Совершенствование технологии волочения длинномерных осесимметричных композиционных электропроводников

Результаты расчета показывают, что в очаге деформации величина при =0,05 не превышает 150⁰С при волочении меди и 400⁰С при волочении никеля. С ростом до 0,2 величина достигает 1400 ⁰С для никелевой проволоки и 1750 ⁰С для молибденовой проволоки.

Из анализа полученных результатов следует, что снижения можно добиться за счет улучшения условий трения путем перехода от режима трения ГРТ к режиму СРТ или ГДРТ.

В шестой главе предложена методика расчета коэффициента трения при волочении в режиме СРТ, проведен анализ влияние охлаждения на нагнетающую способность напорных элементов волочильного инструмента, рассмотрены практические конструкции для реализации режимов трения СРТ или ГДРТ и опыт волочения тонких проволок с применением с использованием вязкой смазки и напорных элементов.

Оценка коэффициента трения с использованием понятия опорной кривой профиля поверхности и модели контакта шероховатой поверхности деформируемого металла с идеально гладкой поверхностью инструмента, показывает, что коэффициент трения в режиме СРТ можно определить по формуле

,                                           (13)

где - коэффициент трения в режиме ГРТ; - толщина слоя смазки на входе в очаг деформации зависящая от геометрии канала волочильного инструмента и реологических свойств смазки; - высота микронеровностей поверхности заготовки.

Рис.8. Схема течения смазки в канале произвольной формы

Решение уравнений стационарного осесимметричного течения вязкой несжимаемой жидкости в канале произвольной формы (рис.8) с учетом условия начала пластической деформации заготовки на входе в очаг деформации - , позволяет получить уравнения для вычисления при использовании сборного волочильного инструмента:

для смазок с постоянной вязкостью

;                                (14)

для смазок с вязкостью, зависящей от давления

,                            (15)

где ; ; ; ( ); ; ; ,  ; - длина напорной трубки; ; - внутренний радиус канала напорной трубки; - радиус заготовки на входе в очаг деформации.

Решение интегрального уравнения (15) можно получить, используя процедуру поиска минимума квадратичной функции ( )

.

Интеграл в этом уравнении определяется численно. Аналогично получается решение уравнения (13).

Оценку эффективности мероприятий по улучшению условий трения проводим по показателю

,            =0÷1.                 (16)

Уравнение (16) совместно с (14) и (15) позволяет решить две задачи:

1. Определить геометрию канала сборного волочильного инструмента для обеспечения режима СРТ, когда ;

2. Оценить степень  улучшения условий трения при  заданных параметрах процесса  волочения, характеристиках смазки  и геометрических параметрах  сборного волочильного инструмента.

При проектировании сборного волочильного инструмента необходимо учитывать диссипативный разогрев смазки в канале напорных элементов. Общее количество выделившегося тепла определяется ; - осевая составляющая скорости течения смазки.

Рис.9. Расчетная схема двухслойного течения смазки в канале напорной трубки: 1 – входящий слой смазки; 2 – отходящий слой смазки; 3 – проволока

Давление, развиваемое напорной трубкой равно (рис.9)

(17)

где ; ; ;   .

; , , , , , - температура, вязкость и расход входящего и возвратного потоков смазки.

При охлаждении напорной трубки радиус границы потоков изменяется так, чтобы выполнялось условие , и может быть определен из условия минимума энергии диссипации .

Расчеты показывают, что с повышение вязкости смазки в возвратном потоке, то есть при уменьшении отношения , давление, развиваемое трубкой-насадкой, возрастает. Следовательно, охлаждение напорных элементов является эффективной мерой повышения их напорных характеристик.

Практика  волочения композиционной проволоки  в режиме СРТ

Работа по оценке эффективности применения режима СРТ проводилась при волочении биметаллической медной никелированной проволоки по маршруту 0,26-0,227-0,210-0,194-0,165-0,150 и осуществлялась в несколько этапов:

1. Волочение без напорных элементов для выявления эффективности замены граничной смазки на вязкую смазку.
2. Волочение с использованием вязкой смазки и напорной волоки.
3. Волочение с использованием вязкой смазки и напорных трубок-насадок.

Эффективность изменения режима трения определялась следующими критериями:

а). Возможностью изготовления единичного отрезка максимальной длины.

б). Скоростью выхода диаметра готовой проволоки из поля допуска (+0,008 мм).

в). Сплошностью и отслоением покрытия.

г). Уровнем пластических свойств готовой проволоки.

д). Дефектностью канала волок.

е). Величиной показателя .

Волочение в режиме ГРТ с использованием мыльной эмульсии

Более 10% образцов не выдерживали  испытаний на отслоение и сплошность покрытия. Осмотр канала волок маршрута показал наличие заметного кольцевого износа и выкрашивание поверхности, ромбовидность огранки калибрующих  отверстий волок, вызванная анизотропией свойств кристалла природного алмаза.

Зависимость изменения диаметра выходной волоки от протянутой массы проволоки m выходной волоки имеет вид , мм.

Результаты механических испытаний образцов проволоки приведены на рисунке 10а.

а	б	в
Рис. 10 Механическая прочность образцов: а – волочение на мыльной эмульсии; б – волочение на минеральном масле без напорных элементов; в – волочение с трубками-насадками

 

Рис. 11. Общий вид (а) и схема приспособления (б) для волочения: 1 – стакан; 2 – крышка; 3 - твердосплавный вкладыш; 4 – обойма; 5 - волока; 6 – прокладка; 7 - выходное отверстие; 8 – проволока; 9 - фланец; 10- крепежный винт; 11 – фланец волокодержателя; 12 – трубка подачи смазки; 13 – заправочная емкость; 14 - заглушка

 

Волочение с использованием минерального масла И-20А

Использовалось приспособление, показанное на рисунке 11.

Все образцы выдержали  испытание на сплошность и отслоение покрытия. Осмотр канала волок показал, что кольцевой износ волок существенно уменьшился. Профиль калибрующего отверстия имеет более округлый вид, что свидетельствует о снижении анизотропии коэффициента трения.

Зависимость имеет вид: , мм. Пластические свойства проволоки выше, чем при волочении в режиме ГРТ (рис.10б).

Оценка величины коэффициента трения

Оценка коэффициента трения проводилась для следующих условий смазки:

1. Сухое трение: волочение без смазки.
2. Смазка мыльной эмульсией.
3. Смазка минеральным маслом.

Усилие волочения , необходимое для расчета , измерялось с помощью силоизмерителя, устанавливаемого на стенке штатного волокодержателя (рис.12).

Рис.12. Общий вид и схема прибора: 1 - консоль; 2 -стрелочный индикатор; 3 – опорная чашка; 4 - шток; 5 – чашка; 6 – волока; 7 – пружина; 8 – ось; 9 – скоба; 10 – винты; 11 - волкодержатель

Результаты расчета  по формулам для напряжения волочения, полученным в главе 3, с учетом упрочнения металла и формы канала волоки, показывают, что при использовании минерального масла И-20А коэффициент трения имеет значение в 0,034, при волочении на мыльной эмульсии – 0,068÷0,087, а при сухом трении величина в момент обрыва проволоки достигала значений более 0,3÷0,4.

Волочение с использованием напорных элементов

Для подачи смазки были разработаны конструкции сборной волоки (рис.13) и волокодержателя, устанавливаемого на волочильную машину вместо штатного.

Рис.13. Схема волочения и конструкция сборной волоки: 1- корпус; 2 – напорная волока; 3,4 – прокладки; 5 - крышка

Все образцы выдержали  испытание на сплошность и отслоение  покрытия. Визуальный осмотр шлифы проволоки и канала волок показали, что износ волок в радиальном направлении более равномерный, а кольцевой износ отсутствует.

Зависимость имеет вид: , мм, то есть скорость износа уменьшилась в 3,45 раза по сравнению с волочением на эмульсии.

Расчет показателя показал, что реализуется режим СРТ и коэффициент трения снижается на 10-50%, по сравнению с режимом ГРТ.

Волочение с напорными трубками

Для волочения была разработана конструкция напорных трубок и  изготовлены напорные трубки с диаметром канала 0,5 мм, 0,3 мм, 0,2 мм, длиной 40 мм, 35 мм и 30 мм, соответственно (рис.14).

Рис. 14. Конструкция напорных трубок: а - 1 - корпус; 2 - твердосплавный вкладыш; 3 - капиллярная трубка; 4 –уплотнение; б – 1- корпус; 2 – винт; 3 - прокладка; 4 - муфта

Все образцы выдержали  испытание на сплошность и отслоение  покрытия.

Интенсивность износа  на первом этапе  и описывается зависимостью , мм, что ~50 раз меньше по сравнению с волочением на мыльной эмульсии. Однако опыт волочения с напорной трубкой показал, что необходима тщательная герметизация стыка между рабочей волокой и напорной трубкой при перезаправках машины.

Изучение шлифов проволоки свидетельствуют о равномерном износе волок в радиальном направлении. Пластические свойства проволоки выше, чем при волочении на мыльной эмульсии и волочении на минеральном масле через одинарную волоку (рис.10в).

Расчет показал, что реализуется режим СРТ, а на последнем переходе при использовании напорной трубки с диаметром канала 0,2 мм реализуется режим трения близкий к ГДРТ.

Заключение

Совокупность положений, вынесенных на защиту, и результатов, полученных в диссертационной работе, позволяют квалифицировать их как  научно обоснованные технические и технологические решения, вносящие значительный вклад в экономику страны, заключающиеся в совершенствовании технологии волочения длинномерных осесимметричных композиционных электропроводников. 

Исследования, выполненные  в рамках диссертационной работы, позволили получить следующие результаты и выводы:

1. Для проектирования  маршрута многопереходного волочения  длинномерных осесимметричных композиционных (слоистых) заготовок предложен критериальный  подход, позволяющий управлять уровнем дефектности и исключающий разрушение деформируемых изделий. Анализ существующих критериев разрушения и поврежденности позволил сформулировать требования к упруго и пластически деформируемому  тела, основным из которых является возможность их определения путем использования стандартных механических характеристик и .

Критериальный подход базируется на условии (критерии) безобрывности  переднего конца заготовки и  технологическом критерии поврежденности, учитывающих влияние напряженного состояния заготовки в канале волоки очаге и на выходе из него и изменение пластических и прочностных свойств металла заготовки  при пластической деформации.

2. Для получения определяющих  соотношений условия безобрывности,  в отличие от традиционных условий, основанных на понятии коэффициента запаса, определяемого опытным путем, использованы положения линейной механики разрушения и энергетический эквивалент силового критерия трещиностойкости , учитывающий изменение структурного и энергетического состояния металла при пластической деформации. Величина определяется с помощью стандартных механических характеристик прочности и пластичности - и . Упрочнение металла при пластической деформации ведет к уменьшению и снижению трещиностойкости металла.