Modelling and experimental study of multi-pass wire drawing of hypo-eutectoid steels

Abstract

The paper presents the results of extensive experimental research focused on the analysis of deformation conditions in multi-pass drawing process. The wire rod of medium and high-carbon steel manufactured with application of controlled cooling rate after hot rolling was chosen as the material to be drawn. Suitability of the wire rod for the multi-pass drawing process was assessed by means of detailed analysis of mechanical properties of a material before drawing, after each pass as well as of the final product. The drawing process was realised without intermediate heat treatment, assuming maximum possible reduction to be attained. The effect of history of deformation (distribution and number of unit reductions, die geometry) on the mechanical properties of drawn wires was analysed. The force parameters of the drawing process were also evaluated in detail, which allowed for an attempt to determine the optimum drawing conditions. The separate part of work was the upper-bound process modelling which included calculations of the components of power of deformation as well as the analysis of state of strain by means of strain redundancy factor evaluation. Finally, conclusions were formulated concerning suitability of the investigated wire rod for deep cold working as well as the influence of history of deformation on the product quality. Die vorliegende Arbeit stellt die Ergebnisse ausführlicher experimenteller Forschungen dar, die auf die Analyse der Umformbedingungen im mehrstufigen Ziehprozeß konzentriert waren. Walzdraht aus mittel- und hochgekohltem Stahl, der nach dem Warmwalzen kontrolliert abgekühlt wurde, wurde als Einsatzgut zum Ziehen ausgewählt. Die Verwendbarkeit des Walzdrahts für das mehrstufige Ziehen wurde durch eine ausführliche Analyse der mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs vor dem Ziehen, nach jeder Ziehstufe und als Fertigprodukt beurteilt. Unter der Annahme, dass die maximal realisierbare Stichabnahme erreicht wird, wurde ohne Zwischenbehandlung gezogen. Es wurde der Einfluß der Umformgeschichte (Verteilung und Anzahl der Ziehstufen, Ziehsteingeometrie) auf die mechanischen Eigenschaften gezogener Drähte analysiert. Die Kraftparameter des Ziehprozesses wurden auch ausführlich bestimmt, was einen Versuch zur Bestimmung der optimalen Ziehbedingungen ermöglichte. Danach wurde die Prozeßmodellierung nach der oberen-Schranken-Methode durchgeführt, um die Komponenten der Umformleistung und die Verteilung der Formänderungsinhomogenität zu ermitteln. Schließlich wurde die Verwendbarkeit des untersuchten Walzdrahts zum tiefen Kaltumformen und der Einfluß der Umformgeschichte auf die Produktqualität formuliert.