книги / Теория волочения

ния несколько опережает повышение степени деформации, выра­ женное показателем «обжатие». Это не случайно и объясняется тем, что с ростом абсолютной деформации показатель «обжатие» все больше и больше отстает от интегрального показателя In р.

Рис. 76. Уточненная зависимость силы волочения от степени деформации:

а— график зависимости силы волочения упрочненной медной проволоки диаметром 0,7

(/)и 0,4 (2) мм от обжатия (а ^ 7°); б — график зависимости силы волочения упрочнен­

ной медной проволоки диаметром 0,7 (/) и 0,4 (2) мм от In д (пересчитанный график а); в — график зависимости приведенных сил волочения мягкой медной проволоки диаметром от 6,5 и 5,5 мм на диаметр 5,0 мм от In д

В этом	заключается		несовершенство показателя «обжатие»,
на которое указывалось		в начале данной главы.
Графики	рис. 74—77		показывают также, что кривые сил и

напряжений кажутся проходящими выше начала осей координат.

Рис. 77. Уточненная зависимость напряжения волочения от обжатия и степени дефор­ мации:

а — график зависимости напряжения волочения медной упрочненной проволоки диа­

метром 0,7 мм от обжатия; б — график зависимости напряжения волочения медной

F

упрочненной проволоки диаметром 0,7 мм от In -=Р- (пересчитанный график а); в — гра-

фик зависимости приведенного напряжения волочения мягкой медной проволоки с конеч­

ен ным диаметром 5 мм от In -=?-

Это объясняется резким поворотом кривых в упругой зоне (если бы они были до этой зоны доведены) и подтверждает изложенные в гл. II соображения о характере изменения продольных напря­ жений вдоль деформационной зоны (сравните с кривыми на рис. 23 и 34).

И)

Влияние соотношения деформаций по диаметру и толщине стенки на силу и напряжение волочения труб из сплава Д 1в [23]

‘ в и н э ь о в о а	э и н д ж в й и в н
J» ‘ в и н э ь о в о а е и * и э
г	?т1 ЭМНЭ1Э о и
<
1
й>
я
я	/^ diaw B H U o u

X

*

ь

2

СО

^ т1 в в Щ р о

zww * H 9 X d x

ви н э ь э э q tfe tn o ir u

кWW ‘ ИМНЭХЭ

ен и 'п ш о ! B B H tfa d o

	О)
	У
	о
	ч
	о		ww
	<и
	ю
	ч	‘ d i a w e a t f у и н ж ^ в н
	и
	о
	е
	Ю
	т р у |		YIW
	ы
		‘ э н а в й и о B H	w a r n
	е р
		- В Ж 9 0 tfa d a u	и м н э х э
	з м	в н и П п г о х B B H V a d o
	Р а

zww ‘ i49 /^dx в и н э ь э э a V B tn o ir u

к

S

ww • и м н э х э

	0	в н и П п г о х B B H V a d a
	1
	ю
	§
		fvw
		‘ d x a w B H V у м н ж ^ в н

ю ю ю ю

of0 ? 0 ~

0 0 0 0

CN ^

— CM Ю CM CM CM CM

— e o 00 — <N — О О

СО Ф Ю С М

ОО — CM

со ^ со CM^CM CM CM

o> 00 00 — CM CM CM CO

CM CM CM CM

CO CD 00

Ю Ю Ю Ю

odoSooco

T f T f

CM CM 00 Ю 0> 00 h - h -

— CM CO 00 00 00 00 CM CM CM CM

0 CO CT> 0

O ) t -	CD CD
b -	CM CM

Аналогичный характер зависимости сил и напря­ жений от степени дефор­ мации при волочении про­ филей простейших форм показан в работе [7] и труб в работах [8, 9 и др.].

Следует отметить, что при волочении труб на оправках (цилиндрической закрепленной, цилиндро­ конической и подвижной), кроме общей степени де­ формации за переход, не­ обходимо учитывать соот­ ношение деформаций по диаметру и толщине стенки трубы. В работе [23] при­ ведены результаты волоче­ ния на закрепленной ци­ линдрической оправке от­ ожженных заготовок спла­ ва Д 16 с различными на­ ружными диаметрами и толщиной стенки, но при­ мерно одинаковой пло­ щадью поперечного сече­ ния на трубу диаметром 48,1 мм с толщиной стенки 1,56—1,58 мм (табл. 5).

Как показывают дан­ ные табл. 5, напряжение волочения тем выше, чем большую долю в общей вытяжке занимает вытяж­ ка по диаметру. Это объ­ ясняется тем, что при уве­ личении вытяжки по диа­ метру возрастает утолще­ ние стенки на участке безоправочного волочения, приводящее к возрастанию демонотонности деформа­ ции и к повышению дейст­ вительной деформации по сравнению с рассчитанной по отношению площадей.

112

Поэтому при волочении труб на оправках целесообразно увеличивать вытяжку по стенке и уменьшать вытяжку по диа­ метру.

4. ФОРМА ПРОДОЛЬНОГО. ПРОФИЛЯ

ВОЛОЧИЛЬНОГО КАНАЛА И ЕГО ОПТИМАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

На рис. 78 приведены схемы типовых продольных профилей волочильных каналов. Из этих схем видно, что контактная по­ верхность волочильного канала состоит из двух основных зон: обжимающей (или рабочей) и калибрующей (рис. 78). Назначение калибрующей зоны, помимо придания выходящему из волоки профилю заданных поперечных размеров, состоит в повышении стойкости выходной части канала. Образующая обжимающей

Рис. 78. Схемы типовых продольных профилей волочильных каналов:

а — канал с прямой образующей обжимающей зоны; б — канал с радиаль­ ной образующей обжимающей зоны; в — схема сопряжения обжимаю­

щей и калибрующей зоны

зоны представляет собой чаще всего прямую линию, наклоненную к оси канала под некоторым небольшим углом (3—15°), а иногда линию, близкую к дуге окружности и для краткости часто назы­ ваемую радиальной. Образующая калибрующей зоны представ­ ляет собой прямую линию, параллельную оси канала. Обжима­ ющая и калибрующая зоны соединяются переходной зоной, ко­ торая представляет собой продолжение обжимающей зоны с по­ степенно уменьшающимся углом наклона образующей к оси канала. Образующую переходной зоны можно считать дугой окружности радиуса г (радиус закругления), касательной к обра­ зующим обеих крайних зон. Такая переходная зона резко умень­ шает, а чаще практически исключает образование внеконтактной деформации и увеличивает стойкость канала, так как исклю­ чается возможность интенсивного износа (истирания) мест со­ пряжения.

Из схемы сопряжения обжимающей и калибрующей зон, по­ казанной на рис. 78, следует, что при неизменной длине дефор-

8 И. Л . Перлин

113

мационной зоны с увеличением радиуса закругления переходной зоны возрастает общая длина обжимающей зоны, а длина калиб­ рующей зоны канала уменьшается. В том случае, когда образу­ ющая обжимающей зоны представляет кривую, близкую к дуге окружности, переходная зона сливается с обжимающей.

Из приведенных типовых схем продольных профилей волочиль­ ных каналов видно, что, кроме обжимающей, переходной и ка­ либрующей зон, имеются входная и выходная зоны.

Назначение входной зоны:

а) предотвратить возможность образования царапин и надры­ вов на поверхности металла у входа в обжимающую зону канала из-за практически всегда имеющегося некоторого несовпадения оси канала с осью протягиваемого профиля;

б) улучшить подачу смазки в деформационную зону в резуль­
тате скопления во входной зоне смазки,	отжимаемой из канала
и обволакивания этой смазкой металла	у входа в обжимающую

зону.

Экспериментально установлено, что оптимальный угол между образующей входной зоны и осью канала должен составлять 40—45°, а длина этой зоны должна равняться (1—1,5)DH.

Назначение выходной зоны — предохранить поверхность де­ формированного металла от царапин, которые могут образоваться от трения о кромки канала у выхода при несовпадении оси ка­ нала и направления тяговой силы. Форма выходных зон — кони­ ческая или полушаровая. Размеры входных и выходных зон зависят от смазки, особенностей волочильного оборудования и материала волоки и регулируются заводскими нормалями, а в не­ которых случаях и Государственными стандартами.

Профили с прямой и радиальной образующей сравнивали Н. 3. Днестровский и Н. М. Богорад [7], а также Френсис и Томпсон [10]. Эти сравнения показали, что форма продольного профиля при прочих равных условиях заметно влияет на силу и напряжения волочения.

На рис. 79 приведены результаты разных исследований влия­ ния угла а конической круглой волоки на силу и напряжение

волочения, а		на рис. 80 — результаты таких же исследований
Днестровского и Богорад [7], относящихся к волочению некруг­
лых	профилей.
Все эти материалы показывают, что при волочении через
канал с прямой образующей существует зона оптимальных угловое,
где силы и напряжения волочения при прочих практически рав­
ных условиях		минимальны.
Существование зоны оптимальных углов объясняется влиянием
величины угла а на силовые условия в двух диаметрально проти­
воположных		направлениях	по следующим	причинам:
1.	Увеличение угла		а, как указано	ранее (см. гл. II), ведет

к повышению резкости поворотов линий скольжения. Это вызы-

114

оо

Сила волочения, кГ

Напряжение волочения,нГ/нм2

ж

з

и

2

Рис. 79. Влияние рабочего угла волоки а с коническим круглым кана­

Напряжение волочения,нГ/nn

лом

на силу (а,

б, в,

г)

и напряжение (<?, е, ж, з, и,

к, л)

волочения:

проволока из константана начальным диаметром 3,5 мм, предваритель­

а —

медная

проволока,

волока из

твердого сплава

[5];

б — медная

проволока,

волока

из

стали

[5];

в — проволока

(/ — нейзильбер

20%

Ni; 2 — нейзильбер

7%

Ni; 3 — бронза, 4 — латунь;

5 — медь;

6 —

алюминий)

[10];

г —

молибденовая проволока диаметром 0,15 мм,

волока из алмаза

[4];<? — мягкая медная проволока [7];

е — отожжен­

ная проволока из константана с начальным диаметром

3,5 мм *; ж —

но деформированная

на

15% *; з — проволока из константана началь­

ным

диаметром

3,5% *,

предварительно

деформированная

на 31%;

и — отожженная

проволока из технического титана, волока из твердого

деформацией 30%, волока из твердого сплава **; л — проволока

сплава **;

к — проволока

из технического

титана с предварительной

из технического

титана

с предварительной деформацией 60%, волока

из твердого сплава **

(цифры на кривых — б,

%)

В р а б е ц В. И. Диссертация. Москва, 1966.

• " ♦ Ж и л к и н В . З . Диссертация. Москва, 1959.

вает увеличение дополнительных сдвигов, дополнительное упроч­

нение	металла, рост напряжений		на контактной поверхности
и, следовательно, повышение		сил	и напряжений волочения.
2.	С увеличением угла	а	уменьшается контактная поверх­

ность. Это способствует понижению общего давления металла на

32

26

20 -	' х > * ^ .2 ____ о_ 31,0%
20 -
16 -

12		Рис.	80.	Зависимость		напряжения во­
8
		лочения		шестигранных,			квадратных и
		прямоугольных профилей от величины
		угла а		при	разных	обжатиях [7]:
		а — шестигранные;				б — квадратные;
2,5 5	7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 а	в, г,	д	— прямоугольные				(в — 2 : 1;
				г -	4 : 1; д -		8 :	1)

д

волоку и, следовательно, силы и напряжения волочения; одно­ временно увеличивается проекция равнодействующих элементар­ ных нормальных и касательных сил, возникающих на контактной поверхности, на ось канала (рис. 81), что ведет к повышению силы

инапряжения волочения.

3.С увеличением угла а повышается скорость деформации (это показано далее), а с ней иногда несколько повышается и сопротивление деформации.

116

				Т а б л и ц а 6
	Результаты опытов по волочению меди через			волоки
	с разными углами со смазкой и без нее [13]
		Сила			Сила
Смазка	Угол а	воло­	Смазка	Угол а	воло­
		чения,			чения,
		кГ			кГ

Диаметр образца до волочения			Диаметр образца до волочения
15 мм, после волочения 13,9 мм			8,8 мм, после волочения 7,35 мм
Без смазки	4° 10'	1360	Без смазки	3°	740
	5° 40'	1300		4° 30'	700
	12° 20'	1360		8° 30'	690
Машинное масло	21° 30'	1360	Сухой мыльный	15°	690
	4° 10'	1000		3°	600
	5° 40'	920	порошок	4° 30'	550
	12° 20'	1030		8° 30'	680
	21° 30'	1340		15°	680

личением угла а повышается коэффициент трения, а с ним сила

инапряжение волочения.

Вгл. V на основе производственного опыта показано, что при малых углах (а = 2-^3°) вследствие гидродинамического эффекта

значительно уменьшается износ канала волоки. В связи с этим в последние годы волоки с малыми углами начали широко внеДрять

		в производство.		нормальных
		5.	С увеличением
		напряжений возрастает количество
		тепла трения. Это ведет к повы­
		шению	температуры, в	основном
		тонкого поверхностного слоя про­
		тягиваемого металла, отчего в боль­
		шинстве случаев увеличивается ко­
Рис 83. Схема образования зоны опти­		эффициент внешнего трения и иног­
6.	мальных углов	да ухудшаются условия		смазки.
	Значительное уменьшение угла а вызывает соответствующее

увеличение контактной поверхности, что, несмотря на гидродина­ мический эффект, может повысить силу и напряжение волочения.

В результате сложного взаимодействия перечисленных фак­ торов образуется оптимальный угол или зона оптимальных углов, при которых сила и напряжение волочения минимальны. На рис. 83 показана схема образования зоны оптимальных углов.

Кривая 1 показывает изменение той части напряжения воло­ чения, которая не зависит от сил контактного трения. Естественно, что эта кривая с увеличением а монотонно возрастает из-за уве­ личения углов поворотов линий скольжения. Кривая 2 показы-

118

вает изменение той части напряжения волочения, которая зависит от сил трения. С ростом а контактная поверхность уменьшается в начале (левый участок) интенсивнее, чем повышаются напря­ жения трения на этой поверхности, в результате чего на этом участке понижается напряжение волочения.

На среднем участке изменения контактной поверхности и на­ пряжения трения взаимно компенсируются. На правом участке контактная поверхность с ростом а уменьшается менее интен­ сивно, чем повышаются напряжения трения, и напряжение во­ лочения увеличивается. Кривая 3 — это результирующая кри­ вых 1 и 2, т. е. ее ординаты являются суммами ординат соответ­ ствующих точек этих кривых, поэтому она показывает полное напряжение волочения Кв в зависимости от а при прочих равных условиях. Понятно, что эта кривая на среднем участке показы­ вает зону оптимальных углов. При а = О кривая 3 должна по­ казывать Къ = S T. Это следует из условия пластичности (П-9) и объясняется тем, что после достижения осевым напряжением волочения величины STK (ST меняется по длине деформационной

зоны) радиальное напряжение становится равным нулю и, сле­ довательно, силы трения на последующих участках контактной поверхности не возникают.

Несмотря на сложное взаимодействие различных факторов, влияющих на образование зоны оптимальных углов, довольно четко выражены следующие закономерности:

1. Положение зоны оптимальных углов зависит от степени деформации. С увеличением деформации начало зоны сдвигается в сторону больших углов (см. рис. 79, а, б, в), сокращая этим величину контактной поверхности (см., например, работу [14]).

2. Положение зоны оптимальных углов зависит от величины коэффициента трения. С ростом его, так же как и с ростом степени деформации, эта зона сдвигается в сторону больших углов. Это подтверждается сравнением графиков, приведенных на рис. 79, б, в. На первом показана зона оптимальных углов при волочении мед­ ной проволоки в волоке из твердых сплавов, на втором — при волочении такой же проволоки в стальной волоке, где величина коэффициента внешнего трения при прочих равных условиях всегда несколько выше.

Это же подтверждается и положением зон оптимальных углов для разных металлов и сплавов. Так, начальные границы опти­ мальных зон у алюминия и меди, коэффициенты внешнего трения которых несколько больше, чем у твердых металлов и сплавов (например, бронзы, никелевых латуней), смещены в сторону больших углов (см. рис. 79, г).

3. На положение зоны оптимальных углов влияет противонатяжение. С его ростом несколько уменьшается величина угла, соответствующего началу зоны. Это следует из рассмотренного

119

далее характера влияния противонатяжения на напряженное состояние деформационной зоны.

4. С увеличением среднего диаметра профиля, т. е. среднего диаметра деформационной зоны, при прочих равных деформацион­ ных условиях возрастает контактная поверхность и более быстро затухают продольные сдвиговые деформации от периферийных

слоев к осевым. Это приводит

к

уменьшению влияния поворота

траекторий главных

нормальных

продольных

напряжений

на

силу волочения. Поэтому с уве­

70

личением среднего

диаметра

про­

%60

1!б‘

филя зона оптимальных углов при

прочих равных условиях сдвигает­

< 7

в°1! 125’

\ »

ся в сторону больших углов, при

h

i

1

,//

которых контактная поверхность

I ио

/

уменьшается.

'/

Изложенное необходимо учиты­

^ 30

/ г /

вать при проектировании техноло­

I

4А

гических процессов и при исследо­

\20

г

вании влияния

угла а

на напря­

X

жение

волочения.

Когда исследо­

1 10

вание

ведется

в

лабораторных

ю го зо ио so 60

условиях

при

малых

скоростях

волочения,

следует

учитывать

Деформация%

влияние скорости, так как она

Рис. 84. Напряжения волочения трубы

значительно влияет на температуру

на закрепленной оправке при различ­

деформационной

зоны.

ных обжатиях и углах наклона образу­

ющей волочильного канала [14]

Все сказанное о зоне оптималь­

ных углов при конической форме

волочильного канала

в основном

относится и ко всем рассмотренным в

гл.

III

видам

волочения.

При волочении труб на закрепленной оправке оптимальные углы больше, чем при волочении сплошных круглых профилей. Это можно объяснить необходимостью уменьшения радиального давления на контактной поверхности закрепленной оправки, так как на эту поверхность трудно подвести смазку, а уменьшение радиального давления достигается увеличением а в результате повышения продольного напряжения (см. гл. II).

На рис. 84 приведены данные о влиянии угла а на напряже­ ние волочения латунной трубы [14].

Увеличение угла а соответствующего началу зоны оптималь­ ных углов при осаживании труб по сравнению с тем же углом при волочении сплошных круглых профилей отметили в своей работе Н. 3. Днестровский и В. И. Карасевич [15]. Это можно объяснить сравнительно невысокими нормальными давлениями, наблюдающимися при таком процессе в связи с отсутствием вну­ тренних давлений и, следовательно, более благоприятными усло­ виями для ввода смазки даже при повышенных углах.

1 2 0