книги из ГПНТБ / Хаяк, Г. С. Инструмент для волочения проволоки

ческий метод наиболее распространен и применяется, ко­ гда необходимо снять значительное количество металла. Например, при ремонте изношенных волок.

По данным завода по обработке цветных металлов внедрение электрохимического способа повысило произ­ водительность обработки волок диаметром от 2 до 10 мм в пять раз по сравнению с обработкой на станках типа ПТ-:20.

2.Анодно-механический метод обеспечивает высокую скорость съема металла, однако требует дополнительной абразивной обработки канала волок для получения вы­ сокой чистоты поверхности. Этот метод в производстве проволочных волок применяют ограниченно и его можно использовать, когда требуется снять значительное коли­ чество металла при обработке волок с диаметром отвер­ стия более 10 мм.

3.Электроискровым методом пользуются для обра­ ботки твердосплавных волок круглого и фасонного про­ филей. По данным Всесоюзного научно-исследователь­ ского проектно-технологического института горного ма­ шиностроения (ВНИПТИГормаш) и завода по обработ­ ке цветных металлов, при расшлифовке этим методом твердосплавных волок сложного профиля (трапецеидаль­ ный) достигнута чистота поверхности V6—V7. Такие во­ локи обрабатывали на электроимпульсном станке марки

4Б722 с высокочастотным генератором на мягких режи­ мах. После применения электроискрового способа требу­ ется дополнительная обработка рабочей и калибрующей зон синтетическими алмазными микропорошками.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ВОЛОК ИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ АЛМАЗОВ

Изготовление и обработка алмазных волок — один из наиболее трудоемких процессов производства волочиль­ ного инструмента, в связи с тем, что алмаз является самым твердым из природных минералов. Твердость на истира­ ние алмазов превышает твердость корунда в 140 раз, а кварца в 3500 раз.

Заготовкой для алмазных волок служит камень есте­ ственного алмаза массой от 0,1 до 3,5 карат. Масса ал­ мазов для волок в зависимости от диаметров калибрую­ щих отверстий приведена в табл. 17.

Форма волочильного канала в зависимости от диа­ метра калибрующей зоны d, установленная ГОСТ 6271—"

70

Т а б л и ц а 17

Масса алмазов для волок

в зависимости от калибрующих отверстий (ГОСТ 6271— 68)

68, приведена на рис. 15,а — в. Алмазные кристаллы для получения волок заданной формы обрабатывают по уста­ новленной технологии. Ниже приведена принципиальная схема изготовления волок механическим сверлением.

1.Приемка алмаза с целью установления отсутствия дефектов: трещин, раковин, пузырей, включений и др. Алмаз осматривают с помощью бинокулярного микрос­ копа при увеличении не менее 30 раз.

2.Огранка — получение двух взаимно параллельных

опорных плоскостей, необходимых для правильной уста­ новки алмаза при его обработке и креплении в обойме. Огранку осуществляют на дисковых ограночных станках. В качестве абразивного материала применяют синтети­ ческий алмазный микропорошок марок АСН 5/3—АСН 10/7, смешанный с оливковым маслом.

3. Центровка или сверление входной зоны волоки со­ стоит в нанесении на одну из опорных плоскостей кони­ ческого углубления. Центр при сверлении должен нахо­ диться в середине кристалла на оси, проходящей через центр опорной плоскости. Входную зону сверлят при по­ мощи мелкого осколка алмазного камня с острыми кра­ ями. Сверление входной зоны осуществляют на горизон-

71

тальных одношпиндельных центровочных станках со ско­ ростью вращения шпинделя до 4200 об/мин.

4. Сверление второго конуса входной зоны, рабочей и калибрующей зон является самостоятельной операцией и осуществляется при помощи стальной конусной иглы, имеющей вращательное движение со скоростью до 8800 об/мин.

В качестве абразива применяют синтетический алмазный микропорошок АСН 40/28, АСН 28/20 или АСН 20/14 в смеси с оливковым маслом.

Для механического сверления используют горизон­ тальные или вертикальные станки. Следует отметить, что лучшую подачу абразивной смеси к обрабатываемой во­ локе получают на вертикальных станках.

Станки типа МН-12-03 для сверления в алмазах во­ лочильных отверстий диаметром от 0,03 до 0,3 мм выпус­ каются Молодечненским станкостроительным заводом.

5. Подрезку — сверление выходной зоны осуществля­ ют на противоположной плоскости алмазного кристалла при помощи алмазного зерна с острыми краями. При вы­ полнении этой операции особое внимание должно быть обращено на совпадение оси просверленного углубления с центром будущей выходной зоны. Для этого применяют специальные центровочные станки.

6. Шлифовке подвергают волочильный канал с целью придания калибрующей зоне заданного размера и улуч­ шения чистоты поверхности. При этом соблюдается оп­ ределенная последовательность операций: шлифовка с выходной стороны выходной и калибрующей зон до при­ дания калибрующей зоне круглой формы и заданного размера, шлифовка с входной стороны входной и рабо­ чей зон. Затем дошлифовка калибрующей зоны и шли­ фовка переходных участков также с входной стороны. Шлифовку выполняют стальными иглами с заданным уг­ лом заточки в зависимости от обрабатываемой зоны при помощи смеси синтетического алмазного микропорошка АСН 10/7 или АСН 7/5 с оливковым маслом.

Для шлифовки алмазных волок рекомендуется при­ менять следующее оборудование:

а) станок типа ВС-6 для обработки волок с отверсти ем диаметра от 0,03 до 0,01 мм и станок типа АС-5А для обработки волок с отверстием диаметра от 0,1 до 0,3 мм. Оба станка характеризуются горизонтальным располо­ жением качающихся игл. Производство таких станков

72

организовано на Молодечненском станкостроительном заводе;

б) станок типа НИА-С34 с вертикальным располо­ жением 10 качающихся игл. Угол качания иглы от 0 до 15°, скорость вращения шпинделя 3000 об/мин. Станок этого типа предназначен для обработки волок с отвер­ стием менее 0,2 мм;

в) станок типа НИА-С8 для обработки алмазных во­

ленным и отшлифованным волочильным каналом осуще­ ствляется легкоплавким сплавом или запрессовкой на ручном прессе при помощи капсюли из бронзы Бр МФСу 92-6-2. Метод запрессовки-широко применяют в настоя­ щее время на специализированных предприятиях по про­ изводству алмазных волок.

8. Полировка канала алмазной волоки необходима для придания его поверхности зеркального блеска и до­ ведения размера калибрующей зоны заданной величины. Эту операцию осуществляют на станках, аналогичных станкам для шлифовки канала алмазных волок. Для по­ лировки применяют синтетический алмазный микропоро­ шок АСН 7/5; АСН 5/3; АСН 3/2.

Изготовление алмазных волок заканчивают их конт­

Существующий метод изготовления алмазных волок механическим сверлением, описанный выше, требует зна­ чительных затрат труда. Так, средняя трудоемкость из­ готовления алмазной волоки диаметром 0,05 мм состав­ ляет от 107 до 168 ч. При этом, на сверление канала па­ дает ~50% всего времени [25].

В течение последних двух десятилетий на основе пе­ редовых достижений науки и техники разработаны и внедрены новые методы обработки алмазных волок, позволившие значительно снизить трудоемкость их изго­ товления. Краткие сведения об этих методах приведены ниже.

73

Высокочастотный метод сверления.

Этот метод [25] основан на обработке алмаза им­ пульсами тока высокого напряжения (до 10000 В) и по­ вышенной частоты. Импульсы тока высокого напряжения и повышенной частоты подводятся при помощи двух электродов — латунного столика, на котором находится алмаз и платиноиридиевой иглы диаметром 0,2 мм. В ре­ зультате создания высокочастотных разрядов происходит отрыв отдельных частиц обрабатываемого алмаза с об­ разованием углубления. В алмазе высотой 2 мм за 20— 40 мин образуется коническое углубление, составляющее

0,7—0,8 мм.

Этим методом можно выполнять черновое сверление входной зоны волоки, а также увеличивать диаметр ка­ либрующей зоны (рассверливание). Так как высокочастот­ ным методом не удается изготовить отверстие с задан­ ной геометрией, то доработку его осуществляют меха­ ническим способом при помощи иглы и алмазного мик­ ропорошка.

Этот метод используют для обработки волок на высо­ кочастотной установке конструкции Всесоюзного научноисследовательского института кабельной промышленно­ сти (ВНИИКП). Высокочастотный метод обработки во­ лок не только сокращает продолжительность изготовле­ ния, но и расход алмазных микропорошков.

Электролитическое сверление

Для получения в алмазах отверстия диаметром 0,02— 0,03 мм может быть применен способ сверления в элект­ ролите (рис. 42).

В электролитическую ванну 4 на подставке 5 уста­ навливают алмаз 3. Один из электродов 2 подводят к ал­ мазу, а другой 1 погружают в электролит — раствор 1,5% KN03 в воде. В качестве сверлящего электрода 2 приме­ няют проволочку диаметром 0,5 мм, заточенную на ко­ нус, из вольфрама или из платиноиридиевого сплава марки ПлИ-30 (ГОСТ 13498—68). Второй электрод мо­ жет быть изготовлен из никеля марки НП1 или Н!П2 (ГОСТ 492—52) в виде проволоки или пластинки.

При пропускании тока между концом сверлящего электрода и алмазом возникает искрение, конец электро­ да 2 сильно нагревается и в алмазе образуется отверстие

74

На электродах поддерживается напряжение ~ 85 В при силе тока 0,5—0,7 А.

Электролитическим методом можно получить поверх­ ность канала алмазной волоки высокой чистоты, благо-

Исследование и внедрение электролитического свер­ ления алмазных волок проведено ВНИИКП [25].

Ультразвуковая обработка

Ультразвуковая обработка канала алмазных волок осуществляется абразивной смесью из алмазного микро­ порошка при воздействии ультразвуковых колебаний притира (иглы). Принцип действия станка для ультра­ звуковой обработки волок описан выше.

Для ультразвуковой разделки волок с калибрующей зоной диаметром от 0,3 до 1,2 мм можно применять ста­ нок типа МЭ-22 производства |Кироваканского завода, который обеспечивает обработку отверстий с точностью до 0,005 мм. Применение станка МЭ-22 позволяет повы­ сить производительность труда при изготовлении алмаз­ ных волок в 7— 10 раз по сравнению с обычным механи­ ческим способом [21]. Известны высокопроизводитель­ ные станки для ультразвукового сверления алмазных во­ лок французской фирмы «Balloffet». Число колебаний сверлильной иглы на этом станке достигает 22000 в 1 с.

Японские ультразвуковые станки типа US-108 для сверления алмазных и твердосплавных волок характери­

75

зуются автоматической заточкой игл, что обеспечивает высокую производительность их.

На специализированных предприятиях по изготовле­ нию алмазного инструмента начали применять высоко­ эффективные методы сверления ^алмазных волок — элек­ тронным лучом и лучом лазера.

Разделка алмаза электронным лучом [26]

Эта операция основана на термическом действии в вакууме электронного луча, сфокусированного в малом объеме обрабатываемого алмаза. Плотность энергии до­ стигает 1000000 Вт/мм2. Высокая энергия, выделяемая во внутреннем микрообъеме алмаза под действием элект­ ронных лучей, сопровождается нагревом до 8000°С. При этой температуре алмаз, подвергнутый бомбардировке электронным лучом, переходит в графит. Так как плот­ ность графита меньше плотности алмаза, то при перехо­ де алмаза в графит происходит увеличение объема, вы­ зывающего напряжения в микрообъеме алмаза. Под дей­ ствием этих напряжений и усилий, возникающих за счет термического расширения, происходит микровзрыв, в ре­ зультате которого растрескивается поверхностный слой алмаза, из зоны взрыва выбрасываются частицы и обра­ зуется углубление. Для дальнейшего углубления канала фокус электронного луча сдвигается глубже. \

Для сверления алмаза электронным лучом применя­ ют специальные установки. Для получения точных гео­ метрических размеров алмазную волоку подвергают ме­ ханической обработке. Во время освоения этого метода просверлено несколько сотен алмазов толщиной от 1 до 3 мм с отверстиями диаметром от 0,04 до 2,0 мм. Сред­ няя продолжительность сверления отверстия диаметром 0,1 мм составляла 8 мин, а отверстий диаметром 2 мм —

27 мин.

Разделка алмаза лучом лазера {26]

Эта операция основана на термическом действии яр­ кого светового луча, сфокусированного в малом объеме разделываемого алмаза. Принцип действия лазерной ус­ тановки следующий. Газоразрядная лампа при разряде электрического импульса дает вспышку, которая освеща­ ет рубиновый стержень с торцовыми зеркальными покры­ тиями. При освещении рубина газоразрядной лампой вы­ деляется сильный поток яркого света, многократно отра­

76

жаемый торцовыми зеркальными покрытиями. В резуль­ тате интенсивность светового потока непрерывно увели­ чивается. Яркий световой луч проходит через один из торцов рубинового стержня, защищенного полупрозрач­ ным зеркальным покрытием. Выходящий из рубинового стержня поток параллельных лучей света с помощью оп­ тической системы фокусируется на площади диаметром 0,01 мм. При этом на поверхность алмаза действует энер­ гия высокой плотности (до ЮООООО Вт/мм2), в результате чего возникает точечный источник тепла (до 8000°С), дей­ ствующий на алмаз. Под действием высоких температур в алмазе возникает углубление. Физическая сущность процесса образования отверстия в алмазе при помощи луча лазера аналогична описанному выше (электронным лучом). Разделка алмаза лазерным лучом, так же как и электронным, ведется в импульсном режиме.

Алмазы, обработанные лучом лазера, требуют допол­ нительной механической обработки алмазными микропо­ рошками для получения заданной геометрии и необходи­ мой чистоты поверхности канала волоки. >

Изготовление алмазных волок в настоящее время со­ средоточено на специализированных предприятиях, бла­ годаря чему созданы условия наиболее эффективного ис­ пользования высокопроизводительного оборудования для обработки алмазных волок.

Мастерские по изготовлению волочильного инстру­ мента на проволочно-волочильных предприятиях, как правило, осуществляют только перешлифовку и поли­ ровку алмазных волок, бывших в употреблении, по тех­ нологии, описание которой приведено выше.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ИЗНОШЕННЫХ ВОЛОК

В процессе эксплуатации волоки изнашиваются, о чем свидетельствуют следующие признаки:

1) увеличение диаметра калибрующей зоны, что вы­ водит протягиваемую проволоку за пределы допустимо­ го отклонения на размер;

2) нарушение формы сечения протягиваемой прово­ локи вследствие неравномерного износа калибрующей зоны волоки. Вместо круга проволока принимает форму овала, треугольника, шестигранника и т. п.;

3) появляются риски на поверхности проволоки, уве­ личивается сила волочения. Это, как правило, связано с разработкой рабочей зоны волоки — появлением в месте

77

начала контакта протягиваемого металла с волокой уг­ лубления или так называемого «кольца». Образуются налипы металла на рабочей части канала волоки.

Волоки с такими признаками износа можно восста­ новить.

Треснувшие волоки и волоки со сколами на поверхно­ сти канала не восстанавливают.

Технология восстановления изношенных волок ана­ логична технологии Обработки новых волок, но при этом следует соблюдать следующие правила:

1) если износ волоки незначителен, т. е. разработа­ лась только калибрующая зона, то достаточно провести переполировку рабочей и калибрующей зон;

риала.

Пределы расшлифовки твердосплавных волок в зави­ симости от формы и размера были даны в табл. 12.

Волоки, бывшие в употреблении, перед восстановле­ нием очищают механическим способом, затем обезжири­ вают промывкой в щелочном растворе, содержащем 30— 40 г/л кальцинированной соды при 70—80°С в течение 20—30 мин, промывают в холодной проточной воде и протирают или продувают сжатым воздухом. Для их очи­ стки применяют также керосин. Чистку алмазных волок можно осуществлять ультразвуком, например, на уста­ новке типа УЗГ-10.

Глава IV

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОЛОКИ

СБОРНЫЕ ВОЛОКИ

Основным фактором, влияющим на повышение про­ изводительности труда в проволочно-волочильном произ­ водстве, является повышение скоростей волочения. Это выдвигает на первый план проблему повышения стойко­ сти волок. Решению такой проблемы способствовали ра­ боты по внедрению волок специальных конструкций. Так, внедрение сборных волок (рис. 43) при волочении прово­

78

локи из сплавов на осно­ ве никеля диаметром от 1,2 до 3,0. мм позволило повысить стойкость твер­ досплавных волок в 4— 8 раз и более, а при во­ лочении низкоуглеродис­ той стали в 22 раза [17;

37].

Волочение проволоки на высоких скоростях наиболее благоприятно протекает при наличии достаточно надежной сма­ зывающей пленки на гра­

нице протягиваемый металл — волока. В результате про­ веденных исследований [38] было установлено, что улучшению условий смазываемости способствует подача смазки в рабочую зону в процессе волочения под высо­ ким давлением1.

В начальный период исследований это достигалось насосами высокого давления и системой трубопроводов, что затрудняло внедрение результатов исследований. За­ тем английскими специалистами в 1944 г. был предложен другой способ создания высокого давления на входе в волоку. Он заключался в самонагнетании смазки в очаг деформации проволокой без применения насосов высоко­ го давления.

Позже, используя принцип самонагнетания2, было сконструировано устройство, позволившее при по­ мощи напорной трубки, прикрепленной к входной части волоки, создать давление смазки, соизмеримое с преде­ лом текучести материала проволоки. При этом диаметр напорной трубки на 0,14—0,2 мм превышал диаметр про волоки, предназначенной для волочения.

Благодаря силам вязкости в зазоре между трубкой и движущейся проволокой создается давление перед вхо дом в волоку до 320 МН/м2 (3200 ат). При этом получе­ на смазочная пленка на протянутой проволоке толщи­ ной от 0,002 до 0,015 мм.

1 Пат. (Германия) № 584282, 1931; Пат. (Великобритания), № 566434, 1944.

2 Пат. (Великобритания), № 740900, 1955.

79