Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВОЛОЧЕНИЯ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МНОГОСЛОЙНЫХ ПРУТКОВЫХ И ПРОВОЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ

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

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

При деформировании в волочильном инструменте заготовки 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 (см. патент РФ №2310533 от 20.11.2007, кл. В21С 1/00), включающий предварительное формирование захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через рабочий канал монолитной волоки. Используют волоку, угол наклона образующей рабочего канала которой составляет

где - вытяжка при волочении; d₀, d₁ - внешний диаметр прутка или проволоки до и после деформации соответственно; f - коэффициент внешнего трения в очаге деформации при волочении. Данный способ принят в качестве прототипа.

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

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что процесс волочения имеет повышенные напряжение и энергоемкость. Это объясняется тем, что способ не обеспечивает минимальное значение напряжения волочения и приводит к повышенной энергоемкости процесса волочения. Кроме того, известный способ не учитывает влияние геометрических соотношений слоев полиметалла и их механических свойств на напряжение, поскольку в зависимости от геометрических соотношений слоев полиметалла и их механических свойств напряжение волочения будет различным.

Задачей изобретения является снижение напряжения волочения и энергоемкости процесса волочения полиметаллических многослойных прутковых и проволочных изделий, повышение единичных обжатий и качества протягиваемых полиметаллических многослойных 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 рабочий канал монолитной волоки, используют волоку, угол наклона образующей рабочего канала к оси волочения которой составляет

где f - коэффициент внешнего трения между волокой и наружной поверхностью заготовки;

λ=F₀/F₁ - вытяжка при волочении;

F₀ и F₁ - площадь сечения заготовки до и после прохода соответственно;

σ_sn - сопротивление деформации материала наружного слоя;

σ₀ - напряжение противонатяжения;

- относительная площадь наружного слоя заготовки;

F_n - площадь сечения наружного слоя заготовки;

σ_si - сопротивление деформации материала i-того слоя заготовки;

- относительная площадь сечения i-того слоя заготовки;

F_i - площадь сечения i-того слоя заготовки.

Признаки заявляемого способа, отличительные от прототипа, используют волоку, угол наклона образующей рабочего канала к оси волочения которой определяют по приведенной выше формуле 2.

В большинстве случаев волочения полиметаллических многослойных заготовок принудительное противонатяжение отсутствует (σ₀=0), поэтому формула (2) принимает вид

В реальных условиях волочения напряжение волочения полиметаллической многослойной заготовки определяется по формуле (см. Механика композиционных материалов и конструкций. 2010 - Том 18, №2. С.-267-272)

где σ_si - сопротивление деформации материала i-того слоя заготовки;

σ_sn - сопротивление деформации материала наружного слоя;

- относительная площадь сечения i-того слоя заготовки;

- относительная площадь наружного слоя заготовки;

λ=F₀/F₁ - вытяжка при волочении;

F₀ и F₁ - площадь сечения заготовки до и после прохода соответственно;

α_в - угол наклона образующей инструмента к оси волочения;

α_П - приведенный угол волоки tgα_П=0,65tgα_в; f - коэффициент внешнего трения между волокой и наружной поверхностью заготовки;

Σ - знак суммирования;

σ₀ - напряжение противонатяжения.

Минимальное значение напряжения волочения и соответственно усилия волочения полиметаллической многослойной 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 (4) согласно условию (5), после преобразований получим уравнение для определения оптимального значения tgα_в

и соответственно

Соотношение (7) обеспечивает минимальное значение напряжения волочения и минимальную энергоемкость процесса волочения полиметаллической многослойной заготовки.

В случае отсутствия противонатяжения (σ₀=0) из формулы (6) получим оптимальный угол наклона образующей рабочего наклона волоки

Пример конкретной реализации предлагаемого способа.

Предлагаемый способ использован для волочения полиметаллической заготовки низкотемпературного сверхпроводника, состоящего из медного сердечника, промежуточных слоев из сверхпроводникового ниобия и медной стабилизирующей оболочки. При этом геометрические и физические соотношения составляли: ; , σ_si=σ_si-2=310 МПа; σ_sn-1=250 МПа. При волочении заготовки через волочильный инструмент с α_в=10° без противонатяжения и вытяжки λ=1,15 при коэффициенте трения f=0,1 среднее напряжение полиметаллической заготовки волочения составило 117 МПа.

По формуле (2) 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 97 МПа.

Таким образом, снижение среднего напряжения волочения при использовании предлагаемого способа составило 17%.

При снижении напряжения волочения появляется возможность повышения обжатий при волочении и снижения кратности маршрутов волочения. Снижение напряжения волочения уменьшает также вероятность обрыва переднего конца заготовки и разрушения компонентов полиметаллической многослойной заготовки, повышая тем самым качество протягиваемых изделий.