Анализ деформационной способности бесшовной оболочки порошковой наплавочной проволоки при волочении

МАШИНЫ, ТЕХНОЛОГИИ И МОДЕЛИРОВАНИЕ СВАРОЧНЫХ

ПРОИЗВОДСТВ

УДК 621.771

АНАЛИЗ ДЕФОРМАЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ БЕСШОВНОЙ ОБОЛОЧКИ ПОРОШКОВОЙ НАПЛАВОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ

ПРИ ВОЛОЧЕНИИ

А.И. Вальтер, А.А. Протопопов, П.И. Маленко, Е.А. Протопопов

Рассмотрены результаты исследования процесса волочения порошковой наплавочной наномодифицированной проволоки с бесшовной оболочкой из аустенитной стали 20Х23Н18. Получены расчетные формулы для определения ресурса пластичности материала оболочки в зависимости от геометрии инструмента, фактора трения и вида материала.

Ключевые слова: волочение наплавочной порошковой проволоки с бесшовной оболочкой, ресурс пластичности, степень деформации, коэффициент трения, наплавочная порошковая проволока с бесшовной оболочкой.

Для того чтобы продеформировать заготовку порошковой наномодифицированной наплавочной проволоки с относительно большими размерами оболочки холодным способом до меньшего размера через фильеры, требуется многократное повторение цикла волочения, обезжиривание, отжиг, травление, нанесение покрытий или смазки для последующего деформирования. Сокращение цикличности на основе лучшего использования пластичности металла является большим разрывом сокращения расхода этого относительно дорогого передела.

В настоящее время существуют несколько способов расчета предельной степени деформации того или иного металла исходя из его пластичности [1,2]. В работе сделана попытка определить возможности деформирования заготовки волочением до исчерпания пластичности.

Сердечник порошковой наплавочной наномодифицированной про-

3

волоки является податливым. В данном случае, использование ресурса пластичности за один проход при схеме безоправочного волочения тонкостенных труб с различной степенью обжатия по диаметру й1/й0 (рис. 1) [1]

Т —

0 Л Р

где Н - длина образца (мм), Лр - пластичность металла при показателе напряженного состояния (а/Тср).

Для подсчета у по формуле (1) воспользуемся решением по определению деформированного состояния при обжатии, раздаче и волочении труб, полученного с помощью вариационного принципа возможных изменений деформированного состояния. Принимается, что модель напряженно-деформированного состояния материала тонкостенной трубы близко к плоскому.

Для наиболее распространенных условий волочения можно принять угол наклона образующей конуса волоки а = 0,22 рад (15 град.) и коэффициент трения в формуле Амонтона-Кулона / = 0,15. Тогда следует, что скорость радиального Хг и окружного £,е удлинения в некотором поперечном сечении трубы связаны следующим уравнением

1 - 3z 3

Х = !+&*.

где z=d1/d0.

Отсюда интенсивность скоростей деформации сдвига

Н = 2^2 + ХгХе + Хе = 2л/з|Хе|Л/1 + ^.

1 + 3z3

Определим для этого же сечения показатель напряженного состояния

T

о г = о + 2—X г . г Нъг

Поскольку для тонкостенных труб о ~ 0, то

о = -2 ^

Т н

Или, имея в виду

0= 1 - 3г3 .

Т ,/3^1 + 32 6

Как видно из этой формулы показатель напряженного состояния при безоправочном волочении изменяется в пределах от - 0,50 до + 0,58 [2]. В этих пределах изменения показателя Лр от о/Т могут быть достаточно точно аппроксимированы выражением

Л р — А + В

' Т У.

у

Значение коэффициентов А и В для аустенитной стали типа 20Х23Н18 при этом следующее: 2,0 и 0,3 [3].

Итак, подставив формулы (3), (4) и (5) в выражение (1) и имея в виду, что

1с. | 2А Леа йх

Ха ——, йг —— й А х

получим формулу использования ресурса пластичности за один проход при безоправочном волочении тонкостенных труб

1 — -/1 + 326 йх

у — | 273-^л---------------.

<*/«, 2(1 + 323 )А + В 1 - 323

ч/ЭлЛ + 32 6

На рис. 2 приведены значения у подсчитанные по формуле (6) для различной величины деформации й1/й0 трубы из стали 20Х23Н18. Анализ экспериментальных данных калибровок труб показывает, что деформация за проход при безоправочном волочении тонкостенных труб обычно составляет й/ й0 = 0,6 0,9.

При этом пластичность стали 20Х23Н18 используется, как видно из рис. 2, только на 30-50 %. Из этих данных видно, что пластичность металла после одного прохода безоправочного волочения еще достаточно велика, чтобы осуществить дальнейшую деформацию трубы. Чем меньше деформация за проход, тем благоприятней схема напряженного состояния и тем большую степень деформации можно сообщить трубе способом многопроходного безоправочного волочения. Минимальная деформация за проход

составляет 11/10 = 0,9. Если осуществить многопроходное волочение с такой разовой деформацией, то можно без промежуточной термической обработки получить общую деформацию для данной стали до 0,28 при 10-12 переходах.

Если же деформация за проход при безоправочном волочении будет средней 11/10 = 0,75, то можно осуществить трех- или четырехпроходное волочение с общей деформацией 11/10 = 0,32 0,42.

1,0 0.8

А

0,6 V 0.4 0,2 0

1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0.5

Рис. 2. Использование ресурса пластичности за один проход при безоправочном волочении трубы из стали 20Х23Н18

С целью проверки точности расчета проведено экспериментальное исследование процесса волочения тонкостенной трубы. Для этого из отожженной заготовки одного размера деформируются трубы с различными степенями деформации. При волочении варьирование степени деформации осуществляют за счет изменения толщины стенки готовой трубы и ее диаметра. Из деформированной трубы вырезаются кольца шириной 10-12 мм. На наружную поверхность колец следует нанести координатные сетки, состоящие из системы соприкасающихся окружностей. Затем кольца осаживают до момента появления первых трещин на боковой поверхности. По искажению круглых ячеек координатной сетки можно определить при испытании величину степени деформации, предшествовавшей разрушению

Л — 2л/е2 +е1е2 +е2 ,

1п а Ь

где £1——; £ 2=1

Здесь а и Ь - длина и ширина ячейки после деформации; d - база

сетки.

Показатель напряженного состояния в месте разрушения рассчитывали по формуле

О _ е1+е 2

т Г2 2 '

л/ е1 +е1е 2 +е 2

По диаграммам пластичности для показателя о/Т определим величину предельной степени деформации Лр для данного материала.

После этого подсчитаем использование ресурса пластичности в каждом конкретном случае волочения по формуле

У экоп _1 .

Л р

Сравнение экспериментальных данных и полученных расчетным методом (рис. 3), показывают удовлетворительное схождение результатов в пределах 10-12 % при степенях деформации 8 = 0,4-0,45.

1:2 1,0 0Г8

0:б и 0.4 0.2

*/ 1

/ к I

*

2 ...... 4

к >4

0 1,0

0.9 0,8 0,7 0,6 0,5

<іі/а№------------

Рис. 3. Графики сравнения экспериментальных и расчетных данных

при угле наклона образующей конуса матрицы:

1 - (а = 15 град.); 2 -(а = 22 град.); #, * - экспериментальные данные

Таким образом, чем меньше степень деформации за проход холодного волочения порошковой наплавочной наномодифицированной проволоки с бесшовной оболочкой, тем благоприятней схема напряженного состояния и тем большую деформацию можно сообщить тонкостенной трубе при волочении.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, ГК № 14.513.11.0087

Список литературы

1. Колмогоров В. Л. Напряжения. Деформации. Разрушения. М.: Металлургия, 1970. 229 с.

2. Малинин Н. Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. М.: Машиностроение, 1975. 400 с.

3. Кроха В. А. Упрочнение металлов при холодной пластической деформации: справочник. М.: Машиностроение, 1980. 157 с.

4. Пластичность и разрушение / Колмогоров В. Л. [и др.]. М.: Металлургия, 1977. 336 с.

Вальтер Александр Игоревич, д-р техн. наук, проф., valter.alex@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Протопопов Александр Анатольевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, protopopov@tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Маленко Павел Игоревич, канд. техн. наук, доц., malenkoatsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

ANALYSIS OF DEFORMA TION ABILITY SEAMLESS SHELL FL UX-CORED WELDING

WIRE DRAWING

A.I. Walter, A.A.Protopopov, РЧМа^^, E.A.Protopopov

The results of research on the process of drawing powder-wire ladle with a seamless shell of austenitic steel 20H23N18. The preparation shown calculated formula to determine the plasticity resource shell material, depending on the geometry of the tool, the friction factor and the type of material.

Keywords: drawing surfacing flux cored wire with the seamless top shell, a resource of plasticity, the degree of deformation, the friction coefficient, the influx in trim-cored wire with a seamless shell.

Walter Alexander Igorevich, doctor of technical science, professor, valter. alexarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Protopopov Aleksandr Anatolevich, doctor of technical science, professor, manager of department, prol.opopovat.su. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Malenko Pavel Igorevich, candidate of technical science, docent, malenko atsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University