Производство фасонных профилей высокой точности

Выдрин В.Н., Гросман А.Б., Павлов В.К, Нагорнов В.С.

Металлургия, 1977 г.

СТАЛЬНЫЕ ВОЛОКИ

В качестве материала для изготовления волок используют стали Х12М, Х12Ф1, ШХ15, ЭИ366 и др.

Изготовление стальных фасонных волок (механическая обработка и последующая доводка) не представляет значительных трудностей. Средняя трудоемкость изготовления стальной волоки составляет 10—16 нормо-ч. В случае изготовления волок особо сложной формы их обрабатывают на электроимпульсных и электроискровые станках. Износ электрода из графита ЭЭГ составляет 1—3%. В результате электроэрозионной обработки на поверхности образуется закаленный слой толщиной 0,1—0,2 мм на сторону, поэтому перед последующей доводкой необходимо термически обработать волоку. Общий припуск на доводку с учетом закаленного слоя составляет 0,3—0,4 мм на сторону.

На окончательную доводку перед закалкой оставляют припуск 0,05—0,1 мм, доводят волоки пастой на основе карбида бора.

Недостатки стальных волок—низкая износостойкость и большая склонность к налипанию, чем у твердого сплава. Для повышения износостойкости волок их упрочняют путем электролизного борирования, диффузионного хромирования, обработки дисульфидом молибдена и другими способами. Но и в этом случае стойкость стальных волок не удается повысить больше, чем на 30—50%. Один из путей повышения эксплуатационной стойкости волок — применение сборных конструкций. Использование сборных волок особенно эффективно при волочении фасонных профилей, так как позволяет восстанавливать или заменять быстро изнашивающиеся элементы.

Наиболее широко распространены волоки с одним разъемом, обеспечивающие большую жесткость конструкции. Кроме того, использование сборных волок позволяет полностью механизировать их изготовление. При этом возможно применение машинной обработки внутренних закруглений малых радиусов. Для изготовления ответственных элементов составных волок применяют твердосплавные вставки. Предварительную обработку вставок ведут на электроимпульсных станках; крепят вставки к стальному основанию при помощи высокотемпературного припоя. Перед пайкой посадочное место стальной основы и твердосплавную вставку шлифуют на плоскошлифовальном станке до получения требуемой плоскостности. После электроэрозионной обработки вкладыши доводят на оптическом профилешлифовальном станке 395М кругами из синтетических алмазов на керамической связке. Круги на металлической связке быстро засаливаются. Шлифование ведется с точностью ±0,03 мм, что сокращает до минимума ручную доводку. Разъемные волоки многократно перешлифовывают (до 5—8 раз), что значительно повышает их эксплуатационную стойкость. Трудоемкость перешлифовки на станке 395Μ составляет 10—15% от трудоемкости изготовления новой волоки. Особенно эффективно использование разъемных волок для черновых проходов.

КОНТРОЛЬ ВОЛОК

Качество (микроструктуру) спеченных твердосплавных заготовок проверяют на металлографическом микроскопе при стократном увеличении. Контролю подлежат степень пористости, включения свободного графита, характер распределения Co-фазы, присутствие и характер включения η-фазы, величина зерна WC-фазы; для контроля используют шлифы с площадью 2—2,5 см². Поверхность шлифа не должна иметь рисок и царапин, поры и включения графита должны быть отчетливо видны. Для предварительного шлифования применяют круги K360M3, дальнейшее шлифование осуществляют на чугунных дисках карбидом бора зернистостью 80—90 мкм и алмазной пудрой. После каждого вида шлифовки образец тщательно промывают бензином или водой и протирают. Окончательно полируют шлифы алмазной пудрой с зерном размером 1—2 мкм. Трудоемкость изготовления шлифов указанным способом составляет 10—15 нормо-ч.

Применение анодно-механической обработки позволяет снизить трудоемкость до 3—5 нормо-ч. Грубое шлифование ведут токопроводящими абразивными кругами с подачей в зону обработки электролита (1%-ный водный раствор буры). Сила тока 3—б А, напряжение 6—S В. Для окончательной доводки используют бруски полистирола. В результате обработки получается шлиф с зеркальной поверхностью (R 0,04—0,08 мкм).

Износостойкость и прочность твердого сплава зависят от качества спекания, которое характеризуется плотностью. Плотность спеченных изделий определяют гидростатическим методом — взвешиванием на аналитических весах на воздухе и в дистиллированной воде. Недостаточную плотность можно исправить повторным спеканием.

Фазовый состав твердого сплава контролируют путем определения коэрцитивной силы — например на полуавтоматическом приборе ИКС. Прибор допускает измерение в пределах 3—300 Э с точностью ±1,5%. Коэрцитивную силу измеряют на образцах массой не более 200 г.

В качестве образцов используют контрольный эталон 20x20X10 мм, отпрессованный из того же материала, что и волоки, и спеченный вместе с ними. Из этого же образца изготавливают шлиф. Коэрцитивная сила для образца из сплава ВКЗМ составляет 230—280, из сплава ВК6 130—150, ВК8 125—145, ВК8В SO—70, BK20 75—105 S. Если при контроле сплава коэрцитивная сила оказывав ется больше указанной, это означает, что температура спекания занижена и необходимо провести повторное спекание. В том случае, когда коэрцитивная сила ниже указанной температура спекания была завышена. Этот дефект неисправим и при эксплуатации волока будет обладать пониженной стойкостью.

Твердость твердого сплава определяется по Роквеллу (шкала А) алмазной пирамидкой с радиусом при вершине 0,2 мм.

Известно, что размеры протянутого прутка не совпадают с размерами волоки. Отклонение размеров зависит от протягиваемого материала, величины обжатия и величины наклона образующих рабочего конуса. Углы рабочего конуса фасонных волок могут колебаться в пределах 3—2\°. Отклонение размера готового прутка в указанном диапазоне углов колеблется от ±0,06 до ±0,02 мм [67]. В отдельных случаях изменение размеров после волочения может перекрывать допуск на готовый профиль. Это следует учитывать атри изготовлении волок.

После окончательной доводки волоки перед затяжкой контрольного прутка ее размеры должны быть на 0,05—0,1 мм меньше размеров готового профиля. Для контроля размеров волоки используют проектор БП. Волоку в зависимости от размера профиля вычерчивают с увеличением в 10, 20 или 50 раз.

Окончательно проверяют размеры волоки по профилю. От прутка строго перпендикулярно оси отрезают образец толщиной 5—7 мм. Грани его должны быть строго параллельны, острые кромки не закруглены. Образец проверяют на проекторе. После проверки образца волоку окончательно доводят по калибрующему пояску.

Кроме того, для измерения волок используются специальные конусные калибры, изготовленные из листовой пружинной стали 60С2ВА толщиной 2 мм. Конусность составляет 0,01 мм на 1 мм длины калибра. Калибр закаливают до твердости HRC 53—60 и шлифуют на конус. Для контроля волок также используют фасонные пробки калибры, изготовленные по нижнему пределу размеров готового профиля. Толщина пробки 5—6 мм, материал— закаленная углеродистая сталь.

Углы рабочего конуса волоки контролируют при помощи слепков из сплава Вуда, серы, гипса или специального цемента. Углы слепка измеряют угломером (с точностью ±30°)· В последнее время для комплексного контроля канала волоки используют пластмассы [69]. После заполнения канала пластмассу подвергают старению при температуре 150°С. Такие слепки выдерживают шести-, семикратные упругие растяжения, что позволяет извлекать их из канала волоки целиком, без разрушения. При измерениях следует обращать особое внимание на возможность ошибок, вызванных деформацией слепка.

Шероховатость поверхности волоки определяют сравнением с эталоном или методом блеска. Луч света направляют со стороны выходной распушки на рабочий конус, отраженный луч проходит через микроскоп и попадает на фотодиод. В зависимости от отражательной способности волоки ток фотодиода имеет определенную величину, что позволяет судить о шероховатости канала волоки.