Построение модели очага деформации.

Построение модели очага деформации из двух элементов

Принципиально построение модели очага деформации при волочении труб возможно из нескольких элементов, в том числе и из одного, например безоправочное волочение с усадкой по диаметру. В этом случае в калибрующем пояске волоки нет касания наружной поверхности трубы с волокой либо раздача труб волочением с подъемом диаметра, т.е. когда на калибрующем пояске оправки нет касания с внутренней поверхностью трубы. В данном случае при безоправочном волочении и раздаче возможно также и контактное трение между калибрующими поясками волоки или оправки и трубой, что является более общим, и поэтому построение модели очага деформации будем производить минимум из двух элементов.

Все приведенные на рис. 6 элементы для построения очага деформации при волочении труб необходимо разбить на входные элементы, промежуточные, конечные.

Под входными элементами будем понимать начальные элементы очага деформации. Сюда относятся элементы 3, 5, 11. Выбранные входные элементы характеризуются деформацией по диаметру 3 и 5 либо по толщине стенки трубы 11, Остальные элементы не могут быть входными, так как имеют в наличии неизменный какой-либо параметр (диаметр или толщину стенки).

Промежуточными являются все элементы, показанные на рис. 5, но особенно характерным является элемент №1, встречающийся в виде внеконтактной зоны между очагами деформации, например безоправочное волочение труб одновременно через две волоки и др.

Конечными элементами являются элементы, которыми должен заканчиваться очаг деформации. Наличие этих элементов обусловлено качеством протягиваемых труб, их точностью, износостойкостью волочильного инструмента и другими факторами. К ним относятся элементы 2, 4 и 8.

На основании изложенного отдельные модели очагов деформации при волочении труб из двух элементов представлены на рис. 6, откуда видно, что модель очага деформации (рис. 6, а), состоящая из элементов 3 и 2, соответствует способу безоправочного волочения труб, широко применяющемуся в промышленности. Разновидностями этого способа являются: волочение через волоки с радиальным либо многоконусным профилем, волочение с утонением либо утолщением стенки трубы, с усадкой либо с подъемом диаметра.

Модель очага деформации на рис. 6, б (3 и 6) характеризует короткооправочное волочение без деформации по толщине стенки трубы, т.е. короткая оправка работает только как поддерживающая для калибровки толщины стенки и внутреннего диаметра трубы, а также для придания внутренней поверхности повышенного класса чистоты за счет сглаживания микронеровностей. В промышленности применяется.

Модель на рис. 6, в (5 и 4) очага деформации соответствует способу раздачи труб волочением (на упор либо растяжением) и широко применяется при производстве особотонкостенных нержавеющих труб. Обычное назначение - калибровка внутреннего диаметра. Как правило применяют незначительные величины раздачи, так как происходит утонение стенки трубы.

Модель очага деформации на рис. 6, г (11 и 8) характеризует короткооправочное волочение с деформацией по толщине стенки при уменьшении наружного диаметра и увеличении внутреннего. При равенстве углов волоки и оправки неизменным остается средний диаметр трубы. Способ является новым и перспективным с точки зрения больших деформаций по толщине стенки трубы, однако его применение в промышленности несколько затруднено из-за отсутствия специального оборудования и механизмов на волочильных станах, обеспечивающих ввод оправки в трубу при диаметре оправки, большем внутреннего диаметра трубы.

Рассмотренные модели очагов деформации являются частью из возможных, построенных из двух элементов, и с нашей точки зрения наиболее реальных для исследования процесса волочения труб в соответствии с введенными ограничениями.

Построение модели очага деформации из трех элементов

Аналогично предыдущему приведены некоторые модели очагов деформации, построенных из трех элементов с учетом входных, промежуточных и конечных элементов. Приведенные модели не полностью отображают всю гамму вариаций и выбраны исходя из анализа приемлемых сочетаний конструкций волок и оправок. В соответствии с этим модели очагов деформации условно можно разбить на четыре группы:

обычные волоки и короткие (неподвижные) цилиндрические либо конические оправки - рис. 7, а и б;

обычные волоки и короткие (неподвижные) оправки;

цилиндрические волоки либо волоки с обратной конусностью и оправки только с обратной конусностью;

обычные волоки и плавающие оправки либо неподвижные короткие, работающие в полуплавающем режиме.

Рассмотрим для примера некоторые модели, приведенные на рис. 7, откуда видно, что модель очага деформации на рис. 7, а (3,9,8) характеризует собой широко применяемый способ короткооправочного волочения. В настоящее время в трубной промышленности этот способ является основным с точки зрения деформации трубы по толщине стенки и является наиболее мобильным в сравнении, например, с длиннооправочным волочением, хотя последний позволяет осуществлять значительно большие деформации по толщине стенки трубы. Способ короткооправочного волочения применяется в основном для среднего сортамента труб, реже для большого и почти не применяется для волочения малых размеров труб в связи с трудностью химической обработки перед волочением.

Модель очага деформации на рис. 7, б (3, 12, 2) соответствует короткооправочному волочению на конической оправке. Данный способ имеет преимущества перед предыдущим в том, что процесс волочения на заданную толщину стенки настраивают перемещением оправки в осевом направлении. Осуществление короткооправочного волочения по указанному способу возможно при угле оправки (β) меньшем угла трения (р), в противном случае произойдет выталкивание оправки из очага деформации. Теоретически возможен случай (при ɑ> β>р), когда оправка может быть плавающей. При короткооправочном волочении на конической оправке наличие некоторых выталкивающих сил, а также отсутствие контактного трения между трубой и оправкой в зоне калибрующего пояса волоки приводят к тому, что усилия волочения получаются ниже, чем при волочении на цилиндрической оправке, что позволяет увеличить разовые степени деформации.

Рассмотренные модели очагов деформации, построенные из трех элементов, являются частью всех возможных и наиболее реальны для дальнейшего развития в соответствии с проведенным графическим анализом и введенными ограничениями.

Построение модели очага деформации из четырёх элементов

Всю гамму моделей очагов деформации, построенных из четырех элементов, можно условно разбить на определенные группы по форме инструмента:

обычные волоки и короткие оправки с обратной конусностью и цилиндрической калибрующей частью (пояском);

обычные волоки и короткие ступенчатые оправки с обратной конусностью;

обычные волоки и плавающие либо полуплавающие оправки с цилиндрическим калибрующим пояском;

обычные волоки и плавающие двухконусные оправки без цилиндрического калибрующего пояска;

волоки с обратной конусностью либо плавающие и короткие оправки с обратной конусностью с цилиндрическим калибрующим пояском;

волоки с обратной конусностью и плавающие оправки; волочение одновременно через две волоки.

Для анализа выбраны не все возможные модели очагов деформации, построенные из четырех элементов, а только некоторые. На рис. 8 приведены модели очагов деформации при волочении труб на плавающей (самоустанавливающейся) оправке различных форм. Этот способ волочения (рис. 8, а) широко применяется как в черной, так и в цветной металлургии. Наиболее эффективен при волочении длинномерных труб либо труб в бунтах. Данный способ является перспективным и экономически выгодным. Способ волочения, приведенный на рис. 8, б, представляет собой процесс волочения редуцированием с предварительной раздачей. Этот способ волочения наиболее эффективен для редуцирования особотонкостенных труб, либо труб с малой поперечной устойчивостью. В данном случае плавающая оправка является "поддерживающей" для исключения возможности образования складок и ужимов, характерных при безоправочном волочении (например) особотонкостенных труб, и позволяет значительно увеличить разовую степень деформации труб по диаметру. Некоторым неудобством применения данного способа на существующих волочильных станах является ввод оправки в трубу, так как диаметр оправки больше внутреннего диаметра трубы. Однако в настоящее время этот процесс совершенствуется. Имеются конструкции оправок, не требующие предварительной раздачи при вводе в трубу.

Построение других моделей очага деформации

Для построения других возможных моделей очага деформации необходимо предусмотреть следующие группы:

построенные из пяти и более элементов с соблюдением принятой системы ограничений;

построенные из любого числа элементов, но с некоторыми отклонениями от принятой системы ограничений.

Вначале рассмотрим некоторые возможные модели очага деформации, построенные из пяти и более элементов. Как правило, это модели, включающие в себя совокупность моделей из двух, трех или четырех элементов.

Построение моделей очага деформации из пяти и более элементов или групп элементов возможно при различном сочетании этих элементов. Если рассмотреть в принятой системе ограничений изменение одного из допущений, то возможность варьировании при построении моделей очага деформации значительно расширится. Так, например, на рис. 9, б представлена модель очага деформации, характеризующая процесс длиннооправочного волочения, в котором имеются элементы а и б, отличные от элементов 9 и 8 тем, что контактная поверхность между трубой и оправкой образована подвижными поверхностями трубы и оправки. Способ длиннооправочного волочения широко известен и применяется в промышленности.

Разновидностью сочетаний различных групп элементов с элементами длиннооправочного волочения являются модели очага деформации, показанных на рис. 9, откуда видно, что:

модель (рис. 9, а) очага деформации представляет собой способ волочения, состоящий из двух групп элементов - безоправочного волочения и длиннооправочного. Применение его рационально для создания зоны подпора смазки (типа напорных втулок при волочении проволоки), т.е. для создания условий жидкостного трения.

Модель (рис. 9, в) очага деформации характеризует способ длиннооправочного волочения с дальнейшей деформацией толщины стенки трубы во второй волоке в области упругих деформаций. Здесь между волоками элемент упругой деформации с контактом по внутренней поверхности.

Модель (рис. 9, г) очага деформации представляет собой способ длиннооправочного волочения одновременно через две волоки. Способ имеет преимущество в том, что между волоками труба находится в сжатом напряженном состоянии и собственно волочение во второй волоке происходит с подпором трубы. Это обстоятельство позволяет увеличить разовую деформацию при волочении за оправку.

Изменение системы ограничений приводит к различным вариациям. Например, изменение температуры деформации приводит к новым способам волочения. Известны способы теплого волочения труб, где заготовка предварительно нагревается и процесс деформации происходит при температурах выше комнатной. В настоящее время разрабатываются способы теплого волочения труб при низкотемпературной термомеханической обработке с целью улучшения механических свойств трубы. Волочение труб при пониженных температурах (ниже 0С) давно используют на практике.

Возможность выбора способов волочения расширяется, если принять в поперечном сечении трубы не круг, а какой-то профиль. Так, например, известно волочение в профильных волоках либо на профильных оправках. В данном случае сочетание различных очагов деформации (например, круглого и профильного) при меняется при изготовлении профильных труб повышенного качества с определенными механическими свойствами. Для изготовления некоторых видов профилей применяют роликовые волоки, где трение скольжения заменяется трением качения и где конфигурация профиля образуется инструментом, незамкнутым по контуру.

Известны также способы волочения труб с вращением инструмента (волоки и оправки) либо трубы вокруг оси волочения. При закрутке трубы перед очагом деформации образующаяся анизотропия свойств позволяет деформировать малопластичные металлы и сплавы. Вращение самой волоки позволяет снизить контактное трение, а вращение трубы за очагом деформации - уменьшить кривизну протягиваемых труб. Положительным является также применение колебательных действий, прилагаемых, как правило, к волочильному инструменту. Так, например, при безоправочном волочении применение ультразвука, приложенного к волоке, позволяет снизить (на 20-40 %) тяговые усилия и увеличить разовую степень деформации.

При изготовлении некоторых труб специального назначения (например, топливопроводных) с высокими требованиями к качеству внутренней поверхности применяют волочение на деформируемой или эластичной оправке. Принципиальное возможно применение способа волочения с подпором либо противонатяжением, что несколько изменяет схему напряженного состояния металла в очаге деформации.

Рассмотренные модели очагов деформации характеризуют принципиальное направление в построении и дальнейшем выборе необходимого способа деформации труб волочением.