Твердые сплавы

Раздел: Учебники

Вольфрамовые твёрдосплавные волоки из литого карбида вольфрама в настоящее время уже не применяют вследствие недостаточной однородности по составу или негомогенной структуры (трудно поддерживать содержание углерода на уровне 3,5— 4,1% без нежелательного выпадения графита и возникновения пор), а также из-за сильной склонности к трещи- пообразованию и раскалыванию. Однако для горячего волочения молибдена и вольфрама применяют отлитые центробежным способом волоки, имеющие плотную структуру. Металлокерамическим путем можно изготовлять беспористые и однородные по качеству волоки и матрицы крупных габаритов. Согласно Хиннюберу, изменяя содержание кобальта и связанного углерода, можно получать твердость и прочностные характеристики сплавов в широком диапазоне. В основном же для волочения проволоки сейчас применяют почти исключительно спеченные или горячепрессованные сплавы типа WC—Со. Изготовление волок из твердых сплавов производят либо обычным спеканием, либо горячим прессованием. Согласно обычному металло- керамическому процессу прессуют круглые цилиндры или кольца, из которых после предварительного спекания изготовляют на небольших токарных станках заготовки волок, которые затем подвергают, подобно другим изделиям из твердых сплавов типа WC—Со, спеканию в печи сопротивления с угольной трубой в атмосфере водорода. Пористость можно значительно снизить спеканием в вакууме.

Горячее прессование применяют главным образом при изготовлении волок из сплавов с низким содержанием: кобальта или же волок с очень большим диаметром отверстия. При изготовлении волок малого калибра запрессовывают конусовидное очко. Отверстия, однако, нужно после высверливать, как и в случае- алмазных волок.

Для более крупных волок и обойм применяют при: горячем прессовании графитовые сердечники. Отверстие внутри твердосплавной волоки при этом сверлить не надо. Его только нужно после удаления корочки отшлифовать до заданных размеров с помощью алмазных инструментов и алмазной крошки.

Для изготовления волок, как правило, используют твердые сплавы WC—Со с 3—13% Со. Сплавы с низким содержанием кобальта (—-3%) изготовляют преимущественно горячим прессованием, с 94% WC и 6% Со 1 — в большинстве случаев обычным спеканием. Однако крупногабаритные матрицы из сплава с 94% W и 6% Со изготовляют горячим прессованием. Из сплавов типа ВК6 изготовляют волоки и мундштуки диаметром до 5 мм для обработки цветных металлов. По госту для волоков с наружным диаметром до 120 мм используют сплав с 89% WC и 11% Со*2, а для волок диаметром до 220 мм и выше —сплав с 85% WC и 15% Со*3.

При волочении некоторых материалов, например стальной проволоки, или при горячем волочении молибдена и вольфрама в волочильном канале возникает износ, сходный с лункообразованием на резцовой пластинке при обработке материала, дающего сливную стружку.

Незначительные добавки TiC или ТаС (NbC) снижают склонность протягиваемого материала к привариванию к волоке. В настоящее время для волочения указанных материалов используют в основном твердые сплавы типа WC—TiC—Со следующих составов: 88% WC, 7% TiC, 5%Со или 88% WC, 9% TiC, 3% Со, а также 78% WC, 16% TiC, 6% Со

Твердосплавные волоки поставляют либо в виде сырых заготовок, либо в готовом виде с обоймой и полированным каналом. Размеры вставок для волок в настоящее время ограничиваются определенными величинами. Точно так же размеры обойм соответствуют размерам твердосплавных вставок.

Форма вставок может быть цилиндрической или конусной. В последнем случае конусность может составлять не более 0,1.

Вставки впаивают, запрессовывают или ввертывают в обойму.

В качестве материала для обойм небольших волок применяют латунь, бронзу или малоуглеродистую сталь, а для волок с большими вставками, как правило,— сталь с пределом прочности при растяжении 60— 70 кГ/мм2.

В особых случаях, например при применении твердосплавных вставок для протяжки прутков и труб, обоймы изготовляют из высококачественных сталей с пределом прочности при растяжении, равным около 100 кГ/мм2.

Для изготовления отверстий в твердосплавных волоках осуществляют три рабочие операции: сверление, шлифование и полирование до окончательного размера.

Для сверления применяют сначала тупые иглы, а с увеличением глубины отверстия все более острые с тем, чтобы придать отверстиям конусную форму. Минимальный, достаточно экономичный диаметр отверстия для волочения молибдена или вольфрама составляет около 0,3 мм, железа и стали 0,3—0,5 мм и других, более мягких проволочных материалов — 0,95 или 0,8 мм.

При шлифовании отверстия волоки создают требуемый конус и цилиндрическую направляющую. Так как входной и выходной конусы уже имеют необходимую ширину и глубину, а также соответствующий угол, дополнительная обработка конуса является излишней.

Большое значение имеет полирование отверстия твёрдосплавной волоки по госту, так как от свойств его внутренней поверхности зависит степень износа и, следовательно, сохранение размеров. Полирование производят заостренным деревянным стержнем с применением мельчайшей алмазной крошки.

Для волочения круглых или профилированных прутков, а также труб диаметром свыше 10 мм применяют твердосплавные волочильные плашки. Обоймы для них должны быть очень прочными с точным соблюдением размеров, так как нагрузка, которую им приходится выдерживать, очень большая, в особенности при волочении высокопрочных сталей. Обоймы при волочении прутков необходимо все время охлаждать водой.

Для волочения прутков применяют также съемные четырехгранные, пятигранные и шестигранные волочильные инструменты.

Опасность растрескивания вставок цельной конструкции уменьшается, если их разделить на сегменты, которые также легче полировать в отдельности.

Кроме технологических свойств, определяемых составом и способом изготовления твердых сплавов, на пригодность, производительность и стойкость волок влияют и другие факторы. К этим факторам относятся в первую очередь: форма и состояние поверхности отверстия волоки; уход за волокой в процессе эксплуатации, в особенности полирование и сверление отверстия на больший диаметр; способ волочения и его режим (скорость, температура и т. д.); вид и обильность смазки.

Последние исследования показали, что на производительность твердосплавных волок наряду с качеством материала сильно влияет форма и состояние поверхности канала (отверстия) волоки. Волока состоит из входного конуса, конуса волочения, цилиндрической направляющей и выходного конуса

Входной конус отверстия волоки предназначен для свободного поступления смазки в смежный волочильный конус. Обычно угол отверстия входного конуса равен 60°.

Волочильный конус представляет собой важнейшую часть отверстия любой волоки, так как именно здесь происходит обжатие материала проволоки до меньшего диаметра. От выбора оптимального угла конуса волочения зависит производительность волоки. С изменением формы конуса усиливается сопротивление деформации, а это в свою очередь увеличивает трение и повышает давление на стенки отверстия. В результате этого усиливается износ, и отверстие разрабатывается быстрее.

Цилиндрическая направляющая удлиняет срок сохранения диаметра отверстия. Длина ее должна находиться в определенном соотношении к диаметру отверстия волоки.

Выходной конус должен быть достаточно глубоким, чтобы непосредственно нагружаемые при волочении части отверстия находились во внутренней части вставки волоки. Кроме того, этот конус способствует отводу тепла, выделяющегося при волочении. Угол конуса, как правило, равен 90°.

Конус волочения и цилиндрическая направляющая нагружаются непосредственно при волочении и изнашиваются вследствие трения и давления. Входной и выходной конусы не подвергаются давлению волочения и, следовательно, как правило, не изнашиваются и не претерпевают изменений. Размеры входного и выходного конусов рекомендуется выбирать такими, чтобы не требовалась их дальнейшая обработка при переточке конуса волочения и цилиндрической направляющей.

При формировании волочильного канала следует различать первоначальную форму, определяемую поставщиком для условий волочения в производственных условиях, и форму, получающуюся после дополнительной обработки. Во время работы в отверстии волоки наряду с равномерным истиранием возникает также сильный износ вследствие приваривания обрабатываемого материала к материалу волоки. В результате периодического отрыва этих приваренных мест структура, полученная при спекании, оказывается нарушенной за счет выкрашивания карбидных зерен. Как уже упоминалось выше, возникает картина износа, аналогичная лункообразованию на твердосплавных резцах при обработке металлов, дающих сливную стружку. Вырванные частицы твердого сплава, вдавливаясь в обрабатываемый материал (проволоку), повреждают при волочении в несколько проходов не только первую, но и следующие волоки, образуя риски. Склонность к привариванию можно значительно уменьшить введением в твердые сплавы WC—Со добавочных карбидов, например TiC или ТаС (NbC), изменением технологического процесса (горячее прессование) и в особенности тщательным уходом за отверстием волоки. Рекомендуется чаще очищать канал волоки от приваренного материала путем полирования каким-либо шлифующим средством, не воздействующим на материал волоки. Если отверстие волоки в результате сильного износа уже не соответствует заданным размерам, то его развертывают на больший диаметр шлифованием и полированием. Ни в коем случае нельзя при шлифовании ограничиваться только цилиндрической частью отверстия. Оно при этом удлиняется, что приводит к значительному повышению усилия волочения вследствие воз росшего трения. В результате этого износ увеличивается. Нельзя также обрабатывать только волочильный конус, так как при этом укорачивается или даже совсем исчезает цилиндрическая направляющая. Очень важно при переточке расширить как канал волочения, так и цилиндрическую направляющую, сохраняя оптимальный для данного обрабатываемого материала угол волочения.

Для проверки формы и размеров отверстия (канала) волоки, что особенно трудно при небольших диаметрах отверстия, разработаны многочисленные методы и контрольно-измерительные приборы, описанные в работах.

О других факторах, играющих существенную роль при волочении проволоки твердосплавными волоками (вид волочения, скорость, температура и в особенности смазка), упомянуто в специальной литературе.

О применении твердосплавных волоков, в особенности о выборе твердых сплавов соответствующих марок, о их производительности и углах волочения опубликована многочисленная литература с несколько расходящимися данными в отношении производительности волок для протяжки проволоки. В зависимости от протягиваемого материала, способа протяжки и условий волочения твердосплавные волоки могут дать в 30—200 раз большую производительность, чем обычные волоки. Соотношение производительности тем выше в пользу твердосплавных волок, чем сильнее изнашивает волоки протягиваемый материал (например, при протягивании высоколегированных хромоникелевых сталей или в особенности железо- алюминиевой и железохромоалюминиевой проволоки для нагревателей с твердым корундовым покрытием). При уолочении стальной проволоки производительность твердосплавных волок почти в 400 раз больше производитель

на ности стальных волок. Это подтверждает  40. При волочении прутков из стали малой прочности (до 70 кГ/мм2) можно, применяя твердосплавные волочильные плашки и повышая тем самым скорость волочения с 6 до 12 и даже до 22 м/мин, добиться очень высокой производительности.

Опыты показали, что износ твердосплавных инструментов при волочении прутковой стали сильно зависит от выбора смазочного средства

Значительная износостойкость твердосплавных волочильных плашек обеспечивает наибольшую однородность протягиваемого материала и высокую производительность, которая для круглых прутков среднего диаметра уже во много раз превысила ранее установленный предел (1000 Т). При волочении легированных конструкционных сталей прочностью 90—110 кГ/мм2 иногда возникают трудности из-за растрескивания сильно нагружаемых волочильных плашек. Решение этого вопроса требует дальнейших исследовательских работ.

Обоймы должны быть очень прочными, а их размеры точно соответствовать заданным во избежание даже незначительного расширения вставок под действием высокого давления волочения. Начальная скорость волочения не должна превышать 12 м/мин, так как в противном

случае нагревание, связанное с высокими напряжениями сжатия, может привести к преждевременному растрескиванию плашек. Установлено, что даже при волочении улучшенных специальных прутковых сталей износ волочильных плашек незначителен. Если бы удалось сконструировать соответствующие волочильные инструменты, то, учитывая незначительную стойкость стальных воло! при волочении высокопрочных сталей, можно было бы расширить область применения твердосплавных волок.