Способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий



 


Владельцы патента RU 2480301:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)

Изобретение предназначено для снижения энергоемкости процесса волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий и повышения качества протягиваемых изделий. Способ включает формирование на изделии захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через конический канал монолитной волоки. Снижение напряжения волочения, повышение единичных обжатий обеспечиваются за счет оптимизации угла наклона образующей конического канала волочильного инструмента, при этом угол наклона образующей конического канала к оси волочения регламентирован в зависимости от таких параметров, как вытяжка, коэффициент внешнего трения, сопротивление деформации металлов сердечника и оболочки, относительные площади сердечника и оболочки и т.д. 1 пр.

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для производства биметаллических прутковых и проволочных изделий волочением.

Известно, что биметаллические 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 защепляют зажимом тянущего устройства.

При деформировании в волочильном инструменте в заготовке возникает продольное 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).

При волочении большую роль играет напряжение волочения, определяющее энергосиловые параметры процесса волочения. Актуальным при этом является определение оптимальных технологических параметров, обеспечивающих минимальное значение напряжения волочения.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, включающий предварительное формирование на изделии захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через конический канал монолитной волоки. При этом напряжение волочения биметаллического прутка определяют с использованием принципа минимума мощности деформирования

где σs - средневзвешенное сопротивление деформации по сечению заготовки;

α - угол наклона образующей канала волоки;

λ=(R0/R1)2 - вытяжка;

β=τscsп - коэффициент прочностной неоднородности;

τsc, τsп - сопротивление сдвигу металла сердечника и оболочки

(см. Паршин B.C., Соколовский В.И., Степанов Ю.Н. Усилия и деформации при волочении прутков с прочностной неоднородностью. // Технология легких сплавов. 1977. №1. С.19).

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого решения, - предварительное формирование на изделии захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через конический канал монолитной волоки.

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что процесс волочения имеет повышенные напряжение и энергоемкость. Это объясняется тем, что способ не обеспечивает минимальное значение напряжения волочения и приводит к повышенной энергоемкости процесса волочения. Кроме того, известный способ не учитывает влияние геометрических соотношений слоев биметалла (сердечника и оболочки) на напряжение, поскольку в зависимости от геометрических соотношений слоев биметалла напряжение волочения будет различным. При этом свойства слоев усредняются коэффициентом прочностной неоднородности β без конкретизации механических свойств по слоям биметаллической заготовки.

Задачей изобретения является снижение напряжения волочения и энергоемкости процесса волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, повышение единичных обжатий и качества протягиваемых биметаллических изделий за счет оптимизации угла наклона образующей конического канала волочильного инструмента.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, включающем формирование на изделии захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через конический канал монолитной волоки, используют волоку, угол наклона образующей конического канала к оси волочения которой составляет

где - вытяжка при волочении;

d0, d1 - внешний диаметр биметаллического прутка или проволочной заготовки до и после деформации соответственно;

f - коэффициент внешнего трения в очаге деформации при волочении.

, - сопротивление деформации металлов сердечника и оболочки соответственно;

σq - напряжение противонатяжения;

, - относительная площадь сердечника;

- относительная площадь оболочки;

F - площадь сечения биметаллической заготовки.

Признаки предлагаемого способа, отличительные от прототипа, - используют волоку, угол наклона образующей конического канала к оси волочения которой составляет

При определении оптимального угла наклона образующей конического канала волоки по приведенной выше формуле учитывается при производстве прутковых или проволочных биметаллических компонентов сопротивление деформации биметаллической заготовки и соотношение площадей сердечника и оболочки биметаллической заготовки.

В реальных условиях волочения напряжение волочения монометаллической заготовки определяется по формуле (см. Механика композиционных материалов и конструкций. 2010. Том 16, №2. С.191-196)

где λ=F0/F1 - вытяжка при волочении;

F0, F1 - площадь сечения заготовки до и после прохода соответственно;

αв - угол наклона образующей инструмента к оси волочения;

αП - приведенный угол волоки tgαП=0,65tgαв;

σs - среднее по зоне деформации сопротивление деформации протягиваемого материала;

f - коэффициент трения в зоне деформации;

σq - напряжение противонатяжения.

Формула (3) использована для расчета напряжения волочения биметаллической заготовки отдельно для сердечника и оболочки.

Так, для сердечника, учитывая отсутствие проскальзывания сердечника относительно оболочки, полагаем в формуле (3) f=0. Тогда напряжение, обеспечивающее деформацию сердечника, будет равно

где - сопротивление деформации материала сердечника.

Напряжению волочения (4) соответствует усилие, затрачиваемое на деформацию сердечника

где Fc - площадь сердечника на выходе из очага деформации.

Напряжение волочения периферийной части (оболочки) биметаллической заготовки в соответствии с формулой (3) составит

где - сопротивление деформации металла оболочки.

Напряжению волочения (6) соответствует усилие, затрачиваемое на деформацию оболочки

где F0 - площадь сечения оболочки.

Общее усилие, необходимое для пластической деформации биметаллической заготовки, составит

После подстановки соотношений (5) и (7), преобразований и перехода к среднему напряжению волочения биметаллической заготовки получим

где - относительная площадь сердечника;

- относительная площадь оболочки;

F - площадь сечения биметаллической заготовки.

Как следует из соотношения (9), напряжение волочения зависит от тангенса угла наклона образующей конического канала волочильного инструмента к оси волочения. Минимальное значение напряжения волочения и соответственно усилия волочения биметаллической заготовки, а также энергоемкости процесса обеспечивается из условия равенства нулю производной от напряжения волочения по тангенсу угла наклона образующей конического канала волочильного инструмента, а именно

Продифференцировав выражение (9) по tgαв и приравняв производную нулю, после преобразований получим оптимальное значение tgαв

и соответственно

Соотношение (2) обеспечивает минимальное значение напряжения волочения и минимальную энергоемкость процесса волочения биметаллической заготовки.

Пример конкретной реализации предлагаемого способа

Волочению подвергали биметаллический пруток с диаметром 2,13 мм на диаметр 1,98 мм, что соответствует вытяжке λ=1,15. Пруток состоял из сердечника - сплав NbTi с сопротивлением деформации , и оболочки из меди с сопротивлением деформации . Диаметр сердечника на выходе 0,99 мм. При волочении отсутствовало противонатяжение (σq=0). На первом этапе применили твердосплавную волоку αв=15°, при волочении использовали мыльно-масляную эмульсию. Коэффициент трения f при этом составлял 0,10. Напряжение волочения оказалось равным σвол=175,1 МПа. По предложенным в заявке формулам определили оптимальный угол . Напряжение волочения для твердосплавной волоки с оказалось равным . Таким образом, применение инструмента с оптимальным углом волоки позволило снизить напряжение волочения на 7%.

При снижении напряжения волочения появляется возможность повышения обжатий при волочении и снижения кратности маршрутов волочения. Снижение напряжения волочения уменьшает также вероятность обрыва переднего конца заготовки и разрушения компонентов биметаллической заготовки, повышая тем самым качество протягиваемых изделий.

Способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, включающий формирование на изделии захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через конический канал монолитной волоки, отличающийся тем, что используют волоку, угол наклона образующей конического канала к оси волочения которой составляет

где - вытяжка при волочении;
d0, d1 - внешний диаметр биметаллического прутка или проволочной заготовки до и после деформации соответственно, мм;
f - коэффициент внешнего трения в очаге деформации при волочении;
, - сопротивление деформации металлов сердечника и оболочки соответственно, МПа;
σq - напряжение противонатяжения, МПа;
- относительная площадь сердечника;
- относительная площадь оболочки;
F - площадь сечения биметаллической заготовки, мм2;
Fc - площадь сердечника, мм2;
Fo - площадь оболочки, мм2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к методам интенсивной проработки структуры металла пластической деформацией. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в качестве промежуточного тягового устройства волочильной машины. .

Изобретение относится к оборудованию для производства проволоки веерным способом, т.е. .
Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для производства высокопрочной проволоки волочением для армирования железобетонных изделий.

Изобретение относится к области производства холоднотянутых профилей электротехнического назначения из следующих нетермоупрочняемых бронз: кадмиевой, магниевой, оловянной, серебряной и других.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении полуфабрикатов или прутков и проволоки с ультрамелкозернистой (УМЗ) структурой.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении полуфабрикатов или прутков и проволоки с ультрамелкозернистой (УМЗ) структурой.

Изобретение относится к области электротехнических материалов, а именно к производству изолированных проводов из фольги для изготовления обмоток с высоким коэффициентом заполнения по металлу.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к трубопрокатному производству, и может быть использовано при производстве холоднодеформированных труб, преимущественно используемых в машиностроении.
Изобретение относится к способам обработки металлов давлением, в частности к производству холодно-деформированных труб, и может быть использовано для производства прецизионных труб

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к волочению провода контактного из меди и ее сплавов с площадью поперечного сечения 65, 85, 100, 120, и 150 мм, и может быть использовано в метизной промышленности для изготовления фасонных профилей с вогнутыми и выпуклыми поверхностями

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для производства триметаллических прутковых и проволочных изделий волочением

Изобретение предназначено для повышения точности формы и размеров высокопрочной арматурной проволоки больших диаметров, производимой методом холодного волочения и термомеханической обработкой из высокоуглеродистой стали. Способ включает волочение круглой заготовки и нанесение на нее трехстороннего периодического профиля. Получение арматурной проволоки для предварительно напряженных железобетонных конструкций с сечением, максимально близким к кругу, обеспечивается за счет того, что волочение круглой заготовки до нанесения на ее поверхность периодического профиля осуществляют с суммарной степенью обжатия 55-61%, а нанесение периодического профиля на ее поверхность осуществляют путем придания сечению круглой заготовки формы стрельчатого треугольника гладкими роликами с вогнутой рабочей поверхностью радиусом, равным не менее 5 радиусов круглой заготовки, и последующего нанесения на выступы стрельчатого треугольника периодических вмятин профилирующими роликами с суммарной степенью обжатия в роликах с вогнутой поверхностью и профилирующих роликах, равной 5-8%, при этом расстояние между осями группы роликов с гладкой рабочей поверхностью и осями группы профилирующих роликов составляет 0,6-0,7 их диаметра. 3 ил., 1 пр.

Изобретение предназначено для уменьшения усилий при обработке давлением технически чистого алюминия. Снижение микротвердости материала заготовки обеспечивается за счет того, что перед волочением на заготовку воздействуют импульсным магнитным полем, индукция которого не превышает 0,7 Тл, создаваемым посредством установленного перед волокой индуктора, на который подают импульсы тока регламентированных параметров от источника токовых импульсов. 3 ил.

Изобретение предназначено для снижения себестоимости арматурной высокопрочной проволоки. Способ включает деформацию заготовки путем приложения тянущей силы с одновременным приложением дополнительной деформации сдвига вращением. Снижение затрат на производство проволоки с повышенными физико-механическими свойствами посредством повышения величины накопленной деформации обеспечивается за счет того, что величину деформации сдвига устанавливают регламентированным изменением величины угла подъема винтовой линии вращения, причем величину угла подъема винтовой линии вращения за один проход устанавливают в пределах 2-10° при суммарном угле подъема не более 50°. 1 табл.

Изобретение предназначено для повышения физико-механических свойств арматурной высокопрочной проволоки преимущественно 9 группы диаметров (более 8,0 мм) при одновременном снижении затрат на ее производство. Способ включает волочение заготовки из высокоуглеродистой стали с сорбитизированной структурой и последующее ее профилирование. Исключение разрушения цементитных пластин структуры стали при сокращении количества протяжек, повышение значения временного сопротивления разрыву и условного предела текучести, относительного удлинения, релаксационной и коррозионной стойкости готовой проволоки обеспечивается за счет того, что перед профилированием заготовку подвергают двухпроходной радиальной деформации с равными вытяжками и одновременным приложением сдвиговой деформации знакопеременным пластическим кручением в противоположных направлениях в каждом проходе на регламентированную глубину распространения по сечению. 1 ил., 1 табл.

Изобретение предназначено для увеличения срока службы калиброванных валков, уменьшения количества перевалок, увеличения производительности устройства для производства холоднодеформируемых труб прокаткой и волочением. Способ изготовления труб включает холодную прокатку трубной заготовки в возвратно-поступательно перемещающейся рабочей клети с валками и калибрование трубы волочением. Изготовление труб различной длины из труднодеформируемых материалов при любых углах поворота трубы при холодной пильгерной прокатке с увеличенной подачей заготовки обеспечивается за счет того, что калибрование трубы волочением осуществляют синхронно с холодной прокаткой трубной заготовки возвратно-поступательным перемещением обоймы с вращающимся волокодержателем и волокой. Устройство содержит возвратно-поступательно перемещающуюся от привода рабочую клеть с валками, механизм подачи и поворота трубной заготовки и механизм калибрования трубы волочением. Механизм калибрования трубы волочением установлен непосредственно за рабочей клетью и выполнен в виде корпуса с направляющими и возвратно-поступательно перемещающейся от привода по направляющим обоймы с установленным внутри нее волокодержателем с волокой, имеющим возможность вращения. Привод перемещения обоймы механизма калибрования волочением выполнен в виде соединенного с обоймой соленоида и расположенной в корпусе катушки. 2 н. и 1 з.п ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для производства полиметаллических многослойных прутковых и проволочных изделий волочением. Способ включает предварительное формирование на изделии захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через рабочий канал монолитной волоки. Снижение напряжения волочения и энергоемкости процесса волочения обеспечивается за счет того, что используют волоку, угол наклона образующей рабочего канала к оси волочения которой регламентируют математической зависимостью, учитывающей влияние таких факторов как сопротивление деформации материала наружного слоя, напряжение противонатяжения, соотношение площадей сечения слоев и др., что позволяет повысить единичные обжатия и качество протягиваемых изделий.

Изобретение относится к волочильному и калибровочному производству. Многократный прямоточный волочильный стан для калибровки заготовок, включает раму, закрепленные на ней опорные патрубки, установленные на патрубках в подшипниках по меньшей мере два тяговых барабана с приводом от двигателя с понижающим редуктором и коробкой скоростей и установленные перед ними волочильные инструменты. Улучшение технологических параметров волочения в сочетании с возможностью изготовления и эксплуатации стана в условиях малого предприятия при низких затратах обеспечивается за счет того, что в качестве рамы использована рама автомобиля, а в качестве привода барабанов - связанные между собой детали, узлы и механизмы автомобильной трансмиссии, при этом в качестве понижающего редуктора использована главная передача трансмиссии автомобиля, 1-я и 2-я полуоси которой являются выходными валами понижающего редуктора, а коробка скоростей выполнена в виде коробки перемены передач автомобиля, при этом 1-й тяговый барабан соединен с 1-й полуосью, а 2-й тяговый барабан - со 2-й полуосью посредством шарниров, с возможностью передачи полуосями крутящего момента и с обеспечением равенства крутящих моментов на валах тяговых барабанов посредством дифференциального механизма трансмиссии автомобиля, причем между тяговыми барабанами установлен с возможностью свободного вращения обводной ролик, задающий траекторию проволоки от 1-го тягового барабана к волочильному инструменту, расположенному перед 2-м тяговым барабаном, элементы трансмиссии закреплены на раме сварными соединениями, а на опорных патрубках установлены опорные трубы для передачи технологических нагрузок от барабанов на раму. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх