6.1.1.5. Волочение

Сущность способа заключается в том, что прокатанная или прессованная заготовка (прутки, проволока, трубы определенного диаметра) проволакивается через конической формы очко волоки. В результате уменьшения диаметра готового изделия по сравнению с заготовкой соответственно увеличивается его длина. Волочение проводят, как правило, в холодном состоянии. Для снижения сил трения в очаге деформации на поверхность заготовки наносят подмазочный слой и смазку. Получаемые изделия имеют высокую точность размеров и минимальную шероховатость поверхности. В настоящее время волочением получают проволоку из черных и цветных металлов диаметром от 25 до 0,002 мм; прутки диаметром до 150 мм и другие более сложные профили.

У спешно осуществляют волочение тонкостенных труб (диаметром от 0,3 до 500 мм). Существуют различные способы волочения труб. На рисунке 6.7 изображена схема наиболее распространенного - волочение на короткой закрепляемой оправке.

Кроме рассмотренных выше основных способов ОМД существует еще очень

Рис.6.7. Схема процесса волочения: большое количество их разновидностей, опи-

1 - труба-заготовка; 2 - стержень; сание которых можно найти в специальной

3. -оправка; 4 - волока; 5 - готовая труба литературе.

6.1.2. Элементы теории обработки металлов давлением

1. Оценка степени деформации металлического тела

Как уже отмечали, при уменьшении высоты металлической заготовки в ходе ее продольной прокатки между гладкими валками с начальной толщиной h₀ до конечной ∆h₁ увеличиваются и длина, и ширина заготовки. Для расчета процесса прокатки очень важно знать степень уширения и удлинения обрабатываемого изделия при заданном обжатии - ∆h. Иногда обжатие оценивают величиной ε = ∆h/h₀. Существенно облегчает теоретический анализ процессов ОМД тот факт, что в результате пластической деформации объем металлического тела не изменяется, т.е. V₁ = V₀. Если обрабатываемое тело имеет форму прямоугольного параллелепипеда, то при равенстве объемов

h₁∙b₁∙l₁ = h₀∙b₀∙l₀ (6.1)

(здесь индексами 0 и 1 обозначены размеры тела до и после деформации).

Из выражения (6.1) получаем

или 1/η = β∙λ, (6.2)

где 1/η, β, λ – коэффициенты деформации соответственно: 1/η – высотной деформации, или обжатия, β – поперечной деформации или уширения и λ – продольной деформации, или вытяжки. Для решения задачи о распределении обжатого по высоте металла между продольным и поперечным направлениями нужно еще одно уравнение. При прокатке пользуются формулой для расчета уширения.

2. Напряженное состояние

При воздействии на деформируемое тело внешней силой (инструментом) в теле возникают силы внутренние. Их интенсивность, или отношение внутренних сил ∆Р к площади ∆F, на которой они действуют, называется напряжением σ = dP/dF. Напряжение - величина векторная и может быть разложена на составляющие, например, в прямоугольной системе координат. В общем случае в результате этого разложения на гранях мысленно выделенного бесконечно малого элемента в виде куба будут действовать три нормальных (по трем координатным осям) и шесть касательных (на каждой грани) напряжений. В то же время через точку в теле, находящемся в напряженном состоянии, можно провести такие взаимно-перпендикулярные плоскости - грани куба, на которых касательные напряжения будут отсутствовать. Нормальные напряжения на этих площадках называются главными и обозначаются через σ₁₁, σ₂₂ и σ₃₃, причем σ₁₁≥ σ₂₂≥ σ₃₃ (индекс «1» присваивается максимальному, а «3» - минимальному значению напряжения). Растягивающие напряжения считаются положи-тельными (+), а сжимающие - отрицательными (-). Графическое изображение величины и знака главных напряжений, действующих на элементарный объем металла, называют схемой напряженного состояния - СНС. Принципиально возможны девять СНС. Если напряжения проецируются на одну ось координат, СНС называется линейной, если на две и три оси - соответственно плоской и объемной.

В разных процессах ОМД возникают и разные СНС. Наиболее распространены СНС объемного (всестороннего) сжатия (рис. 6.8, А).

Переход от упругой к пластической деформации тела происходит при определенном соотношении между главными напряжениями и сопротивлением металла пластической деформации. Сопротивлением деформации называют напряже-

Рис.6.8. Схема объёмного ние одноосного (линейного) растяжения или сжа-

напряжённого состояния: тия в условиях развитой пластической деформции.

А - при прессовании; Б - при волочении Эта величина является важной характеристикой

деформируемого металла. Упомянутое выше со-отношение называют условием пластичности.

СНС оказывают существенное влияние на пластичность металла. Так, наивысшей пластичность будет при всестороннем сжатии, близком к равномерному, т.е. когда главные напряжения мало отличаются по величине друг от друга. Минимальная пластичность будет при всестороннем растяжении.

От СНС зависит также величина деформирующего усилия. Наибольшим усилие будет при всестороннем сжатии, а с появлением растягивающих напряжений усилие, необходимое для деформации, снижается.

3. Трение

Трение, которое возникает в результате взаимного смещения поверхностей деформируемого металла и деформирующего инструмента, оказывает существенное влияние на процесс ОМД. Так, например, при осадке цилиндра между плоскопараллельными бойками (рис. 6.9) при наличии трения возникает схема объемного сжатия, аналогичная изображенной на рис. 6.8, А, тогда как при отсутствии трения имела бы место схема линейного сжатия.

Рис.6.9. Схема, иллюстрирующая

возникновение напряжений трения τ_к

при осадке цилиндрического тела;

пунктиром показана

первоначальная форма цилиндра

Для не очень точных расчетов трение в процессе пластической деформации можно вычислять с помощью закона Амонтона: Т = f ∙Р - сила трения (Т) прямо пропорциональна нормальной силе на поверхности контакта (Р). Этот закон может быть записан через напряжения:

τ_к = f ∙ σ_н,

где τ_к - касательное, а σ_н - нормальное напряжение на контакте. Величину коэффициента трения - f в процессе ОМД определяют либо опытным путем, либо рассчитывают по эмпирическим формулам. Контактное трение, называемое внешним, оказывает в основном отрицательное воздействие на процессы обработки металлов давлением, увеличивая усилия, необходимые для деформации. Кроме того, при этом возникает объемная неоднородность деформации (см. рис. 6.9). Для снижения сил трения применяют смазки, инструмент с высокой чистотой поверхности. В других случаях обработки металлов давлением трение играет активную (положительную) роль. Так, без трения невозможен захват полосы прокатными валками, и вообще процесс прокатки.