Влияние различных факторов на напряжение волочения

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЗАПОРІЗКА ДЕРЖАВНА ІНЖЕНЕРНА АКАДЕМІЯ

Кафедра_________________________________

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНА РОБОТА

з дисципліни: «Технология прессования и волочения»

 

 

Варіант № 14

 

 

 

 

Виконав ст. групи ОМТ – 04 – 1з                                   Кулініч М.В.

 

 

 

 

Перевірив                                                                         Васильєв О.Г.

 

 

 

 

 

Запоріжжя

2009 р.

Содержание

 

1. Влияние различных факторов на напряжение волочения                            3
2. Волочение металла                                                                                           9
3. Производство труб прессованием                                                                 13

Задача                                                                                                                    21

Список литературы                                                                                              23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Влияние различных  факторов на напряжение волочения

 

Как следует из выражения увеличение предела текучести металла способствует повышению напряжения волочения. Этому также способствует увеличение коэффициента δ и коэффициента вытяжки µ. Влияние коэффициента δ связано с повышением роли трения в процессе волочения, а увеличение коэффициента µ обусловливает повышение обжатия и, следовательно, упрочнения и предела текучести металла. Второе слагаемое в фигурных скобках учитывает повышение напряжения волочения за счет наличия внеконтактшых деформаций проволоки (т.е. наличия напряжений среза на входе металла в очаг деформации). Коэффициент δ включает в себя влияние угла рабочего конуса волоки а и коэффициента трения f. Длина калибрующего пояска при µ = const способствует увеличению напряжения волочения вследствие увеличения доли сил трения, обусловленных максимальным значением предела текучести σТ1 на выходе из очага деформации.

Увеличение угла рабочего конуса волоки согласно рисунка 1.1 уменьшает напряжение σвл. Однако многочисленные экспериментальные данные свидетельствуют о более сложном влиянии этого геометрического параметра. Так, по данным Ю.С.Зыкова, при увеличении угла конуса с 4 до -10° и при µ = 1,3...1,4 в начальный период сила волочения снижается на 10... 15%, а после достижения минимума при α = 7,5...8,5° - возрастает (рисунок 1.1).

При анализе влияния а на напряжение волочения следует рассматривать изменение комплексного параметра f/a, так как влияние f и а на напряжение σвл имеет одинаковый качественный характер. Это обусловлено тем, что при увеличении угла а уменьшается толщина слоя смазки, захватываемой в очаг деформации вместе с движущейся проволокой. Вместе с уменьшением толщины слоя смазки увеличивается коэффициент трения. Совместное влияние параметров f и а обусловливает изменение напряжения волочения по кривой, имеющей минимум. При уменьшении угла а уменьшается горизонтальная составляющая нормальных сил и это влияние является превалирующим. При значительных углах а (правая ветвь кривых на рисунке 1.1) существенно увеличивается угол α и его влияние становится преимущественным. При больших углах а процесс волочения становится невозможным, так как сопротивление протягиванию со стороны инструмента оказывается больше, чем предел текучести металла.

 

 

Рисунок 1.1 – График зависимости волочения проволоки с d = 7,3 мм из стали У8А от угла а и коэффициента вытяжки µ: 1 — 1,3; 2 — 1,4. Стан 1/750 скорость волочения 1 м/с, смазка - порошок натриевого мыла.

 

Существенное влияние на напряжение и силу волочения оказывают условия трения на контакте металла с инструментом и, следовательно, все технологические факторы, вызывающие увеличение коэффициента (показателя) трения способствуют возрастанию напряжения и силы волочения. Увеличение скорости волочения в пределах 0,3... 15 м/с вызывает почти линейное увеличение коэффициента трения от 0,05 до 0,08. А.П.Грудев объясняет это тем, что с увеличением скорости волочения в случае применения порошкообразной смазки ухудшаются условия смазки и сокращается поступление её в очаг деформации вследствие увеличения вибрации проволоки, при которой смазка плохо удерживается на поверхности. Прямые опыты подтвердили уменьшение толщины слоя смазки с увеличением скорости волочения в сборных волоках с одной рабочей и одной напорной волоками. По данным Н.Г.Решетникова, увеличение коэффициента вытяжки с lnµ = 0,1 до lnµ = 0,43 увеличивает коэффициент трения при протягивании проволоки алюминиевых сплавов на смазке из мазута в пределах от 0,05...0,06 до 0,075...0,085.

На напряжение волочения существещю влияет исходное состояние проволоки. В опытах исследовали условия волочения медной прямоугольной проволоки 1,8x8,5 мм из заготовки 4,9x9,85 мм с применением в качестве смазки мыльного порошка. На широкую грань  проволоки  перед волочением была нанесена шероховатость высотой Ra = 0,5...4,4 мкм. Как следует из рисунка 1.2,а, увеличение шероховатости исходной заготовки обеспечивает улучшение условий захвата смазки и увеличение её толщины на деформированной полосе. Так, при увеличении исходной шероховатости Ra от 0,5 до 4,4 мкм толщина слоя смазки δ в первом переходе увеличивается от 0,7 до 1,53 мкм. После третьего перехода толщина слоя смазки мало зависит от шероховатости поверхности заготовки.

Увеличение шероховатости поверхности заготовки влияет и на параметры шероховатости профиля после волочения. Особенно это заметно при первом переходе (рисунок 1.2,б кривая 1), когда высота микропрофиля R'a увеличивается от 0,35 до 1,1 мкм. При любой шероховатости поверхности заготовки шероховатость поверхности прямоугольного профиля в каждом переходе уменьшается. Так, при Ra~0,5 мкм высота микропрофиля после четвертого перехода снижается до Ra<=0,05 мкм.

Улучшение условий захвата смазки с увеличением исходной шероховатости заготовки способствует снижению напряжений волочения (рисунок 1.3) на 10...15% при Ra=4,4 мкм и, следовательно, уменьшению расхода электроэнергии и износа волок. Влияние исходной шероховатости проявляется во всех четырех переходах.

Результаты исследований показывают возможность повышения эффективности волочения металла путем предварительного нанесения исходной шероховатости на поверхность заготовки в плющильных неприводных роликах, там, где они имеются, установленных перед волочильным станом. Шероховатость целесообразно наносить не только перед первым переходом, но и в промежуточных переходах. Высота исходной шероховатости определяется требованиями к качеству поверхности готового продукта.

 

 

Рисунок 1.2 – Изменение: а – толщина слоя смазки, б – высота микронеровностей прямоугольного профиля; 1 – 4 – номера перехода.

 

Рисунок 1.3 – Напряжение волочения прямоугольного профиля с различной исходной шероховатостью поверхности заготовки: 1 – 4 – номера перехода.

 

Использование граненых роликов вибраторов на которое опирается проволока при движении от одной волоки к другой, позволило уменьшить силу волочения по сравнению с волочением на гладком ролике. Максимальный эффект снижения силы волочения 10...34% (в зависимости от длины и шага t плоских граней вибратора) достигается в опытах при l/r = 1,2 (r - радиус ролика-вибратора). При l/r > 1,2 отмечается интенсивное увеличение значения Р, а при l/r = 10 снижение силы волочения составляется всегда 2...14,8% (l - расстояние между роликом и последующей волокой).

Результаты исследования показали, что эффективность вибронагружения с уменьшением l в большей степени ощутима при использовании роликов-вибраторов с большим шагом граней. Так, использование роликов-вибраторов с t=14 мм снижает силу волочения при l/r = 1,2 на 34%, а при l/r = 10 всего на 14,8%.

Механизм влияния роликов-вибраторов на силу Р заключается в периодичности влияния заднего противонятяжения проволоки. Действительно, при соприкосновении проволоки с плоскостью (гранью) вибратора противонатяжение максимально и равно противонатяжению проволоки при волочении на гладком ролике. В этих условиях мгновенные силы волочения в первом и втором случаях будут равны. При контакте проволоки с гребнем ролика противонатяжение возрастает, а сила волочения мгновенно снижается, что оказывает соответствующее влияние на среднюю силу волочения.

Промышленные исследования свидетельствуют о существенном влиянии конструкции самого волочильного инструмента на условия трения и энергосиловые параметры. В настоящее время известны различные конструкции сборных волок. В.Л.Колмогоров и др. разработали конструкцию сборного инструмента с одной рабочей волокой, которая в значительной степени улучшила условиях их эксплуатации.

В соответствии с выражением и экспериментальными данными на напряжение волочения существенное влияние оказывает противонатяжение проволоки, создаваемое предыдущей волокой или тяговой шайбой. Напряжения противонатяжения создают в плоскости входа в очаг деформации дополнительные напряжения волочения, уменьшающее величину сопротивления металла деформации σто (σто - предел текучести металла на входе в очаг деформации). В зависимости от условий волочения наличие противонзтяжения снижает напряжение волочения на 10...30%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Волочение металла

 

Волочение (протягивание) применяют с целью уменьшения поперечных размеров горячей прокатки и изменения её формы. Для протягивания круглых профилей используют волоки с коническим входным конусом и калибрующим цилиндрическим пояском. Для начала процесса волочения передней конец заготовки заостряется для свободной подачи её в отверстие волоки. После захвата конца заготовки тянущим устройством её протягивают со скоростью υ = 0,4...20 м/с. При этом чем меньше диаметр проволоки и пластичнее деформируемый материал, тем выше скорость волочения.

В качестве исходного материала для изготовления волочением сплошных и полых профилей используют заготовки из стали и цветных металлов. Волочением получают проволоку: тончайшую - 0 0,008...0,1 мм, тонкую - 0,11...0,4 мм, средней толщины - 0,45.,. 1,0 мм, толстую - 1,1...6 мм, калиброванный металл - 7... 148 мм; тянутые трубы с наружным диаметром 1...360 мм и толщиной стенки 0,1... 10 мм и менее.

Волочение производят с технологическими смазками, в качестве которых используют эмульсии на основе минеральных, синтетических продуктов и отходов масложиркомбинатов (тончайшая и тонкая проволока), сухие порошки натуральных мыл (проволока 01,5... 10 мм), минеральные масла с наполнителями (калибровка прутков).

Волочение труб используется для уменьшения диаметра и толщины стенки. При безоправочном волочении трубу протягивают через волоку, уменьшая её наружный и внутренний диаметры без существенного изменения толщины стенки. При волочении на короткой неподвижной оправке уменьшается стенка трубы (рисунок 2.1 б,в). Зона деформации состоит из трех участков: на первом участке, где труба не соприкасается с оправкой, происходит только уменьшение её диаметров (редуцирование); на втором (на входе в зону калибрующего пояска) труба протягивается через кольцевую суживающую щель между волокон и оправкой, где утончается стенка и уменьшается наружный диаметр трубы; на третьем участке происходит калибрование всех размеров поперечного сечения трубы. В этом процессе отрицательная роль трения действует не только по наружной поверхности профиля, но и на контактной поверхности трубы с оправкой. Поэтому при волочении труб на короткой оправке коэффициент вытяжки меньше, чем при волочении прутков.

 

 

Рисунок 2.1 – Способы волочения труб: а - без оправки; б - с закрепленной; в - с плавающей; г - с подвижной оправкой.

 

При волочении труб на движущиеся оправке (рисунок 2.1, г), как и на неподвижной, уменьшается диаметр и толщина стенки. Скорость трубы на выходе из волоки и оправки равны, а силы трения между оправкой и внутренней поверхностью трубы выполняют активную роль, что обеспечивает высокие значения коэффициента вытяжки (вплоть до двухкратного).

Для определения деформации необходимо знать следующие величины:

• коэффициент вытяжки µ = Fo/Fi;
• относительное обжатие ε = (Fo-Fi)/Fo,

где: Fo и Fi - соответственно исходная и конечная площадь поперечного сечения.

 

Рисунок 2.2 – Сборная волока: 1 - гайка; 2 - шайба; 3 - стальные обоймы; 4 -напорная волока; 5,6 - рабочие волоки; 7 – корпус

 

Значение коэффициента вытяжки зависит от пластичности и прочности протягиваемого материала и основное предельное условие процесса волочения имеет вид

 

Р = σвл · F1 < σtiF1

 

где Р - сила волочения;σti - предел текучести металла после волочения; σвл - напряжения волочения.

 

Из этого выражения следует, что напряжения волочения σвл, возникающее в теле протянутого металла, не должно превышать предела текучести металла σti. В противном случае металл будет деформироваться после выхода из волоки и изменять свои размеры вплоть до обрыва проволоки.

При волочении сплошных профилей очаг деформации в инструменте имеет два участка: конический длиной l и цилиндрический длиной lк. На поверхности контакта конического рабочего участка со стороны металла действуют нормальные σн и касательные напряжения. Горизонтальные составляющие этих напряжений препятствуют втягиванию металла в волоку. На цилиндрическом участке существует лишь упругая деформация металла и поэтому нормальные напряжения равны пределу текучести металла ать а касательные напряжения, в соответствии с законом трения Э.Зибеля равны

τ = fn·σT

где: fn - показатель трения.

 

Волочение проволоки диаметром d = 1...6 мм выполняют с подачей сухой технологической смазки в сборном инструменте (рисунок 2.2).

В корпусе 7 инструмента установлены напорная 4 и рабочие волоки 5,6. Напорная волока предназначена для создания гидродинамического напора смазки в очаге деформации рабочих волок. Сами волоки установлены с натягом в обоймах 3, например, путем запрессовки. Волоки изготовлены из твердого вольфрамо-кобальтового сплава ВК6 - ВК10. Тонкую проволоку диаметром d < 1,0 мм протягивают с жидкой технологической смазкой. Всю проволоку диаметром менее 6,5 мм производят на непрерывных станах многократового волочения (2-15 блоков).