CC BY
81
10. Arkulis G.A. About the maximum hood when drawing. In proceedings: Proceedings of the conference on metalware production. Chelyabinsk: Publishing house of CBTI Chelyabinsk economic Council, 1961. pp. 36 - 42.
11. B. Backofen. Processes of deformation. Translated by from English / V.S. Berkovsky, F.I. Ruzanov. M: Metallurgy, 1977. 288 p.
УДК 621.778.1.014-426
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОВОЛОКИ ПРИ ВОЛОЧЕНИИ И РАДИАЛЬНО-СДВИГОВОЙ ПРОТЯЖКЕ
Харитонов В.А., Усанов М.Ю.
ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Россия
Стальная проволока и изделия из нее (канаты, пружины, металлическая сетка и т.п.) являются основной, как по объему, так и по значению металлопродукцией метизного передела черной металлургии, которая находит массовой применение практически во всех отраслях промышленности [1].
В применяемых в настоящее время в проволочном производстве технологических процессах изготовления проволоки основными операциями, обеспечивающими получение проволоки необходимых размеров с требуемыми физико-механическими свойствами, являются способы обработки металлов давлением и термическая обработка [2].
Исторически сложилось так, что основным способом ОМД при изготовлении проволоки стало волочение в монолитной волоке. В настоящее время волочение достаточно хорошо изучено теоретически, обеспечено эффективным высокопроизводительным оборудованием, спроектированным с учетом особенностей процесса волочения и способствующим устранению его недостатков. Однако волочение в монолитных волоках остается многоцикловым, многооперационным, длительным по времени, а, следовательно, дорогостоящим процессом. Кроме того, способ подвода энергии, относительно короткий очаг деформации, симметричная схема деформации, монотонность течения металла не позволяют управлять структурооб-разованием и обеспечить, тем самым, получение проволоки с высокими значениями показателей прочности и пластичности [2].
Одним из наиболее перспективных способов производства проволоки является ради-ально-сдвиговая протяжка (РСПр), которая основана на принципах радиально-сдвиговой прокатки. РСПр осуществляется приложением к проволоке (катанке) переднего тянущего усилия без ее скручивания [3].
Установка радиально-сдвиговой протяжки представляет собой кассету с 3-мя неприводными роликами, расположенными под углом 120° друг к другу, с углами подачи ß>16°. Каждый ролик имеет рабочий конус и калибрующий поясок.
Моделирование РСПр в программном комплексе Deform 3d проведено в работах [4, 5], формирование структуры и комбинирование в сочетании с волочением и направлением вращения установки РСПр - в [6], а методики расчета режимов деформации - в [7].
Данная работа является продолжением работ [3-6], с тем отличием, что в качестве материала заготовки при моделировании использовалась упруго-пластическая среда. Для сравнения одновременно с РСПр было проведено моделирование процесса волочения в монолитной волоке.
Основные допущения:
- материал деформируемой среды - стали из базы Deform 3d AISI1010 и AISI1070; рассматривался один переход с 5,5 на 5,22 мм (обжатие 10 %);
- температура не учитывалась и принималась 20 град.;
- трение при волочении - по Кулону 0,08, при РСПр - по Зибелю 0,7;
- полуугол волоки - 4 град, угол конической части ролика РСПр также 4 град; угол подачи при РСПр - 20 град.
Распределение осевых, радиальных и тангенциальных напряжений для стали марки AISI1010 приведено на рис. 1.
Ei
а
■а р 1000 1
:iri
д
Рис. 1. Распределение напряжений (сталь марки АКИОЮ):
а - осевых при РСПр; б - осевых при волочении; в - радиальных при РСПр; г - радиальных при волочении; д - тангенциальных при РСПр; е - тангенциальных при волочении
Как видно из рис. 1, при РСПр напряжения имеют знакопеременный характер, в отличие от процесса волочения. Так, осевые сжимающие напряжения при РСПр имеют большую интенсивность под роликом и растягивающие напряжения - в межроликовом пространстве. Радиальные и тангенциальные напряжения в обоих процессах имеют примерно одинаковую величину и глубину проникновения, только при РСПр они имеют циклический характер.
Распределение осевых, радиальных и тангенциальных напряжений для стали АКПОЮ приведено на рис. 2.
а
I А
'V
Пар 1000 к__^ ^ _1
«
Г-* ^ ** и
б
1оос »ЯШ Я !»*»«■ II
д
Рис. 2. Распределение напряжений (сталь А1811070): а - осевых при РСПр; б - осевых при волочении; в - радиальных при РСПр; г - радиальных при волочении; д - тангенциальных при РСПр; е - тангенциальных при волочении
Как видно из рис. 2, характер напряжений не изменился, а изменилась их величина. Кроме того, при волочении, на выходе из очага деформации, в поверхностном слое преобладают растягивающие напряжения, в то время как после РСПр в поверхностном слое преобладают сжимающие напряжения.
При волочении весь объем металла проволоки перемещается только поступательно относительно волоки, при РСПр в сечении проволоки наблюдается геликоидальное течение со своим углом подъема.
При трехроликовой схеме РСПр на деформируемую заготовку одновременно действуют нормальные напряжения нескольких видов (осевые, радиальные, тангенциальные) и касательные (сдвиговые), каждое из которых, в свою очередь, в зависимости от сечения заготовки и зон распределения, в тот или иной промежуток времени могут быть как сжимающими, так и растягивающими.
Выводы
1. Радиально-сдвиговая протяжка меняет схему распределения напряжений, в отличие от процесса волочения: если при волочении в поверхностных слоях действуют растягивающие напряжения, то при РСПр - сжимающие.
2. Уровень растягивающих напряжений в центре проволоки, при прочих равных условиях, при РСПр ниже приблизительно на 30 %.
3. Деформация при РСПр характеризуется знакопеременным характером (цикличностью) по сечению проволоки.
4. Течение металла при РСПр осуществляется по геликоидальной траектории, что способствует измельчению структуры.
Список литературы
1. Metallurgy qualimetry theory design and develorment / G.S. Gun, G.Sh. Rubin, M.V. Chukin, I.G. Gun, I.U. Mezin, A.G. Korchunov // Vestnik of Nosov Magnitogorsk state technical university. 2013. № 5 (45). P. 67-69.
2. Харитонов В.А. Повышение эффективности производства стальной проволоки волочением // Обработка сплошных и слоистых материалов. 2013. № 1 (39). С. 79-84.
3. Совершенствование режимов деформации и инструмента при волочении круглой проволоки / В.А. Харитонов, А.Ю. Манякин, М.В. Чукин, Ю.А. Дремин, М.А. Тикеев, М.Ю. Усанов. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск, гос. техн. ун-та. им. Г.И. Носова, 2011. 174 с.
4. Харитонов В.А., Усанов М.Ю. Состояние и направления развития непрерывных способов наноструктурирования круглой проволоки // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2013. № 3 (43). С. 69-73.
5. Харитонов В.А., Усанов М.Ю. Исследование радиально-сдвиговой протяжки проволоки на основе моделирования // Металлург. 2013. № 11. С. 83-87.
6. Харитонов В.А., Усанов М.Ю. Моделирование процесса структурообразования в углеродистой проволоке при радиально-сдвиговой протяжке // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы 71-й межрегион, науч.-техн. конф. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск, гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2013. С. 245-247.
7. Харитонов В.А., Усанов М.Ю. Методика расчета режимов деформации при радиально-сдвиговой протяжке // Обработка сплошных и слоистых материалов. 2013. № 1 (39). С. 38-41.
Referens
1. Metallurgy qualimetry theory design and develorment / G.S. Gun, G.Sh. Rubin, M.V. Chukin, I.G. Gun, I.U. Mezin, A.G. Korchunov // Vestnik of Nosov Magnitogorsk state technical university. 2013. № 5 (45). P. 67-69.
2. Kharitonv V.A. Improvement of steel wire production efficiency obtained by drawing // Processing of solid and laminate materials. 2013. № 1 (39). P. 79-85.
3. Improving the deformation modes and tools for drawing round wire // Kharitonov V.A., Maniakin A.Yu., Chukin M.V., Dremin Yu.A., Tikeev M.A., Usanov M.Yu. Monograph. Magnitogorsk: MSTU, 2011. 174 p.
4. Kharitonov V.A., Usanov M.Yu. State and ways of continuous method development for round wire nanostructuring // Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University. 2013. № 3 (43). Pp. 69-73
5. Kharitonov V.A., Usanov M.Yu. Investigation of radial-shear wire broaching on basis of modeling//Metallurg. 2013. № 11. Pp.83-87
6. Kharitonov V.A., Usanov M.Yu. Simulation of the process of structure formation in carbon wire with radial-shear broach // Actual problems of modern science, technics and education: Proceedings of the 71st inter-regional scientific and technical conference. Magnitogorsk. 2013. Pp. 245-247.
7. Kharitonov V.A., Usanov M.Yu. Calculation of deformation pattern at radial displacement drawing // Processing of solid and laminate materials. 2013. № 1 (39). Pp. 38-41.
УДК 621.771
К ВОПРОСУ ВЫБОРА КРИТЕРИЕВ РАЗРУШЕНИЯ ПРИ МАТЕМАТИЧЕСКОМ МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ В СОВРЕМЕННЫХ ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСАХ
Барышников М.П., Чукин М.В., Бойко А.Б., Ильина Н.Н.
ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», г. Магнитогорск, Россия
В процессах обработки давлением для определения максимальных деформаций за одну операцию необходимо учитывать вероятность разрушения заготовки при ее формоизменении. Для этой цели необходимо производить расчеты на прочность с применением механики разрушения. Основой механики разрушения является теория о наличии микротрещин в материалах, которые под действием внешней нагрузки увеличиваются в размерах, коагулируются, что приводит к разрушению. В общем случае процесс разрушения можно разделить на две стадии: зарождение трещины (критерий разрушения) и ее развитие. Критерии разрушения определяют наступление предельного состояния, при котором трещина начинает распространяться. Вторая стадия разрушения описывает скорость распространения трещины. Исторически сложились два подхода к описанию трещин: энергетический и силовой.
Первый энергетический критерий был предложен в 1920 году в работе А. А. Гриффитса «Явление разрушения и течения твердого тела». В результате проведенных испытаний со стеклянными волокнами, он пришел к выводу о зависимости прочности от дефектности структуры кристаллов. Условием распространения трещины, согласно Гриффитсу, является условие
