автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Совершенствование технологии производства проволоки и арматуры на основе моделирования деформационных режимов растяжения, совмещенного с нагревом и изгибом

г;"

«чин I I*»

О еу <>•*

^СЗЬМПЛЯР

На правах рукописи

00461657а

Иванцов Артем Борисович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПРОВОЛОКИ И АРМАТУРЫ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ РАСТЯЖЕНИЯ, СОВМЕЩЕННОГО С НАГРЕВОМ И ИЗГИБОМ

Специальность 05.16.05 - Обработка металлов давлением

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Магнитогорск - 2010

004616578

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Научный руководитель - кандидат технических наук,

профессор

Харитонов Вениамин Александрович.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Тулупов Олег Николаевич,

кандидат технических наук Соколов Александр Алексеевич.

Ведущая организация -

ОАО «Белорецкий металлургический комбинат» (г. Белорецк).

Защита состоится 21 декабря 2010 г. в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 212.111.01 при ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» по адресу: 455000, г.Магнитогорск, пр. Ленина, 38, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Автореферат разослан " /У " ноября 2010 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

. Селиванов

ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 обуславли-

вается 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 6,5+12,0 мм. Изготовленная по предложенным режимам арматура соответствует требованиям Европейских стандартов для данной продукции;

- рассчитаны режимы МПР катанки диаметром 6,5 мм из стали марки СтЗпс 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 окали-ноломатель. 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 инновацион-

ной России» на 2009-2013 гг., в рамках реализации мероприятия Л» 1.2.2 Проведение научных исследований научными группами под руководством кандидатов наук. Государственный контракт ¡1 983 «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 Л? 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.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражена цель работы, показана её актуальность и практическая значимость.

В первой главе проанализированы литературные данные по вопросу применения растяжения как способа деформации и его интенсификации.

Основное применение растяжение на сегодня нашло при правке полосового металла, упрочнении арматуры и как вид испытания для определения механических свойств. Как составляющий элемент процесса, растяжение наличествует в большинстве схем деформации и претендует на альтернативу волочению по причине идентичности схем деформаций. Чистое растяжение характеризуется равномерностью деформации по сечению, минимизацией остаточных напряжений, возможностью значительного повышения прочностных свойств. Но при этом, значительно снижается эффективность обработки из-за быстрой потери пластичности металла, энерго и трудозатратности и неустойчивости процесса из-за быстрого развития локализации, что приводит к поиску путей интенсификации растяжения. Рассмотрены наиболее приемлемые в промышленных условиях варианты интенсификации нагревом и изгибом.

Термопластическое растяжение, как растяжение на стадии локализованной шейки, сегодня реализовано только для материалов с высокой вязкостью в условиях сверхпластичносги. Для проволоки массового назначения из промышленных сталей и сплавов целесообразно проводить 'ГПР в стадии равномерной деформации. Решение данной задачи поможет снять остроту про-

б

блемы обработки труднодеформируемых инструментальными способами сталей и сплавов. Для этого была разработана модель ТПР в стадии равномерного растяжения на основе построения устойчивого режима через определяющие соотношения (ОС) баланса параметров одноосного растяжения и экспериментальных исследований ТПР.

Механопластическое растяжение на сегодня применяется при правке, рихтовке проволоки, канатов и т.д. При этом для расчетов используются, в основном, модели напряженного состояния, а деформация проволоки способом МПР учитывается только при окапиноломании и рассматривается как отрицательное явление.

Как способ упрочнения стержневой арматуры чистое растяжение в нашей стране применялось в середине прошлого века для увеличения прочности, улучшения релаксационной стойкости, но не получило широкого распространения из-за трудоемкости, сложной регулируемости, отсутствия специального оборудования.

Существенное повышение эффективности простого растяжения обеспечивает совмещение его с изгибом. Так МПР применяется в Европе под названием «stretching - bending with re-bending» для получения сейсмостойкой арматуры. С 2005 г. оно применяется в России как процесс интенсивной пластической деформации бунтовой арматуры. Перспективно также совмещение ТПР и МПР, т.к. взаимно компенсируются их основные недостатки - снимаются проблемы устойчивости для ТПР, пластичности для МПР.

Процесс МПР является сложным и многофакторным явлением с возможностью получения противоположных результатов по прочности и пластичности при разных схемах реализации, что затрудняет его промышленное использование на основании только экспериментальных исследований. Это послужило причиной разработки математической модели процесса деформирования способом МПР.

На основе рассмотренных вопросов и выводов сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе произведена разработка методики определения режимов устойчивого протекания процесса ТПР в стадии равномерной деформации на локализованном участке движущейся полосы.

При ТПР проволока под действием натяжения и противонатяжения Р проходит со скоростью V(, через нагревающее устройство, где происходит образование зоны пластической деформации. Далее проволока проходит через охлаждающее устройство, где происходит постепенное прекращение пластической деформации, после чего наматывается со скоростью V, на приемное устройство.

Произведена разработка методики определения баланса сопротивления деформации а от температуры Т, степени е и скорости е деформации для протекания устойчивого процесса одноосного растяжения в стадии равномерной деформации. Методика основана на выборе приемлемого для имею-

щегося набора данных ОС и идентификации (определении коэффициентов) этого ОС методом наименьших квадратов, с получением коэффициентов регрессии предлагаемыми возможными для этого ОС методами. По полученной методике произведен выбор и идентификация ОС из известных для определения температурных условий начала и конца деформации. Также произведена идентификация предложенного в работе ОС (1) для построения режима деформирования.

Посредством адаптации методики выбора и идентификации ОС к процессу ТПР путем учета геометрического, термического, деформационного и скоростного упрочнения (разупрочнения), получена методика расчета технологических параметров процесса ТПР в стадии равномерной деформации на локализованном участке движущейся проволоки. Методика предназначена для расчета режимов максимальной деформации из возможных вариантов протекания устойчивого ТПР на участках нагрева и охлаждения. Через баланс параметров а, Т, е и е по образуемой ими четырехмерной поверхности, описываемой уравнением (1), получена зависимость температуры Тот величины производимой в процесса деформации вытяжки // (2). На основе зависимости (2) проведен расчет параметров ТПР, характеризующих очаг деформации, в т.ч. длины очага деформации, интенсивности ввода тепла в зону нагрева, величины коэффициента теплоотдачи.

где Ко -предэкспоненциальный множитель в (1); п, т ~ параметры деформационного и скоростного упрочнения; <2 - энергия активации; К' - газовая постоянная, а - коэффициент; <тг - начальное сопротивление деформации, ц -вытяжка.

Анализ полученной математической модели ТПР показал, что для получения высокой степени деформации, при заданном законе развития деформации во времени е(т), необходимо увеличивать усилие Р, что сдерживается сложностью поддержания баланса упрочняющих и разупрочняющих процессов, при температуре выше температуры Т„ох,, определяемой по соотношению (2).

Выявлена необходимость регулировки процесса ТПР через отношение параметров натяжения Р и максимальной температуры, соответствующей концу участка нагрева Тмал, при неизменяемой скорости движения образца, что обусловлено простотой перехода в установившийся процесс деформации и управления величиной подаваемого по длине зоны нагрева теплового потока. На основе баланса между составляющими ОС (1) параметрами процесса показано, что длина области деформации принципиально ничем не ограничена. Это было подтверждено экспериментальными данными, где длина зоны деформации превышала высоту на один-два порядка.

(1)

(2)

С целью построения физической модели процесса ТПР движущейся проволоки были произведены экспериментальные исследования, для чего были созданы специальные экспериментальные установки деформации проволоки в статическом и динамическом режимах. Основными измеряемыми параметрами процесса ТПР в динамическом режиме являлись: сила подводимого к базе нагрева тока, температура проволоки в конце базы нагрева, натяжение, скорость движения проволоки после участка охлаждения и ее усредненный диаметр после деформации.

Эксперимент по изучению процесса ТПР проводился на проволоке диаметром 0,35 мм из стали марки 30, где были получены зависимости изменения вытяжки, времени нагрева и деформации, других показателей в координатах «прирост температуры - усилие натяжения» (рис.1). На основании этого были определены области, рекомендуемые для деформации, выделены три участка границы прекращения деформации: при переходе в область упругой деформации по с (рис. 1) и участки границы разрушения по Т па. /{¡[град/с

- время нагрева, с время деформации, с

. максимальная деформация ,рекомендуемаязона деформации область неустойчивости по максимальной деформации^ область неустойчивости по времени деформации (2)

- граница перехода в область упругой деформации

30 Р, Н

1. Определение областей, рекомендуемых для устойчивой деформации

Рис.

Разработана методика определения параметров деформирования в статическом режиме для различных по соотношению зон нагрева и деформации типов схем ТПР, позволяющая с малыми временными и трудовыми затратами давать рекомендации по ТПР в динамическом режиме. Зона наибольшей деформации (р„шг на рис.!) определяется, исходя из наложения полей значений, эмпирической зависимостью, выражаемой в общем виде как:

\=ЫЪ{Р + \)+а{±с), (3)

где Ь- коэффициент пропорциональности силы тока I и натяжения Р; а- аппроксимация по силе тока /; с - допустимый диапазон отклонения.

Проведенные экспериментальное и аналитическое исследования возможности получения деформации способом ТПР в стадии равномерного растяжения, с построением комплексной фйзическо-математической модели устойчивого деформирования, показали возможность применение ТПР для получения значительной управляемой однократной степени деформации. Для

повышения стабильности процесса и получения высоких вытяжек целесообразно введение дробности деформации, и создание в металле зон сжимающих напряжений.

Третья глава посвящена разработке методики расчета напряженно-деформированного состояния проволоки при МПР.

Для выявления принципиальных механизмов изменения параметров при МПР производилось рассмотрение процесса образования участков пластической деформации с получением значительной деформации изгиба в диапазоне отношений радиуса ролика к радиусу проволоки 5 < Я/г < 20. Рассмотрены предварительная (0), девять основных стадий (1-9), и стадии перехода (10(0), 11(1-2')) в установившийся процесс деформации, разделяющие процесс МПР на этапы различного напряженно-деформированного состояния (рис.2).

\4 |5

Рис. 2. Стадии деформации при изгибе на ролике упруго натянутой полосы и соответствующие им эпюры осевых напряжений по центральному сечению: - область пластической деформации растяжения; ¡223 - область пластической деформации сжатия; Q - сила натяжения; М - момент изгиба; Р?рР>р7р>рГ>р7=р7- повеРхности срединная, нейтральная напряжений и деформации изгиба, поверхности нейтральные суммарных напряжений и деформаций, соответственно

Установлено, что процесс пластической деформации протекает в основном вне контакта проволоки с роликом (стадия 2 на рис.2). Ролик является лишь причиной деформации и определяет ее величину. Стадии деформации на ролике не имеют существенного значения для остаточной деформации. Участок пластической деформации подразделен на два продольных (стадии 9 и 11 на рис.2) и два поперечных сектора (на стадиях 2, 3, 9, 10, 11

рис.2), после каждого «участка пластических деформации» (2-4) образуется «участок упругих разгрузок - нагрузок» (5-8), меняющий характер напряжений в теле на обратный.

Показано, что в циклах изгибов, «доразгиб» (11, рис.2) является продолжением приостановившейся пластической деформации разгиба, из-за неснятого предельного упругого напряжения (10, рис.2). Следовательно, суммарная кривизна проволоки, получаемая при одном изгибе, будет двойной: от разгиба и нового сгиба. Таким образом, получаемый момент изгиба и степень деформации будут более значительными, чем при принятом рассмотрении деформации на ролике, как только сгиба-разгиба.

Из-за получаемой двойной кривизны любой элементарный отрезок MN, выделенный в сечении проволоки (рис.3), при одноплоскостном изгибе претерпевает на одном межроликовом участке процессы растяжения и дора-стяжения (участки 1 и 2), а на следующем - сжатия и досжатия (участки 3 и 4). В итоге длина элемента MN возрастает на величину «остаточной» деформации (5, рис.3), определяющей конечное формоизменение тела, и становится равной MN'. Полученная при этом полная деформация, включающая и остаточную деформацию формоизменения - есть «накопленная» деформация (1-4, рис.3). Различие «накопленной» и «остаточной» деформации обусловлено немонотонным и знакопеременным характером деформации при МПР.

Сдвиговой характер деформации проволоки на ролике и немонотонность деформации на межроликовом участке являются основными факторами, обуславливающими измельчение зерна в процессе МПР. Подтверждением этому стала, обнаруженная при анализе структуры, проводимом на оптическом микроскопе марки Meiji IM-7200 с использованием программы Thix-omet PRO, фрагментация структуры проволоки из сталей марок 18Г2С, СтЗпс, Ст80.

Определено, что в процессе изгиба происходит изменение формы профиля и изначально «круглый» профиль даже в одном цикле претерпевает различные, частично-обратные формоизменения. Так в зонах действия сжимающих напряжений площадь сечения увеличивается, в зонах действия растягивающих напряжений площадь сечения уменьшается, а после снятия внешних напряжений профиль приближается к форме первоначального сечения с меньшей площадью (рис.4). Данный эффект является основой для расчета формоизменения при МПР.

Показано, что величина «остаточной» пластической деформации будет зависеть, в основном, от величины растягивающих напряжений и соотношений величин изгибных моментов в зонах сжатия и растяжения. Даже при небольшой поверхностной пластической деформации, в условиях многоцикличного нагружения в центральных слоях проволоки происходит накопление напряжений, которые в итоге приводят к пластической деформации этих слоев (область дополнительного пластического растяжения).

Рис. 3. Циклические изменения длины элементарного отрезка при одноплоскостной деформации в роликовом изгибающем устройстве (РИУ)

Рис. 4. Формоизменение сечения при изгибе: у/2 - половина высоты профиля по соответствующему сечению, ортогональному к срединной поверхности; р' - поверхность кривизны поверхностей Рм и рТ после изгиба

На основе анализа изменения напряженно-деформированного состояния по длине обрабатываемой проволоки разработана многоэтапная математическая модель процесса циклической деформации МПР круглого сечения по схеме «растяжение — знакопеременный изгиб» на РИУ с учетом смещения нейтральных поверхностей и степенным ОС упрочнения. Модель позволяет поэтапно и взаимосвязано на каждом участке межроликовой деформации определять: 1) напряженно-деформированное состояние; 2) усилие протяжки, на основе суммарного энергетического баланса; 3) значения «остаточной» (4) и средней по сечению «накопленной» деформации, полученных каждым слоем, в т.ч. деформации поверхности заготовки, изменение профиля сечения с учетом и без учета двойной кривизны на различных участках:

Гтл„ (£) = ГО{0) ' (1 _ А '"„„.„, ) ' W

где ^ ,г' , ^ ^ - изменение радиуса профиля, первоначальный и конечный радиусы по конкретному направлению (3=0+90°, соответственно. 4) изменение сопротивления деформации, в т.ч. по сечению проволоки (5), и показатель пластичности, с учетом разупрочняющего эффекта изгиба:

°jï = as + Ks^'api la а - Klezndi !(di +2 R ), (5)

где as - исходный предел текучести; Sy - накопленная деформация; пупр — коэффициент упрочнения; К, PC, - константы материала, определяемые изначальным и предшествующим ролику наклепом; о>, - напряжение натяжения на г—м участке, п - номер участка деформации.

5) критические границы МПР по параметрам характеризующим, разрушение с введением цикличности расчета (1-4 этапы) по роликам.

В четвертой главе проведено экспериментальное исследование процесса МПР и получены рекомендации по его промышленному применению, в т.ч. при совмещении с ТПР.

Проведенный сравнительный анализ данных модели и экспериментов по деформации катанки и арматуры в двухплоскостном шестироликовом устройстве показал необходимость расчета деформации при МПР через величину накопленной, а не остаточной деформации, учета угла охвата ролика проволокой и подтвердил прямую зависимость степени получаемой деформации от натяжения. Адекватность модели свидетельствует о приемлемости расчетов с учетом двойной кривизны изгиба.

Экспериментально подтверждено, что повышение прочностных характеристик способом' МПР эффективно переводит арматуру в класс повышенной прочности при низких потерях пластичности. Эксперименты показали реальную возможность получения прироста предела прочности на 100+150 МПа и предела текучести на 200+250 МПА при остаточной деформации в 10+15 % и приемлемом снижении величины пластичности до <5j>20 % относительного и ôp>4 % равномерного удлинения, при одновременном гарантированном снятии окалины.

Экспериментально доказана возможность достижения способом МПР значений вытяжки более 1,5+1,6, т.е. сравнимой с деформацией в двух-трех волоках, ограниченной уровнем потери пластических свойств, что позволяет говорить о МПР уже как о деформационном способе обработке. Превышение МПР деформационных возможностей способа одноосного растяжения в два и более раз говорит о принципиально новом, основанном на сочетании растяжения и изгиба, способе получения бесфильерной вытяжки.

Изложены принципы управления МПР как способом упрочнения и уменьшения сечения проволоки. Определено, что, выбирая соотношения диаметров ролика и катанки D/d и величины заглубления роликов относительно друг друга, дающие соответствующие углы охвата катанкой роликов а, а также величину противонатяжения Qn перед первым роликом, можно регулировать прирост выходной прочности. При этом, то же увеличение прочности можно достичь разной степенью деформации, используя тот или иной механизм воздействия (рис.5). Изменяя соотношение D/d, величину а, траекторию движения проволоки по роликам, можно также управлять степенью сдвиговой немонотонной деформации и тем самым получать мелкозернистую фрагментированную микроструктуру обрабатываемой проволоки.

В условиях промышленной площадки ООО «НПО «Завод строительной арматуры» (г. Копейск) разработаны и проверены экспериментально рекомендации по построению маршрута деформации в РИУ проволоки с диаметра 6,5 на диаметр 5,1 мм при разработке усовершенствованной технологической схемы производства низкоуглеродистой арматурной проволоки, по-

зволяющей исключить волочильный передел. Превышение требований по ГОСТ 6727-80 составило по ат 1,17 раз, по ов 1,45 раза, при требуемом уровне пластичности.

_О 2004006008001000 О&т

3040 5,0 60 70 80 90 100Ц(\

4М,3 5 " 9 11 13 15..................19' 1^%)

Рис. 5. Изменение упрочняющего эффекта при различных механизмах воздействия

На основе разработанной методики расчёта деформации проволоки способом МПР уточнены режимы обработки арматуры диаметрами 6,5^12,0 мм на ООО «Марьино» Московской области, что позволило производить ее упрочнение с меньшими потерями пластичности. Разработанная методика расчета режимов деформации принята к использованию. Полученные рекомендации могут быть реализованы также при разработке технологических заданий на проектирование отечественного оборудования для процесса МПР как способа упрочнения и как бесфильерного способа уменьшения сечения проволоки.

Определена необходимость дальнейшей работы по направлению совмещения процессов ТГТР и МПР в один бесфильерный способ обработки и получения значительной деформации труднодеформируемых металлов, компенсирующий пониженную устойчивость ТПР и исчерпание ресурса пластичности при МПР. Даны рекомендации по применению данного способа.

В заключении сформулированы основные выводы по работе:

1. Разработана математическая модель термопластического растяжения движущейся проволоки в стадии равномерной деформации на локализованном участке, позволяющая, с помощью выбора по алгоритму определяющего соотношения процесса, его идентификации и адаптации, рассчитывать режимы устойчивой деформации с максимально возможной вытяжкой. По-

лучена зависимость для определения устойчивого процесса деформации в зависимости от коэффициента вытяжки при заданном скоростном режиме деформирования, что дает возможность выбирать режим обработки с учетом времени деформации. Определено преимущество управления процессом по параметрам натяжения и температуры, без изменения скоростного режима.

2. В результате физического моделирования термопластического растяжения определены границы области пластического деформирования, связь их с составляющими определяющих соотношений процесса. Разработана методика определения режимов растяжения, позволяющая расширить область использования различных типов схем процесса, в т.ч. и для деформации проволоки массового производства, с повышением устойчивости процесса и уменьшением временных затрат на его подготовку и реализацию. Показано, что длина зоны деформации при равномерном растяжении практически не ограничена, но для увеличения значения суммарной вытяжки проволоки необходимо применение многократной (дробной) деформации и наличие на длине зоны деформации или по сечению проволоки участков упругой деформации.

3. На основе учета стадийности развития процесса выявлен механизм получения остаточной деформации в процессе механопластического растяжения и показано, что деформация профиля имеет характер знакопеременного формоизменения, величина остаточной деформации зависит от напряжения растяжения, значений изгибающих моментов зон сжатия и растяжения, дополнительных напряжений. При этом выявлены характерные особенности протекания деформации: бесконтактность пластической деформации, наличие чередующихся участков двухэтапной пластической и упругой деформаций по длине полосы. Показано, что в процессе знакопеременной деформации в центральных областях сечения проволоки происходит образование дополнительных растягивающих напряжений, которые от цикла к циклу накапливаются и при определенных условиях релаксируют, вызывая остаточную деформацию, что является дополнительным механизмом деформации неиз-гибной природы, существенно влияющим на механические свойства изделия.

4. Показано, что при протекании процесса механопластического растяжения имеет место сдвиговая деформация, обусловленная немонотонностью и знакопеременным изгибом двойной кривизны, вследствие чего величина накопленной (общей) деформации существенное превышает величину остаточной деформации (формоизменения). Выявленные особенности деформации позволяют изменять в процессе механопластического растяжения структуру и, следовательно, свойствами изделия. Подтверждением этому стала обнаруженная фрагментация структуры проволоки из сталей марок 18Г2С, СтЗпс, Ст80.

5. На основе выявленных закономерностей процесса механопластического растяжения разработана модель расчета усилия протяжки, показателей остаточной и накопленной деформации, показателей механических

свойств по длине и сечению обрабатываемого изделия. Получены зависимости изменения механических свойств изделия и степени деформации при обработке способом механопластического растяжения от величины нагруже-ния, изгибных моментов в зонах растяжения (сжатия). Показана возможность и разработаны подходы одновременного управления как показателями деформации, так и механическими свойствами готового изделия. Это позволяет считать процесс механопластического растяжения способом обработки металлов давлением и дает возможность применять его для совершенствования существующих и разработке эффективных технологических процессов изготовления проволоки и арматурной стали.

6. На основе разработанных принципов управления процессом механопластического растяжения предложено совершенствование технологических процессов упрочнения арматуры и бесфильерной вытяжки проволоки. Так применительно к условиям промышленной площадки г. Копейска Челябинской области ООО «НПО «ЗСА» разработаны и проверены экспериментально рекомендации по построению усовершенствованной технологической схемы производства проволоки периодического профиля диаметром 5,0 мм из катанки диаметром 6,5 мм марки стали СтЗпс, с применением РИУ, за счет чего сокращается волочильный передел. Превышение требований по ГОСТ 6727-80 составило по пределу текучести 1,17 раз, по пределу прочности 1,45 раза, при требуемом уровне пластичности.

7. Использование механопластического растяжения 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 А400 переводом ее после механической доработки по предложенной технологической схеме механопластического растяжения в класс А500. Применительно к условиям ООО «Марьино» Московской области на основе разработанной методики расчёта деформации способом механопластического растяжения произведено уточнение режимов обработки арматуры диаметром 6,5+12,0 мм, что позволило производить ее упрочнение с меньшими потерями пластических свойств при данной степени деформации. Методика расчета режимов принята к использованию.

8. Экспериментально доказана возможность получения способом механопластического растяжения вытяжки ¡1=1,5+1,6, т.е. сравнимой с суммарной вытяжкой в двух-трех волоках, на основании чего можно говорить о создании ресурсосберегающего способа обработки проволоки. Совмещение нагрева с механопластическим растяжением повысит эффективность процесса и позволит на его основе разрабатывать технологии бесфильерного волочения проволоки, прежде всего, из труднодеформируемых сталей и сплавов.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Гурьянов Г.Н., Иванцов А.Б., Маминова О.В. Использование ряда Тейлора при математическом моделировании течения смазки при волочении // Молодежь. Наука. Будущее: Сб. науч. тр. студ. / Под ред. Л.В. Радионовой. - Магнитогорск: МГТУ. - 2004. - Вып. 3. - С. 274-276.

2. Рыжков В.Г., Иванцов А.Б. Неравномерность температуры движущейся проволоки при электроконтактном нагреве // Образование. Наука. Производство: Сб. мат. науч.-техн. конф. / Под ред. Г.С. Гуна - Магнитогорск: МГТУ. -2006.-Вып. 2.-С. 23-26.

3. Еникеев Ф.У., Рыжков В.Г., Иванцов А.Б. Основы моделирования процесса безволоковой деформации // Материалы 65-й науч.-техн. конф.: Сб. докл. / Под ред. Г.С. Гуна - Магнитогорск: МГТУ. - 2007. -Т.2. - С. 143-145.

4. Иванцов А.Б., Рыжков В.Г. Аналитический обзор публикаций по бесфиль-ерному волочению проволоки // Образование. Наука. Производство: Сб. науч. тр. / Под ред. С.И. Лукьянова - Магнитогорск: МГТУ. - 2007. - № 3. - С. 7276.

5. Иванцов А.Б., Борисова Е.В., Зайнетдинова З.А., Рыжков В.Г. Исследование параметров процесса термопластического растяжения проволоки // Материалы 66-й науч.-техн. конф.: Сб. докл. / Под ред. К.Н. Вдовина - Магнитогорск: МГТУ. - 2008. - Т.2. - С. 197-200.

6. Иванцов А.Б., Мешавкина Л.И. Роль деформационного нагрева как внутреннего источника тепла в процессах обработки металлов давлением // Образование. Наука. Производство: Сб. науч. трудов.. / Под ред. М.Г. Кузнецова -Магнитогорск: МГТУ. - 2009. - Вып. 4. - С. 42-47.

7. Харитонов В.А., Иванцов А.Б., Лаптева Т.А. Возможности использования знакопеременной деформации для улучшения характеристик арматурной стали класса прочности 500 // Образование. Наука. Производство: Сб. науч. тр. / Под ред. М.Г. Кузнецова - Магнитогорск: МГТУ. - 2009. - Вып. 4. - С. 106-109.

8. Еникеев Ф.У., Рыжков В.Г., Иванцов А.Б., Усанов М.Ю. Определение параметров скоростного, деформационного и термического упрочнения по минимальному набору экспериментов // Образование. Наука. Производство: Сб. науч. тр. / Под ред. М.Г. Кузнецова - Магнитогорск: МГТУ. - 2009. - Вып. 4. -С. 30-36.

9. Харитонов В.А., Головизнин С.М., Иванцов А.Б., Усанов М.Ю. Оценка скоростной неоднородности деформации при волочении в монолитной волоке // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: Межрег. сб. науч. тр. / Под ред. В.М. Салганика - Магнитогорск: МГТУ. -2009.-С. 160-165.

10. Харитонов В.А., Еникеев Ф.У., Рыжков В.Г., Иванцов А.Б. Основы моделирования процесса растяжение - знакопеременный изгиб // Процессы и оборудование металлургического производства: Межрегион, сб. науч. тр. / Под ред. С.И. Платова - Магнитогорск: МГТУ. - 2009. - Вып. 9. - С. 63-67.

11. Иванцов А.Б., Усанов М.И., Лаптева Т.А. Особенности процесса бесфиль-ерной деформации проволоки в сравнении с одноосным растяжением // Материалы 67-й научно-технической конференции: Сб. докл. / Под ред. К.Н. Вдовина - Магнитогорск: МГТУ. - 2009. - С. 212-214.

12. Харитонов В.А., Иванцов А.Б., Лаптева Т.А. Постановка задачи упруго-пластической деформации по схеме «растяжение - знакопеременный изгиб» // Образование. Наука. Производство: Сб. науч. тр. / Под ред. С.М. Головизни-на - Магнитогорск: МГТУ. - 2010. - Вып. 5.-С. 106—108.

13. Харитонов В.А., Иванцов А.Б., Мешавкина Л.И. Разработка конкурентоспособных технологий производства низкоуглеродистой арматурной проволоки // Образование. Наука. Производство: Сб. науч. тр. / Под ред. С.М. Го-ловизнина - Магнитогорск: МГТУ. - 2010. - Вып. 5. - С. 108-112.

14. Еникеев Ф.У., Рыжков В.Г., Иванцов А.Б., Усанов М.Ю. Разработка методики экспресс выбора и идентификации определяющих соотношений при практических расчетах // Вестник МГТУ - Магнитогорск: МГТУ. - 2009. - № 1 - С. 79-83 (издание из списка ВАК).

15. Харитонов В.А., Головизнин С.М., Иванцов АБ, Усанов М.Ю. Оценка температурно - деформационных режимов на тянущих шкивах высокоскоростных машин мокрого волочения // Металлург: М., - 2009. - № 4 - С. 59-61 (издание из списка ВАК).

16. Kharitonov V.A., Goloviznin S.M., Ivantsov А.В., Usanov M.Yu. Evaluating the temperature-deformation conditions on the tension pulleys of modem highspeed wet drawbenches // Metallurgist - New York: Springer — 2009. - V. 53. - № 3-4.-P. 236-241.

17. Харитонов В.А., Харитонов Вик.А., Иванцов А.Б. Обработка бунтовой арматурной стали по схеме «растяжение - знакопеременный изгиб» (технология, теория, оборудование) // Металлург: М., - 2010. - № 4. - С. 78-83 (издание из списка ВАК).

18. Kharitonov V.A., Ivantsov А.В., Kharitonov Vic.A. Production of bundled reinforcement steel by the tension - alternating bending scheme (theory, technology, equipment) // Metallurgist - New York: Springer - 2010. - V. 54. - № 3-4. -P. 252-259.

Подписано в печать 10.11.2010. Формат 60x84 1/16. Бумага тип.№ 1.

Плоская печать. Усл.печ.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 870.

455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок ГОУ ВПО «МГТУ»

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПРИМЕНЕНИЕ РАСТЯЖЕНИЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ПРОВОЛОКИ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ.

1.1. Растяжение как способ деформации и разновидности его реализации.

1.1.1. Состояние и перспективы применения чистого растяжения.

1.1.2. Способы повышения эффективности растяжения.

1.2. Состояние и перспективы развития процесса термопластического растяжения со средними коэффициентами вытяжки.

1.2.1. Причины неустойчивости процесса термопластического растяжения.

1.2.2. Способы повышения устойчивости процесса термопластического растяжения.

1.3. Состояние и перспективы развития процесса механопластического растяжения.

1.3.1. Применение деформации механопластического растяжения в роликовом изгибающем устройстве.

1.3.2. Теоретическое описание процесса механопластического растяжения.

1.3.3. Состояние моделирования процесса механопластического растяжения.

1.4. Возможности совмещения процессов термо- и механопластического растяжения.

1.5. Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЖИМОВ УСТОЙЧИВОГО ПРОТЕКАНИЯ ПРОЦЕССА ТЕРМОПЛАСТИЧЕСКОГО РАСТЯЖЕНИЯ.

2.1. Разработка методики выбора и идентификации определяющих соотношений пластической деформации.

2.2. Методика расчета технологических параметров процесса термопластического растяжения.

2.2.1. Метод расчета режимов нагрева и охлаждения.•••••• 41:

2.2.2. Методика определения- параметров, процесса: устойчивой деформации на участках нагрева и; охлаждения;---------------------------------------.'.--. 45:

2 • 3Методика-исследования процесса термопластического растяжения.

2.3.1. Термопластическое растяжение в статическом и динамическом режимах.V.V. ;.

2:4. Анализ полученных,результатов.--------.

2.4.1. Определение областей рекомендуемых значений параметров статического режима.:. :..

2.4.2. Определение параметров процесса в статическом режиме.

2:4.3! Определение:параметров процесса в динамическом-режиме;.

2.4.4: Границы области пластического деформирования.:.,.'.;.:.

2.4.5. Сравнение экспериментальных данньгх теоре'гичесгшм расче'гом технологических параметров процесса термопластического растяжения

2.4.6. Экспериментальная проверка-; адекватности математической.; модели.; термопластического растяжения..

2.4.7 Оценка колебаний параметров процесса термоплас тического расгяже

НИЯ;.:.;.

Выводы.,.;.:.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ПРОЦЕССА ДЕФОРМАЦИИ ПО СХЕМЕ МЕХАНОПЛАСТИЧЕСКОГО РАСТЯЖЕНИЯ.;. 70 3.1. Анализ физических; основ процесса «растяжение - знакопеременный; изгиб».;.:.;.:.:.------.

3.1.1. Появление и развитие области упругих;деформации при сгибе.

3.1.2. Появление и развитие области внеконтактных пластических деформации при сгибе

3.1.3. Развитие области контактных пластических деформации при сгибе.

3.1.4: Развитие деформации при; разгибе.

3.1.5. Переход процесса механоплаетического растяжения по схеме «растяжение - знакопеременный изгиб» в установившуюся стадию.'.

3.1.6. Структурные изменения при механопластическом растяжении.

3.2. Разработка математической модели расчёта процесса механопластиче-ского растяжения по схеме «растяжение - знакопеременный изгиб».

3.2.1. Выбор определяющего соотношения сопротивления деформации и определение напряженно-деформированного состояния.

3.2.2. Составление уравнения энергетического баланса деформирования.

3.2.3. Определение деформации проволоки на каждом участке.

3.2.4. Установление зависимостей изменения сопротивления деформации и пластичности.

3.2.5. Введение цикличности расчета по роликам и установление критических границ процесса.

3.3. Методика оценки технологических параметров изгибающего устройства и деформируемой проволоки при механопластическом растяжении.

Выводы.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА МЕ-ХАНОПЛАСТИЧЕСКОГО РАСТЯЖЕНИЯ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЕГО ПРОМЫШЛЕННОМУ ПРИМЕНЕНИЮ.

4.1. Экспериментальная проверка адекватности математической модели ме-ханопластического растяжения.

4.1.1. Экспериментальная проверка адекватности математической модели деформации проволоки.

4.1.2. Сравнение изменения параметров арматуры, рассчитанных по математической модели и полученных из экспериментальных данных.

4.2. Исследование влияния механопластического растяжения на свойства изделия.

4.2.1. Исследование влияния механопластического растяжения на упрочнение проволоки.

4.2.2. Исследование влияния механопластического растяжения на упрочнение арматуры.

4.2.3. Исследование влияния максимальной деформации при периодическом многосекционном механопластическом растяжении на структуру и свойства.

4.2.4. Исследование влияния максимальной деформации при непрерывном многосекционном механопластическом растяжении на структуру и свойства.

4.2.5. Исследование влияния величины деформации на обрывность.

4.3. Разработка технологических режимов обработки изделия способом механопластического растяжения.

4.3.1. Разработка рекомендаций по совершенствованию технологии упрочнения изделия в роликовом изгибающем устройстве.

4.3.2. Разработка технологических режимов и выработка рекомендаций по деформации изделия способом механопластического растяжения.

4.4. Разработка рекомендаций по совершенствованию технологии деформации проволоки в роликовом изгибающем устройстве при совмещении термо- и механопластического растяжения (ТМПР).

Выводы.

Конкурентоспособность проволоки обуславливается ценой и качеством, которые формируются в ходе технологического процесса производства. Основой технологических процессов в действующих схемах является обработка давлением, в т.ч. и способом растяжения, которое является одной из наиболее простых обработок и эффективным механизмом воздействия на проволоку, проблематичную для инструментальной деформации, в. т.ч. периодического'профиля.

Решение проблемы управляемости, сохранения пластичности и минимизации энергозатрат, способствующее увеличению эффективности и устойчивости растяжения* при значительных деформациях, наиболее приемлемо осуществить интенсификацией по двум направлениям — введением в' очаг деформации дополнительного тепла (термопластическое растяжение - ТПР) и знакопеременным из-гибом(мехаиопластическое растяжение - МПР). Применяемые сегодня-методики расчета режимов деформации ТПР не решают проблемы устойчивости деформации для проволоки массового производства, по МПР не имеется модели напряженно-деформированного состояния процесса. В'связи с чем, разработка и реализация методик расчёта режимов обработки проволоки, интенсифицирующих растяжение теплом и изгибом, является актуальной задачей разработки технологических линий производства.

ТПР реализует на основе сочетания изначальной простоты процесса и современных технологий получение значительных вытяжек и активного управляемого воздействия на параметры материала. Основной проблемой при этом является неустойчивость процесса, склонность очага деформации к разрушению, что, ввиду отсутствия разработанной теории процесса, явилось поводом для разработки модели явления и исследования на опытных установках. Данное направление, как растяжение движущейся проволоки с нагревом, уже несколько десятилетий используется при стабилизации арматурной проволоки [1,2].

В процессе деформации по схеме «растяжение - знакопеременный изгиб» различное сочетание параметров роликового устройства и изделия может дать противоположные результаты деформирования. Это, с одной стороны, позволяет активно использовать МПР для изменения параметров проволоки, но, с другой, отсутствие в технической литературе объективной деформационной модели'процесса не позволяет полностью использовать возможности МПР. Отсутствие соответствующих данных приводит к неточности определения технологических параметров процесса и искажению закономерностей изменения параметров материала при обработке. Причиной этому, по сути, послужило то, что в литературе по вопросу обработки изделий изгибом информация о получаемой остаточной деформации или отсутствует, или приводимый результат принимают как явление отрицательное для процесса [3, 4]. Поэтому изменение размеров изделий при МПР на сегодня рассмотрено недостаточно, что делает исследование по данному направлению актуальным. Применение растяжения в сочетании с изгибом позволяет добиться существенного улучшения показателей качества арматурной стали, что обеспечивает экономию безвозвратно теряемого металла, повышает надежность и долговечность конструкций.

Цель работы - моделирование термо- и механопластического растяжения и повышение на его основе эффективности производства проволоки и арматурной стали, достижение чего 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.

Выражаю отдельную благодарность Рыжкову В.Г. и Еникееву Ф.У. за помощь в постановке задачи по процессу ТПР и Харитонову Вик.А. за помощь в организации промышленных экспериментов по процессу МПР. 8

Выводы

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 2 прочности 300+350 Н/лш. Это существенно повышает конкурентную способность широко выпускаемой сегодня бунтовой арматуры класса А400 переводом ее после механической доработки по предложенной технологической схеме МПР в класс А500.

4. Экспериментально доказана возможность достижения способом МПР вытяжки более 1,5+1,6, т.е. сравнимой с суммарной деформацией в двух-трех волоках, что позволяет говорить о МПР уже как о деформационном способе обработке длинномерных изделий. Превышение способом МПР деформационных возможностей одноосного растяжения в два и более раз указывает о новом способе получения бесфильерной вытяжки, основанном на сочетании растяжения и изгиба. Совмещение процессов ТПР и МПР в один бесфильерный способ ТМПР позволит получать более значительные вытяжки, что делает его рациональным для обработки труднодеформируемых металлов и сталей с высоким сопротивлением деформации, значительным контактным налипанием и низкой пластичностью.

5. Применительно к условиям ООО «Марьино» Московской области на основе разработанной методики расчёта деформации способом МПР произведено уточнение режимов обработки арматуры диаметром 6,5^12,0 мм, что позволило производить ее упрочнение с меньшими потерями пластичности при данной степени деформации. Методика расчета режимов принята к использованию.

6. Применительно к условиям промышленной площадки г. Копейска Челябинской области ООО «НПО «ЗСА» рассчитаны режимы деформации при построении технологического процесса изготовления проволоки диаметром 5,0 мм периодического профиля по ГОСТ 6727-80 из катанки диаметром 6,5 мм с применением РИУ. Была получена проволока со свойствами а¡¡=630 Н/мм2, у ат=585 Н/мм" и 8юо=2,85 %, что превышает требования по ГОСТ 6727-80 по ат в 1,17 раз, по ав в 1,45 раза, при достаточной пластичности.

134

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана математическая модель термопластического растяжения движущейся проволоки в стадии равномерной деформации на локализованном участке, позволяющая, с помощью выбора по алгоритму определяющего соотношения процесса, его идентификации и адаптации, рассчитывать режимы устойчивой деформации с максимально возможной вытяжкой. Получена зависимость для определения устойчивого процесса деформации в зависимости от коэффициента вытяжки при заданном скоростном режиме деформирования, что дает возможность выбирать режим обработки с учетом времени деформации. Определено преимущество управления процессом по параметрам натяжения и температуры, без изменения скоростного режима.

2. В результате физического моделирования термопластического растяжения определены границы области пластического деформирования, связь их с составляющими определяющих соотношений процесса. Разработана методика определения режимов растяжения, позволяющая расширить область использования различных типов схем процесса, в т.ч. и для деформации проволоки массового производства, с повышением устойчивости процесса и уменьшением временных затрат на его подготовку и реализацию. Показано, что длина зоны деформации при равномерном растяжении практически не ограничена, но для увеличения значения суммарной вытяжки проволоки необходимо применение многократной (дробной) деформации и наличие на длине зоны деформации или по сечению проволоки участков упругой деформации.

3. На основе учета стадийности развития процесса выявлен механизм получения остаточной деформации в процессе механопластического растяжения и показано, что деформация профиля имеет характер знакопеременного формоизменения, величина остаточной деформации зависит от напряжения растяжения, значений изгибающих моментов зон сжатия и растяжения, дополнительных напряжений. При этом выявлены характерные особенности протекания деформации: бесконтактность пластической деформации, наличие чередующихся участков двухэтапной пластической и упругой деформаций по длине полосы. Показано, что в процессе знакопеременной деформации в центральных областях сечения проволоки происходит образование дополнительных растягивающих напряжений, которые от цикла к циклу накапливаются и при определенных условиях релаксируют, вызывая остаточную деформацию, что является дополнительным механизмом деформации неизгибной природы, существенно влияющим на механические свойства изделия.

4. Показано, что при протекании процесса механопластического растяжения имеет место сдвиговая деформация, обусловленная немонотонностью и знакопеременным изгибом двойной кривизны, вследствие чего величина накопленной (общей) деформации существенное превышает величину остаточной деформации (формоизменения). Выявленные особенности деформации позволяют изменять в процессе механопластического растяжения структуру и, следовательно, свойствами изделия. Подтверждением этому стала обнаруженная фрагментация структуры проволоки из сталей марок 18Г2С, СтЗпс, Ст80.

5. На основе выявленных закономерностей процесса механопластического растяжения разработана модель расчета усилия протяжки, показателей остаточной и накопленной деформации, показателей механических свойств по длине и сечению обрабатываемого изделия. Получены зависимости изменения механических свойств изделия и степени деформации при обработке способом механопластического растяжения от величины нагружения, изгибных моментов в зонах растяжения (сжатия). Показана возможность и разработаны подходы одновременного управления как показателями деформации, так и механическими свойствами готового изделия. Это позволяет считать процесс механопластического растяжения способом обработки металлов давлением и дает возможность применять его для совершенствования существующих и разработке эффективных технологических процессов изготовления проволоки и арматурной стали.

6. На основе разработанных принципов управления процессом механопластического растяжения предложено совершенствование технологических процессов упрочнения арматуры и бесфильерной вытяжки проволоки. Так применительно к условиям промышленной площадки г. Копейска Челябинской области ООО «НПО «ЗСА» разработаны и проверены экспериментально рекомендации по построению усовершенствованной технологической схемы производства проволоки периодического профиля диаметром 5,0 мм из катанки диаметром 6,5 мм марки стали СтЗпс, с применением РИУ, за счет чего сокращается волочильный передел. Превышение требований по ГОСТ 6727-80 составило по пределу текучести 1,17 раз, по пределу прочности 1,45 раза, при требуемом уровне пластичности.

7. Использование механопластического растяжения со степенью от 4 % до 20 % обеспечивает получение для арматурной стали гарантированной проч2 ности класса А500 при исходной прочности 300-3501 Н/мм . Это существенно-повышает конкурентную способность широко выпускаемой сегодня бунтовой арматуры класса А400 переводом ее после механической доработки по предложенной технологической схеме механопластического растяжения в класс А500. Применительно к условиям ООО «Марьино» Московской области на1 основе разработанной методики расчёта деформации способом механопластического растяжения произведено уточнение режимов обработки арматуры диаметром 6,5+12,0 мм, что позволило производить ее упрочнение с меньшими потерями пластических свойств при данной степени деформации. Методика расчета режимов принята к использованию.

8. Экспериментально доказана возможность получения способом механопластического растяжения вытяжки ¡л—1,5+1,6, т.е. сравнимой с суммарной вытяжкой вдвух-трех волоках, на основании чего можно говорить о создании ресурсосберегающего способа обработки проволоки. Совмещение нагрева с ме-ханопластическим растяжением повысит эффективность процесса и позволит на его основе разрабатывать технологии бесфильерного волочения проволоки, прежде всего, из труднодеформируемых сталей и сплавов.

1. Юхвец И.А. Производство высокопрочной проволочной арматуры. — М: Металлургия, 1973. 264 с.

2. Никифоров Б.А., Харитонов В.А., Киреев Е.Н. Производство высокопрочной арматурной проволоки. Учебное пособие. Свердловск: УПИ, 1982. — 96 с.

3. Буркин С.П., Картак Б.Р. Упруго-пластический изгиб с растяжением при протяжке проволоки через ролики // Обработка металлов давлением. Межвуз. сб. — Свердловск: УПЙ. 1973. - Вып. I. - С.125-128.

4. Должанский A.M., Ермакова О.С. Деформация катанки в роликовом окали-•ноломателе. Сообщение 1 // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2005. - № 2. - С. 52-54.

5. Харитонов В.А., Радионова Л.В. Формирование свойств углеродистой проволоки холодной деформацией: Монография. Магнитогорск, 2001. — 127 с.

6. Parvinmehr Н., Symmons G.R., Hashmi M.S. A non-newtonian plasto-hydrodynamic analysis of dieless wiredrawing process using a stepped bore unit // Journal «International Journal of Mechanical Sciences», 1987. — 29. - № 4. - P. 239-257.

7. Бахматов Ю.Ф., Пащенко К.Г., Гальцова К.А. и др. Влияние технологических параметров на обрывность проволоки при бесфильерном волочении // Материалы 67-й научно-технической конференции: Сб. докл. — Магнитогорск: МГТУ, — 2009.-Т. 1 С. 195-197.

8. Харитонов В.А., Иванцов А.Б., Мустафина В.Г., Головизнин С.М. Исследование процессов пластической деформации при растяжении: Методические указания. Магнитогорск: МГТУ, 2009. - 44 с.

9. Харитонов В.А., Иванцов А.Б. Технология производства проволоки методом термопластического растяжения: Методические указания. — Магнитогорск: МГТУ, 2009.-38 с.

10. Иванцов А.Б., Рыжков В.Г. Аналитический обзор публикаций по бесфиль-ерному волочению проволоки // Образование. Наука. Производство: Сб. науч. тр. / Под ред. С.И. Лукьянова Магнитогорск: МГТУ. - 2007. - Вып. 3. - С. 7276.

11. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. - 423 с.

12. Чумадин A.C. О моменте возникновения рассеянной и локализованной шеек при одноосном растяжении плоского образца // Кузнечно-штамповочное производство. 2003. - № 3. - С. 31-32.

13. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. Учебник для втузов — 9-е издание, переработанное. М.: Наука, 1986. - 512 с.

14. Смирнов О.М., Тулупов С.А. и др. Реологические модели как основной элемент моделирования процессов обработки металлов давлением // Вестник МГТУ им. Г.И.Носова. 2008. - № 2. - С. 45-52.

15. Попов Л.Е., Кобытев B.C., Ковалевская Т.А. Пластическая деформация сплавов. М.: Металлургия, 1984. - 183 с.

16. Перспективные материалы. Структура и методы исследования / Под редакцией Д.Л. Мерсона. М.: ТГУ, МИСиС, 2006. - 536 с.

17. Херценберг P.B. Деформация и механика; разрушения конструкционных материалов: Пер; с англ. / Под редакцией Бершитейна М.Л., Ефименко С.П. М.: Металлургия, 1989. - 576 с.

18. Гурьев. A.B., Кондратьев О.В. Особенности; потери устойчивости пластического5 течения? при статическом и циклическом нагружениях. — Киев:: ВИНИТИ; 1987. 15 с. ' '

19. Пресняков A.A., Мофа H.H., Черноглазова Т.В. Закономерности развития процесса; локализации: пластической; деформации// Физика и электротехника твердого тела. Ижевск. - 1982. - № 5 — С. 64-68.

20. Полухин Г1.И., Гун Г.Я. Галкин.A.M. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. — М;:Металлургия, 1986. 488 с.

21. Особенности неустойчивости пластического деформирования при * растяжении Романов Ю.М., Бабиков Д.Ф. Йошкар-Ола. № 6348-В86, ВИНИТИ, 1986.■ ■ ■ . '

22. Смирпов-Аляев Г.А. Сопротивление; материалов, пластическому деформированию^ Л: Машиностроение, Ленингр: отдание, 1978. — 368с.

23. Paech M: Zugkraftbedarf für das Richten von Draht mit Rollenrichtapparaten // Draht. -2000.- 51. -№ 2 S. 130-137.

24. Шардин Г.А., Мороз A.T., Галенко Б.А. Взаимосвязь параметров процесса правки изгибом с растяжением // Производство высококачественного проката. — 1978. -№ 1.-С. 74-75.

25. Кнапп.С., Функе П., Кирхгоф К.-Х., Вупперман К.-Д. Правка растяжением с изгибом и ее влияние на> свойства холоднокатаных полос из качественных сталей // Черные металлы. 1983. - № 5. - С. 49-54.

26. Жадан В.Т., Осадчий А.Н., Стеценко Н.В. Отделка и термическая обработка сортового проката /М.: Металлургия, 1978. 192 с.

27. Мулин Н.М. Стержневая арматура железобетонных конструкций. — М.: Стройиздат. 1975. -233 с.

28. Мадатян С.А. Технология натяжения арматуры и несущая способность железобетонных конструкции — М.: Стройиздат, 1980. — 196 с.

29. Тихонов И.Н., Гуменюк B.C. О расчетном сопротивлении сжатию арматуры, упрочненной в холодном состоянии // Наука и техника. 2008. - № 2. - С. 2630.

30. Тихонов И.Н., Гуменюк B.C. К вопросу об оценке влияния холодного упрочнения арматуры на ее сопротивление сжатию // ЖБИ и конструкции. — 2010. -С. 16-20.

31. Буркин С.П. Картак Б.Р., Мамаев Ю.В. О производстве проволоки растяжением с изгибом // Сталь. 1975. - № 8. - С. 729-730.

32. Бояршинов М.Г., Киреев Е.М., Никифоров Б.А., Трусов П.В. Анализ напряженно-деформированного состояния проволоки при деформировании знакопеременным изгибом с натяжением // Известия вузов. Черная металлургия. — 1984. -№ 10.-С. 63-67.

33. Сергеев С.Т. Исследование причин потери прочности проволоки, на подвижных блоках// Стальные канаты. 1965. - № 2 - С. 417-420.

34. Свиридов С И;,, Томилов Ф.Х. Определение остаточных напряжений при изгибе с растяжением с учетом эффекта Баушингера. // Обработка металлов давлением: Межвуз. сб. Свердловск: УПИ, 1979. - Вып. 6. - С. 134-158.

35. Хван А.Д., Воропаев A.A., Хван Д.А., Пустовалов С.В. Увеличение критической деформации удлиненных цилиндрических заготовок // Кузнечно-штамповочноепроизводство. ОМД.-2002.-№8.-С. 13-16:

36. Бахматов Ю.Ф. Локализация зоны; деформации при бесфильерном волочении по длине стоячей УЗК-волны // Моделирование и развитие процессов ОМД: Сборник научных трудов МГТУ. Магнитогорск: МГТУ, - 2006:С. 176-179. , : .

37. Диксон Р.! Компания, работает над , развитием бесфильерного волочения // Wire Journal International. - 1987. 20. 10. - P. 25, 26, 28.

38. Кобатакэ Кодзи,. Сэкигути Хидэо. Способ; волочения: без волок. // Metals

39. Engineering. 1975. - 15. -№ 11. - С. 59-64.

40. Yonggang Li, N. R. Quick and A. Kar Effects of temperature distribution on plasticity in laser dieless drawing // Journal of materials science issue volume 38, Number 9/ May, 2003. pp. 1953-1960.

41. Кобатаке Кодзи и др. Прототип непрерывной бесфильерной волочильной машины и некоторые эксперименты по определению механических свойств проволоки. //jornal Japan Society of Technology Plastic. 1979. - 20. - № 224. - P. 814-819.

42. Kawaguchi Y., Katsuba K., Hurahashi M., Yamada Y. Application of dieless drawing to Ti-Ni wire drawing and tapered steel wire manufacturing // Wire journal International. 1991. - 24. - № 12. - P. 53-58.

43. Weidig Ursula, Kaspar Radko, Pawelski Oskar, Rasp Wolfgang Multiphase microstructure in steel bars produced by dieless drawing // Steel research. — 1999. — 70. -№4-5.-P. 172-177.

44. Wengenroth Walter, Pawelski Oskar, Rasp Wolfgang. Theoretical and experimental investigations into dieless drawing // Steel research. 2001. — 72. - № 10. - P. 402-405.

45. Диксон P. Бесфильерное волочение может произвести переворот в волочильном производстве // Wire Technology International, 1987. - 15. - № 5. - P. 42-43.

46. Третьяков А. В., Зюзин В. И. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением. М.: Металлургия, 1973. - 224 с.

47. Pawelski Oskar, Rolling Alfons Calculation of the temperature distribution in dieless drawing // Steel research. 1995. -.66. - № 2. - P. 50-54.

48. Gliga M., Canta T. Theory and application of dieless drawing // Wire Industry. — 1999. 66. - № 785. - P. 264-297.

49. Pawelski Oskar, Rasp Wolfgang, Kolling Alfons, SchmeiSer Klaus Dieless draw-ing-eine alternative zum konventionellen drahtziehen // Draht. 1994. - 45. — № 10. -S. 557-561.

50. Харитонов Вик. А., Харитонов В.А. Современное состояние и тенденции развития производства холоднодеформированной арматурной стали класса прочности 500 диаметром 5-12 мм // Сталь. 2008. - № 5. - С.72-76.

51. Харитонов Вик. А. Повышение конкурентоспособности холоднодеформи-рованного арматурного проката путем совершенствования технологии и оборудования для его производства // Бюллетень «Черная металлургия». Черметин-формация. 2009. - № 6. - С. 15-22.

52. Буркин С.П., Санько В.В., Щипанов A.A. Технологические особенности процесса удлинения проволоки знакопеременным изгибом в роликовых устройствах. УПИ. - Свердловск, 1988. - 18 е., Деп. в ин-те Черметинформация 31.10.88., Ма 4801 -Чм88.

53. Мухин Ю.А., Бобков Е.Б., Бахаев К.В., Пименов В.А., Баранов Д.В. Исследование влияния параметров настройки машины правки изгибом с растяжением на плоскостность холоднокатаных полос // Производство проката. 2006. - № 6.-С. 5-7.

54. Бабич В.К., Пирогов В.А., Вакуленко И.А., Фетисов В. П. Влияние теплой рихтовки на свойства холоднодеформированной углеродистой проволоки // Черная металлургия. 1987. -№ 7. - С. 107-109.

55. Анализ процессов волочения проволоки с комбинированным нагружением / Харитонов В.А., Радионова JI.B., Зюзин В.И.; Магнитогорск гос. техн. ун-т. -Магнитогорск, 1999. 40 е.: Деп. в ВИНИТИ, 26.04.99 № 1299 - В99.

56. Гончаров Ю.В., Ермаков С.И., Кукель С.Э. Исследование процесса механического удаления окалины с катанки // Металлургия и коксохимия — Киев, -1982. -№ 7. -С. 116-121.

57. Должанский A.M., Ермакова О.С. Деформация катанки в роликовом окали-ноломателе. Сообщение 2 // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2005. -№ 4. - С. 51-55.

58. Тарнавский А.Л. Эффективность волочения с противонатяжением. М.: Металлургиздат, 19591-152 с.

59. Харитонов Вик. А. и др; Больше чем холоднодеформированный прокат. // Металлоснабжение и сбыт 2009. - № 9: - G. 52-57. .

60. Томленов А.Д. Теория пластического деформирования металлов. М.: Металлургия, 1972. - 408 с.

61. Коковихин Ю.И. Технология сталепроволочного производства. К: Техшка, 1995.-608 е.,

62. Залазинский А.Г., Битков В.В. Расчет усилия протягивания катанки« через ролики окалиноломателя // Сталь. 1995. - № 8. - С. 54-56.

63. Тарнавский A.JI. Силовые условия волочения с использованием роликовых окалиноломателей // Сталь. — 1965. — № 2. С. 182-184.

64. Недовизий И.Н., Петрухин С.И., Комаров, А.Г. Совмещение процессов производства проволоки. — М.: Металлургия, 1979. — 224 с.

65. Ткачев И.В., Давыдов В.И. Влияние вторичных пластических деформаций на величину остаточных напряжений при гибке с предварительным растяжением // Кузнечно-штамповочное производство. 2000. - № 3. - С. 16-18.

66. Воробьев Г.М., Шадрин Г.А., Парамонов В!А. и др. Разупрочнение холоднокатаной тонкой ленты из стали 08кп при циклических пластических изгибах //Металлофизика. 1976.-Вып. 63.-С. 101-105.

67. Ефимов. В.Н., Соколов Л.Н., Либин A.M., Зельцер И.С. Исследование упрочнения- разупрочнения сталей при циклическом деформировании // Известия вузов. Черная металлургия. 1986. - № 11. - С. 77-82.

68. Шадрин Л. Г., Галенко Б.А., Мороз А.Т., Парамонов В.А. Повышение пластичности тончайшей нагартованной полосы путем знакопеременного изгиба // Черная^металлургия: Бюллетень НТИ. 1974. -№ 14. - С. 50-51.

69. Мухин Ю:А., Соловьев В.Н., БахаевК.В. и др. Совершенствование аналитической модели деформации полосы совместным действием изгиба и растяжения // Производство проката. 2006. - № 7. — С. 2-5.

70. Макаров К.А.Определение напряженно-деформированного состояния полосы при изгибе по пуансону и после снятия нагрузки // Кузнечно-штамповочное производство. 2000. - № 2 - С. 13-16.

71. Туленков Ф.К. Об изменении напряженного состояния проволоки в процессе рихтовки ее на промежуточных этапах волочения // Стальные канаты: Меж-вуз. сб. Киев: Техника, 1964. - № 1. - С. 273-289.

72. Тяпков М.А., Метерский В.Я., Обухов Г.В., Проскурин В.П. Влияние меха-ноциклической обработки на свойства проволоки общего назначения // ОАО «Черметинформация». Бюллетень «Черная металлургия». — 2005. — № 2. — С. 6465.

73. Роговский А.Г., Комаров А.Г. Влияние деформации изгиба на свойства стальной проволоки / Повышение эффективности и качества метизных изделий. М.: Металлургия, - 1981. - С. 22-25.

74. Колпак В.П., Суходольская Т.Ю. и др. Влияние механоциклического воздействия на свойства сварочной проволоки // Металлургия и, коксохимия. Киев: Техника, - 1987. - Вып. 92. - С. 23-26.

75. Гуль Ю.П., Перчун Г.И. Влияние циклической деформации на свойства холоднодеформированной низкоуглеродистой стали // Известия вузов. Черная металлургия. 1990. - № 3. - С. 105.

76. Колпак В.П., Суходольская Т.Ю. Влияние термо- и механоциклического воздействия на уровень свойств проволоки из стали 08Г2С // Металлургическая и горнорудная промышленность. 1985. - № 3. - С. 49.

77. Бубнов В.А. Изменение механических свойств сталей при пластическом изгибе и последующем пластическом растяжении // Известия вузов. Машиностроение. 1987. - № 12. - С. 3-7.

78. Мелешко В.И., Чернявский A.A. и др. Пределы текучести стали при знакопеременном упруго-пластическом изгибе // Прокатное производство. Научные труды T.IXXIX, М., Металлургия. - 1969. - С. 358-361.

79. Киреев Е.М., Петышин В.П. Исследование свойств проволоки, подвергнутой низкотемпературному отпуску под напряжением // Совершенствование арматуры железобетонных конструкций. М., НИИЖБ Госстроя СССР. — 1979. — С. 10-13.

80. ЮЗ.Бояршинов М.Г., Трусов П.В. Многокритериальные оптимизационные задачи упругопластического изгиба. Рихтовка арматурной проволоки // Известия вузов. Черная металлургия. 1989. - № 10. - С. 48-51.

81. Бояршинов М.Г., Трусов П.В. Многокритериальные оптимизационные задачи упругопластического изгиба. Постановка и алгоритм решения // Известия вузов. Черная металлургия. 1989. - № 8. - С. 70-72.

82. Бояршинов М.Г., Трусов П.В. Результаты решения задачи оптимизации процесса знакопеременного изгиба арматурной проволоки // Известия вузов. Черная металлургия. 1988. - № 8. - С. 38-41.

83. Бояршинов М.Г. Разработка методов математического моделирования и оптимизации процесса знакопеременного изгиба с натяжением: Дис. канд. тех. наук. Пермь, 1984. - 178 с.

84. Бояршинов М.Г., Киреев Е.М., Никифоров Б.А., Трусов П.В. Алгоритм исследования напряженно-деформированного состояния проволоки при деформировании знакопеременным изгибом с натяжением // Известия вузов. Черная металлургия. 1984. - № 8. - С. 79-83.

85. Бояршинов М.Г., Трусов П.В. Постановка и методика решения задачи оптимизации процесса знакопеременного изгиба арматурной проволоки // Известия вузов. Черная металлургия. 1988. — № 2. - С. 62-65.

86. Бояршинов М.Г., Гетман М.Б., Трусов П.В. Анализ деформирования профилей в процессах правки и статического упругопластического изгиба // Известия вузов. Черная металлургия. 1990. — № 4. — С. 34-37.

87. Бояршинов М.Г, Гитман М.Б., Трусов П.В. Некоторые результаты теоретического исследования технологических параметров знакопеременного изгиба // Обработка металлов давлением: Межвуз. сб. Свердловск: УПИ, — № 13. -1986.-С. 8-14.

88. Винтовая экструзия процесс накопления деформации / Бейгельзимер Я.Е., Варюхин В.Н., Орлов Д.В., Сынков С.Г. - Донецк: Фирма ТЕАН, 2003. -87 с.

89. Еникеев Ф.У., Рыжков В.Г., Иванцов А.Б. Основы моделирования процесса безволоковой деформации // Материалы 65-й науч.-техн. конф.: Сб. докл. / Под ред. Г.С. Гуна Магнитогорск: МГТУ. - 2007. - Т.2. - С. 143-145.

90. Еникеев Ф.У., Рыжков В.Г., Иванцов А.Б., Усанов М.Ю. Разработка методики экспресс выбора и идентификации определяющих соотношений при практических расчетах // Вестник МГТУ Магнитогорск: МГТУ. - 2009. - № 1 - С. 79-83.

91. Рыжков В.Г., Иванцов А.Б. Неравномерность температуры движущейся проволоки при электроконтактном нагреве // Образование. Наука. Производство: Сб. мат. науч.-техн. конф. / Под ред. Г.С. Гуна Магнитогорск: МГТУ. -2006. - Вып. 2. - С. 23-26.

92. Колмогоров В Л. Механика обработки металлов давлением. — М.: Металлургия, 1986.-688 с.

93. Иванцов А.Б., Борисова Е.В., Зайнетдинова З.А., Рыжков В.Г. Исследование параметров процесса термопластического растяжения проволоки // Материалы66.й науч.-техн; конф.: Сб. докл. / Под ред. К.Н: Вдовина Магнитогорск МГТУ.-2008. - Т.2. - С. 197-200.

94. Королев А.А. Конструкция и расчет машин и механизмов прокатных: станов: Учебное пособие для вузов. — 2-е изд:, перераб;; и- дот — М.:,Металлургия, 1985.-376 с: ' ■ • ■ •

95. Илыошин А. А. Пластичность. Ч. I. М. -Л.: ГТИ, 1948; 346 с.

96. Выдрин В.Н., Агеев Л:М., Сосюрко В.Г. Создание натяжения, в очаге деформации при прокатке-волочении // Теория и технология прокатки: Сб. науч. тр; Челябинск: ЧПИ,1972. - №1021 - С. 51-60^

97. Москвитин: В.В. Пластичность при переменных,нагружениях. М:: Изд-во МГУ, 1965.-264 с.

98. Королев А. А. Конструкция и расчет машин и механизмов прокатных станов. М.: Металлургия, 1969. - 460 с.

99. Харитонов В.А., Головизнин С.М., Иванцов АБ, Усанов М.Ю. Оценка тем-пературно деформационных режимов на тянущих шкивах высокоскоростных машин мокрого волочения // Металлург: М. - 2009. - № 4 - С. 59-61.

100. Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. М.: Машиностроение, 1968. - 400 с.

101. Kharitonov V.A., Ivantsov А.В., Kharitonov Vic.A. Production of bundled reinforcement steel by the tension alternating bending scheme (theory, technology, equipment) // Metallurgist - New York: Springer - 2010. - V. 54. - № 3-4. - P. 252259.

102. Исх № 37-М «23» мая 2008 г.1. АКТо внедрении (использовании) результатов кандидатской диссертационной работы

103. Результаты диссертационных исследований использованы в учебной деятельности кафедры МиС филиала МГТУ в г. Белорецке и кафедры ММТ факультета технологии и качества:

104. Изданы методические указания Иванцова А.Б., Горбатова О.И. для выполнения курсовой работы по дисциплине ОПД.ФЛО «Моделирование процессов и объектов в металлургии» для студентов специальности 150106 всех форм обуче