/ 205 3 (67), 2012 The temperature-deformation criterion of assessment and optimization of routes of the thin high-carbon wire drawing enabling to increase plastic properties of wire at retaining of its durability is offered. Ю. Л. БОБАРИКИН, С. В. АВСЕйКОВ, ГГТу им. П. О. Сухого, А. В. ВЕДЕНЕЕВ, И. Н. РАДьКОВА, ОАО «БМЗ» УДК 621.778.073 темПературно-ДеформационнЫй критерий оПтимиЗации маршрутов волочения тонкой вЫсокоуглероДистой Проволоки Одной из распространенных областей приме- нения высокоуглеродистой проволоки является про- изводство металлокорда для автомобильных шин. Свивка металлокорда из тонкой латунированной проволоки является заключительным технологи- ческим этапом металлургического производства металлокорда. Поэтому на свойства проволоки оказывают влияние все переделы металлургиче- ского цикла. Но наибольший вклад в формирова- ние свойств тонкой проволоки вносит процесс тонкого волочения. При волочении тонкой прово- локи из патентированной латунированной заготов- ки формируются все ее основные механические свойства. Особое внимание при переработке тон- кой проволоки в металлокорд уделяется такому показателю технологичности, как удельная обрыв- ность проволок. Известно, что на обрывность металлокорда влияют свойства тонкой проволоки и условия ее свивки в металлокорд на канатных машинах [1]. Повышенная удельная обрывность металлокорда снижает производительность процесса свивки, ухудшает качество металлокорда. Наилучшая технологичность свивки металло- корда обеспечивается максимальной пластично- стью проволоки. Поэтому основной технологиче- ской задачей тонкого волочения является достиже- ние максимальной пластичности тонкой прово- локи при сохранении прочности в допустимых пределах. Многие исследователи заняты поиском опти- мальных маршрутов тонкого волочения с целью повышения пластических свойств тонкой прово- локи [2, 3]. Температурный критерий [4] характеризует эф- фективность оптимизации маршрута тонкого во- лочения и заключается в определении максималь- ной допустимой мгновенной температуры поверх- ности проволоки в маршруте волочения: , (1) где tбаз – максимальная температура поверхности проволоки в базовом маршруте волочения, tбаз = 570 °С; tопт – максимальная температура поверх- ности проволоки в оптимизированном маршруте волочения, tопт = 540 °С; Vбаз – скорость волоче- ния проволоки на выходе из волочильного стана в базовом маршруте волочения, Vбаз = 5 м/с; Vопт – скорость волочения проволоки на выходе из воло- чильного стана в оптимизированном маршруте во- лочения, Vопт = 5 м/с. Выполнение этого критерия оптимизации умень- шает эффект деформационного старения высоко- углеродистой проволоки, снижающий ее пластич- ность. В данной работе качественную оценку марш- рутов волочения предлагается проводить, исполь- зуя температурный критерий совместно с крите- рием деформационной неравномерности проволо- ки в процессе тонкого волочения. На маршруте волочения тонкой ультравысоко- прочной проволоки диаметром 0,35 мм из заготов- ки диаметром 2,20 мм из стали марки 95 произве- дена оптимизация маршрута волочения по темпе- ратурному критерию. Базовый маршрут волочения имел 27 волок с пониженными обжатиями в шести местах маршрута. В результате численного расчета полей темпе- ратуры проволоки в маршруте волочения с ис- пользованием метода конечных элементов было 206 / 3 (67), 2012 определено, что максимальная температура на по- верхности проволоки (tбаз = 570 °С) соответствует 25-й волоке маршрута волочения (рис. 1). В данном случае наиболее рациональным спо- собом снижения температуры поверхности прово- локи является уменьшение единичного обжатия проволоки в 25-й волоке за счет замены единично- го обжатия 12,7% на два пониженных обжатия 9,36 и 3,7%. Численный расчет оптимизированного марш- рута волочения подтвердил снижение максимальной температуры поверхности проволоки. Распределе- ние температур проволоки в продольном сечении очага деформации 25-й волоки показано на рис. 2. Неравномерность деформации является также источником возникновения остаточных напряжений и деформаций, снижающих прямолинейность про- волоки и металлокорда. В идеальном случае не- равномерность деформации должна отсутствовать, а в реальном – должна быть минимизирована. Распределение деформации в проволоке в оча- ге деформации в каждой волоке различно. По мере продвижения проволоки к последней волоке не- равномерность деформации повышается. Оценку формирования неравномерности де- формаций в процессе тонкого волочения в прово- локе предлагается проводить по деформационно- му критерию: /2 0 0 2( )r r Ke e − e = e − e , (2) где e0 – величина пластической деформации в цен- тре поперечного сечения проволоки; er/2 – величи- на пластической деформации на расстоянии, рав- ном половине радиуса окружности поперечного сечения деформируемой проволоки; er – величина пластической деформации в поверхностных слоях поперечного сечения проволоки; Компоненты тензора деформации err, eθθ, ezz максимальны в центре очага деформации проволо- ки при волочении. Тогда, согласно критерию пла- стичности сплошных сред, предложенному Мизе- сом, неравномерность деформации проволоки по сечению определяется главным образом величи- ной сдвиговых деформаций erz. Параметры, влия- ющие на величину деформации сдвига erz, опреде- ляют степень неравномерности деформации про- волоки по сечению. Увеличение единичных обжа- тий и уменьшение угла конической части волоки снижают неравномерность деформаций [5]. Тогда уменьшение единичного обжатия прово- локи за счет введения в маршрут волочения раз- бивкой обжатия для снижения степени деформа- ции и уменьшения максимальной температуры по- верхности проволоки повлияет на распределение деформаций в оптимизированном маршруте воло- чения. Распределения пластической деформации в по- перечном сечении проволоки получены числен- ным расчетом с использованием метода конечных элементов. Результаты расчета для каждой волоки по маршруту волочения приведены на рис. 3. Рис. 1. Сравнение температур поверхности проволоки по маршруту волочения 40 95 150 200 250 305 360 410 465 520 570 Температура, °С Рис. 2. Поле температур проволоки в очаге деформации: а – диаметром d = 370 мкм в базовом маршруте волочения, tбаз = 570 °С; б – диаметром d = 377 мкм в оптимизированном маршруте волочения, Tопт = 540 °С / 207 3 (67), 2012 Из рисунка видно, что соотношение суммар- ной пластической деформации в поверхностных и внутренних слоях поперечного сечения сохраня- ется в маршруте волочения несмотря на увеличе- ние абсолютных значений пластической деформа- ции слоев проволоки по мере прохождения по маршруту волочения. Распределение деформаций сдвига в проволо- ке в продольном сечении очага деформации 25-й волоки показано на рис. 4. Анализируя распределение полей деформации сдвига (рис. 4) в виде цветокодированных изобра- жений, можно отметить, что с уменьшением еди- ничного обжатия при волочении поле максималь- ных значений деформации сдвига смещается к по- верхности проволоки, что приводит к перераспре- делению суммарной пластической деформации между внутренними и поверхностными слоями проволоки. На рис. 5 показан расчет коэффициента дефор- мационной неравномерности Кe для базового и оп- тимизированного маршрута волочения. Рис. 3. Распределение пластической деформации в поперечном сечении проволоки в базовом маршруте волочения –11 –9,9 –8,8 –7,7 –6,6 –5,5 –4,4 –3,3 –2,2 –1,1 ∼0 Шкала пластической деформации сдвига, erz (%) Рис. 4. Поле деформаций сдвига erz в 25-й волоке: а – с единичным обжатием Н = 12,7% и углом конической части волоки a .= 12°; б – с единичным обжатием Н = 9,36% и углом конической части волоки a .= 12° Рис. 5. Изменение коэффициента деформационной неравномер- ности Кe в базовом и оптимизированном маршруте волочения 208 / 3 (67), 2012 Анализируя совместно выражение (2) и гра- фик изменения коэффициента деформационной неравномерности Кe . . (рис. 5), получаем, что при Кe = 1 пластическая деформация между слоями от центра до поверхности в поперечном сечении тон- кой проволоки распределена равномерно. Тогда, чем ближе значение коэффициента Кe стремится к 1, тем равномернее распределена суммарная пла- стическая деформация в проволоке. Сравнивая базовый маршрут волочения с марш- рутом с пониженным единичным обжатием тон- кой проволоки по температурному и деформаци- онному критерию, можно видеть улучшение пла- стических характеристик тонкой ультравысоко- прочной проволоки по таким показателям, как полное удлинение (на 6%), число реверсивных скручиваний (в 9,14 раз) и число скручиваний двух проволок на базе 250 мм под нагрузкой 20% от разрывного усилия (в 1,85 раза) [6]. Вывод Предложен температурно-деформационный критерий оценки для оптимизации маршрутов во- лочения тонкой высокоуглеродистой проволоки, позволяющий увеличить пластические свойства проволоки при сохранении ее прочности в допу- стимых пределах с целью повышения технологич- ности свивки металлокорда из этой проволоки. Литература 1 . . Б и р ю к о в Б. А., Ф е о к т и с т о в Ю. В., В е д е н е е в А. В. Снижение обрывности высокопрочной проволоки при свивке из нее металлокорда на машинах двойного кручения // Литье и металлургия, 2012. с. 78–84. 2 . . Ж е л т к о в А. С., Ф и л и п п о в В. В., С а в е н о к А. Н. Расчет переходов станов мокрого волочения по принципу минимального скольжения // Сталь. 2000. № 5. С. 60–62. 3 . . Б и т к о в В. В. Технология и машины для производства проволоки. // Екатеринбург. ИМашУрО РАН, 2004. 4 . . С а в е н о к А. Н., В е д е н е е в А. В., И г н а т е н к о О. И. и др. Использование температурного критерия для опти- мизации геометрии деформирующей и калибрующей зон канала волоки // Черная металлургия. 2011. № 3. С. 3–9. 5 . . Б о б а р и к и н Ю. Л., В е р е щ а г и н М. Н. Оптимизация тонкого волочения высокоуглеродистой стальной прово- локи // Гомель: ГГТУ им. П. О. Сухого, 2011. 6 . . Б о б а р и к и н Ю. Л., А в с е й к о в С. В., П р а ч С. И. Методика оценки качества проволоки // Сб. материалов ЗНТК молодых работников ОАО «БМЗ» «Металл-2012». Жлобин. 2011. С. 52–55.