Piąty, finalny ciąg - wyniki badań modelowych i ich analiza

W niniejszym rozdziale przedstawione zostały wyniki badań dla ostatniego etapu procesu ciągnienia tj. piątego ciągu, który pozwolił na końcowe ukształtowanie geometrii przewodu jezdnego AC-150 oraz umożliwił oszacowanie sumarycznych rozkładów temperatury w materiale ciągnionym i w narzędziu.

Materiał wsadowy do piątego ciągadła oraz końcowa geometria przewodu jezdnego AC-150 przedstawiona została na rys. 9.72.

Rys. 9.72 Ogólny widok geometrii przewodu jezdnego oraz oczka ciągadła trolejowego przed i po piątym, finalnym ciągu.

Początek procesu – przed 5 ciągiem

Koniec piątego etapu ciągnienia

9.5.1 Intensywność naprężenia (wg H-M-H)

Mapy rozkładu intensywności naprężenia przedstawione w widoku na odkształcony po piątym ciągu przewód oraz oczko ciągadła zamieszczono na rysunku 9.73. Szczegółowe widoki dla samego przewodu AC-150 zaprezentowano na rysunkach 9.74 i 5 oraz dla samych oczek ciągadeł TC i PCD na rysunkach 9.76 i 9.77.

Wartości intensywności naprężenia przewodu, w widoku na jego przekrój wzdłużny, zarówno dla przypadku procesu TC jak i PCD są bardzo zbliżone. W kotlinie odkształcenia dla przypadku TC naprężenia osiągają wartości od 276MPa przy powierzchni zewnętrznej do 293MPa w osi materiału. Dla przypadku zastosowanego oczka PCD wartości te są nieznacznie wyższe i wynoszą analogicznie od 294MPa przy zewnętrznej krawędzi kotliny odkształcenia do 299MPa w osi ciągnionego przewodu trolejowego.

Rys. 9.73 Intensywność naprężenia dla przekroju wzdłużnego przewodu jezdnego, odkształconego w piątym ciągu.

Rys. 9.74 Intensywność naprężenia w przekroju wzdłużnym przewodu jezdnego odkształconego w piątym ciągu.

Rys. 9.75 Intensywność naprężenia na powierzchni zewnętrznej odkształconego materiału

TC ^PCD

Rys. 9.76 Intensywność naprężenia na powierzchni oczka ciągadła TC, w piątym ciągu.

Rys. 9.77 Intensywność naprężenia na powierzchni oczka ciągadła PCD, w piątym ciągu.

PCD

TC

Naprężenia zredukowane przedstawione na rys. 9.75 w widoku na zewnętrzną powierzchnie przewodu, również są bardzo zbliżone dla zastosowanych materiałów oczek ciągadeł. W obu przypadkach maksymalne naprężenia występują na powierzchni rowka przewodu w strefie odkształcenia. Dla przewodu ciągnionego na węglikowym oczku intensywność naprężenia wynosi 312MPa, a dla przewodu otrzymanego przy zastosowaniu oczka diamentowego naprężenia te są o 6MPa wyższe i wynoszą 318MPa.

Różnice w wartościach oraz w rozkładzie intensywności naprężenia widoczne są gołym okiem na powierzchniach roboczych oczek ciągadeł TC i PCD. Po pierwsze w przypadku oczka TC obserwujemy zwiększone wartości naprężeń na większej powierzchni jego przekroju wzdłużnego. W przypadku oczka PCD wartości intensywności są z kolei nieco wyższe oraz bardziej skumulowane wokół części profilującej rowek przewodu jezdnego.

9.5.2 Intensywność odkształcenia (wg H-M-H)

Zredukowane według hipotezy H-M-H odkształcenia przedstawione zostały tak jak w przypadku poprzednich ciągów dla przewodu odkształconego w procesie wykorzystującym oczko PCD oraz dla powierzchni roboczych oczek ciągadeł TC i PCD. Intensywności odkształcenia zaprezentowane zostały kolejno na rys. 9.78-9.80.

Rys. 9.79 Intensywność odkształcenia na powierzchni oczka ciągadła TC w piątym, finalnym ciągu.

Rys. 9.80 Intensywność odkształcenia na powierzchni oczka ciągadła PCD w piątym, finalnym ciągu.

PCD

TC

Po pięciu ciągach procesu przewód jezdny AC-150 o w pełni ukształtowanej geometrii posiada sumaryczną intensywność odkształcenia równą 1,28 w osi materiału oraz średnio 1,31 na jego przekroju wzdłużnym zmierzonym za ciągadłem – por. rys. 9.78. Wartości odkształcenia zredukowanego na jego powierzchni zewnętrznej są nieznacznie wyższe i wynoszą 1,34. Najwyższe odkształcenia panują jednak na powierzchni rowka przewodu, gdzie intensywność odkształcenia wynosi około 1,54. Jest to o 13% więcej niż na pozostałym obwodzie materiału i o 17% więcej niż w osi ciągnionego przewodu trolejowego.

Analiza rozkładu intensywności odkształcenia sprężystego przedstawionego dla powierzchni roboczych oczek ciągadeł TC i PCD potwierdza, iż w przypadku zastosowania oczka diamentowego będzie się ono istotnie mniej odkształcać sprężyście w trakcie trwania procesu, co pozwoli na otrzymanie przewodu AC-150 o wyższej dokładności wymiarowej.

9.5.3 Temperatura

Końcowy stan cieplny procesu w skali od 5 do 260°C, po pięciu ciągach, przedstawiony został dla zestawu materiał ciągniony - oczko ciągadła oraz dla jego poszczególnych elementów na rys. 9.81 - 9.85.

Rys. 9.82 Mapa rozkładu temperatury w przekroju wzdłużnym przewodu jezdnego w piątym ciągu.

Rys. 9.83 Mapa rozkładu temperatury na powierzchni zewnętrznej przewodu jezdnego, w piątym ciągu.

TC PCD

Rys. 9.84 Rozkład temperatury na powierzchni oczka ciągadła TC w piątym ciągu.

Rys. 9.85 Rozkład temperatury na powierzchni oczka ciągadła PCD w piątym ciągu.

PCD

TC

Wartości Temperatury przewodu jezdnego przedstawione na jego jedynej płaszczyźnie symetrii uwidaczniają wysokie różnice w stanie cieplnym materiału dla zastosowanych odmiennych rodzajów materiału oczka ciągadła. W przypadku procesu TC wartości temperatury osiągają swoje maksimum około 40mm za stożkiem wyjściowym ciągadła tj. części górnej przewodu jezdnego. W tym obszarze przewód trolejowy AC-150 posiada temperaturę 235°C. W pozostałym obszarze materiału, już za ciągadłem, temperatura ta waha się od 218 do 225°C. W przypadku przewodu ciągnionego na diamentowym narzędziu maksimum temperatury występują również w części górnej przewodu, z tym że około 25mm od końca oczka ciągadła. Są one jednak dużo niższe i wynoszą 191°C, a w pozostałym obszarze jego przekroju wzdłużnego około 178°C.

Rozkład liniowy temperatury materiału na jego przekroju wzdłużnym i w miejscu przejścia odkształcanego metalu ze stożka roboczego do części kalibrującej ciągadła przedstawiono na rys. 9.86. Potwierdza on również, iż dla piątego ciągu, w części roboczej ciągadła występują istotne różnice w temperaturze materiału pomiędzy procesem TC i PCD. Wartości temperatury w osi przewodu wynoszą odpowiednio 183°C dla procesu TC i 166°C dla procesu PCD. Różnica wynosi więc 20 stopni, czyli około 10%. Analogicznie jak w przypadku poprzednich ciągów różnica ta zwiększa się wraz ze zbliżaniem się do zewnętrznych krawędzi materiału i w tym przypadku przy lewej krawędzi części górnej przewodu wynosi ona 49°C przy 190°C dla PCD i 239°C dla zastosowanego oczka TC.

Rys. 9.86 Wykres rozkładu liniowego temperatury na przejściu materiału ze stożka roboczego ciągadła do jego części kalibrującej dla procesu ciągnienia PCD i TC

– piąty, finalny ciąg w widoku na płaszczyźnie symetrii. 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 0 3 6 9 12 15 T em p er at u ra [° C]

Odległość od lewej krawędzi (po łuku) [mm]

TC PCD

Szczegółowy rozkład temperatury na powierzchni zewnętrznej przewodu przedstawiony został na rysunku 9.87. Podobnie jak w przypadku wyników otrzymanych dla przekroju wzdłużnego materiału, tak również na jego zewnętrznej powierzchni, na tym etapie procesu ciągnienia, widać dużą różnicę w temperaturze pomiędzy zastosowanymi materiałami oczka ciągadła. Przewód AC-150 przeciągnięty na węglikowym oczku posiada maksymalną temperaturę w okolicach rowka i wynosi ona 283°C, co w przypadku 215°C dla procesu PCD oznacza 25% różnicy. Na pozostałej powierzchni zewnętrznej temperatura dla procesu TC wynosi średnio 210°C, a dla procesu PCD - 180°C, co oznacza 30°C różnicy.

Rys. 9.87 Wykres rozkładu temperatury na przejściu materiału ze stożka roboczego ciągadła do jego części kalibrującej dla procesu ciągnienia PCD i TC

– piąty ciąg, widok na powierzchnie zewnętrzną.

Mapy rozkładu stanu cieplnego oczek ciągadeł w widoku na ich przekrój wzdłużny pokazują, iż najwyższe wartości temperatury dla 5 ciągu lokalizują się tak jak dla poprzednich etapów ciągnienia na powierzchni części profilującej rowek przewodu jezdnego. Dla procesu TC wartości temperatury osiągają poziom 230°C, zaś dla przypadku oczka PCD są o 60°C niższe i wynoszą maksymalnie 170°C.

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 0 4 8 12 16 20 24 T em p er at u ra [° C]

Odległość od lewej krawędzi (po łuku) [mm]

TC PCD