Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Применение растяжения при производстве проволоки различного назначения 8
1.1. Растяжение как способ деформации и разновидности его реализации... 8
1.1.1. Состояние и перспективы применения чистого растяжения 11
1.1.2. Способы повы шен ия эффективности растяжения 14
1.2. Состояние и перспекгивы развития процесса термопластического растяжения со средними коэффициентами вытяжки 16
1.2.1. Причины неустойчивости процесса термопластического растяжения... 18
1.2.2. Способы повышения устойчивости процесса термопластического растяжения 20
1.3. Состояние и перспективы развития процесса механопластического растяжения 24
1.3.1. Применение деформации механопластического растяжения в роликовом изгибающем устройстве 24
1.3.2. Теоретическое описание процесса механопластического растяжения... 27
1.3.3. Состояние моделирования процесса механопластического растяжения 29
1.4. Возможности совмещения процессов термо- и механопластического растяжения 33
1.5. Цель и задачи исследования 35
ГЛАВА 2. Разработка методики определения режимов устойчивого протекания процесса термопластического растяжения 36
2.1. Разработка методики выбора и идентификации определяющих соотношений пластической деформации 36
2.2. Методика расчета технологических параметров процесса термопластического растяжения 39
2.2.1. Метод расчета режимов нагрева и охлаждения
2.2.2. Методика определения параметров процесса устойчивой деформации на участках нагрева и охлаждения . 45
2.3 Методика исследования процесса термопластического растяжения... 49
2.3.1. Термопластическое растяжение в статическом и динамическом режимах 50-
2.4. Анализ полученных результатов 52
2.4.1. Определение областей рекомендуемых значений'параметров статического режима 52
2.4.2. Определение параметров процесса в статическом режиме. 55
2:4.3. Определение параметров процесса в динамическом режиме. 57
2.4.4. Границы области пластического деформирования. 58
2.4.5. Сравнение экспериментальных данных с теоретическим расчетом технологических параметров процесса термопластического растяжения 61
2.4.6. Экспериментальная проверка-адекватности математической, модели термопластического расгяжения 63
2.4.7 Оценка колебаний параметров процесса термопластического растяжения 65
Выводы 68-
ГЛАВА 3. Разработка методики-расчета процесса деформации по схеме механопластического растяжения ... 70
3.1. Анализ физических основ процесса «растяжение - знакопеременный изгиб» 70
3.1.1. Появление и развитие области упругих деформации при сгибе.. 70
3.1.2. Появление и развитие области внеконтактных пластических деформации при сгибе 73
3:1.3. Развитие области контакгных пластических деформации при сгибе... 75
3.1.4. Развитие деформации при разгибе. 77
3.1.5: Переход процесса механопластического растяжения по схеме, «растяжение - знакопеременный изгиб» в установившуюся стадию ... 78
3.1.6. Структурные изменения при механопластическом растяжении 81
3.2. Разработка математической модели расчёта процесса механопластического растяжения но схеме «растяжение - знакопеременный изгиб» 83
3.2.1. Выбор определяющего соотношения сопротивления деформации и определение напряженно-деформированного состояния 85
3.2.2. Составление уравнения энергетического баланса деформирования 89
3.2.3. Определение деформации проволоки на каждом участке 90
3.2.4. Установление зависимостей изменения сопротивления деформации и пластичности 92
3.2.5. Введение цикличности расчета по роликам и установление критических границ процесса 94
3.3. Методика оценки технологических параметров изгибающего устройства и деформируемой проволоки при механопластическом растяжении 95
Выводы 100
ГЛАВА 4. Экспериментальное исследование процесса механопластического растяжения и рекомендации по его промышленному применению 103
4.1. Экспериментальная проверка адекватности математической модели механопластического растяжения 100
4.1.1. Экспериментальная проверка адекватности математической модели деформации проволоки 103
4.1.2. Сравнение изменения параметров арматуры, рассчитанных по математической модели и полученных из экспериментальных данных 107
4.2. Исследование влияния механопластического растяжения на свойства изделия 111
4.2.1. Исследование влияния механопластического растяжения на упрочнение проволоки
4.2.2. Исследование влияния механопластического растяжения на упрочнение арматуры 113
4.2.3. Исследование влияния максимальной деформации при периодическом многосекционном механоиластическом растяжении на структуру и свойства 114
4.2.4. Исследование влияния максимальной деформации при непрерывном многосекционном механопластическом растяжении на структуру и свойства 116
4.2.5. Исследование влияния величины деформации на обрывность 120
4.3. Разработка технологических режимов обработки изделия способом мехакол ластического растяжения 121
4.3.1. Разработка рекомендаций по совершенствованию технологии упрочнения изделия в роликовом изгибающем устройстве 121
4.3.2. Разработка технологических режимов и выработка рекомендаций по деформации изделия способом механопластнческого растяжения 124
4.4. Разработка рекомендаций но совершенствованию технологии деформации проволоки в роликовом изгибающем устройстве при совмещении термо- и механопластического растяжения (ТМПР) 130
Выводы 132
Заключение 134
Библиографический список 137
Приложения 151
- Способы повышения устойчивости процесса термопластического растяжения
- Методика определения параметров процесса устойчивой деформации на участках нагрева и охлаждения
- Переход процесса механопластического растяжения по схеме, «растяжение - знакопеременный изгиб» в установившуюся стадию
- Сравнение изменения параметров арматуры, рассчитанных по математической модели и полученных из экспериментальных данных
Введение к работе
Актуальность работы. Проволока различного назначения, включая низкоуглеродистую арматурную, и арматурная сталь, являются в настоящее время востребованной продукцией и широко применяются в промышленности и строительстве. Использование в технологии их изготовления пластического растяжения, из-за снижения затрат на производство и обеспечения требуемых свойств, повышает конкурентоспособность продукции на внешнем и внутреннем рынках. Однако для этого необходимо обеспечить устойчивость горячего и холодного равномерного растяжения и получение требуемых размеров и свойств обрабатываемых изделий. Эффективность решения этих задач повышает применение методов математического и физического моделирования. В связи с чем, моделирование деформационных режимов растяжения, совмещенного с нагревом (термопластическое растяжение - ТПР) и изгибом (механопластическое растяжение - МПР), и разработка на основе полученных результатов эффективных технологических процессов изготовления проволоки и арматурной стали являются актуальными.
Цель и задачи исследования. Цель работы – моделирование термо- и механопластического растяжения и повышение на его основе эффективности производства проволоки и арматурной стали.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
1. Разработка математической и физической моделей термопластического равномерного растяжения.
2. Разработка математической модели процесса механопластического растяжения.
3. Аналитическое и экспериментальное исследование процессов термо- и механопластического растяжения.
4. Разработка и использование в производственных условиях эффективных технологических процессов производства проволоки и арматурной стали способами растяжения.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- разработана и реализована модель ТПР движущейся проволоки в стадии равномерной деформации на локализованном участке, позволяющая производить расчет режимов устойчивой деформации при заданных параметрах температуры, степени и скорости деформации;
- для процесса МПР разработана методика расчета остаточной деформации в зависимости от величины напряжения растяжения, изгибающих моментов в зонах растяжения (сжатия) и дополнительных напряжений, а также учитывающая наличие зон внеконтактного деформирования и чередующегося пластического и упругого деформирования;
- показано, что при МПР металл получает высокую степень накопленной деформации, значительно превышающей остаточную, что обуславливается немонотонным характером деформации и наличием изгиба двойной кривизны. Следствием этого является возможность изменения при МПР микроструктуры и управления свойствами металла.
Практическая ценность и реализация работы в промышленности заключается в следующем:
- применение разработанной методики расчета режимов ТПР позволяет разработать и реализовать ресурсосберегающие технологические процессы горячего и теплого бесфильерного волочения передельной и готовой проволоки из труднодеформируемых сталей и сплавов;
- применение операции МПР в технологических процессах производства проволоки различного назначения повышает ее качество, благодаря возможности изменения структуры и управления напряженным состоянием, и снижает затраты на передел, благодаря замене монолитных волок на роликовые устройства;
- МПР горячекатаной арматурной стали позволяет без значительных затрат повысить класс прочности и уменьшить стоимость арматуры, благодаря высокой степени упрочнения, возможности использования дешевой стали и снижению массы погонного метра;
- разработанные в диссертации рекомендации приняты к использованию в ООО «Марьино» (г. Клин, Московская область) для отработки режимов МПР арматурной стали диаметрами 6,512,0 мм. Изготовленная по предложенным режимам арматура соответствует требованиям Европейских стандартов для данной продукции;
- рассчитаны режимы МПР катанки диаметром 6,5 мм из стали марки Ст3пс в проволоку-заготовку под профилирование диаметром 5,1 мм и проведены их промышленные испытания в условиях ООО «НПО «Завод строительной арматуры» (г. Копейск Челябинской области), которые показали целесообразность использования операции растяжения с изгибом взамен волочения при изготовлении арматурной проволоки номинальным диаметром 5,0 мм по ГОСТ 6727-80. Усовершенствованная технология позволяет совмещать операции удаления окалины и пластической деформации, используя окалиноломатель. Готовая проволока, при требуемых по ГОСТ 6727-80 характеристиках пластичности, превышала требования по пределу текучести в 1,17 раз, по пределу прочности в 1,45 раза;
- результаты диссертационных исследований использованы в учебном процессе при выполнении госбюджетной научно-исследовательской работы, подготовке методических указаний, дипломных работ и проектов на кафедрах «Машиностроительные и металлургические технологии» ГОУ ВПО «Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова» и «Металлургия и стандартизация» Белорецкого филиала этого университета;
- материалы диссертационной работы использованы в федеральной целевой программе «Научные и научно-пердагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., в рамках реализации мероприятия № 1.2.2 Проведение научных исследований научными группами под руководством кандидатов наук. Государственный контракт П 983 «Развитие методов деформационного конструирования для получения конструкционной стальной проволоки с уникальным комплексом механических свойств», а также при выполнении аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)». Проект № 2.1.2/2014 «Создание научных основ эволюции структуры и свойств наноструктурных конструкционных сталей в процессах обработки давлением».
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на 64-68 научно-технических конференциях МГТУ (г. Магнитогорск, г. Белорецк, 2006-2010 гг.); на восьмом конгрессе прокатчиков (г. Магнитогорск, 11-15 октября 2010 г.).
Публикации. Результаты работы отражены в 18 научных статьях.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 134 наименований. Работа содержит 160 страниц машинописного текста, 57 рисунков, 11 таблиц и 9 приложений.
Способы повышения устойчивости процесса термопластического растяжения
По данным публикаций [12, 25, 50, 53-55, 58] максимальная деформация і:, достигаемая при однократном растяжении ТПР вне связи с эффектом сверхпластичности, находится п диапазоне от 20 до 10Q %, преимущественно 30+60 %. Но, при показанной существенной величине однократной степени деформации, равной или превышающей деформацию в одной волоке, проблематичность способа заключается в невозможности реализации дальнейшей значительной деформации с получением приемлемого качества, без предварительного выравнивания поверхности, например, по типу волочения.
Предпринимавшиеся попытки по решению проблемы неустойчивости были направлены, в частности, на совмещение ТПР со средними вытяжками с другими процессами, например, с волочением, что позволяет до определенной степени бесфильсрной вытяжки ликвидировать получаемые искажения, но пока не решен вопрос сложности настройки режимов и регуляции совмещенного процесса [54].
Компьютеризации процесса с управлением ТПР во времени частично позволяет сглаживать колебания свойств, но, при его крайнем удорожании, что также выводит процесс из возможных для промышленного применения [50, 58].
Получение эмпирических формул для конкретного случая [26, 60] не позволило решить проблему в целом и не объясняет причин полученных эффектов.
В имеющихся разработках по моделированию процесса [52, 56, 57, 60, 62] основными рассматриваемыми вопросами являлись: определение температуры по длине очага деформации, силовых и геометрических параметров, конечная структура, то есть решение частных, хотя и немаловажных проблем.
Так в [62] изучена кинематика процесса, предложена численная модель процесса, установлены силовые и геометрические параметры процесса свободной деформации. Выявлено сильное влияние последеформационного охлаждения па протекание самого процесса деформирования. При этом в работе не показаны режимы достижения значительной деформации в области охлаждения, что может существенно понизить показатели степени деформации, хотя и при сохранении высокой устойчивости на стадии завершения процесса.
В публикации [60] из-за определяющего значения температуры при ТПР была разработана аналитическая и численная модели распределения температуры протягиваемого металла по длине участка деформирования. В работе не раскрыта причинно-следственная связь необходимости охлаждения после некоторого интервала нагрева, что делает непонятным принцип построения процесса.
Для теоретического анализа процесса авторами [57] предложена осесим-метричная модель, позволяющая рассчитать форму протянутого профиля и распределение температуры в деформационной зоне. Как и в работах [12, 25, 26, 50, 53-58, 60, 62], в предложенной методике не приводится описания для общего случая принципа обеспечения устойчивости процесса деформации.
В приведенных работах [50, 52, 54, 56-58, 62], при разработке отдельных сторон, не наблюдается способа решения проблемы ТПР через комплексное соблюдение отношений четырех основных факторов ТПР (температуры, степени, скорости деформации и натяжения) на основании соблюдения принципов балансировки процесса. При этом автору неизвестны работы, которые, в качестве поиска более приемлемых по устойчивости протекания, рассматривают другие схемы реализации процесса, возможности ТПР при других отношениях участка нагрева с участком деформации, как то, например, вынос участка деформации за участок нагрева (рис. 1.2), хотя по возможности баланса параметров процесса она является преимущественной перед общепринятой.
При этом общий недостаток математического моделирования, при задаче моделью определенных режимов, заключен в невозможности анализа по модели устойчивости протекания реального процесса ТПР, т.к. значительный разброс свойств может сделать безрезуьтатныммоделирование, т.е. определение величин, определяющих протекание процесса решает только первые два направления проблемы неустойчивости, связанные с задачей режима.
Таким образом, определилась необходимость построения модели процесса, основанной на соблюдении устойчивости протекания, задающей режимы деформации, для управления первыми двумя причинами неустойчивости, с проведением физических экспериментов по опенке устойчивости для выявления уровня колебания параметров процесса и поиска возможных способов их минимизации, т.е. попытки решения последних двух причин неустойчивости процесса. ТПР со средними вытяжками, как процесс растяжения в области управления течением металла в стадии равномерной деформации на локализованном участке без образования выраженной шейки, т.е. при многократном превышении длины зоны деформации над высотой, по механической схеме деформации соответствует чистому растяжению. Поэтому рассмотрение прочности каждого отдельного сечения при TIP возможно как баланс параметров процесса растяжения образца того же сечения. Исходя из данной посылки, разработку режимов деформации как процесса устойчивого деформирования в данной работе предложено осуществлять через определяющие отношения сопротивления деформации от параметров процесса растяжения.
ОС представляют собой в общем виде зависимости, задающие изменение отношений параметров процесса растяжения [25]. ОС имеют разный уровень замкнутости, т.е. учитывают разное количество факторов [17] и, соответственно, применимы только для конкретных материалов и условий. Поэтому в первую очередь появляется необходимость выбора и систематизации принятых типов ОС по приемлемому уровню замкнутости и приемлемости данного ОС для процесса.
Факторы ОС имеют разную природу: от параметров, выражающих скоростные и геометрические изменения, до факторов, характеризующих баланс упрочнения и разупрочнения, пластические свойства и термодиффузионные процессы [17, 25], и могут быть представлены в виде отдельных эмпирических термомеханических коэффициентов [59], при разных по математическому выражению типах самих зависимостей ОС. Поэтому второй задачей, после выбора ОС, явилась необходимость разработки алгоритмов идентификация ОС по специальным методикам на основе набора экспериментальных данных и проверки адекватности полученных соотношений..
Методика определения параметров процесса устойчивой деформации на участках нагрева и охлаждения
Как показали опыты, из моделей А. А-Б, Б в пашем случае наибольшая величина остаточной деформации соответствует моделям статического режима А и общепринятой А-Б. Основная деформация при ТПР протекает на участке нагрева, что практически стирает различия по результатам деформации для моделей Л-Б и А. При этом в рассматриваемом случае из-за малого диаметра проволоки модель А-Б дала еще более незначительное превышение результатов по сравнению с моделью А (около 5+7 %) по причине значительной скорости понижения температуры после отключения тока. Таким образом, модель А может оказаться более выгодной для малых диаметров проволоки, т.к. нет необходимости организовывать регулируемое охлаждение.
На модели типа Б (Б3), соответствующей деформации в области охлаждения, не удалось получить максимально возможной деформации (коэффициент вытяжки /./и менее) в виду большой скорости охлаждения проволоки малого сечения после отключения электрического тока (100- 200 "С/с для температур 700-900 С), что, соответственно, приводило к быстрому переохлаждению металла (растягивающее напряжение меньше предела текучести). Схема, что немаловажно для ТПР, характеризуется повышенной устойчивостью по причине реализации наиболее значимого фактора температуры как упрочняющей составляющей (в опыте отсутствовали обрывы) и является перспективной при соблюдении температурного режима для больших сечений при высоких температурах и натяжении.
На основе наложения зон параметров (рис. 2.17) была получена эмпирическая модель схемы Л-Б и выведены рекомендуемые диапазоны значений параметров для осуществления динамического режима ТПР проволоки из стали марки 30 диаметром 0.35 мм. Зона наибольшей деформации определяется (при учете полей цср, ц,„т), исходя из наложения наиболее приемлемых значений, эмпирической зависимостью типа: где b - коэффициент пропорциональности для силы тока / и натяжения Р; а — аппроксимация зависимости по параметру силы тока /; с — допустимый диапазон отклонения.
Сравнительный анализ полученных данных для термопластического растяжения показал, что при наиболее приемлемых отношениях значений параметров средний коэффициент вытяжки составляет 1,23, а максимальный - 1,45. Наилучший диапазон значений нагрузки Рст,=[ 15- 25] Н, максимальный - Ртах =[10+30] Н. Наиболее приемлемая величина времени деформации по данным экспериментам для всей области с максимальной деформацией составила 1,3 1,5 с. Часть зоны с т ісф 1,5 с не является устойчивой по параметру времени деформации. Данный диапазон (1,3+1,5 с) является приемлемым для динамического режима. Диапазон времени нагрева в области максимальной деформации составил тш...„=6-10 с, наиболее приемлемый диапазон сократился до ттгр=7+9с.
Таким образом, при доказательстве соответствия между параметрами деформации в статическом и динамическом режимах, скорость движения проволоки в динамическом режиме для зоны наиболее устойчивой деформации будет иметь зависимость: где / - длина базы нагрева, м\ і - время нагрева, с. То есть при хнагг=7+9 с: У т = [0,1 И -=-0,143]/. (3.23) На основе наложения зон значений параметров получили модель статического режима для проволоки диаметром 0,35 мм из стали марки 30 как рекомендацию для осуществления процесса ТПР в динамическом режиме: При деформации в динамическом режиме (Приложение № 8) для наиболее общего типа схемы А-Б с различными режимами получен коэффициент средней вытяжки 1.23. Таким образом, была показана возможность осуществления данного процесса. За первоначальные данные при назначении параметров динамического режима были приняты значения параметров эмпирической модели, полученной из статического режима. Для проверки адекватности полученной в статическом режиме модели были исследованы области, не являющиеся приемлемыми по анализу статического режима. Результаты экспериментов приведены в Приложении № 8, 9. Исследование границ устойчивости процесса показало некоторое расхождение для процессов ТПР в статическом и динамическом режимах. После обработки полученных данных (Приложение № 8) и их анализа было получено, что степень существенной деформации в динамическом режиме уменьшилась до области Рт[14 23] //, 1=[3,7+4,2] А, что соответствует диапазону температур 750+830С при времени нагрева 7,0+16 с. То есть, в общем случае, можно принять наше предположение о соответствии уровней зон статического режима динамическому. На основе анализа полученных данных разработали эмпирическую математическую модель для проволоки диаметром 0,35 мм из стали марки 30 для осуществления процесса ТПР в динамическом режиме: Изучение зависимости протекания процесса ТПР от длины базы нагрева не выявило однозначной зависимости, однако, увеличение длины базы нагрева дает возможность пропорционального увеличения скорости движения проволоки. Сравнительный анализ полученных данных для горячей деформации ТПР с коэффициентами вытяжки fima,= 1,1 1.45), цер=( I.02- 1,25/, показал, что по сравнению с холодной fima=1,085, цср= 1,070 процесс ТПР дает по максимальной (рис. 2.11) и средней величины коэффициента вытяжки (рис. 2.12) преимущественные значения для всего диапазона деформации кроме участка деформации при температуре 1100 1200 "С с малыми нагрузками.
Переход процесса механопластического растяжения по схеме, «растяжение - знакопеременный изгиб» в установившуюся стадию
Проанализирована стадийность и предложено разбиение процесса МНР на стадии предварительную, девять основных и перехода в установившийся процесс деформации, разделяющие процесс на этапы различного напряженно-деформированного состояния.
Показано, что основная пластическая деформация при МПР осуществляется вне контакта проволоки с роликом, т.е. только на участках между направляющими и изгибающими роликами. Ролик при этом является лишь причиной деформации изгиба, определяя своей кривизной ее величину.
В ходе процесса «растяжение - знакопеременный изгиб» из-за циклического изменения напряженного состояния происходит искажение первоначально круглого профиля, которое даже в одном цикле претерпевает различные, частично-обратные формоизменения. При этом в зонах действия сжимающих напряжений размеры сечения увеличиваются, в зонах действия растягивающих напряжений размеры сечения уменьшаются. После снятия напряжений профиль приближается к форме первоначального сечения с меньшей площадью. Данный эффект является основой для принятой в работе методики расчета формоизменения при МПР. 4. В качестве основы физической модели процесса МПР принято условие, что суммарная кривизна проволоки при одном изгибе и надежной фиксации ее положения роликами двойная, т.е. на каждом полном участке деформации происходит разгиб и последующий доразгиб в том же направлении. Таким образом, при многократном изгибе фактическая поверхностная деформация проволоки, рассчитанная но предлагаемой методике, будет в два раза большей, чем в используемых сегодня методиках расчета. 5. В установившемся процессе МП? пластическая деформация происходит на участках: после выхода с ролика (получение остаточной деформации) и перед входом на следующий (деформация нового сгиба), при этом между ними может образоваться участок упругой деформации. Также после «участков пластических деформации» при входе на ролик образуется «участок упругих разгрузок - нагрузок», меняющий характер напряжений в теле на обратный. 6. Показано, что величина «остаточной» пластической деформации зависит, в основном, от величины растягивающих напряжений и соотношения величии изгибных моментов в зонах сжатия и растяжения. В условиях многоцикличного нагружения даже при небольшой поверхностной пластической деформации в центральных слоях проволоки происходит накопление дополнительных растягивающих напряжений, что в итоге может привести к пластической деформации этих слоев (область дополнительного пластического растяжения). 7. Показана необходимость расчета упрочнения и пластичности по накопленной деформации. Кроме этого, производимый расчет упрочнения учитывает эффект разупрочнения от изгиба, историю предыдущей деформации, различие упрочнения по сечению. 8. Выявлены механизмы воздействия МПР на структуру и свойства металла через: немонотонность деформации, определяемой непрерывным изменением основных плоскостей скольжения с увеличением кривизны изгиба при однократной деформации и изменением плоскости изгиба при многократной деформации, изгибом двойной кривизны. Это позволяет управлять в процессе МПР структурой и, следовательно, свойствами изделия, подтверждением чему стало выя вленное измельчение структуры проволоки из сталей марок 18Г2С. СтЗпс, Ст80, с увеличением степени измельчения к поверхности изделия. 9. Разработана многоэтапная математическая модель процесса циклической деформации МПР круглого сечения по схеме «растяжение — знакопеременный изгиб» на РИУ с учетом смещения нейтральных поверхностей и степенным определяющим отношением упрочнения, позволяющая определять напряженно-деформированное состояние по сечению обрабатываемой круглой проволоки, момент изгиба, силу протяжки проволоки через роликовое устройство, с учетом упрочнения после каждого изгиба, степени прироста остаточной деформации, изменения величин механических характеристик. Для оценки построенной математической моделина промышленной площадке ООО «Марьино» (г. Клин, Московская область) был проведен эксперимент по деформации.катанки из стали марки СтЗ в шестироликовом РИУ (рис. 3.12) производства машиностроительной компании Cheng I Machinery Co.LTD (Тайвань). Данные по заготовке представлены в табл. 4.1, результаты деформации МПР в графическом виде на рис. 4.1-4.4. Опыты проводились при углах охвата ролика аок=55+115, с получением данных после МПР по прочностным характеристикам оц аа, пластичности (53, относительной степени остаточной деформации г.. с усреднением данных минимум трех замеров для.каждого случая: Для экспериментов с максимальными углами деформации в-і 15 по длине линии деформации для каждого варианта производилось по 160 замеров сечения микрометром (для 40 сечений по четыре симметричных замера в каждом сечении), с целью получения данных по деформации по длине РИУ (рис. 4.2).
Сравнение изменения параметров арматуры, рассчитанных по математической модели и полученных из экспериментальных данных
Проведенные теоретические и экспериментальные исследования процесса. ТИР (глава 2) показали проблематичность и оіраниченность в возможности получения более значительных вытяжек, чем и=1,3-1,4, по причине потерн устойчивости деформирования. При этом главной проблемой МПР; не позволяющей получить более значительную деформацию, чем /.1=1,5-1,6, явилось, по данным глав 3 и 4, потеря пластичности, при сохранении значительной устойчивости деформации. Таким образом, эти два бесфильерных способа деформации, при объединении их в процесс термо-механопластического растяжения (ТМПР), оказываются взаимоконпенсирующими по факторам устойчивости и пластичности, что может дать существенный эффект.
Одним из способов, позволяющих, по крайней мере, уменьшить эффект Баушингера при работе готового изделия на сжатие, является в т.ч. и схема деформации «растяжение - знакопеременный изгиб» из-за проработки каждого элемента сечения многоцикличной деформацией по схеме «растяжение -сжатие» [5, A3], что в данном случае определяет МИР как приемлемый способ обработки арматурной стали. Процесс ТМПР еще более способствует снятию эффекта Баушингера при работе получаемого изделия, что достигается введением нагрева до температуры теплой пли горячей деформации.
По указанным причинам, если не требуется упрочнять металл и ставится только задача получения значительной пластической вытяжки (труднодеформируемые стали и сплавы), при МПР целесообразнее нагревать металл для сохранения пластических свойств и увеличения вытяжки. Переход на теплую или горячую деформацию, выгоден также по энергозатратам для получения больших максимальных деформаций с меньшей потерей пластичности, в частности из-за процесса возврата в ходе самой деформации.
Исходя из принципов моделирования и полученных опытных данных по ТПР и МПР; можно дать предварительные рекомендации по реализации ТМПР: 1. Рост натяжения по линии ТМПР может привести к еще большей неравномерности деформации, чем при МПР, с перенесением основной вытяжки на последние участки. Поэтому более выгодно будет перераспределение деформации, что возможно при нагреве только до или на первых участках ТМПР при термическом упрочнении металла при его охлаждении по ходу деформации. 2. Т.к. потеря пластических свойств будет преимущественно происходить в конце линии деформации, более оптимальным вариантом будет перераспределение натяжения посредством увеличения углов охвата первых роликов, подачи противонатяжения. либо искусственного торможения приводными роликами, сдвоенными для ликвидации проскальзывания. 3. Процесс ТМПР будет более управляем при регулируемой дискретной подаче тепла. Наиболее выгодным и простым по схеме подвода тепла здесь может быть ЭКН, при подаче тока непосредственно через металлические ролики, в частности, для нагрева только в начальной стадии, либо догрева на конечных этапах, где требуется повышение пластических свойств. Положительной стороной нагрева на изгибающих роликах по фактору устойчивости деформации также является меньшая потеря тепла при контакте с роликом на периферийных к ролику участках проволоки, где действуют максимальные по величине наиболее опасные растягивающие напряжения. 4. Для моделирования процесса ТМПР при расчете понижения сопротивления от нагрева возможно использование модели, основанной на ОС. За тем 132 пературу деформации на участках деформации принимается усредненная температура середины и конца межроликового участка, т.к.. по данным модели МПР, в данных областях происходит основная деформация. Расчет температуры по длине участка движущейся проволоки при ЭКН описывалось при моделировании ТПР с использованием уравнения Рикконена-Мельникова (2.18). 5. Процесс деформации с вытяжкой сравнимой с обжатием в нескольких волоках перспективен для трудиодеформируемых сталей, также для металлов проблематичных деформации в монолитных волоках, в сочетание ТМ11Р с промежуточным между РИУ калибрующим волочением в роликовых волоках. 1. Показана необходимость расчета деформации способом МПР через величину накопленной деформации, с учетом угла охвата ролика проволокой, двойной кривизны изгиба и прямой зависимости степени получаемой деформации от натяжения. Сравнительный анализ расчетных данных и экспериментов по деформации катанки и арматуры показал адекватность модели, построенной с учетом данных уточнений, что свидетельствует о их приемлемости. 2. Применение разработанной методики расчета параметров МПР позволяет повысить качество проволоки и арматуры за счет управления прочностью и пластичностью. Изложены принципы управления процессом МПР как способа упрочнения и уменьшения сечения, используя тот или иной механизм воздействия. Показано, что то же увеличение прочности можно достичь разной степенью деформации, и наоборот. 3. Использование МПР со степенью от 4 % до 20 % обеспечивает получение для арматурной стали гарантированной прочности класса А500 при исходной прочности 300--350 Н/мм2. Это существенно повышает конкурентную способность широко выпускаемой сегодня бунтовой арматуры класса Л400 переиодом ее после механической доработки но предложенной технологической схеме МПР в класе А 500.
