Способ волочения полиметаллических многослойных прутковых и проволочных изделий

Способ волочения полиметаллических многослойных прутковых и проволочных изделий

Реферат

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

α в = a r c t g ( 1 , 414 ln λ ⋅ f ) ,                                            ( 1 )

где λ = d 0 2 / d 1 2 - 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

α в о п т = a r c t g 1 , 41 f ln λ ⋅ ( σ s n − σ 0 ) ⋅ F n ¯ ∑ i = 1 n σ s i ⋅ F i ¯ ,                               ( 2 )

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;

F n ¯ = F n / F 1 - относительная площадь наружного слоя заготовки;

F_n - площадь сечения наружного слоя заготовки;

σ_si - сопротивление деформации материала i-того слоя заготовки;

F i ¯ = F i / F 1 - 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

α в = a r c t g 1 , 414 f ln λ ⋅ σ s n F n ¯ ∑ i = 1 n σ s i ⋅ F i ¯ .                                         ( 3 )

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)

σ в о л = ( ln λ + 4 3 3 t g α в ) [ ∑ i = 1 n σ s i F i ¯ + f c t g α П ( σ s n − σ 0 ) F n ¯ ] + σ 0 ,                ( 4 )

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

σ_sn - сопротивление деформации материала наружного слоя;

F i ¯ = F i / F 1 - относительная площадь сечения i-того слоя заготовки;

F n ¯ = F n / F 1 - 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

d σ в о л d ( t g α в ) = 0                                                 ( 5 )

Продифференцировав выражение (4) согласно условию (5), после преобразований получим уравнение для определения оптимального значения tgα_в

t g α в = 1 , 41 f ln λ ⋅ ( σ s n − σ 0 ) ⋅ F n ¯ ∑ i = 1 n σ s i ⋅ F i ¯ ,                      ( 6 )

и соответственно

α в о п т = a r c t g 1 , 41 f ln λ ⋅ ( σ s n − σ 0 ) ⋅ F n ¯ ∑ i = 1 n σ s i ⋅ F i ¯ .                            ( 7 )

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

α в о п т = a r c t g 1 , 41 f ln λ ⋅ σ s n ⋅ F n ¯ ∑ i = 1 n σ s i ⋅ F i ¯ .                                      ( 8 )

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: F 1 ¯ = 0 , 1 ; F n ¯ = F 1 ¯ * i ( i = 1 … n ) , 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 α в о п т = 5 , 7 ∘ . 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.

Способ волочения полиметаллических многослойных прутковых и проволочных изделий, включающий предварительное формирование на изделии захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через рабочий канал монолитной волоки, отличающийся тем, что 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.