Влияние основных параметров деформации на эффективность формоизменения проволочной заготовки Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.778

ВЛИЯНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДЕФОРМАЦИИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ПРОВОЛОЧНОЙ ЗАГОТОВКИ

Гурьянов Г.Н., Зуев Б.М.

ОАО «НИИметиз», г. Магнитогорск, Россия

Покажем влияние значений коэффициента трения и угла а на относительные показатели процесса волочения круглого сплошного профиля. Зависимости критериев щ и чу от коэффициента трения построены при отсутствии пояска (а, б) и его длине 2 мм (в, г) и 4 мм (с), е) и приведены на рис. 1. Величина коэффициента вытяжки 1,25, а значения угла а: 3°, 6°, 9° и 12°. Увеличение коэффициента/вызвало наибольшее изменение показателей при меньшем значении угла а = 3° (кривые 1) и наименьшее их изменение при а = 12° (кривые 4). Линии зависимостей для критерия эффективности формоизменения щ пересекаются, так как при разных значениях угла а отличается скорость прироста полного осевого напряжения при увеличении коэффициента трения. При длине пояска 2 мм величина -гу превысила значение 0,6, когда/= 0,10 и а = 3° (кривая 1, см. рис. 1, г). При таких параметрах деформации большая часть потребляемой энергии тратится бесполезно. Рост длины пояска от 0 (а) до 2 мм (в) и 4 мм (()) при/< 0,04 не привёл к заметному изменению критерия щ.

Рис. 1. Зависимость показателей ^и гу от коэффициента трения при отсутствии противонатяжения и коэффициенте вытяжки 1,25: а, б - поясок отсутствует; в, г- длина пояска 2 мм; д, е - длина пояска 4 мм; (в - д) - использована формула (4); е - использована формула (5); 1 - а = 3°; 2 - а = 6°; 3 - а = 9°; 4 - а = 12°

Нумерация формул и источников литературы приведена в предыдущей статье настоящего издания автора Г.Н. Гурьянова «Критерий для оценки эффективности формоизменения в проходе волочения круглого сплошного профиля»

Сравнение соответствующих кривых (см. рис. 1, д и е) показывает, что эффективность

*

формоизменения щ несколько больше при расчёте с применением формулы (5), так как формула (4) завышает прирост осевого напряжения в пояске.

На рис. 2 представлены зависимости критерия щ от величины угла а при коэффициенте трения 0,075 и разных значениях коэффициента вытяжки, напряжения противонатяжения и длины пояска. Все зависимости, кроме представленных на рис. 2, и построены при высоком значении коэффициента упрочнения 1,37, который наблюдается при холодном волочении проволоки из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т [5].

Определение критерия щ выполнили с применением формул (4) и (6) для расчёта прироста осевого напряжения от приложения противонатяжения и формул (7) и (8) для расчёта прироста осевого напряжения в пояске. Первый столбец ¿1, ЭЮ графиков представляет результаты расчётов с применением известных (4) и (7) формул, а третий столбец - с применением новых формул (6) и (8).

При отсутствии пояска и напряжения противонатяжения 200 МПа (а - в) кривые для графиков а и б не отличаются и наблюдается некоторое различие форм кривых графиков б и в, так как прирост напряжения от противонатяжения рассчитан, соответственно, по формулам (4) и (6). Величина прироста по формуле (4) больше, чем по формуле (6). Поэтому кривые несколько выше (в) при расчёте критерия щ с использованием формулы (6), чем кривые графика (б).

Пф,-

0 45

0 30

0,15

1 1 в

4 -

3

- 2 -

1

1 I

045

0 30

0.15

3 -

12 15 3

12 15 3

9 12 и

1 _

_1_

12 15 3

4 -

2 -

I

1? 15 3

Лф

0,45 0,30 0,15

0

I I I ж

4

---

3

2

1 l l I

I ' ' э

4 _

3

2

1 - l l I

I I и

4

3

2

I 1 - I

3 6 9 12 15 3

S 12 153

12 о.

Рис. 2. Влияние величины угла а на критерий эффективности формоизменения щ при/= 0,075: а, г, ж - использованы формулы (4) и (7); б,д,з- использованы формулы (4) и (8); в,е,и- использованы формулы (6) и (8); а - в - Ь = 0, ачо = 200 МПа; г - и - Ь = 4 мм; г - е - ачо = 0, ж - и - ачо = 200 МПа; к = 1,37 везде кроме и, где к = 0;

1 - ц= 1,15; 2-/1= 1,25; 3 - /л = 1,40; 4 - /л = 1,60

Зависимости г - е построены при отсутствии противонатяжения и длине пояска 4 мм. Кривые для графиков гид отличаются, так как построены с применением, соответственно, формул (7) и (8) для расчёта прироста осевого напряжения в пояске. Кривые д находятся значительно выше особенно при коэффициенте вытяжки 1,4 и 1,6 (кривые 3 и 4), чем аналогичные кривые (см. рис. 2, г). Данные (см. рис. 2, и) получены при отсутствии упрочнения деформируемого материала (к = 0), и их сравнение с зависимостями (см. рис. 2, д) при коэффициенте упрочнения 1,37 даёт возможность оценить влияние величины коэффициента к на эффективность формоизменения щ при разной степени деформации. Высокая интенсивность упрочнения при повышенном обжатии (кривые 3, 4) и повышенная длина пояска (д)

привели к заметному приросту осевого напряжения в пояске. Это вызвало снижение критерия щ от увеличения величины коэффициента упрочнения от нуля до 1,37, что и показывает сравнение кривых 3 и 4 (см. рис. 2, д, е).

При построении зависимостей (см. рис. 2, ж - и) была принята величина напряжения 200 МПа и та же длина пояска - 4 мм. Значения прироста осевого напряжения по формулам (4) и (7) больше, чем по соответствующим формулам (6) и (8). Поэтому кривые для критерия щ (см. рис. 2, ж) находятся ниже кривых (см. рис. 2, з, и). Различие значений прироста по формулам (4) и (6) для расчёта прироста осевого напряжения от приложения противонатяже-ния менее отличаются, чем по формулам (7) и (8) для расчёта прироста осевого напряжения в пояске. Поэтому расположение соответствующих кривых (см. рис. 2, з, и) существенно не отличается.

Анализ данных предыдущей статьи и рис. 1, 2 позволил установить различный характер зависимостей для показателей щ, )]а и гу от основных параметров деформации. Например, относительный прирост щ увеличивается с ростом коэффициента вытяжки, несущественно зависит от коэффициента упрочнения, заметно снижается с увеличением коэффициента трения и напряжения противонатяжения и имеет максимальное значение при определённой величине угла волочения.

Покажем влияние дробности деформирования проволочной заготовки на исследуемые показатели: щ, //„, /// и у. Требуется протянуть заготовку с коэффициентом вытяжки 1,4 (ц = 28,6 %). Заданную деформацию заготовки осуществим за один проход, за два и три прохода с равными единичными обжатиями. Во втором и третьем случае коэффициент единичной вытяжки составляет соответственно 1,18 = 15,5 %) и 1,12 (д = 10,6 %). Расчёт выполнили с применением формулы (4) при коэффициентах трения/= 0,075 и упрочнения к = 0,25, длине пояска 0 и 2 мм, а = 6° и 9°, а также оптимальных значениях угла а, равных 5,97° при /и = 1,12 (три прохода волочения), 7,3° при /и = 1,18 и 10,3° - при одном проходе волочения. Противонатяжение отсутствует. Результаты расчётов приведены в таблице.

Влияние величины угла а и коэффициента вытяжки на значения исследуемых показателей при/= 0,075, к = 0,25 и отсутствии противонатяжения

а М Значения показателей

Щ Ла т У

6 1,12 0,41/0,32 0,42/0,35 0,29/0,45 3,69/2,89

1,18 0,45/0,38 0,32/0,27 0,32/0,44 2,80/2,31

1,40 0,51/0,46 0,17/0,16 0,36/0,43 1,59/1,42

9 1,12 0,39/0,31 0,58/0,48 0,19/0,36 3,51/2,78

1,18 0,45/0,37 0,46/0,40 0,21/0,35 2,79/2,31

1,40 0,54/0,48 0,27/0,25 0,26/0,34 1,69/1,50

5,97 1,12 0,41/0,32 0,42/0,34 0,29/0,45 3,67/2,89

7,29 1,18 0,46/0,38 0,38/0,33 0,27/0,40 2,83/2,33

10,26 1,40 0,55/0,48 0,31/0,28 0,23/0,31 1,69/1,50

Примечание. В числителе стоят значения при отсутствии калибрующего пояска, в знаменателе - при длине пояска - 2 мм.

Данные таблицы показывают, что с уменьшением обжатия заготовки в каждом проходе волочения увеличивается коэффициент запаса прочности у и показатель^. Относительный прирост напряжения от действия трения чу- с уменьшением единичных обжатий повысился при оптимальных углах, а также при неоптимальных углах и наличии пояска. Но при этом (с увеличением количества проходов) значение показателя чу- уменьшилось при отсутствии пояска и неоптимальных значениях угла а.

Повышение дробности деформации отрицательно сказывается на эффективности формоизменения (снизился показатель //ф). Угол а = 6° почти оптимальный при коэффициенте вытяжки 1,12 (аоп = 5,97°). Поэтому изменение угла от 6° до 5,97° привело к малому снижению коэффициента запаса прочности (от 3,69 до 3,67) при отсутствии пояска. При этом параметр т]а уменьшился с 0,35 до 0,34 при наличии пояска, а показатель чу не изменил своего значения до второго знака после запятой. При оптимальных значениях угла а наблюдается повышение эффективности формоизменения щ и в целом обеспечено большее значение коэффициента запаса прочности у, чем при а = 6° и 9°.

Если воспользоваться рекомендациями И.Л. Перлина [2] по выбору величины коэффициента запаса прочности у, то при волочении с коэффициентом суммарной вытяжки 1,40 в три прохода с равными единичными обжатиями обеспечивается сверхвысокий запас прочности. Это существенно снижает производительность волочения. При двух проходах высокий запас прочности. А при протяжке заготовки за один проход значения у находятся рядом с нижней границей удовлетворительного запаса прочности, когда 2,0 > у > 1,4 [2]. При снижении кратности маршрута волочения с целью повышения эффективности формоизменения заготовки щ должен быть обеспечен приемлемый запас прочности у.

Выводы

Значения относительных показателей щ, //„, ^значительно отличаются и в большей мере определяются коэффициентами вытяжки и трения, величиной угла волочения и напряжения противонатяжения. В зависимости от параметров деформации прирост осевого напряжения от действия контактного трения и деформации сдвига металла на входе и выходе рабочего конуса может быть более 60 % от полного напряжения волочения. Показатель щ отражает эффективность использования внешней энергии на формоизменение проволочной заготовки с учётом её деформационного упрочнения и его целесообразно применять в качестве одного из критериев при построении рациональных маршрутов волочения. Увеличение дополнительных затрат энергии на деформацию сдвига металла и преодоление силы контактного трения усиливает неоднородность деформации. И при этом повышаются показатели т]а и ///. Таким образом, критерий эффективности формоизменения г|ф характеризует не только «полезные» энергозатраты, но и имеет некоторую связь с показателями степени однородности (неоднородности) деформации в проходе волочения. Но эта связь более сложная, чем установленная Бэкофеном зависимость щ = 1/Ф [11]. Формула (7) для расчёта прироста осевого напряжения в пояске завышает его значение при повышенных значениях коэффициентов вытяжки и упрочнения в сравнении с аналогичной формулой (8). Поэтому критерий щ эффективности формоизменения, рассчитанный с применением формулы (7), меньше, чем при использовании новой формулы (8). При принятых параметрах деформации значения критерия щ существенно не отличаются при их расчётах с применением известной (4) и новой (6) формул для расчёта прироста осевого напряжения от приложения противонатяжения.