SU799853A1 - Method of drawing metal with use of ultrasound - Google Patents

Method of drawing metal with use of ultrasound Download PDF

Info

Publication number
SU799853A1
SU799853A1 SU782658694A SU2658694A SU799853A1 SU 799853 A1 SU799853 A1 SU 799853A1 SU 782658694 A SU782658694 A SU 782658694A SU 2658694 A SU2658694 A SU 2658694A SU 799853 A1 SU799853 A1 SU 799853A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
metal
oscillations
deformation
ultrasonic
source
Prior art date
Application number
SU782658694A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Георгиевич Сучков
Анатолий Викторович Кулемин
Original Assignee
Центральный Научно-Исследовательскийинститут Черной Металлургии Им. И.П.Бардина
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Центральный Научно-Исследовательскийинститут Черной Металлургии Им. И.П.Бардина filed Critical Центральный Научно-Исследовательскийинститут Черной Металлургии Им. И.П.Бардина
Priority to SU782658694A priority Critical patent/SU799853A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU799853A1 publication Critical patent/SU799853A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21CMANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C1/00Manufacture of metal sheets, metal wire, metal rods, metal tubes by drawing
    • B21C1/006Manufacture of metal sheets, metal wire, metal rods, metal tubes by drawing using vibratory energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

Изобретение относится к волочиль’ному производству.The invention relates to drawing production.

Известен способ волочения металла с применением ультразвука (УЗ), предусматривающий наложение на волоку продольных УЗ-колебаний (УЗК), направленных параллельно движению металла по контактной поверхности очага деформации flj .A known method of drawing a metal using ultrasound (ultrasound), involving the imposition of a longitudinal ultrasonic vibrations (ultrasound) on the die, parallel to the movement of the metal along the contact surface of the deformation zone flj.

Недостатки способа - незначительное обжатие металла за проход и снижение усилия волочения только за счет уменьшения сил контактного трения между волокой и металлом.The disadvantages of the method is a slight compression of the metal in the passage and the reduction of the drag force only by reducing the forces of contact friction between the die and the metal.

Известен также способ волочения 15 металла через две волоки, совершающие колебания с УЗ-частот.ой вдоль оси волочения [2] .There is also known a method of drawing 15 metal through two dies, oscillating with ultrasonic frequency along the axis of the drawing [2].

Основным недостатком этого способа волочения является снижение усилия 20 волочения в обеих волоках только за счет уменьшения сил контактного трения .The main disadvantage of this method of drawing is to reduce the efforts of 20 drawing in both dies only by reducing the forces of contact friction.

'Кроме того, известен способ волочения металла, по которому на одну 25 :из волок накладывают продольные, а на другое - поперечные УЗК [3] .'In addition, there is a known method of drawing a metal, according to which on one 25: longitudinal are applied from the fibers, and the transverse ultrasonic inspection is applied to the other [3].

Недостаток данного способа - снижение усилия волочения в одной из волок только за счет уменьшения сил 30 контактного трения, а в другой - за счет наложения знакопеременных напряжений .The disadvantage of this method is the reduction of the drag force in one of the fibers only by reducing the forces of 30 contact friction, and in the other due to the imposition of alternating stresses.

Известен способ волочения металла с применением ультразвука через последовательно установленные волоки, включающий одновременное наложение на каждую из волок ультразвуковых колебаний различных типов [4] .A known method of drawing metal using ultrasound through sequentially installed dies, including the simultaneous application of each type of dies of ultrasonic vibrations of various types [4].

Способ предусматривает снижение' усилия волочения в волоке как за счет уменьшения сил контактного трения, так и за счет создания радиальными УЗК в очаге деформации знакопеременных напряжений.The method involves reducing the drag force in the die both by reducing the forces of contact friction and by creating radial ultrasonic testing in the deformation zone of alternating stresses.

Однако максимальные значения знакопеременных напряжений приходятся на центральные слои металла, которые фактически не деформируются (например при волочении прутков), в то время, как на поверхностные слои металла, подвергающиеся максимальной деформации, знакопеременные напряжения практически не воздействуют, что и является основным недостатком этого способа волочения. Кроме того, величина знакопеременных напряжений, создаваемых в очаге деформации при осуществлении известного способа воло чения, не достигает своих максимально возможных значений .However, the maximum values of alternating stresses fall on the central layers of the metal, which are practically not deformed (for example, during wire drawing), while the alternating stresses practically do not affect the surface layers of the metal undergoing maximum deformation, which is the main disadvantage of this method of drawing . In addition, the magnitude of alternating stresses generated in the deformation zone during the implementation of the known drawing method does not reach its maximum possible values.

Цель изобретения - снижение усилия волочения и увеличение обжатия за проход путем создания в очагах деформации максимальных амплитуд знакопеременных напряжений, равномерное распределение их по объему металла, находящегося в очагах деформации и достижение максимальных значений знакопеременных напряжений, создаваемых нагибными ультразвуковыми колебаниями.The purpose of the invention is to reduce the drag force and increase the compression per pass by creating maximum amplitudes of alternating stresses in the deformation zones, uniformly distributing them over the volume of metal located in the deformation centers, and achieving maximum alternating stresses created by bending ultrasonic vibrations.

Цель достигается тем, что в металле на участке между волоками возбуждают изгибные УЗК с пучностью напряжений в очагах деформации, для чего вводят в него продольные УЗК с пуч- 15 ностью амплитуды в месте акустического контакта металла с источником этих колебаний, который располагают от очагов деформации на расстоянийThe goal is achieved by the fact that in the metal between the dies, bending ultrasonic vibrators with an antinode of stresses in the deformation zones are excited, for which longitudinal ultrasonic ultrasound with an antinode of 15 in the place of the acoustic contact of the metal with the source of these oscillations, which are located from the deformation centers distances

L, определяемом по формуле 20 где С - скорость звука в металле; f0- частота колебаний;L, determined by the formula 20 where C is the speed of sound in the metal; f 0 is the oscillation frequency;

$ - момент сечения изгибно-колеблкицегося металла;$ is the moment of section of a bending-oscillating metal;

- длина поверхности контакта источника колебаний с металлом вдоль оси волочения.- the length of the contact surface of the vibration source with the metal along the axis of the drawing.

Металл на каждом его участке между волоками возбуждают в двух точках, разнесенных на 90° и под углом в пределах 45-90° по отношению к оси металла, причем участки металла между волоками возбуждают синфазно.The metal in each of its sections between the fibers is excited at two points 90 ° apart and at an angle within 45-90 ° with respect to the metal axis, and the metal sections between the fibers are excited in phase.

На фиг. 1 представлена схема, поясняющая, как осуществляется способ ^источники колебаний, возбуждающие в волоках продольные и радиальные УЗК, не показаны); на фиг. 2 - рас. пределение на участке между волоками амплитуды иэгибных УЗК (В) и знакопеременных напряжений (С), а также точка акустического контакта источника колебаний с металлом . (А), длина -акустического контакта (1) и расстояния (L) от источника колебаний до очагов деформации; на фиг. 3, 4распределение по сечению сплошного мёталла знакопеременных напряжений, создаваемых радиальными и изгибными УЗК; нафиг. 5 - суммарное распределение знакопеременных напряжений по сечению сплошного металла.In FIG. 1 is a diagram explaining how the method is implemented ^ oscillation sources that excite longitudinal and radial ultrasonic testing in drags are not shown); in FIG. 2 - races. the distribution of the amplitude between the ultrasonic ultrasonic testing (B) and alternating stresses (C) between the fibers, as well as the point of acoustic contact of the vibration source with the metal. (A), the length of the -acoustic contact (1) and the distance (L) from the oscillation source to the deformation zones; in FIG. 3, 4 distribution over the cross section of a continuous metal of alternating stresses generated by radial and bending ultrasonic testing; nafig. 5 - the total distribution of alternating stresses over the cross section of solid metal.

Предлагаемый способ волочения предусматривает использование нескольких волок (по меньшей мере двух), устанавливаемых последовательно одна за другой (на фиг. 1 показано четыре волоки 1-4). Деформируемый металл 5 на участках между волоками находится в акустическом контакте с источникамиThe proposed method of drawing involves the use of several dies (at least two), installed sequentially one after the other (in Fig. 1 shows four dies 1-4). Deformable metal 5 in the areas between the dies is in acoustic contact with sources

6-11 колебаний. На каждую из волок6-11 fluctuations. To each of the dies

11-4 накладывают одновременно продоль- ¢5 ные и радиальные УЗК. Продольные УЗК' с пучностью амплитуд в месте акустического контакта при вводе в металл, преобразуются в изгибные с пучностью напряжений в очагах деформации. В результате на металл 5 в очагах'деформации воздействуют три различных вида УЗК: продольные, радиальные и изгибные, по закону о независимости распространения колебаний не демпфирующие друг друга. Следовательно, при волочении металла с использованием только двух волок, характеристики этих колебаний (частота, амплитуда и т.п.) могут иметь как одинаковые, так и разные значения . При волочении же металла с использованием трех и более волок возбуждение источников колебаний, расположенных на соседних участках металла, должно быть синфазным, так как при этом в очагах деформации, расположенных между источниками колебаний, суммируются знакопеременные напряжения, создаваемые изгибными УЗК. Причем, продольные и радиальные УЗК одной волоки по отношению к однотипным другой, как в первом случае, так и во втором, могут быть одинаковыми или разными по фазе, частоте, амплитуде и синхронности начала периода колебаний, а сами волоки могут быть расположены в пучности амплитуд или напряжений.11-4 impose simultaneously longitudinal ¢ 5 and radial ultrasonic testing. Longitudinal ultrasonic testing with an antinode of amplitudes at the place of acoustic contact when introduced into a metal is converted into bending ones with an antinode of stresses in the deformation zones. As a result, metal 5 in the deformation zones is affected by three different types of ultrasonic testing: longitudinal, radial, and bending; according to the law on the independence of the propagation of vibrations, they do not damp each other. Therefore, when drawing a metal using only two fibers, the characteristics of these vibrations (frequency, amplitude, etc.) can have the same or different values. When drawing a metal using three or more fibers, the excitation of vibration sources located in adjacent metal sections should be in-phase, since in this case, alternating stresses created by bending ultrasonic testing are summed up in the deformation zones located between the vibration sources. Moreover, the longitudinal and radial ultrasonic testing of one die with respect to the same type of another, both in the first case and in the second, can be the same or different in phase, frequency, amplitude and synchronism of the beginning of the oscillation period, and the die itself can be located in the antinode of amplitudes or stress.

Акустический контакт металла 5 с источниками 6-11 колебаний создается в пучности амплитуд продольных УЗК, вводимых в металл и может быть точечным или равным торцовой части излучающего звена источника колебаний7 Это обусловлено тем,что при любом из указанных контактов продольные УЗК, вводимые в металла, одинаково хорошо преобразуются в изгибные и при этом величина их интенсивности не зависит от площади контакта, В силу этого источник колебаний, по отношению к оси металла, можно располагать в пределах 45-90° . Наиболее оптимальным является угол в 90°, так как при величине этого угла менее 45° источник колебаний может препятствовать передвижениям волочильного оборудования .The acoustic contact of the metal 5 with the sources of oscillations 6–11 is created at the antinode of the amplitudes of the longitudinal ultrasonic inspection introduced into the metal and can be pointwise or equal to the end part of the emitting element of the vibration source 7 they are equally well converted into bending ones and at the same time their intensity value does not depend on the contact area. Due to this, the source of oscillations, relative to the metal axis, can be located within 45-90 °. The most optimal is an angle of 90 °, since with a value of this angle less than 45 °, the source of oscillations can impede the movement of drawing equipment.

Предлагаемый способ волочения предусматривает также использование на каждом участке металла, находящегося между волоками, двух синфазно возбуждаемых источников колебаний, так как при этом, в сравнении с использованием одного источника колебаний, знакопеременные напряжения более равномерно распределяются по поверхности металла, находящейся в очаге деформации. При«использовании же трех и более источников колебаний, т.е. при расположении их под углом друг относительно друга менее чем 90°, возможно демпфирование их друг другом и, кооме этого, ухудшаются условия син5 фазности их возбуждения, что отрицательно сказывается на величине знакопеременных напряжений. Поэтому на участке между волоками целесооб разно устанавливать два источника ко лебаний и располагать >их друг относительно друга под углом в 90°(ца фиг. 1 источники колебаний 9-11 условно развернуты на 90°),В случае волочения труб большого диаметра, источник колебаний может быть размещен ,как с внешней ее стороны, так и с внутренней.The proposed drawing method also provides for the use of two in-phase oscillation sources in each section of the metal between the dies, since in this case, in comparison with the use of one oscillation source, alternating stresses are more evenly distributed over the metal surface located in the deformation zone. When "using the same three or more sources of oscillation, i.e. when they are arranged at an angle relative to each other of less than 90 °, they can be damped by each other and, in addition, the conditions of their excitation in phase worsen, which negatively affects the magnitude of alternating stresses. Therefore, it is advisable to install two sources of oscillations in the area between the dies and place> them relative to each other at an angle of 90 ° (in Fig. 1, vibration sources 9–11 are conventionally rotated 90 °). In the case of drawing large diameter pipes, the vibration source can be placed, both from its external side, and from the inside.

Месторасположение источника колебаний определяется по формуле (1), которая получена путем следующих преобразований. При акустическом кон- 15 такте, например точечном, источника колебаний с металлом в точке А (фиг.2) в последнем возбуждаются изгибные УЗК. Для достижения их максимальной амплитуды ^тв очагах деформации во- 20 лок 3 и 4 необходимо, чтобы расстояние между ними и источником колебаний 11 было резонансным для возбуждаемой f0 частоты колебаний. Условие резонанса для отрезка длиной L находится следующим образом. Уравнение гармонических колебаний, изгибноколеблющегося стержня имеет видThe location of the oscillation source is determined by the formula (1), which is obtained by the following transformations. With an acoustic contact, for example a point contact, of the oscillation source with the metal at point A (Fig. 2), ultrasonic bending ultrasound is excited in the latter. To achieve their maximum amplitude ^ m in the deformation zones of the waves 3 and 4, it is necessary that the distance between them and the oscillation source 11 be resonant for the oscillation frequency f 0 excited. The resonance condition for a segment of length L is as follows. The equation of harmonic oscillations of a flexurally oscillating rod has the form

CD 30 где 31 - момент сечения изгибноколеблющегося стержня;CD 30 where 31 is the moment of section of a flexurally oscillating rod;

- круговая частота; »_- circular frequency; »_

С - скорость звука продольный УЗК. Длина стержня (в данном случае металла 5) ограничена, так как он закреплен - находится в очагах деформации и поэтому граничное условие запишется как 40 х=°'.C is the speed of sound longitudinal ultrasonic testing. The length of the rod (in this case, metal 5) is limited, since it is fixed - it is located in the deformation zones and therefore the boundary condition is written as 40 x = ° '.

а для точки А в виде and for point A in the form 45 45 3 Q - -0- x=L а χα. * ax’ ’ 3 Q - -0- x = L a χα. * ax '' (4) (4) Решая уравнение ’ (2) с учетом (4), получаем Solving equation ’(2) with (4), we obtain (3) И, (3) And, 50 fifty Ck KL cos KL =-1 , Ck KL cos KL = -1, (з). (h).

где К - волновое число. 55where K is the wave number. 55

Из уравнения (5) следует KL =1,875, что для отрезка длиной L, т.е. для расстояния от источника колебаний до очагов деформации, составитFrom equation (5) it follows KL = 1.875, which is for a segment of length L, i.e. for the distance from the source of oscillations to the deformation zones, will be

0,56 · С -¾-1 £о0.56 · C -¾ -1 £ about

Учитывая длину поверхности контакта источника колебаний с металломGiven the length of the contact surface of the vibration source with the metal

вдоль оси волочения ), формула (б) приобретает вид (1).along the drawing axis), formula (b) takes the form (1).

Преобразовав формулу (1), внеся в нее коррективы, отражающие длину очага деформации, можно получить значения L, при которых пучность напряжений изгибных УЗК будет приходиться на любую точку очага деформации. Значение L для разных участков металла не однозначно, так как геометрический размер металла монотонно уменьшается по мере приближения к последней в технологическом цикле волока. Величина момента сечения изгибноколеблющегося металла, подвергаемого деформации, различна и зависит от его геометрии. Например для проволоки или прутковаг=с>/4.для полого металла χ+ , для металла квадратного сечения ae=h/Vf2, где d - диаметр металла;By transforming formula (1), making adjustments to it reflecting the length of the deformation zone, we can obtain the values of L at which the antinode of the stresses of the bending ultrasonic testing will occur at any point of the deformation zone. The value of L for different sections of the metal is not unambiguous, since the geometric size of the metal decreases monotonically as it approaches the latter in the drawing cycle. The value of the cross-sectional moment of a flexurally oscillating metal subjected to deformation is different and depends on its geometry. For example, for wire or rod = c> /4. For hollow metal χ +, for metal of square section ae = h / Vf2, where d is the diameter of the metal;

da- внешний и внутренний диаметры полого металла;d a - the outer and inner diameters of the hollow metal;

h - сторона квадрата.h is the side of the square.

Волочение металла по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.The drawing of metal by the proposed method is as follows.

В волоки 1-4 задается деформируемый металл 5, который своей поверхностью на участках между волоками входит в акустический контакт с источниками колебаний 6-11 . Затем вклю-чают УЗ-генераторы (на фиг.1 не показаны) , волоки начинают совершать одновременно продольные и радиальные колебаний с УЗ-частотой, а металл 5 подвергается воздействию продольных УЗК, которые преобразуются в нем в изгибные с пучностью напряжений в очаге деформации. После возбуждения в волоках и в металле УЗК включают волочильный стан, и его тянущее устройство протягивает металл 5 через волоки 1-4, совершающие сложные колебания. Под действием продольной составляющей этих колебаний в очагах деформации (в случае размещения волок в пучности амплитуд) происходит снижение сил контактного трения. При размещении волок в пучности напряжений продольных УЗК, на металл воздействуют знакопеременные напряжения . Однако осуществить практическое воздействие на деформируемый металл знакопеременными напряжениями продольных УЗК не удается из-за больших скоростей волочильных станов и поэтому волоки обычно располагают в пучности амплитуд, уменьшая за счет этого контактное трение. Под действием радиальной составляющей в очагах деформации создаются знакопеременные напряжения, максимум которых приходится на центральные слои металла (фиг. 3) . Под действием изгибной составляющей в участках металла, контактирующих с волоками, создаются знакопеременные напряжения, максимум которых приходится на поверхностные слои металла (фиг. 4).In die 1-4, a deformable metal 5 is specified, which, by its surface in the areas between the die, enters into acoustic contact with vibration sources 6-11. Then, ultrasonic generators are turned on (not shown in Fig. 1), the dies begin to simultaneously perform longitudinal and radial vibrations with ultrasonic frequency, and metal 5 is subjected to longitudinal ultrasonic vibrations, which are converted into flexural ones with antinodes of stress in the deformation zone. After excitation in the dies and in the metal, the ultrasonic testing machine includes a drawing mill, and its pulling device pulls the metal 5 through dies 1-4, making complex vibrations. Under the action of the longitudinal component of these oscillations in the deformation zones (in the case of placing the die in the antinode of amplitudes), the contact friction forces decrease. When placing dies in the antinode of stresses of longitudinal ultrasonic testing, alternating stresses act on the metal. However, it is not possible to carry out a practical effect on the wrought metal with alternating stresses of longitudinal ultrasonic testing because of the high speeds of drawing mills and therefore the dies are usually placed in antinodes of amplitudes, thereby reducing contact friction. Under the action of the radial component, alternating stresses are created in the deformation zones, the maximum of which falls on the central layers of the metal (Fig. 3). Under the action of the bending component in the metal sections in contact with the fibers, alternating stresses are created, the maximum of which falls on the surface layers of the metal (Fig. 4).

7998.5 37998.5 3

Знакопеременные напряжения, создаваемые радиальными и изгибными УЗК в очагах деформации, суммируются и равномерно распределяются (фиг. 5) по сечению металла. В случае волочения с использованием трех и более волок в » очагах деформации, расположенных меж- 3 ду источниками колебаний (на фиг.1 это волоки 2 и 3), суммируются знакопеременные напряжения, создаваемые не только радиальными и изгибными УЗК,но и знакопеременные напряжения, создаваемые источниками колебаний, расположенными с разных сторон очага деформации (на фиг. 1 это источники колебаний 6, 9 и 7, 10*7,10 и 8,11).Alternating stresses created by radial and bending ultrasonic testing in the deformation zones are summed up and evenly distributed (Fig. 5) over the metal section. In the case of drawing using three or more dies in the "deformation zones located between 3 sources of oscillations (in Fig. 1 these are dies 2 and 3), alternating stresses generated not only by radial and bending ultrasonic testing, 1P but also alternating stresses are summed created by vibration sources located on different sides of the deformation zone (in Fig. 1 these are vibration sources 6, 9 and 7, 10 * 7.10 and 8.11).

Следовательно, в этом случае вели- 15 чина знакопеременных.напряжений, создаваемых изгибными УЗК, больше, чем при волочении металла через две волоки. Суммарное обжатие металла 5 за один проход равно обжатию в первой 20 и последующих волоках. После того как металл полностью протянут, выключают УЗ-генераторы и волочильный стан. Затем в волоки задается очередная заготовка и процесс волочения повторяется.Consequently, in this case, the magnitude of alternating stresses created by bending ultrasonic testing is greater than when drawing metal through two dies. The total compression of the metal 5 in one pass is equal to the compression in the first 20 and subsequent dies. After the metal is fully stretched, the ultrasound generators and the drawing mill are turned off. Then the next workpiece is set in the die and the drawing process is repeated.

Claims (4)

(54) СПОСОБ ВОЛОЧЕНИЯ МЕТАЛЛА С ПРИМЕНЕНИЕМ УЛЬТРАЗВУКА чени , не достигает своих максимально возможных значений . Цель изобретени  - снижение усили волочени  и увеличение обжати  за проход путем создани  в очагах дефор мации максимальных амплитуд знакопер менных напр жений, равномерное распр деление их по объему металла, наход  щегос  в очагах деформации и достиже ние максимальных значений знакопеременных напр жений, создаваемых иэгиб ными ультразвуковыми колебани ми. Цель достигаетс  тем, что в метал ле на участке между волокги«и возбуждают изгибные УЗК с пучностью напр жений в очагах деформации, дл  чего ввод т в него продольные УЗК с пучностью амплитуды в месте акустического контакта метгшла с источником этих колебаний, который располагают от очагов деформации на рассто нии L, определ емом по формуле o,5b-c--2e е Г где С - скорость звука в металле; fg - частота колебаний; J - момент сечени  изгибно-колеблющегос  металлаj 1 - длина поверхности контакта источника колебаний с метал лом вдоль оси волочени . Металл на каждом его участке между волоками возбуждают в двух точках разнесенных на и под углом в пре делах 45-90 по отношению к оси металла , причем участки металла между волоками возбуждают синфазно. На фиг. 1 представлена схема, по  сн юща , как осуществл етс  способ О сточники колебаний, возбуждающие в волоках продольные и радиальные УЗК, не показаны); на фиг. 2 - рас пределение на участке между волоками амплитуды изгибных УЗК (В) и знакопеременных напр жений (С), а также точка акустического контакта источника колебаний с металлом ,(А), длина -акустического контакта {1) и рас сто ни  (L) от источника колебаний до очагов деформации; на фиг. 3, 4распределение по сечению сплошного тапла знакопеременных напр жений, С}рэдаваемых ргщиальными и изгибными УЗК; на фиг. 5 - суммарное распр деление знакопеременных напр жений по сечению сплошного металла. Предлагаемый способ волочени  пр дусматривает использование нескольк волок (по меньшей мере двух), устана ливаемых последовательно одна за др гой (на фиг. 1 показано четыре воло ки 1-4). Деформируемый металл 5 на участках между волоками находитс  в акустическом контакте с источниками 6-11 колебаний. На каждую из волок 11-4 накладывают одновременно продол ные и радиальные УЗК. Продольные УЗК с пучностью амплитуд в месте акустического контакта при вводе в металл, преобразуютс  в изгибные с пучностью напр жений в очагах деформации. В результате на металл 5 в очагах деформации воздействуют три различных вида УЗК: продольные, радиальные и изгибные , по закону о независимости распространени  колебаний не демпфирующие друг друга. Следовательно, при волочении металла с использованием , ТОЛЬКО двух волок, характеристики этих колебаний (частота, амплитуда и т.п.) могут иметь как одинаковые, так и разные значени  . При волочении же металла с использованием трех и более волок возбуждение источников колебаний, расположенных на соседних участках металла, должно быть синфазным , так как при этом в очагах деформации , расположенных между источниками колебаний, суммируютс  знакопеременные напр жени , создаваемые изгибными УЗК. Причем, продольные и радиальные УЗК одной волоки по отношению к однотипным другой, как в первом случае, так и во втором, могут быть одинаковыми или разными по фазе, частоте, амплитуде и синхронности начала периода колебаний, а сами волоки могут быть расположены в пучности амплитуд или напр жений. Акустический контакт металла 5 с источниками 6-11 колебаний создаетс  в пучности амплитуд продольных УЗК, вводиьмх в металл и может быть точечным или равным торцовой части излучаюи1его звена источника колебаний Это обусловлено тем,что при любом из указанных контактов продольные УЗК, вводимые в металла, одинаково хорошо преобразуютс  в изгибные и при этом величина их интенсивности не зависит от площади контакта. В силу этого источник колебаний, по отношению к оси металла, можно располагать в пределах 45-90° . Наиболее оптимальным  вл етс  угол в , так как при величине этого угла менее 45° источник колебаний может преп тствовать пе;редвижени м волочильного оборудовани  , Предлагаемый способ волочени  предусматривает также использование на каждом участке металла, наход щегос  между волоками, двух синфазно возбуждаемых источников колебаний, так как при этом, в сравнении с использованием одного источника колебаний, знакопеременные напр жени  более равномерно распредел ютс  по поверхности металла, наход щейс  в очаге деформации . При .использовании же трех и более источников колебаний, т.е. при расположении их под углом друг относительно друга менее чем 90°, возможно демпфирование их друг другом и, кроме этого, ухудшаютс  услови  синфазности их возбуждени , что отрицательно сказываетс  на величине знакопеременных напр жений. Поэтому на участке между волоками целесообразно устанавливать два источника к лебаний и располагать 1их друг отно сительно друга под углом в фиг. 1 источники колебаний- 9-11 условно развернуты на 90°),В случае во лочени  труб большого диаметра, источник колебаний может быть размеще , как с внешней ее стороны, так и с внутренней. Месторасположение источника коле баний определ етс  по формуле (1) котора  получена путем следующих пр образований. При акустическом контакте , например точечном, источника колебаний с металлом в точке А (фиг в последнем возбуждаютс  изгибные УЗК. Дл  достижени  их максимальной амплитуды в очагах деформации волок 3 и 4 необходимо, чтобы рассто  ние между ними и источником колебаний 11 было резонансным дл  возбужд емой fg частоты колебаний. Условие резонанса дл  отрезка длиной L иахо дитс  следующим образом. Уравнение гармонических колебаний, изгибноколеблющегос  стержн  имеет вид . 6 зО. тт где ж - момент сечени  изгибноколеб лк цегос  стержн f ( SJ - кругова  частота; С - скорость звука продольный У Длина стержн  (в данном случае металла 5) ограничена, так как он зак реплен - находитс  в очагах деформа ции и поэтому граничное условие зап шетс  как 0) 0. а дл  точки А в виде 0-, Реша  уравнение (2) с учетом (3) и ( 4), получаем С1 KLCOSKL -1 , где К - волновое число. Из уравнени  (5) следует KL 1,8 что дл  отрезка длиной L, т.е. дл  рассто ни  от источника колебаний д очагов деформации, составит о,5б-с--эе Учитыва  длину поверхности конта та источника колебаний с метс1ллом С1) вдоль оси волочени  1, формула (6) приобретает вид (1). Преобразовав формулу (1), внес  в нее коррективы, отражакхдие длину очага деформации, можно получить значени  L, при которых пучность напр жений изгибных УЗК будет приходитьс  на любую точку очага деформации. Значение L дл  разных участков металла не однозначно, так как геометрический размер металла монотонно уменьшаетс  по мере приближени  к последней в технологическом цикле волока. Величина момента сечени  изгибноколеблющегос  металла, подвергаемого деформации , различна и зависит от его геометрии. Например дл  проволоки или прут ков полого металла х t/4Vi3 -«-ai . , цл  метсшла квадратного сечени  , где d - диаметр металла; d,j- внешний и внутренний диаметры полого металла; h - сторона квадрата. Волочение металла по предлагаемому способу осуществл етс  следующим образом. В волоки 1-4 задаетс  деформируемый металл 5, который своей поверхностью на участках между волоками входит в акустический контакт с источникаьда колебаний 6-11 . Затем вклю-чают УЗ-генераторы (на фиг.1 не показаны ) , волоки начингиот совершать одновременно продольные и радигшьные колебаний с УЗ-частотой, а металл 5 подвергаетс  воздействию продольных УЗК, которые преобразуютс  в нем в изгибные с пучностью напр жений в очаге деформации. После возбуждени  в волоках и в металле УЗК включают волочильный стан, и его т нущее устройство прот гивает металл 5 через волоки 1-4, совершакадие сложные колебани . Под действием продольной составл ющей этих колебаний в очагах деформации (в случае размещени  волок в пучности амплитуд) происходит снижение сил контактного трени . При размещении волок в пучности напр жений продольных УЗК, на металл воздействуют знакопеременные напр жени  . Однако осуществить практическое воздействие на деформируекмй металл знакопеременными напр жени ми продольных УЗК не удаетс  из-за болыыих скоростей волочильных станов и поэтому волоки обычно располагают в пучности амплитуд, уменьша  за счет этого контактное трение. Под действием радиальной составл ющей в очагах деформации создаютс  знакопеременные напр жени , максимум которых приходитс  на центральные слои металла (фиг. 3). Под действием изгибной составл ющей в участках металла, контактирующих с волоками, создаютс  знакопеременные напр жени , максимум которых приходитс  на поверхностные слои металла (фиг. 4). JHaKonepeMeHHbie напр жени , создавае мые радиальнЕлми и изгибными УЗК в оч гах деформации, суммируютс  и равномерно распредел ютс  (фиг. 5) по сечению металла, В случае волочени  с использованием трех и более волок в очагах деформации, расположенных меж ду источниками колебаний (на фиг Л это волоки 2 и 3), суммируютс  знако переменные напр жени , создаваемые не только радиальными и изгибными УЗК но и знакопеременные напр жени , соз даваемые источниками колебаний, расположенными с разных сторон очага де формации (на фиг. 1 это источники колебаний б, 9 и 7, ,10 и 8,11). Следовательно, в этом случае величина знакопеременных,напр жений, соз даваемых изгибными УЗК, больше, чем при волочении металла через две волоки . Суммарное обжатие металла 5 за один проход равно обжатию в первой и последующих волоках. После того как металл полностью прот нут, выключают УЗ-генераторы и волочильный стан. Затем в волоки задаетс  очередна  заготовка и процесс волочени  повтор етс , Формула изобретени  1 .Способ волочени  металла с применением ультразвука через последова тельно установленные волоки, включающий одновременное наложение на каждую из волок ультразвуковых колебаний различных типов, отличаю щийс  тем, что, с целью сниже-ни  усили  волочени  и увеличени  обжати  за проход путем создани  в очагах деформации максимальных ампли туд знакопеременных напр жений, в металле на участке между волоками возбуждаютс  изгибные ультразвуковые колебани  с пучностью напр жений в очагах деформации, дл  чего вво- , д т в него продольные ультразвуковые колебани  с пучностью амплитуды в месте акустического контакта металла с источником этих колебаний, который располагают от очагов деформации на рассто нии L, определ емом по формуле о,5ЬС-зе где С - скорость звука в деформируемом металле; fg- частота колебаний; X - момент сечени  изгибно-колеблющегос  металла; I - длина поверхности контакта источника колебаний с метал-лом вдоль оси волочени . 2.Способ по п. 1, отличающий с   тем, что, с целью равномерного распределени  знакопеременных напр жений по объему металла, наход щемс  в очагах деформации/ металл на каждом его участке между волоками возбуждают в двух точках, разнесенных на 90, и под углом в пределах 45-90°, по отношению к оси металла. 3.Способ по п.2, отличающийс  тем, что, с целью достижени  максимальных значений знакопеременных напр жений, создаваемых изгибными ультразвуковыми колебани ми, участки металла между волоками возбуждают синфазно. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 196701, кл. В 21 С 1/00, 1965. (54) METHOD FOR DEVELOPING METAL WITH ULTRASOUND ULTRASOUND, does not reach its maximum possible values. The purpose of the invention is to reduce stress and increase compression per pass by creating maximum amplitudes of alternating stresses in deformation points, uniformly distributing them over the volume of metal in deformation points, and achieving maximum values of alternating stresses created by flexural ultrasonic fluctuations. The goal is achieved by the fact that in the metal between the fibers and excitement bending ultrasonic testing with antinodes of stress in deformation areas, for which longitudinal ultrasonic testing with amplitude antinodes in the place of acoustic contact of the source with these oscillations, which are located from the sources, is introduced into it. deformations at a distance L, defined by the formula o, 5b-c - 2e e G, where C is the speed of sound in the metal; fg is the oscillation frequency; J is the moment of cross section of the flexural-vibrating metal j 1 is the length of the surface of contact of the source of oscillations with the metal along the axis of dragging. The metal in each of its sections between the filaments is excited at two points spaced apart and at an angle within 45-90 with respect to the axis of the metal, and the parts of the metal between the fibers are excited in phase. FIG. 1 is a diagram illustrating how the method O (the oscillations oscillating, driving longitudinal and radial ultrasonic waves, not shown, are not shown); in fig. 2 — the distribution between the voltages of the amplitude of the flexural ultrasonic testing (B) and alternating stresses (C), as well as the point of acoustic contact of the vibration source with the metal, (A), the length of α-acoustic contact {1) and the distance (L) from the source of oscillations to deformation areas; in fig. 3, 4distribution of continuous alternating stresses across the cross section of the alternating stress, C} radiated by curved and flexural ultrasonic testing; in fig. 5 - total distribution of alternating stresses over the cross section of a solid metal. The proposed method of drawing involves the use of several fibers (at least two), which are installed one after the other in succession (in Fig. 1 four hairs 1–4 are shown). The deformable metal 5 in the areas between the fibers is in acoustic contact with sources of 6-11 oscillations. At each of the fibers 11-4 impose simultaneously extended and radial UT. Longitudinal ultrasonic transducers with antinodes of amplitudes at the site of acoustic contact, when introduced into the metal, are converted to flexural stresses with antinodes in deformation areas. As a result, metal 5 in the foci of deformation is affected by three different types of ultrasonic inspection: longitudinal, radial, and bending; according to the law on the independence of propagation of vibrations, they do not dampen each other. Therefore, when metal is drawn using ONLY two fibers, the characteristics of these oscillations (frequency, amplitude, etc.) can have both the same and different values. When drawing metal with the use of three or more fibers, the excitation of oscillatory sources located on adjacent metal sites must be in phase, since, in this case, alternating stresses generated by bending ultrasonic waves are summed in the deformation centers located between oscillatory sources. Moreover, the longitudinal and radial UT of one die with respect to the same type of another, both in the first case and in the second, may be the same or different in phase, frequency, amplitude and synchronism of the beginning of the oscillation period, and the dies themselves may be located in the antinodes of the amplitudes or stress. Acoustic contact of metal 5 with sources of 6-11 oscillations is created at the antinodes of the amplitudes of the longitudinal ultrasonic inspection, introduced into the metal, and can be dotted or equal to the frontal part of the radiating element of the source of oscillations. This is because at any of these contacts the longitudinal ultrasonic inspection introduced into the metal is equally they are well converted into bending ones and the magnitude of their intensity does not depend on the contact area. Because of this, the source of oscillations, relative to the axis of the metal, can be located in the range of 45-90 °. The optimum angle is angle B, since when this angle is less than 45 degrees, the source of oscillations can interfere with the drawing equipment. The proposed method of drawing also provides for the use of two synchronous sources of oscillations in each section of the metal between the leads, since in this case, in comparison with the use of a single source of oscillations, alternating stresses are more evenly distributed over the surface of the metal in the deformation zone. When using the same three or more sources of fluctuations, i.e. when placed at an angle relative to each other less than 90 °, their damping with each other is possible and, in addition, the conditions for the synchronization of their excitation deteriorate, which negatively affects the magnitude of alternating stresses. Therefore, it is advisable to install two sources to the swings in the area between the portages and to position 1 relative to each other at an angle in FIG. 1 sources of oscillations - 9-11 conditionally rotated 90 °). In the case of large diameter pipes, the source of oscillations can be placed both on its external side and on the inside. The location of the source of oscillations is determined by the formula (1) which is obtained by the following procedures. With acoustic contact, e.g. point-like, of an oscillation source with a metal at point A (figs in the latter, flexural ultrasonic vibrations are excited. To achieve their maximum amplitude in the deformation centers of fibers 3 and 4, it is necessary that the distance between them and the oscillation source 11 be resonant for the excitable fg of the oscillation frequency. The condition of a resonance for a segment of length L is ordered as follows: The equation of harmonic oscillations of a bending-oscillating rod is of the form 6 OO where is the moment of cross section of the flexural-curved rod f (SJ is circular frequency; C is the speed of sound longitudinal Y The length of the rod (in this case, metal 5) is limited, since it is closed — it is in the deformation areas and therefore the boundary condition is written as 0) 0. a for point A in the form 0, Solving equation (2) with regard to (3) and (4), we get C1 KLCOSKL -1, where K is the wave number. From equation (5) it follows that KL 1.8 what for a segment of length L, i.e. for the distance from the source of oscillations to the sources of deformation, it will be about, 5b-s - ee. Taking into account the length of the surface of the contact of the source of oscillations with mets Sl1) along the axis of drag 1, formula (6) takes the form (one). By transforming formula (1), making corrections to it, reflecting the length of the deformation zone, it is possible to obtain the values of L at which the antinodes of the bending ultrasonic stresses will fall on any point of the deformation zone. The value of L for different sections of the metal is not unambiguous, since the geometric size of the metal monotonously decreases as it approaches the latter in the process cycle ditch. The magnitude of the cross-sectional moment of the bending-oscillating metal subjected to deformation is different and depends on its geometry. For example, for wire or rod of hollow metal x t / 4Vi3 - «- ai. , CL of square cross section, where d is the diameter of the metal; d, j are the external and internal diameters of the hollow metal; h is the side of the square. The metal drawing by the proposed method is carried out as follows. A deformable metal 5 is defined in portions 1-4, which, by its surface in the areas between the fibers, comes into acoustic contact from a source of oscillations 6-11. Then, ultrasonic generators (not shown in Fig. 1) are turned on, the filings of the zapigiot simultaneously make longitudinal and radidsky oscillations with the ultrasonic frequency, and the metal 5 is exposed to longitudinal ultrasonic signals, which are transformed in it into bending with antinodes of stresses in the deformation zone . After excitation in the dies and in the metal, UT includes a drawing mill, and its pulling device draws metal 5 through dies 1–4, making complex oscillations. Under the action of the longitudinal component of these oscillations in the deformation centers (in the case of placing the fiber in the antinodes of amplitudes), the contact friction forces decrease. When placing the fiber in the antinodes of the stresses of the longitudinal ultrasonic testing, alternating stresses act on the metal. However, the practical effect on the deformed metal by alternating stresses of the longitudinal ultrasonic testing is not possible due to the high speeds of the drawing mills and, therefore, the dies usually have antinodes of amplitudes, thereby reducing contact friction. Under the action of the radial component, alternating stresses are created in the deformation areas, the maximum of which falls on the central metal layers (Fig. 3). Under the action of the bending component, alternating stresses are created in the metal areas in contact with the fibers, the maximum of which is on the surface layers of the metal (Fig. 4). JHaKonepeMeHHbie stresses created by radial and bending USTs in deformation points are summed and evenly distributed (Fig. 5) over the metal section. In the case of drawing with three or more webs in the deformation areas located between the sources of oscillations (Fig. This is dies 2 and 3), the alternating stresses created by not only radial and bending ultrasonic testers but also alternating stresses created by oscillation sources located on different sides of the deformation zone (in Fig. 1 are the oscillation sources b, 9 and 7, 10 and 8.11). Consequently, in this case, the magnitude of the alternating stresses created by the bending UT, is greater than when the metal is dragged through two portages. The total compression of the metal 5 in one pass is equal to the compression in the first and subsequent tracks. After the metal has completely protruded, the ultrasonic generators and the drawing mill are switched off. Then, another workpiece is set in the drawing and the drawing process is repeated. Claim 1. A method of drawing metal using ultrasound through sequentially installed drawing, including the simultaneous imposition of different types of ultrasonic vibrations on each of the fibers, in order to reduce neither the force of dragging and the increase in compression per pass by creating maximum amplitudes of alternating stresses in the deformation areas, in the metal in the area between the fibers bending ultrasound is excited oscillations with an antinode of stresses in the deformation foci, for which longitudinal ultrasonic oscillations are introduced into it with an antinode of amplitude at the place of the acoustic contact of the metal with the source of these oscillations, which are located from the deformation foci at a distance L, determined by the formula , 5C-ze where C is the speed of sound in a deformable metal; fg is the oscillation frequency; X is the moment of section of the flexural-vibrating metal; I is the length of the contact surface of the source of oscillations with the metal along the axis of drawing. 2. The method according to claim 1, characterized in that, in order to evenly distribute alternating stresses over the volume of the metal in the deformation centers / metal, in each of its parts between the fibers, excite at two points spaced by 90, and at an angle in the range of 45-90 °, relative to the axis of the metal. 3. A method according to claim 2, characterized in that, in order to achieve maximum values of alternating stresses generated by bending ultrasonic vibrations, the metal portions between the fibers are excited in phase. Sources of information taken into account in the examination 1. USSR Author's Certificate No. 196701, cl. B 21 C 1/00, 1965. 2. Авторское свидетельство СССР 201305, кл. В 21 С 1/00, 1966. 2. USSR author's certificate 201305, cl. B 21 C 1/00, 1966. 3. Авторское свидетельство СССР 417209, кл . В 21 С 1/04, 1972. 3. USSR author's certificate 417209, cl. B 21 C 1/04, 1972. 4.Авторское свидетельство СССР № 561584, кл. В 21 С 1/00, 1975.4. USSR author's certificate number 561584, cl. B 21 C 1/00, 1975. U АU A ЛL -BUT 7 7 uu Л L -/- / tPut.StPut.S fait.fait. Pu. VPu. V
SU782658694A 1978-09-04 1978-09-04 Method of drawing metal with use of ultrasound SU799853A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU782658694A SU799853A1 (en) 1978-09-04 1978-09-04 Method of drawing metal with use of ultrasound

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU782658694A SU799853A1 (en) 1978-09-04 1978-09-04 Method of drawing metal with use of ultrasound

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU799853A1 true SU799853A1 (en) 1981-01-30

Family

ID=20782961

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU782658694A SU799853A1 (en) 1978-09-04 1978-09-04 Method of drawing metal with use of ultrasound

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU799853A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5784914A (en) * 1995-08-03 1998-07-28 Ceda Spa Costruzioni Elettromeccaniche E Dispositivie D'automazione Method to control between rolling stands the drawing of the rolled stock and relative device
WO2007015688A1 (en) * 2005-08-01 2007-02-08 Georgij Ivanovich Prokopenko Method for ultrasound vibro-impact processing of long-length product surface

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5784914A (en) * 1995-08-03 1998-07-28 Ceda Spa Costruzioni Elettromeccaniche E Dispositivie D'automazione Method to control between rolling stands the drawing of the rolled stock and relative device
WO2007015688A1 (en) * 2005-08-01 2007-02-08 Georgij Ivanovich Prokopenko Method for ultrasound vibro-impact processing of long-length product surface

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rose et al. A comb transducer model for guided wave NDE
Siegert et al. Wire drawing with ultrasonically oscillating dies
US7156201B2 (en) Ultrasonic rod waveguide-radiator
SU799853A1 (en) Method of drawing metal with use of ultrasound
Ogi et al. In-situ monitoring of ultrasonic attenuation during rotating bending fatigue of carbon steel with electromagnetic acoustic resonance
CN109821722A (en) A kind of ultra-magnetic telescopic vibration device and method
Biddell et al. The development of oscillatory metal-drawing equipment—an engineer's view
CN112758695B (en) Ultrasonic transmission reversing control method based on excitation phase difference modulation
KHMELEV et al. Development and research of concentrator-sonotrode with increased radiating surface
Rose et al. A comb transducer for mode control in guided wave NDE
Khmelev et al. Increasing the uniformity of distribution of the oscillations of the disc ultrasound radiators for gas media
CN102248019B (en) Power synthesis tube and wire drawing device capable of generating elliptical vibration
SU1037986A1 (en) Apparatus for drawing metal with ultrasonic oscillations
RU2284228C1 (en) Ultrasonic oscillating system
Gong et al. Numerical study of cavitation shock wave emission in the thin liquid layer by power ultrasonic vibratory machining
SU1684596A1 (en) Method of determining the residiual stresses being redistributed during processing
Kosinov et al. “Anomalous” nonlinear wave phenomena in a supersonic boundary layer
Rose et al. A comb transducer model for guided wave mode control
Tymchyk et al. Theoretical investigations of the ultrasonic wave generation by an electromagnetic acoustic transducer
RU2719673C1 (en) Ultrasonic treatment of glass ceramics articles
SU1002064A1 (en) Method of drawing metal through two drawing dies with use of ultrasound
SU539712A1 (en) Ultrasonic welding tool
SU1000139A1 (en) Apparatus for extrusion with imparting ultrasonic oscillations
SU795173A1 (en) Method of ultrasonic quality control of rolled plate
Mukhametgalina et al. A double-gaussian waveguide for ultrasonic treatment of metals