Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна металургійна академія України

УДК 621.778

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Розвиток наукових основ розробки та впровадження раціональних режимів волочіння з мінімізацією зношування волок

Спеціальність 05.03.05 “Процеси та машини обробки тиском”

Голобурда Юлія Вікторівна

Дніпропетровськ - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національній металургійній академії України Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор ДОЛЖАНСЬКИЙ Анатолій Михайлович, Національна металургійна академія України, м. Дніпропетровськ, професор кафедри технологічного проектування

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор ЖУЧКОВ Сергій Михайлович, Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова Національної Академії наук України, м. Дніпропетровськ, заступник директора;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник ЛОБАНОВ Олександр Іванович, Державний науково-дослідний і конструкторсько-технологічний інститут трубної промисловості ім. Я.Ю. Осади, м.Дніпропетровськ, завідуючий лабораторією

Провідна установа:

Дніпродзержинський державний технічний університет, кафедра обробки металів тиском, Міністерство освіти і науки України, м. Дніпродзержинськ

Захист відбудеться "23" листопада 2004 р. о 12 30 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д08.084.02 Національної металургійної академії України за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна 4

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національної металургійної академії України за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна 4

Автореферат розісланий "11" жовтня 2004 р.

В.о. вченого секретаря спеціалізованої вченої ради С.І. Губенко

Загальна характеристика роботи

метиз волок деформація

Актуальність теми. В Україні виготовляється біля 400 тисяч тонн у рік метизних виробів, при випуску великої частини яких використовується сухе волочіння. Важливим технічним чинником, що обмежує розвиток виробництва, а також впровадження раціональних технологій волочіння є зношування волок.

Теорія зношування стосовно волочіння до наявної роботи не була розробленою. Відомі лише нечисленні відповідні емпіричні дослідження, які мають обмежене застосування тільки в умовах їх одержання. Суттєвим чинником також виступило недостатньо точне визначення температури та сумарних (деформаційних і термічних) напружень у волоці, а також урахування теплофізичних властивостей мастильного шару в осередку деформації, що помітно впливає на зношування інструменту. Внаслідок цього була теоретично невизначеною залежність зношування волок від їх геометрії, режиму деформації, швидкості та інших параметрів процесу волочіння. Такі обставини не дозволили апріорі визначити раціональні інтенсивні режими деформації металу з мінімізацією зношування волок, зокрема, в умовах підвищення тертя при механічному видаленні окалини у ході підготовки заготовки до волочіння. У результаті процес проектування та освоєння нових технологій, пов'язаних з волочінням, ставав дуже трудомістким та затратним.

Отже розробки, котрі присвячені теоретичному визначенню та мінімізації зношування волок, та реалізація на цій основі раціональних умов деформування металу при волочінні, є актуальними.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Виконання дисертаційної роботи пов'язане з тематичними планами наукових досліджень Національної металургійної академії України (НМетАУ). Дослідження виконані відповідно до Національної програми розвитку гірничо-металургійного комплексу України до 2010р., схваленою Кабінетом Міністрів від 11.03.96, і її подальшим коректуванням у 1999, 2002 р.р., а також згідно з тематикою держбюджетної науково-дослідної роботи кафедри технологічного проектування НМетАУ (ДР №0100U000769). Автор являлась виконавцем вказаної роботи.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи з'явився розвиток базових теоретичних положень з визначення закономірностей зношування волок при врахуванні впливу на нього параметрів процесу волочіння та розробка на основі цього технічних та технологічних заходів з підвищення ефективності виробництва.

Для досягнення поставленої мети були сформульовані такі задачі.

1. Проаналізувати науково-технічну літературу, присвячену зношуванню волок.

2. Удосконалити теоретичні уявлення з визначення контактної температури металу, що деформується, волоки, обойми та визначити характеристики зношування по довжині волочильного інструменту з урахуванням поточних значень опору металу деформації і напруження тертя, температурно-швидкісних умов процесу волочіння, довжини калібруючого паска, а також впливу теплоізолюючих та теплонагнічуючих властивостей шару мастила і втомних явищ на міцність матеріалу волоки. Оцінити адекватність розрахункових та експериментальних даних.

3. Провести теоретичне дослідження впливу основних параметрів процесу волочіння на характеристики зношування волок. Визначити закономірності і засоби зменшення інтенсивності зношування волочильного інструменту.

4. На підставі одержаних даних виконати розробку і провести дослідження пристрою, який дозволяє регулювати ефективність технологічного мастила, що впливає на зношування волок.

5. Розробити і впровадити раціональні режими деформації з мінімізацією зношування волок стосовно конкретних умов виробництва.

Об'єкт дослідження. Технологія сухого волочіння дроту.

Предмет дослідження. Закономірності зношування волок.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження базуються на фундаментальних положеннях теорій обробки металів тиском, зношування, теплопередачі. В експериментах використано сучасну тензометричну апаратуру. При обробці результатів експериментальних досліджень використано методи математичної статистики. Розрахунки виконано за допомогою комп'ютерної техніки останнього покоління. Використано високоточну масовимірювальну техніку, що пройшла державну повірку. Механічні властивості металу визначалися у результаті стандартних розривних випробувань. Коерцитивна сила вимірювалася за допомогою відомого методу залишкової намагніченості металу.

Наукова новизна. Наукову новизну мають наступні найбільш вагомі результати роботи.

1. Одержали розвиток теоретичні уявлення щодо формування температури дроту в осередку деформації в процесі волочіння.

Розробка відрізняється від відомих сумісним урахуванням поточних значень напруження тертя і опору металу деформації, що змінюються по довжині волоки, а також впливу її калібруючого паска. Це дало можливість уточнення епюри контактної температури дроту по довжині осередку деформації при волочінні і використання цих даних як граничних при визначенні температури волоки.

2. Одержали розвиток теоретичні уявлення щодо формування температури волоки та обойми.

Розробка відрізняється від відомих урахуванням сумісного впливу поточної температури дроту по довжині осередку деформації, теплоізолюючої та теплонагнічуючої здатності технологічного мастила. Це дало можливість уточнити епюру температури волоки та обойми по довжині осередку деформації, використовувати ці дані для розрахунку температурних напружень і характеристик зношування волок залежно від параметрів процесу волочіння.

3. Одержали розвиток теоретичні уявлення щодо рівня та розподілу напружень на контакті волоки з металом.

Розробка відрізняється від відомих урахуванням у присутності технологічного мастила наявності термічних напружень, які виникають у волоці при деформації дроту. Це дозволило надалі визначити характеристики зношування волоки.

4. Вперше для умов волочіння на основі термофлуктуаційної теорії розроблено теоретичні основи прогнозування розподілу по довжині осередку деформації характеристик зношування волок.

Розробка відрізняється тим, що враховує сумісний вплив на характеристики зношування сумарних (деформаційних і температурних) напружень у волоці, а також - температурний вплив і явища циклічного втомлювання при формуванні рівня міцності матеріалу волочильного інструменту. Це дозволяє визначити залежності характеристик зношування волок від чинників процесу та режим інтенсивного деформування металу, який забезпечує максимальну зносостійкість волок.

5. Вперше теоретично встановлено залежність впливу режиму тертя на розподіл характеристик зношування волоки по її довжині.

Раніше такі дослідження не проводилися. Це дозволило удосконалити волочильний інструмент із забезпеченням його максимальної зносостійкості за рахунок досягнення необхідного режиму тертя в осередку деформації.

6. Одержали розвиток дослідження явища знеміцнення сталі в процесі холодного волочіння.

Вони відрізняються тим, що одержані в умовах різноспрямованого волочіння сталі 65Г з великими і малими деформаціями після обробки катанки знакозмінним пружно-пластичним вигином в окалиновідламувачі. Це дозволило уточнити характеристики зношування волок і запроектувати раціональну технологію багатократного волочіння сталі з інтенсифікацією обтиснення та зменшенням кількості проміжних відпалів.

Практичне значення роботи. Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці технології сухого волочіння дроту із сталі 65Г діаметрами 11,8; 7,96; 6,5 мм та методики переходу від розрахункових значень інтенсивності зношування до прогнозування стійкості волок у виробничих умовах. Розроблено пристрій, що дозволяє регулювати режим тертя в осередку деформації. Пристрій захищений патентом України № 58916А.

Розроблені раціональні режими деформації впроваджено на ТОВ І.І. БаДМ “Дніпропетровський завод ланцюгів і електродів”, що дало можливість реалізувати технологію виготовлення дроту зі сталі 65Г для деталей механізмів при зниженні витрат у 1,5 рази в порівнянні з його купівлею (акт від 21.03.2002р.)

Корисними також є дослідження, що пов'язані з явищем знеміцнення сталі 65Г при її холодному волочінні зі знакозмінним вигином та подальшою різноспрямованою деформацією, котрі дали можливість цілеспрямованої інтенсифікації обтиснень та зменшення кількості проміжних термообробок при багаторазовому волочінні та мінімізації зношування волок.

Особистий внесок здобувача. Всі наукові результати, отримані в дисертації, базуються на дослідженнях, проведених автором. У процесі виконання роботи здобувач провела експериментальні та теоретичні дослідження, а також аналіз і узагальнення результатів. Публікації відображають дослідження, виконані автором.

Особистий внесок в сумісних публікаціях (згідно з переліком опублікованих робіт): 1 - проведено аналіз теплового балансу в осередку деформації, представлено розрахункову схему для визначення розподілу температури дроту по його довжині при волочінні; 2 - на підставі аналізу літературних даних розроблено алгоритм рішення актуальної науково-технічної задачі щодо оцінки зношування волок по довжині осередку деформації; 3 -теоретично визначена залежність розподілу характеристик зношування по довжині осередку деформації від параметрів процесу волочіння; 4 - визначено та використано в промислових умовах раціональні режими деформації сталі 65Г із забезпеченням максимальної зносостійкості волок; 5 - визначені суттєві відмінні ознаки пристрою для волочіння круглої заготовки і його раціональні геометричні параметри, що забезпечують необхідний режим тертя в осередку деформації; 6 - наведено дані про відомі гіпотези механізму зношування та тертя, чинники, що впливають на зношування інструменту; також наведено інформацію про виведені формули для розрахунку температурного поля і температурних напружень, що виникають у волоці в процесі волочіння.

Апробація результатів дисертації. Матеріали роботи докладалися і були обговорені на 4-th International Symposium of Croatia Metallurgical Society "Materials and Metallurgy" (Хорватія, 2002); на VI Міжнародній науково-технічній конференції "Пластична деформація металів" (Дніпропетровськ, 2002); на Міжнародній науково-технічній конференції "Нові досягнення і перспективи розвитку процесів і машин обробки тиском" (Краматорськ, 2003); на Об'єднаному науковому семінарі кафедри обробки металів тиском НМетАУ і прокатних відділів ІЧМ НАН України (Дніпропетровськ, 2003 та 2004 р.р.).

Публікації. Матеріали дисертації опубліковані в 4 статтях у спеціалізованих виданнях, додатково освітлені в 1 деклараційному патенті України і 1 короткому повідомленні в збірнику, опублікованому за матеріалами конференції.

Структура дисертації. Робота складається з вступу, 5 розділів і висновків. Вона викладена на 162 сторінках, містить: таблиць - 5, рисунків - 54, список використаних джерел з 116 найменувань, додатків -1.

Основний зміст роботи

У вступі приведено загальну характеристику проблем, пов'язаних із стійкістю волочильного інструменту, обгрунтовано актуальність, сформульовано мету і задачі досліджень, освітлено наукову новизну і практичну цінність одержаних результатів.

У першому розділі наведено огляд літературних джерел щодо питань технології процесу волочіння, волок, технологічного мастила, теорії та практики зношування. Цими проблемами займалось чимало вчених, таких, як Ю.Г. Коковіхін, А.М. Должанський, Ю.С. Зиков, В.О. Ніколаєв, І.В. Крагельский, Б.І. Костецький та ін.

Визначено, фактори процесу волочіння, які впливають на зношування волок. Показана необхідність удосконалення існуючих підходів в теорії зношування стосовно волочіння. На підставі аналізу літературних даних зафіксовано етапи рішення актуальної науково-технічної задачі оцінки зношування волок. Вони включають: уточнення епюри температури дроту по довжині осередку деформації на контакті з волокою, розрахунок температур волоки та обойми, визначення термічних, а потім і сумарних контактних напружень по довжині волоки, оцінку характеристик її зношування. Надалі ці результати необхідні для визначення раціональних умов волочіння, що забезпечують мінімізацію зношування волок по довжині осередку деформації та їх максимальну зносостійкість при підвищенні інтенсивності режимів деформації металу.

Другий розділ. Відповідно до вказаних вище етапів рішення задачі оцінки зношування волоки по її довжині проведено аналіз тепловиділень в дроті під час його деформування з сумісним урахуванням поточних значень опору металу деформації і напруження тертя, температурно-швидкісних умов процесу волочіння, а також - довжини калібруючого паска.

При розрахунку температури дроту прийнято гіпотезу плоских перетинів і припущення, що теплопередача відбувається тільки в радіальному напрямку. Для зручності аналізу осередок деформації умовно розділили на 10 рівних по довжині ділянок.

В основу аналізу покладено рівняння теплового балансу, яке для довільного перетину металу з безрозмірною координатою l має вигляд:

, (1)

де , , - тепловиділення в металі від роботи пластичної деформації, зовнішнього і внутрішнього тертя відповідно; - коефіцієнт розподілу тепла між металом і волокою.

Визначено, що величина може бути розрахована за формулою:

, (2)

де коефіцієнт виходу тепла; - діаметр заготовки; - діаметр дроту; - поточний коефіцієнт витягування в перетині ; - опір металу деформації в перетині ; - приведений напівкут волоки у радіанах. За даними І.Л.Перліна:

; (3)

- довжина калібруючого паска.

Тепло, еквівалентне роботі контактного тертя, визначено таким виразом:

, (4)

де ; - коефіцієнт тертя.

Тепло, яке виділяється в металі в результаті внутрішнього тертя від перетину входу в осередок деформації до перетину з координатою l, розраховували по формулі:

. (5)

Крім рівняння (1) величину можна визначити також виразом:

, (6)

де - маса металу, що деформується, від перетину входу в осередок деформації до перетину l:

; (7)

- густина металу; - теплоємність металу; - зміна температури дроту в перетині l відносно перетину входу в осередок деформації.

При спільному рішенні рівнянь (1) і (6) з урахуванням проміжних виразів визначено зміну приросту температури по довжині осередку деформації. Для врахування впливу температури та швидкості волочіння на опір металу деформації при розрахунках розподілу температури дроту використано температурно-швидкісний коефіцієнт у відповідності з роботами Сигалова Ю.Б.:

, (8)

, (9)

де - сумарний коефіцієнт витягування; поточний діаметр дроту ; , - початкова та поточна межа текучості металу; - коефіцієнт його зміцнення, МПа;

Результати розрахунків температури поверхні дроту по довжині робочої зони волоки для умов волочіння: початкова межа текучості металу (заготовки) 1200 МПа; початкова температура 20°C; діаметр заготовки 6,510-3 м; коефіцієнт тертя 0,1; напівкут конусності волоки 0,1 радіан; швидкість волочіння 1 м/с, коефіцієнт витягування 1,1…1,5.

Аналіз результатів показав, що врахування температурно-швидкісного чинника може приводити до збільшення середньої розрахункової температури металу на 10…30%.

Оцінку адекватності представленої методики визначення температури дроту по довжині осередку деформації проведено шляхом порівняння теоретичної температури дроту на виході з осередку деформації, з експериментальними даними здобувача і інших авторів, а також з розрахунковими результатами, що одержані по одній з кращих відомих раніше формул, виведеної Тарнавським А.Л. Аналіз виявив, що розроблена методика для розрахунку температури дроту дає задовільний збіг з експериментальними вимірами. При цьому середня похибка складає близько 12%, а максимальне відхилення - 20 %. У той же час розрахунок за формулою Тарнавського А.Л. дав середню похибку близько 15 %, а максимальне відхилення до 30 %.

Температура дроту визначає температуру волоки та обойми.

При розрахунку температурного поля інструменту також прийнято гіпотезу плоских перетинів і додатково наступні припущення: температура внутрішньої поверхні волоки в першому перетині (у перетині входу в осередок деформації) дорівнює відповідній температурі мастила, де конкретний розрахунок параметрів мастильного шару реалізується за даними досліджень Должанського А.М. Надалі температура поверхні волоки приймалася рівною температурі дроту у відповідних перетинах. При цьому враховано, що температура волоки в першому перетині зменшується до рівня не більш 1,01 на відстані від входу в осередок деформації, яке для реальних умов волочіння значно менше 0,1:

, (10)

де - коефіцієнт температуропровідності; - швидкість заготовки на вході в волоку.

Радіальний тепловий потік для довільної координати l, який передається в одиницю часу від внутрішньої поверхні волоки до зовнішньої поверхні обойми, що омивається охолоджуючою водою, визначено:

, (11)

де - лінійний коефіцієнт тепловіддачі:

; (12)

- зовнішній діаметр волоки; - зовнішній діаметр обойми; , , - коефіцієнт теплопровідності матеріалу обойми, волоки та технологічного мастила відповідно; коефіцієнт тепловіддачі мастила до матеріалу волоки: ; коефіцієнт тепловіддачі від матеріалу обойми до повітря: ; - поточна товщина шару мастила в осередку деформації.

Тоді розподіл зовнішньої температури волоки по довжині деформаційної зони визначається так:

. (13)

Аналогічно розподіл температури зовнішньої поверхні обойми по довжині осередку деформації розраховували по формулі:

. (14)

Результати розрахунків температури внутрішньої поверхні волоки для вищевказаних умов.

Наведені дані свідчать про те, що найбільші значення температура поверхні волоки має в першому перетині осередку деформації.

Перевірку адекватності цих розрахунків проведено шляхом порівняння одержаних результатів з експериментальними і теоретичними дослідженнями Пальмова Є.В., Мосєєва В.Ф., Рейнджа А. Аналіз виявив задовільну збіжність цих даних. При цьому встановлено збільшення точності теоретичного визначення максимальної температури волоки на ~15%. Суттєвим є також те, що нова методика дозволяє визначити температуру волоки і обойми по довжині осередку деформації при спільному врахуванні теплонагнічуючої та теплоізолюючої здатності технологічного мастила, а також температурно-швидкісного впливу на опір металу деформації.

Епюру максимальних сумарних напружень на внутрішній поверхні волоки у напрямку вісі волочіння визначено згідно з принципом суперпозиції у межах максимальної оцінки за формулою:

, (15)

де

; (16)

; (17)

- напруження внаслідок формозмінення металу (в першому приближенні прийнято, що це напруження тертя, яке визначається за законом Амонтона-Кулона (16); - тиск на контакті в перетині ; - продольні температурні напруження на контакті волоки з металом, що деформується; - коефіцієнт лінійного розширення матеріалу волоки; - середня і в довільному перетині температура поверхні волоки відповідно; - модуль пружності; =0,18 - Пуасоново відношення для матеріалу волоки ВК6.

Як приклад, для описаних вище умов волочіння на рис. 3 представлено епюру сумарних нипружень. Ці дані показали, що максимум сумарних напружень має місце на вході в осередок деформації, що підтверджується переважним зношуванням волок в цій зоні. Мінімум сумарних нипружень спостерігається при , причому із збільшенням коефіцієнта витягування є тенденція зміщення цього мінімуму к виходу з деформаційної зони.

Одержані дані використано для оцінки інтенсивності зношування волочильного інструменту по його довжині. При цьому величину інтенсивності зношування визначено у залежності від відношення навантаження на контактну поверхню волоки до міцностних властивостей її матеріалу з урахуванням втомних явищ і температури волоки:

~, (18)

де - енергія активації процесу руйнування; - коефіцієнт впливу температури на міцність матеріалу волоки; ; , град-1; =0,288 - межа втомленості на зсув матеріалу волоки; - межа міцності матеріалу волоки; - температура, К; =8,31696 Дж/(Кмоль) - універсальна газова константа.

Тестові розрахунки показали, що відсутність врахування втомних і температурних явищ занижує розрахункову величину інтенсивності зношування на 20…60%.

У зв'язку зі складністю визначення величини енергія активації процесу руйнування представлений вираз лише якісно відображає фактичну інтенсивність зношування робочої зони волоки (на це вказує знак “~” в формулі (18)). Проте, враховуючи нестабільність виробничих чинників, які супроводжують експлуатацію волок, розрахункову величину інтенсивності зношування по формулі (18) можна використовувати для порівняння, аналізу та визначення раціональних умов волочіння за вказаними критеріями. У зв'язку з цим надалі величину інтенсивності зношування називатиме “інтенсивністю зношування”.

На підставі одержаних даних створено комп'ютерну програму для оцінки температур дроту, волоки, обойми, сумарних напружень на контакті і характеристик зношування волоки по довжині осередку деформації.

У третьому розділі дисертаційної роботи на підставі розробленої методики проведено теоретичні дослідження впливу основних параметрів процесу волочіння: напівкута конусності волоки, коефіцієнта витягування, початкової температури заготовки, швидкості волочіння, показника режиму тертя, коефіцієнта тертя для сталі 65Г діаметром 6,5; 7,96; 11,8 мм і сталі 0М діаметром 6,5мм на середню по довжині осередку деформації середню величину інтенсивності зношування. Вона зіставлена з максимальною відносною величиною цього параметра. Для вихідних даних, що наведені вище, результати розрахунків представлені на рис. 4, а. При цьому середня величина інтенсивності зношування і максимальна відносна величина визначаються по формулах:

; (19)

де

; (20)

- максимальне по довжині волоки значення інтенсивності зношування.

Крім того, представлено розрахункові залежності тягових напружень, що були обчислені за формулою А.А. Дінника, і коефіцієнта запасу міцності при волочінні. Типові дані відображені на рис. 4, б.

Аналіз показав, що наведені залежності носять, здебільшого, аналогічний характер для різних марок сталі і діаметрів дроту. Виявлено також, що при значеннях оптимального напівкута волоки, який забезпечує мінімальний рівень напруження волочіння, виходять близькі до мінімуму величини інтенсивності зношування. При напівкуті волоки меньшому оптимального різко збільшується середня величина інтенсивності зношування; при напівкуті волоки більшому оптимального - середня величина інтенсивності зношування збільшується незначно. Зміна напружень волочіння при відхиленні напівкута від оптимального значення - протилежна. Встановлено також, що при цьому коефіцієнт запасу міцності, зокрема, при оптимальному напівкуті волоки дозволяє виявити умови безобривного волочіння. Максимальне відносне відхилення інтенсивності зношування при збільшенні напівкута конусності волоки змінюється мало.

Встановлено істотну залежність характеристик зношування волоки від показника режиму тертя. У зв'язку з цим визначено шляхи вдосконалення пристроїв для регулювання кількості сухого мастила в осередку деформації.

Розрахунки для інших конкретних умов волочіння, які наведено в дисертації, можуть служити основою для вибору раціональних значень технологічних параметрів процесу.

У четвертому розділі наведено дані про вдосконалений пристрій для волочіння круглої заготовки, який дозволяє регулювати режим тертя в осередку деформації за допомогою підведення або відведення технологічного мастила конічним шнеком з вісьовим отвором.

Проведено лабораторні випробування пристрою. В процесі випробувань вимірювались зусилля волочіння і кількість мастила на зразках дроту, визначався режим тертя та розрахункові значення інтенсивності зношування волоки. Виявлено, зокрема, що при використанні пристрою в режимі нагнітання технологічного мастила зусилля волочіння знижується на 3...9%, а кількість мастила в осередку деформації збільшується в 1,1...2,4 рази, досягається сприятливе регулювання режиму тертя з показником режиму тертя 0,75…3,3 замість 0,6…1,3 без пристрою. При цьому інтенсивність зношування зменшується на 15...55% .

Розроблений пристрій рекомендовано для впровадження на метизних заводах при сухому волочінні круглого дроту. Його конструкцію захищено патентом України № 58916А.

У п'ятому розділі для можливості використання одержаних в третьому розділі даних в виробничій практиці розроблено методику переходу від розрахункових значень інтенсивності зношування до прогнозованої стійкості волок у відповідності з експериментальними даними Пісарева Ю.Г. при варіюванні параметрів процесу волочіння (швидкість, коефіцієнт витягування, напівкут волоки та ін.). Такі залежності при необхідності можна отримати і для інших параметрів процесу.

Перехідний показник визначили співвідношенням:

, (21)

де - експериментальна інтенсивність зношування.

Для умов волочіння низьковуглецевої сталі діаметром 6,5 мм виведено формулу експериментальної інтенсивністі зношування:

, (22)

де - стійкість волок, т/шт.

Одержано кореляційну залежність перехідного показника від параметрів процесу волочіння з коефіцієнтом лінійної кореляції 0,96 при імовірності 0,95:

. (23)

У роботі наведено дані щодо визначення раціональних режимів деформації з точки зору мінімізації інтенсивності зношування волок стосовно умов виробництва “Дніпропетровського заводу ланцюгів та електродів”. Зокрема, розроблено рекомендації щодо маршрутів деформації катанки зі сталі 65Г діаметром 12 мм. При цьому враховано реальні умови волочіння (механічне видалення окалини, необхідність проміжних відпалів металу). Внаслідок цього спершу були рекомендовані значення коефіцієнту витягування 1,15...1,3.

В процесі промислової перевірки рекомендацій виявлено знеміцнення металу при різноспрямованій деформації після роликового окалиновідламувача. Тому з метою виявлення умов та рівня прояву ефекту знеміцнення при деформуванні дроту додатково виконано лабораторні дослідження сумісного впливу ступеня деформації і спрямованості волочіння після знакозмінного вигину для відпаленої сталі 65Г діаметром 8 мм на її механічні властивості. Результати досліджень виявили можливість такого знеміцнення. Вони узгоджуються з відповідними даними, що відображені в роботах Гуля Ю.П., Пірогова В.А., Бабіча В.К., Сафонова В.Н., Вакуленко І.О. та ін. Одержані результати використано при уточненні залежності інтенсивності зношування волок від параметрів процесу волочіння. Зокрема, показано що зі зменшенням коефіцієнту зміцнення сталі (до 0) інтенсивність зношування знижується (приблизно у 2 рази) також, як і сила волочіння. У зв'язку з цим для конкретних умов підприємства рекомендовано збільшити коефіцієнти витягування при волочінні до 1,3…1,5 зі збереженням значень інтенсивності зношування на тому ж рівні. Крім того, зменшено кількість проміжних відпалів металу до 1...2 (замість 3...4).

На підставі подальших успішних промислових випробувань підприємством ТОВ І.І. БаДМ "Дніпропетровський завод ланцюгів і електродів" впроваджено технологію переробки гарячекатаної круглої сталі 65Г за допомогою волочіння з раціональними інтенсивними режимами деформації та мінімізацією зношування волок (акт від 21.03.2002г.). Це дало можливість знизити витрати на одержання дроту в 1,5 рази у порівнянні з його купівлею на стороні.

Висновки

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення науково-технічної задачі, яка полягає в виявленні закономірностей зношування в залежності від параметрів процесу волочіння та розробці на основі цього раціональної технології волочіння з мінімізацією зношування волок.

1. Аналіз технічної літератури показав, що розробка інтенсивних режимів деформації з мінімізацією зношування волок є актуальною задачею. Визначено етапи рішення цієї задачі.

2. Одержали розвиток теоретичні уявлення з визначення розподілу температури дроту в процесі волочіння при сумісному врахуванні впливу поточних значень напружень тертя і опору металу деформації по довжині волоки, а також температурно-швидкісних умов процесу волочіння та калібруючого паска. Одержані результати розрахунків краще відповідають експериментальним даним (середнє відхилення 12%, максимальне 20%), ніж за методикою Тарнавського А.Л. (15% і 30% відповідно).

3. Одержали розвиток теоретичні уявлення з формування температури волоки в процесі волочіння при сумісному врахуванні впливу епюри температури дроту, теплоізолюючої та теплонагнічюючої здатності технологічного мастила. Одержані результати розрахунків краще відповідають експериментальним даним (середнє відхилення 8%, максимальне 25%), ніж відомі раніше (10% і 40% відповідно).

4. Одержало розвиток теоретичне визначення технологічних навантажень на волоку по її довжині за рахунок сумісного врахування термічних напружень і напруження формозмінення у присутності мастила, які виникають на контакті волоки з металом внаслідок температурно-швидкісних і силових умов волочіння.

5. Вперше для умов волочіння на основі термофлуктуаційної теорії розроблено теоретичні основи прогнозування розподілу по довжині осередку деформації характеристик зношування волок з урахуванням сумісного впливу сумарних напружень у волоці, температурних і втомних явищ при формуванні рівня міцності матеріалу волочильного інструменту на характеристики його зношування. Тестовими розрахунками показано, що відсутність врахування втомних і температурних явищ занижує розрахункову величину інтенсивності зношування на 20…60%.

6. Вперше встановлено залежність впливу режиму тертя на характеристики зношування волок. Визначено напрями вдосконалення волочильного інструменту, який забезпечує регулювання режиму тертя в осередку деформації. На основі цих розробок виготовлений і випробуваний в лабораторних умовах пристрій для волочіння круглої заготовки (патент України № 58916А). Випробування пристрою показали його ефективність: при його роботі в результаті нагнітання технологічного мастила зусилля волочіння в умовах проведення досліджень знижувалось на 5...9%, а кількість мастила в осередку деформації збільшувалось у 1,1...2,4 рази, інтенсивність зношування зменшилась на 15...55% в порівнянні з волочінням без пристрою.

7. Експериментально виявлено, що при різноспрямованому волочінні сталі 65Г після її знакозмінного пружньо-пластичного вигину в окалиновідламувачі спостерігається аномальне зміцнення (знеміцнення) металу.

8. Вперше для умов знеміцнення сталі 65Г при деформуванні одержано залежності впливу параметрів процесу волочіння на характеристики зношування волок. Це дозволило визначити раціональні умови волочіння з точки зору підвищення рівномірності зношування волок по довжині осередку деформації і мінімізації його інтенсивності.

9. Розроблено методику переходу від розрахункових значень інтенсивності зношування до прогнозованої стійкості волок у виробничих умовах при варіюванні параметрів процесу волочіння.

10. З урахуванням розробок з визначення характеристик зношування волок запропоновано технологію інтенсивного багатократного волочіння сталі 65Г з мінімізацією кількості проміжних відпалів металу та збільшенням стійкості волок. Технологія використовується при переробці круглої катаної сталі 65Г діаметром 12 мм волочінням на ТОВ І.І. БаДМ "Дніпропетровський завод ланцюгів і електродів" (акт від 21.03.2002 р.). У 1,5 рази знижено витрати на одержання дроту у порівнянні з його купівлею на стороні.

Основний зміст дисертації опублікований у роботах

1. Должанский А.М., Голобурда Ю.В., Нарыкин И.Н. Определение температуры проволоки при волочении // Тематичний збірник наукових праць “Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні”. - Краматорськ: Донбаська машинобудівна академія, 2003. - С. 121-124.

2. Должанский А.М., Голобурда Ю.В., Гончаров Ю.В. Теоретическое определение износа волок. Сообщение 1 // Теория и практика металлургии. - 2003. - № 5-6.- С. 88-91.

3. Должанский А.М., Голобурда Ю.В. Теоретическое определение износа волок. Сообщение 2 // Теория и практика металлургии. - 2004. - №2.- С. 36-40.

4. Должанский А.М., Ломов И.Н., Голобурда Ю.В., Соколов В.В., Мельник В.Д. Освоение волочения заготовки из стали 65Г для валиков цепей // Металлургическая и горнорудная промышленность.- 2002.- №4.- С. 48.

Додатково одержані результати відображено у роботах:

5. Патент 58916А, Україна, МКВ В21С 3/00. Пристрій для волочіння круглої заготовки / А.М.Должанський, Ю.В. Голобурда, І.М. Ломов. - 2002119301. - Заявлено 22.11.2002. - Опубл. 15.08.2003. Бюл. № 8.

6. Dolgansky A., Goloburda U. Increase of Dies Stability and the Path of Thermal Stresses Abatement at Wire Drawing // Metalurgija.- 2002. - Vol. 41, № 3. - P. 258.

АНОТАЦІЯ

Голобурда Ю.В. Розвиток наукових основ розробки і впровадження раціональних режимів волочіння з мінімізацією зношування волок. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.05 - Процеси та машини обробки тиском. - Національна металургійна академія України, Дніпропетровськ, 2004.

Дисертація присвячена розвитку наукових основ і впровадженню раціональних режимів волочіння з мінімізацією зношування волок. Виконано аналіз існуючого стану теорії і практики визначення зношування за даними науково-технічної літератури. Визначено шляхи рішення актуальної науково-технічної задачі оцінки зношування волоки.

У роботі вперше для умов волочіння на основі термофлуктуаційної теорії розроблено теоретичні підходи до прогнозування розподілу по довжині осередку деформації характеристик зношування волок в залежності від параметрів процесу волочіння. Проведено відповідні теоретичні дослідження. Розроблено раціональний режим інтенсивної деформації сталі 65Г з точки зору мінімізації зношування волок. При освоєнні раціональних режимів у виробництві виявлено явище знеміцнення сталі, що пов'язано з різноспрямованим холодним волочінням після пружньо-пластичної попередньої деформації в окалиновідламувачі. З урахуванням теоретичних розробок впроваджено у виробництво енергозберігаючу технологію багатократного волочіння вказаної сталі з мінімізацією кількості проміжних відпалів та інтенсивності зношування волок.

Виготовлено і випробувано пристрій для волочіння круглої заготовки, який дає можливість регулювати режим тертя при сухому волочінні дроту та, як наслідок, - зносостійкість волок.

Ключові слова: волочіння, осередок деформації, температура, напруження, технологічне мастило, інтенсивність зношування, стійкість волок.АННОТАЦИЯ

Голобурда Ю.В. Развитие научных основ разработки и внедрение рациональных режимов волочения с минимизацией износа волок. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.05 - Процессы и машины обработки давлением. - Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск, 2004.

Диссертация посвящена развитию научных основ и внедрению рациональных режимов волочения с минимизацией износа волок. Выполнен анализ существующего состояния теории и практики определения износа по данным научно-технической литературы. Определены пути решения актуальной научно-технической задачи оценки износа волоки по длине очага деформации.

В работе получили развитие теоретические представления о формировании контактной температуры проволоки, внутренней и внешней поверхности волоки и обоймы по длине очага деформации при волочении. Усовершенствована теория определения максимальных суммарных напряжений по ее длине.

В работе впервые для условий волочения на основе термофлуктуационной теории разработаны теоретические подходы к прогнозированию распределения по длине очага деформации характеристик износа волочильного инструмента в зависимости от параметров процесса волочения. Проведены соответствующие теоретические исследования.

Разработан рациональный режим деформации стали 65Г с точки зрения минимизации износа волок.

При освоении рациональных режимов в производстве выявлено явление разупрочнения стали 65Г в условиях ее разнонаправленного холодного волочения после упруго-пластической деформации в окалиноломателе.

С учетом теоретических разработок внедрена в производство энергосберегающая технология многократного волочения указанной стали с минимизацией количества промежуточных отжигов и интенсивности износа волок.

Впервые установлена зависимость влияния режима трения на распределение характеристик износа волочильного инструмента по длине очага деформации. Это позволило определить пути усовершенствования волочильного инструмента, что обеспечило его максимальную износостойкость за счет достижения необходимого режима трения в очаге деформации.

Изготовлено и испытанно улучшенное устройство для волочения круглой заготовки, которое дает возможность регулировать режим трения при сухом волочении проволоки и, как следствие, - износостойкость волок.

Ключевые слова: волочение, очаг деформации, температура, напряжения, технологическая смазка, интенсивность износа, стойкость волок.

SUMMARY

Goloburda Y.V. Scientific basics development of elaboration and introduction of drawing rational modes with dies wear minimization. - Manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of technical sciences on speciality 05.03.05 - Processes and Machines for Metal Forming. - National metallurgical academy of Ukraine, Dnepropetrovsk, 2004.

This thesis is dedicated to development of the scientific basics and introduction of rational modes of drawing with dies wear minimization. The analysis of existing condition of the theory and practice of wearing under the data of scientific-technical literature is executed. The solution ways of actual scientific-technical task to estimate reducing dies wearing are determined.

In this work for the first time for the conditions of drawing on basis of termofluktuation theory theoretical to prognosis of spreading lengthwise the deformation source the features of reducing dies wearing are developed depending on parameters of process of a draw. Appropriate theoretical research is conducted. The rational mode of steel 65G deformation is designed from the point of view of reducing dies wear minimization. Upon the rational modes during the manufacture were developing, the phenomenon of steel softening was revealed that was connected with different direction cold draw after elasto-plastic preliminary deformation and the process of mechanical descaling in the drossbreaker. In consideration of technology of repeated drawing of the indicated steel with minimization of number of intermediate annealings and intensity of dies wearing was implemented into the manufacture.

The device for drawing of round bar is made and tested that enables to regulate a mode of friction.

Keywords: drawing, deformation zone, temperature, stress pressure, technological lubrication, intensity of wearing, stability of a wire-drawing instrument.

Размещено на Allbest.ru

...