4.2. Волочение

Задачей этого технологического передела является получение проволоки заданного диаметра путем многократного протягивания заготовки, полученной сортовой прокаткой.

Ряд последовательных ступеней изменения размеров поперечного сечения проволоки при их протягивании через несколько волок называется переходами, или маршрутами волочения. Расчет маршрутов волочения является наиболее ответственной частью разработки технологического процесса изготовления тянутых изделий. При этом должны быть максимально использованы пластические свойства металла и технические характеристики стана (скорость, мощность) [10,11].

Исходными данными для расчета переходов при волочении круглых сплошных профилей служат: допустимое обжатие ε (вытяжка λ), диаметр заготовки или готового изделия и допустимая сила волочения на стане (паспортные данные).

При волочении различают единичное обжатие ε_ед – обжатие за один переход, ε_ср – среднее обжатие за один переход, ε_об – обжатие за несколько переходов и ε_Σ – суммарное обжатие (обжатие между отжигами):

, %;

, %,

где F₀ и F_к – площадь поперечного сечения соответственно в начале и в конце волочения, для круглых профилей , мм²; n – номер перехода.

Соответственно, единичная и общая вытяжки

и , или ,

интегральная деформация удлинения

.

Средняя вытяжка за один переход

;

число переходов

.

Между обжатием и вытяжкой существует связь, позволяющая переходить от одной зависимости к другой:

, % или .

По известным показателям деформации можно вычислить диаметры прутка или проволоки по переходам.

Из формулы , % находим, что

,

или из формулы

, .

Для обеспечения нормального хода процесса волочения необходимо иметь определенный запас прочности, который называют коэффициентом запаса (γ_з). При недостаточном запасе прочности процесс волочения нарушается из-за частых обрывов. Коэффициент запаса представляет собой отношение временного сопротивления разрыву протянутого металла к напряжению волочения:

, %;

Коэффициент запаса в зависимости от условий волочения принимается равным 1,4-2,0. При γ_з<1,4 возможны обрывы проволоки, при γ_з>2,0 снижается производительность стана.

Напряжение волочения определяется по упрощенной формуле И.Л. Перлина [10] без учета противонатяжения и влияния упругой зоны

,

где – среднее значение сопротивления деформации в деформационной зоне, которое для процессов пластической деформации принимают равным среднему значению временного сопротивления разрыву , где и – соответственно временное сопротивление разрыву в начале и в конце волочения, МПа; μ – коэффициент трения, выбирается из таблиц в зависимости от характеристик протягиваемого метала, его состояния и материала волоки; α_п – приведенный угол канала волоки, при малых поперечных значениях протягиваемого металла приравнивается к действительному углу образующей канала (полуугол) волоки, табличная величина.

В заводской практике при протяжке проволоки через волоки с конической рабочей зоной для определения силы волочения широкое распространение получила формула А.П. Гавриленко [11]

,

и формула С.Н. Петрова

,

Напряжение волочения в этом случае определяется по формуле

Эти формулы не учитывают влияния эффекта противонатяжения, упругой зоны и силы трения в калибрующей зоне волоки и поэтому дают заниженные до (5-12 %) значения силы волочения.

Проектирование технологического процесса покажем на примере расчета переходов волочения при заданных размерах заготовки и готового изделия.

Требуется рассчитать переходы для волочения отожженной проволоки из сплава палладия ПдЗлМ850-20 диаметром 1,50,02 мм из нормальной катаной заготовки диаметром 70,1 мм.

1. Определение исходных величин:

Расчетное (минимальное) сечение готовой проволоки

мм².

Расчетное (максимальное) начальное сечение заготовки

мм².

Общая вытяжка за весь процесс

.

2. Определение числа переходов и размеров проволоки после промежуточных переделов.

По анализу действующих процессов волочения сплава ПдЗлМ850-20 (или по справочным материалам) устанавливают среднюю вытяжку за переход в суммарную вытяжку между отжигами (см. Приложение).

Среднее обжатие за переход _ср=29 % (табл. П8), , тогда число переходов составит

.

За предварительно проектируемое число переходов принимают ближайшее целое число, в данном случае 9, тогда расчетная средняя вытяжка будет равна

и .

Пусть допустимая общая вытяжка между отжигами составит λ_=3,5 (см. Приложение). Тогда число отжигов определится

.

Принимаем 3 отжига (вместе с конечным): после 3-, 6- и 9-го переходов. Если конечный отжиг не требуется, тогда

В последнем переходе вытяжку принимают равной

,

.

Сумма интегральных деформаций (lnλ) всех переходов, начиная от 1-го до 8-го включительно:

,

а средняя интегральная деформация в этих восьми проходах получается равной

Имея в виду, что в 1-, 4- и 7-м переходах деформации могут иметь значения, несколько превышающие средние, так как перед каждым из этих переходов проволоку отжигают (отжиг обозначается – *), и что некоторым ориентиром может служить полученное среднее значение интегральной деформации 0,37, общую интегральную деформацию можно разбить примерно следующим образом:

отсюда

и т.д.

мм, мм и т.д.

Следует заметить, что эта разбивка является предварительной, подлежащей проверке по величине коэффициента запаса в каждом переходе, поэтому для удобства расчетов цифры несколько округляют. Согласно этой разбивке определены и занесены в табл. 4.6 все промежуточные деформации, площади сечения и диаметры.

3. Определение напряжений волочения и коэффициентов запаса

По графику (см. Приложение) находятся значения в зависимости от степени деформации после отжига. По справочным материалам (см. Приложение) выбраны значения l_к=(0,5-0,8)D_к; =8; μ=0,07 (отожж.), μ=0,06 (упрочн.). Определяют максимальную степень деформации до отжига, напряжение волочения в каждом переходе в зависимости от требуемой точности расчетов. В данном случае усилия волочения определялись по формуле А.П. Гавриленко. Значения К_в и _з приведены в табл. 4.6.

Таблица 4.6

Сводные данные к расчету переходов

Параметры	Значение параметров по переходам волочения
	1	2	3*	4	5	6*	7	8	9*
lnλ	0,40	0,37	0,34	0,40	0,37	0,34	0,40	0,34	0,174
	1,49	1,45	1,41	1,49	1,45	1,41	1,49	1,41	1,19
Суммарная вытяжка от последнего отжига	1,49	2,16	3,04	1,49	2,16	3,04	1,49	2,10	2,5
Fn, мм2	26,6	18,3	13,0	8,8	6,1	4,3	2,9	2,05	1,72
Dn, мм	5,8	4,8	4,05	3,2	2,78	2,34	1,94	1,61	1,48
Суммарное обжатие от последнего отжига, %	32,8	53,5	67	32,8	53,5	67	32,7	52,2	60
, МПа	306	560	605	306	560	605	306	560	603
, МПа	560	605	633	560	605	633	560	603	617
, МПа	433	583	619	433	583	619	433	581	607
Кв, МПа	329	390	372	322	381	383	325	356	173
γз	1,7	1,6	1,7	1,7	1,6	1,7	1,7	1,7	3,6

Примечание: * − отжиг.

Полученные величины коэффициентов запаса позволяют уменьшить запроектированное число переходов, что и можно сделать, найдя новое значение λ_ср. При этом следует иметь в виду, что рассчитанные коэффициенты запаса в действительности могут быть и меньшими, например, в тех случаях, когда одна из промежуточных волок новая, т.е. с минусовым допуском, а соответствующая ей предыдущая – с плюсовым допуском. Поэтому напряжение волочения в новой волоке будет несколько больше расчетного. Задаваясь допусками во всех волоках, кроме последней, для которой они были учтены ранее, можно определить коэффициенты запаса для наибольшей деформации в каждой волоке, проведя расчеты аналогично предыдущим.