Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТРУБНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для производства трубных изделий волочением.

Известно, что трубные изделия производят волочением (осаживанием) с применением технологических волок. Предварительно передний конец трубной заготовки заостряют, формируют захватку, которую вводят в инструмент (волоку) и зацепляют зажимом тянущего устройства. При деформировании в волочильном инструменте в трубной 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. В21С 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 может достигать критической величины, которое приведет к обрыву изделия. Данный способ принят за прототип.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого технического 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 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.

Задачей изобретения является оптимизация угла наклона образующей рабочего канала волоки с учетом основных технологических параметров процесса волочения трубных изделий.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе производства трубных изделий, включающем предварительное формирование на изделии захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через рабочий канал монолитной волоки, согласно изобретению используют волоку, угол наклона образующей рабочего канала к оси волочения которой определяют по формуле:

где - средний диаметр трубы на входе в технологический инструмент, мм;

- средний диаметр трубы на выходе, мм;

ƒ - коэффициент трения в зоне деформации;

- безразмерный параметр, характеризующий толщину стенки трубы;

R₁ - внутренний радиус трубы, мм;

R₂ - наружный радиус трубы, мм;

σ_s - сопротивление деформации материала трубы, МПа;

σ₀ - напряжение противонатяжения, МПа.

Признаки предлагаемого способа, отличительные от прототипа: использование волоки, угол образующей рабочего канала которой определяют по формуле (1).

В реальных условиях напряжение волочения при производстве трубных изделий определяется по формуле (см. Перлин И.Л., Ерманок М.З., Теория волочения. - М.: Металлургия, 1971. - с. 273):

где - средний диаметр трубы на входе в технологический инструмент, мм;

- средний диаметр трубы на выходе, мм;

ƒ - коэффициент трения в зоне деформации;

σ_s - сопротивление деформации материала трубы, МПа;

α_п - приведенный угол волоки, град;

σ₀ - напряжение противонатяжения, МПа;

При этом рекомендуется (см. Перлин И.Л., Ерманок М.З., Теория волочения. - М.: Металлургия, 1971. - с. 272) принимать α_п=0,65tgα_в (α_в - угол наклона образующей конуса волоки к оси волочения).

Недостатком формулы (2) является то, что она не позволяет определить оптимальный угол α_в, обеспечивающий минимальное значение напряжения волочения, наличие которого характерно для деформаций в коническом технологическом инструменте, поскольку формула (2) не учитывает дополнительные сдвиговые деформации на входе в инструмент и выходе из него. При этом в формуле (2) выполняет функцию степени деформации при волочении.

Степень деформации при деформации в коническом инструменте (волоках) с учетом сдвиговых деформаций (см. Колмогоров Г.Л., Кузнецова Е.В. Известия ВУЗов, Черная металлургия. - 2000, №21, с. 31-33) равна

где - безразмерный параметр, характеризующий толщину стенки трубы;

R₁ - внутренний радиус трубы, мм;

R₂ - наружный радиус трубы, мм.

С учетом формулы (3) формула (2) примет вид:

Как следует из соотношения (4), напряжение волочения зависит от угла наклона образующей рабочего канала волочильного инструмента к оси волочения и от приведенного угла волоки ctgα_п. Напряжение волочения определяет полное усилие волочения

где F₁ - площадь сечения трубы на выходе.

Минимальное значение угла 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 (4) по tgα_в и приравняв производную к нулю, после преобразований получим уравнение для определения оптимального значения угла наклона в следующем виде:

где - средний диаметр трубы на входе в технологический инструмент, мм;

- средний диаметр трубы на выходе, мм;

ƒ - коэффициент трения в зоне деформации;

- безразмерный параметр, характеризующий толщину стенки трубы;

R₁ - внутренний радиус трубы, мм;

R₂ - наружный радиус трубы, мм;

σ_s - сопротивление деформации материала трубы, МПа;

σ₀ - напряжение противонатяжения, МПа.

Соотношение (1) обеспечивает минимальное значение напряжения волочения и минимальную энергоемкость процесса производства трубных изделий. 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.

Пример реализации предлагаемого способа

Волочению подвергали трубную заготовку с σ_ТС=500 МПа, =0,7 мм, коэффициент трения ƒ=0.05, σ₀=10 МПа. При использовании применяется волока с α_в=15°. Напряжение волочения составило 393,1 МПа. После расчета по формуле (7) =11°, напряжение волочения составило 335,6 МПа. Таким образом, снижение напряжения волочения оказалось равным 14,6%.

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