Новости
09.05.2023
с Днём Победы!
07.03.2023
Поздравляем с Международным женским днем!
23.02.2023
Поздравляем с Днем защитника Отечества!
Оплата онлайн
При оплате онлайн будет
удержана комиссия 3,5-5,5%








Способ оплаты:

С банковской карты (3,5%)
Сбербанк онлайн (3,5%)
Со счета в Яндекс.Деньгах (5,5%)
Наличными через терминал (3,5%)

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ УСИЛИЯ ВОЛОЧЕНИЯ МЕДНОЙ ПРОВОЛОКИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РАЗЛИЧНОГО ВОЛОЧИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА

Авторы:
Город:
Москва
ВУЗ:
Дата:
21 января 2018г.

Исследованию процессов волочения проволоки с применением волок разных конструкций посвящено ряд работ [1-3,5,7,], в которых отмечались преимущества и недостатки каждого способа волочения и применяемого инструмента. В частности, в вышеуказанных работах указывалось на уменьшение величины усилия волочения при использовании сдвоенных волок, волок с вращением и роликовых волок по сравнению с традиционными монолитными волоками. Причем изменение усилия волочения оценивалось относительно  приближенно.

В настоящей работе приведены результаты анализа изменения усилия протяжки при волочении медной проволоки с использованием разновидности волок, указанной выше. Полученные количественные данные по усилию волочения позволяют оценить эффективность каждого процесса. Все данные получены расчетным путем: моделированием процессов с использованием программного продукта Deform 3D и расчетом по приближенным формулам, приведенным в работе [4].

В качестве исходных данных как для конечно-элементного моделирования в среде Deform 3D, так и для расчета по формулам принимались следующие значения параметров:  материал заготовки – медь из базы Deform 3D copper (machining CuC2); для расчетов по формулам – медь марки М1, условный предел текучести определяли по зависимости Ϭ0,2 = 20+1,2ε0,58 [6]; рассматривался переход волочения 8-7,2-6,2 мм (суммарное относительное обжатие составило 39,9%, частные обжатия соответственно равны 19,0% и 25,85); температура принималась равной 200С; трение волочения- по Кулону 0,07 ( для случая сдвоенных волок коэффициент трения в напорной волоке принимался равным 0,07, в рабочей волоке – 0,03); скорость волочения принималась равной 50 мм/с.

Материал волок – сталь Х12МФ, инструмент принимался как абсолютно жесткое тело. При моделировании для построения трехмерной упорядоченной сетки выбрали оболочечные элементы. Конечно -   элементная сетка деформируемого металла была создана с использованием 26584 элементов (с длиной ребра 0,5 мм). Решение предусматривало 150 шагов.

На рисунках 1 и 2  представлены результаты моделирования процесса волочения с монолитной волокой: распределение величины эффективного напряжения Ϭi и диаграмма усилия в процессе протяжки.



Отметим, что для всех монолитных волок рабочий угол принимался равным 120, длина калибрующего пояска - 5 мм.

Как видно из приведенных данных, среднее значение напряжения волочения составляло 468 МПа для перехода 8-7,2 мм и 482,5 МПа для перехода 7,2-6,2 мм. Усилия волочения по величине существенно не отличаются и усредненно составляют величину 6,12 кН.


На рисунке 3 показан график зависимости усилия от времени при использовании сдвоенной волоки, включающей напорную и рабочую волоки. Величина усилия изменяется от 4,7 кН в напорной волоке до 3,1 кН в рабочей волоке. Среднее значение усилия волочения равно 3,9 кН.

На рисунках 4 и 5 представлены распределение эффективных напряжений и диаграммы усилия волочения с применением вращающейся в процессе протяжки монолитной волоки.


Частота вращения составляла 2000 об/мин. Из представленных результатов можно заключить, что максимальные по величине эффективные напряжения сосредоточены в приконтактных с инструментом зонах обрабатываемого металла и обусловлены действием значительных сил трения при высоких скоростях вращения волоки. Так, по сравнению с неподвижной волокой величина напряжения увеличивается до средних значений 673-680 МПа. Однако, к центру заготовки величина эффективных напряжений резко уменьшается и становится существенно меньше напряжений при традиционном волочении. Усредненное значение усилия волочения для рассмотренного процесса составляет 0,58 кН.


На рисунке 6 представлен график зависимости усилия от времени при волочении через роликовые волоки, которые установлены попарно: первая пара установлена вертикально, вторая пара установлена горизонтально. Среднее усилие составляет величину, равную 1,67 кН при обжатии 39,9%.

Результаты приведенного анализа сведены в таблицу и проиллюстрированы рисунком 7. Таблица – Усредненные значения усилий волочения

Вид инструмента

Усилие волочения, кН

По результатам моделирования

По формулам работы [ 4 ]

Монолитная волока

6,12

6,25 (6,44 [7])

Вращающаяся волока

0,58

-

Сдвоенная волока

3,90

4,63

Роликовые волоки

1,67

2,60


Также были проведены расчеты усилия волочения по формулам, полученных из совместного решения уравнений равновесия и пластичности по методу тонких сечений [4]. Величина усилия волочения, приведенная в таблице и указанная в скобках для монолитной неподвижной волоки, рассчитана по формуле Перлина И.Л. [7]. Если для волочения в монолитных неподвижных волоках результаты моделирования и приближенные формулы дают относительно близкие значения по усилию волочения, то аналогичные значения усилий имеют большее расхождение для волочения в сдвоенных и роликовых волоках, хотя общая тенденция изменения величины усилия сохраняется. Ввиду объемной схемы деформированного состояния при волочении во вращающихся волоках формулы для приближенных расчетов усилия волочения в литературе не приводятся.

В заключение следует отметить, что при прочих равных условиях использование вращающихся волок позволяет максимально возможно снизить усилие волочения по сравнению с остальными рассмотренными методами.

Список литературы

 

1.       А. Зинутти, Д. Саро. Преимущества роликовых волок при волочении проволоки. – Метизы, № 1(20),2009.- с.37-42.

2.       А.с. 645719 СССР В 21 С 3/00. Устройство для волочения с кручением круглых профилей / В.А. Зазимко, М.В. Бабасов, Г.А. Савин и.др. - Открытия. Изобретения.1979, Бюл.№5 – с.26.:ил

3.       Битков В.В. Технология и машины для производства проволоки. Екатеринбург: УрО РАН, 2004. -346 с.

4.       Буравлев И.Б. Математические модели и алгоритмы комбинированных процессов волочения. -Редакционно-издательский отдел: Донецк, 1995. – 57с.

5.       В.Л.  Колмогоров.  Некоторые  инновационные  предложения  для  производства  проката  и металлоизделий. Биржа технологий и контактов, 2003, №4.

6.       Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением / Третьяков А.В., Зюзин В.И.- 2-е изд. М.: «Металлургия», 1973. – 224 с.

7.       Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения. М.: Изд-во «Металлургия», 2-е изд., 1971.-448 с.