книги / Теория волочения

Применяя синхронизацию сматывания проволочной заготовки, можно значительно повысить технический максимум скорости волочения. Так, по данным И. Л. Перлина, скорость волочения медной проволоки диаметром 0,04—0,15 мм может быть доведена до 12 м/сек. Скорости волочения труб на станах барабанного типа также в значительной мере зависят от диаметра трубы, однако здесь обычно не наблюдается максимума скорости с уменьшением диаметра трубы, отмеченного при волочении проволоки. Ниже приведены скорости волочения труб различного диаметра на стане с приемником диаметром 1500 мм:

Скорость на машинах многократного волочения без скольжения проволоки с магазинными промежуточными шайбами-прием­ никами

На машинах этого типа применение больших скоростей воло­ чения затруднено главным образом из-за сложности механизма сбегания проволоки с предыдущей шайбы, связанной с закручи­ ванием проволоки около собственной оси. Поэтому при больших длинах протягиваемых полос или при их сварке между собой до волочения применяемые скорости почти не зависят от свойств протягиваемого металла. Ниже приведены выходные скорости во­ лочения, применяемые на машинах рассматриваемого типа:

Скорость на машинах многократного волочения со скольжением проволоки или с синхронизацией ско­ ростей проволоки и тяговых шайб

Так как скорости, применяемые на машинах этого типа, в боль­ шой степени зависят от свойств протягиваемого металла и разме­ ров полосы, они определяются технологическим максимумом. Наи­

медной проволоки диаметром 0,3 мм со скоростью 50 м/сек и диа­ метром 0,9 мм со скоростью 30 м/сек.

Проволоку диаметром меньше 0,10 мм протягивают с умень­ шенными скоростями. Это объясняется следующим:

361

1.Более интенсивным ростом температуры протягиваемой про­ волоки в деформационной зоне при уменьшении ее диаметра и повышении скорости. Это происходит из-за увеличения относи­ тельной поверхности деформационной зоны (на единицу ее объема)

ивследствие этого повышенного выделения тепла контактного трения на единицу объема проволоки.

2.Увеличением доли дополнительных напряжений от вибрации проволоки во время волочения в общей величине напряжения. Такая вибрация вызывается колебанием скорости волочения за период одного оборота тяговой шайбы или приемника, возникаю­

щим даже при малейшей несоосности вследствие неточностей в сборке вращающихся механизмов.

Практически применяемые выходные скорости при больших длинах протягиваемых полос или при сварке их между собой и хорошо организованном спуске заготовки в процессе волочения

1м /с е к .

3.ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ПРИВОДА ВОЛОЧИЛЬНЫХ МАШИН

Все виды энергетических затрат отражены в процессе много­ кратного волочения со скольжением проволоки. Поэтому далее приведен вывод формулы, определяющей мощность привода ма­ шины для многократного волочения со скольжением. В такой ма­ шине мощность, передаваемая приводом, расходуется на:

362

1.Осуществление процесса волочения.

2.Потери на трение, возникающее между витками проволоки

ишайбами.

3.Изгиб проволоки около шайбы, происходящий при набега­ нии проволоки на шайбу и сбегании с нее.

4.Потери на трение в механизмах машины.

5.Холостой ход машины.

На осуществление процесса волочения в каждой тяговой шайбе расходуется мощность, равная

п= 1

Так как скорость взаимного перемещения шайбы относительно

На изгиб или разгибание витка проволоки около одной шайбы расходуется мощность, определяемая следующим образом.

Окружная сила М (рис. 181) на шайбе радиуса г, необходимая для изгиба полосы, имеющей момент сопротивления пластиче­ скому изгибу Ws , определяется из равенства моментов

откуда при скорости движения проволоки после д-й волоки Бп мощность, необходимая для изгиба проволоки на д-й шайбе, опре­ делится выражением

363

Мощность, расходуемая на изгиб и разгибание проволоки на

Здесь множитель 2 учитывает изгиб и разгибание проволоки на каждой шайбе, а последний член — только один изгиб проволоки на приемнике (гпР — средний радиус приемника).

Мощность, необходимая для преодоления потерь на трение в механизмах, обычно учитывается коэффициентом rj, который вы­ числяют на основании кинематической схемы машины и качества передающих механизмов.

Мощность, необходимую для осуществления холостого хода машины (Мх.х), определяют обычно на основании vкинематической схемы, качественных характеристик передающих механизмов и

скольжения с синхронизацией скоростей достаточно в этой фор­ муле величинам Бп придать значения средних скоростей каждой шайбы.

Для определения мощности на валу двигателя машины без скольжения с магазинными шайбами достаточно в формуле (XIЫЗ)

364

Глава XIII

НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРОДУКТОВ ВОЛОЧЕНИЯ

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Условия процесса волочения, как и всякого реального про­ цесса пластической деформации, таковы, что создается нерав­

номерность деформации между отдельными большими и малыми участками деформируемого объема. Вследствие этого в продуктах волочения возникают остаточные напряжения. При волочении проявляются обычные причины, вызывающие неравномерность де­ формации и напряженного состояния: внешнее трение, целостность обрабатываемого металла, внутреннее трение, неоднородность структуры, неодинаковые температурные условия деформации на отдельных участках протягиваемого металла, а в отдельных слу­ чаях и особые причины: пластический изгиб при образовании вит­ ков, отсутствие подобия начального и конечного поперечных се­ чений протягиваемой полосы и др. Характер и неравномерность напряженного состояния у входа в деформационную зону и в самой зоне при волочении были изложены в гл. II.

В данной главе рассмотрен характер напряженного состояния продуктов волочения и, поскольку оно влияет на их механические свойства, описан ряд мероприятий для возможного улучшения этих свойств. Металлический полуфабрикат, находящийся под действием остаточных напряжений, хуже сопротивляется механи­ ческой нагрузке от внешних сил, так как в некоторых его зонах действуют напряжения одинакового знака с напряжениями, воз­ никающими от приложенных сил и, следовательно, увеличиваю­ щими нагруженность металла в этих зонах. Основная внешняя сила, осуществляющая процесс волочения, прикладывается к части объема металла, вышедшего из деформационной зоны. Поэтому следует различать характер и степень неравномерности напря­ женного состояния части объема металла, вышедшей из дефор­ мационной зоны, но еще передающей основную силу, и объема протянутого металла, вышедшего из сферы действия этой силы. На характер и степень неравномерности напряженного состояния и, следовательно, величину остаточных напряжений в основном влияют вид и режим процесса, величина противонатяжения, дроб­ ность деформации и ряд других факторов, от которых зависят также и механические свойства протянутого металла.

Характер и степень неравномерности напряженного состояния, как известно, в большинстве случаев определяют по характеру и

366

величине пластических и упругих деформаций в различных участ­ ках деформированного объема. Поэтому точность этого определе­ ния в значительной степени зависит от методов измерения дефор­ маций, которые следует выбирать в соответствии с порядком из­ меряемых абсолютных величин.

Для круглых профилей могут быть использованы методы коор­ динатной сетки, стачивания, высверливания и травления [1 , 2 ]. Для профилей небольших сечений применяют методы микромеханических испытаний [3]. В зависимости от свойств металла, формы профиля и поставленной задачи могут быть использованы методы:

2.ВОЗДЕЙСТВИЕ УПРУГИХ ДЕФОРМАЦИЙ МЕТАЛЛА

ИВОЛОКИ НА ПРОТЯНУТУЮ ПОЛОСУ

Поперечные сечения и линейные размеры протянутой через волоку полосы в общем случае не равны соответствующим раз­ мерам выходного сечения волоки. Они либо больше, либо меньше и только в очень редких случаях равны между собой. Это объяс­ няется следующим:

1. Волока не может быть абсолютно жесткой, поэтому в на­ груженном состоянии, когда через нее протягивается металл, ее выходное сечение всегда больше, чем в ненагруженном состоянии, на некоторую величину A /v

2. При выходе из канала волоки протягиваемая полоса на­ ходится под действием растягивающих напряжений; если эти на­ пряжения близки к пределу текучести или превышают его даже только на некоторых участках, то величина поперечного сечения полосы, вышедшей из волоки, будет меньше поперечного выход­ ного сечения волоки в нагруженном состоянии на некотору ве­ личину &Fm.

3. После окончания процесса волочения и, следовательно, сня­ тия растягивающей силы на протянутой полосе проявляется упру­ гое последействие, которое увеличивает поперечное сечение по­ лосы на некоторую величину ДFM, в результате чего поперечное

При нормальном течении процесса, при достаточной величине

т. e. поперечное сечение профиля после волочения больше выход­ ного сечения волоки в ненагруженном состоянии.

367

При волочении профилей больших сечений разность FM— FB становится заметной и, если ее не учесть при расчете величины FB, поперечные размеры протянутого профиля могут получиться не соответствующими установленному техническими условиями полю допусков, особенно при износе волоки.

Величину FM— FB или соответствующую этой разности при круглых профилях разность диаметров DM— DBиногда на прак­ тике называют «подъемом металла».

Величины AFB и соответствующая ей ADBзависят:

1. От размеров и материала волоки; чем больше размеры и мо­

дуль упругости материала волоки, тем жестче волока и меньше при прочих равных условиях AFBи ADB.

2.От величины силы, расклинивающей волоку. При волоче­

нии круглого профиля величина расклинивающей волоку силы с некоторым приближением может быть определена следующим образом. Величина максимального радиального напряжения опре­ деляется по формуле

(ХШ-З)

Величина расклинивающей силы R (рис. 182), разрывающей волоку в направлении, перпендикулярном оси канала, может быть принята равной произведению максимального радиального напря­ жения на величину продольного сечения деформационной зоны, проходящего через ось канала:

Из этого выражения следует, что максимальная расклинивающая сила уменьшается:

368

а) с уменьшением STc, т. е. со снижением прочности протя­ гиваемого металла;

б) с уменьшением обжатия; в) с увеличением угла а.

Уменьшение расклинивающей силы и, следовательно, дефор­ мации волоки с увеличением угла а подтверждено практикой во­ лочильного производства [7] и используется для повышения срока службы волоки при волочении круглых профилей больших сече­ ний. Для этого новую волоку делают с малым углом а (7—10е), а после ее износа растачивают канал таким образом, что угол а возрастает до 20—25°, а выходной диаметр остается неизменным. Так как при а = 20-н25° деформация волоки уменьшается, то

протягиваемый металл входит в каждую после­ дующую секцию с увеличивающимся противонатяжением, умень­

шающим расклинивающую силу. Поэтому для уменьшения AFB применение волок такой конструкции целесообразно.

Все изложенные выводы о влиянии формы канала и других параметров процесса волочения круглых сплошных профилей на величину расклинивающей силы и деформацию волоки в общем применимы и для других профилей.

Величина AFMи соответствующая ей величина ADM зави­ сят от:

1.Размеров протягиваемой полосы и ее механических свойств

всостоянии после выхода из канала; чем больше линейные раз­ меры поперечного сечения и чем меньше модуль упругости, тем больше должна быть величина AFM.

2 . Скорости деформации, которая находится в прямой зависи­

мости от скорости волочения и степени деформации и в обратной — от длины деформационной зоны.

3. Промежутка времени между изменением AFM и окончанием процесса; AFM с увеличением этого промежутка изменяется по затухающей кривой.

Отсюда AFMуменьшается:

а) с уменьшением скорости волочения; б) с понижением степени деформации;

в) с уменьшением промежутка времени от конца процесса до испытания;

г) с увеличением длины деформационной зоны, т. е. с умень­ шением угла а и ростом длины калибрующей зоны канала.

В. И. Карасевич [9] указывает на заметное влияние угла во­ локи на величину упругого последействия при осаживании трубы; его эксперименты показывают, что отклонение наружного диаметра осаженной трубы от диаметра выходного сечения канала ненагруженной волоки повышается с увеличением а и составляет при осадке медных труб диаметром 20—40 мм на 5 мм через волоку с а = 10 град. 0,9%, с а = 20 град. 1,8%, с а = 30 град. 2,6% от диаметра трубы.

Множественность факторов, влияющих на величину упругого последействия протягиваемого металла, и практически необходи­ мая высокая точность определения ее пока не дают возможности применить аналитический метод расчета. Величину упругого по­ следействия приходится определять опытным путем для каждой группы более или менее аналогичных процессов.

Н. И. Шефтель и В. В. Исупов [7] сделали попытку применить аналитический метод с упрощениями для расчета величины упру­ гого последействия. Однако он не может быть признан обобщаю­ щим. Так, проверка П. Й. Мининым [10] формул, предложенных в работе [7], не подтвердила возможности их использования во всех случаях.

Упругое последействие наблюдается и подлине протягиваемого металла. Об этрм свидетельствуют обязательное укорочение по­ лосы вследствие проявления упругой продольной деформации, а также общеизвестный факт некоторого искривления всякой про­ тянутой полосы после окончания процесса. Такое искривление происходит из-за неполного совпадения оси волочильного канала с направлением силы волочения, некоторой неравномерности и не­ симметричности механических свойств протягиваемой полосы по ее сечению, некоторого различия условий трения на контактной поверхности, появляющейся из-за неоднородности смазки и ка­ чества обработки поверхности канала волоки, а также других явлений, отличающих производственный процесс волочения. Все эти явления вызывают неравномерные дополнительные деформации и напряжения, которые сопровождаются неравномерными проявле­ ниями упругого последействия.

При волочении полосы в мотках, особенно когда диаметр мотка примерно в 700 и более раз превышает диаметр самой проволоки, что бывает главным образом при волочении проволоки тонких и тончайших размеров, неравномерность продольного укорочения проволоки бывает настолько большой, что в своем стремлении к достижению естественной кривизны каждое кольцо, а часто и целые мотки коробятся и иногда принимают форму «восьмерки».

Для предупреждения такого коробления необходимо проволоку после выхода ее из волоки, перед наматыванием пропустить через правильное устройство, устанавливаемое между волокой и прием-

370