Разновидности процесса волочения и его деформационные показатели

10

мая

Новости
Разновидности процесса волочения и его деформационные показатели


Разновидности процесса волочения и его деформационные показателиРис. 1. Основные разновидности схем процесса волочения:

1 — волока;
2 — заготовка и изделие;
3 — оправка

Основные разновидности схемы процесса волочения приведены на рис. 1. Схема волочения круглого прутка или проволоки из круглой заготовки (рис. 1, а) рассмотрена ранее. По схеме на рис. 1, б из круглой заготовки получают фасонный профиль; там же показан профиль простейшего сечения, получаемый за один переход волочения. За несколько переходов из круглой заготовки можно получить профиль значительно более сложной формы, например уголковой, крестообразной, тавровой, двутавровой и других форм сечения.

Схема на рис. 1, в, хотя и приведена во введении, нуждается в более подробном пояснении. Основная особенность деформации металла по этой схеме заключается в том, что из-за отсутствия внутренней опоры металл при волочении течет и в направлении приложенной силы, и внутрь трубы. Поэтому стенка трубы при волочении без оправки тонкостенных труб обычно устолщается, что и показано на рис. 1, в. Это же относится и к профилированию труб, схема которого дана на рис. 1, г.

Схемы на рис. 1, д-ж представляют собой различные варианты волочения трубы с утонением стенки. На рис. 1, д показано волочение трубы на короткой закрепленной оправке. Оправку закрепляют для того, чтобы она под действием сил трения между ней и протягиваемой трубой не затягивалась в волоку и не проскакивала через нее. Закрепленную оправку устанавливают в строго фиксированном положении относительно волоки. При волочении труб с незакрепленной цилиндроконической оправкой (схема 1, е) она не затягивается в волоку вследствие равенства сил трения, затягивающих оправку в волоку и горизонтальных составляющих силы давления на коническую часть оправки, выталкивающих ее из волоки (действующих на коническую ступень между двумя цилиндрическими участками оправки). Поэтому оправку называют самоустанавливающейся или плавающей. При волочении на длинной оправке (рис. 1, ж) она протягивается в волоку вместе с трубой. При этом труба, удлиняясь, перемещается по оправке в направлении, противоположном направлению волочения. Поэтому длину оправки принимают такой, чтобы она несколько превышала длину трубы после волочения.

Как сказано во введении, перед волочением передний конец заготовки заостряют, чтобы его можно было свободно пропустить через волоку и закрепить в тянущем механизме. Операцию острения проводят либо перед волочением на заковочных машинах или вальцах, либо совмещают с процессом волочения, применяя специальные заталкивающие устройства. Ими оснащены современные трубо- и прутково-волочильные станы.

Разновидности процесса волочения и его деформационные показателиРис. 2. Схемы процесса раздачи труб

На рис. 2 показана схема процесса раздачи труб, при котором их наружный и внутренний диаметры увеличиваются. Существуют две основные схемы процесса: раздача вдавливанием и раздача волочением. При обеих схемах формообразующий инструмент представляет собой цилиндроконическую оправку, закрепленную на длинном стержне. Волока при этом отсутствует. При раздаче вдавливанием (рис. 2, а) стержень закрепляют в губках тележки волочильного стана и протягивают внутри трубы, установленной в люнетах и упирающейся в воло-кодержатель. Эту схему применяют для раздачи толстостенных труб небольшой длины, так как при увеличении длины или уменьшении толщины стенки возможен продольный изгиб трубы и нарушение процесса. При раздаче волочением (рис. 2, б) на конце заготовки делают несколько клиновых прорезей. Полученные клинообразные концы (лассы) отгибают в стороны, чтобы в образовавшуюся воронку можно было ввести оправку. Затем отогнутые концы заготовки сжимают в общий узел, образующий захватку, которую зажимают в губках волочильной тележки, и проводят волочение. Эта схема применима для раздачи любых труб, независимо от их диаметра и длины.

Разновидности процесса волочения и его деформационные показателиРис. 3. Схема волочения с противонатяжением

Анализ схем, приведенных на рис. 1 и 2, показывает, что все разновидности процесса волочения связаны со значительными перемещениями деформируемого металла относительно волочильного инструмента, на которые требуются большие затраты энергии, чтобы преодолеть трение. Для уменьшения трения между поверхностями протягиваемого металла и инструмента вводят смазку; при этом снижается расход энергии, повышается качество поверхности продуктов волочения, увеличиваются обжатия и уменьшается износ инструмента. Однако в отдельных случаях, несмотря на использование эффективных смазок, износ инструмента все же значителен. Уменьшение износа может быть достигнуто путем волочения с противонатяжением. Сущность этого процесса (рис. 3) заключается в следующем. К протягиваемой заготовке со стороны входа ее в волоку прикладывают силу Q в направлении, противоположном направлению волочения. Вследствие этого в заготовке еще до входа в волочильный канал создаются растягивающие напряжения, снижающие давление металла на стенки волоки и уменьшающие выдавливание смазки из зоны деформации. Это приводит к уменьшению коэффициента контактного трения и повышению износостойкости канала волоки. Противонатяжение используют в основном при волочении проволоки. При волочении прутков, труб и профилей противонатяжение применяют реже из-за относительно малых длин протягиваемых изделий и более сложных условий реализации процесса.

Разновидности процесса волочения и его деформационные показателиРис. 4. Схема волочения с предварительным нагревом

В большинстве случаев волочение цветных металлов и сплавов ведут без предварительного нагрева (вхолодную). Однако если металл или сплав, подвергаемый волочению, имеет в холодном состоянии недостаточную пластичность или высокое сопротивление деформации, заготовку перед волочением подогревают (при волочении вольфрама, молибдена, титановых и некоторых алюминиевых сплавов). Нагрев осуществляют электроконтактным способом, пропуская протягиваемый металл через электрическую печь 1, установленную перед волокой 2 (рис. 4), а для нагрева заготовок большого сечения, например при волочении прутков и профилей, используют электроконтактный нагрев в муфельных печах, расположенных перед волокой, что позволяет уменьшить остывание заготовки в процессе волочения.

Как отмечено выше, при волочении заготовка деформируется, изменяя начальную форму и размеры. Однако, как и при других процессах обработки металлов давлением, объем деформируемого тела остается практически неизменным. Обозначая площадь сечения изделия до волочения и после него соответственно Fн и Fк и длину Lн и Lк, условие постоянства объема можно записать в виде равенства Используя это равенство FнLн=FкLк, можно получить формулы для определения основных показателей деформации и соотношений между ними. При волочении применяют следующие показатели деформации.

Коэффициент вытяжки (или вытяжка) показывает, во сколько раз увеличилась длина или уменьшилась площадь поперечного сечения изделия за переход волочения:

Формула 1.

μ=Lк/Lн=Fн/Fк

Относительное обжатие — отношение уменьшения площади поперечного сечения изделия за переход волочения к ее начальному значению:

Формула 2.

ε=(Fн - Fк)/Fн

Здесь относительное обжатие выражено в долях единицы; если выразить его в процентах, формула (2) примет вид:

Формула 2a.

ε=(Fн - Fк)100/Fн

Относительное удлинение — отношение увеличения длины изделия за переход к ее начальному значению:

Формула 3.

λ=(Lк - Lн)/Lн

или, выражая относительное удлинение в процентах,

Формула 3а.

λ=(Lк - Lн)100/Lн

Формула (2а) по виду напоминает выражение для определения относительного сужения, а формула (3а) — выражение для определения относительного удлинения при растяжении. Однако это сходство чисто внешнее. Если формулы (3) и (4) определяют пластические характеристики, показывающие, какую деформацию металл может выдержать до наступления разрушения, то формулы (2а) и (111.3а) определяют показатели деформации, т.е. величины единичных деформаций, достигаемые за переход волочения. Ввиду указанного различия пластических характеристик и показателей деформации для них используют различные буквенные обозначения: в первом случае δ и ψ, а во втором ε и λ.

Интегральная (логарифмическая) деформация — это натуральный логарифм соотношения площадей поперечного сечения изделия до и после перехода волочения:

Формула 4.

i=In(Fн/Fк)

Согласно формуле (1),

Формула 4a.

i=In(Fн/Fк)=In(Lк/Lн)=In μ

Определим некоторые соотношения показателей деформации:

Формула 5.

ε=(Fн - Fк)Fн=1 - Fк/Fн=1 - 1μ= (μ - 1)/μ;

Формула 6.

λ=(Lк - Lн)/Lн= Lк/Lн - 1= μ - 1= ε/(1 - ε);

Формула 7.

i=Inε= In(Fн/Fк) = In(Lк/Lн) = In[1/(1 - ε)] = In (λ + 1)

Показатели деформации при волочении, соотношения между ними приведены в табл. 1.

Таблица 1. Показатели деформации их соотношения.

Разновидности процесса волочения и его деформационные показатели









Формулами (1) — (4) пользуются для расчета не только показателей деформации за переход волочения, но и общих деформаций за несколько переходов. Однако если пользоваться показателем "относительное обжатие" ε, получаются заниженные значения общей деформации, а показателем "относительное удлинение" λ - завышенные значения. Покажем это на примере.

Допустим, волочение проволоки диаметром 2,5 мм из заготовки диаметром 5 мм проводят в пять переходов со следующим изменением площади поперечного сечения по переходам, мм2: 20—14—10— 7,5—6—5. При этом общее относительное обжатие, подсчитанное по формуле (2): εоб = (Fн - Fк)Fн = (20-5)/20 = 0,75, откуда общее относительное удлинение, согласно формуле (6), составит λоб = εоб (1 - εоб) = 0,75/(1 - 0,75) = 3.

В то же время при расчете по формуле (4) iоб = In(Fн/Fк) = = In (20/5) = 1,386, т.е. εоб существенно меньше, а λоб значительно больше, чем iоб.

Указанное различие объясняется тем, что при определении, например, показателя ε величина общего уменьшения площади поперечного сечения за пять переходов относится к площади сечения перед первым переходом, в то время как обжатие в каждом переходе определяется отношением уменьшения площади на этом переходе к площади сечения перед этим переходом: так, ε1 = (20-14)/20= 0,30; ε2 = (14-10)/14 = = 0,285; ε3 = (10-7,5) /10 = 0,25; ε4 = (7,5-6) /7,5 = 0,20; ε5 = = (6—5)/6 = 0,167. Если сложить эти значения, то получим число, существенно большее, чем εоб рассчитанное по формуле (2): ε1 + ε2 + ε3 + ε4 + ε5 = 0,30 + 0,285 + 0,25 + 0,20 + 0,167 = 1,202 > 0,75.
Однако полученное значение εоб = 1,202 не имеет физического смысла, так как, согласно формуле (2), величина имеет максимум, равный единице, который получается при Fк = 0. Поэтому при использовании показателя ε для получения εоб суммирование деформаций по отдельным переходам недопустимо.

Аналогично можно показать, что суммирование деформаций недопустимо и для получения показателя λоб. Поэтому использование εоб и λоб нежелательно. Совершенно иное можно сказать о iоб = Inμоб Нетрудно установить, что

Формула 7а.

μоб1μ2μ3μ4μ5

Действительно

μ1=Fн/F1
μ2=F1/F2
μ3=F2/F3
μ4=F3/F4
μ5=F4/Fк

Подставляя эти значения в формулу (7а), находим

μоб=Fн/Fк=(Fн/F1) (F1/F2) (Fн/F1) (F2/F3) (F3/F4) (F4/Fк) = Fн/Fк

Полученное тождество показывает правомерность формулы (7а). Логарифмируя левую и правую части формулы (7а), получаем

μоб1234μ5

получаем

iоб=i1+i2+i3+i4+i5


Таким образом, интегральная деформация за несколько переходов равна сумме интегральных деформаций за каждый отдельный переход. Возможность суммирования деформаций называется аддитивностью. Благодаря аддитивности показатель i находит все более широкое применение в теории и практике процесса волочения, особенно при расчетах силы волочения и проектировании переходов, что рассмотрено ниже.

Разновидности процесса волочения и его деформационные показателиРис. 5. Схема пластической зоны при волочении круглой проволоки из круглой заготовки

При волочении круглого профиля сплошного сечения через коническую волоку с углом наклона образующей а объем деформационной зоны можно принять равным объему усеченного конуса, находящегося между плоскостями входа в деформационную зону и выхода из нее (рис. 5):

Формула 8.

Wд. з.=π(D-d) (D2+d2+Dd)/(25 tg a)

Объем металла, выходящего из деформационной зоны за 1 с (секундный объем):

Формула 9.

Wсек=πd2vв/4

где vв — скорость волочения, мм/с.

Отсюда длительность деформации на основе уравнения (7) можно определить по формуле

τд=Wд. з./Wсек=(D-d) (D2+d2+Dd)/(6 tg a vв d2)=(D3-d3)/(6 tg a · vв d2)

Учитывая, что

Разновидности процесса волочения и его деформационные показатели



после преобразований получаем

Формула 10.

Разновидности процесса волочения и его деформационные показатели

Если степень деформации выразить интегральным показателем ε = i = = Inμ, то средняя скорость деформации на основе формулы (6а) определится из выражения

Формула 11.

Разновидности процесса волочения и его деформационные показатели


Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

Информация

Комментировать статьи на нашем сайте возможно только в течении 1 дней со дня публикации.