книги / Теория волочения

тельно меньшими продольными напряжениями. Поэтому полу­ ченное в работах [36—49] снижение напряжений волочения на 20—60% в значительной мере объясняется падением сопротивле­ ния деформации, а не интенсивным уменьшением сил трения.

6. При осевой вибрации эффективность процесса с увеличе­ нием скорости волочения снижается и полностью исчезает, когда линейная скорость вибрации волоки становится меньше скорости волочения, так как в этих условиях металл периодически не от­ рывается от волоки. Этим объясняется нецелесообразность при­ менения низкочастотной осевой вибрации, при которой необхо­ димо было бы вести волочение с малыми скоростями.

7.При низкочастотной поперечной или вращательной вибра­ циях сопротивление деформации не понижается, так как при таких частотах механизм этого изменения, описанный в п. 2, не осуществим. Поэтому наблюдаемое уменьшение напряжения во­ лочения объясняется только снижением сил трения.

8.Высокочастотные поперечная или вращательная вибрации не дают заметного эффекта при скоростях выше 0,01 м/сек. Это

объясняется тем, что при данном виде колебаний возникающая в направлении волочения амплитуда весьма мала, что приводит

падает с ростом скорости. Если при использовании высокочастот­ ной вибрации напряжение волочения при скорости 0,001 м/сек

Рассмотренные исследования и выводы, хотя и не являются исчерпывающими, но позволяют установить, что вибрационное волочение может оказаться целесообразным в тех условиях, когда невозможно или нецелесообразно вести волочение с жидкостным трением, например при необходимости вести волочение с малыми ■скоростями.

Волочение с высокочастотной осевой вибрацией можно при­ менять независимо от диаметра протягиваемого профиля. Воло­ чение с поперечной или вращательной вибрацией целесообразно использовать для профилей средних или больших размеров как менее чувствительных к поперечным или окружным ударным нагружениям при скоростях:

12.ДЛИТЕЛЬНОСТЬ И СКОРОСТЬ ДЕФОРМАЦИИ

На процесс волочения в некоторых условиях заметно влияют длительность и скорость деформации. Под длительностью под­ разумевается промежуток времени, в течение которого деформи-

152

руемый металл находится в деформационной зоне, а под скоро­ стью — относительная деформация в единицу времени. В про­ цессе волочения, как и в большинстве процессов обработки ме­ таллов давлением, деформация неравномерна. Поэтому прихо­ дится оперировать так называемыми «истинными» и средними ско­ ростями деформации, определяемыми следующими выражениями:

(VI-10)

где ы)л и w{ — скорости соответственно локальной и интеграль­ ной деформации;

tA— средняя длительность деформации;

е— расчетная главная максимальная относительная деформация.

Длительность деформации при волочении определяется выраже­ нием

(VI-11)

^сек

где Вд.з — объем деформационной зоны;

Всек — объем металла, прохо­ дящего в секунду через деформационную зону.

При волочении сплошного круг­ лого профиля через коническую

волоку с полууглом а объем деформационной зоны можно прибли­ зительно считать равным объему усеченного конуса, находящегося между плоскостями входа в деформационную зону и выхода из нее (рис. 104):

Если для степени деформации принять интегральный показа­ тель (i = In jm), средняя скорость деформации определится вы­ ражением

*Д (DH— Як) (М- + 1+ V V1)

153

Это выражение показывает, что при неизменной степени де­ формации средняя скорость деформации растет:

1)с увеличением угла а;

2)с увеличением скорости волочения;

3)с уменьшением начального и конечного диаметров.

Рис. 106. Сравнение протяженности деформационных зон при во­ лочении круглых профилей больших и малых размеров с одина­ ковыми вытяжками

Последнее легко заметить, если сравнить протяженность де­ формационной зоны профилей большого и малого диаметров при волочении с одинаковыми вытяжками (рис. 105). Профилю с ма­

что в круглой конической волоке интенсивность степени деформации, т. е. степень деформации,

154

ческой круглой волоки на несколько участков (/, 2, 3, 4) равной длины а (рис. 106), можно написать:

Кажущееся на первый взгляд парадоксальным такое умень­ шение средней скорости деформации с увеличением ее степени

объясняется простой взаимосвязью степени деформации со ско­ ростью входа протягиваемого металла в волоку. При постоян­ ной скорости волочения повышение степени деформации неиз­ бежно влечет уменьшение скорости входа металла в волоку. От этого понижается средняя скорость движения металла в деформа­ ционной зоне, что вызывает увеличение длительности деформа­ ции tA и уменьшение средней скорости деформации wc.

155

Выражение (VI. 14) позволяет определить скорость деформа­ ции в любом элементарном объеме, заключенном между двумя бесконечно близкими поперечными сечениями, находящимися на расстоянии х от выхода из волоки (см. рис. 106), т. е. скорость

в каждом поперечном сечении зоны по направлению к выходу. Но с уменьшением угла а скорость деформации, согласно уравне­ нию (VI-22), понижается. Поэтому, постепенно уменьшая угол а по направлению к выходу, можно получить такой профиль канала, при котором скорость деформации останется неизменной по всей длине канала или даже будет уменьшаться к выходу. В этом слу­ чае образующая канала представляет собой кривую, наклон ко­ торой к оси канала плавно уменьшается по направлению к выходу из него, создавая радиальный профиль. Такой профиль канала ни при холодном, ни при горячем волочении преимуществами не обладает, так как при холодном волочении сопротивление де­ формации от скорости деформации практически не зависит, при горячем же волочении от применения такого профиля возрастет сопротивление деформации в начале деформационной зоны, т. е. там, где и без того имеются большие радиальные напряжения, вызывающие повышенный износ канала.

При волочении сплошных некруглых профилей или труб ско­ рости деформации можно определить методом равновеликих круг­ лых сечений. Этот метод основан на том, что средняя скорость деформации при волочении профиля произвольного сечения равна средней скорости деформации при волочении круглого сплошного профиля, у которого начальное и конечное сечения, длина дефор­ мационной зоны и скорость волочения соответственно равны этим параметрам для рассматриваемого некруглого профиля. Это по­ ложение вытекает из получающихся равенств вытяжек, секунд­ ных объемов и объемов деформационной зоны. Обозначив через

156

откуда по уравнению (VI-22) определяется истинная скорость де­ формации в поперечном сечении рассматриваемого профиля,

Формулы (VI-22) и (VI-23) дают возможность построить эпюры скоростей деформации вдоль деформационной зоны, а по ним, если известна зависимость между скоростью деформации и сопро­ тивлением деформации, эпюры сопротивлений деформации вдоль деформационной зоны, уточнив этим расчеты по определению ра­ бочих напряжений.

При зарекристаллизованных процессах сопротивление де­ формации не определяется только скоростью деформации. При таких процессах большое влияние оказывает степень деформации. Она определяет максимум возможного упрочнения деформируе­ мого металла, противоположно направленного разупрочнению, протекающему во время процесса [55]. В этих случаях все расчеты по определению истинного сопротивления деформации удобнее вести, учитывая раздельно степень деформации и длитель­ ность процесса [формула (VI-11)1, т. е. используя те справочные материалы, которые получены при соответствующих степенях деформации и длительностях процесса.

Кроме того, как и во всех прочих процессах обработки давле­ нием, при волочении имеются зоны затухающей внеконтактной деформации. Во внеконтактной зоне перед входом скорость де­ формации растет по направлению движения металла, у выхода же из деформационной зоны быстро затухает. Характер общего из­ менения скорости деформации при волочении через волоки разного профиля схематически показан на рис. 107.

157

Формулы (VI-14), (VI-22) и (VI-24) показывают, что в преде­ лах практически применяемых при волочении степеней деформа­ ции и углов наклона образующей канала эти параметры процесса могут изменить скорость деформации не более чем в 2—3 раза. Между тем при холодных процессах сопротивление деформации заметно меняется только при изменении скорости деформации

а — в конической волоке; б — в радиальной волоке

в 102—104 раза [56], а при горячих — примерно в 5 раз. Таким образом, можно считать, что основными параметрами процесса волочения, которые могут влиять на сопротивление деформации через скорость деформации, являются скорость волочения, сте­ пень деформации и размеры протягиваемого профиля.31

13. СКОРОСТЬ ВОЛОЧЕНИЯ

Влияние скорости волочения на течение процесса при прочих равных условиях очевидно, так как оно следует из основных положений теории пластических деформаций и трения. Характер этого влияния зависит от стадии процесса: начальной или устано­ вившейся.

Влияние скорости на силу и напряжение волочения в условиях установившейся стадии изучали многие исследователи. Объяс­ няется это тем, что в практике волочильного производства на­ блюдается тенденция к повышению скоростей волочения. В связи с этим возникла необходимость выяснить, увеличиваются ли с ро­ стом скорости волочения обрывность, расход энергии на единицу продукции, износ волочильного инструмента, особенно такого, как алмазные волоки.

И.Л. Перлин [57] наблюдал увеличение силы волочения мед­ ной проволоки диаметром 0,2—3 мм на 4—7% при повышении ско­ рости волочения только в пределах 0,05—6 м/мин.

Л.Д. Соколов [58] также отметил повышение силы волочения стальной проволоки диаметром 5 мм на 30—40% при изменении скорости волочения в пределах 0,01—10 мм!сек.

И.М. Павлов и А. А. Шевченко [59] отмечают, что деформа­ ция металла в волоке при высоких скоростях волочения (350—

158

400 M IM U H ) протекает более благоприятно. С увеличением скорости уменьшается удельный расход энергии, понижается сила волоче­ ния, улучшается действие смазки, падает число обрывов и улуч­ шается качество проволоки.

Бернгефт [60], сравнивая силы волочения медной отожжен­ ной проволоки при скоростях 180—800 м/мин, отмечал некоторое (3—4%) снижение силы волочения с ростом скорости.

Томпсон [61 ] наблюдал следующее: силы в пределах скоростей 6—180 м/мин не изменяются, а при более низких скоростях они увеличиваются с ростом скорости.

Исследования Е. В. Пальмова [62], проведенные в очень широком диапазоне скоростей от 450 до 0,06 м/мин, показали, что сила волочения практически не зависит от скорости волоче­ ния и лишь при очень малых скоростях она возрастает с увели­ чением скорости. Е. В. Пальмов, используя теорию течения вязко­ пластичного вещества, в частности работу А. Ю. Ишлинского [63], расчетным путем показал, что коэффициент внутреннего трения мягкой стали при обычных для волочения скоростях де­ формации вообще невелик и по мере увеличения скорости воло­ чения быстро падает. В связи с этим динамическая составляющая напряжения волочения, по расчетам Е. В. Пальмова, весьма мала, отчего сила волочения в пределах исследованных скоростей фак­ тически не зависит от скорости. И. Н. Недовизий и А. Л. Тарнавский [64 ] отмечают снижение сил с повышением скорости в пре­ делах 3—12 м/сек при волочении малоуглеродистой стали диа­ метром 1,0 мм. По В. Ф. Мосееву [65], при волочении низкоугле­ родистой стали диаметром 0,9 мм со скоростями, близкими к 25 м/сек, сила снижалась на 15—17% против обычного. Сни­ жение сил при волочении проволоки из алюминия и его сплавов при скоростях в пределах 0,5—3 м/сек наблюдалось при исследо­ ваниях, проведенных в лаборатории Минцветмета Н. Г. Решетни­ ковым г.

В. 3. Жилкиным показано, что при волочении титановой про­ волоки скорость практически не влияет на силу волочения12.

Изложенные результаты убеждают в том, что в условиях уста­ новившегося процесса холодного волочения небольшой рост силы волочения с повышением скорости наблюдается лишь при малых скоростях (примерно до 5 м/мин). При средних и высоких скоро­ стях (2—12 м/сек и более) наблюдаются стабилизация и снижение сил. Это показывает, что в зависимости от скорости волоче­ ния заметно изменяются и условия деформации. Действительно, с ростом скорости волочения повышается скорость деформа­ ции, в результате чего при отсутствии физических изменений ме­

159

Но с повышением скорости волочения все более начинает прояв­ ляться тепловой эффект как результат преобразования механи­ ческой энергии волочения в тепловую (тепло деформации и внеш­ него трения), в результате чего от входа в деформационную зону к выходу из нее повышается температура и уменьшается сопро­ тивление деформации протягиваемого металла. Одновременно с этим изменяется и коэффициент контактного трения. На него влияет рост скорости скольжения (в том числе за счет гидродина­ мического эффекта), а также температура контактной поверх­ ности, в основном определяющая физическое состояние смазки и, следовательно, ее активность.

Под одновременным действием этих основных факторов про­ исходят отмеченные ранее изменения силы волочения в зависи­ мости от скорости. В пределах малых скоростей тепловой эффект заметного влияния на сопротивление деформации не оказывает. Поэтому отсутствует фактор, снижающий это сопротивление, а фактор, повышающий (хотя и не очень значительно) сопротивле­ ние, остается, в результате чего в пределах малых скоростей с повышением скорости сила несколько возрастает. В пределах высоких скоростей тепловой эффект больше влияет на сопро­ тивление деформации, к тому же чаще всего смазка становится активнее и коэффициент трения уменьшается. Все это приводит к снижению силы волочения.

Несмотря на возможное понижение сопротивления деформа­ ции металла из-за теплового эффекта, и следовательно, пониже­ ние напряжения волочения, оно может превысить не только предел текучести, но и предел прочности, соответствующий со­ стоянию металла в момент выхода его из волоки, и это неизбежно приведет к обрыву. С ростом скорости волочения увеличиваются напряжения от вибрации проволоки и от центробежных сил, возникающих при набегании проволоки на приемник (катушку, шайбу).

Скорость, при которой наступит обрыв, и будет предельной для данных условий процесса.

Отвод тепла от деформационной зоны, способствующий упроч­ нению металла к выходу, хорошая смазка и ее интенсивное во­ влечение на контакную поверхность являются важнейшими ус­ ловиями и для волочения с высокими скоростями. Ввиду того что скорость деформации возрастает с уменьшением поперечных размеров протягиваемой полосы [формула (VI-22) ], при значи­ тельном росте скоростей волочения проволоки тонких и'тон­ чайших размеров снижение силы волочения становится менее заметным.

Сказанное выше относится к холодному волочению. При воло­ чении металла, предварительно нагретого или нагревающегося в деформационной зоне до температуры рекристаллизации, по­ является возможность разупрочнения, которая при прочих рав-

160