Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ДЕФОРМИРОВАНИЯ МОНОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРУТКОВЫХ И ПРОВОЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для производства прутков и проволоки волочением.

Известно, что прутки и проволоку изготавливают по технологической схеме, совмещающей прокатку или прессование заготовки и ее последующее волочение через конические волоки. Предварительно передний конец заготовки заостряют, формируют захватку, которую вводят в инструмент (волоку), и зацепляют зажимом тянущего устройства. При деформировании в волочильном инструменте в заготовке возникает напряжение волочения, которое может приводить к обрыву переднего конца заготовки. Для того чтобы снизить вероятность обрывов заготовки при волочении, напряжение волочения должно быть меньше сопротивления деформации обрабатываемого материала (см. Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения. - М.: Металлургия, 1971. - с.17).

Известен способ волочения (см. а.с. СССР №1245375, кл. B21C 1/00, 1986), включающий предварительное формирование захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через монолитную волоку. Перед волочением заостренную часть захватки вводят в волоку, наносят технологическую смазку и осуществляют захват заостренного конца изделия зажимом тянущего устройства. В начальный момент волочения происходит постепенное деформирование конического участка захватки с переменной вытяжкой. При этом напряжение волочения изменяется до выхода на установившийся режим. Напряжение волочения может достигать критической величины, что приведет к обрыву изделия.

Недостатком данного способа 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 и единичные обжатия при волочении.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ волочения прутковых и проволочных изделий (см. патент РФ на изобретение №2310533, кл. B21C 1/100, 2006), включающий 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 которой составляет:

где - вытяжка при волочении;

- диаметр прутка или проволоки до и после деформации;

f - коэффициент внешнего трения в очаге деформации при волочении.

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что он не учитывает в полной мере технологические параметры процесса волочения, а именно наличие калибрующего пояска волоки, наличие противонатяжения и сопротивления деформации материала протягиваемой заготовки.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого решения, - предварительное формирование на изделии захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через монолитную волоку.

Задачей изобретения является снижение напряжения волочения и энергоемкости процесса волочения за счет оптимизации угла наклона образующей рабочего канала волоки с учетом основных технологических параметров процесса волочения, а именно: сопротивления деформации материала протягиваемой заготовки; длины калибрующего пояска волоки; длины очага деформации при волочении; наличия противонатяжения при волочении.

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 которой определяют по формуле:

где - вытяжка при волочении;

- диаметр прутка или проволоки до и после деформации;

f - коэффициент внешнего трения в очаге деформации при волочении;

- относительная длина калибрующего пояска волоки;

l_р - длина очага деформации;

σ₀ - напряжение противонатяжения;

σ_TC - среднее по очагу деформации сопротивление деформации материала протягиваемой заготовки.

В частном случае оптимальную вытяжку при волочении определяют из соотношения:

где α_в - угол наклона образующей рабочего канала волоки;

σ_TC - среднее по очагу деформации сопротивление деформации материала протягиваемой заготовки;

σ₀ - напряжение противонатяжения;

f - коэффициент внешнего трения в очаге деформации при волочении;

- относительная длина калибрующего пояска волоки;

l_р - длина очага деформации.

Признаки предлагаемого способа, отличительные от прототипа, - использование волоки, угол наклона образующей рабочего канала которой определяют по формуле (1); определение оптимальной вытяжки при волочении из соотношения (2).

Предлагаемый способ поясняется чертежом, на котором приведена схема волочения прутковой заготовки.

В реальных условиях напряжение волочения определяется по формуле:

где α_в - угол наклона образующей рабочего канала волочильного инструмента к оси волочения;

α_п - приведенный угол волоки, зависящий от длины калибрующего пояска волоки;

σ_ТС - среднее по очагу деформации сопротивление деформации материала протягиваемой заготовки;

λ - вытяжка при волочении;

σ₀ - напряжение противонатяжения.

Как следует из соотношения (3), напряжение волочения зависит от угла наклона образующей рабочего канала волочильного инструмента к оси волочения и от приведенного угла волоки tgα_П. Напряжение волочения определяет полное усилие волочения:

где - площадь сечения прутковой или проволочной заготовки.

Из геометрических соотношений (фиг.) следует, что tgα_П=(d₀-d₁)/(2l_p-2l_k), преобразовав и разделив на l_p, получим:

,

где - относительная длина калибрующего пояска волоки;

l_p - длина очага деформации.

Минимальное значение усилия волочения и снижение энергоемкости процесса волочения обеспечивается снижением напряжения волочения до минимального значения, которое определяется из условия равенства нулю производной от напряжения волочения по тангенсу угла наклона образующей рабочего канала инструмента, а именно:

Продифференцировав выражение (3) по tgα_в и приравняв производную нулю, после преобразований получим уравнение для определения оптимального значения тангенса угла наклона в следующем виде:

Следовательно:

Соотношение (1) обеспечивает минимальное значение напряжения волочения и минимальную энергоемкость процесса волочения. При снижении напряжения волочения появляется возможность повышения обжатий при волочении и снижения при этом кратности маршрутов волочения. Снижение напряжения волочения уменьшает вероятность обрыва переднего конца заготовки, повышая тем самым качество протягиваемых изделий.

Для стандартных волок с фиксированным значением угла α_в предлагаемый способ позволяет определить оптимальную вытяжку, обеспечивающую минимум напряжения волочения, и снижение обрывности при волочении.

Разрешив соотношение (1) относительно вытяжки, получим:

Пример реализации предлагаемого способа.

Волочению подвергали медную проволоку с σ_ТС=300 МПа, вытяжка составляла λ=1, 2, коэффициент трения f=0,1. При использовании твердосплавной волоки с α_в=8° и . Напряжение волочения оказалось равным 18,3 МПа при использовании способа-прототипа.

По формуле (1) предлагаемого способа выполнили расчет оптимального угла конусности волоки . Для твердосплавной волоки с определенной конусностью напряжение волочения оказалось равным 15,6 МПа. Таким образом, при использовании заявляемого способа снижение напряжения волочения оказалось равным 14,75%.

Предлагаемый способ позволяет выбрать оптимальный угол наклона образующей рабочего канала волочильного инструмента из условия достижения минимума напряжения волочения, снизить напряжение волочения, повысить единичные обжатия, уменьшить обрывность при волочении, повысив тем самым качество металлоизделий.