СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТРИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРУТКОВЫХ И ПРОВОЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ
METHOD FOR PRODUCTION OF TRIMETALLIC BAR AND WIRE PRODUCTS

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для производства триметаллических прутковых и проволочных изделий волочением.
К триметаллическим изделиям в виде прутков проволоки относят изделия, включающие три слоя из разных металлов.
Известно, что прутки и проволоку изготавливают по технологической схеме, совмещающей прокатку или прессование заготовки с последующим волочением заготовки через конические волоки.
При деформировании в волочильном инструменте в заготовке возникает напряжение волочения, которое может приводить обрыву переднего конца заготовки (см. Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения. - М.: Металлургия, 1971. - С. 17).
Наиболее близким способом к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ производства триметаллических прутковых и проволочных изделий, включающий предварительное формирование на изделии захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через конический канал монолитной волоки. Способ определяет оптимальный угол рабочего канала волочильного инструмента, обеспечивающий минимальное усилие при волочении триметаллических прутковых и проволочных изделий (патент РФ №2492011 от 10.09.2013 г.). Данный способ выбран в качестве прототипа.
Недостатком известного способа является то, что он не позволяет найти предельную деформацию при производстве триметаллических прутковых и проволочных изделий, которая при волочении определяется коэффициентом вытяжки.
Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого решения, - предварительное формирование на изделии захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через конический канал монолитной волоки.
Задачей изобретения является определение предельной вытяжки, превышение которой приведет к разрушению одного из слоев, обладающего минимальным значением предела прочности на растяжение. Разрушение одного из слоев не допустимо, поскольку приведет к выводу из строя всю систему трехслойной конструкции прутка или проволоки.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе производства триметаллических прутковых и проволочных изделий, включающем предварительное формирование на изделии захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через конический канал монолитной волоки, согласно изобретению предельную вытяжку из условия разрушения одного из слоев определяют по формуле:
где  - вытяжка при волочении;
0
1
d, d - диаметры прутка, или проволоки до и после деформации соответственно, м;
s1
σ - сопротивление деформации металла центрального слоя (сердечника) триметаллической заготовки, МПа;
s2
σ - сопротивление деформации металла промежуточного слоя, МПа;
s3
σ - сопротивление деформации металла внешнего слоя, МПа;
- минимальный предел прочности на растяжение i-го слоя на выходе из волочильного инструмента, МПа;
- относительные площади сечения каждого из слоев составляющих триметаллическую заготовку;
2
F - площадь сечения триметаллическои заготовки, м;
ƒ - коэффициент внешнего трения в зоне деформации при волочении;
q
σ - напряжение противонатяжения, МПа;
в
α - угол волоки, °.
Признаки предлагаемого способа, отличительные от прототипа -определение предельной вытяжки из условия сохранения прочности триметаллической заготовки.
В реальных условиях волочения напряжение волочения монометаллической заготовки определяется по формуле (см. Механика композиционных материалов и конструкций. 2010 - Том 16, №2. С. 191-196)
где  - вытяжка при волочении;
0
1
d, d - внешний диаметр при волочении монометаллического прутка, или проволочной заготовки до и после деформации соответственно;
в
α - угол наклона образующей инструмента к оси волочения;
П
II
в
α - приведенный угол волоки tgα/ = 0,65tgσ;
s
σ - среднее по зоне деформации сопротивление деформации притягиваемого материала;
ƒ - коэффициент внешнего трения в очаге деформации при волочении;
q
σ - напряжение противонатяжения, МПа,
Триметаллическая заготовка состоит из трех слоев: центрального сердечника, промежуточного слоя и внешнего слоя.
Напряжение, обеспечивающее деформацию центрального сердечника, полагая, что в формуле (2) f=0, будет равно
s1
где σ - сопротивление деформации металла центрального слоя заготовки.
Напряжению волочения (3) соответствует усилие, затрачиваемое на деформацию сердечника
1
где F - площадь сечения сердечника триметаллическои заготовки.
Напряжение волочения промежуточного слоя триметаллическои заготовки в соответствии с формулой (2) при f=0 составит
Напряжению волочения (5) соответствует усилие, затрачиваемое на деформацию промежуточного слоя
2
где F - площадь сечения промежуточного слоя триметаллической заготовки.
Для внешнего слоя, находящегося в контакте с волочильным инструментом, напряжение волочения составит
s3
где σ - сопротивление деформации металла внешнего слоя заготовки.
Напряжение волочения (7) соответствует усилие, затрачиваемое на деформацию внешнего слоя триметаллическои заготовки
3
где F - площадь сечения внешнего слоя триметаллическои заготовки.
Общее усилие, необходимое для пластической деформации триметаллической заготовки, составит
После подстановки соотношений (4), (6) и (8) в формулу (9), преобразований и перехода к среднему напряжению волочения триметаллической заготовки получим
где  - относительные площади сечения каждого из слоев.
Соотношение (10) определяет среднее по сечению напряжение волочения триметаллическои заготовки.
При достижении напряжения (10) минимального значения предела прочности на растяжение i-го слоя произойдет разрыв i-го слоя. При этом условии прочность имеет вид
где  - минимальное значение предела прочности на растяжение металла одного из слоев.
Уравнение (11) разрешается относительно λ. После преобразования получим значение λ, превышение которого приведет к разрушению i-ого слоя триметаллической заготовки, что равносильно разрушению всей триметаллической заготовки.
где  - предельное значение вытяжки при волочении;
0
1
d, d - диаметры прутка, или проволоки до и после деформации соответственно;
s1
σ - сопротивление деформации металла центрального слоя (сердечника) триметаллической заготовки;
s2
σ - сопротивление деформации металла промежуточного слоя;
s3
σ - сопротивление деформации металла внешнего слоя;
- минимальный предел прочности на растяжение i-го слоя на выходе из волочильного инструмента;
- относительные площади сечения каждого из слоев составляющих триметаллическую заготовку;
F - площадь сечения триметаллической заготовки;
ƒ - коэффициент внешнего трения в зоне деформации при волочении
q
σ - напряжение противонатяжения, МПа.
Пример реализации предлагаемого способа.
s1
s3
s2
в
q
s1
s3
s2
Предлагаемый способ использован для волочения триметаллической заготовки низкотемпературного сверхпроводника, состоящего из медного сердечника, промежуточного сверхпроводникового ниобия и медной стабилизирующей оболочки. При этом геометрические и физические соотношения составляли:  σ = σ = 300 МПа; σ = 500 МПа. При волочении заготовки через волочильный инструмент с α = 12°, при коэффициенте трения f=0,1 и противонатяжении σ=100 МПа. Напряжение волочения составило σ = σ = 350 МПа, σ = 550 МПа.
пр
По формуле (1) предлагаемого способа определили λ=1,37.
пр
Таким образом при превышении λ=1,31 произойдет разрыв либо центрального слоя, либо наружного слоя триметаллической оболочки.