ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова», Магнитогорск, Россия:

В. А. Харитонов, канд. техн. наук, эл. почта: hva-46@yandex.ru

Филиал ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова», Белорецк, Россия:

М. Ю. Усанов, канд. техн. наук, эл. почта: barracuda_m@mail.ru

Волочение в монолитных волоках является основным и часто безальтернативным способом обработки металла давлением (ОМД), применяемым при изготовлении проволоки различного назначения как у нас в стране, так и за рубежом. Его эффективность во многом зависит от диаметра и свойств проволоки. Так, при волочении проволоки больших диаметров (>8 мм) из высокоуглеродистых сталей (проволока высокопрочная арматурная, пружинная и т. п.) снижается устойчивость процесса и растет вероятность разрушения металла. Применение классических роликовых волок повышает равномерность деформации по сечению проволоки, снижает усилие и кратность волочения. Но используемая при этом система калибров роликов круг — фасонное сечение – круг приводит к усложнению процесса, а главное — к значительному росту издержек производства. Проведен сравнительный анализ эффективности процессов волочения круглой заготовки диаметром 16 мм из стали марки 80 в проволоку диаметром 14,25 мм (степень деформации 21 %) за один проход в классической монолитной волоке и роликовых волоках: трехроликовой волоке с пространственно-закрытым круглым калибром и трехроликовой волоке радиально-сдвиговой деформации. Последняя является аналогом широко известной радиально-сдвиговой прокатки. Отличием является то, что энергия вводится в очаг деформации приложением переднего тянущего усилия, а неприводные ролики вращаются вокруг проволоки специальным приводом. Использовали конечно-элементное моделирование в программном комплексе DEFORM-3D. Деформированное состояние в процессах с линейной деформацией растяжения оценивали по распределению накопленной степени деформации в поперечном сечении заготовки, а в процессах с кручением — по изменению кривизны линии, нанесенной на боковую поверхность заготовки. Энергосиловые параметры определяли в DEFORM-3D в координатах усилие волочения — время перемещения заготовки. Напряженное состояние определяли по величине гидростатического напряжения на оси проволоки и критерию разрушения Кокрофта – Латама. Установлено, что деформация проволоки в монолитной волоке характеризуется значительной неравномерностью деформации по сечению, монотонным характером течения, высокими энергозатратами, склонностью проволоки к разрушению, особенно ее центральных слоев. Применение волок с пространственно-закрытым круглым калибром (ПЗК) снижает усилие волочения примерно на 40 %, уменьшает степень неравномерности деформации по сечению, повышает степень накопленной деформации. Волока радиально-сдвиговой деформации значительно повышает степень накопленной деформации и обеспечивает измельчение зерна, особенно в поверхностных слоях проволоки.

1. Битков В. В. Технологии и машины для производства проволоки. — Екатеринбург : УрО РАН, 2004. — 343 с.
2. Hassan A. K. F., Hashim A. S. Three dimensional finite element analysis of wire drawing process // Universal Journal of Mechanical Engineering. 2015. Vol. 3, Iss. 3. P. 71–82.
3. Sas-Boca I. M., Tintelecan M., Pop M., Iluţiu-Varvara D.-A., Mihu A. M. The wire drawing process simulation and the optimization of geometry dies // Procedia Engineering. 2017. Vol. 181. P. 187–192.
4. Szymula M., Muszka K., Majta J., Paćko M., Dybich J. Study of the effect of Accumulative Angular Drawing deformation route on grain refinement in 304L stainless steel // Procedia Manufacturing. 2020. Vol. 50. P. 350–354.
5. Производство высокопрочной стальной арматуры для железобетонных шпал нового поколения / под общ. ред. М. В. Чукина. — М. : Металлургиздат, 2014. — 276 c.
6. Mihu A.-M., Sas-Boca I. M., Marian I., Ilutiu-Varvara D.-A., Nistor L. The influence of process parameters on non-conventional technology in drawing cassette roller die (Part 1) // Procedia Technology 22. 2016. Vol. 22. P. 28–33.
7. Mihu A.-M., Sas-Boca I. M., Marian I., Mihu I. S., Ianc S. D. et al. Finite element analysis of drawing wire in cassette roller die (Part 2) // Procedia Technology. 2016. Vol. 22. P. 34–39.
8. Блинов Ю. И., Ровинский Э. А., Дмитриев А. М., Яковлев В. Б. Повышение продольной деформации в процессах прокатки труб и сортовых профилей с применением систем валков, образующих пространственно-закрытые калибры / Развитие процессов трубного производства: темат. сб. науч. тр. — М. : Металлургия, 1990. С. 31–37.
9. Потапов И. Н., Полухин П. И. Технология винтовой прокатки. — М. : Металлургия, 1990. — 344 с.
10. Манякин А. Ю. Повышение эффективности технологических процессов производства проволоки на основе совершенствования деформационных режимов волочения : автореф. дис. … канд. техн. наук. — Магнитогорск, 2006. — 18 с.
11. Чукин М. В., Емалеева Д. Г., Полякова М. А., Гулин А. Е. Состояние и перспективы применения деформационных методов измельчения структуры объемных материалов // Металлург. 2016. № 3. С. 74–79.
12. Усанов М. Ю. Совершенствование технологии изготовления углеродистой проволоки на основе повышения эффективности деформационных режимов волочения : автореф. дис. … канд. техн. наук. — Магнитогорск, 2018. — 16 с.
13. Харитонов В. А., Усанов М. Ю. Состояние и направления развития непрерывных способов наноструктурирования круглой проволоки // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2013. № 3. С. 69–73.
14. Барышников М. П., Чукин М. В., Гун Г. С., Бойко А. Б. Анализ влияния неоднородности структуры на напряженно-деформированное состояние стальной проволоки в процессе волочения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2014. Вып. 10. Ч. 1. С. 57–62.
15. ГОСТ 9453–75. Волоки-заготовки из твердых спеченных сплавов для волочения проволоки и прутков круглого сечения (с Изм. № 1, 2, 3). — Введ. 01.01.1977.
16. Бэкофен В. Процессы деформации. — М. : Металлургия, 1977. — 288 с.
17. Иванов М. Б., Пенкин А. В., Колобов Ю. Р., Голосов Е. В., Нечаенко Д. А. и др. Теплая поперечно-винтовая прокатка в валках конической формы как метод интенсивной пластической деформации // Деформация и разрушение материалов. 2010. № 9. С. 13–18.
18. Пат. 2293619 РФ. Способ винтовой прокатки / С. П. Галкин ; заявл. 04.04.2006 ; опубл. 20.02.2007, Бюл. № 5.
19. Харитонов В. А., Галлямов Д. Э. Новый модульно-комбинированный способ производства стальной проволоки // Черные металлы. 2019. № 2. С. 42–48.
20. Харитонов В. А., Столяров А. Ю. Влияние геометрических параметров очага деформации на разрушение проволоки при волочении // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2013. № 1. С. 33–39.