МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИРОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОУ ВПО

МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Г.И. НОСОВА

КАФЕДРА МЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЗАВОДОВ ИМ. 50-ЛЕТИЯМГМИ

Оценка: Утверждаю:

“___”_________ Зав. Кафедрой Корчунов А.Г.

“___”_________2011 г.

Курсовая работа

По дисциплине: “Конструкция и расчет деталей и узлов прокатных станов”

На тему: “Методика прогнозирования износостойкости волочильного инструмента на стадии его проектирования”.

Разработал студент гр. КММа-10

Корняков А.А.

Проверил: Анцупов В.П.

Магнитогорск

2011

Содержание

Введение………………………………………………………………………………………… 3

1. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК ВОЛОК ДЛЯ ВК – ИНСТРУМЕНТА……….. 5

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИЗНАШИВАНИЯ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ ВК-ИНСТРУМЕНТА…………………………. 9

2.1. Научная гипотеза изнашивания волочильного инструмента…………………………… 9

2.2. Модель оценки мощности сил трения в очаге деформации при волочении…………...11

3.КОНТРОЛЬНЫЙ ПРИМЕР РАСЧЕТА ИЗНОСА ВОЛОКИ……………………………...21

Заключение…………………………………………………………………………..………….31

Список использованных источников………………………………………………………….32

Приложение……………………………………………………………………………………..34

ВВЕДЕНИЕ

Развитие современного промышленного производства трудно представить без применения высокоэффективных вольфрамовых твердых сплавов. Эти сплавы продолжают оставаться лучшим инструментальным материалом благодаря высоким значениям физико-механических характеристик: твердости и прочности, модуля упругости, температурной стойкости и сопротивления износу. В настоящее время равноценной замены им пока не предвидится.

Этим обстоятельством обусловлено то постоянное внимание, которое уделяется изучению свойств вольфрамовых твердых сплавов, как в стране, так и за рубежом. За последние 10 лет вышли в свет ряд монографий и обзоров, большое число статей, посвященных изучению механических характеристик вольфрамовых твердых сплавов, нахождению связи между прочностными свойствами и параметрами микроструктуры. Привлечение современной электронной аппаратуры с высокой разрешающей способностью позволило установить некоторые закономерности, частично определить роль составляющих фаз в обеспечении ресурса их эксплуатационных характеристик. Вместе с тем нераскрытыми остались вопросы связи механических характеристик и структурных параметров твердых сплавов с долговечностью изделий из них.

Повышение износостойкости твердосплавного волочильного инструмента является актуальной задачей. Это связано с высокой стоимостью твердых сплавов, а также с тем, что состояние рабочего канала волок, особенно в последних переходах, определяет качество выпускаемой проволоки.

В курсовой работе механические характеристики твердых сплавов рассматриваются в качестве критериев оценки прочности и долговечности волочильного инструмента при изготовлении проволоки.

На основе анализа таких корреляционных связей в настоящей работе рассмотрены технологические возможности повышения качества инструмента при одновременном росте ресурса надежности материала и снижении массы износа на единицу реализуемой в очаге деформации мощности сил трения. С этой целью предложен новый способ финишной обработки рабочего канала волок.

Таким образом, целью настоящей работы, для реализации указанных эффектов, явилось создание принципиально новой финишной обработки для изготовления инструмента из металлокерамических сплавов системы карбид вольфрама – кобальт.

1. Способы получения заготовок волок для вк -инструмента

В настоящее время достижение высоких физико-механических и эксплуатационных свойств твердых сплавов возможно лишь при использовании методов порошковой металлургии .

Наиболее распространенным вариантом технологии производства твердых сплавов является традиционная технологическая схема, включающая операции подготовки исходных материалов, формования заготовок из твердосплавных смесей и последующего спекания. Поскольку спекание твердых сплавов происходит в присутствии жидкой металлической фазы, достигается уплотнение порошковых материалов и формирование структуры сплава, предопределяющей механические свойства изделий. По этому варианту технологии удается получить изделия с готовыми формами и размерами в массовом масштабе.

Однако в ряде случаев, когда основной целью является достижение возможно более высоких механических свойств, а получение заданной формы и размеров носит подчиненное значение, используют другие технологические варианты, сводящиеся либо к объединению прессования и спекания в процессе горячего прессования, либо к горячему прессованию предварительно спрессованных, а иногда и спеченных, заготовок. При этом удается за счет ликвидации остаточной пористости или ее уменьшения от 0,2% до 1-4% в 1,2-1,5 раза повысить механические свойства материала, из заготовок которого последующей электроэрозионной и абразивной (шлифование) обработкой получают готовые изделия.

При массовом производстве твердосплавного волочильного инструмента из вольфрамокобальтовых твердых сплавов применяется первая вышеуказанная технологическая цепь. Заготовки для волок изготавливают в пресс-формах прессованием смеси порошков: карбида вольфрама и кобальта с пластификатором с последующим спеканием. Заготовки из твердых сплавов обычно прессуют при небольших давлениях 40-100 МПа. В отдельных случаях применяют и большие давления 150-200 МПа, но это приводит к образованию расслойных трещин. Пористость заготовок после прессования составляет около 5 %. Вследствие большой исходной пористости, заготовки после спекания имеют усадку, коэффициент которой зависит от свойств твердого сплава, формы заготовки, режимов прессования и других факторов.

Для снятия остаточных напряжений после прессования, а также удаления из заготовок вредных примесей, твердосплавные заготовки сушат в электрических сушильных шкафах при 160 - 180°С. Спекание производят в вакууме или в печах с восстановительно-нейтральной атмосферой, в качестве которой обычно применяют водород. Температура спекания зависит от требуемых свойств твердого сплава. Традиционная температура спекания сплавов вольфрамовой группы: 1450°С для сплава ВК3, 1390°С для ВК15, 1340°С для ВК20, 1320°С для ВК25. Процесс спекания занимает 1-2 ч. Способ спекания в водородной атмосфере считается лучшим для вольфрамовых сплавов. Точность изготовления деталей из твердых сплавов составляет 3-5% номинального размера.

Широкое применение находят двойное спекание твердого сплава. После первого спекания при 850°С производят механическую обработку полуспеченных заготовок, а затем окончательное спекание. Такая технология изготовления обеспечивает получение заготовок с высокими физико-механическими свойствами.

Рекомендации по выбору твердых сплавов в зависимости от назначения даны в работе. На практике для изготовления волочильного инструмента, в основном применяют твердые сплавы вольфрамовой группы, в состав которых входят карбиды вольфрама WC различной зернистости и кобальт. В России и за рубежом выпускаемые твердые сплавы дифференцируют по зернистости и виду обработки. При этом применяют сплавы одного и того же химического состава, но с различной величиной зерен. Эффективность разрабатываемых сплавов должна обеспечиваться сочетанием свойств: повышенной пластичности, высокой прочности и износостойкости.

За рубежом для изготовления волок используют вольфрамокобальтовые твердые сплавы, полученные вакуумным спеканием после изостатического прессования при 1600º С и давлении 100-200 МПа с выдержкой 1 час. При этом почти полностью устраняется микропористость, увеличивается однородность размера зерен карбида в связующей кобальтовой фазе и повышается точность получаемых из них заготовок-волок.

Исследования, проведенные в Уральском политехническом институте, показали существенные преимущества вольфрамокобальтовых (ВК6, ВК8) твердых сплавов вакуумного спекания перед такими же сплавами традиционного (в среде водорода) спекания. Эти сплавы имеют большую прочность и плотность, меньшую пористость. Их износостойкость вдвое выше.

Предпринимавшиеся в разное время попытки замены вольфрамокобальтовых твердых сплавов для изготовления волок безвольфрамовыми, например, на основе карбида (ТiC) и карбонитрида (ТiN) титана, к успеху не привели. Волоки из этих сплавов показали меньшую стойкость, поэтому материалы были рекомендованы лишь для изготовления напорных волок.

Более успешными, и потому представляющими практический интерес, были попытки применения волок из керамических материалов, которые более тверды, чем карбид вольфрама: это оксид алюминия, нитрид и карбид кремния. Например, фирмой «Feldule AG» («Фельдъюле»), ФРГ, предложены синтетические керамические заготовки СS102 из карбида кремния, которые имеют твердость HV 2200 (при нагрузке 5Н) и предел прочности при сжатии 2200 Н/мм². Заготовки обладают очень малым коэффициентом трения после полировки поверхности рабочего канала, механические свойства их не изменяются до температуры 1200º С. Кроме того, они характеризуются хорошей теплопроводностью и высокой термостойкостью. Несмотря на положительные результаты испытаний и практических опробований, все указанные материалы, однако, не нашли широкого применения ввиду их повышенной хрупкости и склонности к растрескиванию.

Обобщая вышесказанное, следует отметить, что для изготовления твердо-сплавного волочильного инструмента рекомендуется применять спеченные гетерогенные твердые сплавы системы карбид вольфрама - кобальт. Однако способ производства порошковых твердых сплавов предопределяет неодинаковое состояние поверхностного слоя изделий. В зависимости от вида прессования и спекания изделий, температурно-временного режима спекания и среды нагрева на поверхности формируется структура, свойства которой отличаются от свойств твердого сплава в остальном объеме. Для повышения качественных характеристик спеченного твердого сплава необходимо придание ему однородных по всему объему физико-механических свойств посредством изменения структуры сплава при его изготовлении, исключения дефектов структуры, корректировкой процесса формования и спекания заготовок.