1. Цель работы и содержание задания

   1. Цель работы

Выбор оптимального варианта построения маршрута волочения, исключающего чрезмерный разогрев проволоки при выходе из очага деформации.

2. Содержание задания

Рассчитать переходы волочения стальной углеродистой проволоки из патентированной заготовки на машине магазинного типа. Вариант построения маршрута: равные единичные обжатия.

Таблица 1 – Исходные данные

Диаметр проволоки, d, мм	Содержание углерода, %	Суммарное обжатие, q∑, %	Угол конусности волоки, α, град.	Коэффициент трения, fn
0,8	0,68	84	7	0,070

При построении маршрута волочения по принципу равных единичных обжатий требуется:

1. Определить размеры поперечного сечения заготовки, суммарную вытяжку и общее число переходов за весь процесс волочения.

2. Выбрать волочильный стан в зависимости от размеров поперечного сечения протягиваемой проволоки и кратности волочения.

3. Определить диаметры и площади поперечных сечений промежуточных волок.

4. Определить пределы прочности проволоки после каждого перехода и среднее значение предела прочности проволоки в пределах очага деформации.

5. Определить напряжение волочения и коэффициенты запаса прочности для каждого перехода.

6. Определить температуру разогрева проволоки после каждого перехода.

2.1 Построение маршрута волочения по принципу равных единичных обжатий

1) При определении числа переходов поперечные размеры заготовки и готовой проволоки выбирать с учетом допускаемых отклонений диаметров (таблица 2). В связи с неизбежным износом волок в процессе волочения, определять минимальный диаметр проволоки и максимальный диаметр заготовки.

Таблица 2 – Допускаемые отклонения по размерам для круглой проволоки

Диаметр, мм	Отклонения, мм
0,2 – 0,3	0,01
0,3 – 0,6	+0,02 ÷ -0,01
0,6 – 1,0	+0,02 ÷ -0,01
1,0 – 3,0	0,03
3,0 – 6,0	0,04

– Минимальный диаметр проволоки:

= 0,8 – 0,01 = 0,79 мм.

– Максимальный диаметр заготовки находим из формулы относительного обжатия:

;

;

→ мм;

мм.

– Суммарная вытяжка:

.

Среднюю вытяжку за переход выбирать по данным сходных действующих процессов или справочным данным. Оптимальные значения обжатий стальной проволоки приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Рекомендуемые единичные и суммарные обжатия стальной проволоки

Диаметр проволоки, мм	Единичные обжатия, %			Суммарные обжатия, %
	Сталь низкоуглеродистая	Сталь высокоуглеродистая	Сталь низкоуглеродистая		Сталь высокоуглеродистая
3,0 – 6,0	25/40	15/40	65/85		50/70
1,8 – 3,0	25/40	15/35	70/85		50/80
0,8 – 1,8	25/40	15/35	80/90		65/85
0,5 – 0,8	20/40	15/35	80/94		65/85
менее 0,5	20/40	15/25	84/94		70/85

Числитель – минимальные, знаменатель – максимальные обжатия.

– Определяем число переходов при :

.

2) Исходя из размеров заготовки и числа переходов, выбрать с помощью таблицы 4 волочильный стан. Занести в таблицу сводных данных значения скорости проволоки и кинематической вытяжки для каждого перехода (строки 1 и 2).

Таблица 4 – Характеристика машин магазинного типа для многократного волочения стальной проволоки без скольжения

Параметр	UDZSA 2500	UDZSA 1250	UDZSA 630	UDZSA 320	UDZSA 160
Диаметр заготовки, мм	7,0 – 9,0	5,3 – 6,5	3,4 – 4,5	2,0 – 3,6	1,8
Диаметр готовой проволоки, мм	1,6 – 4,5	1,4 – 2,0	0,8 – 1,5	0,6 – 1,0	0,2 – 0,6
Диаметр тягового барабана, мм	600 (550)	550	400 (350)	300 (350)	200
Скорость волочения, м/с	12,5	10	16	20	20
Кратность волочения	2 – 10	2 – 10	2 – 10	4 – 12	6 – 18
Кинематическая вытяжка	1,3	1,3	1,25	1,22	1,21
Мощность привода, кВт	30/40/50	22/30	9,5/18,5	5,8/11	4,2/5,9
Габаритные размеры, м	1,9×1,9×2,4	1,6×1,7×2,1	1,55×1,7×2,1	0,62×1,43×1,68	0,6×2,5×2,3

– Выбираем волочильный стан UDZSA 320.

– Найдем скорость волочения для 7-го и каждого предыдущего переходов:

;

16,39 ;

13,44 ;

11,02 ;

9,03 ;

7,4 ;

6,07 ;

4,97 ;

3) Определить значения единичных вытяжек , принимая коэффициент накопления E = 1,05 – 1,06. Для машин многократного волочения, не имеющих автоматической регулировки скорости отдельных волочильных барабанов, величина единичного обжатия (за исключением обжатия в первом переходе) зависит от кинематической вытяжки , где и – скорости соответствующих барабанов. Во избежание обрывов проволоки при волочении должно соблюдаться условие . Занести полученные значения в сводную таблицу (строка 3). Для первого перехода вычислить уточненную вытяжку .

– Определим значения вытяжки , принимая коэффициент накопления E = 1,05:

;

;

;

;

;

;

;

;

– Для первого перехода вычислим уточненную вытяжку:

.

4) Определить, с использованием данных строки 3 сводной таблицы, значения , и , и занести их в сводную таблицу (строки 4-7). Определение производить против хода процесса волочения по формуле .

– ;

0,91 мм;

1,03 мм;

1,17 мм;

1,32 мм;

1,49 мм;

1,69 мм;

1,91 мм;

2,0 мм.

– ;

3,24 мм²;

2,87 мм²;

2,24 мм²;

1,74 мм²;

1,37 мм²;

1,08 мм²;

0,83 мм²;

0,65 мм².

0,5 мм².

– ;

11,47%;

21,71%;

22,27%;

21,52%;

21,44%;

22,50%;

21,94%.

22,71%.

– ;

11,47%;

30,69%;

46,13%;

57,72%;

66,78%;

74,26%;

79,90%;

84,47%;

5) Определить временное сопротивление разрыву патентированной заготовки по формуле . Временное сопротивление разрыву после перехода определить по уравнениям:

, (1)

, (2)

где - временное сопротивление разрыву термически обработанной (патентированной) заготовки; - прирост временного сопротивления разрыву в результате наклепа при волочении; C – содержание углерода в стали, %; - диаметр патентированной заготовки, мм; , - соответственно, среднее и суммарное обжатие, %.

Значения занести в сводную таблицу (строка 8). Среднее значение сопротивления деформации в пределах очага деформации определять по уравнению и занести в сводную таблицу (строка 9).

– Определим временное сопротивление разрыву патентированной заготовки:

МПа.

≈ 1242 МПа;

= 53 МПа;

≈ 1294 МПа;

= 104 МПа;

≈ 1302 МПа;

= 112 МПа;

≈ 1304 МПа;

= 114 МПа;

≈ 1310 МПа;

= 120 МПа;

≈ 1325 МПа;

= 135 МПа;

≈ 1331 МПа;

141 МПа.

≈ 1348 МПа;

158 МПа.

– Определим среднее значение сопротивления деформации в пределах очага деформации:

;

1216 МПа;

1268 МПа;

1298 МПа;

1303 МПа;

1307 МПа;

1317 МПа;

1328 МПа;

1339 МПа;

6) Напряжение противонатяжения, возникающее от действия упругой зоны, определять по уравнению , где – временное сопротивление разрыву проволоки в предыдущем переходе. Значения напряжения противонатяжения занести в сводную таблицу (строка 10).

– Определим напряжение противонатяжения:

;

МПа;

МПа;

МПа;

МПа;

МПа;

МПа;

МПа.

МПа.

7) Напряжение волочения определять по формуле И.Л.Перлина, выведенной с наименьшим числом допущений по сравнению с другими формулами:

, (3)

где и – площадь поперечного сечения проволоки до и после волоки, соответственно; – среднее значение сопротивления деформации в пределах деформационной зоны.

Значение a в уравнении (3) определять по формуле:

, (4)

где и ρ – коэффициент и угол трения, соответственно; α – действительный угол образующей канала волоки (полуугол); – приведенный угол.

Применение приведенного угла позволяет учесть трение металла в калибрующей зоне волоки. Из геометрических соображений следует:

, (5)

где – коэффициент, отражающий влияние калибрующей зоны длиной . Значение коэффициента может быть определено из таблицы 5.

Таблица 5 – Значение для различных диаметров твердосплавных волок

Диаметр волоки dn, мм	0,3 – 1,0	1,0 – 3,0	3,0 – 5,0	5,0 – 12,0
	1,0	0,8	0,65	0,5

Занести в сводную таблицу значения a (строка 11), (строка 12) и (строка 13), где , , . Сумма строк 12 и 13 дает значение напряжения волочения K_B, которое также занести в сводную таблицу (строка 14).

– Определим угол трения, исходя из значения коэффициента трения:

;

.

– Определим котангенс приведенного угла для каждого перехода:

;

33,61;

20,44;

20,06;

20,57;

20,62;

19,92;

20,28;

19,78;

– Найдем значение a для каждого перехода:

;

2,336;

1,419;

1,393;

1,428;

1,432;

1,382;

1,408;

1,373;

– Определим напряжения волочения:

;

;

;

1. 447,24;

93,46;

447,24 + 93,46= 540,70 МПа;

2. 658,36;

91,44;

749,8 МПа;

3. 673,36;

91,67;

765,04 МПа;

4. 659,65;

92,26;

751,91 МПа;

5. 661,17;

92,74;

753,91 МПа;

6. 689,67;

93,12;

= 782,79 МПа;

7. 681,70;

93,89;

775,58 МПа.

8. 706,05;

94,61;

800,65 МПа.

8) Определить значения коэффициентов запаса прочности и занести их в сводную таблицу (строка 15).

– Определим значения коэффициентов запаса прочности:

;

;

;

;

;

;

;

;

;

9) Сравнить полученные значения с рекомендуемыми (см. таблицу 6) и сделать вывод о надежности процесса волочения.

Таблица 6 – Рекомендуемые значения коэффициента запаса прочности при волочении

Диаметр проволоки, мм	Характер волочения
	Без скольжения и противонатяжения	Без скольжения с противонатяжением	Со скольжением
3,0 – 6,0	1,5 – 1,6	1,7 – 1,8	–
1,8 – 3,0	1,6 – 1,7	1,6 – 2,0	–
0,8 – 1,8	1,6 – 1,7	2,0 – 2,2	2,0 – 2,2
0,5 – 0,8	1,8 – 2,0	–	2,2 – 2,4
менее 0,5	–	–	2,4 – 2,5

Вывод: Полученные значения коэффициента запаса прочности при волочении для проволоки диаметром 0,8 мм не превышают рекомендуемые значения, процесс волочения в первом переходе будет происходить со скольжением, но далее, основываясь на полученных данных, можно полагать, что процесс волочения, проходящий без скольжения и противонатяжения будет стабилен.

10) Определить температуру разогрева проволоки после каждого перехода по уравнению:

, (6)

где = 50̊ C – начальная температура проволоки (для первого перехода принять = 20̊ C). Занести значения в сводную таблицу (строка 16) и сделать вывод об эффективности спроектированного маршрута волочения с позиций деформационного старения проволоки.

– Определим температуру разогрева проволоки после каждого перехода:

;

;

;

;

;

;

;

;

Таблица 7 – Сводные данные

№	Параметр	Номер перехода
		0	1	2	3	4	5	6	7	8
1	,	-	4,97	6,07	7,40	9,03	11,01	13,44	16,39	20
2		-	1,22	1,22	1,22	1,22	1,22	1,22	1,22	1,22
3		-	1,281	1,281	1,281	1,281	1,281	1,281	1,281	1,281
4	, %	-	11,47	21,71	22,27	21,52	21,44	22,50	21,94	22,71
5	, %	-	11,47	30,69	46,13	57,72	66,78	74,26	79,90	84,47
6	, мм	2,03	1,91	1,69	1,49	1,32	1,17	1,03	0,91	0,80
7	, мм2	3,24	2,87	2,24	1,74	1,37	1,08	0,83	0,65	0,50
8	, МПа	1190	1242	1294	1302	1304	1310	1325	1331	1348
9	, МПа	-	1216	1268	1298	1303	1307	1317	1328	1339
10	, МПа	-	124,2	129,4	130,2	130,4	131,0	132,5	133,1	134,8
11	a	–	2,336	1,419	1,393	1,428	1,432	1,382	1,408	1,373
12		–	447,24	658,36	673,36	659,65	661,17	689,67	681,70	706,05
13		–	93,46	91,44	91,67	92,26	92,74	93,12	93,89	94,61
14	, МПа	–	540,70	749,80	765,04	751,91	753,91	782,79	775,58	800,65
15		–	2,3	1,7	1,7	1,7	1,7	1,7	1,7	1,7
16	, ̊С	–	91	160	165	160	160	169	166	173

24