СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БИМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПРОВОЛОКИ
BIMETALLIC WIRE PRODUCTION METHOD

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления биметаллической проволоки.
Известен способ изготовления сталемедной проволоки (см. патент РФ №2122908), включающий подачу стального сердечника и медной оболочки в виде ленты, сборку заготовки путем оборачивания оболочки вокруг сердечника, соединения ее кромок, нагрев до температуры 750-800°С и прокатку полученной заготовки в разъемном круглом калибре. При этом непосредственно перед прокаткой поверхность медной оболочки охлаждают до температуры 200-400°С со скоростью, превышающей скорость теплопередачи в стальном сердечнике. Охлаждение оболочки производят холодным воздухом или водовоздушной смесью преимущественно в зоне разъема круглого калибра.
Недостатками данного способа является невозможность получения высокого качества соединения материалов, входящих в биметаллическую проволоку, а также его высокая трудоемкость, энергоемкость и сложная воспроизводимость.
Наиболее близким аналогом является способ изготовления биметаллической проволоки (см. патент Япония №54-155111), согласно которому, волочение проволоки производят из заготовки, состоящей из гильзы с внутренней резьбой и ввернутого в гильзу сердечника из другого металла, снабженного соответственной наружной резьбой. Резьбы тщательно шлифуют, обезжиривают, промасливают и сушат. После волочения получают проволоку, в которой полностью отсутствует граница между двумя металлами.
Недостатком данного способа являются невозможность получения высокого качества соединения материалов, входящих в биметаллическую проволоку, высокая трудоемкость, энергоемкость и сложная воспроизводимость.
Объясняется это тем, что при формировании заготовки требуется нарезать идентичные по размерам резьбы как на внутреннюю поверхность оболочки, так и на наружную поверхность сердечника. Это приводит к дополнительным затратам и делает практически невозможным из-за заклинивания резьбы получения длинномерных заготовок. Применение же заготовки небольшой длины для получения проволоки (длинномерного изделия), особенно с уменьшением ее диаметра, требует применения высоких суммарных обжатий, что вызывает высокий наклеп металла оболочки и требует проведения дополнительных промежуточных термических обработок, что приводит к высокой цикличности процесса.
Кроме того, совместная пластическая деформация разнородных металлов при волочении в монолитных волоках заготовки в биметаллическую проволоку вызывает в зоне резьбового соединения различное напряженно-деформированное состояние в выступах. Это приводит к их разрушению и может привести к полной потере сцепления между сердечником и оболочкой.
Задача, решаемая изобретением, заключается в получении высокого качества соединения металлов, входящих в биметаллическую проволоку, снижения затрат на ее производство и обеспечения цикличности процесса за счет создания промежуточного слоя с гибридной самозаклинивающейся структурой.
Технический результат, обеспечивающий решение задачи, заключается в получении биметаллической заготовки с винтовым соединением оболочки и сердечника прокаткой в разъемном круглом калибре, в результате чего формируется промежуточный слой с гибридной самозаклинивающейся структурой, обеспечивающий высокие показатели сцепления оболочки и сердечника.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе производства биметаллической проволоки, включающем формирование заготовки путем оборачивания вокруг цилиндрического сердечника из стали 10 с нанесенной на его поверхность резьбой оболочки в виде плоской ленты из меди M1 и волочение, согласно изобретению, перед волочением осуществляют прокатку в круглом разомкнутом калибре с абсолютным обжатием равным высоте резьбы сердечника h, при этом на контактных поверхностях образуют последовательно расположенные трапециевидные выступы из металлов оболочки и сердечника, причем выполняют соотношение между площадями соответствующих трапециевидных выступов сердечника и оболочки:
где k - эмпирический коэффициент, при этом k=1-2;
обол
2
S - площадь выступа на оболочке, мм;
серд
2
S - площадь выступа на сердечнике, мм;
Вобол
σ - временное сопротивление разрыву металла оболочки, МПа;
Всерд
σ - временное сопротивление разрыву металла сердечника, МПа.
Известен способ производства биметаллической проволоки (см. патент Япония №54-155111), согласно которому производят волочение проволоки из заготовки, состоящей из гильзы с внутренней резьбой и ввернутого в гильзу сердечника из другого металла, снабженного соответственно наружной резьбой. Это обеспечивает высокое качество соединения металлов, входящих в биметаллическую проволоку.
В заявляемом способе указанные признаки так же, как и в известном способе предназначены для создания благоприятных условий, обеспечивающих высокое качество сцепления металлов оболочки и сердечника, снижения издержек производства.
Однако наравне с вышеуказанными известными техническими свойствами, заявляемая совокупность отличительных признаков, указанная в формуле изобретения, заключающихся в синергетическом эффекте от действия последовательно осуществляемых процессов: нанесения резьбы на поверхность цилиндрического сердечника, свертка полосы из мягкой составляющей и формирование резьбового соединения сердечника и оболочки при прокатке в разъемном круглом калибре и получение гибридной самозаклинивающейся структуры, обеспечивает высокую прочность соединения компонентов проволоки, снижение затрат на ее производство, а также цикличности процесса.
На основании вышесказанного можно сделать вывод, что заявляемый способ производства биметаллической проволоки не следует явным образом из известного уровня техники и, следовательно, соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Сущность заявляемого способа поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен сердечник с нарезанной на него резьбой, где 1 - трапециевидный выступ на сердечнике, 2 - сердечник.
На фиг. 2 изображена схема образования промежуточного слоя между оболочкой и сердечником при прокатке, где 3 - оболочка из мягкого материала, 4 - трапециевидный выступ на оболочке; 5 - промежуточный слой, h - высота выступов сердечника и оболочки.
Сущность предлагаемого способа производства биметаллической проволоки состоит в следующем.
На поверхность проволоки - сердечника (2, фиг. 1) предварительно любым известным способом наносят винтовой трапециевидный профиль (резьбу) заданной конфигурации (1, фиг. 1).
Внутренняя поверхность оболочки (3, фиг. 2) любым известным способом зачищается для удаления загрязнений окислов. Предпочтение следует отдать зачистке щетками. Затем сердечник и оболочку подают в прокатную клеть с круглым калибром, где формируют выступы на оболочке (4, фиг. 2). При этом осуществляют прокатку в круглом разомкнутом калибре с абсолютным обжатием равным высоте резьбы сердечника h. В результате получают заготовку с промежуточным слоем (5, фиг. 2), состоящим из гибридной самозаклинивающейся структуры, а затем производят волочение в монолитных волоках до готового размера.
При одновременной прокатке в круглом калибре сердечника с нанесенной на его поверхность резьбой и оболочки под действием внешнего давления со стороны прокатных валков происходит заполнение материалом оболочки зазоров между выступами и внедрения более твердых выступов сердечника (1, фиг. 2) в материал оболочки (3, фиг. 2). То есть в заготовке образуется три слоя: поверхностный (материал оболочки), промежуточный (5, фиг. 2), состоящий из последовательно расположенных участков из материалов оболочки (3, фиг. 2) и сердечника (2, фиг. 2) и внутренний (материал сердечника). Волочение в монолитных волоках такой заготовки происходит по схеме триметалла. Это обеспечивает высокий уровень механического сцепления металла оболочки и сердечника.
Прокатка заготовки с коэффициентом k<1,0 не обеспечивает прочности сцепления выступов из-за недостаточной пластичности металла оболочки.
Прокатка заготовки с коэффициентом k>2,0 не обеспечивает прочности сцепления выступов на поверхности из-за неравномерной деформации металлов оболочки и сердечника.
Пример конкретного выполнения.
Для обоснования преимуществ заявляемого способа производства биметаллической проволоки было проведено 5 экспериментов, из них: эксперименты №2-4 с заявляемыми режимами, №1, 5 - с режимами, выходящими за пределы заявляемых режимов.
В качестве сердечника была взята цилиндрическая заготовка из стали марки 10 диаметром 30 мм и длиной 300 мм с нарезанной внешней резьбой. В качестве оболочки использовали медную ленту марки M1. Испытания проводили с пятью вариантами нарезки резьбы на сердечник.
Результаты испытаний приведены в таблице.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что в заявляемом способе производства биметаллической проволоки возникают условия создания на границе раздела «сердечник-оболочка» гибридной самозаклинивающейся структуры, обеспечивающей высокие показатели сцепления оболочки и сердечника. Соответственно заявляемое решение может быть применимо в прокатном производстве, а следовательно, соответствует условию "промышленная применимость".