книги / Теория волочения

в направлении, противоположном волочению (о переходах при волочении полиметаллических профилей см. гл. X). Для умень­ шения этого следует применять наиболее эффективные смазки и методы их ввода в деформационную зону, а также противонатяжение, которое понижает силы контактного трения. На рис. 39 показан разрыв тонкой алюминиевой оболочки при волочении на стальном стержне. Оболочка, как это видно по поверхности стержня в месте разрыва, не была достаточно «схвачена» со стерж­ нем.

Иногда волочение применяют в производстве круглых много­ слойных полос со слоями из весьма хрупких материалов. При­ мером может служить волочение жаростойких электрических про­ водов, представляющих собой трехслойную проволоку, в которой сердечником служит медный провод, первой оболочкой — жаро­ стойкая электроизолирующая керамика, а второй оболочкой — легированный свинец.

Чтобы процесс волочения провода такой конструкции протекал удовлетворительно, необходимы достаточная прочность вязких слоев и исключение возможности появления дополнительных рас­ тягивающих напряжений, разрушающих хрупкие слои. Для этого используют небольшие частные деформации и проводят меро­ приятия по уменьшению сил трения на контактной поверхности.

8. ОСОБЕННОСТИ ВОЛОЧЕНИЯ СПЛОШНЫХ НЕКРУГЛЫХ ПРОФИЛЕЙ

Основным отличием волочения сплошных некруглых профилей от волочения сплошных круглых профилей при прочих одинако­ вых условиях процесса (вытяжка, длина деформационной зоны, напряжение трения и др.) служит отсутствие осесимметричности деформаций, увеличение неравномерности деформации, дополни­ тельных сдвигов в разных направлениях контактной поверхности и, следовательно, продольных напряжений. Все это зависит от сложности формы профиля и от степени отличия форм попереч­ ного сечения профиля до и после пропуска его через волочильный канал. Мерой сложности формы поперечного сечения может до некоторой степени служить отношение его периметра к периметру равновеликого круга, а также отношение расстояний между двумя наиболее удаленными точками каждого контура при равных по­ перечных сечениях. От условий процесса зависит характер тече­ ния металла. Единственный общий закон здесь, как и во всех про­ цессах пластической деформации, — закон наименьшего сопро­ тивления, по которому каждый бесконечно малый объем металла при деформации передвигается в направлении наибольшего гра­ диента падения напряжений или, что то же самое, в направлении наименьшего сопротивления его передвижению. Заготовкой для волочения некруглых профилей служат прессованные, катаные или волоченые полосы круглого или плоского сечения. Реже ис-

53

пользуют профилированную заготовку с конфигурацией сечения, подобной конфигурации готового профиля, но несколько больших размеров. Некоторые формы некруглых профилей, полученных волочением, приведены на рис. 40.

ЛИТЕРАТУРА

1. Л а м а н Н. К. Развитие техники волочения металлов. Изд-во АН СССР,

1963.

2. П е р л и н И. Л. Цветные металлы, 1956, № 2, с. 75.

3.Д е р я г и н Б. В. Что такое трение. Изд*во АН СССР, 1964.

4.Д а в и д е н к о в Н. Н. ЖТФ, 1931, вып. 1, с. 5.

с.62.

7.М и н и н П. И. Исследование волочения прутков и проволоки. Машгиз, 1948.

8. 3 и б е л ь Э. Обработка металлов в пластическом состоянии. ОНТИ, 1934.

9.П а в л о в И. М. Теория прокатки. Металлургиздат, 1950.

10.Б а с с А. И. Волочение проволоки и прутков из цветных металлов. Метал-

лургиздат, 1937.

11.Г у б к и н С. И. Теория обработки металлов давлением. Металлургиздат, 1947.

14.К о л м о г о р о в В. Л. и др. Волочение в режиме жидкостного трения. Изд-во «Металлургия», 1967.

Глава III

ВОЛОЧЕНИЕ ПОЛЫХ ПРОФИЛЕЙ

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Волочение полых профилей можно осуществлять следующими способами:

без оправки — осаживанием; на неподвижной закрепленной цилиндрической оправке;

на самоустанавливающейся и закрепленной цилиндро-кониче­ ской оправках;

на подвижной оправке; на пластически деформируемом стержне; раздачей; профилированием.

При волочении полых профилей в общем случае изменяются их наружные и внутренние размеры и толщина стенки. В связи с этим становится необходимым введение дополнительных деформацион­

Сечение Fh

ных показателей [1]. Применительно к волочению круглых труб такими показателями служат вытяжка по стенке \it и соответ­ ственно интегральная деформация In \it и вытяжка по диаметру ^

(Ш-1>

55

2.ВОЛОЧЕНИЕ КРУГЛЫХ ТРУБ БЕЗ ОПРАВКИ

(ОСАЖИВАНИЕ)

Осаживание труб в зависимости от условий приложения внеш­ них сил осуществляется волочением или вдавливанием в волоку -(рис. 42). Для осаживания независимо от формы полого профиля характерно уменьшение радиальных (сжимающих) напряжений от периферии к центру. Это напряжение на внутренней поверх­ ности трубы доходит до нуля, так как далее по направлению к оси нет никакой опоры.

Деформационная зона при безоправочном волочении может •быть разделена на два основных участка: осаживания и кали­ бровки.

В ряде работ [2, 3], кроме указанных участков, в деформа­ ционной зоне выделяют участок внеконтактной деформации. Од-

Рис. 42. Схемы процесса осаживания трубы волочением (а) и вда

вливанием (б):

/ — участок осаживания; II — участок калибровки

нако величины обжатий на этом участке по сравнению с участком осаживания весьма невелики и на суммарную деформацию трубы и силовые условия заметно не влияют. Поэтому в дальнейшем изложении внеконтактная деформация при осаживании не учи­ тывается.

При осаживании волочением в продольном направлении воз­ никают деформации удлинения ez, в окружном — деформации уко­ рочения 80. Знак и величина деформации в радиальном направ­

ности) направлением наименьшего сопротивления будет радиаль­ ное к оси, поэтому металл под действием обоих сжимающих на­ пряжений по закону наименьшего сопротивления потечет в на­ правлении к оси и толщина стенки возрастет. Растягивающие на­ пряжения О/ вызывают продольную деформацию удлинения е/? что приводит к утонению стенки трубы.

Если это утонение больше, чем утолщение, под действием на­ пряжений аг и а0 стенка утоняется и ег будет деформацией укоро-

56

чения (отрицательной, рис. 43, в). При обратном соотношении стенка утолщается и ег будет деформацией удлинения (положи­ тельной, рис. 43, г). При всех условиях осаживания |о 0| > |ог|, что следует из известных соотношений между наружными радиаль­ ными силами, действующими на трубу, и силами, возникающими в меридиональных сечениях трубы, т. е. на ее стенках. Это позво­ ляет записать условие пластичности для рассматриваемого про­ цесса в следующем виде:

Рис. 43. Схемы видов напряженно-деформированного состояния де­ формационной зоны при осаживании трубы волочением в условиях малого арочного эффекта:

а — схема деформационной зоны; б — схема напряженного состоя­ ния; в — схема деформированного состояния при утолщении стенки; г — то же, при утонении стенки

длине деформационной зоны к выходу из нее интенсивность утол­ щения снижается и при больших обжатиях может быть замечено в начале деформационной зоны утолщение стенки, затем достиже­ ние ею максимума и последующее ее утонение.

Таким образом, при больших растягивающих напряжениях (большие обжатия и большой рабочий угол канала) стенка про­ тянутой трубы утоняется, а при малых растягивающих напря­ жениях (малые обжатия, малые рабочие углы канала) утолщается.

Для рассматриваемого процесса большое значение имеет пара­

57

для промышленного сортамента труб находится в пределах от 0,01 до 0,3. В зависимости от величины этого параметра трубы

ные (0,1 < t < 0,2) и толстостенные (t > 0,2) [41. При одинако­

вых диаметрах трубы утолщение стенки (т. е. увеличение пара­

метра 7) повышает сопротивление течению металла по направле­ нию к оси и этим уменьшает утолщение стенки при осаживании. С увеличением диаметра при одинаковой толщине стенки (т. е.

уменьшением параметра t) ввиду снижения арочного эффекта уменьшается сопротивление течению к оси и возрастает утолще­ ние стенки.

58

Изложенное подтверждается результатами исследований [4— 10], частично приведенными на рис. 44 и 45.

К изложенному следует добавить, что при большом арочном

эффекте, т. е. при большой величине 7, утолщения стенки может не произойти и в начале деформационной зоны; в таких условиях будет наблюдаться по всей длине деформационной зоны только-

утонение стенки. Величина 7, при которой начинается интенсивное проявление арочного эффекта, точно не определена. Эта величина зависит и от деформационных условий, и от прочностных свойств

металла трубы. В инженерных предположениях эту предельную величину при осаживании волочением можно считать примерна равной 0,2.

Для аналитического определения изменения толщины стенки при осаживании волочением предложен ряд формул [9—15]. Анализ этих формул, проведенный в работе [16], показывает, что наи­ лучшую сходимость с опытными данными дают расчеты по фор­ муле Г. А. Смирнова-Аляева и Г. Я. Гуна:

Однако расчет по этой формуле весьма трудоемок. Поэтому для инженерных расчетов процесса осаживания волочением, который обычно ведется с обжатием за переход, не превышающим 30

Г

целесообразно пользоваться формулой Ю. Ф. Шевакина, А. А. Чер­ нявского, А. Б. Ламина [14]:

расчет по которой значительно менее трудоемок.

В процессе осаживания толщина стенки трубы несколько вырав­ нивается, если она не была равномерной по поперечному сечению. Выравнивание происходит потому, что повышаются окружные сжимающие напряжения, а следовательно, и радиальные дефор­ мации в наиболее тонких участках стенки. Это используют на практике, так как трубная заготовка, особенно прессованная, часто отличается заметной поперечной разностенностью, почти не уменьшающейся при справочном волочении.

Осаживание волочением широко применяют при производстве труб. Его преимущества:

1)организация технологического процесса в комбинации с про­ цессами интенсивного утонения стенки (прокатки, оправочного волочения), обеспечивающего получение труб с достаточно точ­ ным наружным диаметром и уменьшенной разностенностью;

2)волочение труб малого диаметра, где применение оправоч­ ного волочения затруднено из-за малого диаметра внутреннего канала (например, капиллярные трубы), а также волочение труб большой длины в бухтах.

Основные недостатки безоправочного волочения:

а) невозможность получения калиброванной внутренней по­ верхности и интенсивного утонения стенки трубы;

б) возможность образования продольных складок (смятия) трубы, а при волочении в бухтах, кроме того, овализации трубы при наматывании ее на приемный барабан. Эти явления, кроме деформационных условий (сила волочения, форма канала и т. п.),

зависят также в значительной мере от параметра 7, и вероятность их проявления (при прочих равных деформационных условиях)

тем больше, чем меньше t. Количественные зависимости, опреде­ ляющие деформационные условия, при которых труба не теряет своей устойчивости, рассмотрены в гл. X.

Как указано выше, осаживать круглые трубы можно не только волочением, но и вдавливанием. Этот процесс применяют на со­ временных трубоволочильных станах для задачи переднего конца трубы в волоку, чтобы исключить операцию заковки захваток (схема такого процесса приведена на рис. 46) и при многократном волочении труб (см. гл. XI). В отличие от осаживания волочением при осаживании вдавливанием металл деформируется в условиях всестороннего сжатия, что вызывает существенные изменения на­ пряженно-деформированного состояния деформационной зоны.

Исходя из закона наименьшего сопротивления, можно считать, что одним из направлений течения ввиду отсутствия внутренней

60