Конспект лекций «Технология инструментального производства» (стр. 3 )

Литье. Достигается значительная экономия быстрорежущей ста­ли, так как форма заготовки очень близка к форме готового инстру­мента. Наполовину снижается трудоемкость изготовления инстру­мента в связи с тем, что почти полностью исключается последующая лезвийная обработка. Возможна добавка присадок других химиче­ских элементов для повышения прочности и стойкости инструмента. С этой точки зрения литье — наиболее выгодный метод получения заготовок. Литьем в оболочковые формы по выплавляемым моделям можно получать заготовки, для превращения которых в инструмент требуется только закалка с отпуском, шлифование и заточка.

Заготовки могут быть цельнолитыми с полным профилем зубьев и канавок мелкоразмерных инструментов. Для инструментов средних и крупных размеров заготовки составные, когда режущие ножи, пла­стины, гребенки из проката быстрорежущей стали или твердого спла­ва заливаются углеродистой или легированной сталью для получения корпуса. Могут быть и сварные инструменты с литой рабочей частью, например сверла, концевые зенкеры и фрезы. Для сборных инстру­ментов можно отливать ножи с рифлениями на опорной поверхно­сти.

Однако широкому внедрению литья препятствуют дефекты структуры литой стали. Это, прежде всего, — карбидные ликвации. В результате — непостоянная по длине твердость и износостойкость ре­жущей кромки, и в целом стойкость литого инструмента ниже, чем из проката. Неоднородность структуры вызывает «пятнистую» твер­дость после закалки, высокие внутренние напряжения, понижающие прочность инструмента и приводящие к образованию трещин. Крупнозернистость структуры и расположение карбидов в виде сетки во­круг зерен также понижают прочность инструмента.

Некоторому разрушению карбидной сетки и более равномерному распределению карбидов способствует двойная закалка. Первую за­калку выполняют с увеличенной в 5...6 раз выдержкой при нагреве, что способствует частичному растворению карбидов, а затем их неко­торому перераспределению по объему металла. После закалки заго­товки подвергают изотермическому отжигу по режиму быстрорежу­щей стали, механической обработке и второй, уже нормальной, за­калке и отпуску. Стойкость инструмента после двойной закалки по­вышается на 30...50 % по сравнению с литым инструментом однократной закалки. Тем не менее, она ниже, чем у инструментов, изготовленных из проката. Если за счет технологий литья, разрабо­танных проф. , прочность литых инструментов повы­шена до прочности инструментов из проката, то стойкость еще не до­ведена до этого уровня, она в два-три раза ниже. Поэтому литье эко­номически оправдывает себя только при изготовлении трудоемких мелкоразмерных и мелкопрофильных инструментов, например мел­ких концевых фрез, в условиях серийного и массового производства.

Наплавка режущих элементов. Наплавляется быстрорежущая сталь на корпусы из конструкционной стали, причем даже не на пол­ный зуб, а на его часть, необходимую для работы будущего инстру­мента (рис. 1.2).

 

Рис. 1.2. Наплавка зубь­ев инструмента.

 

Электродуговую наплавку производят электродами из быстрорежущей стали с об­мазкой или углеродистыми с качественной обмазкой. Электроды могут быть трубчатые, заполненные ферросплавами и флюсами. На­плавлять можно вручную или на специальных установках, где весь процесс наплавки (подго­товка из лент электродов, заполнение их ферросплавами, наплавка) автоматизирован. Возможна наплавка с помощью газовой горелки.

Наплавка может производиться с изотермической закалкой заго­товки (простые однолезвийные инструменты: резцы, ножи). Заготов­ки корпусов инструментов перед наплавкой подогревают до 300...600 °С, и эту температуру поддерживают во время наплавки.

При втором способе после наплавки многолезвийных и других сложных инструментов предусматривают отжиг с последующей лез­вийной обработкой заготовок. В этом случае заготовки корпусов ин­струментов перед наплавкой подогревают до 300...600 °С.

Наплавленные инструменты имеют те же недостатки, что и литые, и по той же причине. Поэтому метод экономически оправдал себя при восстановлении предельно сточенного инструмента. В этом слу­чае наплавку зубьев производят вручную, возможно даже газовой го­релкой.

Сварка заготовок широко используется в инструментальном про­изводстве для изготовления хвостового и стержневого инструмента диаметром 6 мм и больше. Сваривают встык заготовку рабочей части инструмента из быстрорежущей стали с заготовкой хвостовика или стержня из конструкционной стали.

Стыковая электросварка принципиально ничем не отличается от используемой в машиностроении. Только длина вылета из зажима за­готовки из быстрорежущей стали должна быть в 2,25...2,50 раза мень­ше, чем вылет заготовки из конструкционной стали, так как тепло­проводность быстрорежущей стали ниже, а температура концов под сварку должна быть одинаковой. Вылет быстрорежущей заготовки равен ее диаметру, но не менее 8... 10 мм для избежания подкаливания быстрорежущей части сваренной заготовки в зоне шва. Для того что­бы не было трещин в зоне сварного шва после сварки, заготовки должны медленно остывать в подогретом песке или термостате, так как нагретая до температуры закалки быстрорежущая сталь принима­ет закалку на воздухе. Еще лучше сразу же после сварки заготовки складывать в печь с температурой 840...860 °С, и после ее заполнения производить отжиг. Отжиг обеспечивает снятие внутренних напря­жений, улучшение структуры и понижение твердости.

Во время сварки нельзя допускать дефектов, приводящих к браку заготовок: сверхнормативной кривизны и смещения сваренных заго­товок, прижогов в местах зажима, кольцевых трещин по быстрорежу­щей части вблизи сварного шва, пережога (черная поверхность изло­ма), свищей, расслоения по шву, непровара торцов, крупнозернистости структуры.

Сварка трением — разновидность сварки давлением. Заготовки приводятся в соприкосновение торцами, затем одна относительно другой получают вращение с непрерывным поджимом к торцу, ме­талл у торцов заготовок разогревается, повышается пластичность, свариваемые металлы сближаются до межатомных расстояний, на­ступает молекулярное схватывание, т. е. сварка.

Метод так хорош, что он практически вытеснил стыковую элек­тросварку из производства режущих инструментов. Его преимущест­ва по сравнению с электросваркой: в 5—10 раз меньше расход элек­троэнергии, в 4 раза меньше угар металла, высокая точность и произ­водительность (1,5...30 с/шт.), мелкозернистое строение шва, в шве отсутствуют окислы и макропороки, меньше брака, легко автомати­зируется. Метод используют для сварки цилиндрических заготовок, а также восстановления сломанного инструмента. Разница в диаметрах концов под сварку может быть до 4 мм.

Оба вида сварки, электросварку и сварку трением, в серийном и массовом производствах выполняют на специальных полуавтоматах.

Сварка взрывом — это тоже вид сварки давлением. Используют для получения заготовок плоского биметаллического инструмента, например протяжек.

Свариваемые заготовки, обычно полосы, накладывают друг на друга подготовленными под сварку плоскостями и помещают в кон­тейнер, где производят взрыв. Чистые свариваемые поверхности сближаются до межатомного расстояния. Наступает молекулярное схватывание, и обе полосы представляют собой монолит.

Наварка пластин быстрорежущей стали. Этот метод оснащения корпусов из конструкционной стали режущими элементами из быст­рорежущей стали по своей природе занимает промежуточное место между сваркой и напайкой. Для наварки однолезвийных инструмен­тов используют сварочный порошок, состоящий из ферромарганца, технической плавленой буры и меди, или сварочную пасту из порош­ков ферросилиция, технической соды и переплавленной буры, а так­же медной и стальной стружек, замешанных на жидком стекле.

Поверхности под наварку обрабатывают с неровностями до 0,2 мм. Плоскость державки резца посыпают порошком, укладывают пластину, нагревают в камерных печах или на стыковых сварочных машинах, машинах для точечной сварки до расплавления порошка. Потом пластину прижимают к корпусу с помощью ручного пресса или электродами машины. После этого производят отжиг, закалку и абразивную обработку, например заточку резца.

При изготовлении многолезвийных инструментов в корпусах под пластины делают клиновидные в радиальном направлении пазы, на поверхности которых и на поверхности пластин лопаточкой наносят слой сварочной пасты толщиной 1,0... 1,5 мм. Пластины закладывают в пазы корпуса с зазором по донышку паза 1,0...1,5 мм. Собранный с ножами корпус просушивают, подогревают в электрической печи до 700...800 °С, окончательно нагревают до расплавления сварочного порошка (1280 °С) в пламенной печи, вынимают из печи и обжимают пластины в направлении донышка паза путем прокатывания по плите, если заготовки цилиндрической формы. После наварки — отжиг и дальнейшая механическая обработка, как и цельных инструментов. Поскольку сварочный шов обрабатывается плохо, низкая стойкость лезвийных инструментов, желательно иметь размеры элементов корпуса и пластин такими, чтобы после наварки и отжига сварной шов лезвийными инструментами не обрабатывать, т. е. пластины должны нависать над поддерживающими их элементами корпуса.

Наварку пластин используют в серийном и массовом производстве с целью экономии дорогой и дефицитной быстрорежущей стали.

Напайка пластин быстрорежущей стали. Напайку пластин можно совместить с закалкой, использовав нагрев при напайке. Затем — отпуск, шлифование и заточка. В этом случае вся лезвийная обработка
корпусов инструментов и пластин должна быть выполнена до пайки. Если такая технология неприемлема и после пайки требуется лезвийная обработка, то напаянный инструмент отжигают, затем выполня­ют лезвийную обработку, закалку, шлифование и заточку. Темпера­тура плавления припоя при этом должна быть выше температуры нагрева под закалку, чтобы пластины при закалке не отпаялись. Кроме того, припой должен быть жидкотекучим, хорошо смачивать спаи­ваемые поверхности. Этого требует технология пайки: припой должен хорошо затекать в щели между пластиной и корпусом при любом положении последнего. Прочность паяного шва должна быть тоже высокой, точнее — достаточной. Такие припои имеются. Чаще всего используют припой ГФК следующего состава: Си 73...74 %; Ni 4...5 %; Fe 5...7 %; FeSi 3...4 %; Zn 6...8 % по весу.