Научная статья на тему 'Влияние схемы и режимов деформирования на качество проволоки трапециевидного сечения'

Влияние схемы и режимов деформирования на качество проволоки трапециевидного сечения Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
161
49
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПРУЖИННЫЕ ШАЙБЫ / ПРОВОЛОКА ТРАПЕЦИЕВИДНОГО ПРОФИЛЯ / МОНОЛИТНАЯ ВОЛОКА / ЧЕТЫРЕХРОЛИКОВАЯ ВОЛОКА / ДВЕ ДВУХРОЛИКОВЫЕ ВОЛОКИ / МЕТОД КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ / РАДИУСЫ СКРУГЛЕНИЯ УГЛОВ ПРОФИЛЯ / SPRING WASHERS / WIRE TRAPEZOIDAL MONOLITHIC PORTAGES THE FOUR-PORTAGE / FINITE ELEMENT METHOD / THE CORNER RADIUS OF THE PROFILE / TWO TWO-ROLLER WIRE

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Железков Олег Сергеевич, Мухаметзянов Ильдар Шамилевич, Малаканов Сергей Александрович

Используя метод конечных элементов, выполнено компьютерное моделирование процессов волочения трапециевидной проволоки по ГОСТ 11850-72. Смоделировано три варианта технологии: волочение с использованием монолитной волоки, четырехроликовой волоки и двух двухроликовых волок. Диаметр исходной заготовки круглого сечения варьировался в диапазоне 12¸ 14 мм. Лучшее заполнение углов профиля имеет место при использовании двух двухроликовых волок.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Железков Олег Сергеевич, Мухаметзянов Ильдар Шамилевич, Малаканов Сергей Александрович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Influence schemes and modes of deformation on the quality of the trapezoidal wire

Using the finite element method, performed computer simulations of the trapezoidal wire drawing according to GOST 11850-72. Modeled three choices of technology: drawing with the use of either monolithic dies, The four-wire and two sliding dies. The diameter of the initial preform of circular cross section ranged 12¸ 14 mm. The best filling angles profile occurs when two sliding dies

Текст научной работы на тему «Влияние схемы и режимов деформирования на качество проволоки трапециевидного сечения»

Качество в обработке материалов

( \

УДК 621.778.011

Железков О.С., Мухаметзянов И.Ш., Малаканов С.А. ч_______________________________________________________

( N

ВЛИЯНИЕ СХЕМЫ И РЕЖИМОВ ДЕФОРМИРОВАНИЯ НА КАЧЕСТВО ПРОВОЛОКИ ТРАПЕЦИЕВИДНОГО СЕЧЕНИЯ

ч______________________________________________________________)

Аннотация. Используя метод конечных элементов, выполнено компьютерное моделирование процессов волочения трапециевидной проволоки по ГОСТ 11850-72. Смоделировано три варианта технологии: волочение с использованием монолитной волоки, четырехроликовой волоки и двух двухроликовых волок. Диаметр исходной заготовки круглого сечения варьировался в диапазоне 12^ 14 мм. Лучшее заполнение углов профиля имеет место при использовании двух двухроликовых волок.

Ключевые слова: Пружинные шайбы, проволока трапециевидного профиля, монолитная волока, четырехроликовая волока, две двухроликовые волоки, метод конечных элементов, радиусы скругления углов профиля.

Проволока трапециевидного профиля (ГОСТ 11850-72) из сталей марок 40С2А, 65Г используется для изготовления путевых пружинных шайб по ГОСТ 19115-91, которые широко применяются в конструкции верхнего строения железнодорожного пути для крепления рельсов к железобетонным шпалам.

На рис. 1 представлено поперечное сечение трапециевидного профиля и основные размеры. В ГОСТ 11850-72 регламентированы параметры, которые существенно влияют на процесс навивки пружинных шайб и их качество.

Рис. 1. Поперечное сечение трапециевидной профиля по ГОСТ 11850-72

В частности, для профиля № 10, применяемого при изготовлении путевых

пружинных шайб, радиусы r скругления углов не должны превышать 1,5 мм, а механические свойства трапециевидной проволоки составлять: временное сопротивление &в = 590^780 МПа; относительное удлинение 8 не менее 15%.

На качество проволоки по геометрическим параметрам и механическим свойствам влияют такие факторы, как диаметр исходной заготовки, коэффициент трения между заготовкой и инструментом, схема напряженно - деформированного состояния, чистота поверхности исходной заготовки и др.

Изготовление проволоки осуществляется с использованием процессов волочения [1].

При изготовлении проволоки трапециевидного профиля наиболее широко используются технологии, включающие волочение в монолитных волоках (ОАО «Се-верстальметиз», г. Череповец) и волочение в четырехроликовых волоках (ОАО «ММК-МЕТИЗ»).

На рис. 2 представлены конструкции применяемого в этих технологиях волочильного инструмента.

№2 2014

Страница 58

Качество в обработке материалов

а) б)

Рис. 2. Волочильный инструмент для формирования трапециевидного профиля: а) монолитная волока; б) четырехроликовая волока

Процесс волочения в монолитной волоке связан с повышенными энергосиловыми затратами, так как для обеспечения качественного формирования углов профиля приходится преодолевать значительные силы трения и использовать завышенный диаметр исходной заготовки. В свою очередь использование завышенного диаметра исходной проволоки приводит к неравномерности деформации по сечению и снижению пластических свойств получаемой проволоки трапециевидного сечения, что отрицательно сказывается на процессе навивки и качестве изготовленных шайб.

Применение четырехроликовых волок вместо монолитных обеспечивает снижение технологических усилий волочения за счет снижения сил контактного трения между деформируемым металлом и инструментом. Однако, использование четырехроликовых волок связано со сложностью их настройки. Кроме того, сравни-

тельно низкая жесткость конструкции четырехроликовой волоки является причиной нестабильность геометрических размеров сформированной проволоки по длине, в том числе, неполного заполнения металлом углов профиля.

На основании проведенных исследований разработана новая технология изготовления проволоки трапециевидного сечения, которая включает волочение с использованием двух двухроликовых волок (рис. 3).

Процесс включает следующие операции:

1. В первой паре роликов с гладкими рабочими поверхностями из исходной заготовки круглого сечения формируют сечение овальной формы (плющение);

2. Во второй паре роликов, один из которых гладкий, а другой выполнен с канавками в форме трапециевидного сечения проволоки, окончательно формируют профиль.

№2 2014

Страница 59

Качество в обработке материалов

Рис. 3. Схема процесса волочения в двух двухроликовых волоках

Используя программный комплекс «DEFORM-3D», который базируется на методе конечных элементов [2], выполнено компьютерное моделирование процессов волочения трапециевидной проволоки по ГОСТ 11850-72. При этом моделировали три варианта технологии: волочение с использованием монолитной волоки, в четырехроликовой волоки и двух двухроликовых волок. При этом варьировался диаметр исходной заготовки круглого сечения в диапазоне 12^ 14 мм.

При моделировании использовали следующие допущения: материал заготовки изотропный, пластический; процесс является изотермическим; заготовка не имеет внутренних и внешних дефектов; условие пластичности по Губеру-Мизесу; силы внешнего трения учитываются применением закона трения Амонтона - Кулона; эволюция микроструктуры не учитывается; все объекты, кроме заготовки, несжимаемые (абсолютно жесткие). Реологические свойства стали марки 65Г задавались по данным, изложенным в работе [3].

На основании выполненных расчетов получена информация об энергосиловых параметрах процесса волочения, напря-

женно-деформированном состоянии в очаге деформации и геометрических параметрах получаемой проволоки.

На рис. 4 представлен график изменения усилия волочения (P) трапециевидной проволоки в зависимости от диаметра исходной заготовки (d) при волочении по трем исследуемым технологиям.

В табл. 1 представлены радиусы скругления углов профиля при волочении в монолитной волоке, в четырехроликовой волоке и двух двухроликовых волоках со смещенными по оси волочения парами роликов.

Анализ результатов компьютерного моделирования показал, что лучшее заполнение углов профиля имеет место при использовании двух двухроликовых волок со смещенными по оси волочения парами роликов.

На основании полученных результатов подана заявка на полезную модель «Устройство для волочения проволоки трапециевидного профиля», по которой получено решение о выдаче патента.

№2 2014

Страница 60

Качество в обработке материалов

Рис. 4. Зависимость усилия (P) волочения проволоки трапециевидного сечения от ее диаметра (d) исходной проволоки при различных схемах

деформировании

Таблица 1

Радиусы скругления углов проволоки после волочения

Требования ГОСТ 11850-72 Монолитная волока Четырехроликовая волока Две двухроликовые волоки

Не более 1,5 мм 1,33-1,69 мм 1,73-2,28 мм 1,27-1,48 мм

Список литературы

1. Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения. М.: Металлургия, 1971.- 447 с.

2. Галлагер Р. Метод конечных элементов.: Пер. с англ.-М.: Мир, 1984.- 428 с.

3. Кроха В. А. Упрочнение металлов при холодной пластической деформации. Справочник. -М.: Машиностроение, 1980.- 157 с.

References

1. Perlin I.L., Ermanok M.Z. Theory drawing. M .: Metallurgy, 1971.-447 p.

2. Gallagher R. The Finite Element Method .: Trans. with angl.- M .: Mir, 1984.- 428 p.

3. Qoha V.A. Metal hardening by cold plastic deformation. Spravochnik.- M .: Mechanical Engineering, 1980.- 157 p.

№2 2014

Страница 61

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.