книги / Теория волочения
..pdfи. 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-й |
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