RU2778315C1 - Prefabricated drawing tool - Google Patents
Prefabricated drawing tool Download PDFInfo
- Publication number
- RU2778315C1 RU2778315C1 RU2021110066A RU2021110066A RU2778315C1 RU 2778315 C1 RU2778315 C1 RU 2778315C1 RU 2021110066 A RU2021110066 A RU 2021110066A RU 2021110066 A RU2021110066 A RU 2021110066A RU 2778315 C1 RU2778315 C1 RU 2778315C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pressure
- die
- dies
- working
- lubricant
- Prior art date
Links
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 39
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000001050 lubricating Effects 0.000 claims abstract description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims description 114
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 230000037250 Clearance Effects 0.000 claims description 6
- 230000035512 clearance Effects 0.000 claims description 6
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 5
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 22
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 13
- 230000001603 reducing Effects 0.000 description 12
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 11
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 10
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 10
- 239000000344 soap Substances 0.000 description 10
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 8
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 7
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 6
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 3
- RYYKJJJTJZKILX-UHFFFAOYSA-M Sodium stearate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O RYYKJJJTJZKILX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral Effects 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 description 2
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000002356 Skeleton Anatomy 0.000 description 1
- 241000282898 Sus scrofa Species 0.000 description 1
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N Tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052803 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010727 cylinder oil Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000005291 magnetic Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000002480 mineral oil Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000889 permalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- LJCNRYVRMXRIQR-OLXYHTOASA-L potassium sodium L-tartrate Chemical compound [Na+].[K+].[O-]C(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C([O-])=O LJCNRYVRMXRIQR-OLXYHTOASA-L 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229910052904 quartz Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011006 sodium potassium tartrate Nutrition 0.000 description 1
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 1
- 230000002522 swelling Effects 0.000 description 1
- 229910052613 tourmaline Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011032 tourmaline Substances 0.000 description 1
- 229940070527 tourmaline Drugs 0.000 description 1
- 230000001052 transient Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к производству проволоки при метизном переделе, в частности к технологическому инструменту для станов многократного, и главным образом, прямоточного волочения.The invention relates to the production of wire in hardware redistribution, in particular to a technological tool for multiple mills, and mainly direct-flow drawing.
Известно устройство для создания условий гидродинамического трения при волочении [Колмогоров В.Л., Орлов С.И., Колмогоров Г.Л. Гидродинамическая подача смазки. - М.: Металлургия, 1975, 256 с., с. 14-16], включающее рабочую волоку и герметично установленную на ее входе напорную трубку, образующую с протягиваемой заготовкой узкий зазор. Устройство позволяет, благодаря вязким силам, действующим в зазоре, создавать давление технологической смазки на входе в рабочую волоку, соизмеримое с пределом текучести материала заготовки.A device is known for creating conditions for hydrodynamic friction during drawing [Kolmogorov V.L., Orlov S.I., Kolmogorov G.L. Hydrodynamic lubrication. - M.: Metallurgy, 1975, 256 p., p. 14-16], which includes a working die and a pressure tube hermetically installed at its inlet, which forms a narrow gap with the drawn workpiece. The device allows, thanks to the viscous forces acting in the gap, to create a process lubricant pressure at the inlet to the working die, commensurate with the yield strength of the workpiece material.
Конструкции волок с напорными трубками-насадками имеют существенные недостатки - нестабильность работы и сложность изготовления. Известно, что, если смазку представить как линейно-вязкую жидкость [С.А. Кузнецов, Э.А. Гарбер, М.Я. Бровман, С.Ю. Семенов, А.И. Виноградов. Моделирование течения идеально-вязкой смазки в напорных зазорах волочильного инструмента. //Сб. трудов Международной конференции "Информационные технологии в производственных, социальных и экономических процессах", Череповец, Изд-во ЧГУ, 1999 г. с. 101-103], создаваемый напорной трубкой подъем давления Ар выразится формулойDesigns of drawing dies with pressure tubes-nozzles have significant drawbacks - the instability of work and the complexity of manufacturing. It is known that if the lubricant is represented as a linearly viscous liquid [S.A. Kuznetsov, E.A. Garber, M.Ya. Brovman, S.Yu. Semenov, A.I. Vinogradov. Simulation of the flow of ideally viscous lubricant in the pressure gaps of a drawing tool. // Sat. Proceedings of the International Conference "Information Technologies in Industrial, Social and Economic Processes", Cherepovets, ChSU Publishing House, 1999. p. 101-103], the rise in pressure Ap created by the pressure tube is expressed by the formula
где μ - эффективная (приведенная к линейной модели жидкости) вязкость смазки;where μ is the effective (reduced to a linear fluid model) lubricant viscosity;
ν0 - скорость протяжки заготовки;ν 0 - the speed of drawing the workpiece;
- длина трубки; - tube length;
δ - ширина зазора;δ - gap width;
δp - толщина слоя смазки в рабочей волоке.δ p is the thickness of the lubricant layer in the working die.
Таким образом, создаваемое напорной трубкой давление пропорционально ее длине и обратно пропорционально квадрату ширины зазора. Максимальная степень возрастания давления по длине трубки-насадки имеет место при толщине зазора, равной 3/2 от толщины слоя смазки в рабочей волоке. Даже при жидкостном режиме нагнетания смазки и трения в очаге деформации в рабочей волоке ширина такого зазора измеряется десятками микрометров (сотыми долями миллиметра).Thus, the pressure created by the pressure tube is proportional to its length and inversely proportional to the square of the width of the gap. The maximum degree of pressure increase along the length of the nozzle tube occurs at a gap thickness equal to 3/2 of the thickness of the lubricant layer in the working die. Even in the liquid mode of injection of lubricant and friction in the deformation zone in the working die, the width of such a gap is measured in tens of micrometers (hundredths of a millimeter).
Гидродинамический режим в таком зазоре оказывается весьма чувствительным к увеличению его ширины вследствие износа, который всегда имеет место из-за неустранимых несоосностей и кривизны входящей заготовки, а также из-за случайных изменений ее диаметра в поле допусков. Например, расширение зазора от 0,03 до 0,045 мм приводит к падению создаваемого трубкой давления более чем вдвое. Качественно такая закономерность справедлива и для реальных смазок.The hydrodynamic regime in such a gap turns out to be very sensitive to an increase in its width due to wear, which always occurs due to fatal misalignments and curvature of the incoming workpiece, as well as due to random changes in its diameter within the tolerance field. For example, expanding the gap from 0.03 to 0.045 mm causes the pressure created by the tube to drop by more than half. Qualitatively, this regularity is also valid for real lubricants.
Для существенного уменьшения отрицательного влияния износа стенки зазора его приходится значительно увеличивать, например, на порядок, но это, в свою очередь, приводит к возрастанию длины трубки-насадки на два порядка. Изготовление же напорных трубок большой длины из твердого, износостойкого материала, с точными размерами внутреннего отверстия - слишком сложная задача.To significantly reduce the negative effect of gap wall wear, it has to be significantly increased, for example, by an order of magnitude, but this, in turn, leads to an increase in the length of the nozzle tube by two orders of magnitude. The manufacture of pressure pipes of great length from a hard, wear-resistant material, with the exact dimensions of the inner hole, is too difficult a task.
Известно «Устройство для волочения изделий в режиме гидродинамического трения» [патент СССР №1804354, МКИ В21С 3/14, опубл. 1993, бюллетень №11], состоящее из корпуса, нескольких напорных упругих втулок и рабочей волоки, установленных в корпусе и затянутых накидной гайкой. При движении протягиваемого изделия смазка под давлением нагнетается в зону деформации, обеспечивая условия гидродинамического трения. При этом каждая из напорных втулок обеспечивает определенное повышение давления в слое смазки. В каждой из полостей, образованных напорными втулками, формируется циркуляционное течение смазки, способствующее отгону отслаивающихся металлических частиц в периферийные области смазочных полостей.Known "Device for drawing products in the mode of hydrodynamic friction" [USSR patent No. 1804354, MKI V21S 3/14, publ. 1993, Bulletin No. 11], consisting of a body, several pressure resilient bushings and a working die, installed in the body and tightened with a union nut. During the movement of the drawn product, the lubricant is injected under pressure into the deformation zone, providing conditions for hydrodynamic friction. In this case, each of the pressure bushings provides a certain increase in pressure in the lubricant layer. In each of the cavities formed by the pressure bushings, a circulating lubricant flow is formed, which contributes to the removal of exfoliating metal particles to the peripheral regions of the lubricating cavities.
Недостаток этого устройства - неустойчивость гидродинамического режима течения смазки и создания необходимого давления, вследствие быстрого износа упругих втулок по тем же причинам.The disadvantage of this device is the instability of the hydrodynamic regime of the lubricant flow and the creation of the necessary pressure, due to the rapid wear of the elastic bushings for the same reasons.
Действительно, поскольку напорные втулки выполнены упругими, они не могут быть достаточно твердыми и жесткими для успешного сопротивления износу. При износе втулок усилия их прижима к изделию снижаются, и соответственно, возрастают образующиеся гидродинамические зазоры.Indeed, since the pressure bushings are resilient, they cannot be sufficiently hard and rigid to successfully resist wear. When the bushings are worn, the forces of their pressing against the product are reduced, and, accordingly, the resulting hydrodynamic gaps increase.
Кроме того, отгон отслаивающихся металлических частиц в периферийные области смазочных полостей может происходить в любой сборной волоке, так как там подобные полости имеются. К тому же, смазки обычно достаточно вязкие, а металлические частицы, вызывающие повышенный износ - малы, и они движутся вместе с потоком смазки и изнашивают зазоры, расширяя их.In addition, the distillation of exfoliating metal particles into the peripheral regions of the lubrication cavities can occur in any prefabricated die, since such cavities exist there. In addition, lubricants are usually quite viscous, and the metal particles that cause increased wear are small, and they move with the lubricant flow and wear out the gaps, expanding them.
Известен «Технологический инструмент для волочения изделий в режиме гидродинамического трения» [А.с. СССР №1468630, МКИ В21С 3/14, опубл. 30.03.89, бюлл. №12], содержащий корпус с запрессованной в него конусной втулкой, установленные во втулке напорную и рабочую волоки и размещенный между ними уплотнительный элемент, выполненный в виде фасонных колец, соединенных через паз-выступ с образованием внутренней полости и установленных с возможностью относительного осевого смещения. Напорная волока предназначена для обеспечения в рабочей волоке давления, необходимого для осуществления режима гидродинамического трения в процессе волочения.Known "Technological tool for drawing products in the mode of hydrodynamic friction" [A.S. USSR No. 1468630, MKI V21C 3/14, publ. 30.03.89, bull. No. 12], containing a body with a taper bushing pressed into it, a pressure and working die installed in the bushing and a sealing element placed between them, made in the form of shaped rings connected through a groove-protrusion to form an internal cavity and installed with the possibility of relative axial displacement. The pressure die is designed to provide the working die with the pressure necessary to implement the hydrodynamic friction mode in the drawing process.
Использование стандартной волоки в качестве напорной позволяет сочетать малую величину гидродинамического зазора с высокой износостойкостью, так как фильеры волок изготовлены из специальных высокотвердых материалов. Технология их изготовления достаточно развита на волочильных производствах. Возникающее давление в полости между волоками приводит к плотному прилеганию колец к волокам, что способствует успешной герметизации.The use of a standard die as a pressure die makes it possible to combine a small hydrodynamic gap with high wear resistance, since the die dies are made of special high-hard materials. The technology of their manufacture is sufficiently developed in the drawing industry. The resulting pressure in the cavity between the dies leads to a tight fit of the rings to the dies, which contributes to successful sealing.
Недостатком данного устройства является недостаточность давления смазки, создаваемого в зазоре одной-единственной напорной волоки, для существенного снижения усилия волочения и уменьшения износа рабочей волоки.The disadvantage of this device is the insufficiency of the lubricant pressure created in the gap of a single pressure die to significantly reduce the drawing force and reduce the wear of the working die.
Необходимая для повышения давления Δр длина зазора при оптимальной его ширине (3/2) δр определяется формулойThe gap length required to increase the pressure Δр at its optimal width (3/2) δр is determined by the formula
Если принять оптимальную толщину слоя смазки в рабочей фильере δp=0,02 мм, (напорный зазор δ=0,03 мм), принять скорость протяжки заготовки ν0=3 м/с, то при использовании смазки в виде сухого порошка на основе стеарата натрия (хозяйственного мыла), когда эффективная вязкость при рабочих температурах порядка 100°С находится в пределах μ=8…30 Па⋅с, необходимая длина зазора составит и более, что примерно соответствует обычной длине калибрующего пояска фильеры.If we accept the optimal thickness of the lubricant layer in the working die δ p \u003d 0.02 mm, (pressure gap δ \u003d 0.03 mm), take the speed of drawing the workpiece ν 0 \u003d 3 m / s, then when using a lubricant in the form of a dry powder based on sodium stearate (laundry soap), when the effective viscosity at operating temperatures of about 100°C is within μ=8…30 Pa⋅s, the required gap length will be and more, which approximately corresponds to the usual length of the sizing band of the die.
Тем не менее, напорный зазор δ=0,03 мм весьма мал, и нужно обеспечить подачу смазки к рабочей фильере в достаточном количестве, ведь только при таком условии и может развиться необходимое давление.However, the pressure clearance δ=0.03 mm is very small, and it is necessary to ensure the supply of lubricant to the working die in sufficient quantities, because only under this condition can the necessary pressure develop.
Плотность сухой порошкообразной смазки гораздо (в несколько раз) меньше плотности сплошного мыла, поэтому напорная фильера должна обеспечивать подачу смазки в объеме, превышающем расчетный в такое же число раз, при этом воздух в порах, при уплотнении смазки в зазоре, может выходить только в обратном направлении, затрудняя ее подачу. Кроме того, эффективная вязкость рыхлой смазки значительно ниже, чем сплошной, что также затруднит захват и нагнетание смазки силами вязкого трения.The density of a dry powdered lubricant is much (several times) less than the density of solid soap, so the pressure die must provide lubricant supply in a volume that exceeds the calculated one by the same number of times, while the air in the pores, when the lubricant is compacted in the gap, can only escape in the opposite direction. direction, making it difficult to feed. In addition, the effective viscosity of a loose lubricant is much lower than a solid one, which will also make it difficult for the lubricant to be captured and pumped by viscous friction forces.
Для жидких смазок, одной из наиболее вязких из которых является, например, цилиндровое масло, у которого при тех же температурах вязкость μ=0,03 Па⋅с, т.е. ниже в тысячу раз, необходимая длина трубки составит уже и более.For liquid lubricants, one of the most viscous of which is, for example, cylinder oil, which at the same temperatures has a viscosity of μ=0.03 Pa⋅s, i.e. a thousand times lower, the required tube length will be already and more.
Консистентные композиционные смазки по эффективной вязкости занимают промежуточное положение, и длины калибрующего пояска фильеры для создания достаточного давления смазки также не хватает.Consistent composite lubricants occupy an intermediate position in terms of effective viscosity, and the length of the sizing belt of the die to create sufficient lubricant pressure is also not enough.
Другой недостаток - ненадежная герметизация уплотнительного элемента, так как отсутствуют средства, препятствующие заходу смазки встык между кольцами и волокой, особенно в начале процесса волочения, когда давление смазки еще не велико и недостаточно для раздвижки колец, а после попадания туда смазки уплотнение становится неработоспособным.Another disadvantage is the unreliable sealing of the sealing element, since there are no means to prevent the lubricant from entering butt-to-butt between the rings and the die, especially at the beginning of the drawing process, when the lubricant pressure is not yet high and insufficient to push the rings apart, and after the lubricant gets there, the seal becomes inoperable.
Также известно «Устройство для волочения в режиме гидродинамического трения» [А.с. СССР №1360839, МКИ В21С 3/14, опубл. 23.12.87, бюллетень №47], содержащее корпус с установленной в нем разрезной конусной зажимной втулкой, в которой размещены зажатые в нем накидной гайкой напорная и рабочая волоки, снабженные термокомпенсационными шайбами. Использование стандартной волоки в качестве напорной здесь также позволяет сочетать малую величину зазора с его высокой износостойкостью. Возникающее давление в полости между волоками приводит к деформации шайб и плотному прилеганию их к волокам, что предотвращает прорыв и выброс смазки.It is also known "Device for drawing in the mode of hydrodynamic friction" [A.S. USSR No. 1360839, MKI V21C 3/14, publ. 23.12.87, bulletin No. 47], containing a body with a split conical clamping sleeve installed in it, in which the pressure and working drawing dies are clamped in it with a union nut and equipped with thermal compensation washers. The use of a standard die as a pressure die here also makes it possible to combine a small gap with its high wear resistance. The resulting pressure in the cavity between the dies leads to the deformation of the washers and their tight fit to the dies, which prevents the breakthrough and ejection of lubricant.
Данное известное устройство имеет те же недостатки, что и предыдущий аналог. Кроме того, дополнительным недостатком известного инструмента является наличие разреза в конусной зажимной втулке, увеличивающего вероятность прорыва смазки из полости между волоками, например, при чрезмерной деформации и выдавливании самого пластичного материала шайб в разрез втулки за счет давления смазки.This known device has the same disadvantages as the previous analogue. In addition, an additional disadvantage of the known tool is the presence of a cut in the conical clamping sleeve, which increases the likelihood of lubricant breakthrough from the cavity between the dies, for example, when excessive deformation and extrusion of the most plastic material of the washers into the sleeve cut due to lubricant pressure.
Известен также «Инструмент для волочения» [А.с. СССР №1810153, МКИ В21С 3/14, опубл. 23.04.93, бюлл. №15], включающий напорную и рабочую волоки с находящейся между ними уплотнительной шайбой, установленные во втулке, выполненной неразрезной. Благодаря последнему признаку, в инструменте исключено выдавливание герметизирующего уплотнения в разрез втулки, а поэтому и прорыв между волоками смазки.Also known "Tool for drawing" [A.S. USSR No. 1810153, MKI V21S 3/14, publ. 04/23/93, bull. No. 15], including pressure and working draw with a sealing washer located between them, installed in a bushing made continuous. Thanks to the latter feature, the tool excludes the extrusion of the sealing seal into the cut of the sleeve, and therefore the breakthrough between the lubricant dies.
Недостатком данного известного устройства, аналогично двум предыдущим, является недостаточность давления смазки, создаваемого с помощью всего лишь одной напорной волоки.The disadvantage of this known device, similarly to the previous two, is the lack of lubrication pressure created with just one pressure die.
Другим недостатком является отсутствие в конструкции уплотнительной шайбы элементов, обеспечивающих самоуплотнение под действием давления смазки, что определяет возможность прорыва смазки за счет обхода уплотнительной шайбы, особенно в начале процесса волочения, когда гидродинамический механизм еще только начинает действовать.Another disadvantage is the absence in the design of the sealing washer of elements that provide self-sealing under the action of lubricant pressure, which determines the possibility of lubricant breakthrough due to bypassing the sealing washer, especially at the beginning of the drawing process, when the hydrodynamic mechanism is just beginning to operate.
Известно и «Устройство для волочения в режиме гидродинамического трения» [А.с. СССР №1752467, МКИ В21С 3/14, опубл. 07.08.92, бюллетень №29], включающее корпус, рабочие волоки, запрессованные в цилиндрические разрезные втулки, размещенные в корпусе с радиальным зазором.Known and "Device for drawing in the mode of hydrodynamic friction" [A.S. USSR No. 1752467,
Кроме недостатков, отмеченных для предыдущих аналогов, в устройстве отсутствуют какие-либо уплотнения между фильерами, что определяет возможность разгерметизации внутреннего пространства корпуса и исключение напорного эффекта.In addition to the shortcomings noted for previous analogues, the device does not have any seals between the dies, which determines the possibility of depressurization of the internal space of the housing and the exclusion of the pressure effect.
Известен еще и «Инструмент для волочения» [А.с. СССР №1687321, МКИ В21С 3/14, опубл. 30.10.91, бюлл. №40], содержащий зажатые в корпусе напорную и две рабочие волоки, включающие соответствующие им фильеры, запрессованные в отдельные неразрезные стальные оправки, и размещенные между волоками уплотнительные прокладки, при этом микрошероховатость канала второй рабочей фильеры выполнена в 4-13,7 раза меньше микрошероховатости канала первой рабочей фильеры.Also known is the "Tool for drawing" [A.S. USSR No. 1687321,
Конструкция напорной фильеры и рабочей волоки, запрессованных в отдельные неразрезные стальные оправки, дает возможность применять в этом качестве стандартный волочильный инструмент, представляющий собой волоки, выполненные из твердого, износостойкого материала, например, из спеченного карбида вольфрама, сцементированного кобальтом, запрессованные в отдельные стальные неразрезные оправки, что существенно удешевляет конструкцию.The design of the pressure die and working die, pressed into separate continuous steel mandrels, makes it possible to use in this capacity a standard drawing tool, which is a die made of a hard, wear-resistant material, for example, sintered tungsten carbide cemented with cobalt, pressed into separate steel continuous mandrels, which significantly reduces the cost of construction.
1-м недостатком данного известного инструмента для волочения является отсутствие в конструкции уплотнительной прокладки элементов, обеспечивающих ее самоуплотнение под действием сил давления смазки, что определяет возможность прорыва смазки в обход уплотнительной прокладки.The first disadvantage of this known drawing tool is the absence in the design of the sealing gasket of elements that ensure its self-sealing under the action of lubricant pressure forces, which determines the possibility of lubricant breakthrough bypassing the sealing gasket.
2-й недостаток этого известного инструмента - недостаточность давления смазки, создаваемого в гидродинамическом зазоре единственной напорной волоки для существенного снижения усилия волочения и износа первой рабочей фильеры.The second drawback of this well-known tool is the lack of lubrication pressure created in the hydrodynamic gap of a single pressure drawing die to significantly reduce the drawing force and wear of the first working die.
В приведенном в данном аналоге примере волочение производилось со сравнительно небольшим обжатием 3,7%. Это суммарное обжатие должно быть распределено между рабочими волоками так, чтобы основная его часть приходилась на вторую волоку, иначе волочение станет невозможным из-за обрывов от чрезмерного противонатяжения для второй рабочей волоки. Но при слишком малом обжатии в первой рабочей волоке реализуется весьма невыгодный режим волочения, характеризующийся значительными контактными напряжениями между проволокой и поверхностью канала волоки, которые, согласно условию пластичности, равны разности сопротивления металла деформации и напряжения осевого растяжения проволоки в зоне деформации первой волоки. Но в этой зоне осевое растяжение, изменяющееся от величины противонатяжения (если оно есть) до напряжения волочения через первую рабочую волоку (с очень малым обжатием), минимально, и, следовательно, контактное напряжение, или напряжение радиального обжатия проволоки, велико и близко к пределу текучести металла. По этой причине производить волочение с очень малыми обжатиями не целесообразно, в частности, из-за повышенного износа волок и относительно больших затрат энергии на трение. Поэтому самый интенсивный износ конического канала волоки наблюдают вблизи места его первичного контакта с поверхностью заготовки (вблизи зоны максимальных упругих деформаций) [Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения - М.: Металлургия, 1971, с. 26-39; 110; 142-144, 202].In the example given in this analogue, the drawing was carried out with a relatively small reduction of 3.7%. This total reduction must be distributed between the working dies so that the main part of it falls on the second die, otherwise the drawing will become impossible due to breaks from excessive counter-tension for the second working die. But with too little compression in the first working die, a very unfavorable drawing mode is realized, characterized by significant contact stresses between the wire and the surface of the die channel, which, according to the plasticity condition, are equal to the difference between the resistance of the metal to deformation and the axial tensile stress of the wire in the deformation zone of the first die. But in this zone, the axial tension, which varies from the value of the counter-tension (if any) to the stress of drawing through the first working die (with a very small reduction), is minimal, and, consequently, the contact stress, or the stress of the radial compression of the wire, is large and close to the limit metal fluidity. For this reason, drawing with very small reductions is not advisable, in particular, due to the increased wear of the dies and the relatively high energy consumption for friction. Therefore, the most intense wear of the conical channel of the die is observed near the place of its primary contact with the surface of the workpiece (near the zone of maximum elastic deformations) [Perlin I.L., Ermanok M.Z. Drawing theory - M.: Metallurgy, 1971, p. 26-39; 110; 142-144, 202].
Таким образом, 1-ая рабочая волока в большей степени нуждается в создании условий жидкостного трения, т.е. напорные волоки должны обеспечивать перед рабочей волокой давление смазки, соизмеримое с сопротивлением заготовки деформации - пределом текучести металла. Но, как и в предыдущих известных устройствах, одна напорная волока не в состоянии обеспечить такое давление.Thus, the 1st working die needs to create liquid friction conditions to a greater extent, i.e. pressure dies must provide a lubricant pressure in front of the working die, commensurate with the resistance of the workpiece to deformation - the yield strength of the metal. But, as in the previous known devices, one pressure portage is not able to provide such pressure.
Если принять, что необходимое для гидродинамического режима давление смазки на входе в первую рабочую волоку достигнуто и толщина слоя смазки в рабочей волоке существенно больше и характерна для гидродинамического режима волочения: δр=0,02 мм, тогда оптимальная величина зазора в напорной фильере составит (3/2) δp, т.е. δ=0,03 мм, длину зазора определяет формула (2), где необходимое давление р имеет величину порядка сопротивления деформации при обжатии, что, например, для мягких сталей составит около 400 МПа. При протяжке заготовки ∅ 6,5 мм с характерной для этого диаметра скоростью ν0=3 м/с и при использовании смазки в виде сухого мыльного порошка, когда эффективная вязкость при рабочих температурах порядка 100°С находится в пределах: μ=8…30 Па⋅с, необходимая длина зазора составит что, в общем случае, превышает обычную длину калибрующего пояска фильеры. Кроме того, зазор в напорной фильере δ=0,03 мм весьма мал, чтобы обеспечить ввод сухой смазки в рабочую волоку в достаточном количестве, а только при таком условии и может развиться необходимое давление смазки. Плотность сухой порошкообразной смазки обычно меньше плотности сплошного мыла в несколько раз, поэтому напорная фильера должна обеспечивать подачу смазки в объемах, превышающих обычные в такое же число раз. При этом воздух, занимающий остальную часть объема смазки, при ее уплотнении в зазоре должен выходить только в обратном направлении, затрудняя поступление новых порций смазки. Кроме того, эффективная вязкость рыхлой смазки значительно ниже вязкости сплошной, что также затрудняет захват и подачу смазки силами вязкого трения.If we assume that the lubricant pressure required for the hydrodynamic mode at the inlet to the first working die is reached and the thickness of the lubricant layer in the working die is significantly larger and is typical for the hydrodynamic mode of drawing: δ p = 0.02 mm, then the optimal gap in the pressure die will be ( 3/2) δ p , i.e. δ=0.03 mm, length the gap is determined by formula (2), where the required pressure p has a value of the order of the resistance to deformation during compression, which, for example, for mild steels will be about 400 MPa. When drawing a workpiece ∅ 6.5 mm with a characteristic speed for this diameter ν 0 = 3 m/s and when using a lubricant in the form of dry soap powder, when the effective viscosity at operating temperatures of about 100 ° C is in the range: μ = 8 ... 30 Pa⋅s, the required gap length will be which, in the general case, exceeds the usual length of the sizing band of the die. In addition, the gap in the pressure die δ = 0.03 mm is very small to ensure the introduction of dry lubricant into the working die in sufficient quantities, and only under this condition can the necessary lubricant pressure develop. The density of a dry powder lubricant is usually several times less than the density of a solid soap, so the pressure die must provide lubricant in volumes that are higher than usual by the same number of times. In this case, the air that occupies the rest of the volume of the lubricant, when it is compacted in the gap, should only exit in the opposite direction, making it difficult for new portions of the lubricant to enter. In addition, the effective viscosity of a loose lubricant is much lower than that of a continuous lubricant, which also makes it difficult to capture and supply the lubricant by viscous friction forces.
Для более прочных сталей давление, а следовательно, и длина зазора должны быть, соответственно, еще большими.For stronger steels, the pressure, and hence the length of the gap, must be correspondingly even greater.
3-им недостатком известного устройства является также его непригодность к эффективному волочению в режиме гидродинамического (жидкостного) трения и во второй рабочей волоке.The 3rd disadvantage of the known device is also its unsuitability for effective drawing in the mode of hydrodynamic (liquid) friction and in the second working die.
Действительно, высокие контактные напряжения в первой рабочей волоке препятствуют подаче смазки ко второй рабочей волоке, условия смазки которой, соответственно, ухудшаются.Indeed, high contact stresses in the first working die prevent the supply of lubrication to the second working die, the lubrication conditions of which, accordingly, worsen.
4-й недостаток известного инструмента - его конструкцией не определены диаметры вспомогательных напорных фильер. Этот признак более существенный, чем шероховатость, и он совершенно необходим для реализации в конструкции инструмента режима, в котором имеет место эффективный гидродинамический напор смазки, который мог бы привести к увеличению толщины ее слоя в зонах деформации в первой и во второй рабочих волоках.The 4th disadvantage of the known tool is that its design does not determine the diameters of the auxiliary pressure dies. This feature is more significant than roughness, and it is absolutely necessary for the implementation in the tool design of a regime in which there is an effective hydrodynamic pressure of the lubricant, which could lead to an increase in the thickness of its layer in the deformation zones in the first and second working dies.
Известен и «Инструмент для волочения изделий в режиме гидродинамического трения» [Патент РФ №2011449, МКИ В21С 3/14 .- 1994, бюлл. №8], состоящий из размещенных в зажимной конусной втулке, запрессованной в корпус и зажатой накидной гайкой, твердосплавной рабочей волоки, напорной фильеры и уплотнительной шайбы между ними. Внутренние поверхности напорной фильеры, уплотнительной шайбы и рабочей фильеры образуют камеру, в которую помещена технологическая смазка. Протягиваемый материал движется через напорную к рабочей фильере. Смазка вносится заготовкой и нагнетается перед рабочей волокой, создавая высокое давление. Выход технологической смазки из зажимной втулки исключен оптимально подбираемыми параметрами. Использование такого инструмента для волочения позволит повысить его стойкость к износу, уменьшить потери смазки и улучшить экологию процесса волочения.Also known is the “Tool for drawing products in the hydrodynamic friction mode” [RF Patent No. 2011449,
Основным недостатком известного инструмента является ухудшение условий волочения, в частности, возрастание усилия волочения, вследствие высокой микрошероховатости деформационного канала первой рабочей фильеры.The main disadvantage of the known tool is the deterioration of the drawing conditions, in particular, the increase in the drawing force due to the high microroughness of the deformation channel of the first working die.
Действительно, смазка движется через систему фильер в направлении протяжки проволоки под действием единственного фактора - взаимодействия с поверхностью проволоки (вязкого трения), поэтому шероховатость самой передельной проволоки, в общем случае, способствует этому. Факторов же, препятствующих течению смазки, два: само создаваемое давление, побуждающее смазку двигаться в обратном направлении -в направлении его снижения; и вязкое трение о неподвижную поверхность канала волоки, поэтому шероховатость ее канала, в общем случае, препятствует движению смазки, так как она все-таки движется в направлении протяжки проволоки. При течении смазки в зазорах напорных втулок при некоторых условиях (в первую очередь, при достаточно большом зазоре) возможна реализация режима с обратным течением смазки вблизи поверхности напорной фильеры, и тогда ее шероховатость действительно будет препятствовать оттоку смазки от зоны деформации. Но такой режим не может реализовываться в рабочей волоке, где смазочный слой (зазор) весьма тонок, а давление смазки за этой рабочей волокой уже сравнительно невелико.Indeed, the lubricant moves through the system of dies in the direction of drawing the wire under the influence of the only factor - interaction with the surface of the wire (viscous friction), so the roughness of the pig wire itself, in general, contributes to this. There are two factors preventing the flow of lubricant: the pressure itself, which induces the lubricant to move in the opposite direction - in the direction of its decrease; and viscous friction against the fixed surface of the die channel, so the roughness of its channel, in the general case, prevents the lubricant from moving, since it still moves in the direction of drawing the wire. With the flow of lubricant in the gaps of the pressure bushings, under certain conditions (primarily, with a sufficiently large gap), it is possible to implement a regime with a reverse flow of lubricant near the surface of the pressure die, and then its roughness will actually prevent the outflow of lubricant from the deformation zone. But such a regime cannot be realized in a working die, where the lubricating layer (gap) is very thin, and the lubricant pressure behind this working die is already relatively small.
Результаты исследований известного инструмента, выполненных авторами при волочении стальной проволоки БСт.04 диаметром d1=2,62 мм из заготовки d0=3,0 мм на (лабораторной) установке при скорости 0,5 м/с ее движения (что довольно мало), приведены в таблице, взятой из того же источника.The results of studies of the well-known tool, performed by the authors when drawing steel wire Bst.04 with a diameter of d 1 = 2.62 mm from a workpiece d 0 = 3.0 mm on a (laboratory) installation at a speed of 0.5 m / s of its movement (which is quite small ) are given in the table taken from the same source.
Из этих данных видно, что, как и утверждают авторы, снижение силы волочения хорошо согласуется с параметром представляющим соотношение шероховатостей. Но оно также хорошо согласуется и с шероховатостью второй рабочей волоки, на которую приходится основная часть общего обжатия. Небольшое увеличение снижения силы волочения при увеличении шероховатости первой рабочей волоки объясняется тем, что при этом возрастает сила вытягивания проволоки из этой первой волоки, которая одновременно является источником противонатяжения для второй рабочей волоки, а при сравнительно небольшом обжатии, которое все-таки имеет место в первой волоке, и при небольшом увеличении противонатяжения можно получить некоторое снижение усилия волочения, что видно, например, в опытах 4 и 5. Но обычные степени обжатия, применяемые при волочении мягких сталей - порядка 32…36%, а они для такой системы волок недоступны из-за чрезмерной силы волочения и обрывности.It can be seen from these data that, as the authors claim, the reduction in the drawing force is in good agreement with the parameter representing the roughness ratio. But it also agrees well with the roughness of the second working die, which accounts for the bulk of the total reduction. A slight increase in the decrease in the drawing force with an increase in the roughness of the first working die is explained by the fact that this increases the force of drawing the wire from this first die, which is simultaneously a source of countertension for the second working die, and with a relatively small compression, which nevertheless takes place in the first drawing, and with a slight increase in countertension, a slight decrease in the drawing force can be obtained, which can be seen, for example, in
Подтверждение - в приведенных результатах исследований отсутствуют контрольные данные - данные, которые могли бы быть получены при обычных низких шероховатостях обеих рабочих фильер. Представляется нецелесообразным специальное изготовление фильер с высокой шероховатостью деформационного канала, так как такие фильеры «получаются» непосредственно в процессе использования нормальных, изготовленных по принятой технологии. Более того, в известном инструменте высокая шероховатость 1-ой рабочей фильеры получается сама собой вследствие ускоренного износа в силу указанных выше причин.Confirmation - in the given research results there are no control data - data that could be obtained with the usual low roughness of both working dies. It seems impractical to make special dies with a high roughness of the deformation channel, since such dies are "obtained" directly in the process of using normal dies, made according to the accepted technology. Moreover, in the known tool, the high roughness of the 1st working die is obtained by itself due to accelerated wear due to the above reasons.
Расширенный раздел заявки «Уровень техники» завершен обобщающим анализом всех аналогов на предмет выбора из них прототипа (библиографический список аналогов см. Приложение в конце данного Описания).The extended section of the application "Prior Art" is completed by a general analysis of all analogs in order to select a prototype from them (for a bibliographic list of analogs, see the Appendix at the end of this Description).
Исходя из результатов этого анализа, наиболее близкий по числу общих с заявляемым объектом конструктивных признаков (прототип) - «Устройство для волочения» [А.с. СССР №1740091, МКИ В21С 3/14, опубл. 15.06.92, бюлл. №22], содержащее последовательно расположенные и зажатые в корпусе напорные и рабочие волоки, они запрессованы в пазы отдельных неразрезных стальных оправок, и размещенные между волоками в этих же пазах оправок уплотнительные кольцеобразные прокладки. Конструкция устройства подразумевает наличие корпусного элемента, удерживающего напорную волоку в контакте с рабочей через уплотнительное кольцо. Устройство компонуется из стандартных одинарных волок независимо от способа запрессовки твердосплавных фильер в оправки, что расширяет возможности изготовления. Кольцо, раздуваясь под действием давления смазки, прижимается к наружной поверхности паза и герметично запирает смазку в зоне нагнетания.Based on the results of this analysis, the closest in terms of the number of design features common to the claimed object (prototype) is the “Device for drawing” [A.s. USSR No. 1740091,
1-й недостаток известного устройства-прототипа для волочения - недостаточность давления смазки, развиваемого в зазоре напорной фильеры для полного развития гидродинамического режима смазывания, и как следствие, чрезмерная величина усилия волочения и низкая износостойкость рабочих фильер. Обоснование этого недостатка, присущего предыдущим аналогам, приведено выше.The first disadvantage of the known device prototype for drawing is the lack of lubrication pressure developed in the gap of the pressure die for the full development of the hydrodynamic lubrication regime, and as a result, an excessive amount of drawing force and low wear resistance of the working dies. The rationale for this drawback, inherent in the previous analogues, is given above.
2-й недостаток заключается в том, что при использовании в известном устройстве нескольких напорных волок, в конструкции не содержится признаков, определяющих величины и последовательность гидродинамических зазоров, образованных цилиндрическими участками канала напорных фильер с поверхностью протягиваемой заготовки, что также препятствует развитию процессов волочения с гидродинамическими режимами смазки в полной мере.The second drawback is that when several pressure dies are used in the known device, the design does not contain features that determine the magnitude and sequence of hydrodynamic gaps formed by the cylindrical sections of the pressure die channel with the surface of the drawn workpiece, which also prevents the development of drawing processes with hydrodynamic full lubrication regimes.
3-й недостаток - недостаточная надежность герметизации уплотнения между волоками.The third disadvantage is the insufficient reliability of sealing the seal between the dies.
Во-первых, для раздувания стального кольца и его герметизации в пазе волоки необходимо существенное давление, действующее изнутри. Но в начале процесса волочения никакого давления нет, и при его постепенном увеличении раздувания колец, а значит, и герметизации, не происходит, что может привести к утечкам смазки, и давление не увеличится до значений, обеспечивающих герметизацию.Firstly, to inflate the steel ring and seal it in the die slot, a significant internal pressure is required. But at the beginning of the drawing process, there is no pressure, and with its gradual increase, inflation of the rings, and hence sealing, does not occur, which can lead to lubricant leaks, and the pressure will not increase to values that ensure sealing.
Во-вторых, в известном устройстве для волочения диаметр уплотнительного кольца велик, он, по крайней мере, превышает наружный диаметр фильеры, а это также предопределяет возрастание утечек смазки, особенно в начале процесса, в том числе вследствие неизбежно имеющейся шероховатости краев уплотнительных колец и внутренней поверхности пазов. Если применяется горячая запрессовка фильер в оправки, то после нескольких циклов, из-за образования окалины, шероховатость значительно возрастает.Secondly, in the known drawing device, the diameter of the sealing ring is large, it at least exceeds the outer diameter of the die, and this also predetermines an increase in lubricant leakage, especially at the beginning of the process, including due to the inevitable roughness of the edges of the sealing rings and internal groove surfaces. If hot pressing of dies into mandrels is used, then after several cycles, due to the formation of scale, the roughness increases significantly.
4-й недостаток - большой объем герметичной полости между волоками, что определяет большую длительность начального периода волочения, при котором эта полость только заполняется смазкой и давление перед рабочей волокой не возрастает, что вызывает в этот период ускоренный износ рабочей волоки в отсутствие и граничного, и гидродинамического режимов смазывания.The 4th disadvantage is the large volume of the hermetic cavity between the dies, which determines the long duration of the initial drawing period, during which this cavity is only filled with lubricant and the pressure in front of the working die does not increase, which causes accelerated wear of the working die during this period in the absence of both boundary and hydrodynamic lubrication regimes.
5-й недостаток - сложность изготовления: в оправках стандартных волок необходимо выполнять кольцеобразные пазы под уплотнительные кольца.The 5th drawback is the complexity of manufacturing: in the mandrels of standard dies, it is necessary to make annular grooves for sealing rings.
Задачами изобретения являются:The objectives of the invention are:
- повышение давления смазки, развиваемого в зазоре напорной фильеры для полного развития гидродинамического режима смазывания и снижение величины усилия волочения;- increasing the pressure of the lubricant developed in the gap of the pressure die for the full development of the hydrodynamic lubrication regime and reducing the magnitude of the drag force;
- повышение износостойкости рабочих фильер;- increase in wear resistance of working dies;
- определение величин и последовательности образованных цилиндрическими участками каналов напорных фильер с поверхностью протягиваемой заготовки гидродинамических зазоров;- determination of the magnitudes and sequence of hydrodynamic gaps formed by cylindrical sections of the channels of pressure dies with the surface of the drawn workpiece;
- повышение надежности герметизации уплотнений между волоками;- increasing the reliability of sealing seals between dies;
- снижение объемов герметичных полостей между волоками;- reduction of volumes of hermetic cavities between dies;
- упрощение изготовления и сборки.- simplification of manufacturing and assembly.
Указанные задачи решаются тем, что в сборном волочильном инструменте, включающем последовательность зажатых в корпусе напорных и рабочих волок, содержащих соответствующие им фильеры, запрессованные в пазах отдельных неразрезных стальных оправок, и размещенные между волоками уплотнительные кольцеобразные прокладки, также размещенные в пазах оправок, согласно изобретению, напорные фильеры последовательно образуют с заготовкой зазоры δ1, δ2, …, δn, совокупно обеспечивающие давление смазки, достигающее величины сопротивления деформации металла заготовки перед первой рабочей фильерой, причем последняя напорная фильера образует с заготовкой зазор δn, в 1,5 раза превышающий толщину смазочного слоя δp в конечной рабочей фильере, характеризующий заданный режим гидродинамического трения, при этом уплотнительные кольцеобразные прокладки размещены в свободной части тех же пазов оправок, куда запрессованы фильеры, и они выполнены из эластичного материала, с пазом с внутренней стороны кольца.These tasks are solved by the fact that in a prefabricated drawing tool, including a sequence of pressure and working dies clamped in the body, containing the corresponding dies, pressed into the grooves of individual continuous steel mandrels, and sealing ring-shaped gaskets placed between the dies, also placed in the grooves of the mandrels, according to the invention , the pressure dies sequentially form gaps δ 1 , δ 2 , ..., δ n with the workpiece, which together provide a lubrication pressure that reaches the deformation resistance of the workpiece metal in front of the first working die, and the last pressure die forms a gap δ n with the workpiece, in 1.5 times the thickness of the lubricating layer δ p in the final working die, characterizing the given mode of hydrodynamic friction, while the sealing ring-shaped gaskets are placed in the free part of the same grooves of the mandrels where the dies are pressed, and they are made of elastic material, with a groove on the inner side of the rings a.
Если напорные фильеры обеспечивают перед рабочей фильерой давление смазки, по крайней мере, равное сопротивлению заготовки деформации обжатия перед первой рабочей фильерой, то в ней обжатие происходит уже не за счет контактного взаимодействия с поверхностью канала, а за счет давления смазки. Толщина смазочного слоя в рабочей фильере зависит от способности напорной системы (совокупности напорных фильер, смазки и движущейся заготовки) обеспечить дополнительное повышение давления. В общем случае, такое превышение имеется всегда, например, за счет напорного эффекта сужающейся конической части канала рабочей волоки. Согласно условию пластичности при волочении [Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения. - М.: Металлургия, 1971, с. 184.], такое необходимое давление равно контактному напряжению радиального обжатия в начале зоны деформации, равное разности предела текучести σ02 и напряжения противонатяжения σq. Обычно, если нет специальных технологических условий, противонатяжение относительно невелико, и можно принять, что необходимые давления близки к пределу текучести соответствующих материалов; это, например, 120-150 МПа для алюминия, 250-400 МПа для меди и ее сплавов, 350-500 МПа и выше для сталей.If the pressure dies provide a lubrication pressure in front of the working die, at least equal to the resistance of the workpiece to compression deformation in front of the first working die, then the compression in it is no longer due to contact interaction with the channel surface, but due to lubrication pressure. The thickness of the lubricating layer in the working die depends on the ability of the pressure system (combination of pressure dies, lubricant and moving workpiece) to provide an additional increase in pressure. In the general case, such an excess is always present, for example, due to the pressure effect of the tapering conical part of the channel of the working die. According to the plasticity condition during drawing [Perlin I.L., Ermanok M.Z. Theory of drawing. - M.: Metallurgy, 1971, p. 184.], such a necessary pressure is equal to the contact stress of the radial compression at the beginning of the deformation zone, equal to the difference between the yield strength σ 02 and the countertension stress σ q . Usually, if there are no special process conditions, the back tension is relatively small, and it can be assumed that the required pressures are close to the yield strength of the respective materials; this is, for example, 120-150 MPa for aluminum, 250-400 MPa for copper and its alloys, 350-500 MPa and higher for steels.
Заявляемое условие для последовательности величин напорных гидродинамических зазоров δ1/δ2/…/δn-1/δn, выражает требование, что каждый предыдущий зазор, помимо обеспечения своей доли общего напора, должен снабжать последующий зазор смазкой в достаточном количестве, иначе этот последующий зазор не обеспечит свою, большую долю давления. Кроме того, если применяется сухая смазка, например, порошок на основе металлового мыла (стеарата натрия), то, по мере последовательного прохождения заготовки через зазоры, мыльный порошок уплотняется, его свойства приближаются к свойствам вязкой жидкости, а в предыдущих зазорах, где эти свойства ближе к сыпучему материалу, захват смазки затруднен вследствие ее меньшей плотности и вязкости, поэтому предыдущие зазоры следует выполнять большими для облегчения захвата смазки и снабжения ею последующих зазоров в достаточных количествах, тем более с учетом уплотнения. Равенство зазоров, соответствующее наиболее эффективному возрастанию давления от зазора к зазору, может иметь место, например, лишь в таком случае, когда свойства смазки близки к свойствам несжимаемой жидкости, т.е. с малым содержанием растворенных газов и воздуха, а также малым давлением насыщенных паров. В противном случае, из-за высоких перепадов давления возможны разрывы сплошности смазочной пленки (кавитация), преимущественно в первом рабочем зазоре. Если же прочность жидкой пленки на разрыв низка (растворенные газы, пористые частицы наполнителя, летучие примеси), то следует подбирать убывающую последовательность так, чтобы не создавать значительных разрежений (закон Бернулли) в первых зазорах, где общее давление еще невелико.The stated condition for the sequence of values of pressure hydrodynamic gaps δ 1 /δ 2 /…/δ n-1 /δ n , expresses the requirement that each previous gap, in addition to providing its share of the total pressure, must supply the subsequent gap with lubricant in sufficient quantities, otherwise this the subsequent gap will not provide its own, large share of the pressure. In addition, if a dry lubricant is used, for example, a powder based on metal soap (sodium stearate), then, as the workpiece sequentially passes through the gaps, the soap powder is compacted, its properties approach those of a viscous liquid, and in previous gaps, where these properties closer to the bulk material, the capture of the lubricant is difficult due to its lower density and viscosity, so the previous gaps should be made large to facilitate the capture of the lubricant and supply subsequent gaps with it in sufficient quantities, especially taking into account compaction. The equality of the gaps, corresponding to the most efficient increase in pressure from gap to gap, can take place, for example, only in the case when the properties of the lubricant are close to those of an incompressible liquid, i.e. with a low content of dissolved gases and air, as well as low saturated vapor pressure. Otherwise, due to high pressure differences, breaks in the continuity of the lubricating film (cavitation) are possible, mainly in the first working gap. If the tensile strength of the liquid film is low (dissolved gases, porous filler particles, volatile impurities), then a decreasing sequence should be selected so as not to create significant rarefaction (Bernoulli's law) in the first gaps, where the total pressure is still small.
Заявляемое условие, согласно которому последняя напорная фильера образует с заготовкой зазор δn, в 1,5 раза превышающий толщину смазочного слоя в первой рабочей фильере, характеризующую заданный режим жидкостного трения, объясняется требованием наиболее эффективного возрастания создаваемого напора, что связано с необходимостью использования наименьшего количества напорных волок для создания необходимого давления, с учетом всех указанных выше условий. Известно [С.А. Кузнецов, Э.А. Гарбер, М.Я. Бровман, С.Ю. Семенов, А.И. Виноградов. Моделирование течения идеально-вязкой смазки в напорных зазорах волочильного инструмента. //Сб. трудов Международной конференции «Информационные технологии в производственных, социальных и экономических процессах», Череповец, Изд-во ЧГУ, 1999 г., с. 101-103], что создаваемое напорным зазором длиной и шириной δ давление выразится формулойThe claimed condition, according to which the last pressure die forms a gap δ n with the workpiece, 1.5 times greater than the thickness of the lubricating layer in the first working die, which characterizes the given fluid friction mode, is explained by the requirement for the most efficient increase in the generated pressure, which is associated with the need to use the least amount pressure dies to create the necessary pressure, taking into account all the above conditions. It is known [S.A. Kuznetsov, E.A. Garber, M.Ya. Brovman, S.Yu. Semenov, A.I. Vinogradov. Simulation of the flow of an ideally viscous lubricant in the pressure gaps of a drawing tool. // Sat. Proceedings of the International Conference "Information Technologies in Industrial, Social and Economic Processes", Cherepovets, CGU Publishing House, 1999, p. 101-103], which is created by a pressure gap with a length and width δ, the pressure is expressed by the formula
где μ - эффективная (кажущаяся) вязкость смазки, если представить ее как линейно-вязкую жидкость;where μ is the effective (apparent) viscosity of the lubricant, if we imagine it as a linear-viscous liquid;
ν0 - скорость движения заготовки;ν 0 - the speed of the workpiece;
q - расход смазки (расчетный) через рабочую фильеру, определяемый всей системой фильер, а главным образом - условиями в рабочей фильере;q - lubricant consumption (calculated) through the working die, determined by the entire system of dies, and mainly by the conditions in the working die;
qкр - характерный критический расход для данного зазора шириной δ, при котором вязкие напряжения на неподвижной стенке зазора нулевые, определяемый выражением q cr - characteristic critical flow rate for a given gap of width δ, at which viscous stresses on the fixed wall of the gap are zero, determined by the expression
Если с высокой степенью достоверности принять, что давление в смазочном слое рабочей фильеры далее по длине значительно не изменяется, то скорости смазки изменяются линейно по толщине этого слоя от 0 на поверхности фильеры до v0 на поверхности заготовки (условие «прилипания»), то расход смазки через рабочую фильеру определится [там же]:If it is assumed with a high degree of certainty that the pressure in the lubricating layer of the working die does not change significantly further along the length, then the lubrication rates change linearly along the thickness of this layer from 0 on the surface of the die to v 0 on the surface of the workpiece (the “sticking” condition), then the consumption lubrication through the working die is determined [ibid.]:
где δp - толщина слоя смазки в рабочей фильере, которая определяет режим течения смазки и коэффициент трения при волочении.where δ p is the thickness of the lubricant layer in the working die, which determines the flow regime of the lubricant and the coefficient of friction during drawing.
Использовав эти выражения, получим формулу (1), в которой давление, создаваемое зазором шириной δ выражено через толщину δР смазочного слоя в рабочей фильере. Если далее взять производную создаваемого давления по ширине δ зазора, то получим:Using these expressions, we obtain formula (1), in which the pressure created by the gap width δ is expressed through the thickness δ P of the lubricating layer in the working die. If we further take the derivative of the generated pressure with respect to the width δ of the gap, we get:
Приравняв производную к нулю, получим экстремальное значение ширины зазора , при которой повышение давление по длине максимально. То, что данный экстремум является именно максимумом, доказывает то, что при меньшей ширине δр давление понижается, а при ее значительном увеличении -давление также снижается - см. формулу (1).Equating the derivative to zero, we obtain the extreme value of the gap width , at which the increase in pressure along the length maximum. The fact that this extremum is precisely the maximum proves that with a smaller width δ р , the pressure decreases, and with its significant increase, the pressure also decreases - see formula (1).
Таким образом, если последняя напорная фильера образует с заготовкой зазор δn, в 1,5 раза превышающий толщину δр смазочного слоя в первой рабочей фильере, то создаваемое ею давление будет максимально возможным, а так как с этим зазором связаны и остальные напорные зазоры, становится возможным подбор наименьшего числа напорных фильер, обеспечивающих требуемое давление.Thus, if the last pressure die forms a gap δ n with the workpiece, which is 1.5 times greater than the thickness δ p of the lubricating layer in the first working die, then the pressure created by it will be the maximum possible, and since the rest of the pressure gaps are associated with this gap, it becomes possible to select the smallest number of pressure dies that provide the required pressure.
Заявляемый конструктивный признак, согласно которому, уплотнительные кольцеобразные прокладки размещены в свободной части тех же пазов оправок, куда запрессованы фильеры, и то, что они выполнены из эластичного материала и с пазом с внутренней стороны кольца, при своей максимальной простоте, обеспечивает высокую степень надежности герметичного соединения волок между собой. Установка кольцеобразных прокладок не требует выполнения специальных пазов в оправке фильеры - кольцеобразные прокладки выполняют с наружным диаметром, равным наружному диаметру запрессованных в оправки фильер, и с шириной, равной ширине оставшейся при этом свободной части паза оправки, в которой размещена фильера. То, что кольцеобразные прокладки выполнены из эластичного материала, например, из резины, с пазом с внутренней стороны кольца, приводит к эффективному самоуплотнению с раздутием и наружу, и в стороны, с плотным облеганием смежных поверхностей фильер и их оправок.The claimed design feature, according to which, sealing ring-shaped gaskets are placed in the free part of the same grooves of the mandrels where the dies are pressed, and the fact that they are made of elastic material and with a groove on the inner side of the ring, with its maximum simplicity, ensures a high degree of reliability of the sealed connecting the fibers to each other. The installation of annular gaskets does not require special grooves in the die mandrel - annular gaskets are made with an outer diameter equal to the outer diameter of the dies pressed into the mandrel, and with a width equal to the width of the remaining free part of the mandrel groove in which the die is located. The fact that the annular spacers are made of an elastic material, such as rubber, with a groove on the inner side of the ring, leads to effective self-sealing with swelling both outward and sideways, with a tight fit of the adjacent surfaces of the dies and their mandrels.
Таким образом, выполняется поставленная задача - наиболее эффективное достижение режима гидродинамического трения и, за счет этого, снижение усилия волочения и повышение износостойкости рабочих фильер, а также упрощения изготовления, сборки за счет использования минимального числа напорных фильер.Thus, the task is fulfilled - the most effective achievement of the hydrodynamic friction mode and, due to this, a decrease in the drawing force and an increase in the wear resistance of working dies, as well as simplification of manufacturing and assembly through the use of a minimum number of pressure dies.
Кроме того, последовательность величин напорных зазоров δ1, δ2, …, δn может представлять собой геометрическую прогрессию. Это соотношение между напорными зазорами наиболее приемлемо, если для волочения применена смазка, свойства которой (плотность, эффективная вязкость) значительно изменяются при возрастании давления, например, рыхлая порошкообразная смазка на основе металлового мыла с наполнителем из частиц коллоидной природы, образующих каркасные структуры. В исходном состоянии условия захвата смазочного вещества облегчены, что соответствует большим величинам зазоров в первых фильерах.In addition, the sequence of pressure clearances δ 1 , δ 2 , ..., δ n can be a geometric progression. This ratio between the pressure clearances is most acceptable if a lubricant is used for drawing, the properties of which (density, effective viscosity) change significantly with increasing pressure, for example, loose powdered lubricant based on metal soap with a filler of particles of a colloidal nature that form skeleton structures. In the initial state, the conditions for the capture of the lubricant are facilitated, which corresponds to large gaps in the first dies.
Кроме того, последовательность величин напорных зазоров δ1, δ2, …, δn может представлять собой арифметическую прогрессию. Такое соотношение между напорными зазорами более приемлемо, если для волочения применена смазка, свойства которой менее значительно или незначительно изменяются при возрастании давления, например, консистентные смазки на основе минеральных масел с наполнителями из органических веществ или частиц мягких материалов, либо жидкие смазки и эмульсии.In addition, the sequence of pressure gaps δ 1 , δ 2 , ..., δ n can be an arithmetic progression. Such a relationship between pressure gaps is more acceptable if a lubricant is used for drawing, the properties of which change less significantly or slightly with increasing pressure, for example, greases based on mineral oils filled with organic substances or particles of soft materials, or liquid lubricants and emulsions.
Кроме того, в случае применения порошкообразных смазок целесообразно, чтобы первая напорная фильера образовывала с заготовкой напорный зазор δ1, обеспечивающий начальное давление смазки 14,7 МПа. Так, известно, что при повышении давления реологические (эффективная вязкость) и механические (плотность) свойства порошкообразной смазки существенно изменяются лишь до данного давления, а при дальнейшем его повышении эти свойства изменяются уже незначительно [Колмогоров В.Л., Орлов С.И., Колмогоров Г.Л. Гидродинамическая подача смазки. - М.: Металлургия, 1975, 256 с. с. 100-101], поэтому в таком случае зазор в первой напорной фильере следует подбирать опытным путем, так как расчет при непостоянных свойствах исходного смазочного материала не может дать достоверных результатов, а зазоры остальных напорных фильер можно рассчитать, например, по приведенным выше зависимостям.In addition, in the case of powdered lubricants, it is advisable that the first pressure die forms a pressure gap δ 1 with the workpiece, providing an initial lubricant pressure of 14.7 MPa. So, it is known that with an increase in pressure, the rheological (effective viscosity) and mechanical (density) properties of a powdered lubricant change significantly only up to a given pressure, and with a further increase, these properties change only slightly [Kolmogorov V.L., Orlov S.I. , Kolmogorov G.L. Hydrodynamic lubrication. - M.: Metallurgy, 1975, 256 p. With. 100-101], therefore, in this case, the gap in the first pressure die should be selected empirically, since the calculation with variable properties of the initial lubricant cannot give reliable results, and the gaps of the remaining pressure nozzles can be calculated, for example, according to the above dependencies.
Кроме того, в сборном волочильном инструменте перед первой напорной волокой может быть размещена дополнительная уплотняющая фильера. Это может быть выполнено, когда первая напорная фильера не может обеспечить требуемого давления 14,7 МПа смазки, достаточного для превращения порошкообразной рыхлой смазки в жидкость, сжимаемую мало, пусть даже и весьма вязкую.In addition, an additional sealing die can be placed in the prefabricated drawing tool in front of the first pressure die. This can be done when the first pressure die cannot provide the required lubricant pressure of 14.7 MPa, which is sufficient to convert the powdered friable lubricant into a liquid that is little compressible, even if very viscous.
Кроме того, в этом сборном волочильном инструменте рабочих фильер должно быть не менее двух и не более трех, а величина противонатяжения для каждой из этих фильер близка, или может незначительно превышать критическое значение.In addition, in this prefabricated drawing tool, there should be at least two and no more than three working dies, and the countertension value for each of these dies is close to, or may slightly exceed, the critical value.
Действительно, согласно признанным литературным данным [Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения - М.: Металлургия, 1971, с. 199], противонатяжение - та величина, при которой она начинает влиять на усилие волочения. Если оно достигает и незначительно превышает критическую, граничную величину усилия вытягивания проволоки из предыдущей фильеры, оно начинает возрастать. Следовательно, тогда «закритическое» противонатяжение становится вредным фактором, оно начинает мешать процессу волочения, то есть приводит к обрывам. Если же противонатяжение не достигает критического значения, то оно совсем не повышает усилия волочения, а приводит только к возрастанию продольной реакции фильеры. Эта величина приближенно может быть выражена формулой:Indeed, according to recognized literary data [Perlin I.L., Ermanok M.Z. Drawing theory - M.: Metallurgy, 1971, p. 199], countertension is the value at which it begins to influence the drawing force. If it reaches and slightly exceeds the critical, boundary value of the force of pulling the wire from the previous die, it begins to increase. Consequently, then the “overcritical” countertension becomes a harmful factor, it begins to interfere with the drawing process, that is, it leads to breaks. If the countertension does not reach a critical value, then it does not increase the drawing force at all, but only leads to an increase in the longitudinal reaction of the die. This value can be approximately expressed by the formula:
где μΣпред. - общая (суммарная) вытяжка металла после последнего отжига (предварительная);where μ Σprev. - total (total) metal drawing after the last annealing (preliminary);
μΣmax - возможная максимальная общая вытяжка между отжигами;μ Σmax - possible maximum total drawing between annealings;
σ0,2пред. - условный предел текучести до волочения через данную фильеру (предварительный). Известно также [С.А. Кузнецов, А.И. Виноградов. Теория волочения и прессования. - Учебно-методическое пособие к лабораторным работам. Изд-во ЧГУ, Череповец, 1998], что, например, для сталей обыкновенного качества критическое противонатяжение примерно составляет 40% от усилия протяжки через рабочую фильеру. Например, при предварительной протяжке катанки в технологической поточной линии перед волочением через средства бескислотной очистки катанки от окалины. Для некоторых других сталей и сплавов критическое противонатяжение может составить около 20% от усилия волочения. Понятно, что таких рабочих (тех, диаметр которых меньше диаметра заготовки) фильер может быть не более 3-х. Если усилие протяжки через 3-ю рабочую фильеру определено как максимально возможное при достаточной надежности процесса волочения, то усилие протяжки через предыдущую 2-ю рабочую фильеру, которое является примерно критическим противонатяжением для 3-ей, составит 40% от усилия протяжки через эту 3-ю фильеру. Усилие протяжки через 1-ю рабочую фильеру составит 40% от 40%, то есть 16%о, так как это усилие также примерно критическое противонатяжение для 2-ой рабочей фильеры. Если бы перед 1-й имелась бы еще одна фильера, то усилие протяжки через нее должно было бы составлять 40% от 16%, то есть всего 6%, что может быть меньше даже силы трения при минимальных обжатиях. Такое малое усилие обеспечит окалиноломатель и др. средства механической очистки катанки.σ 0.2prev. - conditional yield strength before drawing through a given die (preliminary). It is also known [S.A. Kuznetsov, A.I. Vinogradov. Theory of drawing and pressing. - Teaching aid for laboratory work. Publishing House of ChGU, Cherepovets, 1998] that, for example, for steels of ordinary quality, the critical countertension is approximately 40% of the pulling force through the working die. For example, when pre-drawing wire rod in a technological production line before drawing through means of acid-free cleaning of wire rod from scale. For some other steels and alloys, the critical backtension may be about 20% of the drawing force. It is clear that there can be no more than 3 such working dies (those whose diameter is less than the diameter of the workpiece). If the pulling force through the 3rd working die is determined as the maximum possible with sufficient reliability of the drawing process, then the pulling force through the previous 2nd working die, which is approximately the critical countertension for the 3rd one, will be 40% of the pulling force through this 3rd working die. th die. The pulling force through the 1st working die will be 40% of 40%, that is, 16%o, since this force is also approximately the critical counter-tension for the 2nd working die. If there were another die before the 1st one, then the pulling force through it would have to be 40% of 16%, that is, only 6%, which can be even less than the friction force with minimal reductions. Such a small effort will be provided by a scale breaker and other means of mechanical cleaning of wire rod.
Кроме того, боковая стенка внутреннего паза кольцеобразной прокладки может быть выполнена с утонением по направлению к центру кольца.In addition, the side wall of the inner groove of the annular gasket can be made thinner towards the center of the ring.
Действительно, это дополнительно увеличит эластичность края кольца уплотнения, облегчая и улучшая его прилегание к уплотняемым поверхностям даже под действием малого давления, в том числе и в начальный период процесса волочения, когда давление только возрастает и это способствует быстрейшему достижению режима гидродинамического трения и снижает износ фильер.Indeed, this will additionally increase the elasticity of the edge of the sealing ring, facilitating and improving its fit to the surfaces to be sealed even under low pressure, including in the initial period of the drawing process, when the pressure only increases and this contributes to the rapid achievement of the hydrodynamic friction mode and reduces the wear of the dies .
Кроме того, корпус может быть установлен на горизонтальной оси вращения, перпендикулярной направлению волочения, с возможностью приведения его в вертикальное положение рабочей волокой вниз.In addition, the body can be mounted on a horizontal axis of rotation perpendicular to the direction of drawing, with the possibility of bringing it into a vertical position with the working die down.
Действительно, благодаря этому, перед задачей заостренной заготовки в напорную секцию, если привести корпус в вертикальное положение и закрыть выходное отверстие рабочей секции, порошкообразная смазка из мыльницы под действием силы тяжести поступит в общий канал сборного волочильного инструмента и заполнит его. При дальнейшей задаче заостренной заготовки произойдет частичное уплотнение порошка смазки. Значительных затрат времени на заполнение полостей смазкой после начала протяжки не потребуется и, тем самым, сократится необходимое время для установления процесса волочения в режиме гидродинамического трения. При внесении смазки под действием движения заготовкой необходимо только осуществить дальнейшее повышение ее давления. Это, таким образом, сокращает время работы устройства в неустановившемся режиме и снижает износ фильер.Indeed, due to this, before the task of the pointed blank into the pressure section, if the body is brought to a vertical position and the outlet of the working section is closed, the powdered lubricant from the soap dish will enter the common channel of the prefabricated drawing tool under the action of gravity and fill it. With the further task of the pointed workpiece, a partial compaction of the lubricant powder will occur. Significant time spent on filling the cavities with lubricant after the start of broaching will not be required and, thereby, the time required to establish the drawing process in the hydrodynamic friction mode will be reduced. When applying lubricant under the action of the movement of the workpiece, it is only necessary to carry out a further increase in its pressure. This thus reduces the time of operation of the device in transient mode and reduces the wear of the dies.
Кроме того, смазка, находящаяся под давлением в камерах между рабочими фильерами, может быть приведена в механический контакт с источниками колебаний в ультразвуковом диапазоне.In addition, the lubricant under pressure in the chambers between the working dies can be brought into mechanical contact with sources of vibrations in the ultrasonic range.
Действительно, установлено, что, придавая волочильному инструменту колебания, можно добиться значительного снижения сил и напряжений волочения. При снижении сил и напряжений можно повысить степени деформации за переход [И.Л. Перлин, М.З. Ерманок. Теория волочения, с. 87]. Волочение с приложением механических колебаний ультразвуковой частоты нельзя рассматривать только с позиции механического сложения поступательного движения точки заготовки вдоль образующей канала волоки и движения в направлении распространения колебаний. При волочении с ультразвуковыми колебаниями имеет место волновой процесс, когда длина волны соизмерима с размерами инструментальной оснастки и расстоянием от волоки до тягового устройства (волочильного барабана).Indeed, it has been established that, by imparting vibrations to the drawing tool, it is possible to achieve a significant reduction in drawing forces and stresses. With a decrease in forces and stresses, it is possible to increase the degree of deformation per transition [I.L. Perlin, M.Z. Yermanok. Drawing theory, p. 87]. Drawing with the application of mechanical vibrations of ultrasonic frequency cannot be considered only from the standpoint of the mechanical addition of the translational movement of the workpiece point along the generatrix of the die channel and movement in the direction of vibration propagation. When drawing with ultrasonic vibrations, a wave process occurs when the wavelength is commensurate with the dimensions of the tooling and the distance from the die to the traction device (drawing drum).
В конечном счете, энергия ультразвуковых колебаний поглощается в очаге деформации, передаваясь к нему обязательно через слой смазки. При этом неважно, каким образом передать ультразвуковые колебания смазке, или через колебания инструмента, или через колебания заготовки, или другим способом. При этом мощность источника колебаний (0,5…3,0 кВт для ∅ 6,5 мм) значительно меньше, чем непосредственные затраты на осуществление процесса деформирования.Ultimately, the energy of ultrasonic vibrations is absorbed in the deformation zone, being transferred to it necessarily through the lubricant layer. It does not matter how the ultrasonic vibrations are transmitted to the lubricant, either through vibrations of the tool, or vibrations of the workpiece, or in any other way. In this case, the power of the vibration source (0.5…3.0 kW for ∅ 6.5 mm) is much less than the direct costs of the deformation process.
В качестве источников механических ультразвуковых колебаний применяют пьезоэлектрические или магнитострикционные излучатели.Piezoelectric or magnetostrictive emitters are used as sources of mechanical ultrasonic vibrations.
В пьезоэлектрическом излучателе использован обратный пьезоэлектрический эффект: в кристаллах кварца, сегнетовой соли, турмалина и др. под действием переменного электрического поля возникают знакопеременные деформации.In a piezoelectric emitter, an inverse piezoelectric effect is used: in crystals of quartz, Rochelle salt, tourmaline, etc., under the action of an alternating electric field, alternating deformations occur.
В магнитострикционном излучателе использован эффект магнитострикции. Он заключается в способности некоторых ферромагнитных материалов изменять свои размеры в переменном магнитном поле. В качестве магнитострикционных материалов наиболее часто используют чистый никель, сплав никеля с железом (пермаллой), сплав кобальта с железом (пермендюр).The magnetostrictive emitter uses the effect of magnetostriction. It lies in the ability of some ferromagnetic materials to change their dimensions in an alternating magnetic field. The most commonly used magnetostrictive materials are pure nickel, an alloy of nickel with iron (permalloy), and an alloy of cobalt with iron (permendur).
При этом представляется целесообразным использовать магнитострикционный источник, так как магнитострикционный материал -металл, который способен воспринимать значительные напряжения. Пьезоэлектрики - обычно хрупкие диэлектрические кристаллы, не способные выдерживать большие напряжения.In this case, it seems appropriate to use a magnetostrictive source, since the magnetostrictive material is a metal that is capable of absorbing significant stresses. Piezoelectrics are usually brittle dielectric crystals that cannot withstand large voltages.
С целью исследования уровня техники был проведен патентный поиск известных устройств напорного волочения по разделу МПК В21С 3/14 - «обоймы матриц с устройствами для направления протягиваемого материала или с устройствами для охлаждения, нагрева или смазки» глубиной с 1970 по 2009 гг., в результате которого устройств для волочения, обладающих всей заявляемой совокупностью отличительных признаков, направленных на решение указанных задач, обнаружено не было.In order to study the state of the art, a patent search was conducted for known pressure drawing devices under
Конструкция сборного волочильного инструмента схематически показана на фиг. 1, 2, 3:The design of the prefabricated drawing tool is shown schematically in Fig. 1, 2, 3:
- фиг. 1 - сборный волочильный инструмент, продольный разрез; его корпус, чтобы не загромождать чертежа, условно показан неразъемным; объем, занимаемый смазкой, условно выделен штриховкой точками; смазка, находящаяся в канале сборного волочильного инструмента, чтобы также не загромождать чертежа, условно не показана; направление волочения обозначено контурной стрелкой; направление приведения корпуса в вертикальное положение обозначено дугообразной стрелкой;- fig. 1 - prefabricated drawing tool, longitudinal section; its body, so as not to clutter up the drawing, is conditionally shown as one-piece; the volume occupied by the lubricant is conditionally highlighted by hatching with dots; the lubricant located in the channel of the prefabricated drawing tool, so as not to clutter up the drawing, is conventionally not shown; the direction of drawing is indicated by a contour arrow; the direction of bringing the body to a vertical position is indicated by an arcuate arrow;
- фиг. 2 - кольцеобразное уплотнение, в сечении (увеличено);- fig. 2 - ring-shaped seal, in section (enlarged);
- фиг. 3 - полость между рабочими фильерами, заполненная смазкой, приведенной в механический контакт с источником ультразвуковых колебаний.- fig. 3 - cavity between working dies filled with lubricant brought into mechanical contact with a source of ultrasonic vibrations.
Сборный волочильный инструмент устроен следующим образом (фиг. 1, 2).Prefabricated drawing tool is arranged as follows (Fig. 1, 2).
Заготовка L которая вначале является катанкой, после выхода из сборного волочильного инструмента проволокой, которую мы будем называть готовой. Сборный волочильный инструмент включает стальной корпус 2, в котором последовательно зажаты напорные 3 и рабочие 4 волоки. Напорные фильеры образуют с заготовкой последовательность зазоров δ1, δ2, …, δn, причем δ1/δ2/…/δn-1/δn, последняя напорная фильера образует с заготовкой зазор δn, в 1,5 раза превышающий толщину смазочного слоя δР в конечной рабочей фильере, характеризующий заданный режим жидкостного трения. Волоки состоят из соответствующих фильер, запрессованных в пазы отдельных неразрезных стальных оправок 5. Волоки стандартные, какие обычно применяют на предприятии. В этих же пазах оправок, между волоками, размещены уплотнительные кольцеобразные прокладки 65, выполненные из эластичного материала, например, резины, армированной прочными волокнами. С их внутренней стороны выполнены пазы, причем боковые стенки этих пазов выполнены с утонением по направлению к центру кольца (фиг. 2). Последовательность величин напорных зазоров δ1, δ2, …, δn может образовывать геометрическую, либо арифметическую прогрессию. 1-я напорная фильера образует с заготовкой напорный зазор δ1, обеспечивающий начальное давление смазки 14,7 МПа. Перед 1-й напорной волокой размещена дополнительная уплотняющая фильера 7. Рабочих фильер три, не более, а диаметры их выполнены такими, что вытяжки μ1, μ2, μ3 образуют возрастающую последовательность, такую, что величина противонатяжения для каждой из этих фильер близка к критической. Корпус всего сборного волочильного инструмента установлен на горизонтальной оси 8 вращения, перпендикулярной направлению волочения, с возможностью его приведения в вертикальное положение рабочей секцией вниз. Перед корпусом сборного волочильного инструмента установлена смазочная ванна (мыльница), содержащая сухую порошкообразную смазку 9.The workpiece L, which at first is a wire rod, after leaving the prefabricated drawing tool, is a wire, which we will call finished. The prefabricated drawing tool includes a
В случае, когда смазка в полости между волоками приведена в механический контакт с источником ультразвуковых колебаний, сборный волочильный инструмент устроен так (фиг. 3): 10 - плунжер со штоком 11, размещенные в гидроцилиндре 12, который выполнен в пазе оправки, свободном от уплотнения; 13 - источник УЗК (мощный вибратор); пружина 14, уравновешивающаяся с давлением технологической смазки.In the case when the lubricant in the cavity between the dies is brought into mechanical contact with a source of ultrasonic vibrations, the prefabricated drawing tool is designed as follows (Fig. 3): ; 13 - ultrasound source (powerful vibrator);
Сборный волочильный инструмент работает следующим образом.Prefabricated drawing tool works as follows.
Заготовку 1 протягивают через сборный волочильный инструмент, который включает стальной корпус 2, в котором последовательно зажаты несколько (показано 3) напорных 3 и 3 рабочих 4 волоки (фиг. 1). Напорные фильеры запрессованы в оправки 5 и образуют с заготовкой последовательность уменьшающихся зазоров δ1, δ2, …, δn, совокупно обеспечивающих давление технологической смазки, которое достигает величины сопротивления деформации заготовки перед рабочими фильерами, причем последняя напорная фильера образует с протягиваемой заготовкой зазор δn, в 1,5 раза превышающий толщину смазочного слоя δР в конечной рабочей фильере, характеризующий достигаемый режим жидкостного трения. Кольцеобразные прокладки 6 выполнены, например, из армированной прочными волокнами резины. С внутренней их стороны выполнены пазы, они размещены в тех же пазах оправок, где размещены фильеры. Боковые стенки пазов в прокладках выполнены с утонением по направлению к центру кольца (фиг. 2), что надежно герметизирует фильеры между собой. Так как 1-я напорная фильера образует с заготовкой напорный зазор, который сам по себе должен обеспечить начальное давление смазки 14,7 МПа, но не справляется с этим, так как порошкообразная смазка очень рыхлая, то перед 1-й напорной волокой размещена дополнительная уплотняющая фильера 7, преобразующая смазочный порошок в несжимаемую вязкую жидкость. В таких условиях 1-я напорная фильера уже в состоянии создать указанное давление. Рабочих же фильер 3, не более, а последовательность их вытяжек μ1, μ2, μ3 образуют возрастающую последовательность, такую, что величина противонатяжения для каждой из этих фильер близка к критической, что не увеличивает усилия волочения. Так как корпус всего сборного волочильного инструмента установлен на горизонтальной оси 8 вращения, перпендикулярной направлению волочения, перед началом работы ему должно быть придано вертикальное положение последней рабочей волокой вниз, и тогда, после прикрытия, например пальцем, отверстия этой волоки, смазка, изначально находившаяся в мыльнице 9, пересыпается в сборный волочильный инструмент и заполняет его полости. При заправке заостренного конца заготовки в сборный волочильный инструмент, происходит некоторое уплотнение исходной порошкообразной смазки, и за сравнительно короткое время гидродинамический режим с использованием рациональных противонатяжений успешно достигается.The workpiece 1 is pulled through a prefabricated drawing tool, which includes a
В случае, когда смазка в полости между волоками приведена в механический контакт с источником ультразвуковых колебаний, сборный волочильный инструмент работает так (фиг. 3): источник УЗК или просто достаточно мощный вибратор 13 через шток 11 воздействует на плунжер 10. размещенный в гидроцилиндре 12, при этом пружина 14 уравновешивает давление смазки. При этом смазка, находящаяся в герметичной полости, воздействует на металл в очаге деформации, что приводит к снижению контактных напряжений и всем указанным выше положительным эффектам.In the case when the lubricant in the cavity between the dies is brought into mechanical contact with the source of ultrasonic vibrations, the prefabricated drawing tool works as follows (Fig. 3): the ultrasonic sound source or simply a sufficiently
Так как сборный волочильный инструмент состоит из соответствующих напорных и рабочих фильер, запрессованных в пазы отдельных неразрезных стальных оправок, их изготовление осуществляется по обычной, принятой на предприятии технологии. Волоки стандартные, такие, какие обычно применяют на предприятии. Поскольку волочение через сборный волочильный инструмент с гидродинамическим режимом трения в зоне деформации характеризуется неопределенным конечным диаметром, задаваемым режимами гидродинамики и противонатяжениями, а также из-за того, что обжатие диктуется не столько диаметром последней рабочей фильеры, а осуществляется давлением смазки, готовая проволока характерна некоторой неопределенностью диаметра и качества поверхности, данный сборный волочильный инструмент предназначен только для использования на промежуточных переходах многократных волочильных станов. Эти промежуточные обжатия, по расчетам, для сталей обыкновенного качества должны достигать и даже превышать 40%, что повлечет снижение кратности стана.Since the prefabricated drawing tool consists of the corresponding pressure and working dies, pressed into the grooves of individual continuous steel mandrels, their manufacture is carried out according to the usual technology adopted at the enterprise. Dies are standard, such as are usually used at the enterprise. Since drawing through a prefabricated drawing tool with a hydrodynamic friction mode in the deformation zone is characterized by an indefinite final diameter specified by the hydrodynamic modes and countertensions, and also due to the fact that the reduction is dictated not so much by the diameter of the last working die, but is carried out by the lubricant pressure, the finished wire is characterized by some diameter and surface quality uncertainty, this assembly drawing tool is only intended for use in intermediate transitions of multiple drawing mills. These intermediate reductions, according to calculations, for steels of ordinary quality should reach and even exceed 40%, which will lead to a decrease in the mill ratio.
В заключение необходимо отметить, что данное заявляемое техническое решение будет частью единого изобретательского замысла. Он посодействует промышленному применению волочильного инструмента с гидродинамическим захватом и нагнетанием технологической смазки в деформационные зоны при многократном волочении на всех промежуточных переходах. Первоначальными, открывающими изобретениями этого замысла были патенты РФ №2539520, МПК В21 с 1/12, опубликован 20.01.2015 в бюллетене №2 (приоритет 20.09.2013) «Многократный прямоточный волочильный стан для калибровки заготовок» и №2741395, МПК В21 с 1/12, опубликован 25.01.2021, бюллетень №3 (приоритет 11.07.2019) «Прямоточный волочильный стан для грубо-среднего волочения проволоки», которые были призваны привести в логическую стройность порядок обеспечения гидродинамических режимов смазывания трущихся поверхностей в деформационных зонах при многократном волочении проволоки.In conclusion, it should be noted that this claimed technical solution will be part of a single inventive concept. It will promote the industrial application of a drawing tool with a hydrodynamic grip and injection of technological lubricant into the deformation zones during repeated drawing at all intermediate transitions. The initial, opening inventions of this idea were patents of the Russian Federation No. 2539520, IPC B21 s 1/12, published on 01/20/2015 in Bulletin No. 2 (priority 09/20/2013) "Multiple direct-flow drawing mill for sizing blanks" and No. 2741395, IPC V21 s 1 /12, published on January 25, 2021, bulletin No. 3 (priority July 11, 2019) "Direct-flow drawing machine for coarse-medium wire drawing", which were designed to bring into logical harmony the procedure for ensuring hydrodynamic modes of lubrication of rubbing surfaces in deformation zones during repeated wire drawing .
Понятно, что в данной заявке подробно рассматривается только 1-й переход, и здесь показано, каким образом компонуется секционный волочильный инструмент, согласующийся с данным техническим решением. Подобным образом компонуются и инструменты для следующих переходов, при этом для отдельных составных частей используются другие, меньшие типоразмеры обычных волок в оправках, применяемых в волочильном и в калибровочном производствах.It is clear that in this application only the 1st transition is considered in detail, and here it is shown how the sectional drawing tool is assembled, consistent with this technical solution. The tools for the following transitions are arranged in a similar way, while for individual components other, smaller standard sizes of conventional dies in mandrels used in drawing and sizing production are used.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки (аналоги):Sources of information taken into account when drawing up the application (analogues):
1. Колмогоров В.Л., Орлов С.И., Колмогоров Г.Л. Гидродинамическая подача смазки. - М.: Металлургия, 1975, 256 с. с. 14-16; (напорная трубка).1. Kolmogorov V.L., Orlov S.I., Kolmogorov G.L. Hydrodynamic lubrication. - M.: Metallurgy, 1975, 256 p. With. 14-16; (pressure tube).
2. Устройство для волочения изделий в режиме гидродинамического трения. Патент СССР №1804354, МПК В21С 3/14, опубл. 1993, бюлл. №11; (несколько напорных упругих втулок).2. Device for drawing products in the mode of hydrodynamic friction. USSR patent No. 1804354,
3. Технологический инструмент для волочения изделий в режиме гидродинамического трения. А.с. СССР №1468630, МПК В21С 3/14, опубл. 30.03.89, бюлл. №12. (кольцо паз-выступ).3. Technological tool for drawing products in the mode of hydrodynamic friction. A.s. USSR No. 1468630,
4. Устройство для волочения в режиме гидродинамического трения. А.с. СССР №1360839, МПК В21С 3/14, опубл. 23.12.87, бюлл. №47; (напорная, рабочая волоки, разрезная втулка, термокомпенсационные шайбы).4. Device for drawing in the mode of hydrodynamic friction. A.s. USSR No. 1360839,
5. Инструмент для волочения. А.с. СССР №1810153, МПК В21С 3/14, опубл. 23.04.93, бюлл. №15; (неразрезная конусная втулка).5. Drawing tool. A.s. USSR No. 1810153,
6. Устройство для волочения в режиме гидродинамического трения. А.с. СССР №1752467, МПК В21С 3/14, опубл. 07.08.92, бюлл. №29.6. Device for drawing in the mode of hydrodynamic friction. A.s. USSR No. 1752467,
7. Инструмент для волочения. А.с. СССР №1687321, МПК В21С 3/14, опубл. 30.10.91, бюлл. №40; (шероховатость).7. Drawing tool. A.s. USSR No. 1687321,
8. Инструмент для волочения изделий в режиме гидродинамического трения. Патент РФ №2011449, МПК В21С 3/14. (Соколов И.А., Орлов С.И. и др.) - 1994, бюлл. №8.8. Tool for drawing products in the mode of hydrodynamic friction. RF patent No. 2011449,
9. Устройство для волочения. А.с. СССР №1740091, МКИ В21С 3/14, опубл. 15.06.92, бюлл. №22. (кольцо в кольцевых канавках), (прототип).9. Drawing device. A.s. USSR No. 1740091,
Claims (6)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2778315C1 true RU2778315C1 (en) | 2022-08-17 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU759169A1 (en) * | 1978-01-30 | 1980-08-30 | Казахский политехнический институт им. В.И.Ленина | Built-up drawing die for drawing articles in hydrodynamic friction condition |
SU1260057A1 (en) * | 1985-01-02 | 1986-09-30 | Всесоюзный научно-исследовательский институт метизной промышленности | Tool for drawing metal in the mode of hydrodynamic friction |
US5402664A (en) * | 1993-01-12 | 1995-04-04 | Paramount Die Co., Inc. | Wire drawing die assembly |
RU2038882C1 (en) * | 1991-07-03 | 1995-07-09 | Институт сверхтвердых материалов им.В.Н.Бакуля АН Украины | Built-up drawing die with hydrodynamic lubricant supply |
RU2206420C2 (en) * | 2000-06-20 | 2003-06-20 | Череповецкий государственный университет | Method for drawing wire and builtup drawing die for performing the method |
US10406576B2 (en) * | 2014-07-16 | 2019-09-10 | Vassena Filiere S.R.L. | Equipment for cold-drawing a metal wire |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU759169A1 (en) * | 1978-01-30 | 1980-08-30 | Казахский политехнический институт им. В.И.Ленина | Built-up drawing die for drawing articles in hydrodynamic friction condition |
SU1260057A1 (en) * | 1985-01-02 | 1986-09-30 | Всесоюзный научно-исследовательский институт метизной промышленности | Tool for drawing metal in the mode of hydrodynamic friction |
RU2038882C1 (en) * | 1991-07-03 | 1995-07-09 | Институт сверхтвердых материалов им.В.Н.Бакуля АН Украины | Built-up drawing die with hydrodynamic lubricant supply |
US5402664A (en) * | 1993-01-12 | 1995-04-04 | Paramount Die Co., Inc. | Wire drawing die assembly |
RU2206420C2 (en) * | 2000-06-20 | 2003-06-20 | Череповецкий государственный университет | Method for drawing wire and builtup drawing die for performing the method |
US10406576B2 (en) * | 2014-07-16 | 2019-09-10 | Vassena Filiere S.R.L. | Equipment for cold-drawing a metal wire |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3126096A (en) | Hydrostatic extrusion system | |
Dmitriev et al. | Expanding field of application of cold die forging by inducing active contact friction forces | |
US3191413A (en) | Extrusion apparatus with removable die insert | |
US3526115A (en) | Drawing of materials through reducing dies | |
RU2778315C1 (en) | Prefabricated drawing tool | |
US3364717A (en) | Extrusion apparatus | |
PENG et al. | Effect of internal pressure distribution on thickness uniformity of hydroforming Y-shaped tube | |
US11788597B2 (en) | Gas cushion device | |
Osakada et al. | Precision forging of spline by flashless die forging with axially driven die | |
CN106270096A (en) | Can the miniature pipe fitting hydraulic forming device of axial supplement | |
US3243985A (en) | Extrusion apparatus | |
RU132750U1 (en) | DORN FOR FORMING AN ANTIFRICTION-STRENGTHENED SURFACE LAYER | |
Hosseini et al. | Determination of processing power and optimum billet radius of modified backward extrusion by upper bound approach | |
RU2593062C1 (en) | Method for tubular billet close pass with back pressure of metal plaque lubricant | |
US10279386B2 (en) | Method and arrangement for manufacturing of tubes by continuous hydraulic expansion | |
US3563080A (en) | High pressure containers for cyclically varying pressures | |
JP6098493B2 (en) | Forging equipment | |
US3287948A (en) | Cold forming articles from lengths of rod, bar or tube | |
US3677050A (en) | Method of postive fluid flow extrusion and optimum fluid control element therefor | |
RU78450U1 (en) | TOOL FOR PRESSING TUBULAR PRODUCTS WITH MERIDIONAL RIBS | |
US9713833B2 (en) | Hydro ironing | |
Ohga et al. | Research on Precision Die Forging Utilizing Divided Flow: 4th Report, Influence of restricting a centripetal flow | |
RU2550072C1 (en) | Device for plastic structure formation of metals | |
RU2206420C2 (en) | Method for drawing wire and builtup drawing die for performing the method | |
Shirazi et al. | Analytical and experimental investigations on the novel hydro ironing process |