CC BY
72
жения, верхней оценки, сопротивления материалов пластическим деформациям и баланса работ, невозможно расчётными методами обосновать реализацию нулевого прироста осевого напряжения от действия противонатяжения. Об этом свидетельствуют результаты соответствующих расчётов [1 , 2 , 5 ]. На практике реализация нулевого прироста для большинства материалов невозможна из-за обрыва переднего конца проволоки или нецелесообразна по ряду причин. Однако учёт особенностей процесса волочения с противонатяжением позволяет повысить эффективность его применения для разгрузки волоки от радиальной силы и повышения эксплуатационной стойкости волочильного инструмента, снижения температуры волочения, неоднородности физико-механических свойств деформированного металла и уровня остаточных напряжений в поперечном сечении.
УДК 621.771.23:621.778.09
ОЦЕНКА НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЛАТУННОГО ПОКРЫТИЯ ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТОЙ ПРОВОЛОКИ ПРИ ВОЛОЧЕНИИ
1 2 Столяров А.Ю. , Мелихова Н.В.
1000 «Специальные технологии», г. Магнитогорск, Россия 2ФГБОУВПО «Магнитогорский государственный техническийуниверситет им. Г.И. Носова», г. Магнитогорск, Россия
Для обеспечения высоких эксплуатационных характеристик автомобильных шин ме-таллокорд, широко применяемый при их изготовлении, наряду с другими характеристиками, должен иметь высокую прочность связи с резиной (адгезия к резине). Для чего металлокорд свивают из латунированной высокоуглеродистой проволоки. Латунное покрытие наносится на патентированную проволоку-заготовку, которая затем подвергается мокрому волочению на многократных волочильных машинах со скольжением на готовый размер под свивку.
При этом толщина латунного покрытия на проволоке должна быть рациональной, т.к. с одной стороны, с увеличением толщины покрытия адгезия снижается [1], а с другой стороны, слишком тонкое покрытие приводит к нарушению его сплошности. Следует также учитывать экономические факторы, т. к. при нанесении латунного покрытия используются дорогостоящие материалы (медь и цинк анодные) и сложные технологические процессы осаждения металлов из комплексных электролитов, и увеличение толщины покрытия вызывает дополнительные затраты.
При волочении уменьшение толщины покрытия происходит пропорционально изменению диаметра проволоки, а также происходят потери латунного покрытия (съём) в волоках и на тяговых устройствах волочильных машин [2].
При расчёте параметров толщины латунного покрытия на патентированной заготовке необходимо учитывать съём латунного покрытия, который при нормальных условиях должен составлять 10-15 %. Величина съёма латунного покрытия зависит от величины суммарной деформации, геометрии и шероховатости поверхности рабочего канала волочильного инструмента, а также величины скольжения проволоки на тянущих устройствах волочильного стана. Опытным путём установлено, что съём латунного покрытия зависит ещё и от его начальной толщины [1-4].
Таким образом, вопрос формирования рациональной толщины латунного покрытия на патентированной заготовке в зависимости от условий волочения и требований к готовому металлокорду является актуальным.
На сегодняшний день в литературе вопросу волочения проволоки с латунным покрытием под металлокорд уделено мало внимания. Объясняется это тем, что с позиций теории совместной пластической деформации разных материалов (СПДРМ) [5] аналитически исследовать данный процесс затруднительно, поскольку латунное покрытие довольно тонкое, его
толщина сопоставима высотой микронеровностей деформируемой основы. Из-за наличия микронеровностей стальной основы при волочении возникает слой дополнительных сдвиговых деформаций [6]. Это приводит к образованию очагов локализации деформации латуни, образованию в нём дополнительных напряжений, что, в свою очередь, меняет характер течения латуни и требует проведения дополнительных исследований.
Данных по влиянию параметров волочения и толщины латунного покрытия на его потери не достаточно. Так, например, в работе [3] на основании экспериментальных данных показано, что при снижении рабочего угла волочильного инструмента с 14° до 10° съём латуни уменьшается, при этом не исследовано, как сказывается на съёме латунного покрытия дальнейшее уменьшение угла волочильного инструмента. В работе [7] рекомендована начальная толщина латунного покрытия, гарантирующая отсутствие его обратного течения. Показано, что при уменьшении угла минимальная начальная толщина покрытия уменьшается, но ничего не говорится о максимально допустимой толщине. Практикой же волочения латунированной проволоки под металлокорд установлено, что снижение угла рабочей зоны волочильного инструмента до 8 - 10°, а также повышение начальной толщины латунного покрытия приводит к его повышенному съёму при волочении.
В связи с чем, возникает необходимость проведения дополнительных исследований характера течения латунного покрытия в очаге деформации при волочении латунированной проволоки под металлокорд, а также оценки влияния его начальной толщины и параметров волочения на деформацию латуни.
Для поставленной задачи был проведен компьютерный эксперимент по моделированию процесса волочения проволоки с латунным покрытием в программной среде БЕРОИМ-2Б по методике, представленной в работах [6, 8], т.е. для определения показателей деформации при волочении на заготовке учитывалась фактическая шероховатость поверхности. При этом был добавлен слой латунного покрытия (рис. 1). Материал основы - стальная высокопрочная проволока с содержанием углерода 0,76 %, материал покрытия - латунь с содержанием меди 63 % и цинка 37 %. Физико-механические свойства материалов для моделирования были взяты из результатов тестовых испытаний, отношение толщины покрытия к диа-
°
метру основы - 0,007, полуугол волочильного инструмента - 6 , величина единичной деформации 22 %, коэффициент трения для «мокрого» волочения - 0,2.
.6
ч1НЕт
4
Рис. 1. Исходные данные для моделирования процесса волочения проволоки с
тонким латунным покрытием: 1 - проволока; 2 - волочильный инструмент; 3 - тянущее устройство; 4 - фотография элемента поверхности проволоки 5 с латунным покрытием 6
Был исследован характер изменения толщины латунного покрытия при волочении тонкой проволоки под металлокорд и показано, что течение металла покрытия происходит от пиков микронеровностей профиля во впадины. Повышение толщины латунного покрытия не приводит к повышению его сплошности при волочении высокоуглеродистой проволоки под металлокорд, поскольку сдвиговая составляющая деформации покрытия при волочении увеличивается во впадинах микронеровностей профиля, т.е. в тех местах, где толщина покрытия выше. Обратного течения металла покрытия при моделировании обнаружено не было, что свидетельствует о трибологическом механизме износа (съёма) латунного покрытия [8].
Данная работа посвящена исследованию напряженного состояния в слое латунного покрытия при волочении в монолитной волоке. Связано это с тем, что именно напряженное состояние определяет сопротивление деформации и деформируемость (предельную степень деформации до разрушения) металла. Расчетная схема приведена на рис. 2. Расчет проводился для точек, расположенных: 1) по линии раздела: «основной металл-латунное покрытие» (тт. 1, 3, 5); 2) на контактной поверхности: «латунное покрытие-рабочая поверхность волоки» (тт. 2, 4, 6). При этом расчет проводился для зоны покрытия без микронеровностей (тт. 1, 2), для покрытия, находящегося во впадине микронеровности (тт. 3, 4) и покрытия, находящегося на вершине микронеровности (тт. 5, 6).
Рис. 2. Расчетная схема: 1 и 2 точки, взятые без учёта микронеровностей профиля основы; точки 3 и 4 - во впадинах профиля; точки 5 и 6 - на пиках микронеровностей
Проводился расчет продольных, радиальных и средних (гидростатических) напряжений. Результаты расчета приведены в таблице.
Результаты расчета напряженного состояния в латунном покрытии
Напряжения, Н/мм2 Значения напряжений в точках на контакте основы и покрытия Значения напряжений в точках контакта покрытия и волочильного инструмента
1 3 5 2 4 6
Продольные -98 71 -71 -97 12 -11
Радиальные -126 -84 -68 -128 1 -84
Средние -130 39 -80 -131 6 -50
Анализ полученных результатов показывает следующее:
- без учёта микронеровностей профиля продольные, радиальные и средние напряжения принимают максимальное значение, причём с отрицательным знаком, т.е. все напряжения сжимающие;
- во впадинах профиля в точках 3 и 4 продольные напряжения становятся растягивающими, а средние напряжения принимают положительное значение;
- во впадинах профиля разница между напряжениями, возникающими на поверхности раздела «основа - покрытие» и «покрытие - инструмент» максимальная.
Таким образом, во впадине микронеровности действуют продольные растягивающие напряжения, причем максимальные их значения приходятся на линию раздела «основной металл-покрытие», что может вызвать разрушение латунного покрытия в этом месте и его последующее отслоение. С ростом толщины латунного покрытия его долевое влияние увеличивается, что приводит к росту съёма латуни.
Список литературы
1. Кравцов A.A., Леднева A.A., Макуха O.A. Адгезия резины к металлокорду // Метизы. 2005. 1(08). С. 65-68.
2. Райз М.Ш., Красик А.Е. Выбор режимов обжатий при изготовлении латунированной проволоки // Новые технологические процессы и оборудование в метизном производстве: тем. сб. науч. тр. М.: Металлургия, 1986. С. 44-47.
3. Крымчанский И.И., Катыльков Г.Н., Гонтарь Д.В. Влияние параметров волок на съём покрытия при волочении латунированной проволоки и качество металлокорда // Литьё и металлургия. 1999. № 3. С 39-41
4. Алексеев Ю.Г., Кувалдин H.A. Металлокорд для автомобильных шин. М.: Металлургия, 1992. 192 с.
5. Аркулис Г.Э. Совместная пластическая деформация разных металлов. М.: Металлургия, 1964. 271 с.
6. Столяров А.Ю., Харитонов A.B. Определение глубины слоя дополнительной сдвиговой деформации при волочении тонкой проволоки // Сталь. 2012. № 12. С. 45-47.
7. Налимова М.В. Совершенствование технологии волочения проволоки с покрытием с целью экономии металла, улучшения сплошности и прочности сцепления: автореф. дис. ... канд. тех. наук: 05.03.05 / Налимова Марина Викторовна. Магнитогорск. 2004. 19 с.
8. Столяров А.Ю. Особенности процесса волочения тонкой высокопрочной проволоки с латунным покрытием под металлокорд / А.Ю. Столяров, В.А. Харитонов // Материалы VIII Междунар. техн. конф. «Техника и технология: новые перспективы развития». М.: Спут-ник+, 2013. С. 91-96.
References
1. Adhesion of rubber to metal cord / A.A. Kravcov, A.A. Ledneva, O.A. Makuha // Metal-ware.2005. № 1(08). P.65-68.
2. Raiz M.Sh., Krasik A.E. Choice of drafting schedule in case of production of a brass plated wire // New technical processes and the equipment in hardware production: thematic collection of scientific works M.: Metallurgy, 1986. P. 44-47.
3. Kryjmchanskiy I.I., Katyjlkov G.N., Gontar D.V. The influence of parameters of drawing die on surface pick-off in case brass plated wire drawing and a quality of a metal cord // Casting and metallurgy. 1999. №3. P. 39-41
4. Alekseev Yu.G., Kuvaldin N.A. Metal cord for car tires. M.: Metallurgy, 1992. 192 p.
5. Arkulis G.E. Joint plastic flow of different metals. M.: Metallurgy , 1964. 271 p.
6. Stolyarov A.Yu., Kharitonov A.V. Determination of a layer depth of additional shearing deformation when a thin wire drawing // Steel. 2012. № 12. p. 45-47.
7. Nalimova M.V. Improvement of technology of a covered wire drawing for the purpose of economy of metal, improvement of a uniformity and strength of adhesion: synopsis of a thesis ... PhD in Engineering: 05.03.05 / Nalimova Marina Viktorovna. Magnitogorsk. 2004. 19 p.
8. Stolyarov A.Yu. Special features of process of a thin high-strength wire drawing with a brass covering under a metal cord / A.Yu. Stolyarov, V.A. Kharitonov // Materials of the VIII International technical conference. «Engineering and technology: new prospects of development». M.: Sputnik+. , 2013. P. 91-96.
УДК 621.777: 621.777.22
РАСЧЕТ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ ЗОНЫ ОБЖАТИЯ ПРИ ХОЛОДНОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ПРОКАТКЕ ТРУБ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Курмачев Ю. Ф., Соколов Р. Е., Высотина А. А.
ФГАОУВПО «Сибирский федералъныйуниверситет»,
Холоднокатанные трубы из цветных металлов и сплавов занимают важное место в современной промышленности. Трубы из алюминиевых сплавов широко применяются в качестве изделий ответственного назначения в авиационной и космической технике.
Следует отметить, что процесс проектирования инструментальной оснастки при разработке технологии холодной прокатки труб (ХПТ) сопряжен с проведением большого объема вычислений, связанных с определением продольного профиля ручья калибра.
На сегодняшний день из технической литературы [1, 2] известен ряд методик расчета калибровок инструмента станов ХПТ, наиболее распространенными из которых являются: НИТИ-НТЗ, МИСиС и УралНИТИ. Данные методики широко применяются в производстве стальных и титановых труб. Однако они не предполагают точного аналитического решения поставленной задачи из-за принятия ряда допущений при постановке задачи.
В связи с этим, актуальной становится задача по разработке методики точного расчета продольного профиля зоны обжатия при холодной периодической прокатке труб из алюминиевых сплавов по заданной функции изменения степени деформации.
Введем следующие обозначения: L - длина обжимной зоны; D{x) - диаметр трубы в точке х; D - диаметр заготовки; d - диаметр готовой трубы;
t - толщина стенки трубы;
