На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Технология изготовления волоки из сплава ВК8

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 04.10.2012. Сдан: 2012. Страниц: 7. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Задание на проектирование.

       Задание на курсовое проектирование по дисциплине «Металлы и неметаллические неорганические материалы» на тему: «Выбор материала и разработка технологии упрочняющей термической обработки фильеры для протяжки металлической проволоки» .
      Выдано студенту группы ПКМ-91 Зенкову П.Ю. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      
Содержание
1 Литературный обзор………………………………………………….………..4
1.1 Назначение и условия работы фильер………..………….…………………4
1.2 Материалы, применяемые для изготовления фильер………..……………7
1.3 Вывод из литературного обзора…………………………………………...11
2 Технология  изготовления волоки из сплава  ВК8 ………………….………12
2.1 Получение порошка карбида вольфрама ……………………………….. 12
2.2 Получение  порошка кобальта ….………………………………………….12
2.3 Приготовление  смеси порошков.………………………....……………….12
2.4 Прессование  и спекание………………………………………………….. 13
2.5 Упрочняющая  обработка ……………………………………….……..…..14
2.5.1 Ультразвуковая  обработка сплава…………………………….………....14
Заключение………………………………………..…………………………….15
Список  используемой литературы……………………………………...…......16 
 
 
 
 


1 Литературный обзор 
1.1 Назначение и условия работы фильеры

      Волочение  проволоки  состоит в том, что предварительно прокатанные до 5 мм прутки большой длины протягивают через фильеры – отверстия волочильной доски рисунок 1, переходя последовательно от наибольшего отверстия к наименьшему. При этом проволока постепенно доводится до требуемого диаметра [4,10].
    Волока  – инструмент волочильных станов, в котором осуществляется обжатие металла при его обработке волочением. Основная часть волоки – волочильный глазок (или матрица), представляющий рабочее отверстие постепенно уменьшающегося сечения, через которое протягивается обрабатываемый металл. Волока с одним волочильным глазком называется также фильером (фр. filiere, от fil – волокно, нить, проволока), а с несколькими – волочильной доской [2]. 


    Рисунок 1 – Волочильная доска 

    Наиболее  удобная форма фильера показана в продольном разрезе на рисунке 2. Фильер выполнен в виде двух конусов, обращенных один к другому вершинами. При протяжке сечение проволоки уменьшается в необходимой степени, как показано на рисунке 3 и в то же время сильно снижается сила трения. Уменьшить трение можно также смазкой фильера [2]. 
 
 
 

 

    Рисунок 2 – Формы волочильных отверстий согласно ГОСТ 9453–75, где а – профиль фильер  стальной доски, б – профиль фильер из твердого сплава
   
 

    Рисунок 3 – Схема волочения проволоки согласно ГОСТ 9453–75, где
1 – заготовка, 2 – фильера 

        Волоки – заготовки  изготавливаются исходя из ГОСТ 9453–75, где изложены основные типоразмеры, формы, геометрия фильер и возможные сечения отверстий.
    На  рисунке 4 показаны различные виды волок  и геометрия канала инструмента.

    Рисунок 4 – Виды волок и геометрия канала инструмента, где а – монолитная с коническим профилем канала; б – монолитная с радиальным профилем канала; 1 – входная зона; 2 – рабочая (смазочная) зона; 3 – калибрующая зона; 4 – выходная зона 

       В обобщенном виде характеристики волочильного инструмента можно определить следующим образом:
- прочность на сжатие и жесткость;
-  твердость и износостойкость;
-  качество рабочей поверхности, контактирующей с проволокой [3].    
     Фильеры для волочения проволоки можно оценить по качеству проволоки, изготовленной при помощи конкретного волочильного инструмента.
      Также качество волочильного инструмента определяется по следующим критериям от которых зависит эффективность фильер в волочильной машине:
- выбранный материал фильеры (износостойкость);
- точность проточки профиля фильеры и полировки ее поверхности;
- количество повторных обработок после выявления первоначального изноа;
- полученное количество готовой проволоки (в тоннах).
- чистота и твердость материала проволоки;
- качество сварных соединений в проволоке, подвергаемой волочению;
- скорость волочения;
- температура волочения (при «мокром» волочении около 40–50 °С);
- тип и состояние смазки (значения рН, плотности и т.д.) [3].
   В процессе волочения формообразующий  инструмент испытывает механические и термические нагрузки, что приводит к значительному износу, который сопровождается явлением адгезии, усталости и абразивного воздействия на волоки [7].
    Главная характеристика сопротивляемость изнашиванию определяется твердостью материала. К таким материалам, устойчивым при работе в условиях больших давлений и сжимающих нагрузок, предъявляются следующие требования к характеристике микроструктуры: чем меньше размер изготовляемой проволоки, тем более твердым и мелкозернистым (лучше поддающимся полировке) должен быть материал фильеры, пористость по шкале А+В, не более 0,1 %, форма заготовок цилиндрическая, механические свойства перечисленные в таблице 1 [10]. 

Таблица 1 – Основные требования к материалу  для изготовления волок [10]
Предел    прочности , МПа
Твердость по Роквеллу Ударная вязкость, кДж /м2
Теплоемкость, Вт/(м·град)
Теплостойкость °С
Не  менее  580
Не менее HRA 50 Не менее 250 Не менее  45
Не менее  150
  

1.2 Материалы, применяемые для изготовления волок.
    С учетом условий эксплуатации волок, а также необходимости получения изделий высокой  точности, материал должен обладать высоким уровнем следующих свойств: теплостойкостью (способностью сохранять высокие прочностные характеристики при температурах  эксплуатации); вязкостью, необходимой для предупреждения поломок и выкрашивания; разгаростойкостью (сопротивлением термической и механической усталости при действии высоких нагрузок); сопротивлением абразивному износу; прокаливаемостью, обеспечивающей заданные механические свойства в результате термообработки; жаростойкостью (устойчивостью против окисления при высоких температурах); теплопроводностью, необходимой для уменьшения нагрева и разупрочнения за счет быстрого отвода тепла от рабочих поверхностей [10].
    Основными причинами износа волок являются растекание и хрупкое разрушение. Поэтому материал для изготовления волок должен обладать  высокой прочностью и твердостью, повышенным сопротивлением абразивному износу и уменьшенной склонностью к налипанию [5].
    Чтобы экономить дорогостоящий материал, волочильные доски часто изготовляют из обыкновенной углеродистой стали, а фильеры из высококачественной легированной стали рисунок 5 или из твердого сплава. При этом фильеры делают вставными, что позволяет заменять их при износе [5].
    Для получения весьма малой по диаметру наитончайшей проволоки применяют алмазные фильеры в металлической оправке [2]. 


    Рисунок 5 – Фильеры из легированной стали
      
    Карбид  вольфрама. Твердость может достигать значения, в три раза превышающего значение твердости стали. В настоящее время фильеры из карбида вольфрама применяются главным образом для волочения проволоки из черных металлов, но также частично и для волочения изделий больших диаметров, а также при волочении небольших партий проволоки и частом изменении диаметров изделий [5].
    Натуральный алмаз. Кроме карбида вольфрама для изготовления волочильного инструмента использовались натуральные алмазы, обладающие необычайно высокой твердостью и износостойкостью. Как и натуральный алмаз, он используется в основном для изготовления фильер с небольшим диаметром волоки и фильер для чистового волочения [5]. 

     Синтетический поликристаллический  алмаз. В настоящее время вряд ли какой-либо волочильный стан или даже кабельный завод в целом мог бы успешно функционировать без применения волочильного инструмента из синтетических поликристаллических алмазов, имеющего различные модели и различное назначение, начиная с волочения катанки и заканчивая тонким волочением проволоки. Фильеры из поликристаллических алмазов чаще всего применяются для волочения проволоки из всех видов цветных металлов, но также и для волочения проволоки из нержавеющей стали, а кроме того (в условиях температурной стабильности) даже для волочения тугоплавких и других материалов [5].
    Исходя  из представленной зависимости рисунок 6 и необходимой износостойкости и вязкости заготовок получаем, что основными материалами для большинства фильер являются твердые сплавы, отталкиваясь от соотношения цены и соответствия необходимым параметрам [3].

    Рисунок 6 – График зависимости между  износостойкостью и вязкостью материалов, применяемых для изготовления волок-заготовок.  

    Стальной  волочильный инструмент применяют редко, главным образом в виде втулок и оправок для протяжки изделий крупного поперечного сечения:  прутков и труб, а также проволоки фасонного сечения в тех случаях, когда объем заказа невелик и большие затраты на изготовление инструмента из твердого сплава экономически нецелесообразны [5].
    Их недостаток – низкая износостойкость и повышенная склонность к налипанию [10]. 


    Волочильный инструмент изготавливают из высокопрочных сталей.
Это стали трех групп:
    1) 0,7–0,8 % углерода – марки У7, У7А,  У8А;
    2) 1,2–1,3 % углерода – марки У12, У12А,  У13, У13А;
    3) 2 % углерода и 12 % хрома – марки  X12 и Х12М,
    (с  небольшой добавкой молибдена  – 0,5–0,8 %) [3]. 

    Таблица 3. Химический состав сталей марок У7,У12, Х12 [11]
Сталь C, % Si, % Mn, % Ni, % S, % P, % Cr, % Cu, %
У7 0,66-0,73 0,17-0,33 0,17-0,33 до 0,25 до 0,028 до 0,03 до 0,2 до 0,25
У12 1,16-1,23 0,17-0,33 0,17-0,33 до 0,25 до 0,028 до 0,03 до 0,2 до 0,25
Х12 2-2,2 0,1-0,4 0,15-0,45 до  0,35   до 0,03 до 0,03 11,5-13 до   0,3
 
 Таблица 4. Физико-механические характеристики сталей У7,У12,Х12 [11]
Сталь Модуль  упругости, МПа Плотность r, кг/м3 Предел  прочности , МПа
Твердость по Бринеллю ,
МПа ?10-1
Ударная вязкость , кДж / м2
У7 2,09?105 7830 650 HB 187 253
У12 2,09?105 7830 590-690 HB 244 270
Х12 2,09?105 7700 710 HB 255 290
 
Таблица 5 – Температуры критических точек  в °С сталей У7,У12, Х12 [11]
У7 Ac1 = 730 Ac3(Acm)=770 Ar1 = 700 Mn=280
У12 Ac1 = 810 Ac3(Acm)=835 Ar3 = 770 Mn=180
Х12 Ac1 = 810 Ac3(Acm)=835 Ar3 = 770 Mn=180
 
    Согласно  ГОСТ 3882–74 для изготовления волок применяют вольфрамокобальтовые твердые сплавы, состоящие из тончайших зерен карбидов вольфрама, сцементированных кобальтом. При особом способе производства, а именно: прессовании порошков и спекании их при температуре 1000 –
1500 °С  без доведения всей массы до плавления, в этих сплавах сохраняются исключительно ценные свойства исходных карбидов, благодаря чему по твердости они приближаются к алмазу, в сочетании с вязкостью, обусловленной присутствием кобальта. 

    Широкое распространение  в качестве материала для волок  получили такие металлокерамические твердые сплавы, как ВК3, ВК4, ВК6, ВК8, ВК10, ВК15. Твердосплавный инструмент используют для волочения прутков диаметром 3–50 мм, профилей сечением 200 мм2 из стали, алюминия, меди и её сплавов, цинка, медно-никелевых сплавов, тугоплавких металлов.
    В таблице 2 приведен химический состав и физико-механические свойства твердых сплавов, используемых для изготовления волок [10]. 

Таблица 2. Физико-механические свойства вольфрамовых твердых сплавов
Марка твердого сплава Содержание  компонентов в смеси, % Физико-механические свойства
Карбид  W Кобальт Плотность r, кг/м3 ?10 -3 sиз, МПа
НRА, не менее Модуль упругости Е, ГПа
ВК6 ВК6М
ВК8
ВК15
ВК20
94 94
92
85
80
        6         6
        8
      15
      20
14,6–15,0 14,8–15,1
14,4–14,8
13,9–14,1
13,4–13,7
1520 1425
1665
1865
2060
88,5 90,0
87,5
86,0
84,0
66,6 67,0
62,0
54,0
51,0
 
      К примеру, сплав марки ВК3 обладает наибольшей для вольфрамовых сплавов износостойкостью при достаточной прочности. Его применяют в основном для мокрого и тончайшего волочения. Сплав ВК6 обладает несколько меньшей износоустойчивостью, чем сплав ВК3, но более высокой прочностью и сопротивляемостью удельным нагрузкам и выкрошиванию. Его применяют  для сухого волочения проволоки различных диаметров [2].
     Волока из сплава ВК8 успешно используется при изготовлении медных профилей. Высокая теплопроводность сплава ВК8 способствует отводу тепла и увеличивает стойкость инструмента. Из сплавов ВК8 и ВК8В (сплав с более зернистой структурой) изготавливают волоки для профилей , сечение которых вписывается в окружность диаметром 10–35 мм; из сплавов ВК15 и ВК20 – в окружность диаметром свыше 35 мм [10]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    

1.3 Вывод из литературного обзора
    На основании полученных данных, можно сделать следующие выводы:
    Материал волок должен обладать следующими важными свойствами:
    высокой твердостью, чтобы сопротивляться износу (не менее HB 180);
    высокой прочностью (не менее 580 МПа) и ударной вязкостью (не менее 250 кДж/м2), чтобы сопротивляться разрушению ;
    хорошей теплостойкостью, (не менее 150 °С)
     2) Сравнивая физико-механические свойства сталей и твердых сплавов, применяемых для изготовления волок, можно сделать вывод, что наиболее целесообразно использование твердых сплавов (металлокерамических), т.к. по своим физико-механическим свойствам данные сплавы превосходят стали и литые твердые сплавы, применяемые для изготовления волочильного инструмента. Кроме этого реализация положительных качеств твердосплавного инструмента позволит значительно повысить производительность волочильного процесса за счет увеличения скорости волочения; улучшить качество поверхности и точности обработки протягиваемой проволоки; в результате уменьшения трения снизить удельные затраты энергии на волочение.
     3) Наиболее подходящим является твердый сплав ВК8, т.к. он обладает хорошей износоустойчивостью, сопротивляемостью удельным нагрузкам и выкрошиванию, а также высокой прочностью. Имеет в составе 92 % вольфрама, 8 % кобальта, плотность 14,4–14,8?103 кг/м3, ?в=1665 МПа, твердость НRА 87,5, модуль упругости Е=62?104 МПа, коэффициент теплопроводности 40 Вт/м °С, коэффициент температуропроводности 1,4 м2/с, теплоемкость 0,205 кДж/(кг °С).  
 
 
 
 
 


2 Технология изготовления  волоки из сплава  ВК8
    Технология  изготовления волоки из сплава ВК8 включает 3 основных этапа:
- горячее изостатическое прессование порошков;
- вакуумное спекание спрессованной заготовки;
- окончательная упрочняющая обработка. 

2.1 Получение порошка  карбида вольфрама
    Для науглероживания частиц вольфрама  используем сажу и атмосферу углеродосодержащих газов: W+C>WC. Порошок вольфрама с удельной поверхностью не менее 2 м2/г смешиваем с сажей в смесителе из расчета ее содержания в смеси 6,1 %. Приготовленную для карбидизации смесь прокаливаем при 1400 °С в электропечах с графитовой трубой или алундовым муфелем в лодочках из графита (загрузка 8–12 кг), время пребывания лодочки в зоне нагрева печи составляет 1–2 часа. После карбидизации спекшиеся и достаточно прочные брикеты WC необходимо размолоть в шаровых вращающихся мельницах стальными шарами диаметром 15– 50 мм в течение 2–3 часов. Полученный порошок карбида вольфрама с размером частиц 1–5 мкм просевают [10]. 

2.2  Получение порошка  кобальта
    Порошок кобальта получаем восстановлением  оксидных соединений кобальта (Сo3O4) водородом в трубчатых или муфельных электропечах при 520–570 °С в течение 4–5 часов. Мягкие, легко рассыпающиеся брикеты при растирании и просеве на вибросите превращаются в порошок кобальта с размером частиц 1–5 мкм [10]. 

2.3  Приготовление смеси  порошков карбида  вольфрама и кобальта
    Приготовление твердосплавной смеси сочетается с измельчением исходных порошков. Используем механическое смешивание в шаровых вращающихся мельницах. Размер твердосплавных шаров 6–10 мм. Длительность размола составляет 26–32 часов. Смешивание происходит в жидкой среде (этиловый спирт, циклогексан) в количестве 220 г/кг смеси. В дальнейшем смесь процеживается через сито и подвергается сушке в вакуумных сушильных шкафах для удаления спирта при температуре 80 °С. Высушенные смеси протирают через сито [10]. 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.4  Прессование и  спекание
    При прессовании порошков в пресс-формах давление ограничивают значениями 130 МПа, так как при более высоких давлениях возникает опасность появления расслойных трещин.  Для улучшения условий прессования, устранения расслоя и повышения прочности прессовок в твердосплавную смесь необходимо ввести пластификатор – раствор синтетического каучука в бензине (1 л 4 % раствора каучука на 4 кг смеси сплава). Эти растворы добавляют к порошковой смеси из расчета массовой доли добавки 1–1,25 % после испарения бензина.  После прессования заготовка подвергаются сушке при 150–200 °С [10].
    Спекание  происходит через жидкую фазу и, следовательно, при значительном сжатии и увеличении плотности изделия. Перед спеканием заготовки необходимо уложить в графитовые лодочки и пересыпать засыпкой из порошка белого электрокорунда. Спекание сплава ВК8 необходимо проводить в две стадии:
    На  первой низкотемпературной стадии процесс  спекания ведут в среде водорода при температурах до 900–1150 °С. На этой стадии нагрев до температуры 300 °С необходимо вести медленно во избежание растрескивания (ориентировочно со скоростью 100 град/ч); в процессе подъема температуры происходит удаление пластификатора. При температурах 900–1150 °С (со скоростью нагрева 200 град/ч) происходит предварительное упрочнение перед механической обработкой и окончательным спеканием заготовки.
    Окончательное спекание сплава ВК8 необходимо проводить  в присутствии жидкой фазы в среде водорода или в вакуумных печах при температуре 1480±10 °С в течение 3–5 часов. На этой стадии расплав кобальта свяжет кристаллы карбида вольфрама вместе, что и обеспечит после остывания получение твердой износостойкой массы – металлокерамического твердого сплава.
    Объёмная  усадка при спекании должна составлять 25–30 %. Допустимая степень пористости спеченного твердого сплава – 0,1 %. После спекания изделие необходимо очистить от засыпки в пескоструйном аппарате [10].
    В результате данного технологического процесса мы получим твердый сплав  ВК8 с двухфазной микроструктурой, где светлые угловатые – кристаллы WC, а протравленные темные участки – WC в кобальте.  На рисунке 2 показана микроструктура металлокерамического сплава ВК8 [2]: 


    Рисунок 2 – Микроструктура полученного  сплава ВК8
     Для упрочнения полученное изделие необходимо подвергнуть ультразвуковой обработке. 

2.5 Упрочняющая обработка  сплава ВК8
2.5.1 Ультразвуковая обработка  сплава ВК8
    Ультразвуковое  упрочнение относится к импульсивным способам деформирования наружной поверхности восстанавливаемых деталей.
        При ультразвуковом упрочнении рабочая часть инструмента, выполненная из сплава ВК8, прижимается к обрабатываемой детали с помощью груза с усилием и приобретает ультразвуковые колебания в направлении действия нормальной силы,  которые создаются ультразвуковым генератором, магнитострикционным преобразователем и коническим концентратором.
    Частота колебаний инструмента должна составлять 18–24 кГц, а амплитуда колебаний 5–15 мкм. Для обработки твердых сплавов рекомендуется нормальная (статистическая сила) 100–300 Н, продольная подача инструмента должна составлять 0,04–0,08 мм/об, скорость обработки поверхности детали 0,5–1,0 м/с.
    С целью уменьшения износа инструмента  и повышения производительности процесса при упрочнении необходимо использовать смазочно-охлаждающую жидкость – индустриальное масло [1].
    При обработке отверстий глубиной более 5 мм для повышения производительности  рекомендуется применять подвод абразивной суспензии  в рабочую зону, т.е. в пространство между колеблющимся с высокой частотой торцом рабочего инструмента и поверхностью обрабатываемого изделия. Необходимо следить за циркуляцией и сменой абразива в рабочей зоне.
    В качестве абразива рекомендуется использовать карбид бора или карбид кремния, а в качестве транспортируемой жидкости – обычную воду.
    После обработки поверхности изделия  методом ультразвукового упрочнения возможно получить точность обработки до ±0,005 мм, а это важно для эффективной работы волоки в целом [1]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


Заключение
    В ходе данной работы было выяснено, что  при волочении – изготовлении металлической проволоки, волоки являются наиболее нагруженными деталями инструмента. Интенсивные силовые и температурные нагрузки, которые испытывает волока в процессе эксплуатации, приводят к её износу (истиранием) и выходу из строя. Разрушение инструмента, как правило, хрупкое, происходит вследствие увеличения нагрузок в местах концентрации напряжений до величин, превышающих предел прочности материала, а также вследствие развития трещин термодинамической усталости. Характер износа инструмента и его интенсивность обусловлены как параметрами процессов деформирования так и прочностными свойствами инструмента в условиях эксплуатации. При заданных условиях эксплуатации износ инструмента может быть уменьшен подбором для его изготовления материалов, обладающих оптимальными механическими и теплофизическими свойствами.
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.