CC BY
40
УДК 621.778.1
РАЗВИТИЕ СХЕМЫ БЕСКАЛИБРОВОГО ВОЛОЧЕНИЯ ПРОВОЛОКИ В РОЛИКОВЫХ ВОЛОКАХ
A.B. Выдрин, Б.В. Баричко
Получение проволоки круглого сечения в волоках со смещенными по оси волочения парами горизонтальных и вертикальных роликов, ручьи которых образуют соответственно овальный и круглый калибры [1] используется для калибровки горячекатаной проволоки (катанки), как черновая операция, проводимая перед волочением проволоки в монолитных волоках. Это повышает эффективность процесса за счет уменьшения затрат на изготовление рабочего инструмента, технологическую смазку и подготовку поверхности заготовки перед волочением. Недостатком, ограничивающим применение этой технологии при многопроходном волочении, является большой парк используемых роликов, а значит - существенные расходы на их изготовление.
Другим вариантом роликового волочения проволоки круглого сечения является процесс, предусматривающий на предварительном этапе использование системы калибров «овал - овал», при этом последний проход осуществляется по схеме «овал -круг» [2]. Использование такой калибровки сопряжено с рядом трудностей, связанных в первую очередь с неприспособленностью существующего волочильного оборудования к работе с промежуточным овальным сечением проволоки.
При обработке малопластичных материалов используют также способ получения профилей круглого сечения, предусматривающий предварительную деформацию круглого сечения заготовки в многовалковых калибрах в виде стрельчатого квадрата, с окончательной деформацией в круглом многовалковом калибре [3]. Реализация данной технологии требует большого парка рабочего инструмента и расходов на его изготовление.
Целая группа способов волочения предусматривает получение проволоки круглого сечения в роликовых волоках со смещенными парами роликов в два этапа [4]. На первом этапе в несколько проходов производится деформация исходной заготовки с применением одной из известных универсальных схем калибровки, например бескалибровое волочение, после чего, на втором этапе, предчисто-вое сечение проволоки деформируется по схеме «овал - круг» в проволоку круглого сечения.
Данный технологический процесс обладает рядом недостатков, ограничивающих его эффективное использование [4]. Получение переходного сечения проволоки в виде квадрата при многократном волочении связано с образованием острых кромок в вершинах сечения. Эти кромки являются концентраторами напряжений и, как правило, местом образования трещин, что затрудняет
обработку малопластичных металлов, биметаллов и композиционных материалов, склонных к тре-щинообразованию или расслоению и требующих плавных очертаний переходного сечения при деформации. Кроме того, острые кромки переходного сечения являются причиной закатов при последующем волочении по схеме «овал-круг», затрудняют скольжение проволоки по волочильному барабану и способствуют его быстрому изнашиванию. Квадратная форма переходного сечения не выгодна при переходе к волочению по схеме «овал-круг» ввиду существенной неравномерности деформации и отсутствия центрирования квадратного сечения в овальном калибре, что отражается на точности получаемой проволоки круглого сечения. Кроме того, схема деформации «квадратная заготовка - овальный калибр» характеризуется неравномерностью износа ручьев овальной формы.
В работе [4] были рассмотрены варианты осуществления универсальных схем волочения, предусматривающие устранение указанных выше недостатков, а именно - использование в качестве переходного чернового сечения проволоки шестигранника, введение промежуточных переходов по схеме «овал - круг» на этапе чернового волочения. Аналогичного результата можно достичь, если в известных технологиях волочения предварительную деформацию заготовки осуществлять роликами с ручьями овальной формы, имеющими по сравнению с традиционными овальными калибрами больший радиус ручья и установленными с большим зазором, выборка которого обеспечивает уменьшение размера переходного сечения. Форма переходного сечения в этом случае будет представлять стрельчатый квадрат, что позволит избежать образования острых кромок при вершинах промежуточного сечения проволоки, уменьшит неравномерность деформации по схеме «овал -круг» на втором этапе технологического процесса и улучшит центрирование профиля на бочке ролика (уменьшит вероятность поперечного, по длине бочки роликов, перемещения металла).
Схема получения проволоки круглого сечения с использованием универсальных черновых проходов представлена на рис. 1. Исследование данной схемы при волочении проволоки из различных материалов по описанной схеме показало, что для устойчивого протекания процесса, размер радиуса ручья овального калибра, образуемого роликами,
а2
должен составлять гР- 0,3-^ + 0,25й?г, где: й3 -диаметр исходной заготовки; с1т - диаметр гото-
Выдрин А.В., Барично Б.В.
Развитие схемы бескалибрового волочения проволоки в роликовых волоках
Черновое волочение, Чистовое волочение,
(и-1)-проходов по схеме "овал-овал" один проход по схеме "овал-круг"
Рис. 1. Схема получения проволоки круглого сечения с использованием универсальных черновых проходов
вой проволоки, при этом глубину вреза ручья рекомендуется выбирать равной Нр =0,5 с?г.
Анализ результатов исследования, полученных при волочении проволоки из кадмиевой бронзы БрКд 1,0 (диаметр заготовки 6,0 мм; диаметр роликов 172 мм), показал, что при расчете ушире-ния металла и напряжения волочения в рассматриваемом варианте процесса правомочно использовать полученные авторами соответствующие зависимости, приведенные в работе [5].
При проектировании технологии волочения проволоки в двух парах роликов важным вопросом является распределение обжатий в парах роликов. Полученные данные о влиянии распределения обжатий на величину свободного уширения металла во втором по ходу волочения очаге деформации, полностью согласуются с обнаруженными ранее закономерностями [6]. Из приведенного на рис. 2 графика, видно, что максимальная величина уширения во второй паре роликов обеспечивается при достижении суммарного обжатия металла в двух очагах деформации равного 0,28...0,3. Это подтверждает предположение авторов о том, что величина суммарного обжатия металла, определяющего экстремум уширения металла во второй паре роликов, определяется в первую очередь механическими характеристиками обрабатываемого материала (например, для стали 65Г - 0,48.. .0,52) [7].
0,04 0,08 0,12 0,16 0,2 0,24
Обжатие во второй паре роликов
Рис. 2. Зависимость величины уширения металла от обжатия для второй пары роликов: 1 - относительное обжатие в первой паре роликов 0,125; 2 - относительное обжатие в первой паре роликов 0,170
Исследование силовых параметров процесса волочения по предлагаемой схеме показало, что для получения наилучшей точности размеров переходного стрельчатого сечения для проволоки из кадмиевой бронзы БрКд 1,0 следует поддерживать величину напряжения волочения в диапазоне 200...220 МПа (рис. 3), что соответствует коэффициенту запаса прочности 1,7...1,8. При работе в режиме предельных вытяжек [7] рекомендуемая величина напряжения волочения не должна превышать значений 330...350 МПа, что соответствует коэффициенту запаса прочности 1,4... 1,45.
Суммарное обжатие металла
Рис. 3. Зависимость напряжения волочения от величины суммарного обжатия металла в двух парах роликов
Эффективность рассмотренного варианта волочения проволоки иллюстрируется следующим примером. Маршрут волочения проволоки диаметром 2,0 мм из катанки титанового сплава ВТ 16 диаметром 6,5 мм по схеме калибровки «овал-круг» с использованием волоки ВР-2/2.125 (диаметр роликов 125 мм) на участке волочения ОАО «Верхне-Салдинское металлургическое производственное объединение», содержит 12 проходов с четырьмя отжигами. Парк инструмента включает 48 роликов.
Для интенсификации технологического процесса и сокращения затрат на изготовление рабочего инструмента в лаборатории кафедры ОМД ЮУрГУ опробовался маршрут волочения проволоки сплава ВТ 16 диаметром 2,0 мм, предусмат-
Серия «Металлургия», выпуск 10
23
ривающий черновое волочение заготовки в роликах с гладкой бочкой за девять проходов с аналогичным количеством отжигов. Появление трещин на кромках промежуточного квадратного сечения потребовало введение дополнительного прохода по схеме «овал-круг» с получением проволоки диаметром в диапазоне 3,7...4 мм, то есть для реализации технологии использовались 12 рабочих роликов.
Введение прохода по схеме «овал - круг» требовало дополнительных затрат на изготовление новой роликовой волоки и снижало производительность процесса.
С целью устранения этих недостатков, разработан и опробован маршрут волочения проволоки сплава ВТ 16 диаметром 2,0 мм, предусматривающий черновое волочение заготовки диаметром 6,5 мм в роликах с ручьями овальной формы за девять черновых проходов с четырьмя отжигами. Радиус овального ручья роликов на этапе предварительной деформации составлял 6,85 мм, глубина вреза ручья — 1,0 мм. Минимально требуемый парк роликов для обеспечения технологии - 8 роликов. При отсутствии трещин на поверхности предельные отклонения размеров готовой проволоки диаметром 2,0 мм не превышали ±0,04 мм.
Проведенные исследования показали целесообразность применения рассмотренной технологии роликового волочения проволоки и возможность использования полученных ранее экспериментальных и теоретических данных при проектировании технологических режимов деформации.
Литература
1. Красавин, Б.Н. Использование роликовых волок за рубежом / Б.Н. Красавин, М.И. Бояршинов, М.Г. Поляков // Информация. Серия 9 «Метизное производство». - М.: ЦНИИЧермет, 1971. -М2.-С. 11-16.
2. Гулъко, В.И. Производство профилей и проволоки в роликовых волоках / В.И. Гулъко, В.А. Войцеховский, А.К. Григорьев. - Ижевск: Удмуртия, 1989. - С. 67.
3. Поляков, М.Г. Деформация металла в многовалковых калибрах / М.Г. Поляков, Б. А. Никифоров, Г.С. Гун. - М.: Металлургия, 1979. - С. 87-88.
4. Повышение эффективности процессов волочения в роликовых волоках / A.B. Выдрин, A.A. Штер, Ю.Н. Попов, Б.В. Баричко // Труды пятого конгресса прокатчиков. — М.: Черметинжиниринг, 2004. - С. 385-387.
5. Выдрин, A.B. Иерархическая модель процесса волочения проволоки в смещенных парах роликов / A.B. Выдрин, Б.В. Баричко, B.C. Баричко // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». - 2005. Вып. 6.-Nq 10(50). - С. 77-80.
6. Пат. 2297293 Российская Федерация, МПК7 В 21 С 1/00. Способ волочения прямоугольных профилей в роликовой волоке / Б.В. Баричко, A.B. Выдрин. - № 2005138622/02; заявл. 12.12.05; опубл. 20.04.07, Бюл. № 11.
7. Выдрин, A.B. Разработка рациональных режимов деформации металлов в роликовых волоках с использованием методов моделирования / A.B. Выдрин, Б.В. Баричко, B.C. Баричко // Труды шестого конгресса прокатчиков. - М.: Черметинжиниринг, 2006. - С. 385—387.
