорости измеряются без каких-либо затруд­ нений при помощи тахометров, определяющих число оборотов тянущего устройства, или обычных ходографов при замере ско­ рости поступательного движения тягового устройства на линей­ ных станах.

Заметно труднее определять скорость в начальной стадии, что объясняется кратковременностью этой стадии, часто составля-

ющей десятые и сотые доли секунды. Поэтому для измерения скоростных условий начальной стадии процесс осциллографируют методами, описанными в п. 4 данной главы. Ускорение опреде­ ляют из осциллограмм, дифференцируя кривую скорость—время.

8.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОФИЛЯ ВОЛОЧИЛЬНОГО КАНАЛА

Профиль волоки, как было указано в гл. VI, состоит из вход­ ной, смазочной, рабочей, калибрующей и выходной зон. Обычно профиль входной, смазочной и выходной зон не контролируется, так как возможные отклонения в размерах этих зон заметно не сказываются на работе волоки. В то же время от геометрии рабо­ чей и калибрующей зон прямо зависят параметры процесса во­ лочения.

Наиболее простой и одновременно надежный способ, позво­ ляющий определить форму волочильного канала, — получение

калибрующей зон проводят на инструментальном микроскопе. Для контроля профиля волочильного канала фирмой BISRA сконструирован прибор, в котором расходящийся пучок света поворотным отражателем направляется на волоку, причем ось светового пучка составляет с осью волоки угол, который можно измерить по шкале прибора [28]. Прошедший через волоку свет образует на экране прибора фигуру, которая позволяет оценить профиль волоки. Световой полукруг у края экрана дает представ­ ление о кривизне поверхности рабочей зоны: при конической форме рабочей зоны он выглядит в виде тонкой линии, толщина которой растет с увеличением кривизны. Ее расстояние от цен­ трального светового пятна позволяет определить величину угла рабочей зоны: тангенс угла 2а равен отношению этого расстояния к удалению экрана от конца рабочей зоны волоки. Прибор исполь­

лельный пучок света проходит через волоку /, часть лучей не­

418

быть совмещено с вычерченным при таком же увеличении конту­ ром поперечного сечения волоки (по калибрующей зоне).

Устройством, позволяющим контролировать продольный про­ филь волоки и получать при необходимости фотографию этого профиля, является прибор Л. И. Царева [29]. Прибор содержит осветитель, микроскоп, колеблющиеся зеркала, матовый экран или фотокамеру и систему линз, позволяющих получить развер­ нутое изображение профиля волоки, сделанной из прозрачного или непрозрачного материала.

9.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ УСЛОВИЙ

Работа деформации при волочении переходит главным образом в тепловую энергию, часть которой остается в продуктах волоче­ ния, а часть воспринимается волокой [30]. В итоге повышается температура волоки и продуктов волочения, что ведет к измене­ нию сопротивления деформации и сил трения. Это указывает на необходимость измерения температур волоки и продуктов воло­ чения в зоне контакта металла и волоки, а также изменения тем­ ператур волоки и изделия по длине и сечениям деформационной зоны.

Температуру при волочении можно измерять с помощью контактных термопар, закрепляемых на поверхности проволоки и волоки [31]. Однако следует учитывать, что проволока с воло­ кой создает естественную термопару, величина т. э. д. с. в которой не однозначно зависит от толщины примененной в работе смазоч­ ной пленки. Поэтому создающаяся вследствие смазочной пленки разность потенциалов будет приниматься за дополнительное повышение температуры, что может привести к существенной ошибке. Имеются приборы, позволяющие определять температуру по интенсивности инфракрасного излучения от нагретой проволоки на датчик прибора. Таким методом может быть измерена темпе­ ратура в интервале 200—600° С, т. е. видимого свечения нагретого металла.

В этом же интервале температур и выше можно измерять тем­ пературу с помощью специальных «спектрозональных» пленок, цвет изображения на которых зависит от температуры измеряе­ мого объекта, что позволяет, пользуясь калориметрической шка­ лой, определять температуру на выходе металла из волоки [32, 33].

10.ИЗМЕРЕНИЕ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРОДУКТОВ

ВОЛОЧЕНИЯ

Методы качественного определения остаточных напряжений основаны на том, что хрупкие материалы разрушаются в плоском поле напряжений под действием растягивающих напряжений. Разрушение происходит по линии, нормальной к направлению

420