Энергетическая теория обработки металлов давлением как основа метода расчета ресурсосберегающих маршрутов волочения проволоки

Abstract

На основании развития энергетического метода решения технологических задач обработки металлов давлением, основоположником которого является В.Н. Выдрин, получены расчетные формулы для определения мощности, расходуемой на процесс волочения проволоки в монолитной волоке. Мощность электрической энергии, преобразуемая электродвигателем в механическую энергию и подводимая к барабану волочильного стана посредством редуктора, расходуется на преодоление сил трения в монолитной волоке и на формоизменение металла при волочении. В статье приведена методика расчета коэффициента полезного действия (КПД) процесса волочения проволоки. Установлено, что повышения механических свойств проволоки можно достичь за счет снижения неравномерности деформации по ее сечению. Определено, что с точки зрения формирования механических свойств и сохранения запаса пластичности проволоки маршрут волочения необходимо строить с максимально допустимыми по условию безобрывного волочения единичными степенями деформации, минимальным углом волоки и при обеспечении низкого коэффициента трения. Предложено при построении ресурсосберегающих маршрутов волочения руководствоваться не только критерием качества проволоки, характеризующимся уровнем механических свойств, но и энергоэффективностью процесса, который предложено оценивать по КПД процесса. Расчет мощности, расходуемой на формоизменение и преодоление сил трения в очаге деформации, показал, что КПД процесса волочения повышается с увеличением единичной степени деформации, уменьшением величины рабочего угла волоки и значения коэффициента трения. Анализ типового маршрута волочения с точки зрения этих принципов выявил, что эффект ресурсосбережения достигается при применении монолитных волок с рабочим углом 8°, при условии согласования его с остальными параметрами очага деформации (единичной степенью деформации и коэффициентом трения, обеспечиваемого качеством подготовки поверхности заготовки и применяемой технологической смазкой). The calculation formulas for determining the power spent on the process of wire drawing in a monolithic die based on the energy method for solving technological problems of metal forming are obtained in this article. The founder of this method is V.N. Vydrin. The power of electric energy was converted by an electric motor into mechanical energy and supplied to the block of a drawing mill by reducer. It is spent on overcoming the friction forces in a monolithic drawing die and on the shape change of metal during drawing. The article provides a methodology for calculating the energy efficiency of the wire drawing process. It is established that an increase in mechanical properties can lead to a decrease in the unhomogeneity of deformation over its cross section. It has been determined that for the formation of mechanical properties and the retention of the ductility margin of the wire, the drawing sequence must be constructed with the maximum degrees of deformation that are maximum permissible under the condition of continuous drawing, the minimum angle of die, and ensuring a low coefficient of friction. It is necessary to be guided not only by the quality criterion of the wire, characterized by the level of mechanical properties, but also by the energy efficiency of the process, for constructing resource-saving drawing sequences. The calculation of the power spent on shaping and overcoming the friction forces in the deformation zone showed that the efficiency of the drawing process increases with an increase in an elementary degree of deformation, a decrease in the working angle of the die and the value of the friction coefficient. The analysis of a typical drawing sequence from the point of view of these principles revealed that the resource-saving effect is achieved when using monolithic dies with a working angle of 8°. In this case, the route should be consistent with the remaining parameters of the deformation zone (an elementary degree of deformation and a coefficient of friction provided by the quality of preparation of the surface of the workpiece and the applied process lubricant).