Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТРИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРУТКОВЫХ И ПРОВОЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для производства триметаллических прутковых и проволочных изделий волочением.

К триметаллическим изделиям в виде прутков проволоки относят изделия, включающие три слоя из разных металлов.

Известно, что прутки и проволоку изготавливают по технологической схеме, совмещающей прокатку или прессование заготовки с последующим волочением триметаллической заготовки через конические волоки.

При деформировании в волочильном инструменте в заготовке возникает напряжение волочения, которое может приводить к обрыву переднего конца заготовки (см. Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения. - М.: Металлургия, 1971. - С.17).

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ волочения изделий, включающий предварительное формирование захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через монолитную волоку. Формирование конического участка захватки осуществляют с углом конусности на 2-3° меньшим, чем угол конусности волоки. Перед волочением заостренную часть захватки вводят в волоку, наносят технологическую смазку и осуществляют захват заостренного конца зажимом тянущего устройства (а.с. СССР №1245375, кл. В21С 1/00, 1986). Данный способ принят в качестве прототипа.

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что он не учитывает геометрию волочильного инструмента, в частности, угол наклона образующей рабочего канала волоки к оси волочения. Угол наклона образующей рабочего канала технологического волочильного инструмента является одним из основных параметров, определяющих напряжение волочения, единичные обжатия и энергозатраты при волочении.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого решения - предварительное формирование на изделии захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через конический канал монолитной волоки.

Задачей изобретения является снижение напряжения волочения и энергоемкости процесса волочения триметаллических прутковых и проволочных изделий, повышение единичных обжатий и качества протягиваемых триметаллических изделий за счет оптимизации угла наклона образующей рабочего канала волочильного инструмента.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе, включающем предварительное формирование на изделии захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через конический канал монолитной волоки, используют волоку, угол наклона образующей рабочего канала к оси волочения которой составляет

где - вытяжка при волочении;

d₀, d₁ - внешний диаметр триметаллического прутка или проволочной заготовки до и после деформации соответственно;

σ_s1, σ_s2, σ_s3 - усредненные по зоне деформации сопротивления деформации протягиваемых материалов триметаллической заготовки;

, , - относительные площади сечения каждого из слоев, составляющих триметаллическую заготовку;

f - коэффициент внешнего трения в очаге деформации при волочении;

σ_q - напряжение противонатяжения.

Признаки предлагаемого способа, отличительные от прототипа, - использование волоки, угол наклона образующей рабочего канала к оси волочения которой определяют по приведенной выше формуле.

В реальных условиях волочения напряжение волочения монометаллической заготовки определяется по формуле (см. Механика композиционных материалов и конструкций. 2010 - Том 16, №2. С.-191-196)

где - вытяжка при волочении;

d₀, d₁ - внешний диаметр монометаллического прутка или проволочной заготовки до и после деформации соответственно;

α_в - угол наклона образующей инструмента к оси волочения;

α_П - приведенный угол волоки tgα_П=0,65tgα_в;

σ_s - среднее по зоне деформации сопротивление деформации протягиваемого материала;

f - коэффициент внешнего трения в очаге деформации при волочении;

σ_q - напряжение противонатяжения.

Триметаллическая заготовка состоит из трех слоев: центрального сердечника, промежуточного слоя и внешней оболочки. Напряжение, обеспечивающее деформацию центрального сердечника, полагая, что в формуле (2) f=0, будет равно

где σ_s1 - сопротивление деформации металлосердечника заготовки.

Напряжению волочения (3) соответствует усилие, затрачиваемое на деформацию сердечника

где F₁ - площадь сердечника триметаллической заготовки.

Напряжение волочения промежуточного слоя триметаллической заготовки в соответствии с формулой (2) при f=0 составит

где σ_s2 - сопротивление деформации промежуточного слоя заготовки.

Напряжению волочения (5) соответствует усилие, затрачиваемое на деформацию промежуточного слоя

где F₂ - площадь промежуточного слоя триметаллической заготовки.

Для внешней оболочки, находящейся в контакте с волочильным инструментом, напряжение волочения составит

где σ_s3 - сопротивление деформации внешнего слоя заготовки.

Напряжению волочения (7) соответствует усилие, затрачиваемое на деформацию оболочки

где F₃ - площадь внешней оболочки триметаллической заготовки.

Общее усилие, необходимое для пластической деформации триметаллической заготовки, составит

После подстановки соотношений (4), (6) и (8) в формулу (9), преобразований и перехода к среднему напряжению волочения триметаллической заготовки получим

где - относительные площади сечения каждого из слоев, составляющих триметаллическую заготовку.

Минимальное значение напряжения волочения и соответственно усилия волочения триметаллической заготовки, а также энергоемкости процесса, обеспечивается из условия равенства нулю производной от напряжения волочения по тангенсу угла наклона образующей рабочего канала волочильного инструмента, а именно

Продифференцировав выражение (10) согласно условию (11), после преобразований получим уравнение для определения оптимального значения тангенса угла наклона образующей рабочего канала волоки к оси волочения

и соответственно

Соотношение (1) позволяет определить оптимальный угол наклона образующей рабочего канала волоки к оси волочения, что обеспечивает минимальное значение напряжения волочения и минимальную энергоемкость процесса волочения триметаллической заготовки.

Пример реализации предлагаемого способа.

Предлагаемый способ использован для волочения триметаллической заготовки низкотемпературного сверхпроводника, состоящего из медного сердечника, промежуточного сверхпроводникового ниобия и медной стабилизирующей оболочки. При этом геометрические и физические соотношения составляли: σ_s1=σ_s3=300 МПа; σ_s2=500 МПа. При волочении заготовки через волочильный инструмент с α_в=12° без противонатяжения и вытяжки λ=1,2 при коэффициенте трения f=0,1 среднее напряжение триметаллической заготовки волочения составило 154 МПа.

По формуле (1) предлагаемого способа определили оптимальный угол конусности волочильного инструмента, получили . После изготовления инструмента с оптимальной конусностью провели волочение заготовки с прежними технологическими параметрами, среднее напряжение волочения при этом оказалось равным 134,3 МПа.

Таким образом, снижение среднего напряжения волочения при использовании предлагаемого способа составило 12,8%.