Технологические основы пластической обработки катанки в совмещенном процессе с воздействием ультразвуком

15. Haritonov V.A., Usanov M.Yu. Application of radial and shift broach in case of a round wire production // Innovative technologies in metallurgy and mechanical engineering: collection of scientific works. Yekaterinburg. univers. tip. «Alfa-Print». 2013. P. 430-435.

16. Haritonov V.A., Usanov M.Yu. Status and development direction of the nanostructuring continuous methods of a round wire // Vestnik of Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov. 2013. № 3 (43). P. 69-73.

17. Utyashev F.Z. Communication between deformed and structural metal conditions in case of intensive plastic deformation // Press forging. Pressure metal treatment (continuous). 2011. № 6. P. 25-32.

18. Warm cross rolling in rolls of the conical shape as a method of intensive plastic deformation. Ivanov M.B. and etc. // Deformation and rupture of materials. 2010. № 9. P. 13-18.

УДК 621.778

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КАТАНКИ В СОВМЕЩЕННОМ ПРОЦЕССЕ С ВОЗДЕЙСТВИЕМ УЛЬТРАЗВУКОМ

Бахматов Ю.Ф., Пащенко К.Г., Абдулин Э.М., Ежов О.В., Смирнов Н.В.

ФГБОУВПО «Магнитогорский государственный техническийуниверситет им. Г.И. Носова», г. Магнитогорск, Россия

Производство стальной проволоки начинается с подготовки поверхности катанки, покрытой прокатной окалиной. Существует достаточно широкий набор таких технологий: это способы, основанные на эффектах удаления окалины с помощью теплового удара, электрической дуги, кавитации в жидкостях, ультразвуковых полей и различные механические способы.

Наиболее распространенным способом удаления прокатной окалины являются процесс взлома окалины изгибом на роликовых окалиноломателях, травление в растворах серной или соляной кислот или совместное воздействие тем или иным способом. Химический способ удаления окалины полностью очищает поверхность металла, но требует использование и утилизацию агрессивных химикатов, особых условий обеспечения безопасности при работе с химикатами. Способ удаления на окалиноломателях уменьшает ресурс пластичности катанки.

Разрабатывается технология механического удаления окалины в совмещенном процессе пластическая деформация-взлом окалины при волочении в порошковых средах [1, 2, 3, 4].

Весьма эффективным механическим способом удаления окалины является деформация поверхности металла в устройствах бесфильерного волочения. Из-за разных механических свойств окислов и металла, в том числе разной пластичности, при деформации поверхности происходит отслоение окислов.

Авторами статьи предложен способ очистки катанки от окалины, реализованный на устройстве [5], при котором поверхность металла испытывает растяжение-сжатие, аналогично протяжке в роликовых окалиноломателях, но при значительном растяжении катанки, вплоть до достигаемых в фильерах вытяжек. Внешний вид предложенного устройства бесфильерного волочения показан на рис. 1. Экспериментально определены компоновка элементов и соотношение размеров элементов для конструкции установки. Для снижения сопротивления металла деформации и снижения сил трения, увеличения пластической деформации, приводящих к улучшению очистки поверхности катанки, деформация происходит с наложением силового ультразвука, подводимого в зону деформации через волновод.

Рис. 1. Конструкция установки бесфильерного волочения

Предварительные исследования [5, 6, 7, 8] показали необходимость перехода от цилиндрических к конусообразным роликам, т.к. при изгибе катанки на цилиндрических роликах деформация развивается в двух местах: при заходе и сходе с ролика. Изгиб и растяжение катанки на конусе позволяет локализовать основные пластические деформации в одном месте, в области распрямления (рис. 2), в эту же область подается основной поток энергии ультразвукового генератора.

Рис. 2. Область схода катанки с ролика

При этом необходимо обеспечить условие создания лишь одного витка спирали. Если сделать допущения: катанка не сопротивляется изгибу и скользит по конусу без трения, имеет малый диаметр, то петля катанки при разворачивании вместе с поверхностью конуса преобразится в прямую. На рис. 3, слева показана прямая линия, пересекающая сектор развертки конуса. Для создания хотя бы одного витка на конусе необходимо касательной к окружности вершины конуса пересечь весь сектор. Т.е. для создания одного полного витка спирали необходимо получить конус с углом образующей менее 45 градусов. На самом деле катанка, на фоне развертки выглядит как незначительно изогнутая дуга (рис. 3, справа), это обстоя-

При намотке катанки на конус образуется соскальзывающая с конуса петля катанки (рис. 4), поверхность которой упирается в торец цилиндра волновода генератора ультразвука. При этом в нее передается ультразвуковая энергия, которая снижает сопротивление деформации и уменьшает трение на поверхностях инструмента. Катанка по мере движения по поверхности конуса постепенно изгибается, в конце пути приобретая наибольшую кривизну. Кривизна линии катанки растет с натяжением катанки, а сама катанка прижимается к по-

йР 1

верхности конуса с удельной к длине силой -, пропорциональной своей кривизне — и

йЬ Я

йР F

силе натяжения-= —.

йЬ Я

Рис. 4. Соскальзывающая с конуса петля

Кроме того, что происходит процесс постепенного изгиба, катанка в такой петле постепенно скручивается вокруг своей оси за счет сил трения. Одновременно с деформацией растяжения-сжатия поверхность металла испытывает сдвиговую деформацию: катанка скручивается-раскручивается моментом М на угол до 25 градусов на коротком участке (на длине одного витка). Скручивание происходит за счет сил трения при соскальзывании катанки с конуса и за счет того, что катанке выгоднее продолжать искривляться в направлении, где уже происходил изгиб, но в отличие от намотки на цилиндр, намотка на конус изгибает катанку в разных направлениях. При размотке с конуса катанка не только распрямляется, но и раскручивается (скручивается в обратном направлении) на коротком участке.

Для получения установившегося движения катанки по конусу необходимо создать условия для соскальзывания петли по конусу. Одним условием для соскальзывания петли с конуса является превосходство напряжения натяжения катанки над сопротивлением катанки изгибу и скручиванию. Другое условие зависит от сил трения и угла наклона образующей конуса, большие силы и малый угол наклона образующей конуса могу не позволить скользить катанке по поверхности конуса.

Заключение. Схема устройства бесфильерного волочения с коническим роликом концентрирует в одном месте, между волноводом и вершиной конуса максимальные скручивающие, изгибающие, растягивающие напряжения. Предложенная схема волочения создает область с благоприятными условиями для отслаивания окалины, степень очистки достигает 98%. Механические свойства проволоки полученной волочением неочищенной катанки на первых проходах по предложенному способу незначительно отличаются от проволоки, полученной из заготовки подвергнутой травлению [9].

Список литературы

1. Бахматов Ю.Ф., Захаров Д.С., Полякова М.А. Многократное волочение проволоки без предварительного удаления окалины // Производство проката. 2000. № 1. С. 29-31.

2. Бахматов Ю.Ф. и др. Технология волочения проволоки в динамически сформированном порошковом инструменте // Труды IV конгресса прокатчиков. Т. 1. М. 2002. С. 219-220.

3. Патент РФ № 2138351, опубликован БИ 1999.

4. Использования изгиба для стабилизации очага деформации при волочении в динамически сформированном порошковом инструменте // Металловедение. Межвуз. сборник науч. трудов. Магнитогорск: МГМА, 2003. С. 31-33.

5. Патент РФ № 122920, опубликован БИ 2012.

6. Бахматов Ю.Ф. Локализация зоны деформации при безфильерном волочении по длине стоячей УЗК-волны // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: Сборник научных трудов. Магнитогорск: ГОУВПО «МГТУ», 2006. С. 176-179.

7. Бахматов Ю.Ф., Пащенко К.Г. Влияние геометрических размеров отражательных элементов при бесфильерном волочении с локализацией очага деформации ультразвуковой энергией // Процессы и оборудование металлургического производства: Сборник научных трудов. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2006. С. 320-323.

8. Влияние диаметра отражателя, силы растяжения и дробности деформации на величину вытяжек при бесфильерном волочении с наложением ультразвука / Ю.Ф. Бахматов, К.Г. Пащенко, В.А. Воронова, В.А. Антонова // Современные технологии обработки металлов с применением инструментов из сверхтвердых материалов: междунар. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ. 2008. С. 128- 131.

9. Влияние пластического растяжения - изгиба в совмещенном процессе удаления окалины - волочения на свойства проволоки / К.Г. Пащенко, Ю.Ф. Бахматов, Э.М. Голубчик // Сталь. 2011. № 3. С. 47-50.

References

1. Bahmatov Yu.F., Zaharov D.S., Polyakova M.A. Continuous drawing without preliminary descaling // Mill products production. 2000. № 1. P. 29-31.

2. Bahmatov Yu.F. Technology of a wire drawing in dynamically created powdery tool // Works of the IV congress of rollermen. T II. (Magnitogorsk, October 16-19, 2001). M. 2002. P. 219-220.

3. Pat. 2138351 RF. Method of a wire production from hot-rolled billet. Publish. 1999.

4. Bowing uses for stabilization of the center of deformation in case of drawing in dynamically created powder tool // Metallurgical science: interuniversity collection of scientific works. Magnitogorsk: МГМА, 2003. P. 31-33.

5. Patent 122920 RF. Publish. 2012.

6. Bahmatov Yu.F. and etc. Localization of a zone of deformation in case of without wire die drawing on length of a standing UZK-wave // Modeling and development of metal forming processes: collection of scientific works. Magnitogorsk: SEI of HPE «MSTU», 2006. P. 176-179.

7. Bahmatov Yu.F., Paschenko K.G. Influence of the geometrical sizes of reflective elements in case of without wire die drawing with localization of the center of deformation by ultra-sonic energy // Processes and equipment of metallurgical production. Magnitogorsk: SEI of HPE «MSTU», 2006. P. 320.

8. Bahmatov Yu.F., Paschenko K.G., Voronova V.A., Antonova V.A. Influence of reflector diameter , force of stretching and divisibility of deformation at a size of drawing-down in case of without wire die drawing with ultrasound imposing // Modern technologies of handling of metals using tools from superhard materials: international collection of scientific works. Magnitogorsk: MSTU, 2008. P. 128- 131.

9. Paschenko K.G., Bahmatov Yu.F., Golubchik E.M. Influence of plastic stretching - bend in the combined process of descaling - drawing on properties of a wire // Steel. 2011. № 3. P. 47-50.