Твердосплавные изнашиваемые детали

13.09.2019

Высокая твердость и износоустойчивость металлокерамических твердых сплавов открыли вскоре после их появления многочисленные области их применения не только в качестве режущих материалов. Кроме применения при волочении проволоки и прутков, при вращательном и ударном бурении в горном деле я при изготовлении сердечников снарядов существует весьма широкая возможность применения твердых сплавов высокой износоустойчивости в машиностроении и приборостроении, в производстве листового металла ;и проволоки, в химической и текстильной промышленности, в горном деле, в кирпичной промышленности, в керамике, в порошковой металлургии и во многих других областях.

В табл. 152, ни в какой мере не претендующей на полноту (случаи применения твердых сплавов в качестве износостойких неуклонно множатся), перечислены некоторые важнейшие области применения и приведены соответствующие примеры.

Из существующих марок твердых сплавов для изготовления деталей, подверженных износу, и для облицовки подвергаемых износу инструментов и машинных частей применяют в первую очередь сплавы WC-Co с разным содержанием кобальта, в некоторых случаях с незначительными добавками карбида тантала, карбида титана, карбида ниобия, карбида ванадия и др. Для деталей, работающих на износ без ударной нагрузки, достаточно 6—9% Co; в этих случаях пригодны даже еще менее вязкие безвольфрамовые твердые сплавы. Для обработки металлов давлением с небольшой ударной нагрузкой применяют вольфрамовые твердые сплавы с 9—12% Co; при значительной ударной нагрузке — твердые сплавы, содержащие 15—20% Co, а для особо трудных условий работы 25%, Co и больше. С увеличением содержания кобальта понижается твердость, а в известной мере и износоустойчивость.

Следовательно, в тех случаях, когда имеются ударные нагрузки, необходимо выбирать такие сорта твердых сплавов, которые при оптимальной твердости, т. е. при наилучшем сопротивлении износу, все же достаточно вязки, чтобы выдерживать ударную нагрузку без повреждения или разрушения.

Ниже дается более детальный разбор приведенных в табл. 152 примеров с указанием соответствующей литературы.


Кроме уже описанных волок и волочильных очков, твердые сплавы находят все возрастающее применение и в других областях, связанных с производством и обработкой проволоки. При ковке спеченных брусков и катанки из вольфрама, молибдена и других металлов в ротационных ковочных машинах с применением ковочных плашек из твердого сплава выдающаяся твердость этих сплавов в горячем состоянии оказывается как весьма положительный фактор, так как температуры ковки составляют в данном случае 1000—1600°. При этих температурах обычная высоколегированная сталь изнашивается уже весьма сильно. У молотов крупных размеров из твердого сплава изготовляют только вставки определенной формы, напаиваемые на плашки посредством твердого припоя. Малые плашки изготовляют целиком из твердого сплава. Ударный характер нагрузки требует применения вязких сортов твердого сплава с 15, 20 или 25% Co. В еще большей мере это относится к инструментам для холодной прокатки проволоки, игл и профилей. Срок службы твердосплавных плашек превышает срок службы плашек из лучшей инструментальной стали в 30—60 раз. Большим преимуществом, твердосплавных ковочных инструментов является экономия средств на переточках.

Все большее значение приобретают в настоящее время твердосплавные инструменты в производстве заклепок, винтов и гвоздей. Стальные штампы для холодной высадки головок заклепок, например при диаметре 5 мм, уже после 30 000—50 000 ударов чрезмерно раздаются. Штампы для холодной высадки е твердосплавными вставками производят при том же диаметре 3 000 000 заклепок без сколько-нибудь заметной раздачи. В этих случаях ввиду высокой ударной нагрузки также употребляют BK твердые сплавы с 15, 20 или 25% Co. Твердосплавными вставками снабжают также отрезные ножи и патроны; при отрезании бее заусенцев они производят примерно в 30 раз больше заготовок, чем стальные инструменты.

Интересную область применения твердых сплавов представляют инструменты листопрокатных и проволочных цехов. В Германии и особенно в Америке в последние годы широкое применение получили прецизионные валки для холодной прокатки алюминия, благородных металлов и биметаллических лент. Высокий модуль упругости (т. е. очень незначительный прогиб) и весьма малый износ твердосплавных валков обеспечивают точное соблюдение размеров холоднокатаных листов при малых допусках и продолжительный срок службы валков. Наряду с высокой износоустойчивостью и соблюдением точных размеров, большое значение имеет и то, что качество отполированной поверхности твердосплавных валков передается прокатному металлу. Склонность металла к «прилипанию» при твердосплавных валках меньше, чем при стальных. Срок службы твердосплавных валков (чаще всего применяют совершенно беспористый сплав с 11 % Co) превышает срок службы стальных валков в 50—100 раз.

Валки малых размеров изготовляют целиком твердосплавными; для больших валков иногда применяют стальной сердечник с твердосплавной оболочкой. Такие составные валки изготовляют в Америке диаметром порядка 250 мм и длиной до 1000 мм при общем весе не свыше 500 кг.

Весьма широкую область применения твердых сплавов в качестве износоустойчивых материалов представляют всякого рода штампы для вытяжки, прессования и калибровки гильз, чашек, тюбиков, фасонных изделий и др. Во время войны особенно широко применяли вытяжные штампы, армированные твердым сплавом для производства боеприпасов; в области мирного производства твердые сплавы также представляют интерес при массовом производстве изделий. Твердосплавные вставки сохраняют свои размеры в течение долгого времени, что позволяет, например, без переточки готовить патроны и гильзы в несравненно больших количествах, чем при работе стальными инструментами. Высокое качество поверхности твердосплавных вставок и незначительная их склонность к свариванию с вытягиваемым материалом позволяют осуществить без промежуточных отжигов глубокую вытяжку даже таких материалов, которые трудно поддаются вытяжке. Что касается размеров таких инструментов, то в настоящее время вряд ли существует верхний предел, так как твердосплавные вставки можно изготовлять диаметром до 350 мм.

Большое сходство со штампами для глубокой вытяжки и штампами для прессования имеют чеканочные штампы и калибровочные матрицы и пуансоны для наружного и внутреннего калибрования деталей, изготовляемых с жесткими допусками. И здесь опять-таки преимуществом твердых сплавов является отличное качество поверхности и необычайно долгое сохранение размеров твердосплавных вставок.

В возрастающей мере применяют инструменты, армированные твердыми сплавами, для резки и штамповки листового металла. Применение вырубных и обрезных штампов с твердосплавными вставками особенно рентабельно при массовом производстве изделий (например, бритвенные лезвия, детали механизма часов) или при штамповке листовых металлов, сильно изнашивающих инструмент, например, содержащее кремний трансформаторное железо.

Изготовление вырубных и обрезных штампов с твердосплавными вставками требует большого опыта. Часто вставки изготовляют из отдельных сегментов, каждый из которых подвергают окончательной обработке алмазно-металлическими кругами на профильных шлифовальных станках; затем производят горячую посадку сегментов в стальной корпус. Доводка готового инструмента затруднительна. Вырубные пуансоны также армируют твердыми сплавами; армирование осуществляют напайкой или с помощью специальных резьбовых соединений. Небольшие пуансоны изготовляют также и целиком из твердого сплава.

Для предупреждения возможного выкрошивания и поломки режущих кромок применяют BK твердые сплавы с 20% Co. Хотя твердосплавный вырубной штамп в 3—5 раза дороже стального, все же он дает значительную экономию, так как срок службы твердосплавного штампа в 20—60 раз превышает срок службы стального штампа. Нередко твердосплавным инструментом штампуют за время между двумя переточками 1 млн. изделий и больше.

Применение твердых сплавов в машиностроении и приборостроении в настоящее время уже сильно развито. Соответствующие стальные детали в местах, испытывающих нагрузку, оснащают твердыми сплавами, чаще всего вольфрамокобальтовыми, напаивая их мягким или твердым припоем. Поверхности, облицованные твердым сплавом, шлифуют затем карборундовыми и алмазно-металлическими кругами и доводят на притирочных станках.

Каждый современный высокопроизводительный токарный станок оборудован токарными центрами, армированными твердым сплавом. Равным образом твердым сплавом покрывают зажимные кулачки и люнеты. У бесцентровых шлифовальных станков весьма быстро изнашиваются стальные направляющие полосы и планки, вследствие чего снижается точность шлифования. Планки, полосы и линейки, облицованные твердыми сплавами, сохраняют свои размеры и в наиболее благоприятных случаях обеспечивают 300-кратное увеличение срока службы. В станкостроении, в особенности у всякого рода токарных автоматов, многочисленные работающие на износ детали, изготовлявшиеся ранее из стали (упоры, упорные болты, упорные планки, направляющие втулки, криволинейные направляющие, сверлильные кондукторы, защелки механизма подачи, щупы, прижимные ролики и др.) армируются в настоящее время твердыми сплавами. Подшипники из твердого сплава для прецизионных шлифовальных станков, тяжелых двигателей и др. ничтожно мало изнашиваются и хорошо работают также при повышенной температуре без смазки. В этой связи следует указать на теоретические работы по исследованию процессов трения у твердосплавных подшипников. В часовой промышленности, кроме сложных твердосплавных штампов, применяют также накаточные диски из твердого сплава, обеспечивающие особенно высокое качество поверхности полированных деталей. В этой связи следует назвать также твердосплавные шары для калибрования внутренних диаметров и полировки внутренних поверхностей.

Особое значение имеют твердые сплавы в производстве измерительных инструментов. Высококачественные микрометры, предельные калиберные пробки, толщиномеры, резьбовые калибры и другие измерительные инструменты для массового контроля с успехом армируют твердыми сплавами. Этим достигается не только значительная экономия в связи с более продолжительным сроком службы измерительных инструментов, но и гораздо более точный и надежный технический контроль.

Приборы для испытания на твердость с твердосплавными шариками и пирамидами имеют то преимущество, что такие шарики и пирамиды, в отличие от стальных почти не деформируются даже при испытании материалов с твердостью 400—800 кг/мм2 по Бринелю. Измерение твердости благодаря этому становится значительно более точным.

Дальнейшую, большую область применения твердых сплавов представляет производство всякого рода сопел. Как известно, износ сопел, особенно у пескоструйных аппаратов, необычайно высок. Сопла пескоструйных аппаратов с твердосплавными вкладышами имеют значительно более продолжительный срок службы, чем употребляемые до настоящего времени сопла из отбеленного чугуна. В то время как последние сильно изнашиваются уже после 3—4 час. работы, твердосплавные сопла не испытывают сколько-нибудь заметного изменения и после 1000 и даже 1600 рабочих часов.

Благодаря такой стойкости твердосплавных сопел при пескоструйной обработке устраняются избыточный расход воздуха и энергии, вредное падение давления и частые смены сопел. Более высокая стоимость твердосплавного, сопла по сравнению с чугунным быстро компенсируется значительно более продолжительным сроком его службы; кроме того, достигается значительная экономия в эксплуатации вследствие меньшего расхода воздуха.

Как правило, из твердого сплава изготовляют только внутреннюю часть пескоструйного сопла. Для предохранения от толчков твердосплавный вкладыш впаивают или вклеивают в стальную оболочку.

Твердыми сплавами успешно оснащают также другие виды сопел, работающих на износ, а именно, сопла воздуходувок, разбрызгивающие сопла, распылительные сопла, сопла для впуска и выхлопа у дизелей и др.

Далее следует здесь назвать сопла для автоматов, в которых спрессовываются органические массы, наполненные окислами, разбрызгивающие сопла для керамических масс, стеклопрядильные сопла и мундштуки прессов для производства прутков из легких и цветных металлов. С помощью твердосплавных мундштуков удалось, например, получить прессованные прутки диаметром 10 мм из железного, никелевого и кобальтового порошков (заготовки прессовали при давлении 18 т/см2 и температуре порядка 900°). При таком технологическом режиме матрица из инструментальной стали начинает течь.

В химической промышленности твердые сплавы благодаря их заслуживающей внимания коррозионной устойчивости внедрены в качестве конструкционных материалов для аппаратов большой емкости. Так, превосходно оправдали себя детали клапанов, уплотнительные конусы и кольца, сопла для гидрогенизации и др. в установках высоких давлений. Твердые сплавы показывают также достаточную сопротивляемость воздействию быстротекущих горячих растворов едкой щелочи. Армирование твердыми сплавами выгружателей центрифуг, облицовка распылительных и измерительных сопел представляет для химической промышленности, по-видимому, все возрастающий интерес. В последнее время для этой цели рекламируют коррозионноустойчивые сорта твердых сплавов, содержащие карбид хрома.

В текстильной промышленности широкое применение находят направляющие кольца для нитей из натурального и искусственного волокна, изготовляемые из твердого сплава методом мундштучного прессования. Они имеют в 100 раз более продолжительный срок службы, чем применявшиеся до того «ушки». Твердосплавные направляющие приспособления для нитей самых различных размеров применяют в настоящее время не только в текстильной промышленности, но даже при изготовлении проволочных сеток и тончайшей стальной стружки («стальной шерсти»), при перемотке проволоки, при намотке катушек и даже для направляющих колец удилищ, для направления буксировочных тросов самолетов и т. п.

В горном деле тяжелые твердосплавные шары диаметром от 8 до 12 см применяют в последнее время в качестве ударных и дробящих тел при крупном и тонком измельчении минералов и руд. Для этих целей требуются очень большие количества твердых сплавов. В этой области весьма перспективны попытки заменить обычные вольфрамокобальтовые твердые сплавы безвольфрамовыми твердыми сплавами на основе МогС-TiC. Такие сплавы применяют в последнее время и там, где твердый сплав подвергается лишь износу вследствие трения, а не ударной нагрузки.

В керамическом производстве, как и в порошковой металлургии, требуются прессформы для массового прессования абразивных материалов. Прессформы для кирпича с футеровкой из твердого сплава служат значительно дольше стальных; так, например, вместо 8 000—10 000 кирпичей в стальной матрице, в твердосплавной было спрессовано более 40 000. Достигаемая этим путем экономия особенно велика, так как на замену прессформы затрачивается полная рабочая смена.

Твердосплавные прессформы особенно оправдали себя в производстве шлифовальных кругов на карборундовой или корундовой основе. В этих весьма тяжелых условиях срок службы твердосплавных прессформ больше срока службы стальных в 10 раз, причем спрессованные круги имеют более точные размеры и легче выталкиваются из прессформ.

Весьма многочисленны случаи применения твердых сплавов в качестве износоустойчивых материалов в порошковой металлургии. При мокром размоле исходных твердосплавных смесей мельницы с футеровкой и шарами из твердых сплавов оправдали себя наилучшим образом.

При прессовании металлических порошков прессформы особенно сильно изнашиваются. Наибольшей стойкостью отличаются матрицы и пуансоны с твердосплавными покрытиями. При прессовании, например, пористых железных подшипников под давлением 2—3 т/см2 стойкость таких прессформ в 100—200 раз больше, чем стальных, и в 50—100 раз больше, чем хромированных. При давлениях прессования от 6 до 12 г/см2 превосходство металлокерамического твердого сплава с его весьма слабой склонностью к привариванию еще больше. Приваривания металлического порошка к стенкам матрицы, ведущего к преждевременному разрушению стальных матриц, почти вовсе нет у твердого сплава.

На рис. 202 показана матрица с твердосплавной футеровкой для прессования металлических порошков. Твердосплавная футеровка (окрашенная на рисунке в черный цвет) состоит из 10 сегментов, которые раздельно шлифуют алмазно-металлическими кругами. Посадку сегментов в стальную обойму осуществляют в горячем состоянии, применяя промежуточное кольцо (на рис. 202 тонкий светлый ободок). Небольшие матрицы, допускающие последующее шлифование, можно изготовлять целиком твердосплавными путем горячего прессования.
Твердосплавные изнашиваемые детали

Твердосплавные детали, матрицы и др. можно шлифовать алмазно-металлическими инструментами и в специальных случаях снимать стружку алмазными токарными резцами. Твердые сплавы высокой вязкости (например BK с 20% Co и больше) и жаропрочные твердые сплавы на основе карбида титана с высоким содержанием связующего металла могут довольно хорошо обрабатываться снятием стружки с помощью твердых и мелкозернистых сортов твердых сплавов из карбида вольфрама и кобальта с небольшими присадками карбидов тантала, ниобия и ванадия. Стойкость резцов, естественно, небольшая.

Для изготовления сложных матриц и вообще технологически трудных деталей из твердого сплава в России и в Америке применяют так называемый электроискровой метод обработки металлов. Посредством высокочастотного переменного тока создают под жидкостью прерывистую электрическую дугу, вызывая процесс электроэрозии и удаление металла.

Электролитическое сверление твердых сплавов описано Пирани и Шретером еще в 1924 г. Электролитический метод обработки получил значительное развитие в бывш. СССР, в частности для заточки твердосплавных инструментов.

В качестве износоустойчивых материалов в машиностроении и приборостроении твердые сплавы в преобладающем большинстве случаев безусловно превосходят применявшиеся до сих пор стали.

Твердосплавные инструменты, как правило, в 3—5 раз дороже стальных и сравнительно хрупки. При неправильном обращении или ошибочном выборе сорта спеченного твердого сплава возможно повреждение или даже полное разрушение дорогих инструментов. Ho этим недостаткам противостоит столь высокая производительность, что увеличенные первоначальные затраты быстро окупаются, особенно если твердосплавные инструменты обслуживают надежные, сознающие свою ответственность рабочие.

При применении твердых сплавов себестоимость производства значительно понижается, так как, с одной стороны, сокращается время, затрачиваемое на побочные операции, с другой стороны, почти полностью исключается брак. Наряду с себестоимостью продукции важную роль играют и более высокий выпуск продукции, лучшее использование станков, улучшение качества изделий и т. д. Следовательно, применение твердых сплавов для борьбы с износом следует поощрять не только с производственной, но и с народнохозяйственной точки зрения. Переход от обычно применявшихся стальных инструментов к инструментам из твердых сплавов требует тесного сотрудничества потребителей и производителей. В ряде случаев необходимо изменить конструкцию и приспособить детали к особым свойствам твердых сплавов.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна