г. Москва, Варшавское шоссе, д. 56 стр.2 +7 (499) 613 1166   +7 (499) 613 1555

Твердосплавный буровой инструмент, буровое оборудование,
буровые коронки, буровые штанги, штыревые коронки

Бесстружковая обработка металлов

Применение твердосплавного бурового инструмента при этом виде обработки имеет не меньшее значение, чем при резании, так как повышается в десятки раз стойкость инструмента. Основные виды бесстружковой обработки: волочение; штамповка, которая делится на резку, вырубку, вытяжку и объемную штамповку.

Механизм износа твердых сплавов при бесстружковой обработке до настоящего времени изучен недостаточно и поэтому сплавы во многих случаях подбираются эмпирически, с учетом их свойств. Основные факторы, определяющие работоспособность твердого сплава в инструменте, можно разделить на три основные группы: 1) свойства твердого сплава; 2) конструкция инструмента; 3) условия эксплуатации.

В процессе эксплуатации твердосплавный инструмент выходит из строя: в результате скола; образования радиальных трещин и отслаивания вставки из твердого сплава, в направлении перпендикулярном оси вставки, из-за слабого “натяга”, наличия сетки микротрещин из-за термоудара, или механической нагрузки. Отсюда сплавы должны иметь повышенное сопротивление износу, разрушению при динамических и тепловых нагрузках, обладать определенными пластическими свойствами.

Волочение
При получении проволоки с помощью волочения, стальные волоки почти полностью вытеснены твердосплавными или алмазными ввиду их преимуществ: более высокой стойкости без изменения диаметра; большей скорости волочения; более гладкой поверхности проволоки, придающей товарный вид. При диаметре проволоки < 0,4 мм применяют “алмазные волоки”, стойкость которых в 10-20 раз выше твердосплавных, но они очень дорогие. Для труб большого диаметра применяют стальные волоки, так как изготовление твердосплавных связано с большими трудностями.
Подготовка волоки к работе очень трудоемкая операция, включающая: шлифовку; притирку; полировку; доводку. Чаще волоки изготавливают из сплавов WC-Co с малым содержанием кобальта: ВК4, ВК6, ВК8 и др. (в зависимости от условия эксплуатации). Из-за возможности налипания обрабатываемого материала применяют малокобальтовые сплавы, хотя возможен отрыв отдельных частиц сплава с рабочей поверхности волоки под влиянием движущегося обрабатываемого материала из-за повышенной хрупкости и недостаточной прочности твердого сплава при малом содержании кобальта. Иногда применяют и сплавы WC-TiC-Co (Т30К4) - для горячего волочения молибденовой и вольфрамовой проволоки (температура более 700 °С). На стойкость волоки помимо состава и структуры сплавов влияют конструкция, тщательность полировки и доводки “очка” волоки, правильного выбора смазки при волочении.

Штамповка
Удельный вес операций штамповки в общем объеме обработки металлов давлением постоянно увеличивается благодаря высокой производительности и практически безотходности такой технологии. Однако положительный эффект в этих операциях достигается лишь при достаточной стойкости инструмента, которая во многих случаях обеспечивается применением твердого сплава. Вырубные штампы из твердых сплавов за рубежом стали применять в 1948 г., а в России - только в начале 60-х годов. Испытываемые рабочими частями штампов ударные нагрузки требуют применения для их оснащения относительно прочных марок твердых сплавов, т.е. главным образом сплавы группы WC-Co с содержанием кобальта 11...25 % (в некоторых случаях можно и с меньшим > содержанием кобальта).
Преимуществом сплавов WC-Co перед WC-TiC-Co помимо прочности связано и с тем, что при штамповке в холодную не возникают высокие температуры, а следовательно отсутсвует диффузионное взаимодействие.
Так как стоимость твердосплавных штампов существенно дороже стальных, то применение их экономически выгодно только при массовом изготовлении или при выпуске крупных партий деталей с помощью штампов. Например, вырубка деталей статора и ротора электродвигателей или сердечников трансформаторов.
Наблюдения в ходе испытаний показали, что износ твердых сплавов протекает путем не только истирания, но и мелкого выкрашивания режущих лезвий с предварительным образованием сетки усталостных микротрещин на матрице и пуансоне. Такой износ наступает вследствие ударного характера приложения нагрузки. Отмечено, что материал пуансона должен быть более прочный, так как испытывает большие напряжения в работе, чем матрица (так, ВК20 - пуансон, ВК15 - матрица). Раньше в основном применяли среднезернистый сплав ВК20, но в последние годы в ГУП ВНИИТС разработаны специальные штамповые марки твердых сплавов с индексом К, КС, С.

Объемная штамповка
Штампы для объемной штамповки работают в наиболее тяжелых условиях. Если при вырубке, напряжения развиваются только на узкой полоске вдоль режущих кромок, то при объемной штамповке зона напряжения занимает значительное пространство, в связи с чем в данном случае для оснащения штампов требуются наиболее прочные твердые сплавы. В этом направлении ведутся широкие работы у нас и за рубежом, но на сегодня нельзя сказать, что успешно можно применять твердые сплавы на всех видах объемной штамповки, особенно горячей.
Наибольшие успехи получены при холодной высадке болтов и гаек. Опыт применения твердых сплавов на ряде предприятий на операциях холодной высадки болтов показывает, что с увеличением диаметра штампуемой детали работоспособность твердосплавных матриц резко снижается, так как возрастает усилие высадки, меняется характер выхода из строя инструмента: от износа (мелкие детали) до микро- и макровыкрашиваний и разрушений (детали большого диаметра).
Сопоставления прочностных и пластических свойств твердых сплавов с их работоспособностью позволяет выбрать критерии, по которым можно предварительно оценить работоспособность сплава на операциях высадки и штамповки.
Такие исследования были проведены и показано, что предел усталости при ударном изгибе с увеличением содержания кобальта и величины зерна WC-фазы снижается, в то время как работоспособность штампа при динамическом нагружении возрастает. Увеличение пластической деформации оказывает ббльшее влияние на сопротивление разрушению, чем уменьшение прочности, благодаря чему высокопластичные сплавы за счет большего размера зерна WC-фазы даже с пониженной прочностью обладают при динамическом нагружении преимуществом перед малопластичными с намного более высокой прочностью при изгибе и сжатии.

Причина повышенного сопротивления разрушению и вследствие этого высокой работоспособности при ударном нагружении сплава с весьма крупным зерном фазы WC заключается, в основном, в повышенной способности его к пластической деформации. Необходимо отметить, что большое значение при холодной высадке (объемной штамповке) имеет предварительное напряжение, создаваемое в матрице из твердого сплава путем запрессовки ее в стальную обойму с определенным “натягом”. В зависимости от величины “натяга” (1,2... 1,5 %) может быть получена различная стойкость инструмента.

Существенно удалось повысить стойкость твердосплавных штампов (в 2-3 раза) при применении марки сплава серии К. Так, для холодной высадки болтов М12-М20 стойкость в 15-20 раз выше, чем стального инструмента, при изготовлении штампа из сплава ВК20-К, благодаря его высокой величине деформации до разрушения и большой величины работы пластического “формоизложения”. Для высадки этих болтов рекомендуют матрицу делать из сплава ВК20-К (верх); пуансон из ВК15 (низ); обойму из ЗОХГСА, твердостью 38...42, “натяг” 1,2... 1,3 %. Сплавы ВК15 и ВК20 имеют недостаточную пластичность, отсюда скалывание, образование радиальных трещин и отслаивание.

Достаточно остро в настоящее время стоит вопрос с буровым инструментом для горячего выдавливания и горячей штамповки, которые находят все более широкое применение в металлообработке, в связи с чем, повышение стойкости штампов путем применения твердых сплавов заслуживает внимания. Но поведение твердых сплавов в процессе эксплуатации пока мало изучено; можно отметить некоторые положительные моменты по применению особокрупнозернистых марок твердых сплавов серии К и КС с содержанием кобальта 15...20%. Дополнительную опасность при применении твердых сплавов вызывает термоудар, которому твердый сплав очень плохо сопротивляется. Наилучшие результаты при прокатке стали в горячую показал твердый сплав WC-Ni-Co-Cr3C2. На некоторых операциях горячей обработки металлов давлением рекомендуется сплав ВК25К, легированный карбидом хрома.


← назад     Все статьи о бурении и буровом оборудовании     далее →

Буровой
инструмент
Камнеобрабатывающий
инструмент
Буровые
штанги
Номенклатура
оборудования