книги / Теория волочения

этих напряжений. Для выявления растягивающих напряжений образец покрывают лаком под действием сжимающей нагрузки. После высыхания лака нагрузку снимают и по расположению трещин определяют траектории растягивающих напряжений [34].

Этот метод может быть использован в сочетании с высверлива­ нием отверстий [35]. Действие напряжений определяется харак­ тером распределения трещин лака вокруг высверленного отвер­ стия. При линейном напряженном состоянии трещины лака располагаются концентрически с прерыванием трещин в направ­ лении растяжения, при двухосном сжатии от остаточных напря­ жений трещины будут концентрическими без прерывания, при двухосном растяжении — радиальными.

Качественно остаточные напряжения можно определить по растрескиванию образцов в коррозионно-агрессивной среде. По времени до растрескивания судят о величине остаточных напря­ жений.

Количественно остаточные напряжения могут быть определены по изменению твердости, магнитной проницаемости [35, 36], изменению частоты колебаний струны, жестко скрепленной с иссле дуемым объектом [37 ]; оптическим методом, основанным на двой­ ном лучепреломлении поляризованного луча при прохождении

образца механическими индикаторами, а также с помощью инстру­ ментального микроскопа УИМ-21 или тензодатчиков.

Рентгеновский метод определения остаточных напряжений основан на измерении расстояний между атомными плоскостями, зависящих от величины упругих напряжений. Элементы микро­ структуры, дающие отражение на рентгенограмме, не располо­ жены беспорядочно, а ориентированы определенным образом относительно направлений деформации. В этом случае деформа­ ция решетки характеризует совместное действие макро- и микро­ напряжений. Рентгеновский метод отличается меньшей точностью, чем механические методы, и требует большего времени для изме­ рения деформации. Недостатком рентгеновского метода является и то, что при его использовании можно измерить деформацию лишь по плоскостям, дающим четкие дифракционные линии, и при пересчете на напряжения необходимо знать упругие кон­ станты именно этих плоскостей.

Чаще других применяют методы измерения остаточных напря­ жений с помощью механических индикаторов с ценой деления 0,02—0,001 мм. Для повышения точности стремятся увеличить измеряемую базу и доводят ее до 100—200 мм [41].

Г. И. Аксенов и Д. Г. Курилех [42], определявшие остаточные напряжения на тонкостенных трубах, стремясь увеличить точ­ ность измерения деформации разрезанных колец и не исказить эти деформации давлением на них щупа индикатора, включали

421

кольцо и индикатор в электрическую цепь (рис. 236). Когда щуп индикатора соприкасался с кольцом трубы, цепь замыкалась и в телефоне появлялся звук. В этот момент производился отсчет по индикатору, определявший диаметр кольца.

Дальнейшего увеличения точности определения остаточных напряжений можно достичь, применяя для измерений величины деформации инструментальный микроскоп УИМ-21 с ценой де­ ления микрометрических головок 0,0001 мм, Для нанесения базо­ вой длины используют алмазные пирамидки от твердомера Вик­ керса, закрепленные в оправке, с помощью которой можно про­

измерения деформаций в пределах ±0,075%. Датчики включаются в прибор по схеме моста, двумя плечами которого служат рабочие и компенсационные датчики, а двумя другими — балансировочное устройство прибора, состоя­ щее из набора сопротивлений и реохорда. Продольную и попе­ речную деформацию после каждой операции удаления слоя образца проводят раздельно.

Для тарировки используют образец для стандартных испыта­ ний на сжатие, изготовленный из исследуемого металла и вклю­ ченный в электрическую схему вместо рабочего образца. На осно­ вании тарировки определяют величину относительной деформации образца, напряжение, вызвавшее эту деформацию, и цену одного деления прибора. Порядок расчетов для перехода от замеренных деформаций, выраженных в делениях прибора, к напряжениям, вызвавшим эти деформации, подробно изложен в работе К. К. Годерзиан [43].

Продолжительность испытания образцов проволоки, прутков или труб с определением величины остаточных напряжений, как правило, велика. За это время успевают покрыться окисной плен­ кой контакты реохорда приборов ИСД-2 и ИСД-3, что приводит

4 2 2

к значительному снижению точности замера. Поэтому перед определением величины деформаций необходимо на эталонном образце проверить правильность показаний регистрирующего прибора.

П . ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРА ТЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА ПРИ ВОЛОЧЕНИИ

Взаимное перемещение частиц обрабатываемого металла в во­ локе может быть изучено прямыми или косвенными методами. Наиболее распространенным прямым методом, при помощи кото­ рого кинематика течения металла изучается непосредственно, является метод координатных сеток.

При этом методе на наружной поверхности или поверхности продольного разреза деформируемой заготовки после шлифовки алмазным резцом или накаткой наносят ряд линий, образующих правильные простые фигуры (квадраты, круги и т. д.). Изменение размеров нанесенных фигур в результате деформации отражает характер течения металла [44, 45].

Чтобы получить более полную характеристику течения металла при волочении, применяют непрерывное наблюдение за измене­ ниями формы и положения линий в процессе деформации. Наблю­ дение ведут визуально или применяют скоростную киносъемку.

Учитывая искажение формы сетки, вычисляют работу сдвига, необходимую для деформации сетки [46]. Работа сдвига в единице объема определяется интегрированием дифференциального урав­

где т — напряжение сдвига; г — радиус проволоки или толщина полосы; у — текущая координата;

у — угол, образуемый поперечными линиями сетки с осью у . Величина т может быть определена как среднее сдвигающее напряжение, возникающее в случае плоского или объемного сжа­

тия при соответствующей степени деформации.

Кроме описанного, для исследования течения металла приме­ няют методы, заключающиеся в нанесении углублений или высту­ пов на поверхности и внутри исследуемой заготовки, использова­ нии образцов, составленных из отдельных частей по длине за­ готовки, и введении в деформируемую заготовку инородных тел в виде проволок, стержней, винтов, шариков. Материал этих тел должен незначительно отличаться от материала заготовки по прочностным характеристикам, но иметь различие в цвете или травимости.

423

К прямым методам исследования характера течения металла при волочении относят методы визуального наблюдения под микроскопом за перемещениями отдельных зерен или их частей, с возможной фиксацией на фотоили кинопленку.

Для этих же целей применяют и такие косвенные методы, как исследование макрошлифов наиболее характерных сечений дефор-

Рис. 237. Линии одинаковой твердости (изодуры) на заторможенном образце:

а — пруток, протянутый через волоку с а = 5° 31'; б — стальная труба, про­

тянутая с обжатием 39,6%

мируемой заготовки, а также исследование твердости и величины деформированного и рекристаллизованного зерна.

При измерении микротвердости в различных точках зоны де­ формации или протянутого прутка [47, 48] на разрезанном вдоль образце с помощью измерителя твердости ПМТ-3 или другого прибора удается получить ориентировочное распределение де­ формации по объему образца, так как считается, что большей величине твердости соответствует большая величина деформации. По результатам измерения твердости строят изодуры (линии одинаковой твердости). При использовании метода сравнения величины рекристаллизованного зерна распределение деформаций

424

инапряжений устанавливают, исходя из того, что величина зерна после деформирования и последующей рекристаллизации зависит от степени деформации.

Примеры распределения изодур и деформаций при волочении прутка и трубы приведены на рис. 237.

Изучение характера течения металла при волочении позволяет сопоставлять скорости течения металла на разных расстояниях от оси волочильного канала, влияние сил трения и угла волоки на распределение послойной деформации, определить форму и размеры зоны деформации, найти величину главных деформаций

иих направление, вычислить работу сдвига и т. п.

12. К ОБРАБОТКЕ РЕЗУЛЬТАТОВ НАБЛЮДЕНИЙ

следующие основные приемы:

а) учет отклонений полученных абсолютных показателей коли­ чественных наблюдений одной и той же величины и исключение

и при положительной оценке вычисление среднего (среднего ариф­ метического, средневзвешенного) количественного показателя рас­ сматриваемой величины;

в) определение относительных (удельных) количественных по­ казателей одной и той же величины по оставшимся абсолютным, например нормальных напряжений, напряжений трения и др.; г) установление искомой закономерности путем составления таблиц и графиков с привлечением научно обоснованных методов обработки результатов наблюдений [49—51]. При составлении графиков часто целесообразно, кроме «кривых» средних значений рассматриваемой величины, строить «кривые» максимальных и минимальных значений, т. е. определять поле значений рас­

сматриваемой величины; д) подбор эмпирической формулы, наиболее близко отвеча­

ющей эмпирической зависимости, и определение значений коэф­ фициентов формулы методом наименьших квадратов [51];

е) определение степени точности эмпирической формулы путем вычисления коэффициента корреляции [52].

ЛИТЕРАТУРА

1. П а л ь м о в Е. В . , Г у р ь я н о в а М. К. В еб. «Расчеты и конструирова­ ние заводского оборудования». Машгиз, 1950, с. 43.

2.А л ь ш е в с к и й Л. Е. Тяговые усилия при холодном волочении труб. Металлургиздат, 1952.

3.Б а с с А. И. Волочение прутков и проволоки из цветных металлов. Метал­ лургиздат, 1937.

425

4. Г р о с в а л ь д В. Г., С м и р н о в а А. Г. Заводская лаборатория, 1956,

№ 3, с. 357.

5.К а л у г и н В. Ф. Ве б . «Исследование деформируемости сплавов». Оборонгиз, 1955, с. 27.

№3, с. 65.

И. Д и н н и к А. А. В сб. «Прокатное производство», № 27. Металлургиздат, 1960.

16.Г у н Г. Я. и др. Пластическое формоизменение металлов. Изд-во «Металлур­ гия», 1968.

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

18.К у з н е ц о в В. Д. ФТТ. Томск. Изд-во «Красное Знамя», 1944.

22.Ш а п и р о В. Я., А н и с и м о в А. В. В сб. «Интенсификация процессов производства холоднодеформированных труб». Свердловск. Среднеуральское

30.R е i s z G. Y. Reprint from publications of the Technical University for Heavy Industry, Miskolc, Hungary, 1969, XXVIII, S. 323.

31.П а л ь м о в E. В. Сталь, 1951, № 5, с. 571.

32.П л а т у н о в Е . С., Ф е д о р о в В. Б. Теплофизика высоких температур,

v. IV, № 1.

36.L e i r i s W. L'analyse des Contraintesen France, 1960, v. 5, p. 3.

426

Глава XV

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ [ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕОРИИ ВОЛОЧЕНИЯ

Теория волочения в современном ее состоянии во многих вопросах еще не удовлетворяет требованиям практики.

Многие закономерности установлены количественно лишь при­ ближенно, часто с недостаточной точностью и только для простей­ ших разновидностей процесса и сравнительно узкого диапазона изменения деформационных условий. Некоторые закономерности установлены только качественно, т. е. показан лишь характер изменения основных параметров процесса в зависимости от де­ формационных условий. Это в значительной мере является резуль­ татом несовершенства общей теории больших пластических де­ формаций кристаллических тел, что в свою очередь связано с не­ достаточной разработкой теории и практики моделирования, особенно высокоскоростных процессов, из-за которого наиболее точные количественные показатели получаются только при натур­ ных исследованиях. Последнее же представляет большие слож­ ности вследствие значительного числа деформируемых волочением металлов и большого сортамента полуфабрикатов, получаемых с использованием этого процесса. Поэтому теория волочения требует дальнейшего развития и совершенствования.

Поскольку базой для развития и совершенствования любого научного направления, в том числе и теории волочения, служит современное состояние не только данного научного направления, но и смежных областей знания (в рассматриваемом случае теории пластических деформаций, физики металлов, металловедения, сопротивления материалов, реологии, гидравлики, физической химии поверхностных явлений, теории моделирования и др.), в настоящее время трудно определить направление развития и совершенствования теории волочения на сколь-либо значительный период времени. Тем не менее современное состояние этой и смежных наук позволяют наметить следующие основные направ­ ления совершенствования теории волочения на ближайшие годы:

1. Дальнейшее совершенствование профиля волочильного ка­ нала и уточнение оптимальных параметров его отдельных основ­ ных и переходных участков.

2. Разработка методов экспериментального и аналитического определения напряжений на границе упругой и пластической де­ формационных зон и установление влияния на эти напряжения параметров профиля начального рабочего участка волочильного канала, прочностных свойств протягиваемого металла, смазки

428

и прочих деформационных условий. Использование этих резуль­ татов для определения максимально возможной деформации за переход и за ряд переходов (от отжига до отжига).

3. Дальнейшее совершенствование и развитие процесса воло­ чения круглых и некруглых профилей в волоках с подвижными контактными поверхностями.

4. Дальнейшее совершенствование теории трения и действия смазок в процессах волочения.

5.Исследование и разработка новых составов смазок и мето­ дов их подвода к деформационной зоне, обеспечивающих условия трения в максимальной степени, приближающихся к жидкостным.

6.Развитие теории процессов волочения профилей сложных

форм из круглых и профилированных заготовок.

7.Установление прочностных характеристик металлов и спла­ вов, подвергающихся волочению в зависимости от степени и скорости деформации, температуры и геометрии (форма, масштаб­ ный фактор).

8.Дальнейшие исследования процесса виброволочения.

9.Уточнение геометрических параметров и дальнейшее совер­ шенствование профиля цилиндро-конических оправок, а также изыскание других, более совершенных конструкций самоустанавливающихся оправок.

10.Дальнейшее совершенствование проектирования перехо­ дов, особенно при волочении труб и некруглых профилей.

11.Дальнейшие исследования процесса волочения в условиях высоких гидростатических давлений.

12.Дальнейшее совершенствование моделирования основных разновидностей процесса волочения с максимально возможным приближением к натуре.

13.Исследование силовых, деформационных и скоростных параметров процессов горячего и теплого волочения материалов, обработка которых в холодном состоянии затруднена или вообще невозможна.

14.Разработка аналитических методов определения техни­ чески возможных максимальных скоростей волочения в зависи­ мости от деформационных условий.

15.Дальнейшее совершенствование методов аналитического определения диаметров тяговых устройств.

16.Дальнейшие исследования влияния деформационных усло­ вий на напряженно-деформированное состояние продуктов воло­ чения.

17.Разработка новых, более совершенных методов и аппара­ туры для измерения силовых и тепловых условий при волочении на промышленных установках, в том числе методов определения коэффициентов трения и локальных удельных давлений металла на инструмент, а также температурных полей деформационной зоны.

429