Повышение режущей способности инструмента

ГЛАВА IV,

ПОВЫШЕНИЕ РЕЖУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕНТА

  Основным средством повышения режущей способности инструмента является химико-термическая обработка, преследующая цель изменения химического состава и свойств поверхностных слоев стали. Эти «изменения достигаются за счет диффузии -различных элементов из внешней среды в сталь. В результате достигается высокая твердость и сопротивление изнашиванию поверхностных слоев при одновременном повышении общей прочности инструмента за счет увеличения предела выносливости.

  Наибольшее значение из числа химико-термических методов обработки имеет цианирование. Ведутся работы но вольфрами-раванию, «борированию и др. Из других методов нашел широкое применение на специализированных инструментальных заводах процесс термической обработки в атмосфере пара, а также хромирование. Распространяется также метод электроискрового упрочнения поверхности инструмента.

  При выборе метода повышения режущей способности инструмента необходимо учитывать следующие требования: 1) соответствие метода характеру технологического процесса и скорости резания; 2) создание упрочняющих остаточных напряжений .в режущей части инструмента, способствующих повышению износостойкости; 3) повышение твердости режущей кромки инструмента; 4) повышение теплостойкости инструмента в рабочем состоянии.

1. ЦИАНИРОВАНИЕ

  Для повышения износостойкости быстрорежущего инструмента применяется низкотемпературное цианирование — диффузионное насыщение поверхностного слоя инструмента одновременно углеродом и азотом.

  Применяется жидкостное, газовое и твердое цианирование. Наибольшее распространение получило жидкостное цианирование. Жидкостное цианирование ведется в расплавленных цианистых солях. В состав ванн  для   жидкостного цианирования

входит цианистый кадии (KCN) и цианистый натрий (NaCN), обычно по 50% каждого. Для изменения температуры плавления иногда добавляют соду.

  Цианирование осуществляется «в электрических печах, яечах-вашиах или в газовых течах в железных тиглях.

  Цианистые соли являются сильными ядами и требуют специальных мер предосторожности в .работе. Печи для цианирования «и шкафы снабжаются -кожухами с плотно закрытыми дворцами и мощной вытяжной «вентиляцией. Жидкостное цианирование осуществляется в специальных изолированных поме-щешія-х. После цианирования инструмент охлаждается в сце-пиальных шкафах на воздухе и промывается в проточной воде.

  Процесс цианирования инструмента осуществляется при температуре отпуска быстрорежущего инструмента после окончательной термической и механической обработки. В зависимости от состава .ванны и времени выдержки глубина цианирз-вамного слоя находится в пределах 0,02—0,07 мм. Цианироіван-пый слой при его высокой режущей способности обладает повышенной хрупкостью.

  Вследствие одновременного (насыщения передней и задней поверхности, режущая «ромка на определенаюй глубине циани-руется насквозь. Во избежание выкрашивания режущей -кромки инструментов с малыми углами заострения, цианирование должно производиться <иа минимальную глубину. Резьбонарезной инструмент с мелкой резьбой не рекомендуется планировать. В табл. 10 на основе экспериментальных данных приведена рекомендуемая продолжительность .выдержки при цианировании инструмента.

  Рекомендуется цианировать в -первую очередь инструмент изнашивающийся по задней .поверхности, например долбяки, червячные фрезы, фа сошные резцы -и др., которые затачиваются по передней поверхности и сохраняют циаиированный слой на протяжении всего периода работы инструмента. Инструмент, перетачиваемый по задним поверхностям, например резцы и острозато'чеиные фрезы, должен подвергаться повторному цианированию после каждой заточки.

  Наиболее рациональным и менее опасным способом является газовое цианирование, которое осуществляется в смеси аммиака (NH₃) и науглероживающего газа. Применяют газы, богатые углеводородами, например метан, или газы, содержащие окись углерода в качестве основной составляющей, такие как газ гидролиза керосина, каменноугольный или древесноугольньп: генераторный газ и широко «применяемый природный газ.

  Твердое цианирование .производится в смеси сухого древесного угля (60—70%), желтой кровяной соли K4Fe(CN)₆ и углекислых солей бария, «атрия и «алия (BaC0₃, Na₂C0₃, КъСОг) в определенной пропорции. Твердое цианирование производится в цементационных печах (В металлических ящиках при темпера

рывдам потоке перегретого пара. Инструмент выдерживается при этой температуре в течение 30 мин, после чего охлаждается на воздухе и в масле.

  Перегретый пар, взаимодействуя с поверхностью стали при температуре 540—550° С, способствует образованию тонкой пленки, главным образом магнитной окиси железа (Fe₂0₃). прочно сцепляющейся с основным металлом. Пленка магнитной окиси железа .предотвращает приваривание стружки к инструменту в процессе резаиня. Пористая .поверхность окисной пленки лучше удерживает смазывающую и охлаждающую жидкость. Уменьшение свариваемости снижает коэффициент трения, вследствие чего в процессе резания выделяется меньше тепла и дольше сохраняется высокая твердость режущей части.

  При дополнительном отпуске в процессе обработки паром происходит снятие напряжений, вызванных шлифованием и заточкой.

  В случае образования в процессе шлифования на поверхности инструмента тонкого слоя аустенита вторичной закалки, отпуск в атмосфере пара способствует превращению этого слоя и восстановлению высокой твердости.

  Толщина окисной пленки составляет 2,5—6 мк. Обработка в атмосфере пара придает инструменту хороший товарный вид и предохраняет инструмент от коррозии.

  По результатам испытания на ЗИЛе, заводе «Фрезер» и во ВНИИ стойкость инструмента увеличивается примерно на 30%, не превышая, однако, стойкости циажрованного инструмента. 

3. ХРОМИРОВАНИЕ

  Электролитическое покрытие инструмента хромом обеспечивает увеличение твердости и износостойкости режущей части инструмента. Лучшие результаты дает покрытие тонким слоем хрома 5—К) мк па инструментах, работающих при снятии малых стружек. Покрытие хро-мом значительно снижает налипание материала на режущие поверхности, что наблюдается особенно при обработке вязких материалов (алюминия и др.).

  Хромирование производится после шлифования и заточки инструмента. Для лучшего сцепления хрома с инструментом и повышения чистоты хромированного слоя рекомендуется полировать хромируемые места.

  Инструмент, подлежащий хромированию, подвергается обезжириванию іи декапированию. Лучшие результаты дает обезжиривание электролитическим способом в ванне с водным раствором серной кислоты (H₂S0₄) — 15 г/л, ортофосфоряой кислоты (Н₃Р0₄)—25 г/л и декстрина 2 г/л. При плотности тока¹ 500 а/м² (5 а/дм³) продолжительность процесса обезжиривания

составляет 5—15 мин. При этом инструмент подвешен в ванне как анод или катод. После обезжиривания инструмент промывается в проточной соде.

  Декапирование производится для стравливан-ия слабых структурных составляющих на поверхности инструмента с целью обеспечения лучшей сцепляемоста хрома с основным материалом. При декапировании применяется гальваническая ванна следующего состава: 100 г хромового ангидрида' (Сг0₃) > 2—3 г серной кислоты (H2SO4) на 1 л» воды при плотности тока 500 а/м² (5 а/дм²), температуре 18—20°С, времени выдержки 1 мин.

  Хромирование осуществляется в гальвгнических ваннах с электролитом, состоящим из хромового ангидрида (СгОз) 150—200 г/л и серной кислоты (H₂S0₄) 1,5—1,9 г/л при температуре 50—60° С и плотности тока 2000—3500 а/м² (20— 35 а/дм²). Инструмент подвешивается на катодную шину. В качестве анода применяются свинцовые пластины. В зависимости от формы "инструмента анод может быть плоским, цилиндрическим или фигурным.

  Хромированный инструмент промывается и сушится, после чего подвергается старению в масляной ванне в течение часа при 180° С Старение снижает хрупкость хромированного слоя, так как при этом из него удаляется водород. 

4. ЭЛЕКТРОИСКРОВОЕ УПРОЧНЕНИЕ

  За последние годы получил распространение метод электроискрового упрочнения и наращивания инструмента. Сущность метода заключается в воздействии на обрабатываемый металл электрическим импульсным разрядом, который вызывают сложные термохимические изменения поверхности «металла. Если разряд протекает в газовой среде, он сопровождается переносом материала с олного электрода на другой, а высокая температура способствует диффузии материала.

  При упрочнении инструмента применяются установки высокого напряжения. Для замыкания цепи .применяется непосредственный контакт электродов. Питание установки происходит от источника .постоянного или переменного гока с применением лампового, селенового или другого выпрямителя. Контакт электродов осуществляется с помощью вибратора. Вибратор представляет собой электромагнитный .механизм, помещенный э корпус с рукояткой. Он сообщает электроду возвратно-поступательное движение, необходимое для обеспечения последовательных разрывов и вамыканий цепи разрядного контура. Обычно вибраторы состоят из якоря, несущего упрочняющий электрод, и магнитной катушки с сердечником. Катушка вибратора включается в сеть переменного тока непосредственно или через понижающий трансформатор. При прохождении электрического 96