книги / Теория волочения

должно пойти на осуществление заданной пластической дефор­ мации, практически такой же, как и без противонатяжения, и, кроме того, на преодоление увеличенного напряжения противона­ тяжения оЯ , возникшего в начале пластической зоны. В резуль­

тате этого напряжение волочения /С3 заметно возрастает. Линия продольных напряжений принимает форму 10—11—12— 13 и. показывает рост напряжения волочения /С3 > К0.

Линия суммарных напряжений принимает форму11— 14—6— 12. Следовательно, дополнительное увеличение противонатяжения приведет к дальнейшему росту напряжения волочения и только при (когда напряжение противонатяжения станет

равным сопротивлению деформации полосы у входа в канал) начнется процесс пластического растяжения до входа металла в волоку, описанный в гл. I. Такой процесс представляет комби­ нацию волочения без волоки и в волоке.

Понижение пластичности обрабатываемого таким образом металла, вызываемое увеличением продольных напряжений, де­ лает нецелесообразным применение противонатяжений, вызы­ вающих значительные внеконтактные пластические деформации, особенно при волочении упрочненных металлов.

Во всех рассмотренных случаях появление внешнего противо­ натяжения приводит к понижению радиальных напряжений, а с ними и к уменьшению сил трения на контактной поверхности. В первых двух случаях (а^ < а/уп и = а/уп) эти уменьшения

происходят в упругой зоне, а в третьем случае (а^ > а/уп) они

переходят и в пластическую. Поэтому нагрузка на волоку начи­ нает заметно падать с самого начала появления внешних противо­ натяжений независимо от их величины. Изложенное полностью подтверждается результатами описанных ранее опытов. В связи с этим критические противонатяжения могут служить косвенным доказательством того, что в деформационной зоне имеется и упру­ гая зона, а критическое напряжение противонатяжения можно считать равным напряжению на границе упругой и пластиче­ ской зон, т. е. адкр «=* 0/уп. Отсюда следует независимость оЯкр

от величины деформации за данный переход. Действительно, при прочих одинаковых условиях процесса положение упругой зоны не зависит от степени пластической деформации. Следовательно, от степени деформации не должна зависеть и величина а/уп,

а также аЯкр. Снижением нагрузки на волоку М я объясняется

и указанное ранее уменьшение величины угла а, соответствующего началу зоны оптимальных углов при противонатяжении. Этим же можно объяснить и отсутствие заметных различий между силами при волочении через коническую волоку с оптимальным углом и радиальную волоку. Действие всякого предыдущего участка деформационной зоны на последующий (по ходу процесса) можно рассматривать как внутреннее противонатяжение, от

141

которого уменьшается угол, соответствующий началу зоны опти­ мальных углов. Следовательно, становится целесообразным уменьшать угол а по направлению к выходу из канала. Это сви­ детельствует об эффективности радиальной волоки. Из сказан­ ного следует, что противонатяжение в общем случае — фактор положительный, особенно если достаточно полно использовать его работу, как при многократном процессе, а также при плющении — волочении (см. гл. IV) и в некоторых других процессах волочения.

9.О НАПРЯЖЕНИЯХ НА КОНТАКТНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

УПРУГОЙ ЗОНЫ

При волочении с недостаточным противонатяжением или без него у входа в рабочую зону волочильного канала наблюдается интенсивный кольцевой износ. Он объясняется тем, что при указанных условиях начальный участок деформационной зоны является упругим.

Достаточно точное положение границы между упругой и пластической зонами и размеры зоны трехосного сжатия, возни­ кающего при отсутствии противонатяжения, установить весьма сложно, поэтому для оценки напряжений на контактной поверхности упругой зоны, ответственных за образование упомянутого интенсивного износа канала, приходится пользоваться упрощенной схемой, приведенной на

рис. 102.

Пусть аПуп и туп = [паПуп —сред-

ние значения нормальных напряже­ ний и напряжений трения на кон­ тактной поверхности упругой зоны;

а1уп — продольное напряжение на границе упругой и пластической

зон; Dуп и Dn—диаметры проволоки в начале упругой и пластиче­ ской зон; /уп —длина образующей упругой зоны. Из схемы видно

Радиальная деформация в упругой зоне при использовании обобщенного закона Гука для объемного осесимметричного напря­ женного состояния может быть определена из уравнения

аГуп, 0/уп — соответственно радиальное и продольное напря жения в упругой зоне.

142

В гл. VII показано, что при небольших значениях коэффи­

Поскольку рациональный член формулы (5) неизмеримо мал по сравнению с иррациональным, в котором второй член неизме­ римо больше первого, а также учитывая, что отрицательное зна­ чение корня физического смысла не имеет, формулу можно суще­ ственно упростить:

<V'-8a)

При наложении внешнего противонатяжения величина а/уп

уменьшается и при достижении противонатяжением критического значения tf/yn становится равным нулю. Это приводит к умень­

шению, а затем и к полному исчезновению упругой зоны, когда сгЛуп, согласно формуле (VI-8a), становится равным нулю.

Исходные данные и результаты расчета сгПуп для волочения

проволоки из различных цветных сплавов в отожженном состоя­ нии приведены в табл. 14.

Как показывает таблица, расчетные значения нормальных давлений на контактной поверхности упругой зоны достигают

143

144

ждает, что к контактной поверхности примыкает зона трех­ осного сжатия.

3. Величины <тЛуп и т>п растут с увеличением угла а. Этим

также объясняется использование волок с возможно меньшими углами, а также ограниченность применения волок радиального профиля, в которых в самом начале деформационной зоны угол наклона образующей всегда отличается сравнительно большей величиной, что способствует более интенсивному кольцевому износу канала. Это же указывает и на прогрессивность каналов с сигмоидальным профилем, поскольку в таких каналах в начале деформационной зоны угол а очень мал.

4. Применение внешнего противонатяжения сокращает или ликвидирует зону трехосного сжатия у входа в канал и этим уменьшает или исключает образование кольцевого износа в на­ чале деформационной зоны.

10. НАГРЕВ И ОХЛАЖДЕНИЕ ДЕФОРМИРУЕМОГО МЕТАЛЛА

И ИНСТРУМЕНТА ПРИ ВОЛОЧЕНИИ

Механическая энергия, затрачиваемая на волочение, преоб­ разуется в теплоту внешнего трения, теплоту пластической де­ формации и в потенциальную энергию протягиваемого металла. Эта энергия составляет лишь сотые доли от общей энергии пла­ стической деформации и в инженерных расчетах может не учиты­ ваться. Таким образом, в деформационной зоне при волочении выделяется тепло, повышающее температуру деформируемого металла, волоки и окружающей среды (смазка, атмосфера). Вы­ деляющаяся в виде теплоты часть затрачиваемой на деформацию работы распределяется почти равномерно по всему поперечному сечению протягиваемого металла (только энергия на дополни­ тельные сдвиги несколько нарушает эту равномерность, так как эти сдвиги растут от центра к периферии). Теплота от внешнего трения выделяется на контактной поверхности, поэтому при холодном волочении металла периферийные слои его в канале волоки и в течение некоторого времени после выхода из него отличаются более высокой температурой, чем центральные. На рис. 103 показан характер изменения температуры центральных и периферийных слоев металла при холодном волочении.

При горячем волочении, когда протягиваемый металл входит в деформационную зону в подогретом состоянии, характер изме­ нения температуры металла может быть другим. При высокой температуре предварительного подогрева и интенсивном охлаж­ дении волоки отвод тепла охлаждением может превышать его приток от трения и деформации. В этом случае периферийные слои будут охлаждаться быстрее центральных, так как они ближе расположены к поверхности отвода тепла. На рис. 103, б пока­ зана схема возможного характера изменения температуры ме­

талла при высоком предварительном подогреве. В этих условиях понижение температуры металла в деформационной зоне по направлению к выходу является положительным фактором, спо­ собствующим увеличению деформации за переход. Действительно, в таких условиях с возрастанием продольных растягивающих напряжений в соответствующих поперечных сечениях деформа­ ционной зоны к выходу температура понижается и, следовательно,

возрастает прочность протяги­ ваемого металла. При холодном волочении происходит обратное явление: с увеличением про­ дольных растягивающих напря­ жений температура металла по­ вышается и прочность его пони­ жается. Поэтому в общем случае частные деформации при холод­ ном волочении при прочих рав­ ных условиях неизбежно долж­ ны быть ниже деформаций при горячем волочении. С. И. Губ­ кин и В. С. Мурас 133] пока­ зали, что при горячем волоче­ нии с предварительным интен­ сивным нагревом латунная про­ волока может быть протянута

бс обжатием за переход 65—70%.

Однако осложнения техниче­ ского характера (достижение быстрого и дешевого нагрева перед волочением) и техноло­ гического (предотвращение оки­ сления при нагреве) ограничи­ вают области применения горя­ чего волочения.

Характер изменения температуры металла при холодном во­ лочении таков, что необходимо охлаждать металл в основном на стороне выхода, а не входа в деформационную зону, как это иногда делают, стремясь к сочетанию подвода смазки с охлаж­ дением.

Степень неравномерности нагрева металла и температуры его периферийных и центральных слоев зависит от предваритель­ ного нагрева и степени деформации протягиваемого металла, условий волочения и системы охлаждения смазкой и специальными охлаждающими устройствами. Увеличение деформации и ее не­ равномерность, рост сопротивления деформации и сил трения вызывают увеличение теплообразования в единицу времени и повышение температуры металла.

146

проволоки температура на контактной поверхности волоки может дойти до 600° С.

Свои выводы Е. В. Пальмов проверил опытами по определению температуры в различных поверхностях системы обойма—волока. Были измерены:

1. Перепад температур внутренней поверхности волоки и наружной поверхности обоймы, охлаждаемой воздухом; при этом измерении предварительно затянутую в волоку проволоку нагре­ вали электрическим током.

2.Температура наружной поверхности волоки при отсутствии охлаждения.

3.Температура контактной поверхности волоки. Температуру наружных поверхностей волоки и обоймы заме­

ряли обычными стационарными термопарами, температуру кон­ тактной поверхности волоки — методом «естественной термо­ пары» (см. гл. XIV).

Две первые группы измерений дали возможность получить средние значения величин Rt и tH, а третья — экспериментальные значения tB. Все это позволило проверить формулу (VI-9), кото­ рая, по данным Е. В. Пальмова, показала удовлетворительную сходимость расчетных и экспериментальных значений темпера­ туры.

Слишком высокая и слишком низкая температура деформа­ ционной зоны может отрицательно повлиять на действие смазки. При очень высокой температуре может понизиться прочность смазочной пленки, а при очень низкой — заметно повысится коэффициент внутреннего трения самой смазки. Очевидно, что в таких условиях процесс волочения не может протекать нор­ мально. Повышенная температура может отрицательно повлиять на стойкость волоки, поэтому в деформационной зоне стремятся поддерживать некоторый оптимальный температурный режим, устанавливаемый опытом. Для этого применяют различные регу­ лируемые системы и устройства для охлаждения металла, воло­ чильного инструмента и смазки (если она жидкая и циркулиру­ ющая), как в машинах для многократного волочения со сколь­ жением проволоки.

1 4 8

11. ВИБРАЦИЯ

Основная цель вибрационного волочения — увеличение част­ ных деформаций в результате возможного уменьшения сил трения и понижения сопротивления деформации. Методы вибрационного

кснижению напряжения волочения.

2.При высокочастотной вибрации уменьшение напряжения

волочения частично вызывается снижением сопротивления де­ формации в пластической зоне. Механим такого снижения в ра­ ботах [50—53] объясняется поглощением энергии колебаний в зоне дефектов кристаллической решетки, приводящим к повы­ шению потенциальной энергии дислокаций и уменьшению сдви­ гающего напряжения, необходимого для перемещения этих дис­ локаций..

3. Уменьшение напряжения волочения при низко- и высоко­ частотной осевой вибрации волоки объясняется также уменьше­ нием сил трения вследствие периодического отрыва контактной поверхности вибрирующей волоки от протягиваемого металла, когда направление движения волоки совпадает с направлением волочения [44]. Это может быть только в том случае, если коле­ бательная скорость волоки больше скорости волочения. С повы­ шением скорости волочения указанный эффект уменьшается и. в определенный момент (при равенстве скорости волочения и ко­ лебательной скорости волоки) вообще исчезает, так как контакт­ ная поверхность волоки не отрывается от металла.

4. Предположительным дополнительным источником умень­ шения напряжения волочения [42] могут быть частые ударные воздействия вибрирующей волоки на протягиваемый металл поконтактной поверхности. Это вызывает упругие перемещения в микрозонах у контактной поверхности, которые закрепляются осевым перемещением протягиваемого металла. В результате упругие перемещения становятся пластическими, а сила волоче­ ния уменьшается на величину, необходимую для преодоления упругих деформаций.

5. Высокочастотная осевая вибрация способствует интенсив­ ному выдавливанию смазки из волочильного канала [39, 42]. Поэтому на контактную поверхность попадает лишь слой смазки „ адсорбционно связанный с обрабатываемым металлом, и возник­ новение заметного гидродинамического эффекта невозможно. Эта подтверждается результатами работы [42], в которой показано, что волочение в условиях жидкостного трения ведется со значи-

149