Конспект лекций «Технология инструментального производства» (стр. 4 )

Технология пайки не отличается сложностью. Здесь, как и при наварке, важно хорошо раскислить соединяемые поверхности. Для этого используют размельченную обезвоженную буру, которой после предварительного нагрева заготовок посыпают спаиваемые поверхности, или буру иногда вводят в состав припоя, если последний ис­пользуют в виде порошка, что свойственно напайке пластин на кор­пуса многолезвийных инструментов. В заготовках корпусов на торцах делают выточки — ванночки, в которые после сборки корпуса с ножа­ми и раскисления насыпают припой. Установив корпус на противо­положный торец, его нагревают до расплавления припоя, подстуживают на воздухе и закаливают в масло или дают медленно остыть в термостатах для последующего отжига и лезвийной обработки.

Напайка, как и наварка пластин, позволяет экономить быстроре­жущую сталь. Экономия большая. Так, по данным Челябинского тракторного завода, при изготовлении крупномодульного долбяка (т = 10,5 мм) с напаянными пластинами экономия быстрорежущей стали составляет 23 кг.

Нагревать заготовки во время напайки можно в печах, обеспечи­вающих температуру 1260...1300 °С. При такой высокой температуре возможны окисление и обезуглероживание поверхностных слоев ма­териала пластин и ножей. Поэтому лучшим является безокислитель­ный нагрев в соляных ваннах, нефтяных или газопламенных печах. Для первичного подогрева можно использовать любые печи.

Напайка пластин твердого сплава. До напайки выполняют макси­мум операций над корпусом, чтобы после напайки производить толь­ко шлифование и заточку.

Для пайки используют медь или медно-цинковые припои, латуни с температурой плавления 900... 1080 °С. Они мягкие. Поэтому слой припоя под пластиной нельзя допускать более 0,1 мм, чтобы под дей­ствием сил резания припой не «выдавливался» и пластина не изгиба­лась и не ломалась. Поэтому неплоскостность контактных поверхно­стей гнезд и пластин должна быть не более 0,05...0,10 мм. Гнезда в корпусах фрезеруют, а опорные поверхности пластин при необходи­мости шлифуют.

Перед напайкой пластины обезжиривают промывкой в бензине или четыреххлористом углероде. Спаиваемые поверхности пластин и корпусов раскисляют бурой. У однолезвийных инструментов, напри­мер резцов, бурой посыпают опорную поверхность гнезда, затем кла­дут пластину припоя, посыпают бурой, кладут пластину твердого сплава, а на нее сверху опять кладут припой и посыпают бурой, чтобы защитить переднюю поверхность пластины от окисления. После это­го соединение нагревают до расплавления припоя, подправляют по­ложение пластины и выжимают избыточный припой. У заготовок многолезвийных инструментов раскисление — отдельный переход. Режущие пластины с пластинками припоя устанавливают в гнезда корпуса, слегка закрепляют зачеканкой, обвязкой асбестовым шнуром или жаропрочной проволокой, вываривают в водном растворе буры и высушивают. После этого производят нагрев до расплавления припоя и последующее охлаждение, которое можно совместить с за­калкой корпусов в масле или селитровой ванне.

 

 

Рис. 1.3. Петлевой индуктор для напайки на резцы пластин твердого сплава.

 

Для нагрева используют любые печи, но лучше с безокислитель­ной средой. Часто предпочитают индукционный нагрев как быстрый, чистый и поддающийся автоматизации. Заготовка в витковом индук­торе непрерывно вращается во время нагрева и застывания припоя. Инструменты, нагреваемые в петлевом индукторе (резцы, ножи для сборных инструментов), неподвижны (рис. 1.3). Нагрев твердого сплава должен быть медленным, так как он обладает малой теплопро­водностью, и быстрое изменение объемов от быстрого нагрева может привести к растрескиванию пластин. По этой же причине охлажде­ние после напайки тоже должно быть очень медленным. Напаянные заготовки должны остывать в термостатах, а еще лучше — вместе с пе­чью, куда они забрасываются после напайки. Медленный нагрев и медленное охлаждение — общая особенность горячей обработки ин­струментальных материалов. Для медленного нагрева петлевые ин­дукторы проектируют так, чтобы пластина нагревалась за счет тепло­передачи от нагреваемого корпуса. То же самое делают при напайке на машинах контактной сварки: электроды подводят к корпусу инст­румента возле пластины.

В крупносерийном и массовом производстве напайных многолез­вийных инструментов хорошо зарекомендовал себя нагрев в соляной ванне с одновременной закалкой корпусов. Собранный с пластинами твердого сплава, вываренный в водном растворе буры и высушенный корпус погружают в соляную ванну и опускают в находящийся там графитовый тигель с расплавленным припоем. Припой затекает в за­зоры между пластинами и корпусом, а потом затвердевает после подстуживания заготовки на воздухе. Остудив до температуры закалки, корпус закаливают, охлаждая его вместе с пластинами в подогретом масле или селитре.

Разработаны и используются автоматы и полуавтоматы для на­пайки резцов на установках ТВЧ, обеспечивающие высокую произ­водительность и хорошее качество пайки.

Мероприятия по повышению качества пайки. Твердый сплав и кон­струкционная сталь корпуса имеют разные коэффициенты теплового расширения. При нагреве до одной и той же температуры увеличение единицы объема стали больше, чем твердого сплава, а при остывании с этой же температуры усадка корпуса больше, чем пластины. Если корпус и пластина скреплены уже застывшим при температуре 900... 1000 °С припоем и остывают до комнатной температуры как еди­ное целое, то из-за разности объемов в соединении возникают внут­ренние напряжения. В поверхностном слое пластины эти напряже­ния растягивающие. Они способствуют повышению износа инстру­мента во время резания. Более того, складываясь с растягивающими напряжениями от изгиба пластины под действием сил резания, могут вызвать ее разрушение. После остывания паяного соединения эти на­пряжения бывают так велики, что превышают предел прочности ма­териала пластины на растяжение, и в поверхностном слое пластин появляются микротрещины или даже сплошные трещины, приводя­щие к неисправимому браку. Согласно данным Минского инстру­ментального завода, брак по трещинам в результате нарушения технологии напайки и заточки резцов со сплавами группы ТК может достигать 70%.

Зная причину этих дефектов, можно предложить стратегию их не­допущения:

—уменьшить количество связей, соединяющих пластину и кор­пус, т. е. уменьшить площадь паяного соединения для обеспечения более независимого изменения объемов пластины и корпуса во время остывания соединения;

—создать благоприятные условия для релаксации напряжений за счет пластического течения слоя припоя на достаточную величину, выравнивающую разность в сокращении объемов пластины и корпу­са;

—уменьшить усадку корпуса или увеличить усадку пластины по­сле остывания паяного соединения.

Все три направления в достаточной мере результативны. Первое направление реализуется использованием гнезд для напайки пластин только по опорной поверхности.

Для второго направления можно предложить высокопластичные припои. Однако известные высокопластичные припои не обеспечи­вают достаточной прочности соединения. Поэтому направление реа­лизуют увеличением толщины слоя припоя. Но чтобы под действием сил резания припой не выдавливался, его армируют сеткой из железа или пермаллоя толщиной 0,55 мм с одним отверстием на 1 мм2. Желе­зо и пермаллой для сеток выбраны не случайно. Коэффициент их теп­лового расширения — промежуточный между сталью и твердым спла­вом, что дополнительно способствует уменьшению остаточных на­пряжений.

Увеличение выдержки при достаточно высокой температуре так­
же увеличивает объем пластической деформации припоя, так как при
таких температурах припой более пластичный. Поэтому после напай­ки рекомендуют медленное остывание инструментов в термостатах (подогретый песок, печь). Лучше, безусловно, остывание в печи, в которой после ее заполнения производят длительную выдержку инструмента (6... 10 часов) при температуре 200...250 °С.

Реализация третьего направления увеличением усадки пластины неосуществима. Но вполне возможно и полезно уменьшение усадки корпуса путем его закалки на мартенситную или близкую к ней струк­туру. Для этого корпус вместе с напаянными пластинами охлаждают , не медленно, а быстро в подогретом до температуры 80... 100 °С масле. Такое быстрое охлаждение выдерживают без трещин сплавы группы ВК и Т5К10, а также пластины Т14К8 и Т15К6 толщиной до 4 мм. За­калка не только уменьшает внутренние напряжения в паянном со­единении и исключает появление трещин в пластинах твердого спла­ва, но и повышает износостойкость самого твердого сплава. По дан­ным Минского автомобильного завода, твердосплавные фильеры по­сле закалки служат значительно дольше.

Напайка минералокерамических пластин. После устранения шлифованием или доводкой неплоскостности опорных поверхностей
пластин до 0,1 мм пластины обезжиривают и напаивают припоем из
окиси свинца, окиси меди, мелких опилок алюминия и фтористого
натрия в качестве раскислителя. Нагрев до 850...900 °С в любой печи.
На установках ТВЧ и аппаратах для контактной сварки нагревают
очень медленно за счет теплопередачи от нагреваемого корпуса, так
как пластина немагнитная и токонепроводящая. Прочность шва на срез очень низкая, 30...32 МПа. Более прочная напайка — напайка латунью после металлизации пластин медью (прочность шва на срез до 90 МПа).

Предварительно пластины обезжиривают в ацетоне после про­мывки в мыльной воде, покрывают слоем пасты из порошка титана или гидрата титана в 3 %-м растворе целлулоида в амилацетате. Затем пластины высушивают, накрывают кусочком медной фольги, помещают в контейнер, в котором создают вакуум 3 МПа для предотвращения соединения титана с кислородом и водородом воздуха. После нагрева до 1130...1150 °С титан плавится, частично восстанавливая окись алюминия в поверхностном слое пластины, прочно соединяет­ся с материалом пластины и медью.