Способ волочения изделий

 

Изобретение предназначено для производства прутков и проволоки волочением. Способ волочения изделия включает деформацию металла в конических волоках с использованием технологической смазки и определение осевых остаточных напряжений в поверхностном слое изделия. При этом вытяжку за проход определяют из соотношения где - относительное осевое остаточное напряжение в поверхностном слое изделия; относительное напряжение противонатяжения; σ_s - сопротивление деформации материала протягиваемого изделия; f - коэффициент трения в зоне деформации; α_n - приведенный угол конусности волокон. Изобретение позволяет обеспечить прочность изделия при волочении.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для производства прутков и проволоки волочением.

Известно, что прутки и проволоку изготавливают по технологической схеме, совмещающей прокатку или прессование заготовки и ее последующее волочение через конические волоки. Предварительно передний конец заготовки заостряют, формируют захватку, которую вводят в инструмент (волоку) и зацепляют зажимом тянущего устройства. При деформировании в волочильном инструменте в заготовке возникает напряжение волочения, которое может приводить к обрыву переднего конца заготовки. Для того чтобы снизить вероятность обрывов заготовки при волочении, напряжение волочения должно быть меньше сопротивления деформации обрабатываемого металла (см. Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения. - М. : Металлургия, 1971. - C. 17). Кроме того, большую роль в технологическом процессе играют остаточные напряжения, особенно при волочении заготовок из дисперсно-упрочненных композиционных материалов. Остаточные напряжения могут вызвать последеформационное разрушение изделия или растрескивание его поверхности.

Известен способ волочения изделий (а.с. СССР N 1245375, кл. B 21 C 1/00, 1986), включающий предварительное формирование захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через монолитную волоку. Перед волочением заостренную часть захватки вводят в волоку, наносят технологическую смазку и осуществляют захват заостренного конца изделия зажимом тянущего устройства. В начальный момент волочения происходит постепенное деформирование конического участка захватки с переменной вытяжкой, значение которой изменяется от единицы до вытяжки изделия. При этом плавно изменяется и напряжение волочения до выхода на установившийся режим.

Однако при этом напряжение волочения может достигнуть критической величины, что приведет к обрыву изделия. Т.е. необходима прочностная оценка с целью определения допустимой величины напряжения волочения в заготовке и, следовательно, минимально допустимого диаметра заостроенного конца захватки, исключающего обрывность заготовки.

Известен способ волочения изделий (патент РФ N 2101108, кл. B 21 C 1/00 (УНИИКМ), 10.01.98), включающий предварительное формирование захватки и деформацию заготовки в конических волоках с использованием технологической смазки, отличающийся тем, что при деформации обжатие за проход определяют в соответствии с зависимостью где d₀ и d₁ - диаметр заготовки до и после деформации соответственно; f - коэффициент трения в зоне деформации; α_n - приведенный угол конусности волоки, при этом захватку формируют с диаметром, соответствующим диаметру заготовки после данного прохода.

Однако в известном патенте не учитывается влияние формируемых в процессе волочения остаточных напряжений на прочность получаемого изделия, поскольку остаточные напряжения, суммируясь с напряжением волочения, повышают вероятность обрыва и требуют учета этого обстоятельства в технологических расчетах.

Целью изобретения является обеспечение прочности изделия при волочении.

Задача решается тем, что в способе волочения изделия, включающем деформацию металла в конических волоках с использованием технологической смазки, находят осевые остаточные напряжения в поверхностном слое изделия, а вытяжку за проход определяют соотношением где относительное осевое остаточное напряжение в поверхностном слое изделия; относительное напряжение противонатяжения; σ_s - сопротивление деформации материала протягиваемого изделия;
f - коэффициент трения в зоне деформации;
α_n - приведенный угол конусности волоки.

Известно, что величину предельной вытяжки заготовки при волочении определяют из условия равенства напряжения волочения σ_B сопротивления деформации обрабатываемого материала σ_s (см. Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения. - М.: Металлургия, с. 216)
σ_B = σ_s. (1)
Как правило, с точки зрения прочности наибольшую опасность представляют осевые растягивающие остаточные напряжения, которые максимальны в поверхностных слоях изделия. С учетом формируемых в изделии осевых остаточных напряжений σ^o_z условие прочности (1) принимает вид:
σ_B + σ^o_z = σ_s. (2)
При деформации заготовки в конической волоке напряжение волочения σ_B с учетом противонатяжения σ_o определяют по упрощенной формуле И.Л.Перлина (см. там же)

где F_н = πd²_o/4 и F_к = πd²₁/4 - площадь поперечного сечения заготовки до и после прохода соответственно;
d₀ и d₁ - диаметр заготовки до и после деформации соответственно;
f - коэффициент трения в зоне деформации;
α_n - приведенный угол конусности волоки.

Подставив выражение (3) в условие (2), получили уравнение для определения предельной вытяжки заготовки из условия прочности переднего конца заготовки (захватки)

где относительные напряжение противонатяжения и осевое остаточное напряжение соответственно.

Из уравнения (4) с учетом, что

(λ - вытяжка за проход), определили предельную вытяжку за проход

Пример конкретной реализации.

Волочили предварительно деформированный пруток из дисперсно-упрочненного композиционного материала на основе порошковой меди диаметром d₀ = 10 мм с целью получения прутка с диаметром d₁ = 6 мм через волоку с α_n =6^o и f = 0,06. При волочении использовали минеральную смазку вапор.

Расчеты по предлагаемой формуле (5) в предположении отсутствия остаточных напряжений и противонатяжения дают λ = 1,88, что соответствует d₁ = 7,2 мм. При реализации полученной вытяжки произошел обрыв переднего конца заготовки (захватки).

Расчет остаточных напряжений дал в поверхностном слое заготовки = 0,1, получили при отсутствии противонатяжения =0) λ = 1,77, что соответствует d₁ = 7,5 мм. Реализация данной вытяжки обеспечила прочность переднего конца заготовки.

При использовании предлагаемого способа волочения изделий, преимущественно проволоки и прутков, исключается вероятность обрывов заготовки, так как обеспечиваются условия прочности с учетом действующих остаточных напряжений, уменьшаются отходы металла в брак, обеспечивается стабилизация процесса волочения, повышается надежность, прочность и долговечность готовых изделий, в конечном итоге повышается производительность и снижается себестоимость продукции.

Формула изобретения

Способ волочения изделия, включающий предварительное формирование на заготовке захватки и деформацию заготовки в конических волоках с использованием технологической смазки, отличающийся тем, что находят осевые остаточные напряжения в поверхностном слое изделия, а вытяжку λ за проход определяют соотношением

где относительные напряжение противонатяжения и осевое остаточное напряжение соответственно;
f - коэффициент трения в зоне деформации;
α_n - приведенный угол конусности волоки.