Волочение прутка в режиме высокоскоростного гидродинамического трения

М.Е. Басин, М.Г. Бояршинов, Г.Л. Колмогоров (Пермь)

Для снижение трения протягиваемой заготовки о стенки волочильного канала применяются предварительная обработка поверхности (травление, анодирование, окисление, нанесение различных покрытий), применение смазок и создание условий, обеспечивающих возникновение жидкостного трения вместо сухого. Возникновение жидкостного трения зависит от вязкости смазки, условий ее ввода в деформационную зону, а также от скорости волочения, формы волочильного канала и средней температуры деформационной зоны.

Для гарантированного ввода смазки между прутком и волочильным инструментом необходимо, чтобы она подавалась под давлением, превышающим нормальное напряжение в зоне контакта. В традиционном процессе волочения смазка вводится в деформационную зону за счет сцепления с протягиваемым металлом. Метод гидродинамического ввода смазки заключается в создании в ней повышенного давления за счет возникновения гидродинамического эффекта при трении смазки о движущийся пруток.

Высокоскоростное волочение предполагает применение жидких смазок, обеспечивающих эффективное охлаждение металла. Однако при этом возможны периодические выхлопы смазки. В таких случаях пруток выходит из волоки в форме, напоминающей "бамбук": участки гладкой поверхности чередуются с вытянутыми шейками. При выхлопах смазки происходит чередование режимов сухого и жидкостного трения, что приводит к значительным колебаниям усилия волочения.

В работе рассматривается задача высокоскоростного гидродинамического волочения. Принимаются следующие допущения: рассматриваемый процесс является нестационарным, осесимметричным, неизотермическим; волока принимается упругой, однородной, изотропной; смазка полагается вязкой, несжимаемой; материал прутка считается однородным, изотропным, его поведение описывается теорией неизотермического пластического течения с линейным анизотропным упрочнением.

Для реализации численного алгоритма применяется метод Галеркина с конечноэлементной аппроксимацией решения.

Результаты исследования тестовых задач термоупругости, термопластичности и течения вязкой несжимаемой жидкости свидетельствуют о малых отклонениях между численным и аналитическим решениями.