Способ волочения изделий

Способ предназначен для снижения энергоемкости процесса волочения, повышения единичных обжатий и качества протягиваемых изделий при производстве прутков и проволоки. Способ включает предварительное формирование на изделии захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через монолитную волоку. Снижение напряжения волочения достигается за счет оптимизации угла наклона образующей рабочего канала волоки, который регламентируется математической зависимостью, учитывающей вытяжку, коэффициент внешнего трения в очаге деформации.

 

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 возникают 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 материала (см. Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения. - М.: Металлургия, 1971. - с.17).

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ волочения изделий (см. а.с. СССР №1245375, кл. В21С 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. Напряжение волочения при этом может достигать критической величины, что приведет к обрыву изделия. Данный способ принят за прототип.

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что он не учитывает геометрию волочильного инструмента, в частности угол наклона образующей рабочего канала волоки к оси волочения. Угол наклона образующей рабочего канала технологического волочильного инструмента является одним из основных параметров, определяющих напряжение волочения и единичные обжатия при волочении.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого решения, - предварительное формирование на изделии захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через монолитную волоку.

Задачей изобретения является снижение напряжения волочения и энергоемкости процесса волочения, повышение единичных обжатий и качества протягиваемых изделий за счет оптимизации угла наклона образующей рабочего канала волоки.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе, включающем предварительное формирование на изделии захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через монолитную волоку, угол наклона образующей рабочего канала волоки определяют по формуле:

где - вытяжка при волочении;

d₀, d₁ - диаметр прутка или проволоки до и после деформации;

f - коэффициент внешнего трения в очаге деформации при волочении.

Признаки предлагаемого способа, отличительные от прототипа, - определение угла наклона образующей рабочего канала волоки по приведенной выше формуле.

В реальных условиях волочения напряжение волочения определяется по формуле:

где α_в - угол наклона образующей рабочего канала волочильного инструмента к оси волочения;

σ_тс - среднее по очагу деформации сопротивление деформации материала протягиваемой заготовки;

λ - вытяжка при волочении;

σ₀ - напряжение противонатяжения.

Как следует из соотношения (2), напряжение волочения зависит от тангенса угла наклона образующей рабочего канала волочильного инструмента к оси волочения. Напряжение волочения определяет полное усилие волочения

где - площадь сечения прутковой или проволочной заготовки.

Минимальное значение усилия волочения и снижение энергоемкости процесса волочения обеспечивается снижением напряжения волочения до минимального значения, которое определяется из условия равенства нулю производной от напряжения волочения по тангенсу угла наклона образующей рабочего канала инструмента, а именно:

Продифференцировав выражение (2) по tgα_в и приравняв производную нулю, после преобразований получим уравнение для определения оптимального значения тангенса угла наклона в следующем виде:

В большинстве случаев волочения прутковых и проволочных заготовок противонатяжение отсутствует (σ₀=0), тогда из уравнения (5) имеем:

И соответственно

Соотношение (6) обеспечивает минимальное значение напряжения волочения и минимальную энергоемкость процесса волочения. При снижении напряжения волочения появляется возможность повышения обжатий при волочении и снижения при этом кратности маршрутов волочения. Снижение напряжения волочения уменьшает вероятность обрыва переднего конца заготовки, повышая тем самым качество протягиваемых изделий.

Пример конкретной реализации

Стальной пруток протянули с d₀=4 мм на d₁=3,58 мм, вытяжка при этом составила λ=1,25. При волочении использовали в качестве смазки порошкообразную смазку натриевого мыла, коэффициент трения для которой составил f=0,08. Для волочения применили стандартную твердосплавную волоку с α_в=8°. Для среднего значения сопротивления деформации σ_тс=300 МПа напряжение волочения оказалось равным 186,5 МПа. В соответствии с формулой (7) оптимальным углом наклона образующей рабочего канала волоки оказался угол, равный 10,4°, которому соответствует напряжение волочения σ_в=175,5 МПа. Таким образом, оптимизация угла наклона образующей рабочего канала волоки привела к снижению напряжения волочения на 9,0 МПа, что составляет 4,8% от первоначального значения.

Предлагаемый способ позволяет выбрать угол наклона образующей рабочего канала волочильного инструмента из условия достижения минимума напряжения волочения, снизить напряжение волочения, повысить единичные обжатия, уменьшить обрывность при волочении, повысив тем самым качество металлоизделий.

Способ волочения изделий, включающий предварительное формирование на изделии захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через рабочий канал монолитной волоки, отличающийся тем, что используют волоку, угол наклона образующей рабочего канала которой составляет

где - вытяжка при волочении;

d₀, d₁ - диаметр прутка или проволоки до и после деформации соответственно, мм;

f - коэффициент внешнего трения в очаге деформации при волочении.