CC BY
122
Проведенные исследования позволили выявить факторы, оказывающие существенное влияние на показатели качества канатной катанки. Полученные зависимости изменчивости показателей качества канатной катанки от исследуемых факторов позволят в дальнейшем определить их область варьирования, обеспечивающее гарантированное воспроизводство заданных величин показателей качества.
Библиографический список
1. Л.Л. Халифан. Статистика 6. Статистический анализ данных: - М. Изд-во «Бином», 2007. - 508 с.
2. А.А. Минько. Статистический анализ в MS EXSEL: - М. Издательский дом «Вильямс», 2004. - 448 с.
УДК 621.778 В.А. Харитонов
ГОУВПО «МГТУ» А.Б. Иванцов
Филиал ГОУ ВПО «МГТУ», г. Белорецк
МЕТОДИКА РАСЧЕТА ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ ПРОВОЛОКИ ПО СХЕМЕ «РАСТЯЖЕНИЕ - ЗНАКОПЕРЕМЕННЫЙ ИЗГИБ»
Разработана уточненная методика определения силовых условий деформации проволоки механопластическим растяжением по схеме «растяжение - знакопеременный изгиб» в несколько этапов на роликовом изгибающем устройстве (РИУ), её удлинения и изменения механических свойств материала, с учётом особенностей нагружения и упругопласти-ческого изгиба, а также упрочнения металла.
Одной из основных задач применяемых технологий производства проволоки является получение высоких механических свойств с сохранением достаточной величины пластичности. При этом одним из наиболее эффективных способов деформационного воздействия на проволоку является растяжение. Но, при всех положительных сторонах данного способа, он обладает массой недостатков, в т.ч. быстрой потерей пластичности, низкой устойчивостью процесса, высокими энергетическими затратами.
Одним из способов интенсификации процесса растяжения, решающего указанные проблемы, является введение в схему деформации знакопеременного изгиба. Широкое развитие данного направления интенсивной пластической проработки длинномерных изделий в холодном состоянии сдерживается на сегодня отсутствием разработанной математической модели процесса, т.к. теоретический анализ процесса удлинения проволоки за счет знакопеременного изгиба пока еще не в состоянии
дать технологических рекомендации по выбору конструктивных параметров роликового изгибающего устройства [1].
По данному направлению наиболее освещенным является вопрос определения натяжения, хотя многие зависимости не учитывают основополагающих факторов [2], определяющих величину искомой зависимости: цикличности [3], угла охвата [4], упрочнения металла и трения на роликах [5]. Достаточно рассмотрено определение напряженного состояния и кривизны проволоки, но из-за сложности учета всех факторов можно считать как невысокую адекватность картины явления в источниках [6-8]. Вопрос изменения прочностных характеристик освещен только в общем виде: приводятся табличные или графические данные по определенному виду изделия, в некоторых случаях эмпирические формулы [911]. Противоречивость экспериментальных данных наблюдается при определении пластических свойств, при отсутствии математического описания явления [2, 10, 11]. Изменение сечения полосы при ее деформации в РИУ до настоящего времени подробно не рассмотрено ни теоретически, ни экспериментально [12].
Базой расчета разработанной многоцикловой методики являлся алгоритм, реализованный в программе Excel (рис.1), для выбора определяющих соотношений разработана методика, основой которой является алгоритм, реализованный в MathCad. Принимаемые допущения: 1. При деформировании поперечное сечение проволоки остается плоским. 2. Напряженное состояние - одноосное растяжение. 3. Материал - упруго-пластическая среда с нелинейным упрочнением. 4. Пластическая деформация на участках малого упругого изгиба отсутствует. 5. Движение проволоки по ролику отсутствует.
На основе анализа физики многостадийного процесса «растяжение -знакопеременный изгиб» были выявлены основные принципы, отличающие предлагаемую модель от известных [1, 3, 5-8]: деформация по преимуществу бесконтактна; участок бесконтактной деформации включает в себя составляющую разгиба и последующего сгиба в том же направлении; суммарная кривизна проволоки при одном изгибе двойная, с соответствующими изменениями степени остаточной деформации, как поверхностной, так и по сечению и изгибных моментов; различная по сечению деформация дает сложный профиль, претерпевающий по ее ходу различные, частично-обратные формоизменения; «накопленная» пластическая деформация любого сечения существенно больше «остаточной» деформации этого сечения, с соответствующими изменениями механических свойств; «остаточная» деформация зависит от напряжения растяжения, а также образуемых в ходе деформации дополнительных напряжений и соотношений величин изгибных моментов зон сжатия и растяжения.
Задача исследования напряженно-деформированного состояния проволоки сводится, при расчете деформации на каждом межроликовом уча-
стке, к взаимосвязанному поэтапному решению следующих подзадач (рис. 1):
Рис. 1. Укрупненные блок-схемы алгоритмов порядка расчета параметров процесса «знакопеременный изгиб - растяжение»
0 этап (предварительный). Выбор, обоснование и идентификация варианта определяющих соотношений упруго-пластической деформации.
Необходимо выбрать конкретный вид функциональной зависимости предела текучести металла от степени деформации, температуры и определить материальные постоянные.
1 этап. Определение напряженно-деформированного состояния по сечению проволоки.
2 этап. Составление уравнения энергетического баланса деформирования металла на ролике изгибающего устройства с учетом взаимодействия роликов и силовых параметров процесса деформации в системах роликов (полной силы протяжки, моментов, радиального давления на ролик и др.).
3 этап. Количественное определение деформации (остаточной, накопленной по сечению, максимальной поверхностной) проволоки на каждой линии деформации изгибающего устройства в зависимости от рассчитанной величины натяжения, углов охвата ролика и т.д., с учётом положения нейтральной поверхности напряжений.
4 этап. Установление зависимостей изменения параметров прочности и пластичности заготовки в зависимости от степени деформации и параметров РИУ.
5 этап. Введение циклической последовательности расчета по роликам (рис.1) до достижения 1=п, учитывающей значения моментов изгиба на (¡+1)-ой линии деформации и особенностей условий изгиба на крайних роликах, с суммированием результатов предшествующих циклов.
Для проведения расчета необходимые значения параметров РИУ и исходных величин для заготовки: 1. Материал проволоки (исходные физические и механические свойства). 2. Величина силы натяжения и про-тивонатяжения. 5. Радиус заготовки. 6. Количество очагов деформации (участков изгиба). 7. Параметры РИУ (диаметры роликов и цапф, шаг роликов, коэффициенты трения в цапфах и проволоки на поверхностях роликов). 8. Глубина заглубления роликов (угол обхвата проволокой ьго ролика).
С помощью развитой математической модели были рассчитаны параметры продеформированной проволоки (степень остаточной , накопленной по сечению и поверхностной деформации, параметры упрочнения < , <<, натяжение на выходе из устройства ^ , пластичность 8 6 и др.).
Разработанная методика расчета параметров формоизменения проволоки была применена для анализа упрочнения горячекатаной арматурной стали в РИУ. Полученные результаты показали возможность увеличения прочностных характеристик параметра < на 100-150 МПа и < на 200-250 МПа при остаточной деформации в 10-15% и приемлемом
снижении величины пластичности до д5>20 %, др>4 %, при одновременном гарантированном снятии окалины (потребная поверхностная деформация более 5%) при минимальной величине поверхностной деформации в 6,1 % для й0=6,5 мм по участку одинарной кривизны, что было подтверждено при проведении экспериментов на шестироликовом двухплос-костном изгибающем устройстве.
Полученные по работе выводы:
1. Определены значения «остаточной» (накопленной, средней по сечению) деформации металла после протяжки его через роликовое устройство, также «суммарной» деформации, полученной каждым слоем, деформации поверхности заготовки с учетом и без учета двойной кривизны, т.е. на участках различных типов.
2. Обусловлена некорректность расчета упрочнения и пластичности по остаточной деформации. При знакопеременной деформации сопротивление деформации зависит от нескольких факторов, что дает возможность активного и управляемого влияния на параметры заготовки с получением минимальной или значительной по степени остаточной деформации.
3. Выявлены границы области устойчивого протекания процесса по принципу затухания пластической деформации и разрушения, по критериям «обрывность» и «пластичность».
4. Определено, что при неучете факта двойной кривизны невозможно получение адекватной картины процесса по напряженно-деформированному состоянию.
5. Уточнены зависимости расчета натяжения, что дало отклонение от общепринятых уравнений в сторону увеличения на 40% и более. Обусловлена необходимость учета радиального давления при расчете натяжения.
6. Подтверждена обоснованность учета в модели угла охвата ролика катанкой, линейная зависимость изменения остаточной степени деформации от величины диаметра катанки. Подтверждено предположение об определяющей роли увеличения натяжения в развитии остаточной пластической деформации.
7. Характерной особенностью проволоки после деформации в РИУ будет большее сопротивление деформации, полученная степень деформации и меньшая величина пластичности для внешних слоев по отношению к центральным.
8. Приведен пример возможности управления упрочнением, уменьшения сечения арматурной стали. Причем, то же увеличение прочности можно достичь разной степенью деформации, и наоборот, используя тот или иной механизм воздействия.
Библиографический список
1. Буркин С.П., Картак Б.Р. Упруго-пластический изгиб с растяжением при протяжке проволоки через ролики // ОМД: Тр. вузов РФ. Свердловск: УПИ. -1973. Вып. I. - С. 125-128.
2. Буркин С.П., Санько В.В., Щипанов А.А. Технологические особенности процесса удлинения проволоки знакопеременным изгибом в роликовых устройствах // Уральский политехнический ин-т. — Свердловск, 1988. — 18 с.
3. Ломов И.Н., Должанский А.М., Ермакова О.С. Оценка и повышение эффективности процесса протяжки катанки через ролики окалиноло-мателя // Металлургия и горнорудная промышленность. — 2006. — № 3.
— С. 59—62.
4. Должанский A.M., Ермакова О.С. Деформация катанки в роликовом окалиноломателе. Сообщение 1 // Металлургия и горнорудная промышленность. — 2005. — № 2. — С. 52—54.
5. Коковихин Ю.И. Технология сталепроволочного производства. -К: Техшка, 1995. - 608 с.
6. Томленов А.Д. Теория пластического деформирования металлов.
— М.: Металлургия, 1972. - 408с.
7. Туленков Ф.К. Об изменении напряженного состояния проволоки в процессе рихтовки ее на промежуточных этапах волочения // Стальные канаты. - 1964. - № 1. - С. 273-289.
8. Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. — М.: Машиностроение, 1968. - 400 с.
9. Мелешко В.И., Чернявский А.А. и др. Пределы текучести стали при знакопеременном упруго-пластическом изгибе // Прокатное производство. Науч. труды Т. IXXIX. М.: Металлургия, 1969. - С. 358-361.
10. Разработать и внедрить технологию производства холодноде-формированной проволоки из низкоуглеродистых сталей без промежуточного отжига: Отчет о НИР (заключ.) / № ГР 01880017306; Инв. №0290.0 009309. Новокузнецк. - 1988. - 102 с.
11. Коковихин Ю.И., Рузанов В.В., Петров П.Е., Хабибулин Р., Свиридов Н.И. Технологические режимы механического удаления окалины с поверхности катанки в роликовых окалиноломателях // Технический прогресс в метизном производстве. М, 1979. - № 8. - С.9-13.
12. Должанский А.М., Ермакова О.С. Деформация катанки в роликовом окалиноломателе. Сообщение 3 // Металлургия и горнорудная промышленность. — 2006. — № 1. — С. 58—61.
