книги / Теория волочения

6.КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТЕЙ СКОЛЬЖЕНИЯ,

СВОЙСТВА СМАЗКИ И СПОСОБЫ ЕЕ ВВОДА В ДЕФОРМАЦИОННУЮ ЗОНУ

Свойства материала волоки и протягиваемого металла, ка­ чество поверхностей скольжения, свойства смазки и способ ее ввода в деформационную зону в основном определяют силы и напряжения контактного трения для данных деформационных условий.

Многочисленными заводскими испытаниями установлено, что при хорошей полировке волочильных каналов и смазывающей пленке на контактной поверхности при прочих равных условиях сила волочения в стальной волоке больше, чем в волоке из твер­ дого сплава, в которой она больше, чем в волоке из технического алмаза (табл. 9), так как чем тверже материал волоки, тем лучше он полируется и тем меньше должен быть и коэффициент трения.

Очевидно, что хорошо подобранная смазка снижает при всех условиях силы внешнего трения. При прочих равных условиях холодного волочения хорошие результаты дают сухие смазки — твердое мыло, особенно натриевое, содержащее не менее 75% омыленных жирных кислот и возможно более свободное от гли­ церина (табл. 9).

				Т а б л и ц а 9
	Влияние смазки и материала волоки на силу волочения
	Началь­	Степень			Сила
Протягиваемый	ный		Металл
	диаметр	Дефор­		Смазка	воло­
металл	прово­	мации	волоки		чения,
	локи.	за пере­			кГ
	мм	ход. %
Алюминий	2,0	23,4	Карбид воль­ 11		13
			фрама		24
Латунь	2,0	25,2	Сталь
	2,0	20,1	Карбид воль­	Твердое мыло	20
			фрама
Бронза фос­	2,0	20, Г	Сталь		32
фористая	0,65	18,5	Карбид воль-		15
			ippdivid	Растительное	26
	0,65	18,5	То же
				масло
Мельхиор	М 2	20	»	Твердое мыло	16
Ofi/OI П
oU/Zl U			»	Растительное	20
			Алмаз	масло	15
				Твердое мыло
			»	Растительное	16
				масло

П р и м е ч а н и е . Для всех опытов применяли конические волоки с а = 6-г-7°.

132

Однако сухую смазку трудно нанести на протягиваемый ме­ талл, особенно при волочении профилей больших и малых сече­ ний, а также при высоких скоростях волочения, что часто огра­ ничивает ее применение. Кроме того, при употреблении сухой смазки поверхность протянутой полосы не получается блестящей, так как такая смазка оставляет на ней участки, покрытые тончай­ шей пленкой. Поэтому сухие смазки чаще применяют при волоче­ нии профилей средних сечений, а также профилей и труб из труднодеформируемых металлов в случаях, когда не требуется получать блестящую поверхность протянутого металла. В осталь­ ных случаях используют полужидкие (для крупных сечений) и жидкие (для средних и тонких сечений) смазки необходимой физической активности.

В работах [25, 26] показано, что с повышением смазочных свойств смазок зоны оптимальных углов заметно увеличиваются. Это указание полностью соответствует ранее изложенным сооб­ ражениям о влиянии коэффициента трения на положение зоны оптимальных углов.

Как уже было отмечено, при прочих равных условиях дей­ ствие смазки ухудшается с увеличением угла наклона образу­ ющей волочильного канала. Отрицательно влияет и повышение степени деформации, которое - неизбежно связано с увеличением новых поверхностей металла с утоненными и разрушенными сма­ зывающими пленками. На практике это подтверждается тем, что полоса, протянутая с малой деформацией, отличается менее бле­ стящей поверхностью из-за толстой смазочной пленки, остав­ шейся после волочения, чем полоса, протянутая с большой де­ формацией. Смазочный эффект в значительной мере зависит и от метода ввода смазки в деформационную зону. В традиционных процессах смазка просто вовлекается протягиваемым металлом, т. е. при небольшом гидродинамическом эффекте. При этом тол­ щина смазочной пленки невелика и часто недостаточна для обес­ печения жидкостного трения. Гидродинамический эффект может быть значительно увеличен применением специальных насадок или волок с малыми углами образующей волочильного канала (см. гл. V). В условиях, при которых увеличение гидродинами­ ческого эффекта затруднительно (малые скорости волочения, волочение тонких и тончайших размеров и др.), целесообразно применять гидростатический ввод смазки. Улучшению условий действия смазки также способствует вибрационное волочение.

На ход процесса волочения влияет также и качество поверх­ ности волочильного канала и протягиваемой полосы. Хорошая полировка канала улучшает качество поверхности протягивае­ мого металла в процессе его деформирования, следовательно, улучшается ход процесса волочения. Гладкая блестящая поверх­ ность протягиваемого металла при активной смазке улучшает процесс. При малоактивной жидкой смазке микроскопические

133

неровности на поверхности, например при волочении травленого

металла,	могут способствовать удержанию смазочной пленки
и этим	улучшать процесс. Такие предположения приведены

в работе А. И. Басса [6] и подтверждены П. И. Мининым [1], который, изучая волочение стальных прутков в стальных волоках, установил, что при хорошо отполированном канале, шлифован­ ных поверхностях прутков и жидкой смазке часто повышаются силы волочения, на поверхности канала и прутков появляются риски, тогда как при волочении в тех же условиях шлифованных и затем протравленных прутков такие явления не наблюдались. Подтверждается это также тем, что при протяжке травленой катанки процесс в первой волоке идет не хуже, чем в последу­ ющих, несмотря на частое применение в первом переходе высо­ ких обжатий.

7. ФОРМЫ НАЧАЛЬНОГО И КОНЕЧНОГО ПОПЕРЕЧНЫХ СЕЧЕНИЙ ПРОТЯГИВАЕМОЙ ПОЛОСЫ

При прочих равных условиях волочения силы внешнего тре­ ния растут с увеличением контактной поверхности. При равно­ великих сечениях круг имеет наименьший периметр. Следо­ вательно, при прочих равных условиях минимальная контактная поверхность, а поэтому и минимальные значения сил и напряже­ ний волочения должны наблюдаться при волочении круглых профилей. В соответствии с изложенным в работе [27] предло­ жено учитывать влияние формы простых профилей на контактную поверхность коэффициентом формы А, который равняется отно­ шению площади контактной поверхности, получающейся при волочении некруглого профиля, к площади контактной поверх­ ности, получающейся при волочении равновеликого круглого профиля из круглой заготовки с одинаковыми степенями дефор­ мации и одинаковой длиной деформационной зоны. При волоче­ нии сплошных профилей, близких по форме поперечного сечения к правильным многоугольникам, отношение площадей контакт­ ных поверхностей для профилей с небольшой разностью между максимальными и минимальными линейными размерами попереч­ ного сечения может быть с некоторым приближением заменено отношением их периметров.

Н. 3. Днестровский и Н. М. Богорад [7] определили соотно­ шение между напряжениями волочения равновеликих круга, шестигранника, квадрата и прямоугольников с отношением сто­ рон 2 : 1; 4 : 1 и 8 : 1 при одинаковых обжатиях и углах наклона образующих канала.

Результаты этих определений приведены на рис. 96 и 97, из которых видно, что форма конечного сечения профиля изделия оказывает большое влияние на силы и напряжения. Они растут с увеличением коэффициента формы А, причем этот рост

134

проявляется более резко с повышением степени деформации. На силу волочения заметно влияет не только форма конечного профиля, но и форма начального профиля; чем больше они отли­

чаются	один	от	другого,	тем	больше	контактная	поверхность
			Т а б л и ц а 10
Влияние различных форм начального
и конечного профилей			на силу волочения
(медь, предел прочности до волочения
	23	кГ/мм*)
Форма			Форма	О К
начального			конечного	и s
сечения			сечения	2 “
площадью			площадью	S gk
227 мм2			170 мм•	и ч *
Круг 0	\7 ММ		Круг	1600
		014,7 мм
Круг 0	17 мм		I	2600	1,00	1.05	1.W	А
					О	О		□

I X

Рис. 96. Зависимость напряжения волоче­

	ния от	коэффициента			формы А		протяги­
	ваемого	профиля [7] для				квадрата		и ше­
	2000		стигранника:
		30%. ц =		1,43;		/ / — б =		20%,
	/ — 6 =
	ц = 1,25;		111 — 6 = 10%,				ц =	1,11;
	-----а = 5 ° ; -----------а			=	7 ° ; ------------а= 9°;
	. . . .	а =	12° 30';		—	. . —	а =	20°

и сила волочения. В табл. 10 приведены результаты опытов, проведенных в лаборатории обработки металлов давлением Мо­ сковского института цветных металлов и золота им. М. И. Ка­ линина по влиянию различия форм начального и конечного профиля, подтверждающие изложенное.

8.ПРОТИВОНАТЯЖЕНИЕ

Все изложенное в гл. II о влиянии противонатяжения на на­ пряженное состояние потверждено многочисленными исследова­ ниями [28—30], показавшими, что противонатяжение Q (рис. 98), уменьшающее полное давление М д протягиваемого металла на волоку, в общем случае увеличивает полную силу волочения Pqt т. е. ту силу, которая действует на металл после выхода его из волоки. Однако необходимо отметить, что дальнейшие исследова­ ния [31, 32] показали, что сила М я уменьшается при наложении

противонатяжения любой величины. В то же время сила	Рд
и напряжение волочения начинают заметно расти не при всяком
противонатяжении, а лишь начиная с некоторого минимального
значения его, условно названного авторами критическим	QKP,

которое	определяет критическое напряжение противонатяже-
ния одкр,	зависящее от основных условий процесса и особенно

135

от предела упругости протягиваемого металла. На рис. 99 при­ ведены результаты исследований влияния противонатяжения на силу волочения и давление металла на волоку при волочении латунной проволоки Л62 с разными степенями предварительной деформации, в табл. 11 — критические значения противонатя­ жения при волочении проволоки из сплава Л62 [31], а в табл. 12— при волочении проволоки из технического циркония [79].

Эти результаты . показы­ вают:

1. [Возникновение критиче­ ских противонатяжений и замет­

ный рост СИЛЫ Pq ТОЛЬКО С ТОГО

момента, когда противонатяже-

28

U----------------------------------

О--------------------------------

10	12	1,Ь	16	А
	I_I______I__________ I
	1-1 2-1	й 1		8-1	Рис. 98. Схема сил,			действующих на ме­
	Отношение сторон прямоугольника				талл и волоку		при	противонатяжении, и
					изменение	их	с увеличением			противона­
Рис. 97. Зависимость напряжения волоче­					а — схема		тяжения:		сил;	б — схема
ния от коэффициента формы А протягивае­						действующих
мого профиля для прямоугольников (обо­					изменения	действующих			сил	в зависимо­
значения — те		же, что	на рис.	96)	сти от величины			противонатяжения

ние достигает значения QKP. Из этого следует, что применять противонатяжение в пределах до (?кР во всех случаях полезно, так как сила волочения практически не возрастает, но создаются условия для уменьшения износа волочильного канала (уменьшаются давления на контактной поверхности и выдавливание смазки), сокращаются или ликвидируются зоны трехосного сжатия.

2.Рост критических значений QKP и о,кр с повышением сте-

пени предварительной деформации и, следовательно, упрочне­ ния (аВн) (см. рис. 100).

3.Спад нагрузки на волоку M q при любой, даже небольшой величине противонатяжения. Этот спад при oq ^ оЦкр практи­

чески равен противонатяжению, а при oq > од всегда меньше

136

в

Рис. 99. Влияние противонатяжения на силы Р q

и М д

при волочении проволоки

из

ла­

туни

Л62 с

различной

предварительной

деформацией [31 ]:

/

— 46%,

о „

= 3 , 0

к Г / м м 2\

I I

—

0%, а

= 0 . 6

к Г / м м 2; / / / — 56%. <тл

=

=

VKO

— 20%,

о^кр =

чк р

66%,

= 7,6

V к р

-

5,1 к Г / м м 2;

I V

3,65 к Г /м м * - ,

V

—

к Г / м м 2-,

V I

38%,

=

3,85 к Г / м м 2-,

а — £>н =

1,47 лш, £>к =

1,32

обжатие за переход 20%;

б — £>н =

1,32 м м ,

D K

=

1,16

лл,

обжатие за

переход 23%;

в — D H =

1,16 х л ,

£>к

=

=

1,03

лл,

обжатие

за

переход 19%

137

его. Поэтому величина спада может быть охарактеризована коэф­ фициентом использования противонатяжения yqy представляющим собой отношение спада к противонатяжению, т. е.

.. _ MQ-- Мд _ Р0 -- Мд

У я - Q Q •

					(VI-3)
В гл. VII		показано,			что уд
в общем	случае		зависит		от р,,
/, а и отношения			С/уп . Только
			Од
при волочении отожженных ме­
таллов,	т. е.		при	волочении
с малыми значениями а/уп, ве-
Предварительная деформация,% личина	Уя	почти		не зависит

Рис. 100. Влияние степени предваритель­ ной деформации на величину Одк^ при

волочении дуралюмина Д1 [32]

ния процесса волочения с противонатяжением мягкой медной

проволоки диаметром 0,7 мм, выполненные в лаборатории Минцветметзолото А. Д. Апарышевой и Р. Я. Манелисом. Результаты

этих исследований		приведены в табл. 13		[30].	Таблица 11
	Критические противонатяжения при волочении проволоки
		из сплава	Л62 [31]
Степень	Диаметр проволоки, мм		Обжатие		<т_ ,
предвари­
тельной	до воло­	после	за переход,	Ъ '	9кР
деформации,	чения	волочения	%		кГ/мм2
%
0	1,47	1,32	20	1	0,6
46	1,47	1,32	20	5	3
38	1,16	1,03	19	4,3	3,85
66	1,16	1,03	19	3,4	7,6

Т а б л и ц а 12

	Критические противонатяжения при волочении проволоки				мм,
из технического		циркония (диаметр	проволоки до	волочения 1,51
	после волочения 1,38 мм, обжатие за переход 16.5%) [79]
Степень			Степень
предвари­		Ч р.	предвари­		Чр.
тельной	Ъ '		тельной
деформации,		к Г/мм2	деформации,		кГ/мм2
%			%
0	1,8	1,0	53	3,5	1,95
18	2,2	1,3	64	3,6	2,0
32,5	2,7	1,5	70	4,0	2,2
45	3,2	1,8	75,5	4,3	2,4

138

Объяснение указанного влияния противонатяжения на силу P q и на нагрузку на волоку М д, приведенное в работе [31 ], вытекает из рассмотрения характера изменения продольных и радиальных напряжений по длине деформационной зоны с внешним противонатяжением и без него.

Характер изменения продольных и радиальных напряжений при отсутствии внешнего противонатяжения может быть пред­ ставлен кривыми 1—2—3—4 и 1—5—6—3 (рис. 101). Ординаты первой кривой показывают продольные напряжения, а ординаты

второй — сумму

продольных

и радиальных

напряжений.

Т а б л и ц а 13

Таким образом,

в любом

Влияние величины

противонатяжения

поперечном

сечении, отстоя­

на коэффициент уд при волочении

мягкой медной проволоки с диаметра

щем на расстоянии х от

0,8 мм на диаметр

0,7

мм [30]

входа в деформационную зо­

ну,

ордината о/х показывает

Коэффициент

среднее значение продольного

Q.

использования

" г

противонатяжения

кГ

растягивающего напряжения,

к г

yQ

Q

а отрезок ординаты оГх, пред­

ставляющий

собой

разность

0 *

7

7

между

ординатами

кривых

0,35

1—5—6—3 и 1—2—3—4, яв­

2,0

6,3

8,3

4,0

5,5

9,5

0,375

ляется

средним

радиальным

5,0

5,0

11,0

0,33

напряжением в рассматривае­

мом

сечении.

Напряжение

* Волочение без противонатяжения.

волочения

показывает орди­

ната

/С0,

а

продольное

на­

границе

упругой

и

пластической

пряжение,

возникающее

на

зон, ордината а/уп. Перегиб кривой 1—2—3—4 в точке 2 объяс­

няется началом преимущественно пластических деформаций, а рез­ кое уменьшение угла наклона части кривой 2—3 к оси деформа­

ционной	зоны — тем, что нарастание		напряжений	протекает
всегда значительно интенсивнее в		зоне упругих деформаций,
чем в зоне пластических деформаций.			напряжением	оя < <т/уп>
Если	создать противонатяжение	с

то начальный диаметр полосы DHo сократится до DHl вследствие упругой деформации, а протяженность упругой зоны уменьшится с {ах + а2) до а2. Этим уравновесится противонатяжение, в ре­ зультате чего линия продольных напряжений изменит свое на­ чало и примет форму 7—8—2—3—4. При этом величина продоль­ ного напряжения на границе упругой и пластической зон оста­ нется почти неизменной. Линия суммарных напряжений также изменит лишь свое начало и примет форму 8—5—6—Зу а напря­

жение волочения	Ki останется неизменным, т. е. К г =	/С0.
Если создать	противонатяжение с напряжением	= <х/уп>

то по тем же причинам начальный диаметр полосы уменьшится

139

до DHit упругая зона почти исчезнет и так как силовые условия в пластической зоне не изменятся, то и напряжение волочения останется практически неизменным, т. е. /С2 = К\ = К0. Линия продольных напряжений примет вид 9—2—3—4 и покажет неиз­ менность напряжения волочения (К0 = /С, = /С2). Линия сум­ марных напряжений в этом случае примет форму 2—5—6—3.

Если создать противонатяжение с напряжением oqj, превы­

шающим о/уп, но меньшим, чем		сопротивление		деформации		по­
лосы у входа в канал (т. е. 5 Тн >		> а/уп),	то	начальный		диа­
метр	полосы DHo уменьшится до £>Нз, а протяженность				пластиче­
ской	зоны на а3. Однако в связи с тем, что		< 5 Тн,		остаточная

деформация заднего конца полосы, а также длина а3 будут Hajстолько малы по сравнению с протяженностью и деформацией пластической зоны, что ими можно пренебречь и протяженность пластической зоны считать не изменившейся. Поэтому в данных условиях, т. е. при о/уп < < 5Ти, напряжение волочения /С;>

1 4 0