автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Разработка и внедрение технологического процесса многократного волочения оловянно-свинцовых припоев на станах со скольжением и наложением ультразвука

I од

ИЮЙ 1995

БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

УДК 631.778:621.783

КНЯЗИЩЕ Александр Владимирович

Разработка и внедрение технологического процесса многократного волочения олоелнно-свинцовых прштоез на станах со схолыеняэы и яалозеняем ультразвука

05.16. Со - Обработка кетаялоз яавяенаеа

Автореферат диссэртадга на соискаяп© ученой «спина кандидата тзхвачееккх наук

Работа выполнялась в Институте технической акустики АН Беларуси

Научные руководители:

член-корреспондент АНБ, доктор технических наук, Клубович В. В.

профессор,

кандидат технических наук, старшин научный сотрудник Рубаник В. В.

Официальные оппоненты:

академик АНБ.

доктор технических наук,

Степаненко А. В.

профессор,

кандидат технических наук, доцент Сычев Е. Г.

Ведущее предприятие:

Гомельский кабельный завод

Защита состоится

»43» им>№

1995 г. в

часов на

заседании совета Д 56.05.04 при Белорусской государственной политехнической академии по адресу: 220027, г.Минск, проспект Ф.Скорины, 65, Белорусская государственная политехническая академия, корпус 1. ауд. 202.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусской государственной политехнической ардеыии.- ^ р Автореферат разослан " /¡£ '' ^^^ 1995 г.

Ученый .секретарь созета, кандидат технических наук, ■ . доцент

г

Б. М. Немененок

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Интенсивное развитие радиоэлектронной и радиотехнической промышленности, усложнение аппаратуры и микроминиатюризация компонентов и функциональных сборочных единиц повышают требования к надежности паянных соединений, устойчивости и производительности технологического процесса пайки, предпологает его высокую механизацию и автомацизащш. Решение этой задачи в значительной мере связано с увеличением производства оловянно-свинцового припоя в виде тонкой проволоки и трубки с одним или пятью каналами, заполненными флюсом, с жесткими допусками по размерам и качеству заполнения. Несмотря на постоянный рост потребления припоев производство их в должной мере не налажено из-за сложности обработки, отсутствия специального оборудования и технологий. Относительно низкая прочность (о = 30г50 МПа) и большой коэффициент трения (ц= 0.12т0.15) в сочетании с неоднородностью прочности свойств компонентов вызывают неравномерность деформации и налипание металла на инструмент при обработке, что приводит к массовому браку и снижению производительности. Поэтому при получении тонкой трубки и проволоки необходимо использовать такой технологический процесс, который позволял бы максимально снизить усилие волочения, увеличить степень деформации и скорость протягивания.

Одним из перспективных путей интенсификации процесса волочения припоя является использование энергии ультразвуковых колебаний (УЗК> и волочение в режиме гидродинамического я гидростатического трения. Особенно перспективным представляется использование этих методов интенсификации для осуществления процесса волочения металлов с невысокими прочносными свойствами, у которых величина предела прочности соизмерима с"напряжением, возникающим в проволоке при обработке. Однако при этом следует учитывать и экономическую целесообразность использования конкретных технологических методов и оборудования.

В настоящее время широко используется метод многократного волочения со скольжением. Основное преимущество данного метода - сравнительная простота его осуществления и высокая производительность.

Вместе с тем возможности технологии многократного волочения оло-вянно-свинцовых припоев все еще не достаточно изучены, так как, прежде всего, не выявлены оптимальные сочетания параметров самого процесса. В связи с этим разработка- высокоэффективных способов получения тонкой проволоки и внедрение их в. производство является актуальной задачей.

г

Работа выполнялась » соответствии о тематическим планом научно-исследовательских работ лаборатории физики металлов Витебского отделения Института физики твердого тела и полупроводников АНБ совместно с заводом по производству и обработке цветных металлов ' 'Рязцветкет" по тепе "Исследование и разработка технологического процесса волочения оловянно-свинцовых припоев" в 1986-1988 г. г. (гос. регистр. N 01.87.0018597) и теме "Разработка технологии и оснастки процесса среднего и толстого волочения оловянно-свинцоеых припоев" в 1989-1992 г. г. < гос. регистр. N 01.890006361).

Цель работы и задачи исследования. Целью данной работы является разработка высокоэффективных способов получения тонкой оловянно-свинцсЕоа проволоки и внедрение их в производство.

Для достижения поставленной цели необходимо решить было ка основе теоретических и экспериментальных исследований основных закономерностей и особенностей процесса производства оловянно-свинцовых припоев, следующие задачи: проанализировать суаествушие и разработат новые способы и схемы производства тонкой оловянно-свинцовой проволоки и трубки с наполнителем; провести исследования по выбору оптимальных единичных деформаций и скоростей, обеспечивавших безобрывное волочение; выбор смазки, геометрии и материала волочильного инструмента; разработать методику оптимизации и рационального выбора технологического маршрута волочения; разработать процессы и устройства для получения заданных конкретных типоразмеров проволоки из олсвякно-свинцовк. припоев и внедрить разработанную технологию в производство.

Научная новизна. Теоретически обоснованы и экспериментально установлены особенности деформации одно- и пятиканальной трубки с наполнителем и проволока вз сплава ояово-сьвкец для процесса волоченная на станах со скользшнием. Получена выражения для определения единичных обяатмв в зависимости от диаметра проволоки и коэффициента запаса прочности. В результате проведенных исследований разработана технология процесса волочения оловянно-свинцовых припоев. Предложено для улучшения качества неходкой оловянно-свинцовой заготовки перед волочением предварительно обрабатывать ее в роликовой волоке. Разработан способ непрерывного неразрушаиаего контроля содержания канифоля в заготовке вэ под пресса. На основании исследования временных и скорости характеристик процесса вояочекия оловянно-свинцовых припоев от стелевл Еофэрмашге ври протягивании через твердосплавные волоки, запрессовать » пуЧйОСТй смешений цилиндрического волновода, в волноводы специальное коветрухшш разработана

иетодика определения оптимального маршрута волочения с УЭК. Экспериментально определена энергосиловые и кинематические параметры процесса и влияние последних на качество получаемой продукции, стабильность и производительность самого технологического процесса.

Практическая ценность работы состоит в разработке устройств и технологического процесса толстого, среднего и тонкого волочения оло-вянно-свшщовых припоев на станах со скольжением, позволяющего значительно (в 1.542 раза) увеличить производительность по сравнении с ранее существующей технологией и выход годной продукции; в разработке способа улучшения качества исходной оловянно-свинаовой заготовки перед волочением и способа непрерывного неразрушашего контроля ее в процессе изготовления; в разработке практических рекомендаций по использование предложенной технологии волочения трубхи с одним или пятью каналами, заполненные флюсом, и проволоки из сплава олово-свинец в промысленных условиях и создания действуюаего оборудования по их производству.

Реализация результатов работа. Разработаны устройства и технологический процесс волочения оловянно-свинцовых припоев на станах со схольжеяием и наложением УЭК. которые внедрены на заводе по производству и обработке цветных металлов "Рязцветмет". Экономический эффект от внедрения в 1993 году составил 150 мля. рублей.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 1-ой зональной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Проблемы повышения производительности и качества продукции в условиях автоматизации машиностроительного производства" (Андропов, 1986), на VI Всесоюзной научно-технической конференции по ультразвуковым методам интенсификации технологических процессов ( Москва, 1987), на республиканской научно-технической конференция "Прочность, пластичность материалов и новые процессы их получения и обработки" ( Минск. 1990), на международной конференции "Колебания и волны в экологии, технологических процессах и диагностике" (Минск, 1993), на международной конференции "Композиционные материалы. Технология и производство" (Киев, 1994).

Публикации: по материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, получено 4 авторских свидетельства на изобретения.

Структура и сбаеи работы. Диссертационная работа состоит из ввв-деэтог, четырех разделов, шведов, списка используемых источников* 77 наияенсзаний) и приложения. Osa содержат 152 страницы мааашописяого текста. 67 рисунков, 10 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении рассматривается актуальность темы, а также сформулированы основные положения выносимые на защиту.

В первом разделе описаны способы и устройства получения оловянно-свинцовых припоев. Рассмотрены пути их интенсификации.

Композиционную проволоку и трубку из сплава олово-свинец с одним или пятью каналами, заполненными флюсом, получают прессованием с последующей прокаткой на многоклетьевых непрерывных станах на диаметр 5-1.5 мм и волочением до необходимого конечного диаметра на однократных волочильных станах. Частые обрывы при прокатке и особенно волочении приводят к массовому браку, снижают производительность труда и увеличивают себестоимость продукции.

Известные в настоящее время методы волочения с вводом смазки под принудительным давлением не позволяют использовать этот процесс для получения припойной проволоки и трубки с наполнителем из-за сложности его реализации и относительно низкой прочности припоя.

Применение УЗК при деформации металлов с небольшим пределом прочности является эффективным и целесообразным и позволяет более полно использовать ресурс пластичности металлов, снизить усилие волочения и увеличить степень деформации за переход. Наибольшей эффективностью н конструктивной простотой обладают схемы волочения с использованием продольных колебаний, подводимых к очагу деформации через волоку, расположенную в пучности смещений. Наиболее перспективным способом получения припойной проволоки и трубки с наполнителем является процесс волочения на машинах со скольжением, который для получения оловянно-свинцовых припоев до настоящего времени не использовался и отличается рядом присущих ему особенностей и недостаточно изучен. Поэтому с целью увеличения про' изводства качественной тонкой оловянно-свинцовой проволоки целесообразно проводить исследования в направлении использования и совершенствования процесса многократного волочения на станах со скольжением.

Второй раздел посвящен описанию выбора материалов для проведения экспериментов, оборудования и методики проведения экспериментов. В соответствии с целью и задачами настоящего исследования в качестве деформируемых материалов использовали композиционную проволоку в трубку из сплава олово-свинец с одним или пятью каналами, заполненный канифолью марки "А" по ГОСТ 19113-73. Образцы были изготовлены ва заводе "Рязиветиет" с использованием' технологии "холодного" и "горячего" прессования через одно и многоручьевые

матрицы.

Для толстого волочения оловянно-свинцовых припоев использовали модернизированный стан многократного волочения со скольжением выполненный на базе стана фирмы "Скет" и имеющий 15 переходов, а для среднего волочения - модернизированные станы многократного волочения со скольжением выполненные на базе станов фирмы "Скет" и фирмы "Кратос", имеющие соответственно 16 и 19 переходов. Для тонкого волочения оловянно-свинцовых припоев' использовали модернизированный стан многократного волочения со скольжением, выполненный на базе стана модели ОШС-02а, который имеет 19 переходов.

Для поддержания оптимальных температурных условий волочения было разработано терморегулирующее устройство подогрева смазочно-охлаждающей жидкости <С0Ж), которое позволяет поддерживать постоянной температуру СОЖ в пределах до 300 °С с точностью до -2 °С. С целью повышения надежности процесса волочения контролировали технологические параметры процесса такие, как усилие волочения и скорость протягиваемого материала. Скорость волочения измеряли фотоимпульсным методом, а для измерения усилия волочения использовали тензодатчики и прибор "ТОПАЗ-4".

Лабораторные исследования по разработке технологического процесса волочения припоя проводили на испытательных машинах типа 2ГГ 10/90, ИШИЛОТБ Т5К, 1958-У-Ю-1 со специально сконструированными приспособлениями.

В третьем разделе приводятся результаты экспериментальных исследований толстого, среднего и тонкого волочения оловянно-свинцовых припоев и методика выбора рационального маршрута волочения. Для испытаний применяли одноканальную композиционную трубку ПОС-61 с коэффициентом заполнения- канифоль» по весу равным 2,8%. При деформации оловяяно-свинцовой Трубки, заполненной канифолью, представляющей собой монолит, после первого перехода происходит разрушение монолитного сердечника и образование порошкообразной смеси.

Многочисленные эксперименты и практика волочения композиционной проволоки свидетельствуют о том, что между оболочкой и сердечником отсутствует проскальзывание. Сердечник вытягивается совместно с оболочкой, а частицы сердечника перераспределяются вдоль оси волочения. Напряжение волочения овол, являясь растягивающим, может восприниматься только оболочкой проволоки. В то же время величина этого напряжения определяется совместным сопротивлением деформации оболочки и сердечника.

Экспериментально установлено, что при многократной волочении весовое соотношение между оболочкой и наполнителем не изменяется при достижении суммарной деформации 30т40'/., а далее процесс деформации трубки с наполнителем протекает так же, как и монолитного тела. Величина угла рабочего конуса волоки, применяемая в практике волочения свинца и его сплавов, составляет 2с( - 18+24с для алмазных и твердосплавных волок. Для волок, изготовленных из керамики ВК-94-1 зона оптимальных углов составляет 2а = 20г30°. Недостатком указанного волочильного инструмента является большая обрывность. Это обусловлено тем, что при малых углах рабочего конуса волоки увеличивается длина рабочей зоны, что вызывает увеличение усилия волочения. Кроме того исходная для волочения заготовка припоя, полученная прессованием или прокатыванием на многоклетьевых прокатных станах, имеет "ломпасы", "закаты", поверхность покрыта "чешуйками", которые забивают смазочный и рабочий канал волоки, и в результате происходят частые обрывы.

Экспериментально установлено, что величина угла рабочего конуса волоки, позволяювдя увеличить выход годного припоя за счет уменьшения обрывности, составляет 2о( =37т40°, хотя при этом наблюдается по сравнению с оптимальными значениями рабочих углов некоторое увеличение усилия волочения.

В результате исследования влияния материала волоки на усилие волочения установлено, что усилие волочения в волоке из твердоспечен-ного сплава ВК-8 значительно ниже, чем в волоке из керамики ВК-94-1. Наименьшее усилие волочения наблюдается для волок из синтетического алмаза АСБ, СКМ, ВС и процесс волочения отличается наибольшей стабильностью.

С целью максимального уменьшения сил контактного трения в зоне , деформации при волочении проволоки применяли различные технологические смазки: сухой шяьный порошок, жидкие смазки и эмульсии на основе опытных, опытно-промышленных и промышленных концентратов, разработанных ВНИИ КП, для процессов холодной обработки металлов давлением (прокатка, волочение).

Волочение осуществляли через твердосплавные волоки ГОСТ 2330-76 на испытательной машине типа 2Т 10/90 (табл. 1) при температуре смазок 20-25°С и скорости волочения 0.83-10"3 м/с.

Минимальные усилия волочения обеспечиваются при применении смазок: ЭКОМ-у (N7). ••Эмулсолъная"Ш2). сухой мыльный порошок (N13), "Эфирин"Ш4>, КВЖ-2 (N15) за счет содержания в них жирных кислот в их производных, являвшихся поверхностно активными вешест-

вами и образующими яа поверхности тонкую пленку, которая обладает высокой пластичностью и прочностью при волочении.

Эффективность смазок зависит так же от рабочей температуры. Смазки N12, N14 с увеличением температуры от 20 до 90 0 С равномерно снижают усилие волочения во всем диапазоне температур. Эффективность действия смазки N15 повышается при увеличении температуры до 50 "С. Нагрев смазок N3, N7 соответственно до температур 30 °С и 45 °С приводит к увеличению усилия волочения по сравнению с волочением без смазки.

Среди факторов оказывающих влияние на процесс волочения оловянно-свинцовых припоев, является скорость волочения. При средних и высоких скоростях наблюдается стабилизация и снижение усилий. Это обусловлено тем, что с изменением скорости волочения заметно изменяются и условия деформации. С повышением скорости все более начинает проявляться тепловой эффект. В результате чего от входа в очаг деформации к выходу из него повышается температура последнего и наряду с понижением сопротивления деформированию проволоки за счет теплового эффекта происходит снижение предела текучести и предела прочности. Скорость, при которой наступит обрывность» и будет предельной для данных условий процесса. Так процесс тонкого волочения проволоки ПОС-61 с диаметра 1,0 мм до 0,4 мм с применением в качестве смазки сухого мыльного порошка со скоростью до 8 м/с идет устойчиво, а превышение в данных условиях этого предела скорости приводит к большой обрывности в следствие значительного разогрева проволоки как за счет деформации в волоке, так и за счет проскальзывания проволоки по шайбе. А процесс толстого волочения с исходного диаметра 10,0 мм на конечный диаметр 5,0 мм с применением в качестве смазки сухого мыльного порошка на стане толстого волочения даже при значительном снижении усилия волочения при скорости до 6 м/с не удается осуществить из-за большой обрывности по указанным выше причинам. Для увеличения скорости волочения и стабильности процесса необходимо обеспечить отвод тепла от очага деформации.

Как свидетельствуют многочисленные эксперименты и практика волочения при малых коэффициентах запаса прочности в протянутой проволоке наблюдаются локальные утонения, большие коэффициенты запаса прочности связаны с высокой дробностью деформации. Следовательно, необходим выбор оптимальных условий, т.е. минимальное количество переходов при достаточном коэффициенте запаса прочности.

Выбор оптимальных единичных обжатий осуществляли экспериментально. В качестве основных параметров характеризующих процесс волоча-

Таблица 1.

Зависимость усилия волочения (Рвол> прутка ПОС-61 от вида применяемой смазки ( 8.1 —► 7.87 мм )

Вид смазки Рабочая кон-центоация,% Усилие волочения ,Н Снижение усилия волочения. У.

Без смазки - 603 -

Мыльная эмульсия (N1) 1 431 28

Эмульсия ПТБ (N2) 5 426 29

Эмульсия керосинового концентрата (N3) 3 461 24

Эмульсия КВЖ-3 (N4) 2 431 28

Эмульсия "Рыбная" (N5) 2 456 24 "

Эмульсия ТЭАКШЖ (N6) 1 397 34

Эмульсия ЭК0М-у (N7) 1 362 40

Эмульсия 0ЖК (N8) 1 510 15

Эмульсия глицерина (N9) 5 490 19

Мыльно-масляная эмульсия (N10) 4 529 12

Масло растительное (N11) 100 382 37

Эмульсия зыулсола ЭГТ-"Эмулсольная" (N12) 4 343 43

Сухой мыльный порошок (N13) 100 245 59

Эмульсия "Эфирин" (N14) 4 333 45

Эмульсия КВЖ-2 (N15) 1 343 43

ния считали усилие волочения и коэффициент запаса прочности за переход. Волочение проволоки ПОС-61 диаметром 8.15 мм, 5.16 мм осуществляли через твердосплавные волоки ГОСТ 2330-76 на испытательной машине типа ZT 10/90, а волочение одноканальной трубки ПОС-61 с ' коэффициентом заполнения канифолью равным 2.8% осуществляли с исходного диаметра 2.0 мм, 0.87 ш. 0.6 мм через алмазные волоки ГОСТ 6271-77 на испытательной машине типа INSTRUMENTS Т5К, в качестве смазки применяли эмульсию "Эмулсольная" (табл.2).

Экспериментально установлено,что процесс волочения одноканальной трубки с наполнителем вз канифоли в проволоки марки ПОС-61 диаметром равным или большим 5.0 мм протекает стабильно при коэффициенте запаса прочности для диаметра от 5.0 до 1.0 мм при г*2.6,

для диаметра от 1.0 до 0.4 мм при Y'iZ.T, для диаметра от 0-4 и меньше при г¿2- 8.

Волочение припоя с исходного диаметра 9.5-гЮ мм затруднено в свя-

зи с плохим его качеством после прессования. Наиболее распостранен-ными дефектами прессованоЯ заготовки оловянно-свинцовой однокакаль-ноа трубки с флюсовым наполнителем из канифоли и проволоки являются: поперечные расслоения заготовки, нестабильность геометрических размеров, продольное и продольно-поперечное расслоение оболочки заготовки, расслоение оболочхи с выходом флюса на поверхность заготовки, отсутствие или неполное заполнение каналов трубки флюсом и образование- пузырей на поверхности заготовки.

Технологический процесс толстого волочения осуществляли на модернизированном стане толстого волочения фирмы "Скет" по следующему маршруту: 9.55 -Й. 13 ->8.72 ->7.93 ->7.59 41.24 92 -*б. 60 -*6.30 -эб.02 -й. 75 ->5.49 -э5. 24 ->5.0 [ мм]. Средняя велечина единичных обжатий составляла 8.85'/., скольжение на предпоследнем переходе составляло 2У„ Для снижения обрывности угол рабочего конуса Нас твердосплавных волок выполняли равным 37г40 0. Наилучших результатов по стабилизации процесса достигли при использовании в качестве СОЖ эмульс :и "Эфирин", подогреваемой до температуры 55т60 °С. Наличие в заготовке хотя бы одного из ранее перечисленных дефектов приводит к обрывам проволоки и трубки на первых переходах. Предварительная прокатка заготовки в линейноя двухклетьевом прокатном стане на диаметр 8.7 мм позволяет практически устранить обрывность проволоки при последующем волочении. Однако невозможность совмещения в данном случае этих процессов в оиу технологическую цепочку из-за различных скоростей протягивания резко снижает производительность. Для улучшения качества заготовки припоя перед волочением использовали роликовую волоку.

Заводские испытания показала, что единичное обжатие в роликовой волоке менее 10« не только снижает производительность процесса, но и не оказывает существенного влияния на стабильность процесса, так как при этом не устраняется поверхностные дефекты композиционной проволоки. Обжатие более 20% за переход создает значительные напряжения волочения, что приводит к обрызу проволоки. Протягивание оло-вянно-свинцовых припоев вместо двух первых переходов 9.56 49.13 ->8,72 осуществляли через роликовую волоку с обжатием 16.8%. При данном способе конечный диаметр 5.0 мм получен за 12 переходов. Применение роликовой волоки позволяет обеспечить высокую производительность. хорошее качество получаемой продукции.

Волочение с диаметра 5,0 ли проводили с единичный обжатием 6.3% и скольжением на предпоследнем переходе равным 2% через твердосплавные волоки с использованном в качестве смазки эмульсин ''Эфирин''

(N14) при температуре 55тбО°С со скорость волочения до 6 м/с. Волочение с диаметра 3.0 мм проводили с единичным обжатием 5,0'/. через твердосплавные волоки с использованием в качестве смазки мыльной эмульсии (N1) при температуре 20т25°С.

Волочение с диаметра 10 мм до 5 мм, с 5 мм до-3 мм и с 3 мы до 2 мм осуществляли на модернизированных станах, выполненных на базе станов фирмы "Скет".

Волочение с диаметра 2.0 мм проводили с единичным обжатием 4. ЗУ. на стане среднего волочения, выполненном на базе стана фирмы ''Кратос", через алмазные волоки с использованием в качестве смазки мыльной эмульсии (N1) до конечного диаметра 1.0 мы.

Волочение с исходного диаметра 1.0 мм до 0.4 мм, с 0.4 мм до 0.2 мм проводили на модернизированном стане тонкого волочения типа БЖ-С-02а с единичными обжатиями соответственно 7% и 5'/. со скольжением на предпоследнем переходе равным 2.5% через волоки из синтетического алмаза с использованием в качестве смазки сухого мыльного порошка со скоростью волочения до 8 м/с. Увеличение единичных обгз-тий для тонкого волочения по сравнению с толстым и средним волочением объясняется тем, что в качестве волок использовали алмазные волоки, а в качестве смазки - сухой мыльный порошок, который значительно эффективнее других видов смазки. При проектировании технологического процесса волочения на станах многократного волочения необходимо определять оптимальное распределение деформаций по переходам, поскольку протягивание проволоки с постоянными единичными обжатиями снижает производительность процесса. Особенно ото относится к неупрочнявщимся металлам и сплавам, для которых' существует зависимость единичных, обжатий от диаметра проволоки (табл.2> и волочение „проволоки большого диаметра можно осуществлять с большим единичным обжатием, чем для малого диаметра. Так при заданном коеффициенте запаса прочности равном 3 ( эмульсия "Эмулсольная", алмазные волоки) единичная степень деформации для проволоки П0С-61 диаметром 2.0 мм составляет ¿.9;,, а для проволоки диаметром 0.6 мм - 1.55;. Это объясняется тем, что с уменьшением диаметра проволоки увеличивается удельная доля энергии, идущая на преодоление сил трения. А так как оловянно-свннцовый припой практически не упрочняется, то. удельная энергия, идущая на пластическое ^ формоизменение, остается постоянной для различных диаыетроь.

В результате проведенных исследований по волочению оловявно-свиншзвых припоев была получена зависимость усилия волочения РБ0Л от единичных обкатай с для различных диаметров от 8 до 0.6 мы и

расчитан для каждого случая волочения коэффициент запаса прочности Г (табл:2).

Совокупность экспериментальных данных (табл.2), задающие зависимость единичных обжатий от диаметра припойной трубки с наполнителем и проволоки, и коэффициента запаса прочности была исследована с помощью стандартной программы регрессионного анализа " ЗТАТбКАГ". В результате была получена формула

£1+1 + Ь-(11 +с, С13

где г - коэффициент запаса прочности; - диаметр композиционной трубки с наполнителем и проволоки на входе в волочильный канал 1+1-ой волоки; 1= 0,1,2.....п; п- число волок, пбзволяющая определять единичные обжатия по переходам. Значение параметров а,Ь,с для проволоки ПОС-61 составили: а=-1.18, Ь=1.3б, с=7.175, а для однока-нальной трубки ПОС-61 с наполнителем из канифоли - а=-1.64, Ь=2.39, с=6.36. Так как формула (1) получена не аналитическим путем, то коэффициенты а и с имеют размерность '/., а коэффициент Ь - размерность %/мм .

Композиционную проволоку ПОС-61 последовательно протягивали через ряд волок с исходного диаметра 2.0 мм на конечный диаметр 1.0 мм в режиме мокрого волочения на модернизированном стане среднего волочения, выполненном на базе стана фирмы "Кратос", через алмазные-волоки с использованием в качестве СОЖ мыльной эмульсии (N1). Последовательное протягивание, композиционной проволоки через ряд волок с уменьшающейся единичными обжатиями, расчитанными по формуле (1), осуаесвляли с коэффициентом запаса прочности у равным 2.6 по следующему маршруту :

2.0 -»1.91 >1.89 41.85 ->1;8 ->1.74 -»1.69 ->1.65 -»1.6 -»1.55 -»1.51 ■»1.47 -»1.43 »1.40 -»1.36 -»1.33 -»1.29 -»1.26 -»1.23 -»1.20 -»1.17 -»1.15 -»1.12 ->1.12 -»1.09 -»1.07 -»1.05 -»1.022 -»1.0 [мм]. В данном случае конечный диаметр 1.0 мм получен за 28 переходов. Последовательное протягивание композиционной проволоки с исходного диаметра 2 мм на конечный диаметр 1.0 мы через ряд волок с постоянными единичными обжатиями равными 4.3Я осуществлено за 31 переход. Единичное обжатие равное 4.3% выбрано исходя из необходимого коэффициента запаса прочности для минимального диаметра проволоки. При увеличении единичного обжатия уменьшается коэффициент запаса прочности а на последних переходах происходят частые обрывы проволоки. От равномерности распределения флюса по длине трубки зависит такой важный показатель качества припоя, как растекаемоств. Контроль заполнения трубчатого припоя осуществляли в процессе его изготовле-

Таблица 2

Зависимость усилия волочения от единичных обжатий

переход б.—* б ,мм

Ьид и марка материала

Материал волоки

1335? тие, г,у.

Усилие волочения,

рвол-н

К.ОЭФФИ-

циент запаса прочности, Г

8715" 8.15 8.15 8.15 8.15

ТЧГ 7.92 7.83 7.83 7.83

проволока твердый ГОС-61 сплав

~ГТ 5.5 7.7 8.5 11

ТБТ

530 671 725 790

3.5 2.75 2.5 2.2

Примечание

570"

5.0

5.0

5.0

5.0

73Г 4.88 4.83 4.82

4.68

-ГБ-

5.0 6.0 7.25 12.6

"Т5Г

223 240 262 358

то же

то же

Т7Ш5Г

1.965

1.356

1.95

1.94

1.937

1.913

3.1 2.9 2.6 1.9

4.0

3.5

3.0

2.75

2.7

2.4

270 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0

синтетический алмаз

ТГН7~^ГТГВБ2 0.87 0.859 0.87 0.856 0.87 0.855 0.87 ■=* 0.852 0.87 -=» 0.85 0.87 0.849 0.87 0.843

¿7Ь 3.5

4.4 4.9 5.8 6.2

8.5

¿4 27 31 35 39 38 44

"ТТГ 3.5 3.3 3.0 2.9 2.8 2.7 2.5

то

игъ —» О:ЬУЬ

0.6 —»0.595 0.6 —» 0.593 0.6 —< 0.592 0.6 —* 0.590

178 2.5 3.2

3.4 4.0

4.5 4.7 6.2

эТо 6.8 7.0 7.7 7.9 8.2 8.5 9.2

174

37Г

27Ъ —»ТУ'/Й 2.0 —« 1.972 2.0 —» 1.957 2.0 —< 1.950 2.0 —> 1.837 2,0 —-> 1.924 2.0 —-> 1.870

1.5 4.3

2.2 4.5

2.5 4.8

3.31 5.5

ТГ 19 21 25 28 33 40

"375" 3.0 2.9 2.7 2.3

"ПГ

4.5

4.0 3.4

3.1

2.6 2.1

однока-нальная трубка с заполнением кани-фольи 2.8%

иж

0,87 0.87 0.87 0.87 0.87 0.87

^гижг

~> 0.859 0.856 -»0.855 «о 0.850 0.848 -с. 0.843 0.825

2. а 2.8 4.3 4.94 6.2 7.5 12.6

"5754.0 3.7 3.4 3.1 3.0 2.7 2.0

то же

■07Г 0.6 0.6 0.6

о.ы/

0.596 0.595 0.594 0.593

178 2.5 3.2

3.4

4.5

5.1

6.2 ШЛ

4.У 5.5 6.0 6.5

7.1 7.3

8.2

"375" 3.0 2.8 2.7

ЗЛ.

по

1.4

1.5 1.9

ЛЛ

7~ 4.3

4.7

4.8 5.5

и - вря лаяно* реяше волочена* югсет место обрывность или утяжка

*

к

я

ния. После кристаллизации припоя с содержащимся внутри его флюсом трубчатый припой подвергали волочению, определяли усилие волочения и по его изменению судили о степени заполнения трубки припоя флюсом. При отклонении заполнения от заданной величины изменяли подачу флюса в каналы трубчатой заготовки. ■

Способ был осуществлен на технологическом оборудовании- при производстве пятиканального припоя П0С-61М. После изготовления трубчатой заготовки ее подвергали волочению через твердосплавную волоку с единичным обжатием 9%-ов. Усилие волочения измеряли с помощью тен-зодатчика. Шкала измерительного прибора была проградуиропана в весовых процентах содержания флюса (канифоли) в трубке. Подачу канифоли поддерживали строго в соответствии с показаниями измерительного прибора. Это позволило при заданном наполнений канифолью равном Z\ обеспечить среднее его отклонение по длине трубчатой заготовки не более 0.3%, исключалась также возможность получения припоя без 'флюса. По существующей на заводе "Рязцветмет" технологии изготовления трубчатого припоя содержание канифоли в трубке колебалось от 0. 9 до 3 %-оъ. причем в заготовке содержались участки, где канифоль отсутствовала.

В четвертом разделе описано используемое в работе ультразвуковое оборудование, приводятся результаты экспериментальных исследований зависимости временных и скоростных характеристик процесса волочения оловянно-свинцовых припоев, от степени деформации, методика определения оптимального маршрута волочения с наложением УЗК. При заданных параметрах УЗК для каждого значения деформации за переход существует предельная скорость волочения, выше которой осуществить стабильный процесс протягивания невозможно. И чем выше единичные.обжатия, тем меньше скорость волочения при которой воз- • можно волочение. Такая зависимость наблюдается для всех схем подведения ультразвука к очагу деформации.

Для мягких, неупрочняюпшхся металлов, в часности, для оловянно-свинцовых припоев , при волочении через твердосплавные волоки, запрессованные в пучности смещений цилиндрического волновода и через волноводы специальной конструкции (рис.1) зависимость у20Л= Яе) может быть аппроксимирована линейной функцией (рис.2.а)

yb = а' + В-с, С2)

где y - скорость волочения; а',tí- постоянные; е- единичное обжатие. С целью наиболее полного использования энергии УЗК технологический маршрут волочения оптимизировали по максимальному выходу годной продукции или минимальному времени получения нормативного колячест-

Рас. 1. Схема волочения через волновод специальной конструкции:

1 - волновод с выполненными в нем волочильными каналами;

2 - вибратор.

Рис. 2. Зависимость предельной скорости (а) в времени волочения (б) от едхиячвых обжатий: 1,2 - волновод специальной коаструкцда; 3,4 - волновод с запрессованными в пучности с&юавшш аолсхаш;

сохэрзавкв канифоли, % : 1,3 - 1; 2,4 - 3.

ва проволоки. Заданное количество 5-канального припоя П0С-61М протягивали с исходного диаметра 1.1 мм на конечный диаметр 0.4 мм. Зависимость суммарного времени волочения от единичных обжатий рассчитывали на ЭВМ. В качестве исходных данных задавали начальный и конечный Пк диаметры, начальную длину проволоки 10 .среднее время заправки проволоки I волоку Т„. Изменение е осуществляли в пределах 5-60 Я-тов при условии.что ^ол>0 и шаг варьирования е ас = 1г5 %. Для каждого значения с находили суммарное время волочения: т2 = Т,+ т2+... + Тк+ Т0-п, СЗ)

где Т., , Тг.....-соответственно время волочения на переходах

. Б, . 0[С.1^0К; п-число заправок.

С учетом постоянства объема обрабатываемого материала выражение для определения суммарного времени волочения примет вид:

Т2 = Е (0о/П^)а - 15/< ¿с ♦ ¿с1)-!- Т0 -п. (4)

Первая производная от Ту по с равна:

ТЛ = -Ь (а +*2&)[(В Ли" - 1 ]/(ас ♦ (5)

¿4 о О К

Экстремум функции находится из условия ТА=0. тогда £,х1= -а/2Ь.

Для точки экстремума, например, кривой 1-на рис.2. а значения а=л.082, В=-7.2 .При переходе через точку экстремума ( £0= 0.28 ) Т£ меняет свой знак (с минуса на плюс), что подтверждает существование локального минимума. Вторая производная Т£'> О, а это еще раз подтверждает существование локального минимума, то есть наличие оптимального режима волочения.

Таким образом, при волочении пятиканального оловянно-свинцового припоя с одно и трех Ч-ым наполнением канифолью через алмазные волоки, закрепленные в концентраторе, оптимальные значения единичных обжатий (£0) составили 30 у. и 34 У,, а при волочении через волноводы специальной конструкции - 28 У. и 29 У. (рис.2.б).

Для определения правильности расчетов оптимальных маршрутов экспериментально исследовано волочение припоя с наложением продельных УЗК через волноводы специальной конструкции (рис.1). В качестве источника ультразвука использовали генератор УЗДН-1М. максимальное значение амплитуды колебаний на торце волновода специальной конструкции составляло 25 мкм.

Установлено, что волочение припоя с применением продольных УЗК протекает устойчиво, без обрывов по любому оптимальному маршруту, расчитанному в соответствий с предложенной методикой, причем при этом достигается максимальная производительность процесса, которая в 1.5 раза больше используемого в промышленности.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Предложен и разработан процесс многократного волочения оловян-ко-свинцовой трубки с наполнителем и проволоки на станах со скольжением, позъоляыдий получать припой в виде тонкой проволоки до 0.2 мм с жесткими допусками по размерам и качеству заполнения каналов канифолью.

2. Исследованы особенности процесса толстого, среднего и тонкого волочения оловянно-свинцового припоя. Предложены выражения для определения единичных обжатий в зависимости от коэффициента запаса прочности и диаметра проволоки.

3. Установлено, что наиболее эффективной смазкой для процесса тонкого волочения является сухой мыльный порошок (N13), обеспечивавший наибольшее снижение усилия волочения и тем_самым возможность применения больших единичных обжатий, и для среднего и толстого волочения жидкие смазки, обеспечивающие наиболее интенсивное охлаждение, как эмульсия "Эфирин" (N14), "Эмулсольная" (N12), мыльная эмульсия (N1).

4. Экспериментально установлено, что повышение выхода годного припоя путем уменьшения обрывности наблюдается для углов рабочего конуса ВОйокй 2с(= 37т40°, а также при предварительной обработке заготовки перед волочением в роликовой волоке.

5. Разработан способ непрерывного неразрушащего контроля, позволяющий осуществлять контроль заполнения трубчатого припоя флюсом в процессе его изготовления. Данный способ контроля прост в реализации, позволяет получить припой с равномерным распределением флюса по сечению и длине трубки, исключить брак, обусловленный отсутствием канифоли в каналах трубчатой заготовки, за счет непрерывного неразрушающего контроля заполнения трубки флюсом.

6. Разработана методика выбора оптимального маршрута волочения, обеспечивающего при заданных условиях процесса и параметрах УЗК максимальную производительность. Применение УЗК позволило осуществить волочение одновременно двух и четырех нитей припоя диаметром 0,4 мм при скорости 2.5 м/с.

7. Экспериментально показано, что разработанная технология многократного волочения припоя на станах со скольжением позволяет осув.ест»ать стабильный процесс волочения с применением в качестве смазки эмульсии ''Эфирин'' (N14) и мыльной эмульсии (N1) со скоростью до 6 м/с. а процесс тонхого волочения с применением в качестве сказки сухого порошка со скоростью до 8 м/с.

8. Разработанные устройства и технологический процесс толстого, среднего и тонкого волочения оловянно-свинцовых припоев на станах со скольжением и наложением УЗК внедрен на завода по производству и обработке цветных металлов "Рязцветмет". Экономический гффехт от внедрения в 1993 году состгтл 150 млн. российских рублей.

Основное содержание диссертации изложено в следуюзих работах:

1. Исследование и разработка технологического процесса веяочения оловянно-свинцовых припоев: Отчет о НИР/ Витебское отделение ВДТП АНБ; Руководитель работы В.В. Рубаник; N 01870016937, .Витебск, 1989. -63 с. ,

2. Влияние смазки, геометрии и материала волочильного инструмента на процесс протягивания оловянно-свинцового припоя / В, В. Клубович, В. В. Рубаник. A.B. Княжиде, И.В. Мяшук / Витебское отделение ИФТГП АНЬ. • Витебск, 1S89.-14 с.-Деп.в ВИНИТИ 2S.07.89, H 5167-В89.

3. Рубаник В.В, Княжите A.B. Технология волочения свияаово-оловянистого припоя на станах со ехольженим / Ред. к. Изв. АН Беларуси. Сер. физ.-тех.к. - Минск, 1993.- 13 е.- Деп. s ВйНИГЙ РЧ.01.93, N 196-BS3.

4. Волока для деформации изделий преимуаестзенно из свинцово-оловянистого сплава / В.В. Клубович, В.В. Рубаник. A.B. Княжиде, Щербатюк Л.Г. (СССР).- К 1810151; Заявлено 18.05.91; Опубл. 23.04.93, Бил. И 15.- 2 с.

5. Способ контроля трубчатого припоя / В. В. Клубович, В. В. Рубаник, A.B. Княжиде и Э.В. Кондрацкий. (СССР).- H 1563933 ; Заявлено 28.02.88; Опубл. 01.03.88; Бил. N18.-2 с.

6. Выбор смазки при волочении оловянно-свинцового припоя / В. В. Клубович, В.В. Рубаник. A.B. Княжиде я Л.Г. Шевалдшсина / Ред.ж. Изв. АН Беларуси. Сер. физ.-тех.н. - Минск, 1991.- 17 е.- Деп. в ВИНИТИ 29.04.91, N 1798-В91.

7. Способ волочения проволоки из сплава олово-свинец / В-В Клубович. В.В. Рубаник. A.B. Княжиде а Л.Г. Шербатюх (СССР). - H 1810148; Заявлено 25.06.91; Опубл. 23.04.S3, Бил. H 15. -2 с.

8. Способ многократного волочения композиционной проволоки преимущественно из сплава олово-свинец / В.В. Клубович, В-В. Рубаник, A.B. Княжиде и C.B. Варагин.(СССР).- N 1810147; Заявлено 16.(Б.Si; Опубл. 23.04.93, Бил. N 15. -2 с..

9. Определение оптимального маршрута волочения проволоки с наложением ультразвука / В.В. Клубович, В.В. Рубаник. A.B. Княжиде а

B.C. Буаукин // Цветные металлы. - 1987, N 11. с. 86-87. 10. Княжиае A.B. Разработка технологии тонкого волочения оловянно-свинцовых припоев на стане многократного волочения типа DHLC-02a // Прочность, пластичность материалов и новые процессы их получения и обработки. Тез. докл. науч.-тех. конф. - Минск, 1990, с. 121. 11. Клу<2ович В. В., Рубаник В. В., Княжиае A.B. Особенности волочения оловянно-сввнцовой трубки, заполненной канифолью, и проволоки / Ред.*. Изв. АН Беларуси. Сер. физ.-тех.н. - Минск, 1994.- 17 с.-Деп. В ВИНИТИ 10.03.94, N 570-В94.

12. Клубович В. В., Рубаник В. В.. Княжите А, В. Волочение свинцово-оловянистого припоя с наполнителем / Ред.ж. Изв. АН Беларуси. Сер. физ. -тех.н. - Минск. 1991.- 11 е. - Деп. в ВИНЖИ 10.01.91, N 1797-В91.

13. Выбор рационального маршрута волочения свинцово-оловянистого припоя / В. В., Клубович, В.В. Рубаник, A.B. Княгине и и В. А. Шг чыу-рин / Ред. ж. Изв. АН Беларуси. Сер. физ.-тех.н. - Минск, 1991.- 16 е. - Деп. в ВИНИТИ 10.01.91. N 1799-В91.

14. Княжиае A.B. Выбор маршрута волочения оловянно-свинцового припоя с наложением ультразвуковых колебаний // Колебания и волны в экологии, технологических процессах и диагностике. Тез. докл. межд. конф. -Минск, 1993. -с. 73.

13. Клубович В.В.. Рубаник В.В., Княжите А.В. Оптимизация маршрута волочения проволока с наложением ультразвуковых колебаний // VI Всесоюзная научно-техническая конференция по ультразвуковыи методам интенсификации технологических процессов. Тез. докл. конф. - Москва. 1987, с. 104-105.

16. Рубаник В.В, Княжиае A.B. Новые технологии получения свинцово-оловянистых припоев // Композиционные материалы. Технология и производство. Тез. докл. межд. конф. -Киев, 1994. -с. 21.

17. Кндапще A.B. Выбор маршрута при наложении ультразвуковых колебания // Проблемы повышения производительности и качества продукции В условиях автоматизации машиностроительного производства Тез. докладов. коаф. -Андропов. 1986. -с. 16.

РЕЗЮМЕ

Княжище А. В. Разработка и внедрение технологического процесса многократного волочения оловянно-свинцовых припоев на станах со скольжением и наложением ультразвука.

Припой, оловянно-свинцовых. волока, углы, смазка, скорость, обжатие, трубка, проволока, скольжение, волновод, инструмент, стая.

Теоретически обоснованы и экспериментально установлены особенности деформации оловянно-свинцовсй трубки с наполнителем н проволоки ка станах со скольжением и разработан процесс многократного волоченая припоя, позволяема получать припоя в виде тонкой проволоки до 0.2 мм с жесткими допусками по размерам И качеству заполнения каналов канифолью. Получены выражения для определения единичных обкатка в зависимости от диаметра проволоки и коэффициента запаса прочности, определяемого качеством исходной заготовки и когасретныш технологическими условиями. Предложено для улучшения качества исходной оло-вянно-свинцовой заготовки перед волочением предварительно обрабатывать ее в роликовой волоке. Представлены результаты экспериментальных исследований по влиянию единичных деформации, скоростей, смазки, геометрии и материала волочильного иентрумента на силовые условия процесса волочения. Разработан способ непрерывного неразрушавае-го контроля содержания канифоли в заготовке из под пресса. На основании исследования временных и скоростных характеристик процесса волочения оловянно-свинцовых припоев от степени деформации при протягивании через твердосплавные волоки, запрессованные в пучности смещений цилиндрического волновода, и волноводы специальной конструкции разработана методика определения оптимального маршрута волочения с наложением ультразвука._ Экспериментально определены энэрго-силовые и кинематические параметры процесса и влияние последних Еа качество получаемой продукции, стабильность и производительность самого технологического процесса.

РЭЗШЕ

Княжьгшча А. У. Распрацоука 1 укаранеяне тэгкалаг1чнага правд су мнагакратнага валачэння алавянна-св1нцовых прыпояу ка станах са елдзганнем 1 налажэняем ультрагука.

Припой, алавянка-св1нцовы, вояака, »углы, з мазка, скорасць, абц1сканне, трубка, дрот, сл1згаяне, хвалявод, 1нструыент. стая. Тэарьггычна абгрунтавака 1 экспериментальна устаноулены асабл1васц1 дэфармавання алавянна-св!нцовай трубк! з напауненнем 1 дроту ва

станах cjt ся1эганнем i распрацаваны працэс многакратнага валачэння припою, як1 дазваляе атрымл1ваць прыпой у выгляде тонкага дроту да 0.2 мы з xopcTKlMl допускам! па памерах i якасц! запаунення каналау кан1фоллп. Атрыманы выражзшЦ для вызначэння ад1нкавых абихсканняу у залежнасц! ад дыяметра дроту i каэф1иыента запасу TpwBanacai. як! Вызначаецда якасцю зыходнай загатоук! i канкрэтшлй тзхналаг1чнШ1 уыовам!. Прапанавана для паляпшэння якасц! зыходнай алавянна-св1нцовай загатоук! перад валачэннем першапачаткова апрацоуваць .яе у роя1кавай волацы. Прадстаулены рэзультаты эксперыментальных даследаванняу па уплыву ад!нкавых дэфармацый, скарасцей, змазкл, геаметрьЦ 1 матэрыялу валачыльнага 1нструменту на с!лавыя умовы працзссу валачэння. Распрацаваны спосаб безперапыннага неразбуральнага кантрояв кан1фол1 у загатоуцы з-пад прэсу. На аснове даслелаванняу часовых i скарасных характырыстык Працзсу валачэння алавянна-св1нцовьгх прыпояу ад стуг 'Hi дэфармавання пры працягванн! праз цвердасплауныя волакл, як1я заыацаваны у пучнасиД зрушэнняу цыл!ндрычнага хвалявода, i хваляводы спецыядьнай канструкцы! распрацавана методика атрымання аптамальнага маршруту валачэння з накладаннем ультрагукавых х1станняу. Экспериментальна выэначаны знергас!лавые i к!нематычные параметры працзсу i уплыу. anouiHix на якасць атрымл^ваемай прадукцы1, стаб!льнасц1 i прадукцыйнасц! саыаго тэхналаг!чнага працзсу.

Summary

Cnyaglsche А. В. Elaboration and introduction of drawing process of sfannic-lead solders on the machines with sliding and ultrasound loading.

■Solder, sfannic-lead, portage, angles, oiling, rate, reduction, tube, wire, sliding, wavegurde, tool, machine.

The deformation peculiarities of stonnic lead tube with a filler, wire on the machines with sliding are theoretically substantiated and experlcentally established.

The process of solder reiterated drawing allowing to obtain iolder in the form of thin wire up to 0,2 mm with stringent tolerances in sizes and the qualities of filling up the channels by colophony is elaborated.

the expressions for defining unitary reductions according to the witre diaaeter and the safety coefficient specified by the quality of an Initial blank and concrete technological conditions are

received.

To improve the quality of an initial stannic-lead blank before drawing we prepose to process it previously in a roll portage. The results of experimental investigations of the influence of single deformations, rales, oil, the geometry and material .of drawing tools on the force conditions of drawing process are given.

The method of continious nondestructive control of the presence of colophony in the blank after pressing is elaborated.

The technique of establishing the optimal way of drawing with ultrasound is worked out.

The process power and kinematic parameters and their influence on the quality of receiving product, stability and productivity of the process are experimentally established. • ■

КНЯШ1Е Александр Владимирович

Разработка и внедрение технологического процесса многократного волочения оловянно-свинцовых припоев на станах со скольжением и наложением ультразвука

05.16.05- Обработка металлов давлением

Автореферат диссертации на соискание . ученой степени кандидата технических наук

Пожттисеио г. печвтя 05.05.95г.Зяхав 198.Тнрв* 100. Формат 30x42 I/IS. Объем 1,25 тт.л.Вуиагв тисчая.

Отгечвтано не ротапринте'ВОУС,Витебск,ул.Правяы,24.