Д.т.н.
Б.М. Бржозовский, д.т.н. В.В. Мартынов,
д.т.н. О.В.
Захаров, к.т.н. Е.П. Зинина
Саратовский государственный технический университет
имени Гагарина Ю.А., Россия
ПРОГРЕССИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ
ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
Повышение
эффективности использования металлорежущего инструмента приобрело особенную
остроту в связи с возникновением ряда новых отраслей техники, развитие которых
сопровождается быстрым ростом применения различных труднообрабатываемых
материалов. В связи с этим производство режущего инструмента с улучшенным
эксплуатационными характеристиками вызвало развитие многих технологических
направлений. Основным итогом работ, выполненных в рамках этих направлений,
стало создание новых инструментальных материалов, таких как мелкозернистые твердые
сплавы с покрытиями, керамика, кубический нитрид бора, синтетический алмаз.
Вместе с тем, повысить
эффективность использования можно и в направлении экономически обоснованного
улучшения эксплуатационных характеристик традиционного инструмента за счет
модификации и восстановления различными способами его рабочей части. В первом
случае повышается прочность инструмента за счет регулирования размеров и формы
структурных элементов (частиц, зерен, кристаллов) вплоть до формирования
наноструктур в его приповерхностных слоях. Во втором случае появляется возможность экономии дорогостоящих
инструментальных быстрорежущих сталей и твердых сплавов, высвобождения
значительных мощностей инструментального производства, снижения материальных
затрат, расширения практики повторного использования инструмента в производстве.
К числу основных известных способов модификации
относятся:
–
нанесение износостойких покрытий;
существующие для этого методы нанесения можно разделить на две группы: 1) основанные
на физическом испарении или распылении материала (термическое, магнетронное,
ионное); 2) основанные на химических реакциях (электрофизическое разделение
ионов при электрохимическом осаждении и анодировании, химическое осаждение покрытий
из газовой фазы при термическом испарении), а также низкотемпературные методы
выращивания пленок с использованием плазмы;
– лазерное упрочнение,
которое относится к процессам упрочнения высококонцентрированными потоками
энергии и позволяет существенно улучшить такие эксплуатационные свойства, как
твердость, сопротивление износу и разупрочнение при нагреве, коррозионному
воздействию, адгезионному схватыванию;
– химико-термическая обработка, являющаяся
одним из наиболее распространенных видов термической обработки готовых
инструментов из быстрорежущей стали;
– плазменное воздействие (ионно-плазменное
диффузионное внедрение или ионное азотирование, ионно-лучевая упрочняющая обработка, обработка с применением
иммерсионной плазмы или комбинированного разряда низкотемпературной плазмы
пониженного давления).
Наиболее перспективным из перечисленных способов
является модификация рабочих поверхностей инструмента плазменным воздействием.
В результате такого воздействия в приповерхностных объемах формируются тонкие
особо прочные модифицированные слои с измельченной структурой, которые
обеспечивают существенное (до 3-4 раз) увеличение износостойкости инструмента
при обработке различных материалов. Кроме этого появляются реальные возможности
получения поверхностей с заданными свойствами, отвечающими реальным условиям
эксплуатации инструмента.
Восстановление рабочей части инструмента
весьма актуально в условиях совершенствования производства существующей и
освоения выпуска новой продукции. Современные технологии позволяют
многократного восстанавливать инструменты как общего, так и специального
назначения, а также целенаправленно использовать образующиеся отходы. При этом
под восстановлением подразумевается приведение инструмента в работоспособное
состояние вне зависимости от того, восстановлен ли данный инструмент в
первоначальном размере или ему приданы некоторые измененные размеры. Основным
критерием является то, что вид инструмента не изменяется.
Способ восстановления инструмента зависит от вида и
причин его отказов. Существенным образом на показатели надежности инструмента
помимо эксплуатационного режима термосилового нагружения и физико-механических
характеристик режущего клина влияют также, качество изготовления, конструкция,
материал и технология производства.
Практика показывает, что можно восстановить в
среднем от 20 до 40% расходуемого
инструмента, обеспечив экономию в расходах на новый до 15-30%. В табл.1 приведены данные о процентном соотношении
затрат на восстановление инструмента и стоимости его изготовления из нового
металла, из которой следует, что восстановленный режущий инструмент более чем на
40% дешевле нового.
Таблица 1
|
Инструменты |
% |
Оснастка |
% |
|
Твердосплавные
резцы |
57 |
Пуансоны |
30 |
|
Фрезы |
18 |
Матрицы |
40 |
|
Зенкеры
и развертки |
40 |
Резьбонакатные ролики |
15 |
|
Сверла |
47 |
Калибры |
50 |
|
Метчики
и плашки |
40 |
Скобы |
60 |
|
Диски
к пилам |
40 |
Шаблоны |
25 |
|
Зубила |
80 |
Цанги |
60 |
В табл.2
представлены применяемые способы восстановления режущих инструментов общего
назначения.
Таблица 2
Основные способы восстановления режущих инструментов
|
Вид
повреждения или износа |
Способ
восстановления |
||
|
Сверла спиральные |
|||
|
Износ рабочего размера по диаметру |
Хромирование, шлифование на меньший размер |
||
|
Выкрашивание или забоины по спирали |
Наплавка кромок |
||
|
Износ по длине |
Использование на другой
операции; удлинение за счет наращивания хвостовой части |
||
|
Большой износ, не позволяющий использовать инструмент по назначению |
Переделка на центровку; переделка на фрезу |
||
|
Расточные пластины |
|||
|
Износ по диаметру |
Осадка с последующей заточкой; перешлифовка на меньший размер |
||
|
Забоины или выкрашивание на лезвиях |
Наплавка лезвий; перешлифовка на меньший размер |
||
|
Зенкеры цельные и насадные |
|||
|
Износ рабочего размера по диаметру |
Шлифование на меньший размер; хромирование до прежнего размера; поднятие зубьев термообработкой |
||
|
Выкрашивание или забоины на кромках спирали |
Наплавка зубьев |
||
|
Метчики |
|||
|
Износ рабочего размера по диаметру |
Хромирование, поднятие размера термообработкой |
||
|
Выкрашивание или повреждение отдельных витков |
Переделка на меньший размер |
||
|
Развертки цельные и насадные |
|||
|
Износ рабочего размера по диаметру |
Фрезерование или шлифование на меньший размер; хромирование до прежнего размера; поднятие зубьев термообработкой или роликом; наплавка зубьев |
||
|
Выкрашивание или забоины на кромках зубьев |
Наплавка кромок; фрезерование или шлифование на меньший
размер; хромирование на тот же размер |
||
|
Резцы с пластинами из твердого сплава |
|
|||
|
Поломка или износ пластинки |
Отделение
изношенной пластинки и
посадка новой способами: пайки, приварки,
прикаливания, наплавки (газовой,
электродуговой, ацетиленокислородной) |
|
||
|
Поломка державки |
Перековка на другую заготовку; сварка |
|
||
|
Фрезы хвостовые |
|
|||
|
Износ зубьев по высоте |
Шлифование или отжиг с механической обработкой на
меньший размер; хромирование до прежнего размера; углубление канавок шлифовальным
кругом |
|
||
|
Поломка или выкрашивание отдельных зубьев |
Наплавка зубьев; переделка на меньший размер |
|
||
|
Напильники |
|
|||
|
Износ насечки |
Восстановление химическое, электрохимическое, пескоструйное |
|
||
|
Фрезы концевые, метчики, сверла, зенкеры, развертки |
|
|||
|
Поломка хвостовой части |
Приварка новой хвостовой части; использование в специальном патроне; вклейка в конусную втулку |
|
||
|
Поломка или повреждение лапки |
Наплавка новой лапки; приварка новой лапки;
использование в специальном патроне |
|
||
|
Износ конуса хвостовой части |
Хромирование, шлифование, металлизация |
|
||
|
Поломка или повреждение квадрата |
Наплавка квадрата; приварка нового
квадрата; использование в
специальном патроне |
|
||
|
Протяжки |
|
|||
|
Износ рабочего размера по диаметру |
Хромирование, перешлифовка на меньший размер |
|
||
|
Повреждение отдельных зубьев |
Наплавка зубьев; углубление
зубьев заточкой |
|
||
|
Излом хвостовика |
Приварка нового хвостовика |
|
||
Применение восстановленного инструмента имеет прямые экономические выгоды для производителя, поскольку ведет к сокращению не только затрат, но и времени выполнения вспомогательных операций.