CC BY
1
УДК 621
ВЛИЯНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПЛАСТИЧНОСТИ И СТЕПЕНИ ДЕФОРМАЦИИ МЕТАЛЛА НА КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ И ТОЧНОСТЬ РАЗМЕРОВ ПРИ ВОЛОЧЕНИИ ТРУБ МАЛОГО СЕЧЕНИЯ
В. И. Трифанов, О. А. Суханова, И. В. Трифанов
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31
E-mail: sibgau-uks@mail.ru
Рассмотрено влияние показателей пластичности и степени деформации металла на качество поверхности и точность размеров при волочении труб малого сечения. Установлено, что выбор рациональных параметров пластичности и степени деформации способствует обеспечению качества при изготовлении труб малого сечения волочением и деформирующим протягиванием
Ключевые слова: пластичность, степень деформации.
THE EFFECT OF DUCTILITY AND DEFORMATION DEGREE OF THE METAL ON THE SURFACE QUALITY AND DIMENSIONAL ACCURACY FOR DRAWING TUBES OF SMALL CROSS SECTION
V. I. Trifanov, O. A. Sukhanova, I. V. Trifanov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: sibgau-uks@mail.ru
The influence of plasticity indicators and the degree of metal deformation on the surface quality and dimensional accuracy whendrawing small-section pipes is considered. It is established that the choice of rational parameters of plasticity and degree of deformation contributes to quality assurance in the manufacture of small-section pipes by drawing and deforming stretching
Keywords: plasticity, degree of deformation.
Качество обработки труб малого диаметра определяется двумя критериями: точностью обработки и шероховатостью обработанной поверхности. Качество обработки труб малого сечения, изготовленных волочением, определяется совокупностью характеристик шероховатости и волнистости, физико-механических, химических свойств и микроструктуры поверхностного слоя, образованных под воздействием силового, теплового и химического факторов в процессе взаимодействия с инструментом-дорном. Установлены параметра шероховатости в зависимости от квалитета точности, например, по 6 квалитету точности Ra=1,6-0,8 мкм, по 7 квалитету - 3,2-1,6 мкм [1].
Важную роль на показатели качества при изготовлении труб малого сечения протягивающим деформированием и волочением оказывает пластичность металла.
Пластичность - это способность материала деформироваться, не разрушаясь. С другой стороны наличие определенного запаса пластичности обеспечивает надежность труб малого сечения при эксплуатации. К характеристикам пластичности относится относительное удлинение 5 при разрыве:
Секция «Метрология, стандартизация и сертификация»
8= -100% (1) I
'о
где 1К, 10 - соответственно конечная и начальная длина трубной заготовки.
Относительное сужение при разрыве:
щ = Ро ~ Рк -100% (2)
Ро
где , Ек - соответственно начальная и конечная площади поперечного сечения.
Пластические деформации, возникающие в результате воздействия инструмента-дорна, проникают под обработанную поверхность канала трубной заготовки. Эти деформации также вызывают упрочнение обработанной поверхности - наклеп. Твердость металла при пластическом деформировании увеличивается [2].
В процессе холодного деформирования металла в зоне деформации происходит удлинение зерна, затем некоторая рекристаллизация металла на выходе. Таким образом, происходит изменение структуры, формы и размеров трубы малого сечения в процессе волочения под влиянием напряжений: сил которые действуют на единицу площади сечения заготовки. При этом прилагаются к трубной заготовке силы сжатия, растяжения и угловые деформации. Проявляются два вида деформаций: упругая и пластическая, т.е. остаточная необратимая деформация.
При пластической деформации атомы кристаллической решетки перемещаются на расстояния большие межатомного, поэтому в структуре возникают остаточные изменения, но макроскопических нарушений сплошности не происходит. Для стабилизации структуры после пластической деформации рекомендуется проводить термообработку при температуре рекристаллизации Трек, которая соответствует формуле:
Т = 0 4Т (3)
± рек ^ пл
где Тт - температура плавления металла.
При рекристаллизации происходит зарождение и рост новых зерен с меньшим количеством дефектов строения, т.е. образуются равноосные кристаллы.
Холодная деформация в процессе волочения происходит при температуре ниже Трек, когда происходит искажение кристаллической структуры металла.
При упругой деформации атомы кристаллической решетки под нагрузкой сдвигаются на промежутки меньшие, чем межатомное расстояние. При этом блоки кристалла разворачиваются незначительно. После прекращения действия нагрузки упругие деформации устраняются полностью, за счет этого может происходить усадка диаметра труб малого сечения и снижение точности канала.
Величина усадки Иус = /{ат / Е, ё,е), где ат / Е - отношение предела текучести к
модулю упругости обрабатываемого материала, ё - диаметр трубной заготовки, 8 - степень деформации.
Чем выше сгт / Е, ё, 8, тем больше усадка поперечного сечения канала трубы малого сечения.
Качество поверхностного слоя каналов труб малого сечения в основном формируется на окончательных операциях обработки. Целенаправленное формирование качества поверхности является важнейшей задачей проектирования технологических процессов. Повышение качества поверхностного слоя можно осуществить поверхностным пластическим деформированием инструментами-дорнами, электрохимическими и электрофизическими методами обработки.
Поверхностным пластическим деформированием достигается уменьшение шероховатости сглаживанием. На пластичность влияет скорость деформации г, которая зависит от скорости
движения деформирующего инструмента V м/с, влияющей на изменение накопленной деформации в единицу времени: s = Vst, где si - текущая деформация, l - длина инструмента-дорна.
О влиянии ат на шероховатость обрабатываемой поверхности можно судить по
параметрам обкатывания круглой заготовки. Сила накатывания PH при поверхностном пластическом деформировании круглых заготовок роликом можно определить по формуле
[3]:
р = (4)
H 0,0126E (D / d +1)
где D - диаметр обрабатываемой заготовки, мм; b - ширина контакта ролика с заготовкой, мм; d - диаметр ролика, мм; g - максимальное значение давления, МПа; E - модуль упругости обрабатываемого материала.
Расчетная шероховатость поверхности Ra может быть определена по формуле [3]
Ra = Ra0 [l - кс (1040 -ат ) • lg (g / Л)] (5)
где Ra0 - шероховатость поверхности заготовки до начала обработки, мкм; кс -коэффициент, зависящий от вида деформирующего инструмента (при обработке роликом кс = 0,000715); X - коэффициент, зависящий от характера распределения при
деформировании (Х=65 при обработке роликом); <jt - предел текучести обрабатываемого материала, МПа.
Из формулы (5) следует, что с уменьшением ат возможно снижение максимального
давления g, а также силы накатывания, рассчитываемой по формуле (4), для обеспечения требуемой шероховатости поверхности.
При деформирующем протягивании труб малого сечения контактные давления могут достигать (6_9)а'г материала заготовки [4], что позволяет обеспечить снижение шероховатости обрабатываемой поверхности Ra на 1-2 класса выше исходного.
Таким образом, рациональный выбор степени деформации ей ат при определении
технологических режимов деформирующего протягивания и волочения труб малого сечения, позволяет обеспечить и качество при изготовлении.
Библиографические ссылки
1. Точность и качество поверхностей [Электронный ресурс] // Студенческие реферативные статьи и материалы. URL : https://studref.com/ (дата обращения: 10.03.20).
2. Пластическая деформация материалов [Электронный ресурс] // СТАНКИЭКСПЕРТ. URL : https://stankiexpert.ru (дата обращения: 20.03.20).
3. Обработка заготовок методами поверхностного пластического деформирования [Электронный ресурс] // МГТУ им. Н. Э. Баумана. URL : https://bmstu.ru (дата обращения: 30.03.20).
4. Розенберг A.M. Механика пластического деформирования в процессах резания и деформирующего протягивания / А. М. Розенберг, О. А. Розенберг; АН УССР, Ин-т сверхтвердых материалов. - Киев : Наук. думка, 1990. - 319 с.
© Трифанов В. П., Суханова О. А., Трифанов И. В., 2020
