» » Проектирование калибровок волочения
15.01.2015

Проектирование калибровок волочения начинается с определения размеров расчетного сечения, расположенного в пределах поля допуска ка изготовление (см. рис. 88). Размеры предельных сечений профиля не могут быть использованы в качестве исходных, так как ошибки в изготовлении формообразующего инструмента или его незначительный износ могут вывести сечение профиля за поле допуска.
[i]Определение размеров расчетного сечения[/i]

Зависимость для определения размеров расчетного сечения Rc получена в результате обобщения и последующей обработки методами математической статистики практических данных, характеризующих износ формообразующего инструмента (волоки) до пределов, гарантирующих доброкачественное изготовление профиля. Зависимость имеет вид
Проектирование калибровок волочения

где Rc min — размер на нижнем пределе поля допуска; 5 - поле допуска на размер; d — коэффициент поля допуска; С — величина корректировки линейных и радиусных размеров.
В табл. 38 приведены значения величин d и С в зависимости от временного сопротивления деформируемого материала σв, поля допуска на размер 5 и условий поставки профиля заказчику (в нагартованном или отожженном состоянии).
Проектирование калибровок волочения

Зависимость (6.1) используется и для определения значений радиусов сопряжения элементов расчетного сечения. При этом величины внешних по отношению к контуру радиусов rв принимаются равными:
Проектирование калибровок волочения

Величины внутренних по отношению к контуру радиусов принимаются равными:
Проектирование калибровок волочения

Внешними (внутренними) по отношению к контуру считаются радиусы, центры которых расположены на внешней (внутренней) нормали к контуру (рис. 89). Размеры расчетного сечения, равные размерам минимального сечения, рассчитывают с точностью до 0.01 мм, остальные размеры — с точностью до 0,1 мм.
Проектирование калибровок волочения

Пример определения расчетных размеров фасонного профиля (материал — сталь 30, ГОСТ 1050—74), изготовляемого холодным волочением и поставляемого заказчику в отожженном состоянии, приведен на рис. 90 (размеры расчетного сечения даны в скобках).
[i]Определение коэффициента вытяжки на переход[/i]

При построении калибровок волочения необходимо назначить вытяжку μ на переход в зависимости от материала обрабатываемого профиля и геометрических характеристик поперечного сечения. Рекомендовано принимать вытяжки, назначаемые при волочении равновеликих по площади кругов, либо ориентироваться на практические данные. Очевидно, что такие рекомендации могут быть использованы только для предварительных расчетов и требуют последующей корректировки.
В работе предложена математическая зависимость для расчета величины вытяжки на переход, (μ) при холодном волочении стальных фасонных профилей. Она получена при обработке методами математической статистики опыта проектирования маршрутов волочения стальных фасонных профилей на ПО "Ижсталь", а также имеющихся материалов по организации подобных производств в Чехии, ГДР и ФРГ.
Зависимость имеет вид
Проектирование калибровок волочения

где F — площадь поперечного сечения профиля; Ппр, Пкр - длина периметра контура профиля и равновеликого по площади круга соответственно; t — интегральная кривизна контура; β — коэффициент, учитывающий механические свойства обрабатываемого профиля, β = 0,7/1,2.
Проектирование калибровок волочения

Полученная зависимость (6.4) справедлива для расчета вытяжки при волочении профилей сложных сечений, в диапазоне площадей F = 15/3000 мм2.
Разработка калибровки волочения является основополагающим моментом в технологическом проектировании этого процесса. В зависимости от выбранной схемы изготовления профилей возможны два способа построения калибровки: проектирование переходных сечений, обеспечивающих относительное равенство вытяжек по всем элементам сечения профиля с выходом на фасонную заготовку и проектирование переходных сечений с допустимой неравномерностью вытяжек с выходом на заготовку стандартных форм (круг, полоса, квадрат). Это обусловлено тем, что равномерная деформация по элементам сечения не может быть обеспечена ни в одном процессе обработки металла давлением.
[i]Проектирование калибровок при волочении профилей из фасонной заготовки[/i]

При построении промежуточных сечений рассматривается превращение контура f(x, у)=0 расчетного сечения в контур φ(х, у)=0 заготовки. Все построения выполняются от готового профиля к исходной заготовке. Формообразование контура профиля за один переход рассматривается состоящим из определенного числа малых конечных деформаций, что позволяет проследить за взаимным изменением контура сечения и его скелета.
Проектирование состоит из операций,рассмотренных ниже.
1. Контур сечения аппроксимируется многоугольником с расстоянием между вершинами ΔР (см. рис. 85). Длина отрезка прямой, составляющей часть периметра контура принимается равной целому числу участков ΔP
Проектирование калибровок волочения

где Z — число вершин; I — длина отрезка.
При Z=0 вершина одна. Дуги аппроксимируются хордами, при этом шаг аппроксимации выбирается таким, чтобы обеспечить требования, предъявляемые к точности геометрических параметров контура. Вершины нумеруют, обходя контур по часовой стрелке.
Практика автоматизированного проектирования калибровок профилей показала, что требуемая точность расчетов и графического построения при минимальных затратах машинного времени, обеспечивается при шаге аппроксимации для отрезков прямых, равном 1,0 мм и 0,02 мм для кривых второго порядка.
2. Для многоугольника, аппроксимирующего расчетный контур, строится скелет контура (рис. 91) — линия мгновенных центров деформации (МЦД).
3. Построение промежуточного сечения. На этом этапе контур f(х, у)=0 перестраивают в контур (х, у)=0 промежуточного сечения. Для обеспечения относительно равных вытяжек по всем элементам сечения контур φ'(х, у)=0 образуют смещением вершин многоугольника, аппроксимирующего расчетное сечение в направлении внешних нормалей к контуру, на величины, прямо пропорциональные площади ΔFj, ограниченной элементом ΔPj контура, соответствующим ему участком линии МЦД и внутренними нормалями в граничных точках.
С целью определения величины смещения для каждой вершины многоугольника рассчитывают величину Yj — численную характеристику элемента контура
Проектирование калибровок волочения

здесь
Проектирование калибровок волочения

где, как и в (5.19), N — число вершин многоугольника; ΔPj — длина стороны многоугольника с номером j; ΔFj — площадь участка контура профиля между стороной многоугольника с номером j и участком линии МЦД; j — номер вершины; 1≤j≤N, если i≤0, то i=N-[[i]; k — целочисленный параметр сглаживания, характеризующий число соседних элементов, влияющих на величину обжатия в данной точке, k=3/5; П — периметр многоугольника.
Из каждой вершины в направлении от соответствующего МЦД откладывается линейное обжатие
Проектирование калибровок волочения

С — коэффициент, характеризующий величину минимально допустимого обжатия в долях среднего (С≤1),
Проектирование калибровок волочения

b— степенной коэффициент, принимаемый равным 3/2; D — коэффициент, характеризующий величину максимально допустимого обжатия в долях среднего.
Первоначально принимается D=1,5. В последующих расчетах коэффициент D подбирается так, чтобы выполнялось условие
Проектирование калибровок волочения

где F1 — площадь вновь построенного многоугольника.
Построенный новый многоугольник φ' (х, у) является переходным сечением. На нем могут быть исключены некоторые вершины, если окажется, что расстояние между ними меньше заданной величины h, а предшествующая при обходе контура по часовой стрелке вершина лежит слева от соединяющих их направление прямой.
Число промежуточных сечений nпр, составляющих один переход волочения, определяется интегральной кривизной сечения, а также величиной внешних радиусов. Ниже приведены зависимости между числом промежуточных сечений nпр, интегральной кривизной контура t и внешним радиусом rвн:
Проектирование калибровок волочения

При проектировании переходных сечений по любой технологической схеме проектирование заканчивается тогда, когда спроектированное сечение заготовки будет соответствовать данным, приведенным в табл. 39.
Проектирование калибровок волочения

Спроектированное переходное сечение в соответствии с табл. 39 является сечением заготовки. Данные расчета переходных сечений выдаются в виде управляющих программ на чертежно-графический аппарат. При выводе программ с целью получения более плавного контура число отрезков, составляющих контур, целесообразно увеличить, например, удвоить. Это необходимо потому, что вычерченный с 10- и 20-кратным увеличением контур многоугольника, используемый для контроля формообразующего инструмента (волок) на оптическом проекторе, должен иметь наиболее плавные переходы участков.
[i]Проектирование калибровок при волочении профилей из сортовой заготовки[/i]

При построении калибровки волочения из сортовой заготовки необходимо выбрать размер и форму ее сечения, определить взаимное расположение сечений заготовки и профиля и с учетом принятых обжатий по элементам контура построить переходные сечения.
При волочении из сортовой заготовки допускается неравномерность линейных обжатий по периметру сечения профиля, вызванная необходимостью его получения за минимально возможное число переходов. В связи с тем, что на последнем переходе волочения необходимо получить требуемые точность сечения и чистоту поверхности профиля, для чистового хода принимаются обжатия, равные расчетным по формуле (6.4). Расчетные вытяжки используют как эталонные для контроля степени неравномерности линейных обжатий на черновых переходах.
Для определения допустимой степени неравномерности обжатий при деформации в черновых переходах статистически обработаны- калибровки профилей, освоенные на ПО "Ижсталь". Допустимая степень неравномерности линейных обжатий в точке контура сечения может составлять до +50 % от расчетного обжатия, а вытяжка по участку контура - до 8 % (табл. 40).
Проектирование калибровок волочения

В основу разработанных алгоритмов построения переходов волочения из стандартной заготовки положен метод МЦД. Выбор заготовки осуществляется следующим образом (рис. 92): по разработанным для ЭВМ программам расчетный контур сечения профиля аппроксимируется многоугольником и строится выпуклая оболочка многоугольника, закрывающая по кратчайшему расстоянию все "впадины" контура ВС. Интегральная кривизна выпуклой оболочки tв.о=1. Выпуклая оболочка описывается окружностью и прямоугольником наименьшей площади (углы прямоугольника скруглены, радиус скругления соответствует радиусу скругления углов горячекатаной заготовки по ГОСТу). Из вершин многоугольника проводятся нормали к выпуклой оболочке и определяются точки пересечения этих нормалей с контурами описанных окружностей и прямоугольника.
Проектирование калибровок волочения

Найдем длину путей от точек контура до соответствующих точек окружности (hio) и прямоугольника (hin). Примем, что эти пути и являются линейными аналогами линий потенциального течения.
После определения приближенных путей - траекторий hj вычисляем минимально возможное число переходов волочения n для круга и прямоугольника по следующей зависимости:
Проектирование калибровок волочения

где N — число вершин аппроксимирующего многоугольника; nj — определяется из соотношения
Проектирование калибровок волочения

Здесь δ1 — оптимальное линейное обжатие на последнем переходе в точке с номером i; Dj. — допустимое обжатие на j-том переходе в точке контура с номером i; определяется следующим образом:
Проектирование калибровок волочения

где δmax — максимальное допустимое линейное обжатие.
Из условия определения числа n следует, что наименьшим возможным числом переходов может быть n=n+1. Необходимо проверить эту возможность. Для этого точки контура (см. рис. 92), лежащие на окружности, перемещают в направлении внешней нормали на расстояние:
Проектирование калибровок волочения

Около вновь полученных точек описывает окружность (О') минимальной площади, представляющей собой контур предполагаемой заготовки (см. рис. 92). Аналогично точки контура на прямоугольнике перемещают в направлении внешней нормали на расстояние Hj0. Стороны описанного около полученных точек прямоугольника (П') должны быть параллельны сторонам прямоугольника наименьшей площади. Для построенных окружности и прямоугольника по методу, рассмотренному выше, находим приближенные пути h течения частиц металла. Для каждой точки контура определяются числа: ni — максимально допустимое число переходов в точке контура с номером i при данной заготовке и mi — минимально необходимое число переходов:
Проектирование калибровок волочения

Если n≤m, то n1 увеличивается на единицу (т.е. n2=n1+1).
Строим новую заготовку и для нее определяем вновь n и m. Если n≥m, то волочение из стандартной заготовки возможно, и число переходов принимаем равным m.
После определения значения m для круга и прямоугольника из сортамента станов горячей прокатки выбираем заготовки, близкие к расчетным; их сечения располагаются пропорционально размерам относительно расчетных круга и прямоугольника. Для последних вновь определяем величины Л, n, m. В результате выбираем ту заготовку, для волочения которой необходимо меньшее число переходов. Если для круга и прямоугольника число переходов одинаково, то в качестве заготовки выбираем круг.
Калибровка выполняется следующим образом: для каждой точки контура определяют обжатия
Проектирование калибровок волочения

при этом должно выполняться условие
Проектирование калибровок волочения

Коэффициенты Zi, i=1,2, ..., N подбирают методом последовательных приближений. Рассчитывая координаты точек переходных сечений, на каждом переходе определяют фактическую вытяжку μ, затем проверяют условие
Проектирование калибровок волочения

[i]Проектирование волок[/i]

Для волочения стальных фасонных профилей высокой точности применяют стальные и твердосплавные волоки, конструкция которых показана на рис. 93.
При проектировании волоки необходимо определить размеры калибрующего пояска и других элементов канала, разместить калибрующее сечение на зеркале волоки, определить ее габаритные размеры и выбрать материал. Рассчитывают следующие элементы канала волоки: размеры и форму калибрующего пояска, длину очага деформации и рабочего конуса, углы рабочего конуса.
Для чистовой волоки форма и размеры калибрующего пояска определяются размерами расчетного сечения с допусками на изготовление, соответствующими третьему классу точности по ОСТ1023 (9 квалитет по стандарту СЭВ-147—75). Для переходных волок форма и размеры расчетного сечения соответствуют переходному сечению, определенному калибровкой. Допуск на изготовление калибрующего пояска переходных волок принимается по четвертому классу точности ОСТ1024 (11 квалитет по стандарту СЭВ-145—75).
Оптимальный угол канала волоки аопт при волочении круглых стальных прутков через коническую волоку определяется по эмпирической формуле Ш. Гелей:
Проектирование калибровок волочения

где fn — коэффициент трения по нормальному давлению; є — относительное обжатие.
Среднюю расчетную величину коэффициента трения по нормальному давлению (fn) при волочении в стальных волоках принимаем равной 0,08, при волочении в твердосплавных волоках — 0,06.
С учетом введенных обозначений
Проектирование калибровок волочения

Начальный диаметр равновеликого круга Dн.р.к. определяется из зависимостей:
Проектирование калибровок волочения

где dк.р.к — конечный диаметр равновеликого круга.
Проектирование калибровок волочения

Далее рассчитывается контактная поверхность при волочении равновеликого круга
Проектирование калибровок волочения

Рассчитывается контактная поверхность при волочении фасонного профиля Fк.пр
Проектирование калибровок волочения

Здесь Пср - средний периметр сечения профиля:
Проектирование калибровок волочения

Правые части уравнений (6.28) и (6.29) принимаем, равными, тогда, учитывая, что для малых углов sin α=tg α, получим
Проектирование калибровок волочения

lк вычисляют с точностью до 0,1 мм.
Длина рабочего конуса (см. рис. 93) равна l+Г. Полученную величину округляют в большую сторону с точностью до 1 мм.
При волочении фасонных профилей расстояние от центра волоки до различных точек периметра может отличаться на значительную величину, поэтому угол волочения по всей поверхности деформирующего конуса волоки должен быть переменным. При этом необходимо соблюдать общее правило волочения: сечение профиля по всему периметру должно одновременно вступать в контакт с рабочей поверхностью волоки, а линия контакта — находится в плоскости, перпендикулярной к оси волочения.
Угол рабочего конуса для каждой точки сечения калибрующего пояска определяется отношением абсолютного обжатия δi в данной точке к длине очага деформации l (рис. 94).
Проектирование калибровок волочения

Расчетная величина размера Rугл волок определяется по зависимости:
Проектирование калибровок волочения

где Rугл.min — величина угла воронки по минимальному контуру профиля; δ1 — поле допуска на угловой размер; d1 — коэффициент поля допуска, d1=0,5.
Размещение калибрующего пояска на зеркале волоки осуществляется следующим образом: расчетное сечение контура описывается окружностью наименьшей площади, центр которой совмещается с осью волоки. Габаритные размеры волоки и элементы ее канала определяются диаметром окружности наименьшей площади d0, описанной вокруг сечения калибрующего пояска (табл. 41).
Материал волоки выбирают в зависимости от площади калибрующего сечения и объема производимой партии профилей (табл. 42).
Проектирование калибровок волочения
Проектирование калибровок волочения

Результаты проектирования формообразующего инструмента выдаются в виде распечаток с Алфавитного цифрового печатающего устройства (АЦПУ) и управляющих программ на перфоленте для чертежно-графических автоматов и станков с ЧПУ. Приведенные алгоритмы проектирования калибровки волочения профиля из различных заготовок и формообразующего инструмента для этого процесса реализованы в виде комплекса программ для ЭВМ. Программы составлены на алгоритмическом языке ФОРТРАН, что позволяет использовать их практически без изменений на современных ЭВМ всех типов. Комплекс программ отлажен и внедрен в производство на базе ЭВМ ЕС-1033.
Результатами реализации комплекса программ для ЭВМ являются чертежи волок, автоматически вычерченные на чертежно-графическом автомате; контрольные увеличения минимального и максимального сечений готового профиля и переходов (используются на участках изготовления инструмента и сдачи готовой продукции); управляющие программы на перфоленте для станков 4531П и 4532ФЭ с целью обработки канала волок; технологическая карта с необходимыми для производства характеристиками процесса. Общее время, затрачиваемое на проектирование процесса волочения и подготовку документации для профиля, имеющего относительно сложное поперечное сечение, не превышает 3 ч.
Краткая блок-схема проектирования калибровки волочения приведена на рис. 95.
Проектирование калибровок волочения