Способ волочения металла с применениемультразвука

Способ волочения металла с применениемультразвука

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Соцналнстнчесннх

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ (it) 799853

К АВТОУСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 04 ° 09.78 (31) 2658694/22-02 с присоединением заявки М— (23) Приоритет

Р1 М К„З

В 21 С 1/00

Госудврственны1 комитет

С С С Р ло делам изобретений н открытий

Опубликовано 3003 81. Бюллетень Н9 4

Дата опубликования описания i30 .01 .81 (ЯЯ) УДК 621 ° 778 ° . 04 (088 .8) (72) Авторы изобретения

A. Г. Сучков и A. В. Кулемин

Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ ВОЛОЧЕНИЯ МЕТАЛЛА С ПРИМЕНЕНИЕМ

УЛЬТРАЗ ВУКА

Изобретение относится к волочильному производству.

Известен способ волоЧения металла с применением ультразвука (УЗ), предусматривающий наложение на волоку продольных УЗ-колебаний (УЗК), направленных параллельно движению металла по контактной поверхности очага деформации f1) .

Недостатки способа — незначительное обжатие металла за проход и снижение усилия волочения только sa счет уменьшения сил контактного трения между волокой и металлом.

Известен также способ волочения 15 металла через две волоки, совершаю цие колебания с УЗ-частотой вдоль оси волочения (2) .

Основным недостатком этого способа волочения является снижение усилия 20 волочения в обеих волоках только за счет уменьшения сил контактного трения .

Кроме того, известен способ волочения металла, по которому на одну

;из волок накладывают продольные, а на другое — поперечные УÇK (3) .

Недостаток данного способа — снижение усилия волочения в одной иэ ,волок только за счет уменьшения сил 30 контактного трения, а в другой — за счет наложения знакопеременных напряжений .

Известен способ волочения металла с применением ультразвука через последовательно установленные волоки, включаюший одновременное наложение на каждую иэ волок ультразвуковых колебаний различных типов (4).

Способ предусматривает снижение усилия волочения в волоке как эа счет уменьшения сил контактного трения, так и за счет создания радиальными

УЗК в очаге деформации знакопеременных напряжений.

Однако максимальные значения знакопеременных напряжений приходятся на центральные слои металла, которые фактически не деформируются (например при волочении прутков), в то время, как на поверхностные слои металла, подвергакициеся максимальной деформации, знакопеременные напряжения практически не воздействуют, что и является основным недостатком этого способа волочения. Кроме того, величина знакопеременных напряжений, соз. даваемых в очаге деформации при осу цествлении известного способа воло79985 3 чения, не достигает своих максимально возможных значений .

Цель изобретения — снижение усилия волочения и увеличение обжатия за проход путем создания в очагах деформации максимальных амплитуд знакопере- 5 менных напряжений, равномерное распределение их по объему металла, находящегося в очагах деформации и достижение максимальных значений знакопеременных напряжений, создаваемых иэгибными ультразвуковыми колебаниями.

Цель достигается тем, что в металле на участке между волоками возбуждают изгибные УЗК с пучностью напряжений н очагах деформации, для чего вводят в него продольные УЭК с пуч- 1% ностью амплитуды в месте акустического контакта металла с источником этих колебаний, который располагают от очагов деформации на расстоянии определяемом по формуле 20

05Ь. С ° Ж Р

1 где С вЂ” скорость звука в металле; частота колебаний;

К вЂ” момент сечения изгибно-колеблющегося металла;

1 — длина поверхности контакта источника колебаний с металлом вдоль оси волочения.

Металл на каждом его участке между волоками возбуждают в двух точках, разнесенных на 90 и под углом в прео делах 45-90 по отношению к оси металла, причем участки металла между волок ами воз буждают синфа з но.

На фиг . 1 предст авле на схема, поясняющая, как осуществляется способ (источники колебаний, возбуждающие 40 в волоках продольные и радиальные

УЗК, не показаны); на фиг . 2 — распределение на участке между волоками амплитуды изгибных УЗК (В) и знакопеРеменных напРяжений (С), а также 45 точка акустического контакта источника колебаний с металлом (А), длина - акустического контакта (1) и расстояния () от источника колебаний до очагов деформации: на фиг. 3, 4распределение по сечению сплошного

Металла знакопеременных напряжений, 4 .. эдаваемях радиальными и изгибными УЗК; на фиг. 5 — суммарное распределение знакопеременных напряжений по сечению сплошного металла. 55

Предлагаемый способ волочения предусматринает использование нескольких волок {по меньшей мере двух), устанавливаемых последонательно одна эа другой (на фиг. 1 показано четыре воло- gg ки 1-4). Деформируемый металл 5 на участках между волоками находится в акустическом контакте с источниками

6-11 колебаний . На каждую из волок

l1-4 накладывают одновременно продоль- д ные и радиальные УЗК. Продольные УЗК с пучностью амплитуд н месте акустического контакта при вводе н металл, преобразуются в изгибные с пучностью напряжений в очагах деформации. В результате на металл 5 н очагах деформации воздействуют три различных вида

УЗК: продольные, радиальные и изгибные, по закону о независимости распространения колебаний не демпфирующие друг друга. Следовательно, при нолочении металла с использованием только двух волок, характеристики этих колебаний (частота, амплитуда и т.п.) могут иметь как одинаковые, так и разные значения . При волочении же металла с использованием трех и более волок возбуждение источников колебаний, расположенных на соседних участках металла, должно быть синфаз— ным, так как при этом в очагах деформации, расположенных между источниками колебаний, суммируются знакопеременные напряжения, создаваемые изгибными УЭК . Причем, продольные и радиальные УЗК одной волоки по отношению к однотипным другой, как в первом случае, так и во втором, могут быть одинаковыми или разными по фазе, частоте, амплитуде и синхронности начала периода колебаний, а сами волоки могут быть расположены в пучности амплитуд или напряжений.

Акустический контакт металла 5 с источниками б-11 колебаний создается в пучности амплитуд продольных УЗК, нводимых в металл и может быть точечным или равным торцовой части излучающего звена источника колебаний, Это обусловлено тем,что при любом из указанных контактов продольные УЭК, вводите в металла, одинаково хорошо преобразуются в изгибные и при этом величина их интенсивности не зависит от площади контакта . В силу этого источник колебаний, по отношению к оси металла, можно располагать в пределах 45-90 . Наиболее оптимальным яво ляется угол н 90, так как при величине этого угла менее 45 источник колебаний может препятствонать передвижениям волочильного оборудования .

Предлагаемый способ волочения предусматривает также использование на каждом участке металла, находящегося между волоками, двух синфазно возбуждаеьых источников колебаний, так как при этом, н сравнении с использованием одного источника колебаний, знакопеременные напряжения более ранномерно распределяются по понерхности металла, находящейся в очаге деформации. При .использонании же трех и более источников колебаний, т .е . при расположении их под углом друг относительно друга менее чем 90О, нозможно демпфирование их друг другом и, кроме этого, ухудшаются условия син799853,, «4

dM4 С Ж "

Ф 30 где Ж вЂ” момент сечения из гибноколеблющегося стержня; а) — круговая частота;

С вЂ” скорость звука продольный УЗК. Длина стержня (в данном случае металла 5) ограничена, так как он закреплен — находится в очагах деформации и поэтому граничное условие запишется как 40 а для точки A в виде.а аахм= =ц; а=ь ахв ц ах

Решая уравнение (2) с учетом (3) и, Я (4 ), получаем

С1 К . соз к - =-1, где К вЂ” волновое число. И

Из уравнения (5) следует KL =1,875, что для отрезка длиной L, т.е. для расстояния от источника колебаний до очагов деформации, составит

Учитывая длину поверхности контакта источника колебаний с металлом е фазности их возбуждения, что отрицательно сказынается на величине знакопеременных напряжений. Поэтому на участке между волоками целесообразно устанавливать два источника колебаний и располагать,их друг относительно друга под углом в 90 @а фиг. 1 источники колебаний. 9-11 условно развернуты на 90 ),В случае во о лочения труб большого диаметра, источник колебаний может быть размещен ,как с внешней ее стороны, так и с внутренней .

Месторасположение источника колебаний определяется по формуле (1), которая получена путем следующих преобразований. При акустическом кон- 15 такте, например точечном, источника колебаний с металлом в точке A (фиг.2) в последнем возбуждаются изгибные

УЗК. Для достижения их максимальной амплитуды „,н очагах деформации во- 2О лок 3 и 4 необходимо, чтобы расстояние между ними и источником колебаний 11 было резонансным для возбуждаемой f частоты колебаний. Условие резонанса для отрезка длиной L иаходится следующим образом. Уравнение гармонических колебаний, изгибноколеблющегося стержня имеет вид вдоль оси нолочения 1, Формула (6) приобретает нид, 1) .

Преобразовав формулу (1), внеся в нее коррективы, отражающие длину очага деформации, можно получить значения L, при которых пучность напряжений изгибных УЗК будет приходиться на любую точку очага деформации. Значение L для разных участков металла не однозначно, так как геометрический размер металла монотонно уменьшается по мере приближения к последней в технологическом цикле волока.

Величина момента сечения изгибноколеблющегося металла, подвергаемого деформации, различна и зависит от его геометрии . Например для проволоки или прутков М=д/,для полого металла

=цеХЬхеат, цля металла нвалратнрга сечейия X =й/К<7 где и — диаметр металла;

d u d - внешний и внутренний диа2 метры полого металла; сторона квадрата.

Волочение металла по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.

B волоки 1-4 задается деформируемый металл 5, который своей поверхностью на участках между волоками входит в акустический контакт с источниками колебаний 6-11. Затем вклю-чают УЗ-генераторы (на фиг .1 не показаны), волоки начинают совершать одновременно продольные и радиальные колебаний с УЗ-частотой, а металл

5 подвергается воздействию продольных

УЗК, которые преобразуются н нем в изгибные с пучностью напряжений в очаге деформации. После возбуждения в нолоках и в металле УЗК включают волочильный стан, и его тянущее устройство протягивает металл 5 через волоки 1-4, совершающие сложные колебания .

Под действием продольной составляющей этих колебаний в очагах деформации (в случае размещения волок в пучности амплитуд) происходит снижение сил контактного трения. При размещении волок в пучности напряжений продольных УЗК, на металл воздействуют знакопеременные напряжения . Однако осуществить практическое воздейстние на деформируемый металл знакопеременными напряжениями продольных УЗК не удается из-эа больших скоростей волочильных станов и поэтому волоки обычно располагают н пучности амплитуд, уменьшая за счет этого контактное трение. Под действием радиальной составляющей в очагах деформации создаются знакопеременные напряжения, максимум которых приходится на центральные слои металла (фиг. 3) . Под действием изгибной составляющей н участках металла, контактирующих с волоками, создаются знакопеременные напряжения, максимум которых приходится на понерхностные слои металла (фиг. 4) .

799853

Знакопеременные напряжения, создаваемые радиальными и изгибными УЗК в очагах деформации, суммируются и равномерно распределяются (фиг. 5) по сечению металла, В случае волочения с использованием трех и более волок в очагах деформации, расположенных между источниками колебаний (на фиг .1 это волоки 2 и 3), суммируются энакопеременные напряжения, создаваемые не только радиальными и изгибньпи УЗК,10 но и знакопеременные напряжения, создаваемые источниками колебаний, расположенными с разных сторон очага деформации (на фиг . 1 это источники колебаний 6, 9 и 7, 10,7, 10 и 8, 11) .

Следовательно, в этом случае вели- 5 чина зкакопеременных,напряжений, создаваемых изгибными УЗК, больше, чем при волочении металла через две волоки. Суммарное обжатие металла 5 эа один проход равно обжатию в первой Я и последующих волоках. После того как металл. полностью протянут, выключают УЗ-генераторы и волочильный стан . Затем в волоки задается очередная заготовка и процесс волочения повторяется, Формула изобретения

1,Способ волочения металла с применением ультразвука через последовательно установленные волоки, включающий одновременное наложение на каждую из волок ультразвуковых колебаний различных типов, о т л и ч а Юшийся тем, что, с целью сниже ния усилия волочения и увелйчения обжатия эа проход путем создания в очагах деформации максимальных амплитуд знакопеременных напряжений, в 40 металле на участке между волоками возбуждаются изгибные ультразвуковые колебания с пучностью напряжений в очагах деформации, для чего вводят в него продольные ультразвуковые колебания с пучностью амплитуды в месте акустического контакта металла с источником этих колебаний, который располагают от очагов деформации на расстоянии L, определяемом по формуле

+ ) где С вЂ” скорость звука в деформируемом металле; частота колебаний;

Ж вЂ” момент сечения иэгибно-колеблющеrocя металла;

1 — длина поверхности контакта источника колебаний с металлом вдоль оси волочения.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью равномерного распределения знакопеременных напряжений по объему металла, находящемся в очагах деформации, металл на каждом его участке между волоками возбуждают в двух точках, разнесенных на 90, и под углом в пределах 45-90, по отношению к оси о металла .

3. Способ по и 2, о т л и ч а юшийся тем, что, " целью достижения максимальных з начений з накопеременных напряжений, создаваемых изгибными ультразвуковыми колебаниями, участки металла между волоками возбуждают синфазно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 196701, кл . В 21 С 1/00, 1965.

2 . Авторское свидетельство СССР

Р 201305, кл. В 21 С 1/00, 1966.

3 . Авторское свидетельство СССР

Р 417209, кл . В 21 С 1/04, 1972.

4. Авторское свидетельство СССР

9 561584, кл . В 21 C 1/00, 1975 .

799853

Составитель Ю. Зарапин

Редактор И . Ковальчук Техред A.Ач Корректор И . Муска аз Тираж 99 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул . Проектная, 4