Волочильный инструмент Советский патент 1988 года по МПК B21C3/02 

NU

ND

оо

1чЭ

to

Изобретение относится к волочильному производству, а именно к волочильному инструменту для изготовления проволоки и прутков круглого и сложного профилей.

Цель изобретения - увеличение срока службы.

На фиг. 1, 2, 3 изображен волочильный инструмент для производства различных профилей; на фиг. 4 - волока, продольный разрез; на фиг. 5 - волоки, поверхности сопряжения которых являются соответственно цилиндрическая, параболическая и конусоидальная (разрез А-А на фиг. 4); на фиг. 6, 7 - этапы изготовления волоки.

Волочильный инструмент содержит стальную обойму 1 и размещенную в ней по посадке волоку, которая состоит из чередующихся в окружном направлении твердосплавных участков 2 и участков 3 из упруго- пластичного материала.

В статическом состоянии стальная обойма обжимает волоку, создавая в ней равномерные напряжения сжатия. В процессе работы обжимаемый материал создает усилие Р.

В результате действия этих усилий в волоке возникают нормальные и касательные напряжения. В связи с тем, что участки 2 разделены участками 3 и материал участка 2 имеет в 1,1-2 раза более высокий модуль упругости и в 2-5 раз меньшую пластичность по сравнению с участками 3, то под действием усилия Р происходит неодинаковая деформация участков 2 и 3, в частности материал участка 3 деформируется больше материала участка 2, в результате чего усилие от материала участка 2 передается на упругопластичный участок 3. За счет боль- щей деформации участка 3 и разделения участка 2 упругопластичным участком 3 создаются более высокие упругие свойства волоки в целом, что позволяет снизить уровень наиболее опасных касательных напряжений в рабочем канале волоки.

Высокая степень упругой деформации участка 3 приводит к дискретному поглощению энергии деформации волоки именно в заранее созданных участках.

Участки 3, расширяющиеся к посадочной поверхности создают большой объем материала, поглощающего энергию деформации, и в то же время не влияют на износостойкость рабочего канала. Для создания в волоке высоких упругих свойств она расчленена участками 3, однако для сохранения высокой износостойкости рабочего канала площадь участков 3 на поверхности канала минимальная и составляет менее 10% от всей его площади. Расширение участков 3 обеспечивается поверхностью их сопряжения с участками 2. Такими эквивалентными поверхностями сопряжения являются цилиндрическая, параболическая, конусоидальная, т. е. любая поверхность 2-го порядка.

5

0

5

0

5

0

5

50

55

Технологически наиболее легко выполнимой в твердых сплавах является цилиндрическая поверхность.

Упругопластичным материалом участков 3 может быть высококачественная сталь, обладающая необходимым комплексом свойств. Однако при изготовлении такой волоки наиболее совершенным методом диффузионной сварки в месте соединения стального участка 3 и твердосплавного 2 возникают высокие напряжения, связанные с различными коэффициентами термического расширения материалов, что снижает эф- фективность применения упругопластичных участков. Наиболее совместимым с твердосплавными участками 2 является твердый сплав.

Упругопластичные участки выполняются с повышенным содержанием связующего материала в твердом сплаве, что позволяет получить в упругопластичных участках в 2 раза более низкий модуль упругости, в 5 раз более высокую предельную пластическую деформацию, в 4 раза более высокую работу разрущения и в 2 раза более высокую трещиностойкость. Напри.мер, твердосплавные участки 2 были изготовлены из сплава ВКб {6 мас.о/о Со, 94 мас.°/о WC), а упру- гопластичные участки из сплава ВКЗО (30 мас.о/о Со, 70 мас.% WC). Модуль упругости сплава ВК6 составляет 600 ГПа, а ВКЗО составляет 300 ГПа, т. е. в 2 раза ниже, предельная пластическая деформация при всестороннем сжатии соответственно составляет 1,1 и 5,2%, работа разрушения соответственно 24 и 98 Дж/см, трещиностойкость Kic. 8,2 и 19,5 МПаХм соответственно для сплава ВК6 и ВКЗО. Таким образом, для твердых спеченных сплавов указанные выше пределы соотношений модуля упругости, предельной пластической деформации, работы разрушения, трещино- стойкости определяются предельными свойствами спеченных твердых сплавов.

Для того, чтобы в месте соединения участков 2 и 3 не возникали дополнительные напряжения содержание связующего металла в участке 3 плавно увеличивается по нормали от поверхности сопряжения к периферии, при этом содержание связующего металла на поверхности сопряжения в 2-8 раз ниже, чем на посадочной поверхности. Переменное содержание связующего металла в участке 3 позволяет не только уст.- ранять термические напряжения на поверхности сопряжения, но и равномерно по всему объему участка 3 распределить напряжения и упругие деформации. Рост содержания связки в объеме участка 3 соответствует падению уровня напряжений, в результате чего достигается более равномерная деформация всего объема участка 3. Перепад связующего металла в 2-8 раз охватывает весь диапазон существующих

спеченных твердых сплавов, т.е. от 3 до 25 мас.% Со и позволяет его осуо ествить технологически. Этот интервал определяется предельными значениями структуры и состава существующих твердых сплавов.

Расположение участка 3 в объеме волоки выбирается исходя из усилий Р, возникающих в рабочем канале, и характера износа канала. При волочении сложных профилей, изображенных на фиг. 2, 3, участки 3 располагают в зонах с минимальным износом рабочего канала, блокируя зоны волоки, воспринимающие минимальные нагрузки, например выступы и т. п. В целом место расположения участков с повышенной пластичностью и их количество определяется на основании характера износа рабочего канала волоки и усилий, возникающих при работе устройства.

Пример. На первом этапе изготовили

до температуры 1350°С и выдерживали при этой температуре 5 мин. За 5 мин произощ- ло полное поглощение состава ВК70. В результате поглощения расплава ВК70 в волоке образовались упругопластичные зоны с повышенным содержанием связки. Эти зоны были расположены параллельно центральной оси волоки и в окружном направлении чередовались с участками волоки из твердого сплава ВКЮ.

Упругопластичные участки сопрягались по цилиндрической поверхности.

При выдержке 5 мин при температуре 1350°С было достигнуто проникновение расплава кобальта ВК70 на глубину 12 мм, в 15 результате чего цилиндрическая поверхность пересекла поверхность рабочего канала волоки. На поверхности рабочего канала образовались чередующиеся участки с повышенным содержанием кобальта. Пло10

твердосплавную волоку из спеченного твер- п Щадь упругопластичных участков на рабодого сплава ВКЮ, затем на наружную поверхность в местах, необходимых для создания более пластичных участков, нанесли смесь порошков кобальта и карбида вольфрама следующего состава: 70 мас.% Со,

чем канале составляла 5% от общей площади канала. Увеличив навеску смеси ВК70 до 18 г и выдержку до 6 мин, были получены волоки, у которых площадь упруго- пластичных участков составляла 10% от

З0.мас.°/о WC. Волоку поместили в печь и 25 общей площади рабочего канала. При на- нагрели выше температуры появления жидкой фазы в сплаве, например до 1350°С. При этой температуре нанесенная смесь кобальта (70 мас.%). и карбида вольфрама (30 мас.%) расплавлялась, образуя гомо- п - 40%. Модуль упругости упруговеске 24 г и выдержке 8 мин получили волоки, у которых площадь упругопластичных участков на рабочем канале составляла 25% и при навеске 30 г и выдержке

генный расплав, который погл ощался воло- кой. В результате поглощения расплава кобальта образовались участки 3 с переменным содержанием связующего металла и заданной конфигурацией.

пластичных участков в слрях, прилегающих к посадочной поверхности, был равер Е 280 ГПа, пластическая деформация при всестороннем сжатии была равна 5,0%, работа разрушения 80 Дж/см2, трещиностойВозможны и другие методы изготовле- 35 кость К 18,2 МПаХм . Для материала

ния участков 2 и 3 в волоке, в частности, путем раздельного изготовления участков 2 и 3, их сборки с последующей диффузионной сваркой. При этом возможно соединение твердосплавных участков 2 и участков 3, выполненных из стали, специальных сплавов, композиционных материалов и т.п.

Из сплава ВКЮ были изготовлены волоки для калибровки щестигранных профилей. Наружный диаметр волоки составлял 60 мм.

40

волоки - Е 600 ГПа, пластическая деформация 1,1% работа разрушения 24 Дж/Ом. Таким образом, был получен необходимый диапазон измерения в предложенной волоке. Испытания известных волок и опытных были проведены при калибровке проката из стали 45 на станках ИЗТМ с усилием 30 т в идентичных условиях. Об эффективности работы волок судили по количеству металла, прокалиброванному на каждой волоке.

высота 30 мм, минимальное расстояние меж- 45 Испытания проводили до момента выхода

до температуры 1350°С и выдерживали при этой температуре 5 мин. За 5 мин произощ- ло полное поглощение состава ВК70. В результате поглощения расплава ВК70 в волоке образовались упругопластичные зоны с повышенным содержанием связки. Эти зоны были расположены параллельно центральной оси волоки и в окружном направлении чередовались с участками волоки из твердого сплава ВКЮ.

Упругопластичные участки сопрягались по цилиндрической поверхности.

При выдержке 5 мин при температуре 1350°С было достигнуто проникновение расплава кобальта ВК70 на глубину 12 мм, в 5 результате чего цилиндрическая поверхность пересекла поверхность рабочего канала волоки. На поверхности рабочего канала образовались чередующиеся участки с повышенным содержанием кобальта. Пло0

Щадь упругопластичных участков на рабочем канале составляла 5% от общей площади канала. Увеличив навеску смеси ВК70 до 18 г и выдержку до 6 мин, были получены волоки, у которых площадь упруго- пластичных участков составляла 10% от

общей площади рабочего канала. При на- - 40%. Модуль упругости упругообщей площади рабочего канала. При на- - 40%. Модуль упругости упруговеске 24 г и выдержке 8 мин получили волоки, у которых площадь упругопластичных участков на рабочем канале составляла 25% и при навеске 30 г и выдержке

пластичных участков в слрях, прилегающих к посадочной поверхности, был равер Е 280 ГПа, пластическая деформация при всестороннем сжатии была равна 5,0%, работа разрушения 80 Дж/см2, трещиностойкость К 18,2 МПаХм . Для материала

35 кость К 18,2 МПаХм . Для материала

40

волоки - Е 600 ГПа, пластическая деформация 1,1% работа разрушения 24 Дж/Ом. Таким образом, был получен необходимый диапазон измерения в предложенной волоке. Испытания известных волок и опытных были проведены при калибровке проката из стали 45 на станках ИЗТМ с усилием 30 т в идентичных условиях. Об эффективности работы волок судили по количеству металла, прокалиброванному на каждой волоке.

45 Испытания проводили до момента выхода

Изобретение относится к волочильному производству, конкретно к волочильному инструменту для изготовления проволоки и прутков круглого и сложного .профилей. Цель изобретения - увеличение срока службы. Волочильный инструмент содержит обойму 1 и размещенную в ней волоку. Волока состоит из чередующихся в окружном направлении твердосплавных участков 2 я участков 3 из упругопластичного материала. Участки 3 сопряжены с участками 2 поверхностями второго порядка. Упругопластич- ный материал участков 3 выполнен в виде твердого сплава с переменным содержанием связующего металла, увеличивающимся по нормали от поверхности сопряжения участков к посадочной поверхности. 1 з. н. ф-лы, 7 ил. I (Л

ду двумя противоположными гранями рабочего канала волоки, имеющего форму правильного шестиугольника, равно 32 мм. Заготовка волоки удовлетворяла требованиям ГОСТ 5426-76-поз. 1980-0328. Эти заготовки волок были использованы как исходные для создания волоки, отличающейся тем, что она имеет шесть упругопластичных зон. Для их получения на наружную поверхность волоки в месте пересечения граней шестиугольного рабочего канала наносили смесь порошков кобальта и карбида вольфрама следующего состава: 70 мас.% Со , 30 мае. % WC (ВК70) в количестве 12 г, затем волоку нагревали в среде водорода

волоки из строя при разрушении или износе рабочего канала. Каждая испытуемая группа содержала по 15 волок.

Максимальная прочность устройства для волочения достигается при условии, что 50 площадь упругопластичных участков на рабочем канале волоки в 10 раз меньше площади твердосплавных участков. При этом стойкость предлагаемого устройства увеличивается в 1,5 раза по сравнению с известным.

55

Применение предлагаемого устройства для волочения в качестве твердосплавной оснастки для волочения калиброванного .металла позволит увеличить стойкость и работоспособность волок на .

Формула изобретения

li. Волочильный инструмеит, содержащий обокму и размещенную в ней по посадке во- выполненную из парных чередуюЛОК)

щих

ОТЛ1

ся участков из различных материалов, чающийся тем, что, с целью увеличения

cpoi-a службы, участки расположены с че- редс ванием в окружном направлении, при

1

фир.2

этом первые участки выполнены из твердого сплава, а вторые участки - из упругоплас- тичного материала и сопряжены с первыми по поверхности второго порядка.

cfius.6

(риг