книги / Теория волочения

тельно стержня (рис. 53), либо с жестким закреплением (рис. 53, б) [27].

В последнем случае оправка совершает ограниченные осевые перемещения (только за счет упругих деформаций стержня в про­ цессе волочения).

При волочении тонкостен­ ных труб, помимо цилиндро-ко­ нических самоустанавливающихся оправбк, предложено [34] использовать также оправку другой формы —двухконусной, показанную на рис. 54. При такой форме оправки на ее пер­ вом участке происходит неболь­ шая раздача трубы с измене­ нием ее стенки, а на втором — уменьшение обоих диаметров и утонение стенки, как на оправке

описанной ранее формы. Такая оправка обеспечивает большую

5.ВОЛОЧЕНИЕ КРУГЛЫХ ТРУБ НА ПОДВИЖНОЙ ОПРАВКЕ

Волочение круглых труб на подвижной оправке, представляю­ щей собой цилиндрический стержень, ведут следующим образом. В трубу вводят круглый стержень из твердой стали с вцсоким пределом прочности. Длина стержня несколько больше длйны протянутой трубы, а диаметр равен заданному внутреннему диа­ метру этой трубы. Трубу вместе с введенным в нее стержнем про­ тягивают через волоку, после чего стержень извлекают из трубы. Сила волочения обычно прилагается одновременно к трубе и к стержню. Оправка-стержень в этом процессе не деформируется и движется со скоростью, равной выходной скорости движения трубы.

Схема процесса показана на рис. 55, из которого следует, что деформационную зону при волочении на подвижной оправке можно разделить на три участка.

Первый участок, как и при волочении на закрепленной оправке, является участком безоправочного волочения и заканчивается

ным, а наружный заметно уменьшается. Стенка интенсивно обжи­

71

мается. Хотя этот участок по геометрическим соотношениям соот­ ветствует такому же участку при волочении на закрепленной оправке, он отличается тем, что оправка движется вместе с трубой. Труба в процессе волочения удлиняется и скользит по оправке. Величина этого скольжения, максимальная в начале участка //,

вначале участка I: она равна разности скоростей движения трубы

увыхода из канала и входа в него и на основании закона постоян­

ства объема определяется выра­ жением

ствами.

Главная особенность волочения на подвижной оправке — от­ личие напряженного состояния во втором и третьем участках по сравнению с волочением на закрепленной оправке, заключающееся в том, что силы трения на внутренней поверхности трубы направ­ лены в сторону волочения (рис. 55). Это уменьшает продольные растягивающие напряжения в деформируемом металле, в резуль­ тате чего можно осуществить более высокие деформации за пере­ ход, чем при волочении на закрепленной оправке.

Так, при волочении отожженных труб из углеродистых сталей на подвижной оправке оптимальные частные вытяжки доходят до 2,5, в то время как на закрепленной оправке они не превышают 1,55. Получению более высоких частных вытяжек способствует также и то, что сила волочения воспринимается частично оправкой. При этом разгружается и захватка, прочность которой в других процессах волочения лимитирует величину вытяжек.

Из-за разгрузки металла в продольном направлении возрастают и суммарные деформации от отжига до отжига. Например, для труб из высоколегированного сплава АМг5 при волочении на самоустанавливающейся оправке достигнута суммарная вытяжка 1,95,. а при волочении на подвижной оправке она достигает 5.

Изложенные соображения о скольжении и силах трения об оправки полностью применимы лишь к идеальным деформацион­ ным условиям (отсутствие разностенности в заготовке и изотропия

72

механических свойств). В действительности таких условий не бы­ вает, поэтому наблюдается некоторая неравномерность деформа­ ции, в результате которой скорости выхода трубы на отдельных участках ее поперечного сечения становятся не совсем одинако­ выми. Это приводит к тому, что на некоторых участках попереч­ ного сечения у выхода из канала протягиваемый металл опере­ жает оправку и вспучивается. Иногда нарушается связь между оправкой и трубой в месте захвата, иногда, особенно при толсто­ стенных трубах, захватывается только труба, а оправка увле­ кается силами трения. Б. С. Азаренко 1 описан усовершенствован­ ный способ волочения на подвижной оправке (рис. 56). Он отли­ чается двумя основными особенностями:

а) интенсивное увеличение сил трения между оправкой и тру­ бой, предложенное Л. Е. Алыиевским 2. Оно достигается приме­ нением оправки без смазки ее поверхности и даже с шероховатой поверхностью;

б) приложение тянущей силы после задачи трубы в волоку только к переднему концу оправки, предложенное В. Я. Шапиро с соавторами 3. В этих условиях волочение происходит только в результате сил трения между оправкой и трубой.

Задача в волоку происходит одновременным вдавливанием

ростью, превышающей скорость переднего выдавленного конца трубы.

При таких деформационных условиях только в передней части пластической зоны возникают небольшие продольные растягиваю­ щие напряжения, а в остальной части возникает трехосное сжа­ тие. Это позволяет существенно повысить частные деформации и при многопереходном процессе уменьшить число переходов. Б. С. Азаренко удалось при таком способе протянуть в один пере­ ход свинцовую трубу с вытяжкой 30 и медную с вытяжкой 7.

1 Б. С. А з а р е н к о. Автореферат докторской диссертации. Москва, 1969.

73

После волочения подвижную оправку необходимо извлечь, так как труба плотно охватывает ее. Для этого существует несколько способов (рис. 57). У достаточно толстостенных труб оправку извлекают в направлении, обратном волочению, предварительно установив трубу в опорной волоке (рис. 57, а). Диаметр канала опорной волоки больше диаметра оправки, но меньше диаметра

Рис. 57. Схемы процессов извлечения стержня из трубы при помощи волоки:

а — опорной; б — вспомогательной с эллиптическим сечением канала [32]; I — основная волока; II — вспомогательная волока

трубы. Этот способ прост, но при извлечении оправки на внутрен­ ней поверхности трубы иногда появляются надиры.

Тонкостенные трубы обкатывают в продольно или поперечно расположенных роликах. При этом увеличивается диаметр трубы и она легко снимается с оправки.

Предложен способ [35], при котором в процессе волочения за основной волокой устанавливают одну или несколько волок с ка­ налом эллиптической формы (рис. 57, б). При этом некоторая не­ равномерность деформации в поперечном сечении трубы способ­ ствует отходу трубы от оправки.

Необходимость дополнительной операции — извлечения сте­ ржня — является заметным недостатком процесса, поэтому во­ лочение на подвижной оправке применяют в следующих условиях:

а) при маловязком или интенсивно упрочняющемся металле независимо от толщины стенки трубы, когда после каждой про­ тяжки необходим отжиг и когда стоимость операций, связанных с извлечением стержня, компенсируется сокращением числа от­ жигов;

б) для волочения тонкостенных труб, чувствительных к рас­ тягивающим напряжениям и их неизбежным колебаниям и по­ этому часто рвущихся при волочении на закрепленной или самоустанавливающейся оправке;

в) в условиях возникновения значительных сил трения на за­ крепленной оправке (налипание), когда либо рвется труба, либо разрушается система закрепления оправки;

74

г) для волочения труб с малым диаметром полости, так как подвижная оправка, как правило, нагружена меньшими растяги­ вающими напряжениями, чем закрепленная;

д) при производстве труб с изменяющейся толщиной стенки, для чего применяют коническую подвижную оправку.

Некоторое дополнительное преимущество рассматриваемого процесса по сравнению с волочением на закрепленной оправке — возможность проведения его на прутково-волочильном стане, так как нет необходимости в устройстве для закрепления оправки.

6.ВОЛОЧЕНИЕ КРУГЛЫХ ТРУБ НА ПЛАСТИЧЕСКОМ СЕРДЕЧНИКЕ

Весьма близко к способу волочения труб на подвижной оправке волочение на пластическом сердечнике [36]. Этот способ преду­ сматривает совместную пластическую деформацию сердечника и трубы. В зависимости от соотношения прочностных свойств трубы и сердечника он может подвергаться большей или меньшей пла­ стической деформации.

В качестве сердечника можно использовать любой металли­ ческий стержень (с необходимой прочностью) или заливаемые в трубу.перед волочением расплавленные легкоплавкие сплавы, соли, воду, затем охлаждаемую до льда [37].

При таком сердечнике можно осуществить интенсивную дефор­ мацию стенки трубы (волочение на подвижной оправке) и совер­ шенно исключить деформацию стенки, достигая только деформации сердечника — уменьшения диаметров трубы. Пластический сер­ дечник после волочения извлекают, предварительно растягивая его до начала образования шейки, а также выплавлением. Осо­ бенности этого процесса, определяющие область его применения: возможность волочения особо тонкостенных труб, так как при удалении стержня труба не подвергается каким-либо силовым воздействиям, и возможность волочения труб в бухтах. В ра­ боте [38] этот способ рекомендуется для производства трубЛлалого диаметра с высокой степенью чистоты внутренней поверхности. Однако необходимость дополнительных операций для введения в полость трубы и извлечения из нее сердечников ограничивает области применения этого процесса.

7.РАЗДАЧА КРУГЛЫХ ТРУБ

Раздачей трубы называется увеличение ее внутреннего и соот­ ветственно наружного диаметра. Применяют два способа раздачи: вдавливанием или волочением. Схемы способов показаны на рис. 58. Раздача вдавливанием в свою очередь делится на две разновидности. При первой стержень с оправкой диаметром, боль­ шим, чем внутренний диаметр заготовки, запрессовывается в за­ готовку и увеличивает ее диаметр (рис. 58, а). Заготовка при этом закрепляется на неподвижном упоре, а стержень — на подвижной каретке, которая приводится в движение большей частью от гид-

75

равлической системы. После того как стержень полностью введен

втрубу и раздача окончена, его извлекают таким же методом, как

ипри волочении труб на стержне.

Вторая разновидность раздачи вдавливанием заключается в протягивании через трубную заготовку оправки, диаметр рабо­ чей части которой больше внутреннего диаметра заготовки (рис. 58, б). Передняя часть оправки коническая, что облегчает ее ввод в полость заготовки и центровку в ней.

Преимущество этой, разновидности по сравнению с первой за­ ключается в возможности раздачи труб большей длины из-за по-

а — вдавливанием оправки; б — протягиванием оправки; в — волочением

вышенной устойчивости всей системы, а также в использовании для процесса раздачи волочильных станов простых конструкций.

При обеих указанных разновидностях каждый элементарный объем металла деформационной зоны находится в условиях разно­ именного напряженного состояния с двумя сжимающими напря­ жениями (О/ и сгг) и одним растягивающим напряжением (ов). Сжимающее напряжение имеет максимум на внутренней поверх­ ности трубы и уменьшается до нуля на наружной.

Раздачу на стержне можно вести при сравнительно небольшом отношении длины трубы к ее диаметру. При больших длинах труб появление продольного изгиба нарушает процесс.

Раздача волочением на закрепленной оправке заключается в следующем. На конце трубной заготовки, предназначенной к раз­ даче, параллельно оси трубы делают четыре—шесть прорезей дли­ ной 200—400 мм каждая, расположенных примерно на равных расстояниях одна от другой. Полученные клинообразные концы отгибают в стороны таким образом, чтобы в образовавшуюся во­ ронку можно было ввести коническую оправку (конусом к разда-

76

ваемой трубе). После закрепления хвоста оправки в упоре (рис. 58, в) отогнутые клинообразные концы трубы сжимают в об­ щий узел. При этом они закрывают оправку и образуют захватку для протяжки. Во время протяжки трубная заготовка находит на неподвижную коническую оправку и расширяется, ее внутрен­ ний диаметр становится равным диаметру большого основания оправки.

Напряженное состояние металла в деформационной зоне харак­ теризуется двумя растягивающими напряжениями о0 и о/ и одним сжимающим напряжением уменьшающимся от максимума на внутренней поверхности трубы до нуля на ее наружной поверх­ ности.

По сравнению с раздачей вдавливанием раздача волочением отличается существенным дефектом — большими потерями ме­ талла на образование захватки. Но этот способ позволяет разда­ вать трубы большой длины.

При раздаче одновременно с утонением стенки трубы иногда наблюдается некоторое уменьшение длины трубы, несмотря на продольные растягивающие напряжения, возникающие при раз­ даче волочением.

Величина продольной деформации при обоих методах раздачи зависит от увеличения диаметра трубы, длины деформационной зоны, коэффициента внешнего трения, угла наклона образующей конуса оправки и др.

Если принять, что при раздаче длина трубы остается неизмен­ ной, а это допускается при инженерных расчетах [39], то из усло­ вий постоянства объема толщина стенки трубы после раздачи может быть определена по формуле

(Ш-11)

где dHt dK— внутренние диаметры трубы соответственно до и после раздачи.

Процессы раздачи в основном применяют для получения труб, диаметр которых больше диаметра заготовки, а также для кали­ бровки внутреннего контура труб при незначительном увеличении их диаметра.

В Японии предложен1 метод волочения, при котором увели­ чивается только внутренний диаметр трубы, а толщина стенки

инаружный диаметр уменьшаются.

8.ВОЛОЧЕНИЕ НЕКРУГЛЫХ ТРУБ

Для волочения некруглых труб используют круглую или про­ филированную заготовку, которую чаще всего получают прессо­ ванием. В последнем случае число переходов волочения сокра-

1 Патент (япон.) № 10222, кл. 12С232.2. 1970.

77

щается, так как прессование позволяет приблизить форму заго­ товки к форме готовой трубы [40, 41]. При волочении труб из некруглой заготовки используют волоку и оправку заданной формы. Оправка может быть закрепленной или подвижной,

А - А

Рис. 59. Схема сборной оправки для волочения некруглых труб: / — труба; 2 — сборная оправка

а также пластической. Самоустанавливающуюся оправку в таком процессе применяют только в отдельных случаях, например при волочении толстостенных прямоугольных труб с малыми разме-

Рис. 60. Схемы про­ филирования труб:

а — каплевидная; б — овальная; в — шестигранная; г — квадратная; д —

прямоугольная

рами полости [42], для которых использование закрепленной оправки затруднено вследствие недостаточной прочности стержня.

Напряженно-деформированное состояние деформационной зоны при волочении некруглой трубы из профилированной заготовки практически мало отличается от волочения такими же способами круглых труб, за исключением участков с большой кривизной. При волочении на подвижной оправке, чтобы облегчить ее извле­ чение, ее делают сборной из нескольких клиновидных частей с про­ дольным разъемом. На рис. 59 приведена схема такой оправки.

78

При волочении некруглой трубы из круглой заготовки приме­ няют заготовку таких размеров, при которых периметр ее попе­ речного сечения на 2—10% больше периметра поперечного сечения заданной готовой некруглой трубы, а толщина стенки примерно равна толщине стенки этой трубы. Волочение ведут через одну или две фасонные волоки. При этом в основном изменяется форма поперечного сечения трубы, а длина ее меняется незначительно. Этот процесс называется профилированием, для его осуществле­ ния используют безоправочное волочение. На рис. 60 приведены схемы профилирования труб, не требующие особых пояснений. Указанные выше некоторые увеличения периметра заготовки объ­ ясняются необходимостью компенсации возможного утонения стенки из-за продольных растягивающих напряжений, а иногда необходимостью получения на кромках профилированной трубы закруглений с весьма большой кривизной. Это требует большего увеличения периметра.

Волочение труб более сложных форм поперечного сечения, например крестообразных, звездообразных, желобчатых и т. п.,

В последние годы большое распространение получили би- и полиметаллические трубы для специальных целей, например обла­ дающие высокой прочностью и коррозионной стойкостью (медь— сталь—медь и др.). Конечным пределом в производстве таких труб является волочение. При этом применяют биили полиметалли­ ческую (многослойную) заготовку, полученную прессованием^шти прокаткой. Иногда перед волочением заготовленные монометал­ лические трубы разных диаметров вводят одну в другую и вместе протягивают. И в том, и в другом способе особенности волочения сравнительно мало отличаются от особенностей волочения поли­ металлического сплошного профиля, описанных в гл. II.

ЛИТЕРАТУРА

1. Е р м а н о к М. 3. Цветные металлы, 1958, № 5, с. 70.

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

3.Т а р н а в с к и й А. Л. Неконтактная деформация в процессе волочения.

8.Е р м а н о к М. 3. Применение безоправочного волочения при производстве труб. Цветметинформация, 1965.

9. Р о с t а В. Hutnicke Listy, 1955, № 4.

10.Б е р н ш т е й н М. М. В сб. «Обработка металлов давлением», вып. 5. Металлургиздат, 1959, с. 179.

79

с. 104.

15.А л ь ш е в с к и й Л. Е. и др. В сб. «Обработка металлов и сплавов давле­ нием». ОНТИ, ВИЛС, 1965, с. 123.

16. Е р м а н о к М. 3. Цветные металлы, 1965, № 6, с. 66.

17.Сб. «Прогрессивные процессы производства труб». Цветметинформация, 1966.

18.П е р ц и к о в 3. И. Силовые зависимости при проталкивании и волочении

труб. НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1 - 7 0 -2 1 , 1970.

19. Р е й х е р т К. Н. Технология легких сплавов, 1968, № 1, с. 78.

20.О р р о П. И ., О с а д а Я- Е. Производство стальных тонкостенных бесшов­ ных труб. Металлургиздат, 1951.

21.Е р м о л а е в Н. Ф. Трубопрокатное производство. Металлургиздат, 1952.

24.Г а г е н - Т о р н К. В. В сб. «Волочение труб на плавающей оправке». ЦБТИ Свердловского совнархоза, 1959, с. 26.

27.Ш а п и р о В. Я. Применение самоустанавливающейся оправки при воло­ чении труб. Цветметинформация, 1963.

28. П е р л и н И. Л ., Ш а п и р о В. Я. В сб. «Металлургия и технология цвет­ ных металлов». МИЦМиЗ им. М. И. Калинина, № 33. Металлургиздат 1960, с. 229.

29.Ч е р н я в с к и й А. А., Л а м и н А. Б. Определение размеров плавающей оправки. В сб. научных трудов Института черной металлургии, т. 28. Изд-во «Металлургия», 1967, с. 218.

33.Б и с к М. Б ., Ш в е й к и н В. В. Волочение труб на самоустанавливающейся оправке. Металлургиздат, 1963.

34.С а в и н Г. А. и др. Труды конференции молодых инженеров трубной про­ мышленности. Изд-во «Металлургия», 1968, с. 73.

35.Г р и н б е р г 3. А. Способ волочения труб на длинной оправке. Авт. свид.

№194732. Бюлл. изобр., № 9, 1967.

37.Г е т Н. Н. Способ холодного волочения труб. Авт. свид. № 76883. Бюлл. изобр., № 11, с. 1958.

38.М а т в е е в Ю. М. и др. В сб. «Производство сварных и бесшовных труб», вып. 8. Изд-во «Металлургия», 1968, с. 171.

42.Ш е в а к и н Ю. Ф. и др. Производство труб из цветных металлов. Метал­ лургиздат, 1963.

43.Ш у р у п о в А. К-, Ф р е й б е р г М. А. Производство труб экономичных профилей. Свердловск. Металлургиздат, 1963.

44. K n a p F., C i c h o n С. Rudy i metale niezel. 1970, № 15, S. 541.