Фильеры производим — виды и материалы

Фильера — высокоточный формообразующий инструмент с калиброванным каналом, через который под давлением или тягой продавливают либо протягивают материал. В зависимости от процесса фильеры выполняют разные функции: уменьшают поперечное сечение металлической заготовки при волочении, формируют профиль при экструзии полимеров, разделяют поток расплава или раствора на элементарные волокна при производстве химических нитей. Общее требование ко всем типам — точность канала, износостойкость рабочей поверхности и соответствие материала инструмента среде эксплуатации.

Типы фильер по технологическому назначению

Волочильные фильеры (волоки)

Волочильная фильера — основной инструмент волочильного стана. Металлическая заготовка (катанка) протягивается через конический канал, уменьшаясь в сечении. При пластической деформации плотность дислокаций возрастает: прочность и твёрдость готовой проволоки повышаются в полтора-два раза по сравнению с исходной заготовкой.

Волочением получают проволоку диаметром от 0,002 до 16 мм, прутки, тонкостенные трубы и фасонные профили из сталей, меди, алюминия, никеля и их сплавов. Одна заготовка последовательно проходит через несколько фильер убывающего диаметра: при волочении медной проволоки число переходов достигает 18–22, при волочении стальной — меньше. Твёрдосплавные фильеры обеспечивают квалитеты точности 6–9 (допуски 5–30 мкм в зависимости от диаметра); алмазные фильеры для прецизионной проволоки — квалитет 5–6 с допуском 5–15 мкм.

Прядильные фильеры

Прядильная фильера (колпачок или пластина с тарированными отверстиями) применяется в производстве химических волокон. Через множество отверстий одновременно выдавливается раствор или расплав полимера; каждая струя, затвердевая, становится элементарной нитью, которые объединяются в жгут или нить.

Параметры фильеры зависят от технологии формования:

• формование из раствора (вискоза): 24–36 отверстий диаметром 0,07–0,08 мм;
• производство штапельного волокна: 1 600–12 000 отверстий на одну пластину;
• непрерывное стеклянное волокно: 200–800 отверстий в платинородиевом колпачке, работающем при температуре расплава стекла.

Материал прядильной фильеры определяется составом прядильной среды. Никель устойчив к кислотным осадительным ваннам при производстве вискозы; тантал применяют в особо агрессивных средах; платинородиевые сплавы — при высокотемпературном формовании стекловолокна и базальтового волокна.

Экструзионные фильеры для полимерных материалов

Экструзионная фильера — формующая часть экструзионной головки. Расплавленный полимер под давлением поступает через входной канал, равномерно распределяется в коллекторной зоне и выходит через калибрующее отверстие заданного профиля. На выходе наблюдается эффект разбухания экструдата, который учитывают при проектировании канала.

По форме получаемого изделия различают три основных типа:

• Плоскощелевые — для листов и плёнок (ширина щели достигает нескольких метров, толщина регулируется в пределах 0,2–5 мм).
• Кольцевые (угловые и прямоточные) — для труб, шлангов и рукавных плёнок. Прямоточные обеспечивают равномерное распределение напряжений по сечению изделия.
• Профильные — для погонажных изделий произвольного сечения.

Конструктивно фильеры делят на плоские (прямолинейный паз) и обтекаемые (плавно сужающийся канал). Плоские проще в изготовлении, но склонны к образованию застойных зон и пригару расплава. Обтекаемые обеспечивают равномерное ускорение потока и применяются на непрерывных производственных линиях.

Фильеры для пищевой промышленности

Фильеры для формовки макаронных изделий, кормовых гранул и других пищевых продуктов — дисковые матрицы с массивом отверстий заданной формы. Материал — аустенитная нержавеющая сталь с допуском контакта с пищевыми продуктами. Форма отверстий определяет вид изделия: круглая — для прямых изделий, кольцеобразная с дорном — для полых трубок, фасонная — для сложного сечения.

Материалы для изготовления фильер

Выбор материала определяют три фактора: механические нагрузки в зоне контакта, температурный режим и химическая среда. Не существует универсального решения — каждый тип процесса требует своего материала.

Твёрдые сплавы группы ВК

Наиболее распространённый материал волочильных фильер для проволоки и прутков из чёрных и цветных металлов. Сплавы ВК представляют собой металлокерамику: зёрна карбида вольфрама спечены с кобальтовой связкой. С ростом содержания кобальта твёрдость и износостойкость снижаются, зато повышается ударная вязкость; при увеличении размера зерна улучшается трещиностойкость. Для задач с частой сменой диаметров или малых партий твёрдосплавные фильеры предпочтительнее алмазных из-за их более низкой стоимости и удобства переточки.

Марка	Co, %	Твёрдость, HRA (ГОСТ 3882)	Характерное применение
ВК6	6	88,5	Волочение и калибровка проволоки из цветных металлов и среднеуглеродистых сталей
ВК8	8	87,5	Волочение и калибровка прутков и труб из стали и цветных металлов; небольшие ударные нагрузки
ВК10	10	86,5	Крупные диаметры, прутки и трубы с повышенными ударными нагрузками
ВК20	20	82,0	Высадка метизов, прессование — высокая ударная вязкость при пониженной износостойкости

Алмазные фильеры (природный или синтетический алмаз в стальной обойме) применяют для тонкой и сверхтонкой проволоки диаметром от долей миллиметра, а также когда требуется квалитет точности 5–6. Высокая стоимость алмазного инструмента оправдана при значительных объёмах производства и жёстких требованиях к допускам.

Инструментальные и нержавеющие стали

Экструзионные фильеры для переработки полимеров изготавливают из инструментальных хромистых сталей. Внутренние каналы подвергают финишной полировке для снижения адгезии расплава и предотвращения пригара. Пищевые фильеры выполняют из аустенитных нержавеющих сталей.

Сплавы платиновой группы и специальные металлы

Для прядильных фильер в высокотемпературных процессах (стекловолокно, базальтовое волокно) применяют платинородиевые сплавы: они сохраняют размерную стабильность и химическую инертность при длительной работе с расплавами при высоких температурах. Никель и тантал используют при формовании из кислотных растворов, где нержавеющие стали недостаточно коррозионностойки.

Керамика и графит

Фильеры из плотной оксидной керамики (Al₂O₃) или нитрида кремния (Si₃N₄) применяют там, где недопустимо металлическое загрязнение продукта или рабочая среда разрушает металлический инструмент. Керамические фильеры твёрды и химически инертны, но чувствительны к ударным нагрузкам и термоудару — при монтаже и эксплуатации требуют осторожного обращения.

В отдельных специальных применениях (экструзия углеродных материалов, некоторые процессы с расплавами металлов) используют графитовые фильеры: они инертны к расплавам ряда металлов и выдерживают высокие температуры в восстановительной атмосфере.

Геометрия канала волочильной фильеры

Конфигурация канала определяет характер пластической деформации и ресурс инструмента. Стандартный канал включает пять последовательных зон:

1. Входная зона — широкий конус с углом при вершине 60–90°; обеспечивает ввод заготовки и направление к смазочной зоне.
2. Смазочная зона — конус с полуугловым углом 15–30°; здесь смазка захватывается и нагнетается в зону деформации.
3. Рабочий конус — наиболее ответственная зона, где происходит основная деформация. Полуугол: 6–12° для стальной проволоки, 8–16° для проволоки из цветных металлов. При завышенном угле резко возрастает давление и температура; при заниженном — усиливается трение.
4. Калибрующий поясок — цилиндрический участок без конусности, задаёт окончательный размер изделия. Длина пояска — 0,3–1,0 диаметра отверстия.
5. Выходная зона — расширяющийся конус, предотвращающий царапание готового изделия при выходе из инструмента.

Твёрдосплавная вставка запрессовывается в стальную обойму (корпус), принимающую растягивающие напряжения. Рабочая поверхность канала полируется алмазным инструментом до Ra ≤ 0,05–0,1 мкм.

Требования к точности и шероховатости

Диаметр канала волочильной фильеры для прецизионной проволоки выдерживается с допуском ±0,001–0,005 мм в зависимости от диаметра. Некруглость и конусообразность калибрующего пояска не должны превышать 0,5–1,0 поля допуска на диаметр. Шероховатость рабочей поверхности — Ra 0,05–0,1 мкм, достигается алмазным полированием.

Для экструзионных фильер допуски на проходной профиль задаются чертежом и определяются требованиями к готовому изделию. Типичная шероховатость рабочих каналов после полировки — Ra 0,4–0,8 мкм.

Как заказать фильеру

Фильеры изготавливают по чертежу или образцу. При оформлении заказа необходимо указать:

• тип и технологический процесс, для которого предназначена фильера;
• материал обрабатываемой заготовки или среды;
• форму и геометрические параметры канала — диаметр, полуугол рабочего конуса, длина калибрующего пояска или профиль сечения;
• материал фильеры или требования к её стойкости;
• допуски на размеры и требования к шероховатости;
• количество и габариты корпуса (для волочильных вставок).

При отсутствии чертежа — предоставьте изношенный образец или описание процесса.