Теоретические исследования влияния параметров процесса волочения на износ технологического инструмента

5. Вайнер И.ЛСеменова О.В. Волочильный инструмент, изготовленный методом гидростатических давлений // Состояние и основные направления по совершенствованию производства проволоки для игл: Сб. науч. тр. Ижевск: НИИМТ, 1991. С. 73-75.

6. Алмазно-электролитическая обработка твердосплавных волок поликристаллическими катодами / Семенова О.В., Гур-вич Р.А., Пудов Е.А. и др. // Сб. статей семинара. Вологда, 1996. С. 93-95.

УДК 669.1.002.5-192

В. П. Анцупов, О. В. Семенова, А. В. Анцупов, А. С. Быков, М. В. Налимова

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ВОЛОЧЕНИЯ НА ИЗНОС ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ИНСТРУМЕНТА

При проведении теоретических исследований ставили задачу выявить не только наиболее значимые параметры технологического процесса, влияющие на линейный износ волочильного инструмента , но и оценить изменение износа при их комплексном взаимодействии. Кроме того, при проведении теоретических исследований показано сравнение результатов влияния технологических параметров на износ серийного волочильного инструмента и планируемого волочильного инструмента с выходными параметрами, соответствующими международным требованиям (см. табл. 1, графа 8 в предыдущей статье). С этой целью рассчитана интегральная энергетическая интенсивность изнашивания поверхности нового (планируемого) волочильного инструмента.

Используя физический смысл показателя Ки относительной износостойкости, значение энергетической интенсивности изнашивания поверхности нового 10"л (с планируемыми ВТП) волочильного инструмента можно записать как:

С = С • ки.

В качестве 1аэт в нашем случае следует принять значение энергетической интенсивности из -нашивания серийного волочильного инструмента 1шэт = 1шсер = 3,5-10"10 мм3/Н-м [1], а выражение для коэффициента Ки найти, рассматривая подходы для его оценки различных авторов из обзора, представленного в работе [2]. При этом в выражении для Ки должно быть учтено по возможности наибольшее число изменяющихся планируемых ВТП нового волочильного инструмента.

Например, если в условии (1) коэффициент Ки определять из выражения P. Kohl

EB = (ст02 +ов)•£Bj2 [2] с учетом эмпирической зависимости М.Е. Лошака [3], связывающей предел текучести oqi2 твердых сплавов с со-

держанием в них кобальтовой основы ¥со и величиной зерна dwc карбвда вольфрама:

ао,2 =(80 + 30  ^с Г' 70 + 8,3  Ко ), то после некоторых преобразований получим выражение для оценки энергетической интенсивности из -нашивания волочильного инструмента с новыми (планируемыми), указанными выше, показателями качества 1- го уровня:

(d У = 80 + 30d 2; (V У = 1 + 8,3V .

\ wc / wc ’ \ со / “ со

Для значений планируемых выходных технологических параметров волочильного инст-руменга (см. табл. 2, графа 8 в предыдущей статье) расчёт по условию (2) показывает, что I™ = 1,71-10-10 мм3/Н-м.

После разработки новой ВГД-АЭВ технологии [4, 5] для изготовления волочильного инструмента с улучшенными (см. табл. 2, графа 9 в предыдущей статье) выходными параметрами (ВТП) в работе [1] определена энергетическая интенсивность изнашивания её рабочей поверхности !шФакт = 1,26-10"10 мм3/ Н-м.

Теоретическая трибодиагностика инструмента с прогнозируемыми ВТП и с ВТП по ВГД-АЭВ технологии показала, что остальные эксплуатационные показатели качества 2-го уровня для одинаковых условий волочения составляют: Для серийного волочильного инструмента:

- интегральная линейная интенсивность изнашивания 1^сер = 1,8-10-11 - 1,1-10-10;

Теоретические исследования влияния параметров процесса волочения на износ технологического инструмента

- интегральная энергетическая интенсивность изнашивания 1о:,сер = 3,5-10-10 мм3/Н-м;

- износостойкость Исер = 9,1-109 - 5,6 • 1010;

- класс и разряд износостойкости КИ/рсер = 9/5 - 10/4;

- «энергетическая» износостойкость

Иасер = 2,86-109 Н-м/ мм3.

Для планируемого волочильного инструмента (с ВТП по зарубежным источникам):

- интегральная линейная интенсивность изнашивания Д™ = 8,8-10-12 - 5,4-10-11;

- интегральная энергетическая интенсивность изнашивания /™= 1,71-10-10 мм3/Н-м;

- износостойкость Ипл= 1,85-1010 - 1,13 -1011;

- класс и разряд износостойкости КИ/рт = 10/2 - 11/1;

- «энергетическая» износостойкость

Иттг = 5,85-109 Н-м/ мм3.

Для волочильного инструмента, изготовленного по АЭВ-ВГД технологии:

- интегральная линейная интенсивность изнашивания 1^^акт = 6,3-10-12 - 3,96-10-11;

- интегральная энергетическая интенсивность изнашивания 1Ш факт = 1,26-10-10 мм3/Н-м;

- износостойкость ифакт = 2,53-1010 - 1,59 -1011;

- класс и разряд износостойкости КИ/р факт = 10/3 - 11/2;

- «энергетическая» износостойкость

Иафжт = 7,94-109 Н-м/ мм3.

Из сравнения значений эксплуатационных по -казателей очевццно, что качество волочильного инструмента, изготовленного по АЭВ-ВГД технологии, существенно выше не только качества серийного волочильного инст-румента, но и инструмента с ВТП, соответствующими зарубежным ставдартам.

Кроме того, найденные значения энергетиче-ской интенсивности из -нашивания для исследуемых волок позволяют теоретически сравнить велич ины абсолютного

износа инструмента с различными ВТП и также оценить эффективность применения новой технологии На базе анализа многочисленных данных компьютерного экспери-

мента и использования правил номографирова-ния была создана методика построения типовых номограмм (см. рисунок) оценки текущего износа волок различной интенсивности изнашивания их поверхности в функции наиболее значимых параметров волочения для заданного в маршруте перехода.

Каждая номограмма является графической интерпретацией приближенного решения основ -ного уравнения изнашивания с использованием алгоритма расчета мощности сил трения по математической модели [1].

При работе с номограммой прослеживается влияние на величину ожвдаемого износа инструмента: изменения полуугла волоки а, скорости волочения V, коэффициента трения /, массы заготовки т и энергетической интенсивности изнашивания 1а при волочении заготовки заданных размеров и механических свойств в одном переходе.

Оценку величины ожидаемого износа по номограмме можно проследить на трех примерах при волочении проволоки из ст. 70 из исходной заготовки ducx = 3,1 мм на переходе d0=2,25 мм в d 1 = 2,04 мм, для а = 6°, V =2 м/с, /=0,1, т =16 т (см. рисунок):

- по стрелкам 1__5—6 (для серийной волоки с

1шсер = 3,5-10-10 мм3/Н-м) Adcep « 40 мкм;

- по стрелкам 1 5—7 (для волок с прогнозируемыми (планируемыми) ВТП, соответст-

ПРИМЕРЫ:

Исходные данные:

-3, / мм; с1о~2,25 мм; сЬ —2,04 мм; Сталь 70 ш

а 6 град; У-2 м/с; /=<?, 1;

Ь=0; т=16 Г.

1. По стрелкам 1-6:

Мсер=40 мкм.

2. По стрелкам 1...5-7;

Ас}пл~18 мкм.

3. По стрелкам 1 ...5-8

Дс1факт =14 МКМ.

Типовая номограмма для определения износа волок

вующими международному уровню с 1апл = 1,71 • 10-10 мм3/Н-м) М,т « 19 мкм;

- - по стрелкам 1__5—8 (для волок с фактине-

скими ВТП по АЭВ-ВГД технологии с І^факт = 1,26. 10-10 ММ3/Н-м) « 14 МКМ.

Точный расчет этих значений по программе показывает, что Ьйсер =42,1 мкм, Ь.йпл = 19,43 мкм, факт = 14,12 МКМ.

Типовые номограммы не предполагаются к практическому использованию в промышленных условиях и служат лишь для демонстрационного показа работы компьютерной программы, оценки качественного (приближенного) комплексного влияния технологических параметров на из -

нос, эффективности использования волок с раз -личными ВТП и удобны для работы со студентами в учебном процессе. В частности, приведенные примеры оценки ожвдаемого износа показывают, что волоки с планируемыми выходными параметрами в ~ 2,17 раз эффективнее серийных по величине ожвдаемого износа, а волоки, изготовленные по новой технологии с использованием метода высоких гвдростатических давлений (ВГД) и чистовой операции алмазно-электролигического выглаживания (АЭВ), имеют износостойкость в ~ 2,76 раз выше серийных и в ~ 1,35 раз выше волок с ВТП, соответствующими зарубежным аналогам.

Библиографический список

1. Моделирование процесса изнашивания волочильного инструмента / Ащупов В.П., СеменоваО.В., АщуповА.В., Быков А.С. // Процессы и оборудование металлургинеского производства: Мекрегион. сб. науч. трудов / Под ред. Железкова О.С. Вып. 6. Магнитогорск: МГТУ, 2004. С. 95-100.

2. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М. Механинеское изнашивание сталей и сплавов: Учебникдля вузов. М.: Недра, 1996. 364 с.

3. Лошак М .Г. Прочность и долговечность твердых сплавов. Киев: Наук. думка, 1984. 328 с.

4. Вайнер И.Л., Семенова О.В. Волочильный инструмент, изготовленный методом гидростатических давлений // Состояние и основные направления по совершенствованию производства проволоки для игл: Сб. науч. тр. Ижевск: НИИМТ, 1991. С. 73-75.

5. Алмазно-электролитическая обработка твердосплавных волок поликристаллическими катодами / Семенова О.В., Гур-вич Р.А., Пудов Е.А. и др. // Сб. статей семинара. Вологда, 1996. С. 93-95.

УДК 669.002.5

Н. Н. Огарков, Н. В. Мазур

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЯ В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ РОЛИКОВ МНЛЗ

Взаимодействие роликов МНЛЗ с горячей не-прерывно-лигой заготовкой вызывает в них боль -шие термические напряжения и, как следствие, образование на их поверхностях микротрещин. В процессе переточки необходимо полностью удалять такие трещины. На практике глубину распространения трещин от поверхности ролика определяют методом пробных врезаний резца, что является трудоемким и требует использования специальных методов дефектоскопии.

В настоящей работе предлагается расчетный метод определения глубины распространения трещин в поверхностном слое роликов МНЛЗ в зависимости от условий их эксплуатации.

Условия контактного взаимодействия горя -чего металла и роликов позволяют принять источник теплоты, действующий на поверхности ролика, полосовым с равномерной интенсивностью вдоль образующей ролика. Решение задачи упрощается, если источник теплоты принять бы-

стродвижущимся. Погрешности тепловых расчетов становятся незначительными, если число Пекле Ре > 10. Для условий эксплуатации роликов МНЛЗ число Пекле Ре = 15...20, что дает возможность принять источник теплоты быстро-движущимся.

С учетом принятых допущений рас пределе -ние температуры в поверхностном слое ролика можно описать следующими зависимостями:

по оси ролика

( Z2 ^

а = Qm 1 - -

V .m J по радиусу ролика

2

Qr = Qm eXP

v 4atj

где Qm - температура непрерывно-лигой заготовки; г - координата направленная вдоль оси