Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Магнитогорский государственный технический университет

им. Г.И.Носова» 

Кафедра   Машины и технология  обработки давлением. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовая  работа по предмету: «Технология производства длинномерных изделий» 
 
 
 
 

    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

г. Магнитогорск 

                                                   Содержание

Введение

 

Назначение  процесса волочения и сортамент изделий 

    Обработка металла волочением, т. е. протягивание прутка через отверстие, выходные размеры  которого меньше, чем исходное сечение  прутка, находит широкое применение в металлургической, кабельной и  машиностроительной промышленностях. Волочением получают проволоку с минимальным диаметром 0,002 мм, прутки диаметром до 100 мм, причем не только круглого сечения, трубы главным образом небольшого диаметра и с тонкой стенкой. Волочением обрабатывают стали разнообразного химического состава, прецизионные сплавы, а также практически все цветные металлы (золото, серебро, медь, алюминий и др.) и их сплавы. Изделия, полученные волочением, обладают высоким качеством поверхности и высокой точностью размеров поперечного сечения. Если изделию требуется придать в основном эти характеристики, то такой вид обработки называют калибровкой.

  Волочение чаще всего выполняют при комнатной  температуре, когда пластическую деформацию большинства металлов сопровождает наклеп. Это свойство в совокупности с термической обработкой используют для повышения некоторых механических характеристик металла. Так, например, арматурная проволока диаметром 3.. .12 мм из углеродистой конструкционной стали (0,70...0,90%С) при производстве ее волочением обеспечивает предел прочности 1400... 1900 МПа и предел текучести 1200... 1500 МПа.

  Волочение выгодно отличается от механической обработки металла резанием (строганием), фрезерованием, обточкой и пр., так как при этом отсутствуют отходы металла в виде стружки, а сам процесс заметно производительнее и менее трудоемок.

  Волочением  можно изготовлять полые и  сплошные изделия часто сложного поперечного сечения, производство которых другими способами не всегда представляется возможным (например, тонкие изделия, прутки значительной длины). 

Теоретические основы процесса волочения 

  Волочение представляет собой один из древнейших способов обработки металла давлением. Впервые волочение начали применять 3...3,5 тыс. лет до н. э. Однако, систематическое опытное и теоретическое изучение процесса по существу началось лишь в ХХ в.

   Неравномерное деформирование сечения прутка некоторые  исследователи объясняют также  появлением искажения плоского среза заднего конца прутка в процесс е волочения. На основании этого же явления иногда утверждают о разности скоростей течения отдельных слоев прутка при деформировании, хотя по данному вопросу имеется и другое мнение. О характере и условиях деформирования металла при волочении можно судить по изменению твердости или разнице размера зерна в сечении прутка после волочения. Неравномерность напряженного состояния можно также наблюдать оптическим методом при волочении образцов из оптически активных материалов (синтетических смол).

     Рассматривая процесс волочения, можно видеть, что взаимодействие деформируемого металла с волокой характеризуется наличием трения скольжения по всей контактной поверхности. Это существенно влияет на силовые условия процесса, вызывает неравномерное распределение деформации по диаметру протягиваемого прутка. В любом слое, находящемся на некотором расстоянии от центрального, как указывал С. И. Губкин, элементы слоя испытывают не только растяжение, но и деформацию дополнительного сдвига и деформацию изгиба, причем тем большую, чем дальше слой удален от оси протягиваемого прутка. При волочении в результате имеющихся сил трения на контактной поверхности металла и инструмента возникает задерживающее действие поверхностных слоев прутка, что наряду с влиянием других факторов процесса создает условия для появления разности продольных скоростей по сечению деформируемого тела. Однако ввиду целостности прутка и сдерживающего действия его внешних, недеформируемых в данный момент участков скорости течения периферийных и центральных слоев, как показали опыты И.К.Суворова и др., принудительно выравниваются. Вследствие этого появляются продольные растягивающие напряжения в поверхностных слоях и сжимающие - в центральных.

  Возможность протягивания прутка через отверстие  волоки ограничивается предельными  условиями: усилие волочения Q не должно вызывать в переднем конце прутка пластическую деформацию, иначе передний конец будет иметь остаточную деформацию и в конечном итоге произойдет его разрыв. По этой причине волочение горячего металла или металла с низким значением предела текучести может бьпь использовано весьма ограниченно вследствие уменьшенной прочности переднего конца. Поскольку прилагаемое усилие волочения к переднему концу прутка определяется податливостью металла пластическому' деформированию, значением контактного трения и площадью соприкосновения прутка с волокой, то, следовательно, для данной геометрии волочильного очка усилие волочения будет тем выше, чем больше степень деформирования и чем больше контактные силы трения. Установлено, что до 30...50%, а иногда и до 80% общего усилия волочения расходуется на преодоление контактного трения. Это ограничивает практическое значение единичной вытяжки Ц, которое чаще всего составляет 1,2... 1,3 и редко поднимается до 1,5.

   Кроме того, контактные силы трения и работа деформации, большая часть которой  превращается в теплоту, повышают среднюю температуру проволоки до 2500С, а температуру контактной поверхности - до 7000С. Это создает условия повышенного износа инструмента, налипания металла на контактную поверхность, увеличивает обрывы деформируемого тела и пр. Поэтому всегда стремятся уменьшить силы трения. Наряду с улучшением качества самой смазки большое значение имеет способ подачи смазки на контактные поверхности. Наибольший эффект обеспечивает гидродинамический ввод смазки. Теория и исследования этого способа ввода смазки принадлежат В. Л. Колмогорову и его сотрудникам. В основу метода положено использование сборной волоки, состоящей из напорного и рабочего твердосплавных вкладышей.

  Заметный  эффект увеличения вытяжки может  дать противонатяжение, т. е. усилие, приложенное к заднему концу прутка. Противонатяжение снижает сопротивление металла деформированию, уменьшает влияние контактного трения и, следовательно, разогрев волок, а в конечном итоге обеспечивает увеличение вытяжки μ.

  Большое влияние на условия волочения  оказывает выбор профиля волочильного отверстия, поскольку это определяет условия деформации металла и возможность успешной подачи смазки на рабочие поверхности, т. е. снижение отгона смазки. Заметное снижение сопротивления трению и необходимого усилия волочения наблюдается при замене обычной волоки роликовой (дисковой). Но применение роликовых волок ограничено их конструктивной сложностью.

  В  процессе  волочения  металлу  придают определенную  форму,  необходимые размеры и специальные свойства. Схема волочения представлена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Схема волочения: 1 — проволока; 2 — волока

   От  других процессов обработки металлов давлением волочение отличается разноименной схемой главных напряжений и симметричной схемой главных деформаций (рис. 1.2). 

Рис. 1.2.  Схема главных напряжений (а) и главных деформаций (б) при волочении

Разноименная  схема главных напряжений характеризуется  высоким к.п.д. деформации и пониженным расходом энергии. Растягивающее напряжение способствует охрупчиванию металла при волочении, а максимально допустимая величина ограничивает степень деформации за переход. Сжимающие напряжения и вызывают внешнее трение в канале волоки. По условию пластичности при волочении сплошных круглых тел соотношение между главными напряжениями в данном случае выражается зависимостью:

  Симметричная    схема    деформации    способствует    образованию    волокнистой структуры в проволоке - определяющего фактора в формировании ее свойств.

Степень    деформации    при    волочении    выражается:    абсолютным обжатием (обжатием по диаметру)

относительным обжатием (обжатием по поперечному  сечению)  
 
 

 

и коэффициентом  вытяжки 

где do и d - диаметры проволоки до и после волочения;

Fo и F - соответствующие площади ее поперечного сечения. 

Между относительным  обжатием и вытяжкой существует связь

   Для построения маршрута (переходов) волочения удобнее деформацию выражать вытяжкой, так как имеется простая связь между единичными (в одной волоке) и суммарными (во всех волоках) деформациями:

   

где - суммарная вытяжка за п переходов;

- единичные вытяжки за первый, второй,... и n-й переходы.

Суммарная вытяжка

   Площадь поперечного сечения при волочении  изменяют при помощи волок. Волоки в основном готовят на основе карбидов вольфрама и кобальта. Для волочения тончайшей проволоки используют волоки из алмазов.

   Основными параметрами волоки являются: углы входного и выходного конусов, рабочий угол волоки и длина калибрующий зоны (рис. 1.3).

 Величины  углов входного конуса, рабочего конуса и выходного конуса волоки зависят от ряда технических причин, механических свойств проволоки и применяемой смазки. На практике наибольшее распространение имеют волоки с углом входного конуса 24°, а выходного 90° и углом рабочего конуса 6-12°.

 В большинстве случаев металл, обрабатываемый волочением, предварительно не нагревают: он входит в волочильный канал при комнатной температуре, а образующееся в канале тепло деформации и внешнего трения отводят, непрерывно омывая волоки охлаждающей эмульсией, водой, или окружающим воздухом. При таком холодном волочении с надлежащей смазкой и инструментом протянутый металл имеет гладкую блестящую поверхность и достаточно точные размеры поперечного сечения.

 В некоторых  специальных случаях, когда деформируемый  металл обладает недостаточной пластичностью, при комнатной температуре или высоким сопротивлением деформированию, волочение ведут в предварительно нагретом состоянии. Например, при волочении цинковой проволоки для увеличения пластичности заготовки ее предварительно подогревают до 80—90°, погружая моток в нагретую воду. В очаге деформации температура проволоки доходит до 120—150°, т. е. до температуры, при которой образуется максимальное количество систем скольжения. 
 
 
 
 

1. Задание на проектирование.

Разработка  технологического процесса изготовления стальной проволоки.