способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий

Классы МПК:B21C1/00 Производство листового металла, проволоки, сортовой стали и труб волочением
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-11-18
публикация патента:

Изобретение предназначено для снижения энергоемкости процесса волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий и повышения качества протягиваемых изделий. Способ включает формирование на изделии захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через конический канал монолитной волоки. Снижение напряжения волочения, повышение единичных обжатий обеспечиваются за счет оптимизации угла наклона образующей конического канала волочильного инструмента, при этом угол наклона образующей конического канала к оси волочения регламентирован в зависимости от таких параметров, как вытяжка, коэффициент внешнего трения, сопротивление деформации металлов сердечника и оболочки, относительные площади сердечника и оболочки и т.д. 1 пр.

Формула изобретения

Способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, включающий формирование на изделии захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через конический канал монолитной волоки, отличающийся тем, что используют волоку, угол наклона образующей конического канала к оси волочения которой составляет

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301

где способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 - вытяжка при волочении;

d0, d 1 - внешний диаметр биметаллического прутка или проволочной заготовки до и после деформации соответственно, мм;

f - коэффициент внешнего трения в очаге деформации при волочении;

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 , способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 - сопротивление деформации металлов сердечника и оболочки соответственно, МПа;

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 q - напряжение противонатяжения, МПа;

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 - относительная площадь сердечника;

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 - относительная площадь оболочки;

F - площадь сечения биметаллической заготовки, мм2;

F c - площадь сердечника, мм2;

Fo - площадь оболочки, мм2.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для производства биметаллических прутковых и проволочных изделий волочением.

Известно, что биметаллические прутки и проволоку изготавливают по технологической схеме, совмещающей прокатку или прессование заготовки и ее последующее волочение через конические волоки. Предварительно передний конец заготовки заостряют, формируют захватку, которую вводят в инструмент (волоку), и защепляют зажимом тянущего устройства.

При деформировании в волочильном инструменте в заготовке возникает продольное 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).

При волочении большую роль играет напряжение волочения, определяющее энергосиловые параметры процесса волочения. Актуальным при этом является определение оптимальных технологических параметров, обеспечивающих минимальное значение напряжения волочения.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, включающий предварительное формирование на изделии захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через конический канал монолитной волоки. При этом напряжение волочения биметаллического прутка определяют с использованием принципа минимума мощности деформирования

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301

где способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 s - средневзвешенное сопротивление деформации по сечению заготовки;

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 - угол наклона образующей канала волоки;

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 =(R0/R1)2 - вытяжка;

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 =способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 sc/способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 sп - коэффициент прочностной неоднородности;

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 sc, способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 sп - сопротивление сдвигу металла сердечника и оболочки

(см. Паршин B.C., Соколовский В.И., Степанов Ю.Н. Усилия и деформации при волочении прутков с прочностной неоднородностью. // Технология легких сплавов. 1977. № 1. С.19).

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого решения, - предварительное формирование на изделии захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через конический 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 биметалла (сердечника и оболочки) на напряжение, поскольку в зависимости от геометрических соотношений слоев биметалла напряжение волочения будет различным. При этом свойства слоев усредняются коэффициентом прочностной неоднородности способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 без конкретизации механических свойств по слоям биметаллической заготовки.

Задачей изобретения является снижение напряжения волочения и энергоемкости процесса волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, повышение единичных обжатий и качества протягиваемых биметаллических изделий за счет оптимизации угла наклона образующей конического канала волочильного инструмента.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, включающем формирование на изделии захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через конический канал монолитной волоки, используют волоку, угол наклона образующей конического канала к оси волочения которой составляет

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301

где способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 - вытяжка при волочении;

d0, d1 - внешний диаметр биметаллического прутка или проволочной заготовки до и после деформации соответственно;

f - коэффициент внешнего трения в очаге деформации при волочении.

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 , способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 - сопротивление деформации металлов сердечника и оболочки соответственно;

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 q - напряжение противонатяжения;

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 , - относительная площадь сердечника;

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 - относительная площадь оболочки;

F - площадь сечения биметаллической заготовки.

Признаки предлагаемого способа, отличительные от прототипа, - используют волоку, угол наклона образующей конического канала к оси волочения которой составляет

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301

При определении оптимального угла наклона образующей конического канала волоки по приведенной выше формуле учитывается при производстве прутковых или проволочных биметаллических компонентов сопротивление деформации биметаллической заготовки и соотношение площадей сердечника и оболочки биметаллической заготовки.

В реальных условиях волочения напряжение волочения монометаллической заготовки определяется по формуле (см. Механика композиционных материалов и конструкций. 2010. Том 16, № 2. С.191-196)

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301

где способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 =F0/F1 - вытяжка при волочении;

F0, F1 - площадь сечения заготовки до и после прохода соответственно;

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 в - угол наклона образующей инструмента к оси волочения;

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 П - приведенный угол волоки tgспособ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 П=0,65tgспособ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 в;

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 s - среднее по зоне деформации сопротивление деформации протягиваемого материала;

f - коэффициент трения в зоне деформации;

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 q - напряжение противонатяжения.

Формула (3) использована для расчета напряжения волочения биметаллической заготовки отдельно для сердечника и оболочки.

Так, для сердечника, учитывая отсутствие проскальзывания сердечника относительно оболочки, полагаем в формуле (3) f=0. Тогда напряжение, обеспечивающее деформацию сердечника, будет равно

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301

где способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 - сопротивление деформации материала сердечника.

Напряжению волочения (4) соответствует усилие, затрачиваемое на деформацию сердечника

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301

где Fc - площадь сердечника на выходе из очага деформации.

Напряжение волочения периферийной части (оболочки) биметаллической заготовки в соответствии с формулой (3) составит

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301

где способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 - сопротивление деформации металла оболочки.

Напряжению волочения (6) соответствует усилие, затрачиваемое на деформацию оболочки

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301

где F0 - площадь сечения оболочки.

Общее усилие, необходимое для пластической деформации биметаллической заготовки, составит

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301

После подстановки соотношений (5) и (7), преобразований и перехода к среднему напряжению волочения биметаллической заготовки получим

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301

где способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 - относительная площадь сердечника;

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 - относительная площадь оболочки;

F - площадь сечения биметаллической заготовки.

Как следует из соотношения (9), напряжение волочения зависит от тангенса угла наклона образующей конического канала волочильного инструмента к оси волочения. Минимальное значение напряжения волочения и соответственно усилия волочения биметаллической заготовки, а также энергоемкости процесса обеспечивается из условия равенства нулю производной от напряжения волочения по тангенсу угла наклона образующей конического канала волочильного инструмента, а именно

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301

Продифференцировав выражение (9) по tgспособ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 в и приравняв производную нулю, после преобразований получим оптимальное значение tgспособ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 в

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301

и соответственно

способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301

Соотношение (2) обеспечивает минимальное значение напряжения волочения и минимальную энергоемкость процесса волочения биметаллической заготовки.

Пример конкретной реализации предлагаемого способа

Волочению подвергали биметаллический пруток с диаметром 2,13 мм на диаметр 1,98 мм, что соответствует вытяжке способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 =1,15. Пруток состоял из сердечника - сплав NbTi с сопротивлением деформации способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 , и оболочки из меди с сопротивлением деформации способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 . Диаметр сердечника на выходе 0,99 мм. При волочении отсутствовало противонатяжение (способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 q=0). На первом этапе применили твердосплавную волоку способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 в=15°, при волочении использовали мыльно-масляную эмульсию. Коэффициент трения f при этом составлял 0,10. Напряжение волочения оказалось равным способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 вол=175,1 МПа. По предложенным в заявке формулам определили оптимальный угол способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 . Напряжение волочения для твердосплавной волоки с способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 оказалось равным способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 . Таким образом, применение инструмента с оптимальным углом волоки способ волочения биметаллических прутковых и проволочных изделий, патент № 2480301 позволило снизить напряжение волочения на 7%.

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 биметаллической заготовки, повышая тем самым качество протягиваемых изделий.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2480301

patent-2480301.pdf

Класс B21C1/00 Производство листового металла, проволоки, сортовой стали и труб волочением

способ изготовления труб и устройство для его осуществления -  патент 2504448 (20.01.2014)
способ изготовления высокопрочной проволочной арматуры периодического профиля -  патент 2502573 (27.12.2013)
способ получения из высокоуглеродистой стали проволоки с наноструктурой -  патент 2498870 (20.11.2013)
способ волочения алюминиевой проволоки -  патент 2497617 (10.11.2013)
способ производства триметаллических прутковых и проволочных изделий -  патент 2492011 (10.09.2013)
способ волочения провода контактного из меди и ее сплавов -  патент 2492010 (10.09.2013)
способ производства труб -  патент 2486021 (27.06.2013)
способ волочения заготовок -  патент 2476288 (27.02.2013)
промежуточное тяговое устройство в.н. стазаева -  патент 2475318 (20.02.2013)
линия для производства проволоки в.н. стазаева -  патент 2475317 (20.02.2013)
Наверх