Файл: Сучков, А. Е. Резервы экономии металла в машиностроении.pdf

кромки твердосплавного инструмента. Стоимость ин­ струмента, полученного из быстрорежущей стали мето­ дом порошковой металлургии некоторыми американ­ скими фирмами, очень высока.

За последние годы как у нас в стране, так и за ру­ бежом широкое распространение получило упрочнение поверхностного слоя режущего инструмента путем диф­ фузионного насыщения определенными элементами. Быстрорежущая сталь, идущая для изготовления стой­ ких инструментов, хорошо принимает азотирование, фосфатирование, сульфидирование и хромирование, что способствует повышению прочностных свойств готового инструмента. Диффузионным насыщением обычно обра­ батываются мелкие сверла, метчики, развертки, зенке­ ры, фрезы и круглые пилы.

Для создания определенных поверхностных слоев, уменьшающих износ, некоторые фирмы ФРГ обрабаты­ вают готовый режущий инструмент в атмосфере водяно­ го пара 30 мин. при температуре 520—580 °С. В резуль­ тате на поверхности инструмента образуется тонкая однородная устойчивая и плотная пленка магнетита тол­ щиной от 3 до 5 мк. Образовавшийся окисный слой уменьшает склонность инструмента к холодному прива­ риванию, препятствует разрушению режущей кромки мелкой стружкой, придает инструменту некоторую ше­ роховатость, что улучшает условия смазки и уменьшает его износ при эксплуатации. Азотирование готового ин­ струмента повышает твердость поверхности по Виккер­ су до 1200 кг/мм2. Снижение твердости упрочненного слоя инструмента наступает лишь при температуре на­ грева свыше 600 °С. При таком методе диффузионной обработки стойкость инструмента возрастает. На Мин­ ском тракторном заводе, например, в результате азоти­ рования деталей штамповой оснастки стойкость их уве­ личилась в 2 раза. Это дало возможность сэкономить 35 тыс. руб. в год.

На Минском автозаводе при лабораторных испыта­ ниях режущего инструмента, насыщенного серой, уста­ новлено, что сульфидирование увеличивает стойкость сверл, разверток, метчиков и резцов в 1,5—2 раза. При этом чистота поверхности деталей, обработанных таким инструментом, на 1—2 класса выше по сравнению с об­ работкой стандартным инструментом. Высокая износо­

176

устойчивость сульфидированного инструмента, как по­ казали исследования, объясняется образованием в его верхних слоях большой концентрации сернистых соеди­ нений. Опыт его эксплуатации свидетельствует о том, что сульфидирование предотвращает холодное привари­ вание и способствует уменьшению трения между режу­ щим инструментом и стружкой.

При фосфатировании на поверхности металла появ­ ляется слой фосфата железа, за счет чего увеличивается износоустойчивость инструмента. При диффузионном хромировании закаленного инструмента на его поверх­

струмента и штамповой оснастки на некоторых заводах нашей страны и в Белоруссии начинают использовать бор. Борирование весьма эффективно: оно обеспечивает поверхностную твердость от 1500 до 1800 единиц по Виккерсу. Поверхностное насыщение инструмента бо­ ром образует очень твердый слой, состоящий из карби­ да бора и борида железа. Так, на Луганском напильниковом заводе при содействии сотрудников Луганского машиностроительного института внедрен относительно простой и дешевый способ электролизного борирования деталей в расплавленной буре, что увеличило глубину упрочняющего поверхностного слоя от 0,15 до 0,25 мм. На Новомосковском металлургическом заводе борированию подвергают детали штамповой и инструменталь­ ной оснастки. Благодаря этому их стойкость в сравне­ нии с другими способами упрочнения повышается в 3—

показали также борированные фильеры из той же ста­ ли. Опыт этого завода подтверждает, что после бориро­ вания оснастки и инструмента, работающих в тяжелых эксплуатационных условиях, повышается срок их служ­ бы и экономятся дорогостоящие и дефицитные стали.-

На Минском тракторном заводе борированию под­ вергается более 30 наименований фильеров. По старой технологии на фильеры шла сталь марки ХВГ, по но­ вой— сталь марки У8, стоимость которой на 35—40%

ниже стоимости стали ХВГ. Благодаря борированию стойкость фильеров увеличилась в 5—6 раз. Это привело

кзначительной экономии сталей.

Впоследнее время поиски наиболее эффективных методов покрытия режущего инструмента твердыми сплавами дали неплохие результаты. Ученые Сибирско­ го филиала Академии наук СССР разработали метод электроискрового покрытия режущей части инструмента твердыми сплавами, обеспечивающего высокую износо­ стойкость и надежность в эксплуатации.

На Минском тракторном заводе широкое распрост­ ранение получило армирование мерительного инстру­ мента твердыми сплавами, которые путем наплавки на­ носятся на поверхность элементов, подвергающихся большому износу. Такой метод упрочнения повышает

износостойкость скоб и калибров в 4—5 раз.

Для улучшения режущих свойств инструмента, как указывалось ранее, продолжительное время применяет­ ся традиционный способ наварки вольфрама на обыч­ ную конструкционную сталь. Покрытия получаются очень толстые и твердые, но чрезвычайно хрупкие, при­ водящие к удорожанию себестоимости инструмента, к снижению срока его службы. Недавно одной английской фирмой разработана технология покрытия режущих ин­ струментов и штампов твердым слоем вольфрама, повы­ шающая их износоустойчивость более чем в 10 раз. Этот способ покрытия, называемый электроразрядным, со­ стоит в том, что электрической дугой большой плотности от квадратного вольфрамового электрода отбиваются мельчайшие частицы, которые наплавляются на поверх ность стали. В результате на поверхности основного ме­

ской закалки быстрорежущей стали. Несмотря на то что закалка этим способом сложнее обычной и требует мно­ го времени, целесообразность ее оправдывается возмож­ ностью получения инструмента с повышенной пластич­ ностью и прочностью. Необходимость обработки инстру­ мента холодом вызывается тем, что после закалки с охлаждением до плюс 15—20° в структуре быстрорежу­ щей стали сохраняется большое количество остаточного аустенита, что понижает твердость и ухудшает режущие

178

свойства инструмента. Теория и практика подтверждают, что при дальнейшем охлаждении закаленной быстроре­ жущей стали до температуры минус 80—100° оставшийся аустенит превращается в мартенсит, что повышает твердость стали.

Для придания режущему инструменту большой прочности и износоустойчивости в быстрорежущую сталь, как уже указывалось, целесообразно вводить по­ вышенное содержание углерода, бора, ванадия, кобаль­ та и других элементов. Однако введение названных ком­ понентов резко снижает пластические свойства стали, повышает хрупкость и затрудняет процесс формования из нее инструмента обработкой давлением. При изготов­ лении режущего инструмента путем литья из быстроре­ жущей стали с повышенным содержанием легирующих элементов эти затруднения отпадают. Многочисленные исследования показывают, что при одинаковом химичес.-' ком составе режущий инструмент, отлитый из быстроре­ жущей стали и обработанный термически, по твердости и красностойкости равнозначен инструменту, сделанному из аналогичных быстрорежущих сталей методом обра­ ботки давлением. Износоустойчивость инструмента из литых быстрорежущих сталей выше, чем износоустой­ чивость инструмента из кованой стали.

Производство литого режущего инструмента впер­ вые в СССР было освоено на Уралмашзаводе во время Великой Отечественной войны. В последние годы этот прогрессивный метод с успехом применяется более чем в 90 инструментальных цехах машиностроительных и ин­ струментальных заводов страны. Используя опыт СССР, ЧССР, ГДР, ПНР также начали выпускать литой режу­ щий инструмент.

На Сестрорецком инструментальном заводе иссле­ дован ряд сталей для изготовления литого инструмента. Наиболее удачной из них оказалась сталь Р9Х2Ф2МГЛ, получившая индекс РЛ2. Прочностная характеристика

ее показана в табл. 42.

Сталь РЛ2 выплавляется в индукционных электро­

Т а б л и ц а 42

Прочностная характеристика стали РЛ2 по сравнению с быстрорежущей сталью марки Р18

ваивается выпуск концевых фрез, метчиков и других режущих инструментов. Опыт выпуска и применения ли­ того режущего инструмента как у нас в стране, так и за рубежом показывает его большую экономическую эффек­ тивность.

Поскольку форма литой заготовки почти идентична форме готового инструмента, а отходы в виде литников и забракованных отливок возвращаются в литейную печь для повторного использования, то потери и отходы стали по всему технологическому процессу, включая механи­ ческую обработку, не превышают 15%, тогда как даже при массовом производстве инструмента из проката в отходы уходит более 40% стали. В результате себесто­ имость литого инструмента за счет экономии основных материалов примерно в 2 раза ниже себестоимости ин­ струмента, полученного методом фрезерования из про­ ката или поковок. Кроме того, образуется некоторая экономия от снижения трудовых затрат — устранения операции фрезерования стружечных канавок заготовки.

Известно, что при ковке или горячей штамповке за­ готовок из высоколегированных сталей значительные потери металла образуются в результате окалины и угара при нагреве стали. При последующей механиче­ ской обработке к этим потерям добавляются и отходы металла в стружке. С целью устранения этого недостат­ ка лабораторией пластичности Физико-технического ин­ ститута Академии наук БССР разработан способ выпуска режущего инструмента с прямыми и винто­

180