Исследование влияния технологических параметров на величину осевого подпора при производстве труб волочением на подвижной оправке из хрупких тугоплавких материалов

Туренков М.Н.
ООО «Днепр-ГЛ»

 

Для производства тонкостенных и особотонкостенных труб из тугоплавких материалов наиболее целесообразным является способ волочения труб на подвижной оправке с подпором. Данный способ заключается в следующем: в заготовку, подлежащую волочению, вводиться с определённым зазором цилиндрическая оправка, изготовленная из металла, имеющего коэффициент термического расширения (к.т.р) в несколько раз более высокий, чем у материала трубы, затем совместно нагреваются в электрической печи до температуры , обеспечивающей достаточную технологическую пластичность протягиваемого металла и необходимую величину подпора (за счет того что оправка двигается с большей скоростью, чем заготовка) для создания сжимающих напряжений направленных в сторону волочения. После окончания процесса волочения и остывания между внутренней поверхностью трубы и оправки образуется зазор который позволяет извлечь оправку из трубы без обкатки.

Сила осевого подпора при создании его таким способом зависит от коэффициента контактного трения по оправке, удельных давлений на поверхности контакта оправки с внутренней поверхностью трубы, которые в свою очередь зависят от температуры совместного нагрева трубы и оправки после их соприкосновения. Очевидно, что сила осевого подпора равна силе трения на поверхности контакта трубы с оправкой при заданных параметрах волочения (температуре, скорости, контактных давлениях). Следовательно, замерив величину силы трения при извлечении оправки из трубы-заготовки (до волочения) при заданных параметрах нагрева и определённой смазке, мы будем знать величину силы осевого подпора при этих же условиях.

Для замера силы извлечения оправки из трубы, находящейся в контакте с оправкой, имеющей более высокий к.т.р, были проведены следующие эксперименты. Н оправке диаметром 15,8 мм были протянуты трубы из вольфрама размером 18,1х1,0 мм со степенью деформации 17%. Волочение труб проводили при температуре 800 и 900 С. После остывания трубы снимали с оправки и обрезали с двух сторон. Затем каждая труба на несколько частей (по количеству исследуемых смазок), после чего производили химическую обработку – удаление остатков смазки, травление осветление.

Перед волочением наносили подсмазочный слой путем нагрева труб смазанных составом «SK» при температуре 759-800 С в течении 1,0 – 1,5 мин с последующим охлаждением на воздухе.

На подсмазочный слой наносили затем исследуемую смазку. В опытах исследовали теплостойкие смазки, рекомендуемые для теплого волочения : сернистый молибден (MoS2), чешуйчатый графит и нитрид бора (BN).

Смазки наносили на трубы путём натирание, затем оправки вместе с трубами, подлежащими волочению, помещали в нагревательную печь, установленную перед волочильным станом. Когда температура приближалась к температуре , при которой труба была протянута. Свободный конец оправки пропускали через кольцевой упор, установленный в зоне нагрева. Затем конец оправки зажимали в захватывабющем устройстве тележки волочильного стана и начинали медленно перемещать оправку. При этом торец трубы , плотно сидящий сидящей на оправке, упирался в кольцевой упор, и оправка извлекалась из трубы.

Для точного установления момента соприкосновения оправки с внутренней поверхностью трубы (в результате теплового расширения оправки в процессе нагрева) следили за отклонением луча на осциллографа при изменении усилия извлечения оправки. При появлении на экране отклонения луча от нулевого положения фиксировали температуру нагрева. Эта температура соответствовала моменту , когда оправка входила в соприкосновение с трубой. Величина этой температуры всегда была несколько ниже температуры деформации этой же трубы на предыдущем проходе волочения, т.к. диаметр горячей оправки больше фактического диаметра оправки при волочении на величину упругой деформации.

Кроме того слой смазки, нанесеный на поверхность трубы и оправку перед волочением , также приводит к более раннему контакту оправки с трубой.
После фиксации на осциллографической пленке силы извлечения оправки и температуры стан останавливали, а трубу совместно с оправкой продолжали нагревать. Затем, после повышения температуры на 10 С, вновь замеряли силу извлечения оправки. Опыты повторяли до тех пор, пока дальнейший рост температуры нагрева не приводил к увеличению силы извлечения оправки. Факт прекращения роста силы извлечения оправки свидететельствовал о наступлении пластической деформации трубы при помощи оправки ( до очага деформации) либо о разрыве трубы.

Определение коэффициента контактного трения проводили для каждой из указанных выше смазок. В процессе этого эксперимента проводилось исследования влияния силы осевого подпора на радиальную силу , расклинивающую волоку. В этом случае упор, сквозь который проходила оправка, изготавливали в виде трубы, на конце которой имелась сформованная на «кувшинчик» головка, упирающаяся в разрезную волоку. При извлечении оправки из трубы сила передавалась через трубчатый упор на разрезную волоку, вставленную в измерительный динамометрический преобразователь.

После расшифровки осциллограм и определения расчетных величин f2 и Pk все полученные данные заносились в табл 1. На основании этих данных были построены графики (рис 1)зависимости величины напряжения осевого подпора (Кa) от температуры совместного нагрева трубы и оправки после их соприкосновения по внутренней поверхности трубы и рис.2 изменения коэффициента контактного трения.
При анализе экспериментальных данных установлены следующие закономерности.
Коэффициент контактного трения по оправке с ростом температуры от 800С до 1000С изменяется следующим образом : при использовании в качестве смазки графита и нитрида бора снижается почти в 2 раза (с0,1 до0,05), при использовании смазки MoS2 практически не изменяется.

Значения коэффициента контактного трения для исследуемых смазок при одинаковой температуре близки. Например , при температуре 850С коэффициент контактного трения между оправкой и трубой при использовании MoS2 равен 0,09, для графитовой смазки –0,1, а для смазки на на основе нитрида бора – 0,08.
С ростом температуры различие в коэффициентах контактного трения при использовании указанных смазок уменьшается.

С ростом перегрева ( температуры совместного нагрева после соприкосновения оправки с трубой) напряжение подпора возрастает прямо пропорционально температуре перегрева, что в свою очередь приводит к возрастанию радиальной силы , распирающей волоку.

 

Таблица 1

 

 

рис. 1

 

 

 

 

рис.2

 

 

 

 

Частичное или полное использование текстов, изображений и другой информации с этого сайта без размещения прямой действующей ссылки на сайт www.dnepr-gl.com.ua  запрещено. 

 

Все статьи