Исследование температурных характеристик в зоне гиба

Закономерности атермического разупрочнения металла при волочении.

Герасимов В.Я., ПарышевД.Н.

установки рабочего датчика на цилиндрическую поверхность прутка. Благодаря оперативности контроля можно регулировать величину обжатия с учетом требований заказчика к качеству изготавливаемых стальных прутков. Например, при изготовлении стержневых деталей с резьбовым участком, получаемым непосредственно на заготовках из калиброванного металла, целесообразно назначать обжатие в области второго предельного значения. В этом случае обеспечивается повышенная прочность резьбы благодаря созданию в центральной зоне стержневого изделия сильно упрочненного «стержня», который будет воспринимать наибольшую часть растягивающей нагрузки при затяжке резьбового соединения.

При изготовлении гладких стержневых деталей для пар трения и прессовых посадок наиболее пригоден первый предельный диапазон обжатия, которому будет соответствовать повышенный уровень физических и механических свойств металла в контактном поверхностном слое.

Общий вывод заключается в том, что можно оценивать атермическое разупрочнение металла при его холодной деформационной обработке по схемам волочения, редуцирования, выдавливания и прокатки по изменению физических свойств. Применение металлофизических методов контроля свойств и структурного состояния деформированного металла позволяет значительно снизить трудозатраты и количество раз-

рушающих механических испытаний при изготовлении стальной металлопродукции.

Список литературы

1. Владимиров Ю.В., Герасимов В.Я. Технологические основы холодной высадки стержневых крепежных изделий. М.: Машиностроение, 1984. 120 с.

2. Долматов А.П., Рубанов В.П., Пименов А.Ф. О закономерности проявления атермического разупрочнения металлов // Вестник машиностроения. 2007. № 4. С. 54-57.

3. Лившиц Б.Г., Крапошин B.C., Линецкий ЯЛ. Физические свойства металлов и сплавов / под ред. Б.Г. Лившица. М.: Металлургия, 1980. 320 с.

4. Новожилов В В., Кадашевич Ю И. Микронапряжения в конструкционных материалах. Л.: Машиностроение, 1990. 223 с.

5. А.с. 1837222 СССР. МКИ5 G 01 N 27/90. Устройство для вихретокового контроля / В.Я. Герасимов (СССР). № 4816364/28; заявл. 11.03.90; опубл. 30.08.93, Бюл. №32. 5 с.

6. Герасимов В.Я. Электроиндуктивный контроль деформационного упрочнения калиброванной стали // Сталь. 1993. № 8. С.62.

References

1. Vladimirov Y.V., Gerasimov V.Y. Technological basis of cold upsetting of rod-shaped fasteners. M.: Machinebuilding, 1984. 120 p.

2. Dolmatov A.P., Rubanov V.P., Pimenov A.F. On regularity of revealing of athermic weakening of metals // Bulleting of Machinebuilding. 2007. № 4. p. 54-57.

3. Livshits B.G., Kraposhin V.S., Lynetskiy Y.L. Physical properties of metals and alloys/Edited by Livshits B.G. M.: Metallurgy, 1980. 320 p.

4. Novozhilov V.V., Kadashevich Y.I. Microstress in structural materials. L.: Machinebuilding. 1990. 223 p.

5. A.s. 1837222 USSR.MKI5 G01 N27/90. Device for eddy-current control / V.Y. Gerasimov (USSR). №4816364/28; submitted on 11.03.1990; published on 30.08.1993. Bul. №32. 5 p.

6. Gerasimov V.Y. Electro inductive control of deformation strengthening of calibrated steel // Steel.1993. №8. p. 62.

УДК 621.774

Козлов A.B., Бобылев A.B., Шеркунов В.Г.

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК В ЗОНЕ ГИБА

Аннотация. Рассмотрены вопросы влияния нагрева в ходе гибки труб с раскатыванием на структуру материала трубы и приведены результаты моделирования и экспериментов по оценке температуры в зоне раскатывания.

Ключевые слова: гибка труб, раскатывание, пластическая кольцевая зона, температура при раскатывании.

Kozlov A.V., Bobylev A.V., Sherkunov V.G.

RESEARCH OF TEMPERATURE CHARACTERISTICS IN A ZONE FLARING

Abstract. Questions of influence of heating in a course are considered are flexible pipes with a flaring on structure of a material of a pipe and results of modeling and experiments are given according to temperature in a flaring zone.

Keywords: pipe bend, flaring, bending force, temperature at a flaring.

Процесс гибки с раскатыванием (рис. 1) неразрывно связан с выделением тепла в зоне гиба. Причины его возникновения, характер распределения, а также процессы теплообмена между элементами технологической системы в зоне деформаций ещё недостаточно изучены [1].

Как известно, пластическое течение металла при гибке с раскатыванием представляет собой сдвиг одной части кристаллов вещества по отношению к другой, что является основной причиной выделения тепла в зоне гиба [2]. Его распределение - весьма сложный вопрос. Неравномерность распределения тепла по сечению трубы обусловлена как различной интен-

сивностью деформаций в разных участках сечения, так и теплообменом с элементами оснастки станка (раскатным инструментом, роликом-шаблоном и т.д.). Исследование микроструктуры металла в поперечном сечении показало, что металл трубы представляет собой феррит, около 20% перлита плотного строения, в растянутой зоне гиба структура значительно деформирована (рис. 2, 3) [3]. Такое изменение структуры может быть вызвано значительным разогревом поверхности металла, контактирующей с раскатным инструментом. По краю внутренней поверхности имеется оторочка из очень мелкого зерна - мельче 10 баллов по ГОСТ 5639-82, что может быть вызвано

началом процессов рекристаллизации. Структура в сжатой зоне гиба удовлетворительна для стали 20, зерно 5-6 баллов. Образцы для изучения микроструктуры были вырезаны из трубы 0 89.

Рис. 1. Схема гибки труб с раскатыванием: 1 - труба; 2 - раскатной инструмент; 3 - гибочный ролик

Рис. 2. Микроструктура образца внутренней стенки трубы, х 50: а - поверхностный дефект и строчечность перлитно-ферритной структуры с внутренней стороны стенки; б - строчечность перлитно-ферритной структуры с наружной стороны стенки

Рис. 3. Строчечность перлитно-ферритной структуры, х 500: а - со стороны внутренней поверхности стенки трубы; б - средних слоев; в - со стороны наружной поверхности

Моделирование, проведенное в среде Богш-^8БМ 8.0, показало (рис. 4, 5) наличие узкозонального нагрева в плоскости вращения деформирующих элементов раскатного инструмента. Каждый деформирующий элемент образует вокруг себя локальную зону нагрева с максимальной температурой для всего процесса гибки. Между деформирующими элементами происходит снижение температуры, но скорость охлаждения не достаточна для образования закалочных структур, что подтверждают исследования микроструктуры металла. Это объясняется образованием

Исследование температурныххарактеристик в зоне гиба

Козлов А.В., Бобылев А.В., Шеркунов ВТ.

в зонах между деформирующими элементами пластических шарниров, которые дают нагрев, хотя и в меньшей степени, чем в зонах действия деформирующих элементов.

Хорошо видно воздействие оснастки на процесс распределения теплоты в технологической системе (см. рис. 4, 5). В ходе гибки ролик-шаблон наматывает изгибаемую трубу, обеспечивая тем самым плотный контакт ложемента ролика и внутренней стенки гиба трубы. Это дает постоянный теплоотвод от этой части гиба и поэтому температура здесь несколько ниже, чем на внешней стенке. Такая неравномерность распределения теплоты объясняется технологическими причинами - раскатка должна свободно деформировать поперечное сечение трубы для её гибки, поэтому в отличие от аналогичных типов оборудования опорная призма в нашем случае остается неподвижной и не контактирует с зоной воздействия раскатника, а следовательно, и не отводит тепло с наружной стенки гиба.

Рис. 4. Распределение теплоты в стенках трубы взоне раскатывания

С целью получения температурных характеристик в зоне гиба был проведен ряд экспериментов. Измерение температуры осуществлялось косвенным методом, с использованием искусственной термопары (хромель - копель) (рис. 6).

Рис. 6. Схема измерения температурыИзмерение температуры выполнено также с использованием метода естественной термопары [4]

Результаты экспериментов показывают (см. таблицу, рис. 7), что температура в зоне гиба изменяется с течением времени. Характер изменения таков, что первоначально наблюдается рост температуры, далее происходит постепенное снижение интенсивности роста вплоть до стабилизации около некоторого значения. То есть процесс теплообмена между стенками трубы, элементами станка и окружающей средой приходит в равновесное состояние.

Результаты экспериментов

Рис. 5. Распределение теплоты в стенках трубы в зоне раскатывания в продольном сечении

Размеры трубы Натяг Н, мм Зона измере- Вид охлажде- ТермоЭДС, тУ Темпе- ратура

ЭхИ, мм ния ния Т, °С

5,8 108

6,1 112

Боковая Без охлаждения 6.7 6.8 7,3 120 122 129

стенка, 7,3 129

глубина 7,6 133

3,5 мм Вода 1,0 1,0 1,1 1,0 40 40 41 40

057x4 1,2 1,0 40

Без охлаждения 6,9 8,0 9,2 123 138 154

Внешняя стенка, на поверхности 10,3 169

1,1 40

1,2 41

Вода 1,2 1.3 1,5 1.4 1.4 1.4 41 43 46 44 44 44

Рис. 7. Графики зависимости температуры от времени

Проведенные исследования тепловых явлений показали, что под воздействием температуры протекают процессы определенного изменения свойств материала.

В то же время вряд ли нагрев трубы до 200° существенно влияет на характер ее деформации, кроме случаев гибки труб из жаростойких и нержавеющих сталей. В этом случае важным является установление оп-

тимального теплового режима, обеспечивающего наибольшую стойкость раскатного инструмента и правильный подбор режима охлаждения [5].

Список литературы

1. Козлов А.В., Бобылев А.В. Технология и оборудование холодной гибки тонкостенных труб: монография. Челябинск: ЮУрГУ, 2007. 169 с.

2. Козлов А.В., Бобылев А.В. Изучение тепловых явлений при гибке труб с раскатыванием. Рубцовск: Рубцовск. технолог. ин-т, 2000.

3. Козлов А.В., Чуманов И В., Бобылев А.В. Изучение влияния холодной гибки труб с раскатыванием на структуру и свойства металла // Изв. вузов. Черная металлургия. 1999. № 6. С. 33-35.

4. Козлов А.А., Козлов С.А. Измерение температуры при гибке с раскатыванием методом естественной термопары // Вестник КГУ. Сер. «Технические науки». Курган: Изд-во КГУ, 2006. Вып. 2. Ч. 1. С. 48-49.

5. Козлов А.В., Бобылев А.В. Особенности холодной гибки труб из легированных сталей // Вестник КГУ. Серия «Технические науки». Курган: Изд-во КГУ, 2006. Вып. 2. Ч. 1. С. 190-192.

References

1.

3.

Kozlov A.V., Bobilev A.V. The technology and the equipment of the cold are flexible thin-walled pipes: monograph. Chelyabinsk: Publishing house of SuSU, 2007. 169 p.

Kozlov A.V., Bobilev A.V. Studying of the thermal phenomena at are flexible pipes with a flaring. Rubtsovsk: Rubtsovsk institute of technology, 2000.

Kozlov A.V., Chumanov, I.V. Bobilev A.V. Studying of influence of the cold are flexible pipes with a raskatyvaniye on structure and metals // News of higher education institutions. Ferrous metallurgy. 1999. No. 6. P. 33-35.

Kozlov A.A., Kozlov S.A. Izmereniye temperatures at are flexible with raskatyva-niy a method of natural thermocouple // Messenger of KGU. Technical science series. Kurgan: KGU publishing house, 2006. V. 2. P. 1. P. 48-49.

Kozlov A.V., Bobilev A.V. Osobennosti cold are flexible pipes from alloyed staly // The Messenger of KGU. Technical science series. Kurgan: KGU publishing house, 2006. V. 2. P. 1. P. 190-192.