книги / Теория волочения

что при обжатиях 10—30% напряжение волочения в радиальных каналах отличается от конических на ± 5 —8%, т. е. напряжения почти равнозначны при одинаковых длинах деформационной зоны. Это объясняется тем, что в первой половине деформацион­ ной зоны радиального канала траектории главных нормальных продольных напряжений периферийных слоев наклонены к оси канала больше, чем соответствующие траектории в первой поло­ вине деформационной зоны конической волоки, а во второй половине рассматриваемые траектории в радиальном канале нак­ лонены к оси канала меньше, чем траектории в коническом.

Рис. 87. Сравнение деформационных зон радиального и конического каналов

Таким образом, некоторое повышение напряжения волочения от увеличенного наклона траекторий в первой половине радиаль­ ного канала компенсируется некоторым уменьшением напряже­ ния во второй половине.

Величину угла радиальной образующей определяли по длине деформационной зоны с заменой дуги хордой.

Данную в работе [10] отрицательную оценку канала радиаль­ ной формы Днестровский и Богорад объясняют неудачной формой примененного канала, отчего получалась большая контактная поверхность. Это объяснение весьма вероятно. Радиальная форма канала имеет перед конической некоторое преимущество: она дает возможность использовать один и тот же канал и для боль­ ших, и для малых обжатий. В обоих случаях получается необ­ ходимая контактная поверхность.

Канал конической формы, пригодный для больших обжатий, т. е. имеющий большой угол а, при малых обжатиях дает недо­

122

через начало и конец рабочей части радиальной образующей. Естественно, что этот условный параметр изменяется по длине деформационной зоны. Например, он обязательно увеличивается с ростом обжатия, что следует учитывать при анализе процесса

и средних диаметров применяют каналы конической и радиальной

формы (со сравнительно большими радиусами кривизны), для волочения тонких и тончайших размеров используют каналы практически только радиальной формы.

А. В. Юшков и Е. С. Богданов [16] считают радиальную форму канала более рациональной, так как при определенных значениях радиуса кривизны образующей удается сохранить по всей длине деформационной зоны постоянство произведения

где х — текущее расстояние поперечного сечения деформационной зоны от ее начала или конца.

124

в каждом его поперечном сечении и этим обеспечить равномерность износа волочильного канала.

Более эффективно для обеспечения равномерности износа во­ лочильного канала соблюдение условия постоянства произведения интенсивности деформации на напряжение контактного трения. Это произведение может к выходу уменьшаться, вследствие чего более рациональной становится форма канала, приближающаяся к конической.

Сравнение сил волочения через конический и радиальный каналы, выполненное чисто аналитическим путем, описано в более

поздней работе [17]. Результаты этого сравнения приведены на рис. 90. Они показывают, что напряжения волочения при кони­ ческом канале несколько больше только у самого выхода. При этом не учитывается обязательное существование переходной зоны, которая обеспечивает плавный переход от конической зоны к калибрующей и этим уменьшает силу на выходе. К этому сле­ дует добавить и то, что в радиальном канале угол у входа при прочих равных условиях больше, чем в коническом, а это увели­ чивает отгон смазки. Таким образом, и эта работа (несмотря на утверждение ее автора) не указывает на какие-либо заметные преимущества радиальной формы перед конической.

В. В. Зверев [18] предложил форму обжимающей зоны во­ лочильного канала, образованную кривой АБ (рис. 91), вогну­ той в тело волоки и построенной по формуле

125

К этой зависимости В. В. Зверев пришел аналитическим путем, задавшись целью получить такой профиль, который, изнашиваясь, сохранял бы свою форму, отчего увеличивался бы срок службы канала. В своих расчетах В. В. Зверев сделал следующие допу­ щения:

а) нормальное давление металла на стенки обжимающей зоны канала постоянно;

б) отсутствует давление металла на стенки калибрующей части канала и, следовательно, отсутствует износ этой части канала;

в) рассмотрен идеальный случай — совершенно равномерный износ стенок канала под влиянием равномерного распределения

давления.

В работе [7] отмечено за­ метное повышение силы воло­ чения, вызываемое примене­ нием профиля такой формы.

Следует, однако, отметить, что, несмотря на это и ука­ занные допущения, изношен­ ные каналы часто имеют фор­ му, весьма сходную с пред­ ложенной В. В. Зверевым. Объясняется это тем, что

в обжимающей зоне канала поверхность протягиваемого металла увеличивается по направлению его движения и, следова­ тельно, растет воздействие сил трения на стенки канала, отчего он быстрее изнашивается по направлению к выходу. Это скорее указывает на целесообразность делать профиль обжимающей зоны с выпуклыми стенками волоки, т. е. радиальным.

Дальнейшие исследования [19, 20] привели к предложению так называемого «сигмоидального» профиля волочильного ка­ нала, представляющего собой комбинацию конической и радиаль­ ной форм (рис. 92), образующую которой можно считать вогнутовыпуклой линией.

В работе [19] проведено сравнительное исследование волоче­ ния полос из алюминия через волоки с каналом четырех форм: сигмоидальной, конической, вогнутой и выпуклой.

Результаты экспериментов приведены в табл. 8.

Эти результаты показывают, что при сигмоидальном профиле напряжения волочения снижаются мало заметно. Но так как в рассматриваемых экспериментах волочение проводили при малых скоростях, когда гидродинамический эффект не мог про­ явиться, эти результаты нельзя считать окончательными.

В работах [20] и [86] показано, что волоки с сигмоидальным профилем не имеют заметных преимуществ перед волоками дру­ гого профиля.

126

Недостаток сигмоидальных каналов — повышенная трудность их изготовления и невозможность использования одной волоки для разных относительных деформаций, так как при уменьшении деформации часть канала с малым углом исключается из работы.

Несмотря на указанные отличия профилей волочильного канала, при всех формах профиля основная деформация происхо­ дит в той части канала, которая имеет коническую или близкую к ней форму.

Поэтому для всех разновидностей каналов представляет инте­ рес определение величины оптимального угла аопт. Аналитиче­ ское определение величины аопт, как показано в гл. VII, встре­ чает заметные трудности.

В связи с этим рядом авторов на основе статистической обра­ ботки экспериментальных данных предложены различные эмпи­ рические и полуэмпирические формулы для определения аопт. Основные из этих формул рассмотрены в работе [21]. Сравнение значений аопт, рассчитанных по этим формулам, с приведенными на рис. 79 показывает, что наиболее удовлетворительную сходи­ мость дает формула Ш. Гелей:

sinaonT= ] / § ^ - . (VI-2)

Рассматривая эту, как и другие аналогичные зависимости, следует иметь в виду, что вследствие гидродинамического эффекта

суменьшением угла а (он же угол смазочного клина) понижается

ивеличина /л, а также и то, что эти формулы получены при ана­ лизе процессов без внешнего противонатяжения и без учета диаметра профиля.

На силу и напряжение волочения заметно влияет длина ка­ либрующей зоны канала. Это происходит потому, что протягивае­ мый металл попадает в калибрующую зону под некоторым сжи­ мающим напряжением от упругих деформаций, вследствие чего между металлом и калибрующей поверхностью возникают силы трения. Очевидно, что с увеличением длины калибрующей зоны

127

растут и силы трения, а с ними и сила волочения. По данным Минина (рис. 93), увеличение длины калибрующей зоны в усло­ виях исследованного им процесса в два раза повлекло увеличение силы волочения на 5—10%.

Последующие опыты Н. 3. Днестровского и Р. А. Блюмкиной [22], проведенные с цветными металлами и сплавами, подтвердили указанный характер влияния калибрующей зоны на напряжение волочения.

Ввиду того что по направлению к выходу из канала продоль­ ные напряжения повышаются, радиальные напряжения к выходу

меняют при повышенной стойности на истирание материала волоки и при волочении больших сечений, когда поле допусков сравнительно велико. Более высокие значения используют при волочении тонких и тончайших размеров, когда поле допусков мало и когда это позволяют получающиеся напряжения волоче­ ния (практически применяющиеся длины калибрующей зоны приведены в приложении 4). Изготовление каналов с заданными длинами калибрующей зоны, особенно каналов тонких и тончай­ ших размеров, встречает серьезные технические затруднения. Поэтому указанные величины, определяющие длину калибрующей зоны, ориентировочны, а их приближенное измерение и учет часто приходится вести методом «приведенного» угла (см. гл. VII).

Влияние длины калибрующей зоны на напряжение волочения зависит от степени деформации: при малых деформациях оно больше, так как в этом случае часть напряжения волочения, идущая на преодоление сил трения в калибрующей зоне, состав­ ляет заметную долю общего напряжения волочения, и наоборот.

128

При волочении тонкой проволоки, когда калибрующей зоне (чтобы повысить стойкость) придают длину, равную (0,8—1,5) DK, ее влияние на напряжение волочения возрастает, особенно при небольших обжатиях (10—15%), часто применяемых при воло­ чении профилей тонких и тончайших размеров. Например, при обжатии 10% и угле волоки 6 град, длина обжимающей зоны составляет около одной трети выходного диаметра, т. е. она в 1,5—4 раза меньше длины калибрующей зоны. Поэтому в прак­ тике волочения проволоки тонких и тончайших размеров измене­ ние обжатий в пределах 10—25% сравнительно мало влияет на

Волоки Волоподерт/пель

Рис. 94. Схема осаживания трубы с применением строенной волоки

напряжение волочения. Так, например, при волочении медной проволоки диаметром 0,05—0,3 мм через алмазные волоки уве­ личение обжатия с 10 до 25% приводит к повышению напряжения волочения не в 1,75—2 раза, как должно быть при отсутствии калибрующей части, а лишь в 1,4—1,5 раза.

При волочении сплошных профилей, осаживании и профили­ ровании труб иногда целесообразно применять сдвоенные и даже строенные (так называемые многосекционные) волоки. Схема осаживания трубы с помощью строенной волоки показана на рис. 94. Сущность такого метода заключается в разделении де­ формационной зоны на две-три самостоятельные части.

В отличие от многократного волочения общая степень дефор­ мации при таком методе не может заметно превышать допустимой степени деформации для волочения через одинарную волоку. Однако этот метод имеет следующие преимущества:

1.Во второй и третьей волоках процесс идет с противонатя-

жением от предыдущих волок, что, как показано далее, ведет к понижению давления металла на стенки волочильного канала и уменьшает его износ. Поэтому появляется возможность более длительного использования выходных волок и замены каждой из них по мере износа независимо от остальных.

2.Могут быть значительно улучшены условия смазки и охлаж­ дения протягиваемого металла, так как в межсекционные про­ межутки легко ввести смазку.

3.При волочении с большими углами наклона образующей

канала (а = 20ч-25 град.), например при осаживании трубы с обязательным уменьшением толщины стенки, применение много­ секционной волоки позволяет достигнуть наименьшего расхож­ дения между осями каналов и направлением тянущей силы, так как при такой конструкции общая длина канала увеличивается и этим облегчается более правильная установка основной цен­ тральной секции волоки.

Недостатки многосекционной волоки:

1.Усложнение конструкции волокодержателя.

2.Увеличение отходов металла на захватку.

3.Некоторое повышение силы волочения по сравнению с во­ лочением в односекционной волоке (при прочих одинаковых деформационных условиях). Это увеличение отмечено в работах [15, 23 и др.1 и объясняется тем, что в промежутках между сек­ циями волоки размеры протягиваемого металла вследствие его

упругости несколько возрастают в радиальном направлении по сравнению с теми, которые у него были в момент выхода из канала предыдущей секции. Для ликвидации этого упругого последействия в каждой последующей секции должна быть про­ ведена определенная работа. Кроме того, при применении много­ секционных волок увеличивается суммарная длина калибрующей зоны, что вызывает дополнительные затраты энергии на преодоле­ ние трения.

При определении размеров волочильного канала, а также размеров заготовок для волок необходимо учитывать также следующее:

а) длина обжимающей зоны должна быть несколько больше расчетной, чтобы исключить возможность начала деформации за пределами обжимающей зоны (т. е. во входной зоне канала) вследствие несовпадения оси канала с осью заготовки, а также в результате возможного превышения начальных размеров про­ тягиваемой полосы против расчетных (это может быть при раз­ работке канала предыдущей волоки). По этой же причине расчет­ ная длина деформационной зоны должна в производственных условиях определяться по максимальному обжатию;

б) длина входной и выходной зон, кроме чисто технологиче­ ского назначения, должна обеспечить достаточную прочность волоки против расклинивающего действия радиальных сил, метод определения которых указан на стр. 171.

Эти соображения положены в основу ГОСТов и ведомственных технических условий на заготовки для волок. Методика расчетов заготовок и волочильного канала изложена в п. 17 и в ра­ боте [24].

130