CC BY
53
аггг^ г готшгггта /опч
-3 (67),2012 / 4UU
7he temperature-deformation criterion of assessment and optimization of routes of the thin high-carbon wire drawing enabling to increase plastic properties of wire at retaining of its durability is offered.
Ю. Л. БОБАРИКИН, С. В. АВСЕйКОВ, ГГТу им. П. О. Сухого, А. В. ВЕДЕНЕЕВ, И. Н. РАДьКОВА, ОАО «БМЗ»
ТЕМПЕРАТУРНО-ДЕФОРМАЦИОННЫй КРИТЕРИЙ
оптимизации маршрутов волочения тонкой высокоуглеродистой проволоки
УДК 621.778.073
Одной из распространенных областей применения высокоуглеродистой проволоки является производство металлокорда для автомобильных шин. Свивка металлокорда из тонкой латунированной проволоки является заключительным технологическим этапом металлургического производства металлокорда. Поэтому на свойства проволоки оказывают влияние все переделы металлургического цикла. Но наибольший вклад в формирование свойств тонкой проволоки вносит процесс тонкого волочения. При волочении тонкой проволоки из патентированной латунированной заготовки формируются все ее основные механические свойства. Особое внимание при переработке тонкой проволоки в металлокорд уделяется такому показателю технологичности, как удельная обрывность проволок.
Известно, что на обрывность металлокорда влияют свойства тонкой проволоки и условия ее свивки в металлокорд на канатных машинах [1]. Повышенная удельная обрывность металлокорда снижает производительность процесса свивки, ухудшает качество металлокорда.
Наилучшая технологичность свивки металло-корда обеспечивается максимальной пластичностью проволоки. Поэтому основной технологической задачей тонкого волочения является достижение максимальной пластичности тонкой проволоки при сохранении прочности в допустимых пределах.
Многие исследователи заняты поиском оптимальных маршрутов тонкого волочения с целью повышения пластических свойств тонкой проволоки [2, 3].
Температурный критерий [4] характеризует эффективность оптимизации маршрута тонкого во-
лочения и заключается в определении максимальной допустимой мгновенной температуры поверхности проволоки в маршруте волочения:
Кг
\50
т
V баз у
h V
V опту
V5
(1)
где Тдаз - максимальная температура поверхности проволоки в базовом маршруте волочения, Тд^ = 570 °С; Топт - максимальная температура поверхности проволоки в оптимизированном маршруте волочения, Топт = 540 °С; Убаз - скорость волочения проволоки на выходе из волочильного стана в базовом маршруте волочения, Убаз = 5 м/с; Уопт -скорость волочения проволоки на выходе из волочильного стана в оптимизированном маршруте волочения, Уопт = 5 м/с.
Выполнение этого критерия оптимизации уменьшает эффект деформационного старения высокоуглеродистой проволоки, снижающий ее пластичность.
В данной работе качественную оценку маршрутов волочения предлагается проводить, используя температурный критерий совместно с критерием деформационной неравномерности проволоки в процессе тонкого волочения.
На маршруте волочения тонкой ультравысокопрочной проволоки диаметром 0,35 мм из заготовки диаметром 2,20 мм из стали марки 95 произведена оптимизация маршрута волочения по температурному критерию. Базовый маршрут волочения имел 27 волок с пониженными обжатиями в шести местах маршрута.
В результате численного расчета полей температуры проволоки в маршруте волочения с использованием метода конечных элементов было
206/
аитм п м<ими1гтггг?
3 (67), 2012-
Оценку формирования неравномерности деформаций в процессе тонкого волочения в проволоке предлагается проводить по деформационному критерию:
Ке =
2(ег/2 -8о)
(2)
О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Номер волоки
Рис. 1. Сравнение температур поверхности проволоки по маршруту волочения
определено, что максимальная температура на поверхности проволоки (Гбаз = 570 °С) соответствует 25-й волоке маршрута волочения (рис. 1).
В данном случае наиболее рациональным способом снижения температуры поверхности проволоки является уменьшение единичного обжатия проволоки в 25-й волоке за счет замены единичного обжатия 12,7% на два пониженных обжатия 9,36 и 3,7%.
Численный расчет оптимизированного маршрута волочения подтвердил снижение максимальной температуры поверхности проволоки. Распределение температур проволоки в продольном сечении очага деформации 25-й волоки показано на рис. 2.
Неравномерность деформации является также источником возникновения остаточных напряжений и деформаций, снижающих прямолинейность проволоки и металлокорда. В идеальном случае неравномерность деформации должна отсутствовать, а в реальном - должна быть минимизирована.
Распределение деформации в проволоке в очаге деформации в каждой волоке различно. По мере продвижения проволоки к последней волоке неравномерность деформации повышается.
где е0 - величина пластической деформации в центре поперечного сечения проволоки; ег/2 - величина пластической деформации на расстоянии, равном половине радиуса окружности поперечного сечения деформируемой проволоки; ег - величина пластической деформации в поверхностных слоях поперечного сечения проволоки;
Компоненты тензора деформации егг, 800, максимальны в центре очага деформации проволоки при волочении. Тогда, согласно критерию пластичности сплошных сред, предложенному Мизе-сом, неравномерность деформации проволоки по сечению определяется главным образом величиной сдвиговых деформаций еГ2. Параметры, влияющие на величину деформации сдвига еГ7, определяют степень неравномерности деформации проволоки по сечению. Увеличение единичных обжатий и уменьшение угла конической части волоки снижают неравномерность деформаций [5].
Тогда уменьшение единичного обжатия проволоки за счет введения в маршрут волочения разбивкой обжатия для снижения степени деформации и уменьшения максимальной температуры поверхности проволоки повлияет на распределение деформаций в оптимизированном маршруте волочения.
Распределения пластической деформации в поперечном сечении проволоки получены численным расчетом с использованием метода конечных элементов. Результаты расчета для каждой волоки по маршруту волочения приведены на рис. 3.
40
95
150
200
250
410
465
520
570
305 360 Температура, °С
Рис. 2. Поле температур проволоки в очаге деформации: а - диаметром й = 370 мкм в базовом маршруте волочения, Гбаз = 570 °С; б - диаметром й = 377 мкм в оптимизированном маршруте волочения, Топт = 540 °С
0
/7гтт^ г глгтггг/т^гггг? /9п7
-3 (67), 2012 I лЛЗ Ж
Рис. 3. Распределение пластической деформации в поперечном сечении проволоки в базовом маршруте волочения
-11
-7,7 -6,6 -5,5 -4,4 -3,3 Шкала пластической деформации сдвига, еГ2 (%)
Рис. 4. Поле деформаций сдвига в 25-й волоке: а - с единичным обжатием Н = 12,7% и углом конической части волоки а = 12°; б - с единичным обжатием Н = 9,36% и углом конической части волоки а = 12°
Из рисунка видно, что соотношение суммарной пластической деформации в поверхностных и внутренних слоях поперечного сечения сохраняется в маршруте волочения несмотря на увеличение абсолютных значений пластической деформации слоев проволоки по мере прохождения по маршруту волочения.
Распределение деформаций сдвига в проволоке в продольном сечении очага деформации 25-й волоки показано на рис. 4.
Анализируя распределение полей деформации сдвига (рис. 4) в виде цветокодированных изображений, можно отметить, что с уменьшением единичного обжатия при волочении поле максимальных значений деформации сдвига смещается к поверхности проволоки, что приводит к перераспределению суммарной пластической деформации между внутренними и поверхностными слоями проволоки.
На рис. 5 показан расчет коэффициента деформационной неравномерности Ке для базового и оптимизированного маршрута волочения.
Номер волоки
Рис. 5. Изменение коэффициента деформационной неравномерности Ке в базовом и оптимизированном маршруте волочения
208/
г^г: г: гшшгггта
3 (67), 2012-
Анализируя совместно выражение (2) и график изменения коэффициента деформационной неравномерности Ке (рис. 5), получаем, что при Ке = 1 пластическая деформация между слоями от центра до поверхности в поперечном сечении тонкой проволоки распределена равномерно. Тогда, чем ближе значение коэффициента Ке стремится к 1, тем равномернее распределена суммарная пластическая деформация в проволоке.
Сравнивая базовый маршрут волочения с маршрутом с пониженным единичным обжатием тонкой проволоки по температурному и деформационному критерию, можно видеть улучшение пластических характеристик тонкой ультравысоко-
прочной проволоки по таким показателям, как полное удлинение (на 6%), число реверсивных скручиваний (в 9,14 раз) и число скручиваний двух проволок на базе 250 мм под нагрузкой 20% от разрывного усилия (в 1,85 раза) [6].
Вывод
Предложен температурно-деформационный критерий оценки для оптимизации маршрутов волочения тонкой высокоуглеродистой проволоки, позволяющий увеличить пластические свойства проволоки при сохранении ее прочности в допустимых пределах с целью повышения технологичности свивки металлокорда из этой проволоки.
Литература
1. Б и р ю к о в Б. А., Ф е о к т и с т о в Ю. В., В е д е н е е в А. В. Снижение обрывности высокопрочной проволоки при свивке из нее металлокорда на машинах двойного кручения // Литье и металлургия, 2012. с. 78-84.
2. Ж е л т к о в А. С., Ф и л и п п о в В. В., С а в е н о к А. Н. Расчет переходов станов мокрого волочения по принципу минимального скольжения // Сталь. 2000. № 5. С. 60-62.
3. Б и т к о в В. В. Технология и машины для производства проволоки. // Екатеринбург ИМашУрО РАН, 2004.
4 . С а в е н о к А. Н., В е д е н е е в А. В., И г н а т е н к о О. И. и др. Использование температурного критерия для оптимизации геометрии деформирующей и калибрующей зон канала волоки // Черная металлургия. 2011. № 3. С. 3-9.
5. Б о б а р и к и н Ю. Л., В е р е щ а г и н М. Н. Оптимизация тонкого волочения высокоуглеродистой стальной проволоки // Гомель: ГГТУ им. П. О. Сухого, 2011.
6 . Б о б а р и к и н Ю. Л., А в с е й к о в С. В., П р а ч С. И. Методика оценки качества проволоки // Сб. материалов ЗНТК молодых работников ОАО «БМЗ» «Металл-2012». Жлобин. 2011. С. 52-55.
