 |
Напряженно-деформированное состояние металла
|
|
|
|
При безоправочном волочении очаг деформации можно разделить на два участка: зону осаживания I и зону калибровки II (рис. 64).
При волочении на деформируемый металл действуют следующие внешние силы: усилие, прикладываемое к переднему концу заготовки, которое называют усилием волочения QB, давление стенок волоки Р и поверхностные силы внешнего трения 
(рис. 64, a). В зонах осаживания и калибровки на металл со стороны волоки действуют нормальные 
, 
и касательные 
, 
силы, горизонтальные составляющие которых 
, 
, 
, 
направлены против направления волочения. Истечение металла при безоправочном волочении определяется напряжениями, действующими по трем главным осям: осевыми растягивающими + 
, радиальными сжимающими - 
и тангенциальными сжимающими - 
напряжениями. Из условия равновесия сил, действующих на элементарное кольцо (рис. 64, a),
, откуда 
.
Рис. 64. Схема действия сил в очаге деформации при волочении без оправки (а), на короткой (б), длинной (в) и самоустанавливающейся (г) оправках
При безоправочном волочении наименьшее сопротивление деформации металла происходит в радиальном направлении, поэтому металл течет к оси трубы и толщина стенки увеличивается. По направлению волочения продольное растягивающее напряжение + увеличивается, а тангенциальное сжимающее напряжение - уменьшается, следовательно, уменьшается тенденция увеличения толщины стенки, поэтому в начале зоны деформации возможно утолщение стенки, а в конце - ее утонение. Например, при волочении труб с большими степенями деформации, без смазки (большой коэффициент трения), б волоках с большим рабочим углом в очаге деформации создаются большие растягивающие напряжения + и стенка трубы утоняется, а при малых + стенка трубы утолщается.
|
|
|
На величину и характер изменения толщины стенки трубы при безоправочном волочении оказывает влияние соотношение S/D которое Ю. Ф. Шевакин, А. А. Чернявский и А. Б. Ламин рекомендуют определять по эмпирической формуле
(1)
где 
S и D — изменение толщины стенки и диаметра трубы.
При оправочном волочении очаг деформации можно разделить на три участка: зону осаживания I, зону обжатия стенки II и зону калибровки III (рис. 64, б, в, г). В зонах II и III, кроме усилий, действующих на металл трубы со стороны волокон и 
, еще действуют силы нормального давления и силы трения со стороны оправки 
и 
. При волочении на неподвижной (короткой) оправке силы трения на контактной поверхности металла с оправкой повышают удельные затраты энергии на осуществление процесса. Общее усилие волочения в этом случае составляет:
(2)
где Рос — осевая составляющая усилия волочения для осаживания трубы на участке I.
В зоне обжатия стенки II очага деформации действуют растягивающие напряжения + и сжимающие напряжения - , - , которые вызывают увеличение длины трубы (деформация удлинения и уменьшение диаметра и толщины стенки (деформация укорочения 
и 
). В аналогичных условиях протекает деформация металла при всех видах оправочного волочения.
На участке безоправочного волочения (зона I ) деформация положительна (толщина стенки увеличивается), тогда как на следующем участке (зона II ) деформация отрицательна. В связи с этим увеличиваются энергетические затраты на волочение, для снижения которых необходимо уменьшать зазор между трубой оправкой, т.е. уменьшать зону I безоправочного волочения.
При волочении на подвижной (длинной) оправке усилие волочения обычно прилагается одновременно к трубе и оправке (труба вместе с оправкой протягивается через волоку), на участках II и III очага деформации силы трения на контакте металла с оправкой направлены в сторону волочения (рис. 2, г), что уменьшает продольные растягивающие напряжения + 
и позволяет осуществлять процесс с большей степенью деформации за один проход по сравнению с другими видами волочения труб.
|
|
|
Усилие волочения при волочении на подвижной оправке определяется по формуле:
(3)
оно меньше, чем при волочении труб на неподвижной оправке.
Благодаря определенной форме (угол конусности оправки меньше угла конусности волокон 
на 0,0175 рад) оправка под действием сил, возникающих между ней и трубой, устанавливается так, что между оправкой и волокой образуется кольцевой зазор, через который протягивается труба. Зону деформации можно разбить на три участка: на участке I (рис. 2) осуществляется свободное осаживание трубы по диаметру и толщина стенки в большинстве случаев увеличивается; на участке II происходит обжатие стенки трубы между волокой и оправкой и уменьшение внутреннего и наружного диаметров; на участке III происходит калибровка трубы.
Условие равновесия плавающей оправки в очаге деформации определяется уравнением
(4)
Или
(4а)
где РК - нормальная сила на конической части оправки; 
- сила трения на цилиндрической части оправки.
Из последнего уравнения следует, что если 
> 0 и 
> 0, то 
> 0
или
, 
(5)
Таким образом, при всех условиях образующая конической части поверхности плавающей оправки должна быть наклонена к оси оправки под углом 
большим, чем угол трения трубы об оправку 
.
Вторым условием, обеспечивающим устойчивость процесса волочения, является
(6)
При невыполнении первого условия (5) оправка проскальзывает через отверстия волоки, при невыполнении второго условия (6) происходит подрез (пережим) трубы.
В связи с тем, что горизонтальные силы, действующие на самоустанавливающуюся оправку, взаимно уравновешиваются, усилие волочения будет равно:
(7)
|
|
|
