книги / Теория волочения
..pdf6.КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТЕЙ СКОЛЬЖЕНИЯ,
СВОЙСТВА СМАЗКИ И СПОСОБЫ ЕЕ ВВОДА В ДЕФОРМАЦИОННУЮ ЗОНУ
Свойства материала волоки и протягиваемого металла, ка чество поверхностей скольжения, свойства смазки и способ ее ввода в деформационную зону в основном определяют силы и напряжения контактного трения для данных деформационных условий.
Многочисленными заводскими испытаниями установлено, что при хорошей полировке волочильных каналов и смазывающей пленке на контактной поверхности при прочих равных условиях сила волочения в стальной волоке больше, чем в волоке из твер дого сплава, в которой она больше, чем в волоке из технического алмаза (табл. 9), так как чем тверже материал волоки, тем лучше он полируется и тем меньше должен быть и коэффициент трения.
Очевидно, что хорошо подобранная смазка снижает при всех условиях силы внешнего трения. При прочих равных условиях холодного волочения хорошие результаты дают сухие смазки — твердое мыло, особенно натриевое, содержащее не менее 75% омыленных жирных кислот и возможно более свободное от гли церина (табл. 9).
|
|
|
|
Т а б л и ц а 9 |
|
|
Влияние смазки и материала волоки на силу волочения |
|
|||
|
Началь |
Степень |
|
|
Сила |
Протягиваемый |
ный |
Металл |
|
||
диаметр |
Дефор |
Смазка |
воло |
||
металл |
прово |
мации |
волоки |
чения, |
|
|
локи. |
за пере |
|
|
кГ |
|
мм |
ход. % |
|
|
|
Алюминий |
2,0 |
23,4 |
Карбид воль 11 |
|
13 |
|
|
|
фрама |
|
24 |
Латунь |
2,0 |
25,2 |
Сталь |
|
|
|
2,0 |
20,1 |
Карбид воль |
Твердое мыло |
20 |
|
|
|
фрама |
|
|
|
|
|
|
|
|
Бронза фос |
2,0 |
20, Г |
Сталь |
|
32 |
фористая |
0,65 |
18,5 |
Карбид воль- |
|
15 |
|
|
|
ippdivid |
Растительное |
26 |
|
0,65 |
18,5 |
То же |
||
|
|
|
|
масло |
|
Мельхиор |
М 2 |
20 |
» |
Твердое мыло |
16 |
Ofi/OI П |
|
|
|
|
|
oU/Zl U |
|
|
» |
Растительное |
20 |
|
|
|
Алмаз |
масло |
15 |
|
|
|
Твердое мыло |
||
|
|
|
» |
Растительное |
16 |
|
|
|
|
масло |
|
П р и м е ч а н и е . Для всех опытов применяли конические волоки с а = 6-г-7°.
132
Однако сухую смазку трудно нанести на протягиваемый ме талл, особенно при волочении профилей больших и малых сече ний, а также при высоких скоростях волочения, что часто огра ничивает ее применение. Кроме того, при употреблении сухой смазки поверхность протянутой полосы не получается блестящей, так как такая смазка оставляет на ней участки, покрытые тончай шей пленкой. Поэтому сухие смазки чаще применяют при волоче нии профилей средних сечений, а также профилей и труб из труднодеформируемых металлов в случаях, когда не требуется получать блестящую поверхность протянутого металла. В осталь ных случаях используют полужидкие (для крупных сечений) и жидкие (для средних и тонких сечений) смазки необходимой физической активности.
В работах [25, 26] показано, что с повышением смазочных свойств смазок зоны оптимальных углов заметно увеличиваются. Это указание полностью соответствует ранее изложенным сооб ражениям о влиянии коэффициента трения на положение зоны оптимальных углов.
Как уже было отмечено, при прочих равных условиях дей ствие смазки ухудшается с увеличением угла наклона образу ющей волочильного канала. Отрицательно влияет и повышение степени деформации, которое - неизбежно связано с увеличением новых поверхностей металла с утоненными и разрушенными сма зывающими пленками. На практике это подтверждается тем, что полоса, протянутая с малой деформацией, отличается менее бле стящей поверхностью из-за толстой смазочной пленки, остав шейся после волочения, чем полоса, протянутая с большой де формацией. Смазочный эффект в значительной мере зависит и от метода ввода смазки в деформационную зону. В традиционных процессах смазка просто вовлекается протягиваемым металлом, т. е. при небольшом гидродинамическом эффекте. При этом тол щина смазочной пленки невелика и часто недостаточна для обес печения жидкостного трения. Гидродинамический эффект может быть значительно увеличен применением специальных насадок или волок с малыми углами образующей волочильного канала (см. гл. V). В условиях, при которых увеличение гидродинами ческого эффекта затруднительно (малые скорости волочения, волочение тонких и тончайших размеров и др.), целесообразно применять гидростатический ввод смазки. Улучшению условий действия смазки также способствует вибрационное волочение.
На ход процесса волочения влияет также и качество поверх ности волочильного канала и протягиваемой полосы. Хорошая полировка канала улучшает качество поверхности протягивае мого металла в процессе его деформирования, следовательно, улучшается ход процесса волочения. Гладкая блестящая поверх ность протягиваемого металла при активной смазке улучшает процесс. При малоактивной жидкой смазке микроскопические
133
неровности на поверхности, например при волочении травленого
металла, |
могут способствовать удержанию смазочной пленки |
и этим |
улучшать процесс. Такие предположения приведены |
в работе А. И. Басса [6] и подтверждены П. И. Мининым [1], который, изучая волочение стальных прутков в стальных волоках, установил, что при хорошо отполированном канале, шлифован ных поверхностях прутков и жидкой смазке часто повышаются силы волочения, на поверхности канала и прутков появляются риски, тогда как при волочении в тех же условиях шлифованных и затем протравленных прутков такие явления не наблюдались. Подтверждается это также тем, что при протяжке травленой катанки процесс в первой волоке идет не хуже, чем в последу ющих, несмотря на частое применение в первом переходе высо ких обжатий.
7. ФОРМЫ НАЧАЛЬНОГО И КОНЕЧНОГО ПОПЕРЕЧНЫХ СЕЧЕНИЙ ПРОТЯГИВАЕМОЙ ПОЛОСЫ
При прочих равных условиях волочения силы внешнего тре ния растут с увеличением контактной поверхности. При равно великих сечениях круг имеет наименьший периметр. Следо вательно, при прочих равных условиях минимальная контактная поверхность, а поэтому и минимальные значения сил и напряже ний волочения должны наблюдаться при волочении круглых профилей. В соответствии с изложенным в работе [27] предло жено учитывать влияние формы простых профилей на контактную поверхность коэффициентом формы А, который равняется отно шению площади контактной поверхности, получающейся при волочении некруглого профиля, к площади контактной поверх ности, получающейся при волочении равновеликого круглого профиля из круглой заготовки с одинаковыми степенями дефор мации и одинаковой длиной деформационной зоны. При волоче нии сплошных профилей, близких по форме поперечного сечения к правильным многоугольникам, отношение площадей контакт ных поверхностей для профилей с небольшой разностью между максимальными и минимальными линейными размерами попереч ного сечения может быть с некоторым приближением заменено отношением их периметров.
Н. 3. Днестровский и Н. М. Богорад [7] определили соотно шение между напряжениями волочения равновеликих круга, шестигранника, квадрата и прямоугольников с отношением сто рон 2 : 1; 4 : 1 и 8 : 1 при одинаковых обжатиях и углах наклона образующих канала.
Результаты этих определений приведены на рис. 96 и 97, из которых видно, что форма конечного сечения профиля изделия оказывает большое влияние на силы и напряжения. Они растут с увеличением коэффициента формы А, причем этот рост
134
проявляется более резко с повышением степени деформации. На силу волочения заметно влияет не только форма конечного профиля, но и форма начального профиля; чем больше они отли
чаются |
один |
от |
другого, |
тем |
больше |
контактная |
поверхность |
|
|
|
|
Т а б л и ц а 10 |
|
|
|
|
|
Влияние различных форм начального |
|
|
|
|
||||
и конечного профилей |
на силу волочения |
|
|
|
|
|||
(медь, предел прочности до волочения |
|
|
|
|
||||
|
23 |
кГ/мм*) |
|
|
|
|
|
|
Форма |
|
Форма |
О К |
|
|
|
|
|
начального |
|
конечного |
и s |
|
|
|
|
|
сечения |
|
сечения |
2 “ |
|
|
|
|
|
площадью |
|
площадью |
S gk |
|
|
|
|
|
227 мм2 |
|
170 мм• |
и ч * |
|
|
|
|
|
Круг 0 |
\7 ММ |
|
Круг |
1600 |
|
|
|
|
|
|
014,7 мм |
|
|
|
|
|
|
Круг 0 |
17 мм |
|
I |
2600 |
1,00 |
1.05 |
1.W |
А |
|
|
|
|
О |
О |
|
□ |
I X
Рис. 96. Зависимость напряжения волоче
ния от |
коэффициента |
формы А |
протяги |
|||||
ваемого |
профиля [7] для |
квадрата |
и ше |
|||||
2000 |
|
стигранника: |
|
|
||||
30%. ц = |
1,43; |
/ / — б = |
20%, |
|||||
/ — 6 = |
||||||||
ц = 1,25; |
111 — 6 = 10%, |
ц = |
1,11; |
|||||
-----а = 5 ° ; -----------а |
= |
7 ° ; ------------а= 9°; |
||||||
. . . . |
а = |
12° 30'; |
— |
. . — |
а = |
20° |
и сила волочения. В табл. 10 приведены результаты опытов, проведенных в лаборатории обработки металлов давлением Мо сковского института цветных металлов и золота им. М. И. Ка линина по влиянию различия форм начального и конечного профиля, подтверждающие изложенное.
8.ПРОТИВОНАТЯЖЕНИЕ
Все изложенное в гл. II о влиянии противонатяжения на на пряженное состояние потверждено многочисленными исследова ниями [28—30], показавшими, что противонатяжение Q (рис. 98), уменьшающее полное давление М д протягиваемого металла на волоку, в общем случае увеличивает полную силу волочения Pqt т. е. ту силу, которая действует на металл после выхода его из волоки. Однако необходимо отметить, что дальнейшие исследова ния [31, 32] показали, что сила М я уменьшается при наложении
противонатяжения любой величины. В то же время сила |
Рд |
и напряжение волочения начинают заметно расти не при всяком |
|
противонатяжении, а лишь начиная с некоторого минимального |
|
значения его, условно названного авторами критическим |
QKP, |
которое |
определяет критическое напряжение противонатяже- |
ния одкр, |
зависящее от основных условий процесса и особенно |
135
от предела упругости протягиваемого металла. На рис. 99 при ведены результаты исследований влияния противонатяжения на силу волочения и давление металла на волоку при волочении латунной проволоки Л62 с разными степенями предварительной деформации, в табл. 11 — критические значения противонатя жения при волочении проволоки из сплава Л62 [31], а в табл. 12— при волочении проволоки из технического циркония [79].
Эти результаты . показы вают:
1. [Возникновение критиче ских противонатяжений и замет
ный рост СИЛЫ Pq ТОЛЬКО С ТОГО
момента, когда противонатяже-
28
U----------------------------------
О--------------------------------
10 |
12 |
1,Ь |
16 |
А |
|
|
|
|
|
|
|
I_I______I__________ I |
|
|
|
|
|
|
|||
|
1-1 2-1 |
й 1 |
|
8-1 |
Рис. 98. Схема сил, |
действующих на ме |
||||
|
Отношение сторон прямоугольника |
талл и волоку |
при |
противонатяжении, и |
||||||
|
|
|
|
|
изменение |
их |
с увеличением |
противона |
||
Рис. 97. Зависимость напряжения волоче |
а — схема |
|
тяжения: |
сил; |
б — схема |
|||||
ния от коэффициента формы А протягивае |
действующих |
|||||||||
мого профиля для прямоугольников (обо |
изменения |
действующих |
сил |
в зависимо |
||||||
значения — те |
же, что |
на рис. |
96) |
сти от величины |
противонатяжения |
ние достигает значения QKP. Из этого следует, что применять противонатяжение в пределах до (?кР во всех случаях полезно, так как сила волочения практически не возрастает, но создаются условия для уменьшения износа волочильного канала (уменьшаются давления на контактной поверхности и выдавливание смазки), сокращаются или ликвидируются зоны трехосного сжатия.
2.Рост критических значений QKP и о,кр с повышением сте-
пени предварительной деформации и, следовательно, упрочне ния (аВн) (см. рис. 100).
3.Спад нагрузки на волоку M q при любой, даже небольшой величине противонатяжения. Этот спад при oq ^ оЦкр практи
чески равен противонатяжению, а при oq > од всегда меньше
136
в
Рис. 99. Влияние противонатяжения на силы Р q |
и М д |
при волочении проволоки |
из |
ла |
|||||||||||||
|
|
|
туни |
Л62 с |
различной |
предварительной |
деформацией [31 ]: |
|
|
||||||||
/ |
— 46%, |
о „ |
= 3 , 0 |
к Г / м м 2\ |
I I |
— |
0%, а |
|
= 0 . 6 |
к Г / м м 2; / / / — 56%. <тл |
= |
||||||
= |
|
VKO |
— 20%, |
о^кр = |
|
чк р |
|
|
66%, |
= 7,6 |
|
V к р |
- |
||||
5,1 к Г / м м 2; |
I V |
3,65 к Г /м м * - , |
V |
— |
к Г / м м 2-, |
V I |
|||||||||||
38%, |
= |
3,85 к Г / м м 2-, |
а — £>н = |
1,47 лш, £>к = |
1,32 |
обжатие за переход 20%; |
|||||||||||
б — £>н = |
1,32 м м , |
D K |
= |
1,16 |
лл, |
обжатие за |
переход 23%; |
в — D H = |
1,16 х л , |
£>к |
= |
||||||
|
|
|
|
|
= |
1,03 |
лл, |
обжатие |
за |
переход 19% |
|
|
|
137
его. Поэтому величина спада может быть охарактеризована коэф фициентом использования противонатяжения yqy представляющим собой отношение спада к противонатяжению, т. е.
.. _ MQ-- Мд _ Р0 -- Мд
У я - Q Q •
|
|
|
|
|
(VI-3) |
В гл. VII |
показано, |
что уд |
|||
в общем |
случае |
зависит |
от р,, |
||
/, а и отношения |
С/уп . Только |
||||
|
|
|
Од |
|
|
при волочении отожженных ме |
|||||
таллов, |
т. е. |
при |
волочении |
||
с малыми значениями а/уп, ве- |
|||||
Предварительная деформация,% личина |
Уя |
почти |
не зависит |
Рис. 100. Влияние степени предваритель ной деформации на величину Одк^ при
волочении дуралюмина Д1 [32]
ния процесса волочения с противонатяжением мягкой медной
проволоки диаметром 0,7 мм, выполненные в лаборатории Минцветметзолото А. Д. Апарышевой и Р. Я. Манелисом. Результаты
этих исследований |
приведены в табл. 13 |
[30]. |
Таблица 11 |
||
|
|
|
|
|
|
|
Критические противонатяжения при волочении проволоки |
||||
|
|
из сплава |
Л62 [31] |
|
|
Степень |
Диаметр проволоки, мм |
Обжатие |
|
<т_ , |
|
предвари |
|
|
|
||
тельной |
до воло |
после |
за переход, |
Ъ ' |
9кР |
деформации, |
чения |
волочения |
% |
кГ/мм2 |
|
% |
|
|
|
|
|
0 |
1,47 |
1,32 |
20 |
1 |
0,6 |
46 |
1,47 |
1,32 |
20 |
5 |
3 |
38 |
1,16 |
1,03 |
19 |
4,3 |
3,85 |
66 |
1,16 |
1,03 |
19 |
3,4 |
7,6 |
Т а б л и ц а 12
|
Критические противонатяжения при волочении проволоки |
мм, |
|||
из технического |
циркония (диаметр |
проволоки до |
волочения 1,51 |
||
|
после волочения 1,38 мм, обжатие за переход 16.5%) [79] |
|
|||
Степень |
|
|
Степень |
|
|
предвари |
|
Ч р. |
предвари |
|
Чр. |
тельной |
Ъ ' |
тельной |
|
||
деформации, |
к Г/мм2 |
деформации, |
|
кГ/мм2 |
|
% |
|
|
% |
|
|
0 |
1,8 |
1,0 |
53 |
3,5 |
1,95 |
18 |
2,2 |
1,3 |
64 |
3,6 |
2,0 |
32,5 |
2,7 |
1,5 |
70 |
4,0 |
2,2 |
45 |
3,2 |
1,8 |
75,5 |
4,3 |
2,4 |
138
Объяснение указанного влияния противонатяжения на силу P q и на нагрузку на волоку М д, приведенное в работе [31 ], вытекает из рассмотрения характера изменения продольных и радиальных напряжений по длине деформационной зоны с внешним противонатяжением и без него.
Характер изменения продольных и радиальных напряжений при отсутствии внешнего противонатяжения может быть пред ставлен кривыми 1—2—3—4 и 1—5—6—3 (рис. 101). Ординаты первой кривой показывают продольные напряжения, а ординаты
второй — сумму |
продольных |
|
|
|
|
|
|
||||||
и радиальных |
напряжений. |
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 13 |
||||||
Таким образом, |
в любом |
Влияние величины |
противонатяжения |
||||||||||
поперечном |
сечении, отстоя |
на коэффициент уд при волочении |
|||||||||||
мягкой медной проволоки с диаметра |
|||||||||||||
щем на расстоянии х от |
0,8 мм на диаметр |
0,7 |
мм [30] |
||||||||||
входа в деформационную зо |
|
|
|
|
|
|
|||||||
ну, |
ордината о/х показывает |
|
|
|
|
Коэффициент |
|||||||
среднее значение продольного |
Q. |
|
|
|
использования |
||||||||
" г |
|
противонатяжения |
|||||||||||
кГ |
|
|
|
|
|||||||||
растягивающего напряжения, |
|
к г |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
yQ |
Q |
||||||||
а отрезок ординаты оГх, пред |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
ставляющий |
собой |
разность |
0 * |
7 |
7 |
|
|
|
|||||
между |
ординатами |
кривых |
|
|
0,35 |
||||||||
1—5—6—3 и 1—2—3—4, яв |
2,0 |
6,3 |
8,3 |
|
|
||||||||
4,0 |
5,5 |
9,5 |
|
|
0,375 |
||||||||
ляется |
средним |
радиальным |
5,0 |
5,0 |
11,0 |
|
|
0,33 |
|||||
напряжением в рассматривае |
|
|
|
|
|
|
|||||||
мом |
сечении. |
Напряжение |
* Волочение без противонатяжения. |
||||||||||
волочения |
показывает орди |
|
|
|
|
|
|
||||||
ната |
/С0, |
а |
продольное |
на |
границе |
упругой |
и |
пластической |
|||||
пряжение, |
|
возникающее |
на |
зон, ордината а/уп. Перегиб кривой 1—2—3—4 в точке 2 объяс
няется началом преимущественно пластических деформаций, а рез кое уменьшение угла наклона части кривой 2—3 к оси деформа
ционной |
зоны — тем, что нарастание |
напряжений |
протекает |
|
всегда значительно интенсивнее в |
зоне упругих деформаций, |
|||
чем в зоне пластических деформаций. |
напряжением |
оя < <т/уп> |
||
Если |
создать противонатяжение |
с |
то начальный диаметр полосы DHo сократится до DHl вследствие упругой деформации, а протяженность упругой зоны уменьшится с {ах + а2) до а2. Этим уравновесится противонатяжение, в ре зультате чего линия продольных напряжений изменит свое на чало и примет форму 7—8—2—3—4. При этом величина продоль ного напряжения на границе упругой и пластической зон оста нется почти неизменной. Линия суммарных напряжений также изменит лишь свое начало и примет форму 8—5—6—Зу а напря
жение волочения |
Ki останется неизменным, т. е. К г = |
/С0. |
Если создать |
противонатяжение с напряжением |
= <х/уп> |
то по тем же причинам начальный диаметр полосы уменьшится
139
до DHit упругая зона почти исчезнет и так как силовые условия в пластической зоне не изменятся, то и напряжение волочения останется практически неизменным, т. е. /С2 = К\ = К0. Линия продольных напряжений примет вид 9—2—3—4 и покажет неиз менность напряжения волочения (К0 = /С, = /С2). Линия сум марных напряжений в этом случае примет форму 2—5—6—3.
Если создать противонатяжение с напряжением oqj, превы
шающим о/уп, но меньшим, чем |
сопротивление |
деформации |
по |
|||
лосы у входа в канал (т. е. 5 Тн > |
> а/уп), |
то |
начальный |
диа |
||
метр |
полосы DHo уменьшится до £>Нз, а протяженность |
пластиче |
||||
ской |
зоны на а3. Однако в связи с тем, что |
< 5 Тн, |
остаточная |
деформация заднего конца полосы, а также длина а3 будут Hajстолько малы по сравнению с протяженностью и деформацией пластической зоны, что ими можно пренебречь и протяженность пластической зоны считать не изменившейся. Поэтому в данных условиях, т. е. при о/уп < < 5Ти, напряжение волочения /С;>
1 4 0