Конспект лекций «Технология инструментального производства» (стр. 10 )

Обработка холодом. Сразу после закалки инструмент можно обра­ботать холодом в жидком азоте (—197 °С) или в твердой углекислоте, растворенной в бензине (—80...—100 °С). После такой обработки в ста­ли практически не остается аустенита и можно обойтись только од­ним отпуском для снятия внутренних напряжений. Кроме того, обра­ботка в жидком азоте даже готового инструмента повышает его стой­кость тем значительнее, чем больше нарушен режим термообработки инструмента.

Высокий отпуск. Задние поверхности многих инструментов после закалки и отпуска не шлифуют, как, например, у стандартных фасон­ных фрез, резьбонарезных гребенчатых фрез, резьбонарезных пла­шек. Не шлифуют фасонные поверхности инструментов, если в инст­рументальном цехе конкретного завода по той или иной причине сде­лать это невозможно. Тем не менее, шероховатость таких поверхно­стей должна быть минимальной, и ее надо обеспечить лезвийной обработкой. Для этой цели делают неполную закалку инструмента с последующим высоким отпуском: нагрев до 920...950 °С, охлаждение на воздухе или в масле и высокий отпуск при температуре 700...720 °С. После отпуска сталь имеет твердость 260...270 НВ, несколько труднее обрабатывается, но обеспечивает меньшую шероховатость обрабо­танной поверхности.

Такой закалке с высоким отпуском подвергают также протяжки перед чистовой лезвийной обработкой, хотя после последующей нор­мальной закалки и отпуска их шлифуют.

Высокий отпуск делают лапкам конусов инструментов и ушкам ножовочных полотен для понижения их твердости.

Низкий отпуск. Его проводят при температурах 200...250 °С для от­ветственных режущих инструментов, например внутренних протя­жек, чтобы исключить их поводку во время эксплуатации под дейст­вием остаточных внутренних напряжений. Такому отпуску подверга­ют уже готовые инструменты или инструменты перед чистовым шли­фованием.

 

3.5. Нагревательное оборудование для термической обработки.

В настоящее время промышленность располагает большим арсе­налом нагревательного оборудования, которое можно использовать в инструментальном производстве. Это, прежде всего камерные печи газовые, мазутные и электрические, шахтные электрические печи, конвейерные методические печи, печи с восстановительной или ней­тральной атмосферой, печи-ванны, установки ТВЧ с ламповыми и машинными генераторами. Выбор печей определяется развиваемой ими температурой нагрева и наличием в конкретном цехе. Если есть возможность пополнения или замены оборудования, а также в случае вновь проектируемого производства, выбор печей должен быть опти­мальным, как и при решении любых других задач. Это значит, что вы­бранная печь должна обеспечить минимальные затраты при высоком качестве выполнения операции нагрева. Качество лучше всего оце­нить по дефектам инструмента, связанным с нагревом.

Во время отжига длительная выдержка инструмента при высокой температуре особо опасна обезуглероживанием и глубоким окисле­нием поверхности заготовок или инструментов. Поэтому целесооб­разны камерные, шахтные и конвейерные печи с нейтральной атмо­сферой. Лучшим вариантом является использование печей с про­граммным обеспечением режима отжига и нейтральной атмосферой. Такие печи обычно используют в серийном и массовом производстве. В условиях единичного производства отжиг заготовок инструмента производят в обычных камерных или шахтных печах без защитной ат­мосферы. Для уменьшения обезуглероживания, что особенно важно при малых припусках под последующую механическую обработку, заготовки или инструменты перед повторной закалкой, если первая некачественная, укладывают в металлические ящики и засыпают карбюризатором: 50 % древесного угля и 50 % чугунной стружки. Ящики загружают в печь и производят отжиг, при котором поверхно­сти изделий даже несколько науглероживаются.

При нагреве под закалку опасны окисление и обезуглероживание поверхности инструмента, а также недогрев и перегрев, вызываемые нарушением температурно-временного режима. Недогрев из-за по­ниженной температуры нагрева или недостаточной выдержки умень­шает твердость и красностойкость инструмента, а перегрев — проч­ность по причине роста зерна стали. При значительном перегреве, его называют пережогом, возможно межкристаллическое окисление ме­талла и окончательный брак. Увеличенный окисленный или обезуглероженный слой, больший установленного припуска под последую­щую обработку, также приводит к браку инструмента. Закладка в тех­процесс повышенных припусков экономически невыгодна, так как увеличиваются, расход быстрорежущей стали и трудоемкость после­дующих операций по изготовлению инструмента. Поэтому печи для нагрева под закалку еще в большей степени, чем для отжига, не долж­ны допускать окисления и обезуглероживания поверхностей инстру­мента. Здесь обязательна нейтральная среда и автоматическое под­держание температуры нагрева, желательно и времени нагрева, т. е. печи должны быть оснащены устройствами, автоматически поддерживающими температурно-временной режим нагрева. Такие печи оптимальны как с точки зрения качества, так и производительности термообработки.

Предпочтительными и наиболее распространенными являются печи-ванны:

а) высокотемпературные хлорбариевые с электродным разогревом ВаС12 для окончательного нагрева быстрорежущего инструмента
под закалку;

б) среднетемпературные соляные ванны (77,5 % ВаС12 + 22,5 % NaCl)
с электродным или тигельным разогревом нагревающей среды. При­
меняют для подогрева быстрорежущего инструмента или оконча­
тельного нагрева под закалку инструментов из углеродистой и низко­
легированной сталей;

в) низкотемпературные соляные ванны с тигельным разогревом
нагревающей среды из калиевой и натриевой селитр или из раствора
едких щелочей. Пригодны для охлаждения инструмента при ступенчатой закалке или для отпуска закаленного инструмента.

Расплавы или растворы солей в этих ваннах нейтральны, но, тем не менее, могут окислять нагреваемые инструменты кислородом, зане­сенным самими инструментами. Поэтому ванны периодически рас­кисляют: высокотемпературные — молотым FeSi или бурой, а средне-температурные — бурой или желтой кровяной солью.

Для подогрева быстрорежущего инструмента перед окончатель­ным нагревом под закалку можно использовать одно- и двухкамер­ные печи с мазутным или газовым обогревом. Газы — продукт сгора­ния топлива — создают в печи атмосферу, близкую к нейтральной. В первой камере, где сгорает топливо, производят второй подогрев, а во второй, обогреваемой горячими отходящими газами, — первый.

Дефектом отпуска является недоотпуск, характеризуемый повы­шенным содержанием аустенита в структуре быстрорежущей стали и являющийся следствием нарушения температурно-временного ре­жима нагрева или охлаждения. Обезуглероживание и окисление по­верхности здесь не опасно, так как температура нагрева инструментов относительно низкая. Поэтому для отпуска можно использовать лю­бые печи, обеспечивающие и строго поддерживающие требуемую температуру. Наиболее удобными и чаще всего используемыми явля­ются шахтные печи с атмосферной средой. Инструмент загружается в них корзинами.

Глубокие шахтные печи с установкой под полом используют как для отпуска протяжек, так и для их нагрева под закалку. Для уменьше­ния деформаций протяжки в печи подвешивают. Защиту от обезуглероживания и окисления при нагреве под закалку обеспечивают обер­тыванием протяжки асбестом или покрытием расплавленной бурой при окончательном нагреве.

Установки ТВЧ позволяют получить поверхностную закалку при вязкой сердцевине. Это важно для инструментов, обладающих малой прочностью. Такие установки используют главным образом для за­калки инструментов из углеродистых и низколегированных сталей, у которых относительно большой интервал закалочных температур. У высоколегированных быстрорежущих сталей интервал закалочных температур малый: 20...25 °С для стали Р9 и 10...20 °С для стали Р18, в то время как для сталей ХВ, ХГСВ — 50 °С. Его трудно выдержать при нагреве на ТВЧ, так как скорость нагрева очень высокая. Поэтому ус­тановки ТВЧ редко используют для нагрева под закалку инструмен­тов из быстрорежущей стали. С другой стороны, высокая скорость нагрева является положительным фактором, она несколько расширя­ет интервал закалочных температур, что позволило в свое время Мин­скому и Киржачскому (Российская Федерация) инструментальным и Златоустовскому металлургическому (Российская Федерация) заво­дам освоить закалку сегментов из стали Р9 на установках ТВЧ.

Установки ТВЧ выгодны в том отношении, что обеспечивают чистоту рабочего места и могут быть встроены в поточные и автома­тические линии. Известны автоматы для закалки ТВЧ напильников и метчиков.

На Московском заводе «Фрезер» используют полуавтоматиче­ские агрегаты для закалки и отпуска резьбонарезных плашек, метчи­ков, сверл с набором различного оборудования, ванн, печей, распо­ложенных в последовательности технологического процесса терми­ческой обработки.

3.6. Обеспечение качества термической обработки.

После термической обработки инструмент должен обладать надлежащими твердостью и микроструктурой металла, не иметь повы­шенного окисления и обезуглероживания поверхностных слоев, а также коробления сверхдопустимых норм. Заданные твердость и микроструктура металла инструмента обеспечивают ему оптималь­ное сочетание прочности, износостойкости и красностойкости в кон­кретных условиях применения. Толщина дефектного поверхностно­го слоя и коробление инструмента влияют на величину припуска под последующую механическую обработку, а стало быть, на расход ре­жущего материала и трудоемкость абразивной обработки. С увеличением этих дефектов себестоимость инструмента возрастает, а в неко­торых случаях его изготовление становится невозможным, как при чрезмерном короблении. Поэтому мероприятия по обеспечению ка­чества термической обработки должны быть нацелены на выполне­ние указанных требований, позволяющих инструменту стать опти­мальным по минимуму приведенных затрат.