Сущность волочения. Характеристики деформации при волочении

Технологические операции при прессовании

Впервые метод прессования был научно обоснован академиком Курнако-вым Н.С. в 1813 году и применялся главным образом для получения прутков и труб из оловянисто – свинцовых сплавов.

В настоящее время в качестве исходной заготовки при прессовании используют слитки или прокат из углеродистых и легированных сталей, а также из цветных металлов и сплавов на их основе (медь, алюминий, магний, титан, цинк, никель, цирконий, уран, торий).

Процесс прессования металла включает следующие операции: подготовку заготовки к прессованию (удаление наружных дефектов, порезку на мерные длины); нагрев заготовки до заданной температуры в пламенной или электро-печи; подачу нагретого металла в контейнер; выдавливание металла из контей-нера через очко матрицы (собственно прессование); отделку полученного изде-лия (ломку заднего конца для полного удаления прессутяжины, удаление ока-лины, резку на мерные длины, правку и т.д.).

При прессовании выход годного составляет 70 – 80 %. Коэффициент вы-тяжки: 8 – 50 и выше.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение процессу прессования.

2. Перечислите основные способы прессования. Назовите их особенности.

3. В чем заключается сущность гидропрессования?

4. Какие профили возможно получать при прессовании?

5. Каковы основные преимущества и недостатки процесса прессования?

6. Что является основным инструментом при прессовании?

7. Какие виды прессов используются для прессования металлов?

8. Назовите основные технологические операции при прессовании.

Глава 4 Волочение

Волочение металлов применяют при производстве изделий малых сечений и относительно большой длины – проволоки, труб малого диаметра и с тонкой стенкой.

Широко применяют также волочение относительно крупных сечений горя-чекатаных прутков с целью повышения точности размеров сечения и улучше-ния качества поверхности.

Пластическая обработка металла волочением имеет ряд явных преиму-ществ перед другими способами производства изделий. Основные из них следу-ющие:

1. Получение изделий с размерами поперечного сечения высокой точности и высоким качеством поверхности;

2. Возможность изготовления полых и сплошных изделий, производство которых другими способами не всегда представляется возможным (например, прутки значительной длины);

3. В сочетании с термической обработкой волочение обеспечивает прида-ние изделиям высоких механических свойств.

При волочении передний конец заготовки заостряют, вставляют в отвер-стие волоки меньшего диаметра, чем заготовка, захватывают клещами и протя-гивают через волоку (рисунок 36). При этом площадь сечения прутка умень-шается, длина увеличивается.

Рисунок 36 – Схема волочения круглого сплошного профиля

Волочение отличается от других процессов обработки металлов давлением тем, что коэффициент вытяжки при волочении ограничивается прочностью выходящего конца изделия и практически не превышает 1,3 – 1,5.

Волочение, как правило, применяют для обработки металла в холодном состоянии. Только в некото­рых случаях для труднодеформируемых металлов (вольфрам, молибден) применяют горячее или теплое волочение. Теплое воло­чение проводят в узком интервале температур в районе рекристал­лизации с тем, чтобы в процессе деформации полностью или ча­стично восстановились прочностные свойства металла. В процессе волочения металл наклепывается и приобретает волокнистое строение (текстуру). Это обуславливает изменение физических, химических и особенно механических свойств металла.

Несмотря на кажущуюся простоту процесса волочения и то, что он

применяется в состоянии, близком к современному, более ста лет, многие его элементы изучены еще недостаточно. На этот процесс влияет большое число самых разнообразных фак­торов, причем пока для многих из них трудно уста-новить не только количественные, но иногда даже и качественные зависимости.

Преимущественное влияние на те­чение процесса оказывают прочностные и пластические свойства протягиваемого металла, степень и скорость дефор-мации, форма профиля волочильного канала, материал волоки, качество тру­щихся поверхностей и смазка, а также тепловые процессы, происходящие при волочении.

Основной инструмент при волочении – волоки различной конструкции. Волока работает в сложных условиях: большое напряжение сочетается с изно-сом при протягивании, поэтому их изготавливают из твердых сплавов. Для по-лучения особо точных профилей волоки изготавливают из алмаза.

Для уменьшения трения при волочении, снижения усилия волочения и повышения возможной степени деформации разработаны специальные конс-трукции волок.

Так, было предложено сообщать обычной волоке вращательное движение вокруг оси протягиваемого круглого прутка. Благодаря вращательному дви-жению волоки уменьшаются силы трения, а, следовательно, и усилие волоче-ния. Этот способ волочения не получил практического применения, так как для заметного снижения усилия волочения при высоких скосротях волочения число оборотов волоки должно быть чрезмерно большим.

Для снижения сил трения применяют валковые волоки (рисунок 37), в которых канал образован валками, вращающимися в подшипниках качения.

Рисунок 37 – Валковая волока для трехгранного профиля

Основными параметрами деформации при волочении являются:

– площадь поперечного сечения до и после волочения соответ-ственно, мм²;

– диаметр заготовки до и после волочения соответственно, мм;

– полуугол рабочего конуса волоки, град;

– приведенный полуугол рабочего конуса волоки, град;

– напряжение волочения, МПа;

– сила волочения, МН;

– сила противонатяжения, МН.

Важнейшей характеристикой процесса волочения является напряжение

волочения. Оно используется для проверки надежности применяемых и раз-работки новых режимов волочения, для определения усилия волочения с целью подбора соответствующего волочильного оборудования.

Напряжением волочения называется продольное напряжение растяжения, возникающее от действия приложенной внешней силы в переднем вышедшем из очага деформации конце обрабатываемого изделия.

Напряжение волочения определяется по формуле

, (49)

где – напряжение волочения, МПа; P_в – сила волочения (усилие, прик-ладываемое к прутку), МН;

На основании многочисленных экспериментальных данных можно считать, что основное влияние на напряжение и силу волочение оказывают сле-дующие факторы:

– сопротивление металла деформации (прочностные характеристики про-тягиваемого металла);

– величина деформации за проход (переход);

– форма продольного профиля канала волоки;

– условия трения на контактной поверхности (свойства смазки и способ ее ввода в зону деформации);

– форма начального и конечного поперечного сечения протягиваемого изделия;

– противонатяжение (которое прикладывают к заднему концу заготовки

для снижения трения);

– скорость и температура волочения;

– диаметр протягиваемого изделия.

Для обеспечения нормальных условий процесса волочения необходимо, чтобы напряжение волочения было меньше величины сопротивления плас-тической деформации металла после его выхода из деформационной зоны. В противном случае пластическая деформация будет происходить и после выхода металла из волоки, что может привести к образованию шейки и разрыву переднего конца обрабатываемого изделия, что недопустимо.

Иногда процесс волочения ведут с противонатяжением. Противонатяжение – это сила, прикладываемая к концу заготовки, входящей в волоку в направ-лении, противоположном направлению силы волочения. Отношение силы противонатяжения к начальному сечению заготовки называется напряжением противонатяжения

, (50)

где – напряжение противонатяжения, МПа.

Чтобы не произошел обрыв заготовки на входе в волоку, напряжение противонатяжения и ее сила должны быть ограничены.

Сила и напряжение волочения – основные параметры процесса волочения.

Определение их значений необходимо при выборе мощности привода и обжатий по переходам и т.д.

Сила волочения – основной параметр, определяющий ход процесса воло-чения; и при прочих равных условиях максимально возможную степень де-формации за переход.

Зона деформации при волочении проволоки состоит из двух участков: ко-нического деформирующего и цилиндрического калибрующего (рисунок 38). Основная деформация осуществляется на коническом участке волоки, де-формация на цилиндрическом участке обеспечивает повышение точности и качества поверхности готовой проволоки.

Рисунок 38 – Зоны деформации при волочении

Степень деформации при волочении определяется выражением

, (51)

где – степень деформации при волочении.

Степень деформации можно изменить за счет изменения начального се-чения, за счет изменения конечного сечения или одновременного изменения того и другого сечения.

Коэффициент вытяжки при волочении рассчитывается по формуле

.

Обжатие и вытяжка при волочении связаны между собой следующими соотношениями, основанными на законе постоянства объема металла

; (52)

. (53)

По сравнению с показателем обжатия коэффициент вытяжки точнее харак-теризует степень деформации металла при волочении, причем с повышением

степени деформации разница между показателями деформации увеличивается.

Волочение можно вести либо через одну волоку, либо при помощи спе-циальных устройств одновременно через несколько волок. В первом случае волочение называют однократным, а во втором – многократным. В последнем случае зависимость между начальным и конечным сечениями протягиваемой заготовки, числом протяжек и средней вытяжкой за переход выражается формулой

, (54)

,

где – средний и общий коэффициенты вытяжки при волочении; – коэффициенты вытяжки в каждом переходе; – площадь попереч-ного сечения прутка после n переходов, мм².

Напряжение волочения определяют либо экспериментально, либо по тео-ретическим, полуэмпирическим и эмпирическим формулам.

Упрощенная формула И.Л. Перлина для определения напряжения воло-чения сплошных круглых профилей

, (55)

где – угол трения (угол, под которым на поверхности заготовки в очаге деформации действует напряжение трения), град; – среднее значение соп-ротивления металла деформации, МПа; – коэффициент, равный

, (56)

Приведенный угол учитывает влияние на напряжение волочения калиб-рующего участка волочильного канала и определяется по формуле

, (57)

где – длина калибрующего участка волочильного канала (рисунок 38), мм, определяемая по формуле

(58)

где – коэффициент, выбираемый в пределах (0,1 – 1,5).

На напряжение волочения как непосредственно (в соответствии с фор-мулой), так и вследствие изменения сопротивления деформации обрабаты-ваемого металла влияет величина деформации, а также изменения размеров контактной поверхности. Так, при увеличении степени деформации возрастает величина среднего сопротивления деформации, что вызывает рост напряжения волочения.

Среднее сопротивление деформации определяется из выражения

, (59)

где и – сопротивление деформации металла соответственно до и после деформации, МПа.

Сопротивление деформации металла после волочения определяется по формуле

, (60)

где а₁, n₁ – коэффициенты для конкретных марок стали.

Увеличение деформации при сохранении профиля волоки вызывает при-рост контактной поверхности и контактных сил трения, которые в свою очередь влияют на величину напряжения волочения.

Одним из важных технологических показателей процесса волочения яв-ляется так называемый коэффициент запаса

. (61)

С учетом того, что расчетные формулы для определения напряжения воло-чения многие факторы, от которых оно зависит, учитывают приближенно, а некоторые не учитывают вообще (наличие поверхностных и внутренних де-фектов, ослабляющих вытягиваемый конец изделия, несовпадение осей протя-гиваемого изделия и канала волоки, вибрация, динамические нагрузки и т.п.), рекомендуемая величина коэффициента запаса при волочении прутков, толстостенных труб и профилей ; при волочении тонкостенных труб и профилей, а также проволоки малых диаметров .

Дата добавления: 2014-01-04