Волочильный инструмент

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК А 1 232 9) (11) В 14 В 21 С 3 Я ериалов крытный в,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ ОПИСАНИЕ ИЗОБ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) ВОЛОЧИЛЪНЪИ ИНСТРУМЕНТ (57) 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 и участков 3 из упругопластичного материала. Участки 3 сопряжены с участками 2 поверхностями второго порядка. Упругопластичный материал участков 3 выполнен в виде твердого сплава с переменным содержанием связующего металла, увеличивающимся по нормали от поверхности сопряжения участ- д ков к посадочной поверхности. 1 з. п. ф-лы, 7Изобретение относится к волочильномупроизводству, а именно к волочильному инструменту для изготовления проволоки ипрутков круглого и сложного профилей.Цель изобретения - увеличение срока5службы.На фиг. 1, 2, 3 изображен волочильныйинструмент для производства различныхпрофилей; на фиг, 4 - волока, продольныйразрез; на фиг. 5 - волоки, поверхностисопряжения которых являются соответственно цилиндрическая, параболическая иконусоидальная (разрез А-А на фиг. 4); на, фиг. 6, 7 - этапы изготовления волоки.Волочильный инструмент содержит стальную обойму 1 и размещенную в ней по по садке волоку, которая состоит из чередующихся в окружном направлении твердосплавных участков 2 и участков 3 из упругопластичного материала.В статическом состоянии стальная обой, ма обжимаетволоку, создавая в ней равно.мерные напряжения сжатия. В процессеработы обжимаемый материал создает усилие Р.В результате действия этих усилий в волоке возникают нормальные и касательные 25напряжения, В связи с тем, что участки 2разделены участками 3 и материал участка 2имеет в 1,1 - 2 раза более высокий модульупругости и в 2 - 5 раз меньшую пластичность по сравнению с участками 3, то поддействием усилия Р происходит неодинаковая деформация участков 2 и 3, в частностиматериал участка 3 деформируется большематериала участка 2, в результате чего усилие от материала участка 2 передается наупругопластичный участок 3. За счет большей деформации участка 3 и разделенияучастка 2 упругопластичным участком 3создаются более высокие упругие свойстваволоки в целом, что позволяет снизить уровень наиболее опасных касательных напряжений в рабочем канале волоки. 40Высокая степень упругой деформацииучастка 3 приводит к дискретному поглощению энергии деформации волоки именнов заранее созданных участках,Участки 3, расширяющиеся к посадочнойповерхности 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 50высокой износостойкости рабочего каналаплощадь участков 3 на поверхности каналаминимальная и составляет менее 10/О отвсей его площади, Расширение участков 3обеспечивается поверхностью их сопряжения с участками 2. Такими эквивалентнымиповерхностями сопряжения являются цилиндрическая, параболическая, конусоидаль ная, т. е. любая поверхность 2-го порядка. 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 эффективность применения упругопластичных участков. Наиболее совместимым с твердо- сплавными 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 разрушения и в 2 раза более высокую трещиностойкость, Например, твердосплавные участки 2 были изготовлены из сплава ВК 6 16 мас./О Со, 94 мас,/о ЧС), а упругопластичные участки из сплава ВКЗО (30 мас.о/О Со, 70 мас./О ФС). Модуль упругости сплава ВК 6 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/о, работа разрушения соответственно 24 и 98 Дж/см, трещиностойкость К 8,2 и 19,5 МПаХмф соответственно для сплава ВК 6 и ВКЗО. Таким образом, для твердых спеченных сплавов указанные выше пределы соотношений модуля упругости, предельной пластической деформации, работы разрушения, трещиностойкости 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 существующих1423212 50 55 3спеченных твердых сплавов, т.е. от 3 до 25 мас.о/О Со и позволяет его осуществить 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, З,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 твердосплавную волоку из спеченного твердого сплава ВК 10, затем на наружную поверхность в местах, необходимых для создания более пластичных участков, нанесли смесь порошков кобальта и карбида вольфрама следующего состава: 70 мас./о Со, ЗО мас./о ЮС. Волоку поместили в печь и нагрели выше температуры появления жидкой фазы в сплаве, например до 1350 С. При этой температуре нанесенная смесь кобальта (70 мас.о/О). и карбида вольфрама (30 мас./о) расплавлялась, образуя гомо- генный расплав, который поглощался волокой. В результате поглощения расплава кобальта образовались участки 3 с переменным содержанием связующего металла и заданной конфигурацией.Возможны и другие методы изготовления 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 ВК 10 были изготовлены волоки для калибровки шестигранных профилей. Наружный диаметр волоки составлял 60 мм, высота 30 мм, минимальное расстояние между 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.о/О Со, ЗО мас. О/О %С 1 ВК 70) в количестве 12 г, затем волоку нагревали в среде водорода 5 10 15 20 25 30 35 40 45 до температуры 1350 С и выдерживали при этой температуре 5 мин. За 5 мин произошло полное поглощение состава ВК 70. В результате поглощения расплава ВК 70 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 ВК 10.Упругопластичные участки сопрягались по цилиндрической поверхности.При выдержке 5 мин при температуре 1350 С было достигнуто проникновение расплава кобальта ВК 70 на глубину 12 мм, в результате чего цилиндрическая поверхность пересекла поверхность рабочего канала волоки. На поверхности рабочего канала образовались чередующиеся участки с повышенным содержанием кобальта. Площадь упругопластичных участков на рабочем канале составляла 5 О/О от общей площади канала. Увеличив навеску смеси ВК 70 до 18 г и выдержку до 6 мин, были получены волоки, у которых площадь упруго- пластичных участков составляла 10 О/О от общей площади рабочего канала. При навеске 24 г и выдержке 8 мин получили волоки, у которых площадь упругопластичных участков на рабочем канале составляла 25/о и при навеске 30 г и выдержке 10 мин - 40 О/о. Модуль упругости упруго- пластичных участков в слоях, прилегающих к посадочной поверхности, был равер Е= =280 ГПа, пластическая деформация при всестороннем сжатии была равна 5,0 О/О, работа разрушения 80 Дж/см, трещиностойкость К=18,2 МПа Хмок . Для материала волоки - Е=600 ГПа, пластическая деформация 1,1 О/о 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. Испытания проводили до момента выхода волоки из строя при разрушении или износе рабочего канала. Каждая испытуемая группа содержала по 15 волок.Максимальная прочность устройствадля волочения достигается при условии, что 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,Применение предлагаемого устройства для волочения в качестве твердосплавной оснастки для волочения калиброванного ме 1423212талла позволит увеличить стойкость и работоспособность волок на 50%. Формула изобретения1,. Волочильный инструмент, содержащий 5 обому и размещенную в ней по посадке волок 1, выполненную из парных чередующихся участков из различных материалов, отл чающийся тем, что, с целью увеличения сро а службы, участки расположены с черед ванием в окружном направлении, при этом первые участки выполнены из твердого сплава, а вторые участки - из упругопластичного материала и сопряжены с первыми по поверхности второго порядка.2. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что упругопластичный материал участков выполнен в виде твердого сплава с переменным содержанием связующего металла, увеличивающимся по нормали от поверхности сопряжения участков к посадочной поверхности,1423212 оООоо РооРсто деламая н , г. У Редактор В. КовтунЗаказ 4468/1ВНИИПИ Государств3035,Производственно-пол Составитель Н .Техред И. ВересТираж 709енного комитета СССР поМосква, Ж - 35, Раушскиграфическое предприятие мнягннаКорректор И. МускаПодписноеизобретений и открытийаб., д. 4/5жгород, ул. Проектная, 4