RU2661161C1 - Method of production of axisymmetric bar and wire metal products of increased accuracy - Google Patents

Method of production of axisymmetric bar and wire metal products of increased accuracy Download PDF

Info

Publication number
RU2661161C1
RU2661161C1 RU2017113297A RU2017113297A RU2661161C1 RU 2661161 C1 RU2661161 C1 RU 2661161C1 RU 2017113297 A RU2017113297 A RU 2017113297A RU 2017113297 A RU2017113297 A RU 2017113297A RU 2661161 C1 RU2661161 C1 RU 2661161C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transition
metal
residual stresses
mpa
radius
Prior art date
Application number
RU2017113297A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Герман Леонидович Колмогоров
Елена Владимировна Кузнецова
Диана Вячеславовна Хабарова
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет"
Priority to RU2017113297A priority Critical patent/RU2661161C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2661161C1 publication Critical patent/RU2661161C1/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C1/00—Manufacture of metal sheets, metal wire, metal rods, metal tubes by drawing
    • B21C1/02—Drawing metal wire or like flexible metallic material by drawing machines or apparatus in which the drawing action is effected by drums

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metal Extraction Processes (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention relates to the treatment of metals by pressure and can be used in the manufacture of axisymmetric bar and wire products by drawing. Preliminary, the billet is formed into a billet, after which the billet is drawn through monolithic dies using a process lubricant. When drawing, the change in the radius of the metal product is taken into account due to the relaxation of residual stresses, the value of which is determined by the formula given.
EFFECT: accuracy of the products obtained is improved.
1 cl, 1 ex

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для производства осесимметричных высокоточных прутковых и проволочных изделий волочением.The invention relates to the processing of metals by pressure and is intended for the production of axisymmetric high-precision bar and wire products by drawing.

Известно, что прутковые и проволочные металлоизделия изготавливают по технологической схеме, совмещающей прокатку или прессование заготовки и ее последующее волочение через конический волочильный инструмент.It is known that rod and wire metal products are manufactured according to the technological scheme that combines rolling or pressing of the workpiece and its subsequent drawing through a conical drawing tool.

Предварительно передний конец заготовки заостряют, формируют захватку, которую вводят в инструмент (волоку), зацепляют зажимом тянущего устройства и производят деформацию протягиваемой заготовки в технологическом инструменте (см. Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения. - М.: Металлургия, 1971. - с. 18).Previously, the front end of the workpiece is sharpened, a gripper is formed, which is inserted into the tool (die), hooked by a clamp of the pulling device, and the drawn workpiece is deformed in the technological tool (see Perlin I.L., Ermanok M.Z. Drawing Theory. - M.: Metallurgy, 1971. - p. 18).

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является способ волочения изделий (см. патент РФ №2126731 от 27.01.1999, кл. В21С 1/00), включающий предварительное формирование на заготовке захватки, деформацию заготовки в конических волоках с использованием технологической смазки при наличии остаточных напряжений в металлоизделиях.The closest method of the same purpose to the claimed invention in terms of features is the method of drawing products (see RF patent No. 2126731 dated 01/27/1999, class B21C 1/00), which includes preliminary formation of a gripper on the workpiece, deformation of the workpiece in conical dies using technological lubrication in the presence of residual stresses in metal products.

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что он не учитывает изменение геометрических размеров, в частности диаметра металлоизделий, вследствие релаксации остаточных напряжений.The disadvantage of this method, adopted as a prototype, is that it does not take into account the change in geometric dimensions, in particular the diameter of metal products, due to relaxation of residual stresses.

Известно, что в процессе пластического деформирования в протягиваемых изделиях возникают остаточные напряжения (см. Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения. - М.: Металлургия, 1971. - с. 371-383), которые существенно влияют на процесс волочения и качество металлоизделий, в частности конечный размер металлоизделий.It is known that in the process of plastic deformation in the stretched products residual stresses arise (see Perlin I.L., Ermanok M.Z. Drawing Theory. - M.: Metallurgy, 1971. - S. 371-383), which significantly affect drawing process and quality of metal products, in particular the final size of metal products.

При производстве прутковых и проволочных изделий применяется многопереходное волочение через ряд последовательных волок. При многопереходном волочении остаточные напряжения накапливаются от перехода к переходу, при этом их влияние на качество, в частности геометрические параметры, металлоизделий возрастает, что особенно важно при производстве металлоизделий повышенной точности.In the manufacture of bar and wire products, multi-transition drawing is used through a series of consecutive dies. In multi-junction drawing, residual stresses accumulate from transition to transition, while their influence on the quality, in particular geometric parameters, of metal products increases, which is especially important in the production of metal products of high accuracy.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого решения, - предварительное формирование на изделии захватки и последующее волочение с использованием технологической смазки через монолитные волоки.Signs of the prototype, which coincides with the features of the proposed solution, is the preliminary formation of the gripper on the product and the subsequent drawing using technological lubricant through monolithic dies.

Задачей изобретения является учет релаксации остаточных напряжений и изменение конечного размера осесимметричных прутковых и проволочных металлоизделий вследствие релаксации остаточных напряжений.The objective of the invention is to take into account the relaxation of residual stresses and the change in the final size of axisymmetric bar and wire metal products due to relaxation of residual stresses.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе производства осесимметричных прутковых и проволочных металлоизделий повышенной точности, включающем предварительное формирование на изделии захватки и последующее волочение с использованием технологической смазки через монолитные волоки, изменение радиуса металлоизделия вследствие релаксации остаточных напряжений определяют по формулеThe problem was solved due to the fact that in the known method for the production of axisymmetric bar and wire metal products of high accuracy, including the preliminary formation of grips on the product and subsequent drawing using technological lubricant through monolithic dies, the change in the radius of the metal due to relaxation of residual stresses is determined by the formula

где

Figure 00000001
Where
Figure 00000001

Figure 00000002
- параметр, определяющий величину остаточных напряжений, МПа;
Figure 00000002
- a parameter that determines the magnitude of the residual stresses, MPa;

Е - модуль упругости материала металлоизделия;E is the elastic modulus of the metal material;

μ - коэффициент Пуассона материала металлоизделия;μ is the Poisson's ratio of the metal material;

R - радиус металлоизделия, мм;R is the radius of the metal, mm;

е - основание натурального логарифма; e is the base of the natural logarithm;

ψ - параметр, определяющий долю энергии пластического деформирования, пошедшую на формирование остаточных напряжений;ψ is a parameter that determines the fraction of the energy of plastic deformation that went into the formation of residual stresses;

σSi - сопротивление пластической деформации протягиваемого металла в i-том переходе многопереходного волочения, МПа;σ Si is the plastic deformation resistance of the drawn metal in the i-th transition of multi-transition drawing, MPa;

Figure 00000003
- степень деформации в i-том переходе;
Figure 00000003
- the degree of deformation in the i-th transition;

Figure 00000004
- вытяжка в i-том переходе;
Figure 00000004
- hood in the i-th transition;

doi, d1i - диаметры металлоизделия на входе в волочильный инструмент и на выходе из него соответственно в i-том переходе;d oi , d 1i are the diameters of the metal product at the entrance to the drawing tool and at the output from it, respectively, in the i-th transition;

α в - угол наклона образующей волочильного инструмента к оси волочения.α in - the angle of inclination of the generatrix of the drawing tool to the axis of the drawing.

Признаки предлагаемого способа, отличительные от прототипа, - определение увеличения радиуса протягиваемого пруткового или проволочного металлоизделия за счет релаксации остаточных напряжений в зависимости от условий волочения и механических свойств протягиваемого металла.The features of the proposed method, distinctive from the prototype, is the determination of the increase in the radius of the drawn rod or wire metal due to the relaxation of residual stresses depending on the drawing conditions and mechanical properties of the drawn metal.

Остаточные напряжения в объеме прутковых и проволочных металлоизделий после пластического деформирования определяются соотношениями (см. Колмогоров Г.Л., Кузнецова Е.В., Тиунов В.В. Технологические остаточные напряжения и их влияние на долговечность и надежность металлоизделий. Пермь, изд-во ПНИПУ, 2012)

Figure 00000005
Residual stresses in the volume of rod and wire metal products after plastic deformation are determined by the relations (see Kolmogorov G.L., Kuznetsova E.V., Tiunov V.V. Technological residual stresses and their effect on the durability and reliability of metal products. Perm, Publishing House PNIPU, 2012)
Figure 00000005

где σr, σθ, σz - остаточные напряжения в радиальном, окружном и осевом направлении соответственно;where σ r , σ θ , σ z are the residual stresses in the radial, circumferential and axial directions, respectively;

μ - коэффициент Пуассона материала;μ is the Poisson's ratio of the material;

Figure 00000006
- относительная радиальная координата;
Figure 00000006
- relative radial coordinate;

R - радиус металлоизделия.R is the radius of the metal product.

Параметр

Figure 00000007
входящий в соотношения (3), определяется технологическими условиями производства металлоизделияParameter
Figure 00000007
included in the ratio (3), is determined by the technological conditions of metal production

Figure 00000008
Figure 00000008

где Е - модуль упругости материала металлоизделия;where E is the modulus of elasticity of the metal material;

μ - коэффициент Пуассона материала;μ is the Poisson's ratio of the material;

ψ - коэффициент, определяющий долю энергии пластического деформирования, пошедшую на формирование остаточных напряжений;ψ is the coefficient that determines the fraction of the energy of plastic deformation, which went into the formation of residual stresses;

σSi - сопротивление деформации материала изделия в i-том переходе при многопереходном волочении;σ Si is the deformation resistance of the product material in the i-th transition in multi-junction drawing;

Figure 00000009
- степень деформации в i-том переходе;
Figure 00000009
- the degree of deformation in the i-th transition;

Figure 00000010
- вытяжка в i-том переходе;
Figure 00000010
- hood in the i-th transition;

doi,

Figure 00000011
- диаметры металлоизделия на входе в волочильный инструмент и на выходе из него соответственно в i-том переходе;d oi
Figure 00000011
- metal product diameters at the entrance to the drawing tool and at the output from it, respectively, in the i-th transition;

α в - угол наклона образующей волочильного инструмента к оси волочения.α in - the angle of inclination of the generatrix of the drawing tool to the axis of the drawing.

Остаточные напряжения, определяемые уравнениями (3), могут быть значительными и привести к изменению геометрии металлоизделий (изменению радиуса) в процессе последующей эксплуатации за счет релаксации остаточных напряжений.The residual stresses defined by equations (3) can be significant and lead to a change in the geometry of metal products (change in radius) during subsequent operation due to relaxation of residual stresses.

Релаксация напряжений - это изменение напряжений во времени в конструкциях, работающих под нагрузкой. Явление релаксации характерно для большинства конструкционных материалов, обладающих вязкоупругими свойствами. Релаксация напряжений описывается уравнением (см. Качанов Л.М. Основы теории пластичности. М.: Наука, 1969, с. 396)Stress relaxation is the change in stress over time in structures operating under load. The relaxation phenomenon is characteristic of most structural materials with viscoelastic properties. Stress relaxation is described by the equation (see L. Kachanov, Fundamentals of the theory of plasticity. M: Nauka, 1969, p. 396)

Figure 00000012
Figure 00000012

где σ0 - начальное напряжение (t=0);where σ 0 is the initial stress (t = 0);

tp - время релаксации;t p is the relaxation time;

е - основание натурального логарифма. e is the base of the natural logarithm.

Применительно к остаточным напряжениям системы (3) уравнение релаксации (4) даетAs applied to the residual stresses of system (3), the relaxation equation (4) gives

Figure 00000013
Figure 00000013

Вследствие релаксации напряжений в прутковых и проволочных металлоизделиях произойдет изменение геометрических размеров, в частности изменение их радиуса. Изменение радиуса металлоизделий характеризует относительная деформация в окружном направлении εθ, которая определяется законом Гука

Figure 00000014
Due to the relaxation of stresses in bar and wire metal products, a change in geometric dimensions will occur, in particular a change in their radius. A change in the radius of metal products characterizes the relative deformation in the circumferential direction ε θ , which is determined by Hooke's law
Figure 00000014

Максимальная деформация εθ соответствует поверхности прутковых и проволочных металлоизделий

Figure 00000015
The maximum deformation ε θ corresponds to the surface of bar and wire hardware
Figure 00000015

Уравнение (6) с учетом (5) даст значение εθ для поверхности

Figure 00000016
в следующем видеEquation (6), taking into account (5), gives the value ε θ for the surface
Figure 00000016
as follows

Figure 00000017
Figure 00000017

При полной релаксации напряжений в процессе последующей эксплуатации металлоизделий t=tp, при этомWith complete relaxation of stresses during the subsequent operation of metal products t = t p , while

Figure 00000018
Figure 00000018

Относительная окружная деформация определяется в свою очередь соотношением (см. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: Наука, с. 276)The relative circumferential deformation is in turn determined by the ratio (see Feodosiev V.I. Resistance of materials. M: Nauka, p. 276)

Figure 00000019
Figure 00000019

для r=R имеемfor r = R we have

Figure 00000020
Figure 00000020

где U - радиальное перемещение поверхности металлоизделия, которое будет определять изменение конечного радиуса металлоизделия.where U is the radial movement of the surface of the metal product, which will determine the change in the final radius of the metal product.

Из соотношения (8) получимFrom relation (8) we obtain

Figure 00000021
Figure 00000021

с учетом (7) имеемtaking into account (7), we have

Figure 00000022
Figure 00000022

при этом

Figure 00000023
определяется соотношением (2).wherein
Figure 00000023
is determined by relation (2).

Пример конкретной реализации.An example of a specific implementation.

Медный пруток радиусом 20 мм изготовили из прессованной заготовки за 7 переходов с коэффициентом вытяжки в каждом переходе λi=1.5.A copper bar with a radius of 20 mm was made from a pressed billet for 7 transitions with a drawing coefficient in each transition λ i = 1.5.

Исходные данные для расчета:The initial data for the calculation:

ψ=0.15, μ=0.34, Е=1.2⋅105 МПа, α в =10°, σS=400 МПа.ψ = 0.15, μ = 0.34, E = 1.2⋅10 5 MPa, α in = 10 °, σ S = 400 MPa.

В результате расчета получили

Figure 00000024
МПа и ΔR=0.233 мм, что составит изменение диаметра Δd=0.466 мм.As a result of the calculation received
Figure 00000024
MPa and ΔR = 0.233 mm, which will be a change in diameter Δd = 0.466 mm.

Пруток радиусом 25 мм из титанового сплава НМП-1А изготовлен из прессованной заготовки за 4 перехода с коэффициентом вытяжки в каждом переходе λi=1,3.A bar with a radius of 25 mm from the NMP-1A titanium alloy is made of a pressed billet for 4 transitions with a drawing coefficient in each transition λ i = 1.3.

Исходные данные для расчета:The initial data for the calculation:

ψ=0.20, μ=0.35, E=1.1⋅105 МПа, α в =6°, σS=800 МПа.ψ = 0.20, μ = 0.35, E = 1.1⋅10 5 MPa, α a = 6 °, σ S = 800 MPa.

В результате расчета получили

Figure 00000025
МПа и ΔR=1,87 мм, что составит изменение диаметра Δd=3,76 мм.As a result of the calculation received
Figure 00000025
MPa and ΔR = 1.87 mm, which will be a change in diameter Δd = 3.76 mm.

При производстве высокоточных прутков изменения диаметра могут оказаться существенными, что потребует соответствующей корректировки геометрии волочильного технологического инструмента.In the production of high-precision rods, diameter changes can be significant, which will require appropriate adjustments to the geometry of the drawing process tool.

Claims (13)

Способ производства осесимметричных прутковых и проволочных металлоизделий, включающий предварительное формирование на заготовке захватки и последующее ее волочение по переходам через монолитные волоки с использованием технологической смазки, отличающийся тем, что при волочении учитывают изменение радиуса осесимметричного металлоизделия вследствие релаксации остаточных напряжений, величину которого (ΔR) определяют по формуле:A method for the production of axisymmetric rod and wire metal products, including preliminary formation of a gripper on the workpiece and its subsequent dragging along transitions through monolithic dies using technological lubricant, characterized in that when drawing, the radius of the axisymmetric metal product due to relaxation of residual stresses is taken into account, the value of which (ΔR) is determined according to the formula:
Figure 00000026
Figure 00000026
 где
Figure 00000027
- параметр, определяющий величину остаточных напряжений, МПа;Where
Figure 00000027
- a parameter that determines the magnitude of the residual stresses, MPa; Е - модуль упругости материала металлоизделия, МПа;E is the elastic modulus of the metal material, MPa; μ - коэффициент Пуассона материала металлоизделия;μ is the Poisson's ratio of the metal material; R - радиус металлоизделия, мм;R is the radius of the metal, mm; е - основание натурального логарифма;e is the base of the natural logarithm; ψ - параметр, определяющий долю энергии пластического деформирования, пошедшую на формирование остаточных напряжений;ψ is a parameter that determines the fraction of the energy of plastic deformation that went into the formation of residual stresses; σsi - сопротивление пластической деформации протягиваемого металла в i-том переходе многопереходного волочения, МПа;σ si is the plastic deformation resistance of the drawn metal in the i-th transition of multi-transition drawing, MPa;
Figure 00000028
- степень деформации в i-том переходе;
Figure 00000028
- the degree of deformation in the i-th transition;
Figure 00000029
- вытяжка в i-том переходе;
Figure 00000029
- hood in the i-th transition; doi, d1i - диаметры металлоизделия на входе в волочильный инструмент и на выходе из него соответственно в i-том переходе, мм;d oi , d 1i are the diameters of the metal product at the entrance to the drawing tool and at the output from it, respectively, in the i-th transition, mm; αв - угол наклона образующей волочильного инструмента к оси волочения, град.α in - the angle of inclination of the generatrix of the drawing tool to the axis of the drawing, deg.
RU2017113297A 2017-04-17 2017-04-17 Method of production of axisymmetric bar and wire metal products of increased accuracy RU2661161C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017113297A RU2661161C1 (en) 2017-04-17 2017-04-17 Method of production of axisymmetric bar and wire metal products of increased accuracy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017113297A RU2661161C1 (en) 2017-04-17 2017-04-17 Method of production of axisymmetric bar and wire metal products of increased accuracy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2661161C1 true RU2661161C1 (en) 2018-07-12

Family

ID=62916875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017113297A RU2661161C1 (en) 2017-04-17 2017-04-17 Method of production of axisymmetric bar and wire metal products of increased accuracy

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2661161C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2101108C1 (en) * 1995-10-17 1998-01-10 Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов Article drawing method (variants)
RU2113301C1 (en) * 1996-03-14 1998-06-20 Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов Method for deformation of axisymmetrical billets
RU2126731C1 (en) * 1998-04-27 1999-02-27 Пермский государственный технический университет Article drawing method
EP1688191A2 (en) * 2002-12-18 2006-08-09 The Goodyear Tire & Rubber Company Drawing of steel wire
RU2580263C2 (en) * 2014-08-22 2016-04-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Method for multiple plastic deformation of axially symmetric rod and wire metalware

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2101108C1 (en) * 1995-10-17 1998-01-10 Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов Article drawing method (variants)
RU2113301C1 (en) * 1996-03-14 1998-06-20 Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов Method for deformation of axisymmetrical billets
RU2126731C1 (en) * 1998-04-27 1999-02-27 Пермский государственный технический университет Article drawing method
EP1688191A2 (en) * 2002-12-18 2006-08-09 The Goodyear Tire & Rubber Company Drawing of steel wire
RU2580263C2 (en) * 2014-08-22 2016-04-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Method for multiple plastic deformation of axially symmetric rod and wire metalware

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhbankov et al. Rational parameters of profiled workpieces for an upsetting process
JP6212118B2 (en) Austenitic steel high-strength rod production method and rod produced by the method
JP4696980B2 (en) Hollow material manufacturing apparatus and hollow material manufacturing method
RU2583566C1 (en) METHOD FOR PRODUCING COLD-DEFORMED SEAMLESS PIPES MADE OF TITANIUM ALLOY Ti-3Al-2,5V
JP6077000B2 (en) Torsional high strain processing method for conical metal members
Spuskanyuk et al. Development of the equal-channel angular hydroextrusion
Surendarnath et al. A comparative study of commercially pure aluminum processed by ECAP using conventional and new die
RU2661161C1 (en) Method of production of axisymmetric bar and wire metal products of increased accuracy
Lezhnev et al. Development and research of combined process of “equal channel angular pressing–drawing”
CN103974788B (en) The manufacture method of seamless steel pipe
RU2404873C1 (en) Method of wire and bar drawing
RU2126731C1 (en) Article drawing method
EP2842649A1 (en) A method of rolling extrusion with regulated axis spacing of axi-symmetrical stepped parts
WO2013053003A1 (en) Strengthened metal tubes
CN101767139A (en) Stroke processing method of ultrathin cylinder stainless steel tube film for printer and duplicator
RU2461436C1 (en) Method of producing variable cross-section thin-wall shells
RU2580263C2 (en) Method for multiple plastic deformation of axially symmetric rod and wire metalware
RU2622552C1 (en) Method of manufacturing tube metalware by plastic deformation
RU2743269C1 (en) Round calibrated steel with ultrafine-grained structure production method
RU2626253C2 (en) Method of shaping bicurved sheet parts
RU2631574C1 (en) Method of producing bar iron of magnesium alloys of mg-al system
RU2536849C1 (en) Method of producing bimetal multiple ply rod and wire articles
Sangeetha et al. Experimental investigation in the selection of blank material during deep drawing process using finite element analysis
RU2310533C1 (en) Article drawing method
RU2537414C2 (en) Method of materials hardening