CC BY
22
А кГГ^ К ГСТШРГ1ТГГ /7С
-2 (91), 2018/ ■ W
УДК 669 Поступила 18.05.2018
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОЛИРОВКИ РАБОЧЕГО КАНАЛА ВОЛОЧИЛЬНОГО ТВЕРДОСПЛАВНОГО ИНСТРУМЕНТА ПРОИЗВОДСТВА ОАО «БМЗ - УПРАВЛЯЮЩАЯ КОМПАНИЯ ХОЛДИНГА «БМК»
Т. П. КУРЕНКОВА, И. В. БОРИСОВЕЦ, И. П. ЛАЗЕБНИКОВА, ОАО «БМЗ - управляющая компания холдинга «БМК», г. Жлобин, Гомельская обл., Беларусь, ул. Промышленная, 37. E-mail: nlt.plus@bmz.gomel.by
Качество волочильного инструмента напрямую зависит от качества обработки канала. Обработка канала проводится с целью получения требуемой геометрической формы, требуемых размеров и предельных отклонений в соответствии с размером и качеством протягиваемой проволоки, а также для получения требуемой чистоты поверхности канала волоки. Определение шероховатости поверхности в канале волоки не представляется возможным из-за конструкции волоки, поэтому контроль качества полировки канала проводится визуальным методом с помощью стереоскопического микроскопа.
В лабораториях ЦЗЛ ОАО «БМЗ - управляющая компания холдинга «БМК» выполнена работа по определению параметра шероховатости в канале волоки методом разрушающего контроля. Полученные результаты свидетельствуют о том, что визуальный метод контроля качества полировки рабочего канала твердосплавного волочильного инструмента с помощью стереоскопического микроскопа обеспечивает достаточную точность оценки качества шероховатости поверхности рабочего канала при контроле волок, предназначенных для грубо-среднего и тонкого волочения.
Ключевые слова. Поверхность, шероховатость, микрорельеф, качество полировки, волока, канал, визуальный контроль. Для цитирования. Куренкова Т. П. Определение качества полировки рабочего канала волочильного твердосплавного инструмента производства ОАО «БМЗ - управляющая компания холдинга «БМК» / Т. П. Куренкова, И. В. Борисовец, И. П. Лазебникова //Литье и металлургия. 2018. Т. 91. № 2. С. 75-81.
DETERMINATION OF THE POLISHING QUALITY IN THE WORKING CHANNEL OF THE DRAWING OF CARBIDE TOOLS PRODUCED BY OJSC «BSW - MANAGEMENT COMPANY OF HOLDING «BMC»
T. P. KURENKOVA, I. V. BORISOVETS, I. P. LAZEBNIKOVA, OJSC «BSW- Management Company of Holding «BMC», Zhlobin City, Gomel region, Belarus, 37, Promyshlennaya str. E-mail: nlt.plus@bmz.gomel.by
The quality of the drawing tool depends on the quality of the channel. Channel processing is carried out in order to obtain the desired geometric shape, required size and limit deviations in accordance with the size and quality of the wire stretched, as well as to obtain the required purity of the surface of the channel drawing. The determination of the surface roughness in the die channel is not possible due to the design of the die, so the quality control of the channel polishing is carried out by a visual method using a stereoscopic microscope.
In the laboratories at the Central laboratory of OJSC «BSW - Management Company of Holding «BMC» the experience was undertaken for the determination of the roughness parameter in the channel of the dies by the method of destructive testing. The results obtained show that the visual method of quality control of the working channel polishing of the carbide drawing tool with the help of a stereoscopic microscope provides sufficient accuracy of assessing the quality of the roughness of the surface of the working channel when monitoring the draw die intended for coarse-medium and thin drawing.
Keyword. Surface, roughness, microrelief polishing quality, draw die, channel, visual inspection.
For citation. Kurenkova T. P., Borisovets I. V., Lazebnikova I. P. Determination of the polishing quality in the working channel of the drawing of carbide tools produced by OJSC «BSW - Management Company of Holding «BMC». Foundry production and metallurgy, 2018, vol. 91, no. 2, pp. 75-81.
Волочение является одним из наиболее распространенных видов обработки металлов давлением и используется для уменьшения поперечного сечения металла с помощью волочильного инструмента (волоки) . Волочению подвергают различные по составу металлы и сплавы: технически чистое железо,
FOUNDRY PRODUCTION AND METALLURGY
lU /2 (91), 2018-
стали от низко- до высокоуглеродистых, высоколегированные стали, цветные металлы и разнообразные сплавы .
Волока представляет собой инструмент с воронкообразным отверстием (каналом) определенной формы, через которое протягивается обрабатываемый материал (проволока) .
Для изготовления волок применяются твердые сплавы . Качество волок во многом определяет экономические показатели процесса волочения и свойства получаемой проволоки . Применение высоких скоростей волочения нецелесообразно, если не обеспечена высокая стойкость волок .
В процессе волочения проволоки волока испытывает значительные нагрузки, так как в ее канале под действием силы волочения и сопротивления стенок происходит пластическая деформация металла Кроме того, часть профиля волоки, соприкасающаяся с протягиваемым металлом, подвергается износу вследствие действия значительных сил трения Поэтому основными показателями качества волочильного инструмента, вытекающими из условий эксплуатации, являются стойкость волоки от истирания и раскола
Эксплуатационная стойкость волок оценивается количеством протянутого металла до выхода инструмента из строя, а стойкость волок до износа - количеством продукции на единицу износа канала, например, на микрон износа . Высокая стойкость волок и снижение величины силы волочения достигаются применением для изготовления волок специальных материалов, установлением оптимальной формы и качественной отделкой канала волок, а также использованием соответствующей волочильной смазки
Большое влияние на эксплуатацию волок оказывает качество обработки их канала . Рабочая зона -это наиболее ответственная часть канала волоки . От чистоты поверхности этой части канала зависят силы внешнего трения, возникающие в контактной части рабочей зоны волоки, т е на границе поверхностей протягиваемого металла и конуса рабочей зоны . Чем меньше гребешки микронеровностей поверхности рабочей зоны, тем выше эффективность работы слоя смазки, подаваемой в зону деформации, и меньше вероятность схватывания поверхности волоки с протягиваемым металлом . Качественное шлифование и полирование рабочего канала волок уменьшают силу волочения и повышают износостойкость . Установлено, что стойкость волок возрастает в несколько раз, если канал волоки подвергнуть полированию Особенно высокая стойкость достигается после полирования канала волоки алмазной пудрой [1] .
Многочисленные исследования в области волочения показывают, что для получения качественной металлопродукции необходимо использовать не имеющий дефектов и хорошо отполированный волочильный инструмент Это подтверждается различными литературными источниками, где указано, что канал волоки должен иметь зеркальную поверхность [2, 3, 7], чистота поверхности должна соответствовать наивысшим классам шероховатости по ГОСТ 2789-59 (V11-V12 [2], Ra = 0,04-0,08 мкм [4]) .
Классы шероховатости (ГОСТ 2789-59 «Шероховатость поверхности, параметры, характеристики и обозначение») и соответствующие им значения параметров шероховатости (ГОСТ 2789-73 «Шероховатость поверхности . Параметры и характеристики») приведены в табл . 1.
Таблица 1. Классы и параметры шероховатости
Класс шероховатости Разряд Параметр шероховатости Ra, мкм Класс шероховатости Разряд Параметр шероховатости Ra, мкм
7 а 1,25-1,00 10 а 0,160-0,125
б 1,00-0,80 б 0,125-0,100
в 0,80-0,63 в 0,100-0,080
8 а 0,63-0,50 11 а 0,080-0,063
б 0,50-0,40 б 0,063-0,050
в 0,40-0,32 в 0,050-0,040
9 а 0,32-0,25 12 а 0,040-0,032
б 0,25-0,20 б 0,032-0,025
в 0,20-0,16 в 0,025-0,020
Среднее арифметическое отклонение профиля Ra представляет собой среднее значение расстояний (ординат) точек (у-, у2, у3, ..., уп) измеренного профиля до средней линии в пределах базовой длины I (рис . 1):
1 п , ,
Ra = - X У,\• пг=-
ТТ^ТСШТГГГСИ77
-2 (91), 2018/ ■ ■
Рис . 1 . Профилограмма поверхности, ГОСТ 2789
Качество подготовки рабочего канала волоки на ОАО «БМЗ - управляющая компания холдинга «БМК» проверяется визуально с помощью стереоскопических микроскопов на отсутствие царапин, раковин, трещин, продольных и поперечных рисок, полос на рабочем конусе и калибрующем пояске, а также на качество полировки поверхности . Визуальная оценка качества полировки обусловлена тем, что измерить шероховатость Ra в канале твердосплавной волоки не представляется возможной из-за конструкции волоки
В металлографической лаборатории производства металлокорда № 2 Центральной заводской лаборатории ОАО «БМЗ - управляющая компания холдинга «БМК» проведена работа по оценке качества обработки поверхности рабочего канала волок с определением параметра шероховатости Цель работы -подтверждение того, что визуальный метод контроля качества полировки канала волок с помощью стереоскопического микроскопа при увеличении от 13 до 80 крат обеспечивает достаточную точность оценки качества шероховатости поверхности канала при исследовании волок с диаметром выходного отверстия от 0,175 до 6,0 мм . Работа проведена в четыре этапа:
1) изготовление образцов каналов волок, предназначенных для грубо-среднего волочения (ГСВ), пригодных для измерения шероховатости на профилографе-профилометре;
2) выявление характеристик поверхности, образующих микрорельеф и определяющих параметр шероховатости поверхности каналов волок, предназначенных для ГСВ с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ);
3) выявление характеристик поверхности, образующих микрорельеф и определяющих параметр шероховатости поверхности каналов волок, предназначенных для тонкого волочения (ТВ) с помощью РЭМ;
4) сравнение определяющих характеристик шероховатости поверхности канала, образующих микрорельеф, образцов волок, предназначенных для ТВ с образцами волок, предназначенных для ГСВ
Для проведения первого этапа работы были отобраны волоки ГСВ с диаметром выходного отверстия 5 мм, имеющие разную степень шероховатости Оценку качества полировки проводили визуально с помощью стереоскопического микроскопа на изготовленных волоках . Качество полировки при визуальном контроле оценивали как удовлетворительное и неудовлетворительное Далее твердосплавные волоки-заготовки выпрессовывали из оправ и сошлифовывали на плоскошлифовальном станке таким образом, чтобы поверхность каналов волок-заготовок стала доступной для измерения шероховатости на профилографе-профилометре «HOMMEL TESTER T2000» .
Необходимо отметить, что измерение шероховатости поверхности каналов волок ГСВ с помощью профилографа-профилометра является разрушающим методом оценки, что неприемлемо в производственных условиях
Результаты визуальной оценки качества полировки канала волок ГСВ и измеренного параметра шероховатости поверхности канала образцов волок-заготовок приведены в табл 2
В процессе второго этапа работы поверхность канала образцов волок-заготовок ГСВ исследовали на РЭМ с целью выявления характеристик поверхности, образующих микрорельеф и определяющих параметр шероховатости . Исследование проводили при увеличении 2000 крат. Фотоснимки поверхности канала образцов волок-заготовок, предназначенных для ГСВ, полученные с помощью стереоскопического микроскопа и с помощью РЭМ, приведены в табл 3
Из таблицы видно, что на поверхности канала образца № 1 присутствуют грубые множественные риски в виде «борозд», которые имеют достаточно большую глубину и ширину На поверхности канала образца № 2 имеются множественные грубые риски и поры, на поверхности канала образца № 3 - неровности в виде незначительных микропор
78 /
FOUNDRY PRODUCTION AND METflllURGV
2 (91), 2018-
Таблица 2 . Параметры шероховатости поверхности канала образцов волок-заготовок, предназначенных для ГСВ
Номер образца
Операция изготовления рабочего канала волоки
Шлифовка канала иглой с алмазным напылением
Шлифовка канала иглой с алмазным напылением; полировка канала суспензией на основе порошка АСН 7/3
Шлифовка канала иглой с алмазным напылением; полировка канала суспензией на основе порошка АСН 7/3; полировка канала на основе суспензии порошка АСН 5/2
Значение шероховатости Ra, мкм
Класс шероховатости V
Вид канала сошлифованной волоки-заготовки
ГОСТ 2789-59
фотоснимки поверхностей получены с помощью стереоскопического микроскопа «Stemi 2000C», хб,5
1,00
0,11
0,03
10
Визуальная оценка качества
полировки канала волок с помощью стереомикроскопа
12
Неудовлетворительно:
канал волоки имеет темную матовую
поверхность . На поверхности определяются множественные грубые риски и значительная шероховатость
Неудовлетворительно:
канал волоки имеет матовую поверхность
На поверхности определяются риски и незначительная степень шероховатости
Удовлетворительно:
поверхность канала имеет зеркальный блеск
П р и м е ч а н и е: образцы № 1,2 были специально изготовлены для проведения данной работы для измерения различных степеней шероховатости и определения характеристик поверхности, образующих микрорельеф .
Таблица 3 . Поверхность канала образцов волок-заготовок, предназначенных для ГСВ
1
7
2
3
Фотоснимки, полученные с помощью стереоскопического микроскопа, х50 Фотоснимки, полученные с помощью РЭМ, х2000
н
Вид поверхности канала волоки-заготовки, образец № 1, шероховатость Ra = 1 мкм; V7
[ | ш
Вид поверхности канала волоки-заготовки, образец № 2, шероховатость Ra = 0,11 мкм; V10
ЛГПм^К^^ПиЁЁ^^ГКГТ /70
-2 (91), 2018 I Ш V
Окончание табл. 3
Фотоснимки, полученные с помощью стереоскопического микроскопа, х50
Фотоснимки, полученные с помощью РЭМ, х2000
Вид поверхности канала волоки-заготовки, образец № 3, шероховатость Ra = 0,03 мкм; У12
Для проведения третьего этапа работы во время визуального контроля качества полировки канала волок, используемых для ТВ (с диаметром выходного отверстия 0,250 мм), были специально отобраны волоки с удовлетворительным и неудовлетворительным качеством полировки . Твердосплавные волоки-заготовки были выпрессованы из оправ и сошлифованы на плоскошлифовальном станке таким образом, чтобы поверхность канала волок-заготовок стала доступной для исследования с помощью РЭМ (при увеличении 2000 крат) . Необходимость проведения данного этапа работы связана с невозможностью инструментального измерения шероховатости поверхности канала волок малого диаметра . Фотоснимки поверхности канала образцов волок-заготовок, предназначенных для ТВ, полученные с помощью стереоскопического микроскопа и с помощью РЭМ, приведены в табл . 4 .
Таблица 4. Поверхность канала образцов волок-заготовок, предназначенных для ТВ
Фотоснимки, полученные с помощью стереоскопического микроскопа, х50
Фотоснимки, полученные с помощью РЭМ, х2000
Визуальная оценка качества полировки канала волок с помощью стереомикроскопа
Неудовлетворительно:
канал волоки имеет темную матовую поверхность - на поверхности определяется значительная шероховатость
Поверхность канала волоки-заготовки, образец № 1
Неудовлетворительно:
канал волоки имеет матовую поверхность - на поверхности определяется шероховатость
Поверхность канала волоки-заготовки, образец № 2
Удовлетворительно:
поверхность канала имеет зеркальный блеск
Поверхность канала волоки-заготовки, образец № 3
/
FOUNDRY PRODUCTION nND M€TnLLURGY
2 (91), 2018-
а б
Рис . 2 . Поверхность канала образцов волок-заготовок (фотоснимки получены с помощью РЭМ, *2000): а - образец № 3 ТВ,
б - образец № 3 ГСВ
Из таблицы видно, что поверхность канала образца № 1 с неудовлетворительной оценкой качества полировки при визуальном контроле имеет грубую шероховатость, которая определяется высокой степенью неровностей . Поверхность канала образца № 2 с неудовлетворительной оценкой качества полировки при визуальном контроле имеет шероховатость, которая определяется наличием множественных пор, с большой глубиной и частотой распределения по поверхности . Поверхность канала образца № 3 с удовлетворительной оценкой качества полировки при визуальном контроле имеет неровности в виде незначительных микропор
На четвертом, заключительном, этапе работы проводили сравнение характеристик поверхности, образующих микрорельеф канала образцов волок-заготовок, используемых для ТВ и ГСВ с удовлетворительной визуальной оценкой качества полировки канала (рис . 2) .
Сравнение (рис . 2, а, б) показывает, что поверхность канала исследуемых образцов волок-заготовок имеет неровности в виде незначительных микропор, количество которых несущественно отличается . Это объясняется разным составом и микроструктурой твердого сплава исследуемых образцов . Образец № 3 ТВ имеет мелкий размер зерна а-фазы ^С - карбид вольфрама), количество кобальта в данном твердом сплаве составляет 3% . Образец № 3 ГСВ имеет средне-крупный размер зерна а-фазы, количество кобальта в данном твердом сплаве составляет 6% . Кобальтовая составляющая твердого сплава имеет более низкую твердость в сравнении с а-фазой, поэтому в процессе изготовления волок при обработке поверхности канала она частично удаляется, образуя микропоры
Таким образом, канал волоки при удовлетворительном качестве полировки при визуальном контроле с помощью стереоскопического микроскопа имеет зеркальный блеск поверхности, при неудовлетворительном качестве полировки поверхность канала имеет значительные неровности
Шероховатость поверхности с наличием микропор составляет Ra = 0,03 мкм, что соответствует классу У12 .
Обсуждение результатов
По рекомендациям различных литературных источников шероховатость обработанной поверхности канала волочильного инструмента должна составлять:
• чистота поверхности рабочей зоны должна быть не ниже класса У11-У12 [2];
• шероховатость поверхности Ra должна быть равной 0,04-0,08 мкм [4];
• шероховатость поверхности инструмента для обработки металлов давлением должна соответствовать классам У9-У11 [5];
• рабочий канал должен иметь зеркальную поверхность [2, 3, 7] .
Таким образом, разные авторы предъявляют различные требования к чистоте обработки поверхности канала волочильного инструмента . Требования имеют существенную разницу в границах Ra (от 0,32 до 0,02 мкм) и не включают рекомендации по использованию как к различным технологическим режимам волочения (сухое, мокрое), так и к группам прочности изготавливаемой проволоки . Анализ литературных данных не дает возможности определить точный, единый критерий параметра шероховатости канала волочильного инструмента
По результатам проведенной работы и с учетом обсуждения рекомендаций технической литературы установлено, что шероховатость поверхности волочильного инструмента, изготовленного на ОАО «БМЗ -
_/Ë È ПГ^ È [^ТКГЁ ITÈ iï /01
-2 (91), 2018 / U I
управляющая компания холдинга «БМК» и удовлетворяющего условиям процесса волочения, должна составлять Ra = 0,08-0,02 мкм, класс шероховатости V11-V12 .
Выводы
1. Проведен анализ литературных источников, согласно которому рабочий канал волоки должен иметь зеркальную поверхность [2, 3, 7], чистота поверхности должна соответствовать классам шероховатости V11-V12 [2], Ra = 0,04-0,08 мкм [4] .
2 . В условиях лабораторий ЦЗЛ ОАО «БМЗ - управляющая компания холдинга «БМК» проведено измерение шероховатости поверхности рабочего канала твердосплавных волок ГСВ . Поверхность рабочего канала волоки ГСВ при удовлетворительной оценке качества полировки рабочего канала при визуальном контроле имеет шероховатость поверхности Ra = 0,03 мкм (V12) .
3 . Исследование образцов волок-заготовок на РЭМ показало, что шероховатость поверхности канала волок ГСВ и ТВ, оцененных при визуальном контроле как удовлетворительное качество полировки, определяется только наличием микропор, образующих рельеф поверхности, с отсутствием рисок и следов шлифования
4 . Доказано, что визуальный метод контроля качества полировки рабочего канала твердосплавного волочильного инструмента с помощью стереоскопического микроскопа обеспечивает достаточную точность оценки качества шероховатости поверхности рабочего канала при контроле волок, предназначенных для грубо-среднего и тонкого волочения
ЛИТЕРАТУРА
1. Битков В. В. Технология и машины для производства проволоки . Екатеринбург: УрО РАН, 2004.
2 . Хаяк Г. С. Инструмент для волочения проволоки. М. : Металлургия, 1974.
3 . Юхвец И. А. Волочильное производство . Ч. I . М. : Металлургия, 1965 .
4 . Николаев В. А. Теория ковочно-штампового и волочильного производства. Запорожье: ЗГИА, 2005 .
5 . Груздев А. П., Зильберг Ю. В., Тилик В. Т. Трение и смазки при обработке металлов давлением . М. : Металлургия, 1982.
6 . Киффнер Р., Бенезовский Ф. Твердые сплавы . М. : Металлургия, 1971.
7 . Красильников Л. А., Лысенко А. Г. Волочильщик проволоки . М. : Металлургия, 1987.
8 . Перлин И. Л. Теория волочения . М. : Гос . науч. -техн . изд-во лит. по черной и цветной металлургии, 1957.
REFERENCES
1. Bitkov V. V. Tehnologija i mashiny dlja proizvodstva provoloki [Technology and machines for wire production] . Ekaterinburg, UrO RAN Publ . , 2004.
2 . Hajak G. S. Instrument dlja volochenijaprovoloki [Wire drawing tools], Moscow, Metallurgija Publ . , 1974 .
3 . Juhvec 1 A. Volochil'noeproizvodstvo [Wire drawing production] . Moscow, Metallurgija Publ. , 1965 .
4 . Nikolaev V. A. Teorija kovochno-shtampovogo i volochil'nogo proizvodstva [The theory of forging and stamping and drawing] . Zaporozh'e, ZGIA Publ . , 2005 .
5 . Gruzdev A. P., Zil'berg Ju. V., Tilik V. T. Trenie i smazki pri obrabotke metallov davleniem [Friction and lubrication in the treatment of metals by pressure], Moscow, Metallurgija Publ . , 1982 .
6 . Kiffner R., Benezovskij F. Tverdye splavy [Solid alloys]. Moscow, Metallurgija Publ . , 1971.
7 . Krasil'nikov L. A., Lysenko A. G. Volochilshhikprovoloki [Wire welder] . Moscow, Metallurgija Publ . , 1987.
8 . Perlin I L. Teorija volochenija [Theory of drawing] . Moscow, Gosudarstvennoe nauchno-tehnicheskoe izdatel'stvo literatury po chernoj i cvetnoj metallurgii Publ . , 1957.
