Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Теория волочения

..pdf
Скачиваний:
9
Добавлен:
19.11.2023
Размер:
29.12 Mб
Скачать

и. Л. ПЕРЛИН, М. 3. ЕРМАНОК

ТЕОРИЯ ВОЛОЧЕНИЯ

Издание второе, переработанное и дополненное

И ЗД А Т ЕЛ Ь СТ В О „М ЕТАЛЛУРГИЯ11

М о с к в а 1971

УДК 621.778

Теория волочения. П е р л и н И. Л ., Е р м а н о к М. 3. Изд-во «Металлургия*, 1971, 2-е изд., 448 с.

С учетом новейших материалов изложены основные элементы теории волочения круглых фасонных и полых профилей, теории многократного волочения, а также методов расчета рабочих напря­ жений и переходов при всех основных видах процесса волочения. Дано описание основных закономерностей действия смазок в про­ цессе волочения, напряженного и деформированного состояний и характера изменения .механических свойств продуктов волочения в зависимости от условий процесса.

Предназначена для инженерно-технических работников научноисследовательских институтов и заводских лабораторий, работа­ ющих в области волочения. Может быть полезна аспирантам и сту­ дентам, специализирующимся в области обработки металлов давле­ нием. Илл. 239. Табл. 46. Библ. 414 назв.

ПЕРЛИН Илья Львович ЕРМАНОК Михаил Зиновьевич

ТЕОРИЯ ВОЛОЧЕНИЯ

Редактор издательства М. С. Архангельская

Технический редактор В. В. Баталова

 

Переплет художника В. В. Евдокимова

 

Сдано в производство 31/Ш 1971 г.

 

 

Подписано в печать 1/XI 1971 г.

Бумага-№ 1, типографская 60х90‘/ и

14 бум. л.

28 печ. л.

Уч.-изд. л. 27,64

Изд. № 4799

Т-18226

Тираж 2500 экз.

Заказ 1086

Цена 3 руб.

Издательство «Металлургия», Москва, Г-34, 2-й Обыденский пер., 14

Ленинградская типография № 6 Главполиграфпрома Комитета по печати призовете Министров СССР

Ленинград, С-144, ул. Моисеенко, 10

3-12-3

144-70

ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ

Впоследнее десятилетие интенсивно развивались теория и технология процесса волочения, совершенствовалось обору-

дование.

Это развитие было обусловлено необходимостью получения новых полуфабрикатов (полиметаллические проволока и трубы, особо тонкостенные трубы большого диаметра, тонкостенные про­ фили сложной конфигурации со значительным соотношением тол­ щин элементов и др.), а также вовлечением в процесс волочения новых металлов, которые прежде или вообще не обрабатывали, или обрабатывали в очень ограниченном объеме.

Со времени выхода в свет первого издания книги «Теория во­ лочения» (Металлургиздат, 1957) были разработаны и освоены новые прогрессивные технологические процессы (волочение в усло­ виях жидкостного трения, бухтовое волочение труб на самоустанавливающейся оправке, многократное волочение прутков и труб на станах тракового типа и др.). В стадии исследования и про­ мышленного опробования находится процесс волочения с виб­ рацией.

В связи с этим появилась необходимость внесения в книгу значительных дополнений и некоторых изменений.

Во втором издании внесены некоторые изменения в гл. I и II. Глава III написана заново с учетом последних достижений

в области теории процессов волочения труб.

Главы IV и VI дополнены материалами, относящимися к воло­ чению с вибрацией.

В книгу включена новая глава «Контактное трение и смазка при волочении» (гл. V).

Существенно переработаны главы, рассматривающие методы аналитического определения напряжений волочения и построение переходов при волочении (гл. X).

Для определения силовых условий процессов авторы приводят только формулы, основанные на дифференциальных уравнениях равновесия сил и дифференциальных уравнениях работ внешних и внутренних сил, а также некоторые упрощенные формулы. Све­ дения о других формулах читатель может получить в литератур­ ных источниках, ссылки на которые даны в тексте книги.

Структура книги в основном сохранена прежней, однако, по­ скольку гл. VI (по первому изданию) значительно дополнена и в ней, кроме методов экспериментального определения сил воло-

1" з

чения, рассмотрены также методы определения деформационных параметров процесса и свойств продуктов волочения, эта глава отнесена в конец книги (гл. XIV).

Впоследней главе рассмотрены основные направления со­ вершенствования и развития процесса волочения.

§ 4 и § 6 гл. III написаны канд. техн. наук В. Я. Шапиро, гл. V, §§ 3, 5 и 7 гл. III написаны И. Л. Перлиным и В. Я. Ша­ пиро совместно, а § 4 гл. IV, § 8 гл. VI и гл. XIV — канд. техн. наук Л. С. Ватрушиным; остальной материал книги написан со­ вместно И. Л. Перлиным и М. 3. Ерманком.

При работе над рукописью были использованы ценные заме­ чания рецензента докт. техн. наук Л. Е. Алыпевского, которому авторы выражают глубокую благодарность.

Вподготовке рукописи к печати принимали участие М. В. Ха­ ритонович, В. В. Гуляев и Л. А. Помогаева, которым авторы весьма признательны.

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

/. Термины

Ниже приведены использованные в книге термины, обозначающие основные понятия и величины, по которым до сих пор не установлены однозначные представления, а также некоторые условно сокращенные термины, позволяющие избежать применения многословных наименований. Термины, относящиеся к про­ цессу волочения, соответствуют рекомендациям Комитета по терминологии АН

СССР [1 ].

Термин

 

 

Сущность термина

Пластичность

Состояние твердого тела, при котором под доста­

 

точным силовым воздействием может произойти необ­

 

ратимое, без разрушения изменение расстояний между

 

элементарными

частицами.

Вязкость

Свойство металла разрушаться под действием

 

непрерывно

приложенной одноосной растягивающей

 

нагрузки только после большой пластической дефор­

 

мации.

 

 

Вязкое состояние

Состояние, в котором металл при статическом одно­

 

осном растяжении разрушается только после большой

 

предварительной

пластической деформации.

Хрупкость

Свойство металла разрушаться под воздействием

 

растягивающих сил без заметной пластической де­

 

формации.

 

 

Хрупкое состояние

Состояние, в котором металл при статическом

 

растяжении разрушается без заметной предварительной

 

пластической

деформации.

Сопротивление пласти­ Прочностная характеристика металла, обуслов­ ческой деформации ливающая начало пластической деформации. Такой

характеристикой является либо напряжение чистого пластического сдвига, либо линейное напряжение текучести, равное удвоенному напряжению чистого пластического сдвига [2]. В данной книге за сопротив­ ление пластической деформации принято линейное напряжение текучести.

Напряжение

Величина,

характеризующая интенсивность на­

 

гружения (действующей силы) на заданную поверх­

 

ность.

 

 

Поверхность нагруже­

Поверхность

пластической зоны, образующаяся

ния

контактными поверхностями деформируемого металла

 

с инструментом и поверхностями, отделяющими пла­

 

стические зоны

от

упругих.

Рабочие напряжения Нормальные (действующие перпендикулярно к рассматриваемой площадке) и касательные (действу­ ющие в плоскости рассматриваемой площадки) напря­ жения, возникающие вследствие воздействия внешних сил на поверхность нагружения.

5

Степень деформации Относительная главная деформация удлинения.

Интегральная дефор- Показатель конечной относительной деформации» мация выраженный определенным, интегралом бесконечно

малых относительных деформаций.

Полоса

 

Общее

наименование протягиваемого

металла не­

 

 

зависимо от формы поперечного сечения.

Профиль

 

Общее

наименование формы поперечного сечения

 

 

протягиваемой полосы.

 

 

 

 

 

/ / .

Обозначения

 

 

 

Л и н е й н ы е р а з м е р ы , п л о щ а д и , о б ъ е м ы , у г л ы

 

 

D — общее обозначение диаметра круглого сплошного профиля

 

 

и наружного диаметра трубы, а также диаметра тяговой

 

 

шайбы.

 

 

 

 

 

 

D0 или DH

 

 

 

 

 

 

и Di или DK — начальный и конечный наружные диаметры трубы, а также

 

 

диаметры проволоки или прутка.

 

 

 

 

Dc — общее обозначение

среднего диаметра трубы.

DCH и £>ск — средние начальный

и конечный

диаметры

трубы.

d0 или

d — общее обозначение

внутреннего

диаметра

трубы.

dH

 

 

 

 

 

 

и di или dK— начальный и

конечный

внутренние диаметры

трубы.

 

 

t — общее обозначение

толщины стенки трубы.

 

 

 

 

t — относительная

толщина

стенки

трубы; Г=

 

.

*0

или

/„ .

конечная

 

 

 

с

и 1

или

tK— начальная и

толщины стенки трубы.

 

 

don — диаметр оправки.

 

 

 

 

 

 

 

L — общее обозначение длины протягиваемого полуфабриката

 

 

или изделия.

 

 

 

 

 

 

Ц или LH

иLi или LK — начальная и конечная длины протягиваемого полуфабри­

 

ката или изделия.

 

 

 

 

 

 

 

/общ или Н — общая

длина рабочей и калибрующей зон волочильного

 

канала.

 

 

зоны

волочильного

канала.

 

/р. з — длина

рабочей

 

/кал — длина

калибрующей

зоны

волочильного канала.

 

/у. з — длина

упругой

зоны

волочильного

канала.

 

F — общее

обозначение

поперечного

сечения протягиваемого

 

металла или площади какой-либо поверхности, выделен­

 

ной в деформационной зоне.

 

 

 

Fо

или FH; Fi;

 

 

промежуточные

и конечное поперечные се­

 

F%\ Fк — начальное,

 

чения.

обозначение

обрабатываемого объема.

 

В — общее

 

Веек — секундный объем.

 

 

зоны.

 

 

 

Вд. з — объем деформационной

 

наклона образующей

 

а — рабочий

угол

волоки,

т. е.

угол

 

волочильного канала

 

к его

оси.

 

 

 

а с — средняя

величина

этого угла (при некруглом канале).

 

а п — приведенный

угол

волочильного

канала.

 

«п. с — средняя

величина

угла а п (при

некруглом канале).

 

Р — угол трения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С и л ы

 

 

 

 

 

 

 

 

Р и Р„ — общее обозначение

 

силы

волочения

или

вдавливания.

Q — сила противонатяжения.

 

 

внешнего

противонатя­

Р 0 — сила волочения

при

отсутствии

жения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pq — сила волочения

при

внешнем противонатяжении.

 

Mq — сила, действующая на волоку в осевом направлении, при

внешнем противонатяжении.

 

 

 

 

 

 

Т — общее обозначение

силы

трения.

 

 

 

 

 

N — общее обозначение

нормальной силы.

 

 

 

 

Н а п р я ж е н и я

 

 

 

 

 

 

d ; as; 03 — главные

нормальные

напряжения

 

в данной

точке.

 

т х; т2; т3 — главные

касательные напряжения

в

данной точке.

ав — предел

прочности

(условный) при

растяжении.

после

с Вн и а„к — пределы

прочности

металла

до входа

в волоку и

выхода

из

нее.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ST — сопротивление пластической деформации при растяжении

(или истинный предел текучести при растяжении),

 

5тн и 5 Тк — сопротивления

пластической

деформации металла

в со­

стоянии до входа в волоку и после выхода из нее.

 

S7c — среднее значение сопротивления пластической деформации

в деформационной

зоне.

 

напряжение;

тт ах =

(0,5—

Тщах — максимальное

касательное

— 0,57) 5 Т.

напряжение

на

контактной поверхности,

ап — нормальное

тf — напряжение

трения

на

контактной

поверхности,

 

о пол — полное

напряжение

на контактной поверхности.

 

<7Q — главное

нормальное

окружное

напряжение.

 

аг — главное

нормальное

радиальное

напряжение.

 

<7/ — главное нормальное продольное напряжение, действующее вдоль канала по траекториям, в общем случае не парал­ лельным оси канала.

<jq — напряжение противонатяжения; oq = -р—

<*iq— продольное главное нормальное напряжение, создаваемое

у входа в деформационную аону противонатяжением.

<7/уп — продольное главное нормальное напряжение, создаваемое

при волочении на границе зон упругих и пластических деформаций при отсутствии внешнего противонатяжения.

/С и /Св — общее обозначение напряжения волочения.

КСоб — средняя величина напряжения волочения у выхода из

обжимающей части канала.

/(пер — напряжение волочения в периферийном слое круглого сплошного профиля.

/Скал — составляющая часть напряжения волочения, расходуемая на преодоление сил трения, возникающих в калибрующей части волоки.

/Спел — полное напряжение волочения сплошного профиля. Косви Косд — полное напряжение при осаживании круглой трубы воло­

чением и вдавливанием.

К 3. 0; Кс. о*, ^п. о — полное напряжение волочения круглой трубы на закреп­ ленной, на самоустанавливающейся и на подвижной

оправке (стержне).

7

^р. в и /Ср. д — полное напряжение при раздаче трубы волочением и вдавливанием.

Кпроф — полное напряжение волочения при профилировании.

К о э ф ф и ц и е н т ы

 

 

 

|Л — общее обозначение вытяжки.

переходов.

 

Роб — общая

вытяжка

за

несколько

 

prt — частная

вытяжка

за

п

переход.

 

п

 

 

 

 

 

п переходов

 

Рср — средняя вытяжка

в

ряде

рср =

]/роб-

к — относительное удлинение \= —

——

или

Ft LQ

 

 

 

 

 

 

*-н

 

 

6 — относительное обжатие 6 = —

— — или - F*-F x

Н— интегральная

 

 

 

Fn

 

Fo

деформация удлинения;

 

= In

In p.

 

 

 

 

 

 

e — общее

обозначение

степени

деформации,

показателем

которой по ходу изложения принимают либо относитель­ ное обжатие 6, либо интегральную деформацию удлине­ ния (/.

fn — коэффициент трения по нормальному давлению.

Тс и упер — коэффициенты, учитывающие увеличение общего напря­ жения волочения и напряжения волочения периферийных слоев от изменения направления траекторий продольных

главных напряжений.

противонатяжения.

Yq —- коэффициент

использования

Ув — коэффициент

запаса

напряжения

волочения.

Р? — коэффициент

использования

работы противонатяжения.

р — коэффициент

Лоде, входящий в условие пластичности,

для учета

влияния

среднего

главного напряжения;

р= 1^-1,155.

v— коэффициент Пуассона.

П р о ч и е в е л и ч и н ы

ов — скорость волочения.

шл — скорость локальной деформации. wi — скорость интегральной деформации.

Глава I

СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА ВОЛОЧЕНИЯ, ЕГО ОСНОВНЫЕ РАЗНОВИДНОСТИ И ДЕФОРМАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Волочением называется способ обработки металла давлением, при котором обрабатываемый металл в виде заготовки постоян­ ного поперечного сечения вводится в канал волочильного инстру­ мента (волоки) и протягивается (проволакивается) через него* Форма поперечного сечения канала одинакова или близка к форме поперечного сечения протягиваемого металла. Сечение канала плавно уменьшается от места входа металла в инстру­ мент к месту выхода из него. Выходное сечение канала всегда меньше поперечного сечения протягиваемой заготовки. Поэтому заготовка, проходя через волоку, деформируется, поперечное сечение ее изменяется, и она после выхода из волоки принимает форму и размеры наименьшего сечения канала. Длина полосы при этом возрастает прямо пропорционально уменьшению поперечного сечения. Перед волочением на специальных станках заостряют передний конец заготовки, предназначенной для обработки, с та­ ким расчетом, чтобы этот конец легко входил в волоку к частично выходил с ее противоположной стороны. Этот конец захватывают специальным тянущим механизмом. При волочении полых про­ филей с утонением стенки волочильный канал образуется волокой и оправкой, которая может быть закрепленной, подвижной и сво­ бодной — самоустанавливающейся. Назначение, особенности и

области применения каждой из них рассмотрены в гл. III. Схемы основных разновидностей процесса волочения показаны

на рис. 1.

Чтобы уменьшить внешнее трение, между поверхностями про­ тягиваемого металла и волочильного канала вводят смазку. Это уменьшает расход энергии на волочение, способствует получению у протягиваемого металла гладкой поверхности, сильно умень­ шает износ самого канала и позволяет проводить процесс с повы­ шенными степенями деформации.

Для уменьшения внешнего трения и повышения стойкости канала часто применяют волочение с противонатяжением (рис. 2). Сущность его заключается в следующем. К протягиваемому ме­ таллу со стороны входа его в волоку прикладывают силу Q, на­ правленную в сторону, противоположную движению металла, и потому называемую внешним (или просто) противонатяжением

вотличие от внутреннего, о котором указано в гл. II и VI. От этого

взаготовке еще до ее входа в волочильный канал в осевом направ­ лении создаются растягивающие напряжения. Они вызывают,

9

как это показано далее, уменьшение давления металла на стенки канала, что, естественно, увеличивает его стойкость. Этот метод отличается и некоторыми недостатками, отмеченными ниже, и потому не всегда применяется.

В большинстве случаев металл, обрабатываемый волочением, предварительно не нагревают (холодное волочение), а образу-

------------

$

1 ^ 3

ш Ш г У

1--------------

/

г -

Рис. 1. Схемы основных разновидностей процесса волочения:

а — круглого сплошного профиля; б — некруглого сплошного профиля; в — круглой трубы, без оправки; г — круглой трубы, на закрепленной оправке; д — круглой трубы, на самоустанавливающейся оправке; е — круглой трубы, на подвижной оправке; / — во­ лока; 2 — протягиваемое изделие; 3 — оправка

ющееся в канале тепло деформации и внешнего трения отводится окружающей средой или охлаждающими эмульсиями, водой, ма­ слами, непрерывно омывающими волоку. Холодное волочение с ис­ пользованием качественной смазки и инструмента рационального

Ю