-
Цель работы и содержание задания
-
Цель работы
-
Выбор оптимального варианта построения маршрута волочения, исключающего чрезмерный разогрев проволоки при выходе из очага деформации.
-
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:
-
Определить размеры поперечного сечения заготовки, суммарную вытяжку и общее число переходов за весь процесс волочения.
-
Выбрать волочильный стан в зависимости от размеров поперечного сечения протягиваемой проволоки и кратности волочения.
-
Определить диаметры и площади поперечных сечений промежуточных волок.
-
Определить пределы прочности проволоки после каждого перехода и среднее значение предела прочности проволоки в пределах очага деформации.
-
Определить напряжение волочения и коэффициенты запаса прочности для каждого перехода.
-
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 KB, 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 |