Пути дальнейшего совершенствования технологии волочения в режиме гидродинамического трения

Содержание:

1.Введение (стр.2)

2. Проблемы снижения контактного трения при волочении проволоки (стр.3)

    2.1Механизм и роль контактного трения при обработке металлов давлением (стр. 3)

   2.2 Виды трения в условиях пластической деформации (стр.5)

    2.3 Проблемы, создаваемые контактным трением в процессе волочения (стр.7)

3.Технологические  особенности процесса волочения  в гидродинамическом режиме трения (стр.9)

        3.1 Устройства подачи смазки (стр.9)

          3.1.1 Устройство фирмы AEG (стр.10)

3.1.2 Устройство конструкции В.Ф.  Мосеева и А.А. Коростелина      (стр.10)

3. Устройство Мак Леллана и Камерона (стр.12)

3.1.4 Устройство Кристоферсона и  Найлора (стр.12)

3.1.5 Устройство конструкции BISRA (стр.14)

        3.2 Сборные волоки (стр.15)

        3.3 Волочение с высокими скоростями и обжатиями (стр.17)

4.  Пути дальнейшего совершенствования технологии волочения в режиме гидродинамического трения (стр.19)

1. Повышение скоростей волочения (стр.19)

2. Ужесточение маршрутов волочения (стр.22)

    4.3 Испытание технологических смазок с наполнителями (стр.24)

    4.4 Упрощение подготовки поверхности проволоки к волочению (стр.25)

    4.5Усовершенствование сборных волок (стр.26)

    4.6 Использование ЭВМ (стр.30)

 

 

1.ВВЕДЕНИЕ

 

Контактное  трение в процессах обработки  металлов давлением оказывает определяющее влияние на характер деформации, напряженное  состояние обрабатываемого материала, необходимые усилия и качество получаемых изделий. Развитие теории ОМД и совершенствование  производства требуют дальнейшего  изучения закономерностей этого  сложного явления и разработки научно обоснованных рекомендаций для расчета  величины сил трения.

При использовании для этой цели современных  достижений науки о трении твердых  тел необходимо дополнительное изучение трения тел, одно из которых испытывает пластическую деформацию. Так весьма существенное влияние на изменение  величины сил трения в этом случае оказывает одновременное протекание и взаимосвязь явлений на поверхности  контакта, присущих обычному трению, и  нарастающих пластических деформаций в объеме деформируемого тела. Это  совместно с особенностями теоретического изучения процессов ОМД делает весьма сложной задачу определения сил  трения при пластической деформации. Ее решение должно базироваться на фундаментальных достижениях науки  о трении твердых тел и результатах  изучения специфических особенностей трения при обработке давлением. Последнее в значительной мере зависит  от уровня развития экспериментальных  методов исследований, позволяющих  достаточно точно изучить механику контактного взаимодействия. Получаемая с их помощью опытная информация должна быть достаточно полной для  установления закономерностей трения. [1].

2. Проблемы снижения контактного трения при волочении проволоки

   2.1Механизм и роль контактного трения при обработке металлов давлением

 

Наряду с общностью большинства  явлений, происходящих при трении, контактное трение в процессах ОМД имеет  ряд существенных особенностей по сравнению  с трением недеформируемых тел.

Основной  отличительной особенностью механизма  пластического трения является то, что сила, смещающая контактный элемент  деформируемого материала по поверхности  инструмента, возникает, прежде всего, в результате упруго-пластического течения материала в объеме деформируемого тела. Естественно поэтому, что и величина напряжений контактного трения, являющихся реакцией на эти смещения, будет зависеть от картины напряженного и деформированного состояния материала в очаге деформации (полей деформаций, напряжений, перемещений и т.п.) – от механики процесса деформации.

Кроме того, силы контактного трения, возникающие  при пластической деформации, сами оказывают определяющее влияние  на характер деформации. Широко известно, что неравномерность деформации в процессах ОМД связана именно с действием сил внешнего трения.

Таким образом, контактное трение и  объемная деформация материала при  ОМД являются одновременно протекающими и взаимосвязанными процессами. Так, неравномерность деформации определяет крайне неравномерное распределение  напряжений трения по контактной поверхности.

Связь внешнего трения с характером деформации пластически обрабатываемого материала  выражается, например, в том, что  с величиной деформации связана степень обновления контактной поверхности, оказывающая существенное влияние на величину напряжений трения. В результате деформаций происходят увеличение контактной поверхности и ее обновление за счет разрушений окисной пленки и выхода на поверхность ювенильных частиц металла. Поэтому обновление поверхности при пластическом трении значительнее, чем при машинном, когда оно происходит только в результате износа трущихся тел. Кроме того, в отличии от условий машинного трения, контактные скольжения в большинстве случаев пластической деформации незначительны и различны для различных точек контактной поверхности. Совместно с неравномерностью деформаций в процессах ОМД это определяет сложную зависимость напряжений трения от координат точек контактной поверхности.

Так как напряженное и деформированное  состояние в процессах ОМД  зависит от целого ряда факторов (формы  очага деформации, угла захвата, наличия  натяжения, формы инструмента и  т.д.), то и эпюры напряжений контактного  трения оказываются так же в сложной  зависимости от этих факторов.

Установлено, что при ОМД силы трения зависят  от двух групп факторов.

К первой группе относятся факторы, связанные  с физико-механическим и химическим взаимодействием поверхности инструмента  с деформируемым телом, с наличием различных промежуточных сред (смазка, окалина и т.д.).

Ко  второй группе относятся факторы, учитывающие  изменение механических свойств  и характеристик напряженного и  деформированного состояния тела вблизи контактной поверхности. В частности, важное значение имеют силовые и кинематические условия на контактных поверхностях. Эти факторы определяются механическими условиями деформации.

Первая  группа факторов характеризует состояние  трущихся поверхностей, при котором  развивается трение. Эти факторы  влияют на процесс трения, но не определяют окончательную величину и распределение  касательных напряжений по контактной поверхности. Касательные напряжения при данном состоянии трущихся поверхностей развиваются в соответствии с  напряженным состоянием материала  и кинематическими условиями  на контактных поверхностях, т.е. факторами  второй группы, зависящими от механики процесса деформации.

Следует учитывать влияние трения и технологических  смазок на качество (прежде всего чистоту  поверхности) продукции, получаемой обработкой металлов давлением [1].

2.2 Виды трения в условиях пластической деформации

 

До  настоящего времени нет единого  мнения о природе и механизме  внешнего трения. Однако, очевидно, что  внешнее трение, возникающее между  инструментом и изделием в условиях пластической деформации при высоких  давлениях и температурах, имеет  природу и механизм действия, несколько  отличный от трения в других процессах.

Рассмотрим  кратко различие режимов сухого, граничного, жидкостного трения с точки зрения их возникновения и действия на поверхность  обрабатываемого изделия.

При сухом трении движущиеся относительно друг друга трущиеся поверхности  не должны иметь между собой никакой  инородной прослойки. В реальных условиях на поверхности тел всегда присутствуют окислы металлов, следы  смазки или адсорбированные молекулы жидкости или газа. Поэтому при  исследовании механизма сухого трения поверхности трущейся пары тщательно  очищают от естественных покрытий. Исследование скольжения совершенно чистых металлических поверхностей относительно друг друга показало невозможность  осуществления сухого трения как  внешнего ввиду того, что между поверхностными атомами трущихся тел возникают силы связи, подобные силам, связывающим атомы в кристаллической решетке металлов.

Получающееся  при этом «приваривание» трущихся поверхностей приводит к тому, что скольжение происходит внутри более мягкого  материала, и трение из внешнего переходит  во внутриметаллическое с нарушением фрикционной связи.

Внешнее трение возможно только при наличии  на поверхности материала боле мягкого  слоя. Следовательно, разделение трения на сухое и граничное условно.

Граничное трение предполагает наличие пленки смазочного вещества между трущимися  поверхностями. При обработке металлов давлением применяют как жидкие, так и твердые смазки. Механизм действия этих смазочных веществ  в условиях граничного трения различен. Для образования на поверхности  трения хорошей граничной пленки жидкие смазки должны обладать поверхностно активными свойствами, т.е. способностью молекул смазки прочно адсорбироваться  на поверхностных атомах металлов.

Граничная поверхность твердого тела представляет собой поле свободных валентностей или поле действия электрических  сил. Силы сцепления меду молекулами жидкой смазки и атомами металла  и определяют эффективность смазочного слоя, его способность разделять  от непосредственного контакта трущиеся поверхности.

Граничный слой смазки состоит их нескольких молекул и характеризуется ярко выраженной ориентированной структурой и слоистым строением. Толщина его  невелика и может составлять около 2·10^-8 м.

Поверхностно  активные жидкие смазки не только экранируют поверхности трения, но и облегчают  сдвиговые деформации, обусловленные  трением, в тончайшем поверхностном  слое толщиной около 5·10^-8 – 10^-7 м, снижая предел текучести металла. Это приводит к уменьшению сил трения и выравниванию деформации металла в объеме изделий.

Эффективность применения твердых смазок определяется их адгезионными и прочностными свойствами. В этом случае понижение трения вызывается низким напряжением сдвига слоя, образованного  смазкой. Хорошее экранирование  поверхностей достигается наличием твердой, достаточно толстой пленки между ними, расплавление которой  под действием температуры приводит к исчезновению смазочного эффекта.

Прочность граничной пленки смазки иногда является недостаточной из-за высоких напряжений (удельных давлений) и температур при  волочении, чтобы полностью разделить  трущиеся поверхности. Разрыв смазочной  пленки ведет к местному привариванию протягиваемого металла и волочильного инструмента в точках контакта и  увеличению величины сил трения.

Необходимым условием существования качественного  иного режима трения - гидродинамического является давление в слое смазки, способное  разделить трущиеся тела. В этих условиях смазочный слой имеет толщину  в десятки тысяч молекул и  поэтому не лишен реологических  свойств, присущих большому объему. Толщина  пленки смазки превышает высоту шероховатости  тела и надежно экранирует трущиеся поверхности от контакта между собой.

Приведенная выше классификация режимов трения условна, так как в процессах  обработки металлов давлением обычно имеют дело со смешанными режимами [3].

2.3 Проблемы, создаваемые контактным трением в процессе волочения

 

При волочении между протягиваемым  изделием и инструментом возникает  трение, которое проявляется в  виде тангенциальных сил, приложенных  к поверхности контакта. В условиях высоких удельных давлений и температур, имеющихся в очаге деформации при волочении, трение является одним из главных отрицательных факторов, затрудняющих осуществляемый процесс.

Трение, требуя дополнительные силы для его  преодоления, ограничивает единичные  обжатия. На преодоление сил трения даже при условии применения удовлетворительной технологической смазки затрачивается 40-50% от общей силы волочения, а в  некоторых случаях потери ее возрастают даже до 80%.

Силы  трения в очаге деформации вызывают износ инструмента и тем больший, чем больше их величина. Потери времени  на замену износившегося инструмента  на машинах многократного волочения  составляют 6 % от общего машинного времени, что равноценно простою одной  машины из двадцати.

Как результат действия внешнего трения температура по сечению протягиваемого изделия распределена неравномерно. Так, если средняя температура проволоки  в очаге деформации достигает 250°С, то температура на поверхности контакта с волоокой составляет 700°С. Такое неравномерное распределение температур приводит к возникновению термических напряжений в протянутом материале, ухудшению условий смазывания его в волоке и т.п.

Ухудшение качества поверхности изделия, повышение  обрывности металла также связаны  с трением в очаге деформации. Повышая температуру, внешнее трение приводит порой к ухудшению пластических свойств материала из-за развития процессов старения, к ограничению  единичных обжатий и скоростей  волочения.

Вследствие  плохих условий трения порой происходит налипание металла изделия на инструмент

Все это вместе взятое предъявляет особые требования как к самим смазочным  материалам, а также к методам  их подачи в зону деформации.  Снижение коэффициента трения при волочении  в производственных условиях может  быть достигнуто за счет:

• оптимальной геометрии и высокого качества обработки поверхности волочильного инструмента;
• наложения вибрации на волоку;
• применения неприводных вращающихся за счет движения проволоки роликовых волок, у которых трение скольжения частично заменяется трением качения;
• применение волочения с противонатяжением;
• подачи смазки в зону деформации под большим давлением;
• нанесения на поверхность проволоки качественного подсмазочного слоя;
• интенсивного охлаждения проволоки и инструмента.