Предотвращение разрушения твердосплавных вставок волок в производстве полос из нихрома и ферронихрома

Размещено на http://www.allbest.ru/

Предотвращение разрушения твердосплавных вставок волок в производстве полос из нихрома и ферронихрома

(УДК 621. 365.4: 669.245)

Авторы статьи:

А.И. Снигирев

Л.М. Железняк

М.Н. Караваев

Практически вся библиография, касающаяся волочильного производства, например, содержит развернутую информацию о форме, размерах и углах волочильного канала (рабочей и калибрующей зон, более кратко представлены сведения о смазочной и входной зонах), однако крайне бедны данные о выходной зоне.

В частности, упомянуто, что она предназначена для предохранения от сколов выходной кромки калибрующего пояска и предупреждения травмирования поверхности протягиваемого металла об упомянутую кромку при нестабильности процесса: вибрации переднего конца, несоосности канала, заготовки и изделия, динамических рывках в момент пуска стана или обрывах переднего конца и др.

Исключением является источник, в котором форма выходной зоны рассмотрена более подробно:

- во-первых, отмечено, что «обратный конус» (это название выходной зоны) имеет важное значение при производстве проволоки на машинах многократного волочения со скольжением (авторами данной публикации этот вид волочения не рассматривается);

- во-вторых, указано, что форма выходной зоны может быть конической, полушаровой или комбинированной, что также не столь важно с учетом тематики настоящей статьи;

- в-третьих, (и это является в нашей конкретной ситуации весьма важным) сообщается, что «выходная зона смещает зону деформации ближе к середине высоты волоки».

Переходя к общепринятой терминологии, этот тезис следует сформулировать в таком виде: выходная зона смещает очаг деформации ближе к середине длины волочильного канала.

Считается, что угол наклона образующей выходной зоны к оси канала должен составлять 30-45°, т. е., её полный угол равен 60-90°. О длине выходной зоны в известных источниках практически ничего не сказано. Вместе с тем её длина становится немаловажным компонентом мер, направленных на повышение стойкости твердосплавных вставок волок в производстве полос из трудно деформируемых сплавов, прочностные характеристики которых резко возрастают вследствие холодного упрочнения, именно к таким сплавам относятся нихромы и ферронихромы. Кроме того, экономически обоснованное стремление к сокращению маршрутов волочения путем повышения частных (разовых) коэффициентов вытяжки дополнительно увеличивает нагрузку на инструмент.

При попытке промышленной эксплуатации твердосплавных волок с традиционными формой и размерами зон канала, давно и успешно используемых при волочении полосовых профилей (шин и коллекторных полос) из меди и низколегированных медных электротехнических сплавов, они показали крайне нестабильную и в целом неудовлетворительную стойкость против разрушения в рассматриваемой ситуации, особенно при волочении нихромовых полос повышенной ширины (~40 мм.), а именно:

- в лучшем случае в волоку удавалось протягивать 100-200 кг. полос с чистовым сечением 4 x 40 мм., т. е., 2-4 бунта при массе около 50 кг. каждый;

- в худшем случае (например, при максимальном фактическом отклонении толщины горячекатаной заготовки, равном + 0,5 мм.) волоку выводили из эксплуатации вследствие разрушения твердосплавной вставки после протяжки первого же бунта;

- излому нередко подвергалась также стальная обойма волоки.

Задачу многократного повышения стойкости вставок путем более благоприятного, снижающего вероятность разрушения направления нормальных к поверхности канала сил, решили тем, что отношение длины выходной зоны к полной длине волочильного канала установили в интервале 0,24-0,32.

Векторы сил Q и F, нормальные к поверхности канала в его рабочей зоне и действующие при волочении на твердосплавную вставку 2 традиционного исполнения и стальную обойму 3. Распорные силы Q (рассматриваемые в качестве решающих в данной ситуации, т. к., очевидно, что они существенно превышают силы F) имеют весьма неблагоприятное направление по сравнению с направлением действия этих сил в усовершенствованной вставке 2.

В известной вставке сила Q направлена в конечном итоге на заднюю, опирающуюся на дно обоймы 3 поверхность 4 вставки 2, а поскольку в этом месте суммарное сечение вставки и обоймы снижено, то это сечение в принципе не может оказать надлежащего противодействия силе Q, и, как следствие, излом вставки, с учетом отмеченных выше производственных условий, становится неизбежным, что и подтверждается на практике.

В усовершенствованной вставке точки приложения сил Q существенно смещены в направлении входа в канал, и этим силам противодействует суммарное сечение вставки 2 и обоймы 3, значительно укрупненное по сравнению с сечением, как за счёт увеличенной в этом месте толщины вставки, так и вследствие повышенного сечения обоймы. Кроме того, в этом случае боковая поверхность 5 вставки взаимодействует не непосредственно с обоймой, а через слой латунного припоя 6 (предназначенного, как известно, для надежного закрепления в обойме вставки путем фиксирования последней расплавленной латунью), это дополнительно компенсирует негативное действие высоких распорных сил. В качестве подтверждения потенциальной опасности разрушения вставки далее приведен расчет распорного напряжения, порождаемого силой Q и действующего на большую грань рабочей зоны канала на примере волочения полосы из нихрома Х20Н80-Н. Согласно формуле верхней оценки среднее нормальное напряжение, воздействующее на поверхность большей грани рабочей зоны канала при плоском деформированном состоянии (т. е., для случая волочения полосы):

у_{н ср} / 1,15 у_s = 1 + 0,25 l_од / h_ср

Где:

у_s - среднее по очагу сопротивление холодной деформации сплава;

у_s = (400 + 1200) / 2 = 800 МПа;

l_од - длина очага деформации;

h_ср - средняя его высота.

Для первого прохода волочения при деформации с толщины исходной заготовки 6 мм. до толщины промежуточной заготовки 5 мм., т. е., для принятого на производстве абсолютного обжатия ?h = 1 мм., и при минимальном полу угле рабочей зоны б = 3°, эти параметры будут равны:

l_од = (?h / 2) / tg3° = 9,54

Тут: h_ср = (6 + 5) / 2 = 5,5 мм., тогда у_{н ср} = 1319 МПа.

Полученное значение у_{н ср} = 1319 МПа, приближается к допускаемому напряжению на изгиб твердого сплава марки ВК8, равному 1666МПа, и это обстоятельство является неоспоримым доказательством объективной причины изломов вставок, особенно с учетом отмеченных выше условий производства, к которых следует дополнительно присовокупить интенсивный износ канала вследствие высокой адгезионной способности нихрома по отношению к материалу вставки.

Ниже приведено обоснование рекомендованного интервала отношения длины выходной зоны к длине волочильного канала, равного 0,24-0,32.

При нижнем пределе этого интервала и принятой в волочильном производстве полной длине канала l_У = 25 мм. минимальная длина выходной зоны l^min_вз = 0,24 х 25 = 6 мм., следовательно, соответственный полосе круг, после корректировки слишком низкого по отношения:

l_вз / d_к = 0,05

l_вз / d_к = 0,2

Для оценки уровня напряжений, развивающихся в теле твердосплавной вставки, выполнили расчет полей напряжений по методике, изложенной в. Сравнение картин полей напряжений (здесь не приводятся), возникающих от действующих на вставку распорных сил, показывает явные преимущества усовершенствованного канала, а именно: существенно уменьшены площади зон действия опасных напряжений в теле вставки по сравнению аналогичными зонами в теле вставки традиционного исполнения.

При выполнении канала с удлинённой согласно выходной зоной достигнуто более благоприятное распределение полей напряжений в теле вставки под действием приложенных к стенкам канала распорных сил, а именно: сглажено кумулятивное действие напряжений в ослабленных местах вставки, снижена интенсивность напряжений, в зоне действия максимальных напряжений им противостоят более крупное сечение вставки, а также более массивная часть стальной обоймы.

В качестве примера конкретной реализации рассматриваемого технического решения далее описано его использование в кратко изложенном технологическом процессе получения полосы из нихрома Х20Н80-Н или ферронихрома Х15Н60 с размерами сечения 3x30 мм. в соответствии с требованиями.

Конический слиток диаметром 85/120 и высотой 650 мм. наполнительного литья после нагрева в газовой камерной печи прокатывают на мелкосортном стане 300 на заготовку с предположительным сечением 5 x 33 мм. со смоткой её в бунт.

После щелочно-кислотного травления, завальцовки переднего конца и нанесения подсмазочного покрытия заготовку протягивают на однократном барабанном волочильном стане ВСГ 1/650 за четыре прохода на готовую полосу 3 x 30 мм., применяя смягчающие промежуточные отжиги в шахтной электропечи и последующие травления после каждого прохода.

В первых двух проходах в качестве обязательного условия используют твердосплавную волоку (марка сплава ВК 8) с каналом, у которого выходная зона выполнена удлинённой согласно. Конкретно: l_вз для первого, наиболее нагруженного прохода составляет 7,5-8,0 мм.

Отношение её длины к полной длине канала (7,5 - 8,0) / 25 = 0,30 - 0,32.

Для второго прохода маршрута принята l_вз = 6,5 - 7,0 мм., следовательно, то же отношение (6,5 - 7,0) / 25 = 0,26 - 0,28. В третьем и четвертом проходах влияние повышенной (вследствие плюсового допуска) толщины исходной заготовки практически неощутимо, поэтому это отношение назначают ближе к нижнему пределу интервала, т. е., принимают его равным 0,26-0,24, и тогда l_вз = 6,0 - 6,5 мм.

Такие же значения указанного отношения выдерживают и при волочении нихромовых и ферронихромовых полос других размеров, общее число выпускаемых промышленными партиями полос составляет 15 позиций.

Следует остановиться на одной характерной особенности, обусловленной спецификой конкретного волочильного передела. В условиях рассматриваемого производства при волочении полос предусмотрено намеренное отклонение от оси канала направления силы волочения в нижнюю сторону - с целью уменьшения диаметра протянутого бунта заготовки до величины, определяемой габаритом рабочего пространства шахтной электропечи. Вследствие высоких прочностных и упругих характеристик сплавов бунт после волочения проявляет, как правило, пружинные свойства, произвольно развёртываясь и увеличивая свой диаметр, если не принять меры для компенсации этого явления.

Такой мерой является использование волочильной машины со сниженным диаметром барабана, в частности, вместо положенного для волочения нихромовых и ферронихромовых полос стана ВСГ 1/1000 используют стан ВСГ 1/650, это ограничивает диаметр бунта в развёрнутом виде значением около 1000 мм., и такой бунт без проблемно отжигают в шахтной электропечи.

Однако эта мера - отклонение вниз направления силы волочения - приводит к дополнительному нагружению нижней части волочильной вставки, усугубляя её склонность к разрушению в виде излома. Тем не менее, эту склонность практически полностью удалось исключить благодаря использованию волочильного канала с указанными параметрами.

Что касается эксплуатационной стойкости усовершенствованной твёрдосплавной волоки, то при её использовании для производства самого массового из полосовых нихромовых профилей сечением 3 х 30 мм., стойкость составляет 4,5-5 т. протянутого металла.

Разрушение твердосплавных вставок в виде изломов при волочении полос всех без исключения размеров при использовании инструмента с указанными параметрами волочильного канала прекратилось полностью, волоки, как правило, выходят из строя вследствие износа канала по причине налипания металла, что недопустимо ухудшает качество поверхности полос и снижает требуемую точность размеров готовых профилей.

Вместе с тем волоку с явными признаками износа, т. е., с налипами на поверхности деформационной и калибрующей зон волочильного канала, подвергают восстановлению (реставрации) путем снятия налипов и одновременной обработки канала с использованием прецизионного станка электроэрозионного вырезания (термин стандартизован) модели AGIECUT CLASSIC 2S (Швейцария), который вполне надежно и с необходимой точностью обеспечивает получение требуемых параметров канала.

Библиографический список

1. Ерманок М.З., Ватрушин Л.С. Волочение цветных металлов и сплавов. Изд. 2-е. М.: Металлургия, 1988. 288 с.

2. Хаяк Г.С. Инструмент для волочения проволоки. М.: Металлургия, 1974. 128 с.

3. Брабец В.И. Проволока из тяжелых цветных металлов и сплавов. Справочник. М.: Металлургия, 1984. 296 с.

4. Ландихов А.Д. Производство труб, прутков и профилей из цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1971. 448 с.

5. Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения. Изд. 2-е М.: Металлургия, 1971. 488 с. промышленный твердосплавный волокно

6. Патент РФ №2400320 Твёрдосплавная волока для волочения изделий из трудно деформируемых сплавов / Авт. А.И. Снигирёв, Н.А. Снигирёв, Л.М. Железняк. Опубл. 27.09.2010. Бюл. №27.

7. Ильюшин А.А. Прикладная математика и механика. Т.19, вып.6, 1955.

8. ГОСТ 3882-74. Сплавы твердые спеченные. Марки. М.: Издательство стандартов, 1986. 18 с. УДК 669.18.25:006.354. Группа В56.

9. ГОСТ 12766.2-96. Лента из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением. ОКП 123500, 123600. Группа В34.

Размещено на Allbest.ru