Особенности волочения тонкостенных профилей

15

мая

Новости
Особенности волочения тонкостенных профилей


Тонкостенным профилям присущ ряд, особенностей:

а) малая толщина полок профиля: минимальная толщина полки составляет 1,0—1,5 мм;

б) большая развитость периметра: отношение периметра профиля Ппр к периметру равновеликого по площади круга Пк достигает 5, в то время как у обычных профилей величина Ппркне превышает 2-2,5;

в) значительное отношение ширины полки профиля В к ее толщине t, достигающее 40, что в 5—8 раз превышает величину В/t, характерную для обычных профилей;

г) большое соотношение толщин отдельных полок профиля, достигающее 6:1, в то время как у обычных профилей оно не превышает 2,5:1;

д) жесткие поля допусков на толщину полок профиля, составляющие в отдельных случаях 10% от номинальной толщины. Вследствие указанных особенностей невозможно получать эти профили непосредственно прессованием или прокаткой, требуется применение специальных калибровочных процессов, один из которых — волочение.

Основной сортамент тонкостенных профилей составляют профили из титановых сплавов. Ввиду того что число типоразмеров таких профилей достаточно велико (более 50), а объем заказа каждого профиля очень мал (не более 300—500 кг), наиболее рационально получение заготовки для волочения методом прессования.

При волочении тонкостенных профилей основным фактором, лимитирующим величину обжатия за переход, является допустимое продольное напряжение в сечении захватки. Известными способами изготовления захваток — заковкой, химическим фрезерованием, электрохимической обработкой и др. — возможно с необходимой точностью воспроизвести в сечении захватки конфигурацию очка волоки, а также сделать захватку с продольным профилем, аналогичным профилю канала волоки. Неидентичность продольных профилей захватки и канала волоки, допустимая при волочении толстостенных профилей, совершенно неприемлема при волочении тонкостенных, особенно с большим соотношением толщин полок. Это обусловлено тем, что при одном и том же абсолютном отклонении профилей захватки и волоки относительное отклонение тем выше, чем меньше толщина полки профиля. Поэтому необходимо значительное снижение степени деформации за переход во избежание обрыва профиля.

Следовательно, большое значение имеет разработанный способ волочения профилей без предварительного острения захваток. Без утонения профиля в месте захватки возможно значительно повысить степень деформации за переход и стабилизировать процесс обработки. При разработке такого процесса использован принцип самозатягивания элементов разъемной волоки под действием усилия волочения. На основе этого принципа создано оригинальное устройство (рис. 1). Конструкция и работы этого устройства заключаются в следующем: волока 1, состоящая из нескольких элементов, помещена в конусной втулке 2, на внутренней поверхности которой имеются направляющие 3. Волока заключена между двумя траверсами 4 и 5, которые жестко связаны тягами 6, свободно перемещающимися в корпусе 7. Упором, ограничивающим перемещение траверс, служит гайка 8. При движении траверс вправо части составной волоки, перемещаясь по конусу, сходятся к центру, образуя канал заданного сечения. При движении траверс влево части волоки расходятся, образуя канал максимального сечения, в который свободно вводится передний конец профиля 9 и зажимается в губках волочильной тележки.

Рис. 1. Схема действия самозатягивеющейся волоки

Особенности волочения тонкостенных профилей












Перемещение частей волоки вправо и предварительный их поджим к профилю осуществляются при движении траверсы 4 посредством гидравлического толкателя. Окончательное затягивание частей волоки, обеспечивающее требуемый размер волочильного канала, достигается благодаря силам трения между волокой и деформируемым металлом. Расчет показывает, что при волочении профилей серийного сортамента усилие цилиндра для поджима должно составлять 40—60 кН.

После окончания волочения при возвратном ходе волочильной тележки она производит ударное действие на траверсу 5; при этом части волоки отводятся в крайнее левое положение, образуя максимальное сечение канала, в которое вводится следующий профиль, и цикл волочения повторяется.

Размеры рабочего канала волоки по толщине элементов профиля определяют с учетом поля допуска, толщины слоя смазки, изменения размеров при последующей правке растяжением и износа волоки:

t = tн + (△1 + △2)/2 + 2dсм + dпр - dи + dтр

где t — размер канала волоки, мм; tн — номинальный размер элемента профиля мм; dсм — толщина смазочного слоя, dсм = 0,02÷0,04 мм;dпр — изменение размера профиля при правке растяжением, мм; dи — износ канала волоки, мм; dтр — изменение размера профиля при очистке травлением, бтр = 0,05 + 0,07 мм; Ах, Д2 — плюсовой и минусовой допуски на толщину элемента профиля, мм.

Основное требование при определении рабочих углов волоки — обеспечение одновременности начала деформации по всему периметру поперечного сечения профиля. При этом минимальный угол волоки a1 = 5 + 6°. Рабочие углы остальных элементов сечения устанавливают из соотношений.

tg a2 = (△S2/△S1) tg a1; tg a3 = (△S3/△S1) tg a1

где △S1, △S2, △S3 — абсолютное обжатие элементов сечения профиля; a1, a2, a3 — рабочие углы волоки по этим элементам.

Для профилей, у которых величина обжатия одного элемента профиля в несколько раз превышает величину обжатия другого элемента, расчетный рабочий угол превышает 20°. Однако при большом угле канала волоки смазка интенсивно отгоняется из деформационной зоны, происходит утонение или разрыв смазочного слоя. Поэтому при проектировании волоки для сложного профиля, когда неизбежны различные углы наклона образующей канала, их величина должна быть равна 6—8°. Длину калибрующей зоны волоки устанавливают от 1 до 4 мм в зависимости от толщины элементов профилей. Чем толще стенка элемента сечения, тем больше длина калибрующей зоны.

При разработке переходов волочения тонкостенных профилей необходимо выполнять следующие основные требования: колебания размеров исходной заготовки не должны приводить к потере пластической устойчивости отдельных элементов (образованию гофров по интенсивно обжимаемым элементам или разрывов по кромкам слабо обжимаемых элементов) при волочении; суммарная вытяжка должна обеспечивать достижение требуемых точности и качества поверхности; толщина элементов исходной прессованной заготовки должна быть не менее 2,2— 2,5 мм.

Вследствие возможного колебания толщины элементов исходной заготовки при выполнении первых переходов волочения наблюдается неравномерность обжатий отдельных элементов профиля. При этом сильно обжимаемые элементы уширяются в поперечном направлении и вытягиваются в продольном, что приводит к утяжке в поперечном направлении слабо обжимаемых элементов. Для предупреждения потери устойчивости сечения профиля необходимо полки тонкостенных профилей обжимать только по толщине, исключив обжатие по ширине, т.е. осуществлять плоскую деформацию. При этом размеры канала волоки по ширине полок профиля следует принять на 2—3 мм больше соответствующих размеров исходной заготовки с учетом плюсового допуска. Естественно, условия плоской деформации могут быть обеспечены только в том случае, если конфигурация поперечного сечения прессованной заготовки геометрически подобна конфигурации сечения готового профиля.

Рис. 2. Изменение допустимой вытяжки за переход, а также зависимость средней вытяжки от отношения площади сильно обжимаемого элемента к площади сечения профиля F0/Fпр:

1 - вытяжка по сильно обжимаемому элементу; 2 - средняя вытяжка; 3 - вытяжка по слабо обжимаемому элементу

Особенности волочения тонкостенных профилей











Точность исходной заготовки, а также величину необходимой общей вытяжки определяют на основе требований к точности готового профиля и допустимой неравномерности деформации в поперечном сечении профиля.

Для определения допустимой вытяжки за переход без потери пластической устойчивости вследствие неравномерности деформации элементов профиля на основе опытных данных построен график, характеризующий изменение допустимых вытяжек по сильно и слабо обжимаемым элементам профиля, а также изменение средней вытяжки в зависимости от соотношения площадей сильно и слабо обжимаемых элементов (рис. 2). За фактор, определяющий это соотношение, принято отношение площади сильно обжимаемого элемента F0 к площади сечения профиля Fпр

Предельно допустимые значения средней вытяжки за переход, а также вытяжки по сильно и слабо обжимаемым элементам профиля повышаются с увеличением отношения F0/Fпр. Среднее значение предельно допустимой вытяжки mср определяют по формуле

mср = [m0F0 + mс(Fпр - F0)]/Fпр

где m0 — вытяжка по сильно обжимаемому элементу; mс — вытяжка по слабо обжимаемому элементу.

При выборе общей вытяжки необходимо учитывать возможность получения формы исходной заготовки с заданной точностью по толщине ее элементов. На практике установлено, что устойчивость процесса волочения тонкостенных профилей определяется отношением величины припуска под калибровку △S к полю допуска на толщину полки исходной заготовки: m = △S/△, Как показали результаты исследований, величина этого отношения зависит от толщины полки профиля (рис. 3). Общую вытяжку mоб можно определить из условия плоской деформации по формуле mоб = 1+ m△,/Sк. Зная величину общей вытяжки и величину средней вытяжки за переход, число переходов волочения n определяют по формуле: n = Inmоб/Inmср

Рис. 3. Зависимость коэффициента m от толщины полки профиля S

Особенности волочения тонкостенных профилей














Калибровку волочением прессованных профилей осуществляют с предварительным нагревом или вхолодную. При волочении с нагревом достигаются более высокие частные деформации, а также допускается увеличенная неравномерность деформации отдельных полок, что позволяет использовать заготовки с большими отклонениями размеров.

Ниже приведены значения абсолютного обжатия по толщине полки профиля за переход при волочении вхолодную и с предварительным нагревом:

Особенности волочения тонкостенных профилей







Однако качество поверхности профилей при волочении вхолодную значительно лучше. Так, если при волочении с нагревом из заготовки с классом шероховатости поверхности 3 возможно обеспечение качества поверхности профиля, соответствующего классу 4, то при холодном волочении оно может быть улучшено до класса 6. Поэтому для получения профилей с улучшенным качеством поверхности целесообразно промежуточные переходы проводить с нагревом, а окончательные один-два перехода - вхолодную. Температура нагрева профилей перед волочением составляет, °С: из сплавов ОТ4, ОТ4-1 550-650, ВТ5 650-750, ВТ20 680-750.

Охлаждение переднего конца профиля при контакте с волокой в процессе ее поджима и затягивания может привести к значительному уменьшению пластичности металла и вследствие этого — к обрыву переднего конца профиля. Для предотвращения обрывов при волочении целесообразно подогревать волочильный инструмент и сокращать зону его контакта с деформируемым профилем путем уменьшения длины калибрующей зоны волоки до 1—1,5 мм. Температурные режимы нагрева инструмента приведены ниже:

Особенности волочения тонкостенных профилей




При волочении вхолодную профили перед калибровкой отжигают при 600—700 °С с выдержкой в печи 30—40 мин.

Для теплого волочения профилей используют смазку следующего состава: 27% карандашного графита КТ-2; 11% технической буры; 7% талька; 0,1 % поверхностно-активного вещества ОП-10; остальное — вода. Для повышения термической стабильности смазки в нее рекомендуется добавлять 1—2% сернокислого кадмия. При волочении вхолодную в качестве смазки используют коллоидно-графитовый препарат ЭЛПВ, который наносят на профили кистью слоем 0,1—0,2 мм. Для обеспечения ровного покрытия профилей смазку предварительно подогревают до 60—80 °С. С целью улучшения адгезии смазки поверхность профилей окисляют путем нагрева на электроконтактной установке до 600-700 °С с выдержкой 0,5-1,5 мин.




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.