книги / Теория волочения

Влияние противонатяжения

От противонатяжения при прочих равных условиях процесса волочения снижаются силы трения и уменьшается неравномер­ ность деформации и остаточных напряжений. В результате умень­ шения остаточных напряжений несколько увеличиваются средние значения предела прочности на растяжение (ав). Опыты, прове­

ния положительно влияет на прочностные характеристики. Однако применение высоких противонатяжений (значительно выше кри­ тических) может быть связано с увеличением дробности дефор­ мации, что, как показано далее, отрицательно действует на проч­ ностные характеристики протянутого изделия. Поэтому следует применять волочение с такими величинами противонатяжений, которые не вызывают необходимости уменьшать частные дефор­ мации и повышать их дробность.

Влияние дробности деформации

Повышение дробности деформации, т. е. увеличение числа переходов при одной и той же суммарной деформации или умень­ шение вытяжек за один переход, ведет к росту сдвиговых дефор­ маций на периферийных слоях, отчего в этих слоях несколько повышаются остаточные растягивающие напряжения и соответ­ ственно возрастают сжимающие остаточные напряжения в глубин­ ных слоях протягиваемого металла. Такое перераспределение продольных остаточных напряжений приводит к более раннему разрушению периферийных слоев при растяжении и, следова­ тельно, к уменьшению предела прочности при растяжении, что подтверждено многочисленными наблюдениями.

391

В работе [24] изучено влияние числа протяжек на предел прочности алюминиевой проволоки. Волочение вели со ско­ ростью 40 м/мин на мазутной смазке. Протягивали алюминиевую катанку с обжатиями за переход в 15, 25 и 35% на диаметр 2,35 мм. После каждого перехода определяли пределы прочности при растя­ жении. Результаты опытов А. И. Басса приведены на рис. 208 [24]. Им же описаны опыты Алкинса с медной проволокой, протя­ нутой в 1; 5 и 9 переходов с суммарной вытяжкой, равной

двум. Результаты этих опытов приведены на рис. 209 [24].

Следовательно, для получения протянутого металла с более высокими прочностными характеристиками волочение необхо­ димо вести либо при максимальных частных вытяжках, либо при соответствующих противонатяжениях. Худшие механические характеристики дают проволоки, протянутые при малых частных вытяжках и отсутствии противонатяжения.

зывает заметного влияния на показатели твердости и на ее распре­ деление в поперечных сечениях прутка.

392

Влияние направления волочения -

По приведенной на рис. 191 схеме и установленному ранее незначительному влиянию изменения направления волочения на остаточные напряжения следует, что эти факторы незначительно влияют на механические свойства продуктов волочения. Это подтверждают также многократные опыты и практика, которая не обнаруживает каких-либо заметных преимуществ того или другого метода. Поэтому можно считать, что постоянство или изменение направления волочения практически не меняет проч­ ностные характеристики.

Влияние изгиба полосы при наматывании ее после волочения

Проволока после выхода из волоки наматывается на проме­ жуточную тяговую шайбу либо на приемный конус или катушку и, следовательно, изгибается. Это сопровождается остаточными деформациями. Изгиб проволоки в разных направлениях приме­ няют также при ее правке. Опыт показывает, что такой изгиб ведет к перераспределению остаточных напряжений и вызывает изменение показателей механических свойств. Изучением этих изменений занимался К. П. Колчин [28]. Он нашел, что допол­ нительные деформации проволоки от изгиба вызывают некоторое уменьшение предела прочности и увеличение удлинения и что изменение этих прочностных характеристик повышается с уве­ личением упрочнения.

Гаррис [26] установил такое же влияние изгиба на предел прочности и показал, что понижение прочности растет с увели­ чением кривизны изгиба, т. е. с уменьшением диаметра шайб или приемных устройств. По его измерениям, изгиб не вызывает за­ метных изменений механических свойств проволоки лишь в тех случаях, когда диаметр шайбы или приемника в 250 и более раз превышает диаметр наматываемой провлоки, т. е. когда изгиб не вызывает заметных пластических деформаций.

Влияние температуры деформационной зоны и скорости волочения

От скорости волочения зависят температурные условия про­ цесса и коэффициент трения, эти факторы соответственно влияют и на механические свойства металла после волочения.

Известно, что предел прочности медной тонкой (0,2 мм и меньше) проволоки, протягиваемой на многократных машинах

свысокими скоростями (25—35 м/сек), составляет 44—48 кГ/мм2,

атакой же проволоки, протянутой при прочих равных условиях со скоростью 3—4 м/сек, 50—52 кГ/мм2.

Такое снижение прочности с увеличением скорости волочения объясняется повышением температуры деформационной зоны и,

393

как следствие, отпуском протягиваемого металла. Убедительным примером такого влияния скорости может служить возможность повышения суммарной вытяжки до 7—8 (от отжига до отжига) при бухтовсм волочении латунных труб на самоустанавлизающейся оправке со скоростью —100 м1мин по сравнению с волоче­ нием на линейных станах со скоростью 20—30 м!мин, при котором суммарная вытяжка не превышает 4. Однако предел прочности может понизиться с уменьшением скорости, когда основное влия­ ние оказывает не температура, а коэффициент контактного тре­ ния . С уменьшением скорости волочения в общем случае коэф­ фициент контактного трения увеличивается, а при таком увели­ чении (см. табл. 43) наблюдается тенденция к снижению предела прочности.

Наварро [291 исследовал влияние скорости волочения медной проволоки диаметром 0,5 мм из заготовки диаметром 7,5 мм и получил следующие результаты (табл. 44), подтверждающие изложенное.

ЛИТЕРАТУРА

1.Г у б к и н С. И. Теория обработки металлов давлением. Металлургиздат, 1947.

2.Р у р а А. М. Методы определения остаточных напряжений. Энциклопеди­

9.К а р а с е в и ч В. И. Цветные металлы, 1948, № 5, с. 49.

10.М и н и н П. И. Исследование волочения прутков и проволоки. Машгиз, 1948.

11.Справочник по технической механике под ред. А. Н. Динника. Гостехиздат, 1949.

394

Глава XIV

МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛОВЫХ

И ДЕФОРМАЦИОННЫХ УСЛОВИЙ, ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА И СВОЙСТВ ПРОДУКТОВ ВОЛОЧЕНИЯ

I.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Основными параметрами, определяющими оптимальные усло­ вия деформации в рассматриваемом процессе, являются сила и напряжение волочения. Эти параметры используют для контроля

качества волок, сравнения качества смазок, определения размеров деталей волочильных машин, мощности двигателя и т. п. Сила волочения для заданных условий процесса может быть опреде­ лена экспериментальными и аналитическими методами. Более точные результаты дают экспериментальные методы, которые позволяют воспроизвести деформационные условия, близкие к про­ изводственным. Аналитические методы отражают влияние лишь основных факторов процесса и требуют предварительного опре­ деления некоторых необходимых для расчета параметров и коэф­ фициентов (в частности, сопротивления деформации и коэффи­ циента трения в деформационной зоне), установление которых представляет серьезные трудности. Поэтому аналитические ме­ тоды дают обычно менее точные результаты. Преимущество ана­ литических методов — их сравнительно небольшая трудоемкость, отсутствие необходимости в специальном оборудовании, измери­ тельной аппаратуре и заготовках с соответствующим исходным состоянием. С помощью этих методов создаются ясные представле­ ния о характере влияния того или иного параметра процесса на силу и напряжение волочения.

Методы определения силы волочения выбирают в зависимости от необходимой степени точности. Экспериментально силу воло­ чения можно установить либо непосредственным замером, либо пересчетом после определения мощности привода или расхода энергии.

Несмотря на то что обычно непосредственное определение силы волочения более точно, при определении ее через мощность двигателя или расход энергии можно достичь достаточно точного соответствия условий опыта условиям производства, что не всегда удается осуществить при непосредственном определении. В боль­ шинстве случаев выбор того или иного метода экспериментального определения сил волочения зависит от возможностей экспери­ ментатора.

3 9 С

Непосредственно силы волочения во всех случаях измеряют динамометрами, конструкция и точность показаний которых соответствуют условиям эксперимента, размерам и прочностным характеристикам протягиваемой полосы.

В то же время радиальные напряжения определяют с помощью специальных волок или оправок, конструкция которых включает в себя и силоизмерительные элементы. Поскольку величина контактных касательных напряжений зависит от радиальных напряжений, естественно стремление определить обе эти вели­ чины. Это может быть проделано более точно с помощью точеч­ ных месдоз, одни из которых расположены под углом 45, а другие под углом 90° по отношению к поверхности канала волоки.

К другим параметрам, представление о которых позволяет разработать рациональную технологию волочения, относятся скоростные условия процесса, профиль волочильного канала, температурные условия и остаточные напряжения в продуктах волочения.

2.ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВОЛОЧЕНИЯ

При моделировании изучаемого процесса волочения ведут ла­ бораторное исследование процесса, подобного изучаемому, но отличающегося от него некоторыми условиями и параметрами.

При решении заданной задачи моделирования учитывают: а) деформационно-силовую схему; б) температурно-скоростной режим; в) механический режим; г) контактные условия.

В подавляющем большинстве случаев рассматриваемая задача моделирования осуществляется при одинаковых деформационносиловых схемах модели и натуры и с различными степенями изме­ нения формы тела, одинаковыми для модели и натуры.

Химический состав модели должен точно соответствовать химическому составу натуры, а исходная структура модели — структуре натуры. Трудности вызывает поддержание подобия температурно-скоростного режима и контактных условий модели и натуры. При этом может возникнуть одно из следующих ус­ ловий:

а) распределение температур в модели однородно и темпера­ тура модели не изменяется от контакта с инструментом;

б) распределение температур в модели неоднородно, но изме­ нение температур модели и натуры одинаково. Это условие допол­ няет условие идентичности температурно-скоростного режима и возникает в том случае, если температура натуры отличается от температуры деформирующего его инструмента.

Можно считать, что изменение температур идентично в одном из трех вариантов:

397

1)если отношение контактной поверхности к объему одинаково

умодели и натуры (в том случае, если не обязательно соблюдение условия геометрического подобия);

2)если отношение скорости деформации модели к скорости деформации натуры принимается равным масштабу моделирова­ ния при условии геометрического подобия модели и натуры;

3)если осуществлена теплоизоляция модели, соблюдены усло­ вия геометрического подобия, идентичность температурно-ско­ ростного режима и изменения температур.

При соблюдении первого условия наблюдается одинаковое изменение температур модели и натуры. В некоторых случаях это условие неприемлемо, так как требует разных скоростей деформации модели и натуры и, следовательно, различной дли­ тельности деформации. Идентичность изменения температур мо­ дели и натуры наиболее надежно обеспечивается по третьему варианту.

Моделирование контактных условий (смазки и их ввод, форма

исостояние контактной поверхности, поверхностные окислы, контактное трение, анизотропия трения, температуры зон и т. п.) представляется особенно важным. Здесь каждый, на первый взгляд, незначительный фактор может иметь решающее значение. Так, изменение угла рабочей зоны волоки только на 1—2 град, может повлиять на режим трения, что изменит характеристики процесса волочения. То же можно сказать и об изменении условий

охлаждения металла в зоне деформации в зависимости от ско­ рости — факторов, тесно связанных с режимом трения. Измене­ ние противонатяжения также резко скажется на величине контакт­ ного давления, условиях контактного трения и движения смазки в зоне деформации.

Таким образом, при моделировании следует тщательно учи­ тывать все особенности процесса волочения, которые могут вы­ звать отклонение условий деформации модели от деформации натуры и стремиться уменьшить величину этих отклонений.

3.ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛ ВОЛОЧЕНИЯ С ПРОТИВОНАТЯЖЕНИЕМ

Чтобы определить силы волочения, можно использовать ма­ шину для испытания на растяжение почти любой конструкции. Схема приспособления, необходимого для волочения на испыта­ тельной машине, показана на рис. 210. Металлическая рамкаволокодержатель прикреплена к верхнему зажиму машины, на рамку установлена волока.

При определении силы волочения в процессе, ведущемся без

398

падает в волоку 2, а затем на приемную катушку. Сила волочения Р , вызывающая осевую реактивную силу М, переда­ ется через волоку и рамку 11 силоизмерительным механизмом машины, которые ее реги­ стрируют.

Для определения осе­ вой реактивной силы M qf

нии упора регистрирующий механизм машины покажет полную силу волочения Pqy а осевая реактивная сила М д по указанной формуле получится вычитанием силы Q из Ря.

Изложенное показывает, что при определении сил в условиях внешнего противонатяжения достаточно экспериментально опре­ делить какие-либо две из трех указанных выше сил, однако для

399