76 / 108
EuroWire –
май
2011
г.
74
Техническая статья
3. Анализ процесса
волочения
проволоки с
включениями
или инородными
частицами
методом конечных
элементов
3.1 Влияние включений в
микроструктуре проволоки
Включения в проволоке по большей
части представляют собой твердые
частицы. Результаты анализа включений
на поверхности разрывов проволоки
с помощью энергодисперсионного
спектрометра (ЭДС) показали, что
многие из них представляют собой A1
2
O
3
или SiO
2
, а остальные – это инородные
частицы, образовавшиеся в результате
абразивного износа волок и другого
оборудования.
Таким образом, конечно-элементный
анализ процесса волочения проволоки
проводился, исходя из предположения
о том, что в микроструктуре проволоки
присутствуют
включения
оксида
алюминия и инородные частицы.
Отношение размеров включений к
диаметру проволоки (Di/Do) было
установлено в диапазоне от 0,3 до 0,7.
Константы материалов и параметры
волочения,
используемые
при
анализе методом конечных элементов,
представлены в таблице 1.
Изменения напряжения волочения
на внутренней поверхности волоки
были изучены методом конечных
элементов с использованием проволоки
с включениями различного размера.
Результаты представлены на рис. 3. Было
обнаружено, что напряжение волочения
быстро возрастает при прохождении
включения через канал волоки. Можно
видеть, что напряжение волочения тем
выше, чем больше отношение размеров
включениякдиаметрупроволоки(Di/Do).
Для содержащей включение проволоки,
в которой отношение Di/Do составляет
0,7, напряжение волочения достигает
величины прочности проволоки. Это
означает,чтосуществуетвысокаястепень
вероятности того, что произойдет обрыв
проволоки. Принимая во внимание запас
прочности, есть основания полагать,
что риск обрыва проволоки существует
в случае, если Di/Do будет больше
0,4. Измерение размеров включений
проводилось на поверхности разрыва
при волочении золотой проволоки
диаметром 20-50 мкм. На рис. 4
представлены данные о частотности
возникновения обрывов проволоки
для различных значений Di/Do. Судя по
этому рисунку, можно предположить,
что риск обрыва проволоки возникает
при значении Di/Do от 0,3 и более, а
при Di/Do, составляющем около 0,7,
частотность
обрывов
проволоки
достигает максимальной величины.
3.2 Влияние посторонних частиц
В ряде случаев инородные частицы
уже присутствуют на поверхности
проволоки при волочении, в других же
инородные частицы могут поступить
в канал волоки вместе со смазкой.
Эти инородные частицы образуются
Физико-механические константы для золота
Модуль Юнга
80GPa
Коэффициент Пуассона
0.44
Кривая деформационного упрочнения
σ=475ε
0.07
Физические свойства включений
Материал
A1
2
O
3
, SUS304
Модуль Юнга
300, 194GPa
Коэффициент Пуассона
0.23, 0.30
Предел текучести
4.3, 0.205GPa
Полуугол рабочего конуса волоки, обжатие
α
=7º, R/P=10%
Коэффициент шероховатости
0.05μm
▲
▲
Рис. 5.
Схематическое изображение обрывов проволоки, вызванных инородными частицами
2. Присутствие
небольшого
или мягкого
включения
1. Присутствие
крупного
или твердого
включения
▼
▼
Рис. 6.
РЭМ изображение и компонентный анализ проволоки с инородными частицами
3. Содержание Ni
1. РЭМ изображение тянутой проволоки
2. Содержание Fe
▲
▲
Таблица 1.
Характеристики материалов и параметры режима волочения, используемые при анализе
методом конечных элементов