CC BY
27
УДК 621.778.014 Г.Н. Гурьянов
ООО «ФЕНИКС+», г. Белорецк
МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЁТА ПРИРОСТА ОСЕВОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ВДОЛЬ РАБОЧЕГО КАНАЛА ВОЛОКИ ПАРАМЕТРОВ ДЕФОРМАЦИИ ПРОВОЛОКИ
Расчёт прироста осевого напряжения наиболее часто выполняют по аналитическим зависимостям при постоянных значениях угла наклона образующей рабочего канала волоки а и коэффициента контактного трения / Однако на практике широко применяются волоки с радиальной формой рабочего канала. Условия внешнего трения не постоянны вдоль оси волочения по причине изменения в этом направлении температуры, давления и микрогеометрии контактируемых поверхностей рабочего канала волоки и протягиваемой заготовки. В процессе волочения неравномерно изнашивается рабочий канал волоки, что приводит к изменению микрорельефа поверхности и геометрической формы канала. Это также оказывает влияние на условия контактного трения [1].
Необходимость расчёта осевого напряжения при переменных по длине канала волоки значениях параметров деформации показана в работах [1-4]. Например, при расчёте прироста осевого напряжения в рабочем канале с радиальной формой сначала определяли средневзвешенный полуугол наклона образующей для деформирующей поверхности [3]. Затем гипотетическое значение угла подставлялось в формулу, предусматривающую расчёт напряжения при постоянных значениях угла а и коэффициента трения.
Приняли степенную зависимость предела текучести от коэффициента вытяжки в проходе волочения
_ к стж = стМ ' Ц ,
где ст^о, ст^к - предел текучести, соответственно, на входе и выходе очага пластической деформации; к - коэффициент упрочнения. Для этой нелинейной зависимости предела текучести получено выражение для расчёта прироста осевого напряжения:
J^Ц
1 (1 + /■ с%а)Ц ~ ■ ¿ц. (1)
Уравнение (1) в отличие от известных формул включает определённый интеграл, и ему тождественна формула [4]:
2 = Ко / k) • (цк -1) • (1 + f • ctga) (2)
Обоснование применения формулы (2) и примеры расчётов по ней приведены в работах [4-8]. Определим прирост осевого напряжения по интегральному выражению (1) при постоянных и переменных значениях вдоль длины очага деформации для угла наклона образующей поверхности а и коэффициента контактного трения.
Приняли следующие значения параметров деформации: предел текучести металла до обжатия cts0 = 1000 МПа; коэффициент трения f = 0; 0,10 и 0,25; коэффициент упрочнения к = 0 и 0;75; постоянный угол а = 8 и 14°. Коэффициент вытяжки варьировали от 1 до 2. Выполнили расчёты также при непрерывном изменении значений угла а (град) согласно зависимостям:
а = 8 / ц, (3)
а = 8 ц, (4)
а = 20 - 4 ц, (5)
а = 2 + 8 ц. (6)
Зависимость угла а от коэффициента ц в виде формул (3) и (5) определяет выпуклый профиль рабочего канала волоки, а в виде формул (4) и (6) - вогнутый профиль. При выпуклом (радиальном) канале угол а с ростом деформации уменьшается, вогнутом - увеличивается, и при постоянной величине а имеем конический профиль канала. При коэффициенте вытяжки 2 угол наклона по равенству (3) равен 4 град, равенству (4) - 16 град, (5) - 12 град и (6) - 18 град. Результаты расчёта при постоянных и переменных значениях угла а приведены на рис. 1.
Необходимо обратить внимание на то, что порядок расположения линий относительно осей графиков (см. рис. 1) одинаковый в пределах заданных значений коэффициента вытяжки и прироста осевого напряжения. На графиках отдельно выделена линия 7, построенная для случая отсутствия контактного трения. Эта линия является единственной для постоянных и переменных значений угла а при фиксированном коэффициенте упрочнения.
Более подробно рассмотрим характер расположения кривых 4, 5 и 6, находящихся ближе друг к другу от остальных, так как средняя величина угла а при двух крайних значениях коэффициента вытяжки 1 и 2 равна одной величине 14°. Кривая 5 при ц < 1,5 расположена ниже линий 4 и 6, так как для первой зависимости величина угла а в начале деформа-
ции больше. На первой части рабочей зоны кривая 6 выше, поскольку при коэффициенте вытяжки равном 1 для неё угол а = 12° и меньше, чем при построении аналогичных 4 и 5 (угол наклона образующей для них соответственно равен 14 и 16°). При более высоких степенях деформации (ц > 1,5) кривая 6 расположена ниже линий 4 и 5. Зависимость 5 для выпуклого канала становится заметно выше, чем 4 (конический канал) и 5 (вогнутый канал) при коэффициенте вытяжки равном 2. Величина угла а при всех значениях коэффициента ц больше на 2 град по равенству (6), чем по аналогичному равенству (4). Поэтому кривая 6, построенная с использованием отношения (6), несколько ниже линии 3, а формы кривых 3 и 6 одинаковы.
Рис. 1. Зависимость прироста осевого напряжения от коэффициента вытяжки:
а, б - к = 0; в, г - к = 0,75; а, в -/ = 0,10; б, г -/ = 0,25; 1 - а = 8°; 2 - а = 8 / ц, град; 3 - а = 8 ц, град; 4 - а = 14°; 5 - а = 20 - 4 ц, град; 6 - а = 2 + 8 ц, град; 7 - / = 0
В начале очага деформации при построении зависимостей 1 - 3 угол а = 8°. С ростом коэффициента вытяжки усилилось различие угла а, что привело к расхождению линий для этих зависимостей. При большем коэффициенте трения 0,25 более заметно расхождение кривых с ростом деформации. Кривая 3 для вогнутого канала находится ниже линий для выпуклого 2 и конического канала 1. То есть, имеется предпосылка для применения волок с вогнутым рабочим каналом. Тем более, в работе [1] приводятся данные о меньшем значении напряжения волочения алюминиевой полосы через радиальный вогнутый профиль канала, чем через конический и выпуклый радиальный канал. Однако на практике такие волоки не применяют по причине сложности их изготовления [1]. Снижение прироста осевого напряжения с увеличением угла а наглядно проявляется при рассмотрении кривых, построенных при постоянном значении угла а = 8° (кривая 1) и а = 14° (кривая 4). Вторая кривая 4 менее наклонена к оси абсцисс, чем первая 1 . Следует отметить одинаковую форму линии 7 при отсутствии трения и кривых при/= 0,10 и 0,25, как в случае отсутствия упрочнения (а, б), так и его действии (в, г).
При а = 6 и 12° и коэффициенте упрочнения = 0 и 0,75 рассчитали прирост напряжения при постоянном коэффициенте трения 0,025 и 0,10 и переменных его значениях, определяемых выражениями:
/= 0,025 ц, (7)
/ = 0,025 / ц, (8)
/= 0,10ц, (9)
/ = 0,10 / ц. (10)
На графиках (рис. 2) при отсутствии упрочнения (а, б) все кривые выпуклые, а при коэффициенте упрочнения к = 0,75 линии графиков почти прямолинейные (в, г). С увеличением обжатия наблюдается более интенсивный прирост осевого напряжения при к = 0,75, поэтому линии графиков (в, г) наклонены к оси коэффициента вытяжки под более высоким углом. Рост угла а и уменьшение исходного значения коэффициента трения с 0,10 до 0,025 привело к снижению угла наклона всех кривых рис. 2. Увеличение обжатия заготовки усиливает влияние исходного значения коэффициента трения и характера его изменения вдоль длины очага деформации. Изменение угла а от 6 до 12° привело к существенному уменьшению прироста напряжения особенно при повышенных значениях коэффициентов вытяжки и трения. Наиболее это заметно при сравнении расположения кривых 1 и 2 (см. рис. 2, а, б, в, г). Повышение угла а вы-
звало снижение значимости влияния коэффициента трения на прирост осевого напряжения: все кривые при 12° находятся ближе друг к другу, чем при а = 6°.
Рис. 2. Зависимость прирост осевого напряжения от коэффициента вытяжки при отсутствии деформационного упрочнения (а, б) и коэффициенте упрочнения к = 0,75 (в, г): а, в - а = 6°; б, г - а = 12°; 1 -/= 0,10; 2 -/= 0,10ц; 3 -/= 0,10/ц; 4 - / = 0,025; 5 - / = 0,025ц; 6 - / = 0,025/ц
В заключение следует отметить, что расчёт по формуле (2), тождественной интегральному выражению (1), при изменении вдоль рабочего канала угла а и коэффициента трения возможен при наличии соответствующего метода численной реализации поставленной задачи [4]. Это касается и расчёта напряжений волочения на основе вариационных принципов механики обработки металлов давлением [9]. При вариационной постановке задачи определения напряжённого состояния при волочении относительно просты методы учёта граничных условий, но возникают определённые сложности при реализации математической модели рассматриваемого процесса [10, 11]
Выводы. Интегральное выражение (1) не требует разработки специальных алгоритмов численной реализации задачи для определения напряжённого состояния при волочении круглого сплошного профиля в очаге пластической деформации, когда изменяются вдоль его длины значения угла наклона рабочей поверхности волоки к оси волочения и коэффициента трения. Это упрощает инженерный расчёт прироста осевого напряжения в рабочем канале волоки. Результаты вычислений по формуле (1) показывают, что с ростом коэффициентов вытяжки, трения и упрочнения усиливается разница прироста осевого напряжения, рассчитанного для волок с различной формой рабочего канала. В случае равенства угла наклона деформирующей поверхности в начале пластического течения металла при одной и той же степени деформации прирост осевого напряжения меньше при вогнутой форме канала, чем при выпуклом (радиальном) или коническом рабочем канале. Расчёты на основе интегрального выражения показали, что при заданных параметрах деформации можно выбрать оптимальную форму рабочего канала из условия минимального приращения осевого напряжения.
Библиографический список
1. Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения. М.: Металлургия, 1971. 447 с.
2. Полек З. Опыт применения волок с напорными втулками в Польше. Перевод № 31 / 1082 от 25.03.1980 г. Е. А. Галиулиной. Магнитогорск: ВНИИМЕТИЗ. 63 с.
3. Николаев В.А., Таратута К.В. Возможность уменьшения трения при волочении стали в сборном инструменте // Сталь. 2001. № 8. С. 89 -92.
4. Гурьянов Г.Н. Расчёт, анализ напряжений, деформаций и запаса прочности при холодном волочении проволоки: Монография. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2008. 358 с.
5. Гурьянов Г.Н. Расчёт осевых напряжений волочения при степенной зависимости предела текучести металла от вытяжки // Процессы и оборудование металлургического производства: Межрегион. сб. науч. тр. / Под ред. О.С. Железкова. Вып. 7. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2006. С. 216-218.
6. Гурьянов Г.Н. Определение оптимальных углов рабочего конуса волоки при волочении проволоки / Заводская лаборатория. 2008. № 9. С. 61-63.
7. Гурьянов Г.Н. Расчет единичной предельной вытяжки при холодном волочении круглого сплошного профиля // Сталь. 2009. № 9. С. 78-79.
8. Гурьянов Г.Н. Радиальная сила на волоку и запас прочности при волочении проволоки // Изв. вуз. Чёрная металлургия. 2010. № 2. С. 1922.
9. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением: Учебник для вузов, 2-е изд. Перераб. и доп. Екатеринбург: Изд-во УГТУ - УПИ, 2001. 836 с.
10. Математическая модель процесса волочения в режиме гидродинамического трения на основе функционала принципа виртуальных скоростей и напряжений / В.Л. Колмогоров, Г.Н. Гурьянов, Б.А. Коломи-ец, Г.А. Щёголев. М., 1988. Деп. в ин - те «Черметинформация». № 7. С. 156, справка № 4595.
11. Гурьянов Г.Н. Выбор метода условной минимизации функционала при реализации вариационного принципа теории ОМД // Образование. Наука. Производство: Сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ. 2002. С.
131-137. УДК 621.778
Е.А. Бурмистрова, И.Г. Шубин
ФГБОУ ВПО «МГТУ»
КВАЛИМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ТРУБНОЙ СТАЛИ В УСЛОВИЯХ ОАО «ММК»
Качество - это совокупность свойств и признаков материального и нематериального продукта в отношении их пригодности для выполнения сформировавшихся или предполагаемых потребностей. А потери качества это потери, вызванные не реализацией потенциальных возможностей ресурсов в процессах и в ходе деятельности.
Степень проявления каждого свойства или нескольких свойств продукции оценивается с помощью количественных показателей качества (ПК). В зависимости от свойств продукции ПК делятся на: объективные (экспериментально измеряемые) и субъективные (оцениваемые квалифицированными экспертами в условные единицах - баллах, например, внешний вид изделия). Так, в условиях ОАО «ММК» ПК измеряются как объективно, так и субъективно, например, при производстве стали марки 08Ю объективное измерение температуры полосы производится на стане НШСГП 2000 после шестой клети, а субъективное измерение -при сортировке продукции.
