Кування

      Поковки із швидкорізальної сталі. Кування заготовок із швидкорізальної сталі застосовують для поліпшення структури з карбідної неоднорідності, а також для зменшення припуску на механічну обробку. Куванню, як правило, піддають прокат діаметром більше 50мм.

       Карбідна неоднорідність усувається тим краще, чим більший ступінь деформації, тому кування заготовок треба проводити шляхом зміни осідання і витягання. Для поліпшення структури зуборізального і різенарізного інструмента рекомендується проводити багатократне осідання заготовки з проміжним витяганням (коефіцієнт витяжки  60--70), що поліпшує структуру сталі і стійкість різального інструменту.           Трикратне витягання і триразове осідання дає можливість понизити карбідну неоднорідність  на один - півтора бали.

       Температура нагріву для кування  повинна бути не дуже високою, щоб уникнути зайвого окислення сталі і коагуляції карбідів при тривалому прогріванні заготовки. Верхня межа нагріву заготовок із швидкорізальної сталі Р9К5 і Р9К10 під кування рекомендується 1140-1180°С, нижня межа кінця кування прокату 900-920 °С для сталі Р6М5, верхня межа нагріву під кування 1080-1120 °С, нижня -  870-900 °С.

        Зайва витримка і сповільнений нагрів при високих температурах підсилюють окислення і зневуглецювання.

Штампування

      В умовах серійного і масового виробництва інструмента для наближення форми заготовок до форми готового інструмента рекомендується застосовувати штампування заготовок інструмента. В даний час застосовують гаряче штампування різців і насадкового інструмента (довбачів, насадкових фрез) і холодне штампування дискових відрізних пил, відрізних різців із стрічки, гнуття державок різців. Застосування штампування підвищує коефіцієнт використання металу на 25-50%, при цьому знижується неоднорідність карбіду металу, поліпшуються механічні властивості інструмента і знижується трудомісткість механічної обробки за рахунок зменшення припусків.

       Як приклад на рисунках 1.1, 1.2 наведені схеми двоструминного штампу для безоблойного гарячого штампування довбачів.   Підготовча канавка відкритого типу для осідання (рисунок 1.1) служить для зменшення ступеня деформації в остаточній канавці і створення центруючого заглиблення, за яким фіксується заготовка в остаточній канавці. При осіданні з нагрітої заготівки удаляется окалина. У канавці штампа закритого типу із замком (рисунок 1.2) отримується безоблойна заготовка.

 

        Матеріал заготовки - гарячекатана сталь. Розмір заготовки визначають, виходячи з об'єму металу, необхідного для заповнення остаточної канавки з урахуванням вигару при нагріві. При нагріві в плазмовій печі вигар дорівнює 3%, при індукційному нагріві - 1%. Початкову заготовку по висоті беруть у межах 1,5 діаметра. У зв'язку з тим, що штампування проводиться в закритому штампі, до розмірів заготовки ставлять підвищені вимоги. Заготовка має допуск по довжині +1мм. Довжину заготовки розраховують з урахуванням допуску на діаметр.

       Заготовки під штампування нагрівають у плазмових печах або на високочастотній установці. Штамповані заготовки із швидкорізальної сталі, щоб уникнути тріщин, поміщають для охолодження в складання з температурою 500-600 °С і охолоджують разом з піччю. Після охолодження штамповані заготовки піддають ізотермічному відпалу.

      При  отриманні заготовки з листового матеріалу для відрізних і прорізних пил, сегментів застосовують холодне штампування, яке здійснюють на кривошипних або фрикційних пресах.

Зварювання

Стикове зварювання. В інструментальному виробництві при виготовленні хвостового і стрижневого інструмента широко застосують стикове електрозварювання (рисунок 1.3 а) робочої частини 1 із швидкорізальної сталі і неробочої частини 2 з конструкційної або інструментальної вуглецевої сталі.

   Контактне стикове зварювання тиском - процес з'єднання металів при сумісній пружкопластичній деформації і утворенні між поверхнями міцного металевого зв'язку. Цей вид зварювання підрозділяють на зварювання опором і зварювання оплавленням. Зварювання оплавленням має два різновиди: зварювання безперервним оплавленням і оплавленням із попереднім підігрівом. При зварюванні з безперервним оплавленням процес складається з двох основних стадій - оплавлення і осідання, при зварюванні з підігрівом з трьох - підігріву, оплавлення і осідання.

     При зварюванні методом безперервного оплавлення зварювані заготовки, підключені послідовно у вторинну обмотку зварювального трансформатора, підводяться одна до одної. Між торцями заготовок у деяких точках виникає електричний контакт, що має високий опір через малу площу, ділянки контакту швидко плавляться. При подальшому наближенні торців заготовок ці явища повторюються на інших контактних ділянках, і так до того часу, поки вся поверхня торців не буде оплавлена, а торці нагріті до температури, необхідної для зварювання тиском. Потім струм вимикається, заготовки здавлюються, відбувається процес зварювання. Недолік цього методу - підвищена витрата металу на оплавлення.

    Процес зварювання з підігрівом відрізняється від процесу зварювання безперервним оплавленням тим, що торці зварюваних деталей спочатку підігріваються шляхом багатократного контакту під напругою, а потім відбуваються їх оплавлення і зварювання. З використанням цього методу працюють усі електрозварювальні машини.

     При дрібносерійному виробництві різального інструмента застосовують  електрозварювальні машини з ручним управлінням, при багатосерійному виробництві - електрозварювальні  напівавтомати. Напівавтомат СА2 призначений для зварювання заготовок діаметром 20-60мм і забезпечує роботу за таким автоматичним циклом: затиск заготовок, швидке холосте підведення стола до взаємного упору заготовок, підігрів до трьох замикань за секунду, оплавлення і осідання, звільнення заготовок від затисків, повернення стола в початкове положення.

     Внаслідок відмінної теплопровідності, теплоємності і електропровідності швидкорізальної і конструкційної сталей величина вильоту кінців зварюваних заготовок із затисків зварювального апарата встановлюється різною (рисунок 1.3 б).  Для отримання рівномірного нагріву виліт із затисків заготовки з конструкційної сталі (40, 40Х, 45) повинен бути не менше ніж в 1,5-2 рази більше вильоту заготовки із швидкорізальної сталі.                      Щоб уникнути підгартовування зварного шва внаслідок інтенсивного відведення тепла в мідні затиски, виліт заготовки із швидкорізальної сталі рекомендується встановити мінімальним (0,5,  але не менше 10мм).

    Довжину заготовки під зварювання необхідно вибирати з урахуванням припуску на оплавлення і осідання при зварюванні.

 

      Відношення припуску на частину заготовки із швидкорізальної сталі до загального припуску під зварювання є величиною постійною для даною пари зварюваних сталей; середні значення цього співвідношення: 0,65 - для сталей Р6М5, Р18; 0,7 - для сталі Р6М5К5; 0,75 - для сталей Р9Ф5; 0,8 - для сталей Р9К10 і Р10К5Ф5.

     При контактному зварюванні нагрів здійснюється переважно за рахунок тепла, що виділяється в місці контакту зварюваних заготовок при проходженні струму. Кількість тепла, що виділяється при зварюванні:

 

 

де I - зварювальний струм, А; t - час проходження струму, с;

Rзв - активний опір ділянки зварювального ланцюга між затискними губками, Ом.

    Отже, процес зварювання можна регулювати шляхом зміни потужності або часу зварювання. Потрібна потужність для зварювання визначається залежно від площі зварюваного перетину і хімічного складу зварюваних заготовок. При стиковому зварюванні сталі Р6М5 із сталлю 45 для заготовки діаметром 10мм застосована потужність 9кВт, сила осідання 3800 Н; для заготовки діаметром 25-32мм застосована потужність 60кВт, сила осідання 342000Н; для діаметра заготовки 63-80мм застосована потужність 150кВт, сила осідання 180000Н.

     Якщо потужність машини недостатня для зварювання заготовок потрібного перетину, допускається утворення кільцевих торців шляхом свердлення отворів у торцях заготовок із швидкорізальної і вуглецевої частин.

    Зварювання тертям (рисунок 1.3 в) є різновидом зварювання тиском. Зварне з'єднання утворюється в результаті сумісної пластичної деформації деталей у твердій фазі. Нагрів зварюваних поверхонь відбувається у результаті їх тертя, при цьому механічна енергія безпосередньо перетворюється в тепло. Причому генерування тепла відбувається строго локалізовано в тонких поверхневих шарах металу.

    При зварюванні тертям одну із зварюваних заготовок закріплюють на шпинделі верстата і вона обертається разом із ним для створення взаємного ковзання торців і їх розігрівання, іншу заготовку нерухомо закріплюють на поздовжньому супорті, і вона набирає разом із супортом поздовжнього переміщення до з’єднання з торцем заготовки, що обертається, із заданою силою. Тепло, що виділяється при терті,  розігріває торці заготовок, обертання шпинделя припиняється, заготовки підтискаються супортом, і проводиться їх з'єднання. Величина сили осідання, що забезпечує витискування проміжного шару в гарт, визначається властивостями швидкорізальної сталі і глибиною прогріву торців стрижнів. Розігрівання торців заготовок відбувається при тиску 1х1О8 Па, зварювання - при тиску 2х103 Па.

Основними перевагами зварювання тертям у порівнянні із стиковим електрозварюванням є скорочення витрати зварювальних матеріалів (припуск на вигар у 4 рази менше, ніж при електричному зварюванні); значна економія електроенергії; висока продуктивність процесу (у 1,5-2 рази вище за електростикове зварювання); підвищена точність зварювання з меншим процентом браку; легкість автоматизації процесу; кращі умови праці зварювачів і висока якість зварного шва.

     Зварювання тертям в інструментальному виробництві застосовують при стиковому зварюванні заготовок круглого перетину і зварюванні зламаного інструменту. В інструментальному виробництві для зварювання заготовок тертям використовують напівавтомати МФ-346 - для заготовок діаметром 6-15мм, МФ-327 - для заготовок діаметром 10- 22мм, МФ-341 - для заготовок діаметром 16-35мм. На машині МФ-341 після зварювання проводиться зняття зварювального грата різцем, встановленим на поперечному супорті.

     Для зняття напруги, що виникає в металі при зварюванні, і зменшення твердості зварного шва заготовки після зварювання повинні поволі остигати в печі або в ящику з піском, після чого заготовки піддають відпалу. Застосовують також ізотермічний відпал. У цьому випадку заготовки після зварювання відразу поміщають в нагріту до температури 870°С піч і після нагріву всієї партії до 870°С її витримують 2-4год. Після закінчення витримування заготовки охолоджують разом із піччю до 550°С, після чого їх вивантажують і охолоджують на повітрі.       Твердість після відпалу в зоні зварного шва на ділянці із швидкорізальної сталі повинна бути в межах HRC= 22-24.

     При контролі зварених заготовок перевіряють їх розміри і міцність з'єднання. Допускаються відхилення розмірів: по довжині заготовки ±1мм; зсув осі ±0,5мм при діаметрі заготовки до 18мм, ±1мм при діаметрі до 30мм, ±1,5мм при діаметрі вище 30мм, а стріла прогинання 1мм на 100мм довжини. Якість зварного з'єднання перевіряють зовнішнім оглядом і вибірково за структурою.             

      Зварні заготовки інструмента контролюють відповідно до ГОСТ 3242-79 і методами, розробленими для інструментальної промисловості. Зовнішнім оглядом визначають підгар поверхні, зовнішні тріщини, непровари і раковини. Люмінесцентний контроль застосовують для виявлення дрібних  тріщин і непроварів. Технологічну пробу в цехових умовах можна проводити спрощеним ручним способом: заготовку ударяють кінцем короткої частини об кут масивної металевої плити.    Заготовки, що мають міцність при розтягуванні менше 400 Н/м2, руйнуються. При аналізі металографії визначають дефекти структури зварного з'єднання і зони термічного впливу, тріщини, непровари. У шві недопускається груба лита ледебуритна структура. Ширина феритного шару не повинна перевищувати 0,3мм, а для інструментів, що працюють із значними крутними моментами, - 0,05мм. У легованих сталях 35ХГСА, Х12 прошарок практично не утворюється.     Ультразвукову дефектоскопію застосовують для перевірки тріщин, непровару і раковин. Для цієї мети застосовують дефектоскоп ДУК-66.

 

Припаювання пластин із твердого сплаву

    За необхідності забезпечення високої жорсткості інструмента і в тих випадках, коли конструктивно утруднене застосування твердосплавного інструмента з механічним кріпленням, застосовують твердосплавний інструмент з припаюваннями пластинками. Особливістю напаювання твердосплавних пластин є те, що з'єднуються два абсолютно різних (як за хімічним складом, так і за фізико-механічними властивостями) матеріали.    Коефіцієнт лінійного розширення сталі приблизно в 2 рази більше, ніж твердого сплаву, що призводить у процесі охолоджування до деформації пластинки і державки, викликаючи в них значну напругу, яка може призвести до появи тріщин у твердому сплаві, шві і корпусі інструмента.

     З’єднані припоєм твердий сплав і сталь, охолоджуючись, пружно взаємодіятимуть через припій і після охолодження матимуть загальну довжину. При цьому твердий сплав стане стиснутим, а сталь розтягнутою.

     Низька теплоємність твердих сплавів у поєднанні з високим електричним опором обумовлює швидший нагрів твердого сплаву, ніж сталі. Знижена теплопровідність створює при нагріві і охолоджуванні різкі перепади температури; внаслідок цього через знижені міцні характеристики твердого сплаву при розтягуванні можуть утворюватися тріщини.

       Технологія  паяння повинна забезпечити досить міцне з'єднання пластинки твердого сплаву з корпусом і цілісність пластинки твердого сплаву у процесі виготовлення і експлуатації.

       Зниження залишкової напруги в паяних з'єднаннях і зменшення тріщиноутворення в твердому сплаві повинні бути досягнуті:

а)  збільшенням товщини корпусу або зменшенням товщини пластинки (відношення Н/h повинне бути >3);

б) застосуванням корпусу із сталей, що сприяють зниженню залишкової напруги в паяних з'єднаннях (наприклад, 35ХГСА та ін.);

в)  пристроям   низькотемпературних    пластичних    припоїв, що забезпечують менший перепад температури при охолоджуванні паяного з'єднання  і велику можливість  пластичної деформации паяного шва;

г)  збільшенням товщини  шару   припою  за рахунок  застосування компенсаційних або кернуванням поверхні з'єднання;

д)  гартуванням сталевого  корпусу інструмента. При цьому  об'єм корпусу збільшується,  і внутрішня напруга в паяному з'єднанні зменшується;

е) застосуванням відпуску релаксації (при температурі 220-240°С не менше 8 год); при цьому знижуються внутрішні напруження за рахунок збільшення повзучості припою.

     Приклад припоїв, що мають знижену температуру паяння і мають вищу пластичність, що сприяє релаксації напруги при охолоджуванні з'єднань: срібловмісні припої типу ПСр40, що мають температуру паяння 600-800 °С; тришарові срібловмісні припої, складені з мідної фольги (компенсаційна прокладка), плаковані з двох боків припоєм, наприклад ТМСр47М, а також припої підвищеної пластичності, наприклад, припій ПРМНМЦ 08-4-2.                                                                                     

      Для високонавантажених з'єднань рекомендується застосовувати високоміцний  припій  ПРаНМЦ 0,6-4-2,  хімічно  активний       флюс Ф-100 і гарт охолоджуванням після паяння  корпусу під пластинкою. У практиці застосовують мідні і латунні припої.        

    Пази під пластини твердого сплаву (рисунок 1.4) роблять відкритими (різці, ножі збірного інструмента), напівзакритими (різці, зенкери, фрези) і закритими (свердла). Площини пазів обробляють переважно фрезеруванням з шорсткістю Rz = 40-10мкм. Твердосплавні пластини не повинні мати тріщин, відколів і викривлень більше 0,05мм.                                               

      Пластини, що мають викривлення, шліфують на плоскошліфувальних верстатах діамантовими шліфувальними кругами або піддають електрохімічній обробці. Закриті пази виготовляють з урахуванням забезпечення щільної посадки пластинок. Зазор між площинами паза і пластинки допускається в межах 0,05-0,15мм.

      Перед паянням інструмент із закритими пазами та напівзакритими пазами збирають. Пластини кріплять по можливості підкарбовуванням. Для кріплення пластин підкарбовуванням у багатолезового інструмента (фрез, зенкерів, розгорток) залишають по передній поверхні технологічну стінку завтовшки 0,3–0,6мм, яку видаляють після паяння заточуванням.

      У деяких випадках пластини можна кріпити штифтами (4) (гвинтові пластини) або обмотувати м'яким дротом, а також азбестовим шнуром (рисунок 1.4).      Способи паяння вибирають залежно від способу нагріву інструмента. Розрізняють паяння індукційне (на установках ТВЧ), пічне у печах з мазутовим або газовим нагрівом або в електричних печах з газовою відновною атмосферою, контактну (на машинах для електростикового зварювання), полум’яну (ацетиленокисневим паяльником), зануренням в розплавлений припій і зануренням в розплавлені солі. Паяння твердосплавних пластин при індукційному нагріві є однією з найпродуктивніших операцій, які легко піддаються автоматизації.

 

 

 

\     Для створення нерознімних з'єднань твердосплавних пластин з державками застосовують дифузійне зварювання у вакуумі.

Клейові з’єднання різальних інструментів

      Клейові з'єднання забезпечують підвищені експлуатаційні властивості інструмента завдяки збереженню початкових фізико-механічних властивостей матеріалів, які склеюються при низьких температурах. Особливо ефективне застосування методу склеювання для кріплення важкоспалюваних і незварюваних інструментальних матеріалів, наприклад, безвольфрамових твердих сплавів, керамічних і синтетичних надтвердих матеріалів. Склеювання ефективно застосовувати для інструментів, що працюють при низьких температурах (протяжок, розгорток та ін.).

      Марку клею призначають залежно від умов роботи. Як клей застосовують, наприклад, епоксидно-фенолові смоли, епоксикремнійорганічний клей, а також клеї ТКЛ-75, ТКС-75 та інші, що мають теплостійкість 250 °С, клеї Т-73, Т-30, що мають теплостійкість 300 °С і вище, або клеї ВК9, ВК28 та інші, холодного твердіння. Найефективніший однокомпонентний клей «Інструментол». Термопластичні клеї для склеювання інструмента непридатні.

       При конструюванні клейових з'єднань необхідно враховувати таке: а) повинне бути забезпечене розвантаження клейового шва за рахунок різних конструктивних елементів, що беруть навантаження від сили різання;

б) за рахунок певного розташування клейового шва до напряму рівнодіючої  сил різання забезпечити розвантаження шва від сил стиснення або стиснення із зрушенням; г) повинен бути забезпечений мінімальний нагрів клейового шва за рахунок найбільш сприятливого розміщення з’єднувального шва стосовного різальної кромки як до місця розташування джерела тепла.                

       Ефективним способом розвантаження клейового з'єднання від сил різання є застосування напівзакритих пазів, врізаних з'єднань, клєємеханічних. з'єднань, різальних елементів спеціальної форми. Інструменти з клейовими з'єднаннями (рисунок 1.5) можна виготовляти практично всіх видів із  твердосплавними і швидкорізальними різальними елементами. Товщина клейового шва в усіх типах клейових з'єднань повинна бути у межах 0,05-0,15мм. Шорсткість поверхні склеюваних поверхонь після механічної обробки Rz- 40-20мкм. Перед склеюванням поверхні повинні бути очищені і знежирені.

      Оптимальний спосіб підготовки поверхні інструментальних матеріалів перед склеюванням в умовах багатосерійного виробництва - дробоструминна обробка і знежирення їх водними миючими розчинами в ультразвукових ваннах. Нагрівання перед склеюванням можна проводити в електропечах або на установках ТВЧ.

            У процесі шліфування і експлуатації клеяних інструментів не допускається нагрів клейового шва вище за критичну температуру для даної марки клею.

Засоби кріплення кристалів із надтвердих матеріалів

        Для діамантових різців застосовують такі методи кріплення кристала в державці:                      

а)  паяння діаманта у відкритому пазу;

б)  пресування алмазів у металокерамічні вставки і кріплення останніх за допомогою механічних притисків у державці;

в)  зачеканення   діамантів   в   закритому пазу   державки  

 

      Паяння (після зачеканення) проводять срібним припоєм ПСр50кд при температурі плавлення 650-700 °С на установках ТВЧ або у вакуумних печах.

      Найбільше застосування для кріплення кристала з ельбору -Р в інструменті отримали паяння і метод порошкової металургії.    При паянні заготовку з ельбору-Р кріплять безпосередньо в тілі інструмента. Методом порошкової металургії виготовляють вставки з різальним елементом з ельбору-Р, які встановлюють у державку.

      Перевагами паяння є проста конструкція і невеликі габаритні розміри інструмента, високі міцність і надійність кріплення кристалів, можливість використання кристалів порівняно невеликих розмірів (0,3-0,6 карата). Недоліками методу кріплення паянням є небажаний нагрів кристала, необхідність підгонки поверхонь кристалла і державки. Частково ці недоліки усуваються при металізації кристалів. Металізація здійснюється  головним чином електролітичним способом. Для покриття використовують метали з добрими адгезійними і капілярними властивостями стосовно діаманта (мідь, нікель, срібло, титан та їх сплави).                        

      Окрім електролітичного, відомі ще деякі способи металізації алмазів: вакуумне напилення металевих частинок на поверхню алмаза, нанесення металевої плівки за допомогою тліючого розряду й ін.

       Методом порошкової металургії виготовляють вставки з різальним елементом з ельбору-Р, які потім вставляються в державку. Заготовку з ельбору-Р пресують разом із шихтою на основі залізного порошку. Отриманий агрегат спікають у водневій печі, потім виконують механічну обробку металевої частини, у результаті якої формується корпус вставки.

Відлитий інструмент

     Застосування заготовок, отриманих литвом, є важливим чинником в економії інструментальних матеріалів. При виготовленні інструмента з прокату або поковок маса заготовок в 1,5-2 рази перевищує масу готового інструмента і в середньому 50 % металу йде в стружку. Наприклад, черв'ячна фреза при масі готового інструмента 2,5кг має масу заготовки

у вигляді поковки 10,5кг і маса заготовки у вигляді відливання 4,1кг; довбач масою 0,66кг має масу поковки 2,34кг, а маса відливки тільки1,86кг.

       Трудомісткість виготовлення різального інструмента з литих заготовок значно нижче трудомісткості виготовлення інструмента з поковок або прокату. За даними Сестрорецького інструментального заводу ім. Воскова, собівартість свердла діаметром 55мм із сталі Р6М5, що виготовляється за технологією малосерійного виробництва, становить 22,49 р., зокрема, матеріал 17,31 р.; за технологією багатосерійного виробництва при обробці на фрезерних автоматах собівартість свердла того ж діаметра 19,66 р., зокрема, матеріал 16,86 р., при гарячому вальцюванні - 11,33 р., зокрема, матеріал 7,44 р. і при литві в оболонкову форму - 9,22 р., зокрема, матеріал 4,57 р.

       Червоностійкість і зносостійкість інструмента, виготовленого з литої заготовки, дорівнює або навіть вище, ніж зносостійкість інструмента, виготовленого з кованої сталі; в'язкість литої швидкорізальної сталі нижча за в'язкість кованої.         Рекомендується з литої швидкорізальної сталі виготовляти інструменти в тих випадках, коли основною вимогою, що висувається до інструментів, є зносостійкість (свердла, фрези). Недоцільно застосовувати литі заготовки для інструментів, що вимагають високої міцності і  працюють з ударними навантаженнями. Для литих заготовок інструмента як матеріал використовують відходи швидкорізальної сталі, зношений інструмент і незначну кількість шихтового матеріалу (ферованадій, феромолібден та ін.).       

       Для зниження об'ємної усадки сталей, підвищення рідкоплинності і, як наслідок, усунення у відливаннях пористості і газових раковин, а також для отримання чіткішого відбитку ливарної форми рекомендується застосовувати сталь з підвищеним вмістом вуглецю.

        В усіх ливарних сталях умовою для забезпечення хорошої розкисненості, а отже, і відсутності газових раковин є підвищений вміст у них основних розкиснювальних елементів марганцю і кремнію. За рахунок високої швидкості кристалізації зливка первинне зерно в литих заготовках дуже дрібне, але його можна зменшити шляхом модифікації сталі, наприклад сілікокальцієм.

      Для отримання заготовок інструмента застосовують такі види лиття:                                   

1.   За моделями, що виплавляються, - для складного дрібного і насадного інструмента діаметром до 80мм.

2.  Лиття в оболонкові форми, що виготовляються з піщано-смоляних сумішей.  Найдоцільніше застосовувати цей вид литва для відливань кінцевого інструмента. Максимальна маса відливання 20кг. Для зменшення пригару при оболонковому литті рекомендується застосовувати спеціальну вогнетривку облицювальну фарбу (розчин пульвербакеліту в спирті у співвідношенні 1 : 5, доведений до щільності 1,5-1,6 г/см3 замісом прокаленого маршаліту). Керамічні форми рекомендується застосовувати при масі відливання вище 20кг.

     Усі відлиті заготовки із швидкорізальної сталі піддають відпалу за стандартними режимами з тією лише різницею, що час витримки в період ізотермічного розпаду збільшується до 2 разів. При цьому у відлитих заготовках виходить більш рівномірна мікроструктура.

      Термічна обробка інструментів, отриманих литвом, ідентична термічній обробці інструмента, виготовленого з прокату. Відмінність полягає в тому, що час нагріву під гарт повинен бути збільшений на 30-50 %. За деякими джерелами для підвищення якості великорозмірного інструмента рекомендується проводити двократний гарт. Перший гарт проводять до механічної обробки при нагріві до температури 1250-1260 °С з витримкою 25-30 с на 1мм перетину, що в 5-6 разів більше звичайної витримки при гарті фасонного інструмента. Висока температура і тривала витримка сприяють істотній зміні розміщення карбідів. Після гарту проводять ізотермічний відпал за режимом, встановленим для швидкорізальної сталі, а потім механічну обробку і остаточні гарт і відпуск. Витримка при остаточному нагріві 8-10 с на

1 мм замість 6 с для інструмента, отриманого куванням.       Подвійна термічна обробка зазнає значного руйнування скелетоподібної сітки карбідів, вони розподіляються при цьому більш рівномірно. Ефективність застосування відлитих заготовок залежить від рівня ливарної технології і організації виробництва.

Формоутворення заготовок пластичним деформуванням

Методи пластичного формоутворення

      В умовах багатосерійного і масового виробництва наибільш ефективним за коефіцієнтом використання металу і продуктивністю є формоутворення методом пластичної деформації. Застосовують гаряче пресування заготовок кінцевих фрез і мітчиків. У процесі пресування формується одночасно різальна і хвостова частини з мінімальним припуском під подальшу механічну обробку.

     Гідродинамічним витискуванням утворюються канавки розгорток, фрез, мітчиків, свердел шляхом пресування через матрицю нагрітої заготовки в умовах всебічного стиснення.

     Для утворення гвинтових канавок, спинок і стрічок на заготовках свердел діаметром 13-55мм застосовують гаряче вальцювання заготовок з подальшим завиванням гвинтових канавок. Редукуванням (проштовхуванням заготовки пуансоном через редукуючий фільєр) отримують ступінчасті заготовки робочої і хвостової частин кінцевого інструмента. Ротаційним обтискуванням (куванням або пресуванням у радіальному напрямі в умовах трибічного стиснення) утворюють стружкові канавки і квадрати на мітчиках, конічна частина хвостовиків та ін.

Пресування у спеціальних штампах

       У процесі пресування формуються відразу різальна і хвостова частини з мінімальним припуском під подальше механічне оброблення або шліфування. Нагріту до температури 1000-1200 °С заготовку закладають у контейнер  (рисунок 1.6), який підігрівається електричною піччю 2 до температури 400°С. До моменту початку пресування поршень під тиском, що розвивається в нижньому циліндрі 3, щільно притискаєть контейнер 1 до знімного кільця, яке, у свою чергу, притискається до матриці 5, закріпленої на опорно-поворотній стойці 6. При робочому ході пуансона  заготовка пресується. У стойці 6 передбачена напрямна втулка 7, що оберігає робочу частину заготовки від викривлення. По закінченні робочого ходу пуансон, закріплений на рухомій траверсі 9, переходить в початкове положення. Ходом штока нижнього циліндра 3 за допомогою тяги 10 контейнер  знімається з поковки (хвостовика кінцевого інструмента), що утримується матрицею 5 і знімним кільцем, і піднімається вгору. У якийсь момент підйому контейнера завдяки виступам на тязі 10 починає підніматися підйомне кільце 4, захоплюючи за собою поковку, яка своєю гвинтовою частиною утримується в матриці. Прикладене до заготовки зусилля викликає підйом опорно-поворотної стійки 6, фланець якої, увійшовши до зіткнення з підшипником 11, отримує обертальний рух, внаслідок чого матриця згвинчується з поковки, що віддаляється.

       Матриці виготовляють з дисперсійно-твердіючих сплавів литтям по виплавлених моделях. Як технологічне мастило застосовують графіто-масляну суміш.

Гідродинамічне витискування

       Гаряче гідродинамічне витискування полягає у витискуванні через матрицю, що має профіль перетину інструмента, нагріту

до кувальної температури заготовки із застосуванням проміжного графітового середовища. Цей метод допускає ступінь деформації до 75 %. Гідродинамічним витискуванням утворюються канавки розгорток, зенкерів, свердел, кінцевих фрез та ін. Шорсткість поверхні інструментів, видавлених  цим методом,  Rа - 2,5-1,0мкм, точність розмірів у межах 0,2-0,3мм.

      При гарячому  гідродинамічному витискуванні  утворюються найбільш сприятливі умови всебічного рівномірного тиску, досягається мінімальне значення коефіцієнта тертя і максимальне наближення до ізотермічного деформування.

       Відсутність безпосереднього контакту з інструментом підвищує рівномірність розподілу деформацій у деталях, сприяє підвищенню пластичності оброблюваного металу і стійкості штампувального інструмента. Конструкція штампа дозволяє сумістити пластичне формоутворення заготовки з термомеханічним зміцненням. Режими ГДВ рекомендуються для сталі Р6М5: температура аустенізації  - 1230°С, температура деформації 1000 ± 50°С, ступінь деформації 0,7-0,9, температура відпуску 560 °С.

      Гаряче витискування можна проводити на кривошипному пресі. На рисунку 1.7  наведена схема гідродинамічного витискування. У початковий момент витискування пуансон 4 через графітову вкладку 3 передає тиск на нижній торець  заготовки 2 (нагрітий до гартівної температури 1230-1245 °С),

гострі краї якої почнуть пластично деформуватися до того часу, поки зусилля деформації не перевищить зусилля руйнування вкладки. У результаті створюється щільне з'єднання заготовки із вхідним конусом матриці 5, що перешкоджає проникненню матеріалу проміжного середовища (графіту) крізь вічко матриці.

 

       У міру збільшення тиску руйнований пуансоном графітовий матеріал заповнює вільний простір навколо заготовки і частково затікає в зазор між контейнером 1 і пуансоном 4.

        Надалі порошкоподібне графітове середовище ущільнюється до такого ступеня, що досить рівномірно розподіляє тиск пуансона по поверхнях торця і бічну заготовку. Таким чином, при гідродинамічному витискуванні заготовка зазнає всебічного стиснення і починає пластично деформуватися шляхом затікання у вічко матриці. Заготовка проходить через калібруючу втулку 6 і надходить в охолоджувальне середовище 7 для гартування.

      Для гідродинамічного витискування використовують стандартні кривошипні преси. Виготовлена автоматична установка для пресування кінцевих фрез, зенкерів, розгорток діаметром 20-32мм із зусиллям преса 3,15 МН, хід повзуна 300-600мм, швидкість переміщення плунжера 300 мм/с, продуктивність 120 шт.год. Для пресування заготовок свердел діаметром 45-80мм Дніпропетровський завод пресів випускає гідравлічний прес П2038В. Зусилля преса 6,3 МН, хід повзуна 1300 мм. Фірма Karter und Sohn (ФРН) випускає для гідродинамічного витискування свердла діаметром 35-70мм, стан із зусиллям 0,4 МН, тривалість циклу для свердла діаметром 35мм - 40с,  для свердла діаметром 70мм - 90с.

Поздовжньо-гвинтове прокатування

      У масовому виробництві свердел діаметром 1,7-25мм застосовують поздовжньо-гвинтове прокатування гвинтових канавок, спинок і стрічок на спеціальних напівавтоматичних і автоматичних верстатах (рисунок 1.8). Суть поздовжньо-гвинтового прокатування полягає у прокатуванні робочої частини заготовки (нагрітої до температури кування) за один прохід між двома парами профільних сегментів, що обертаються синхронно і розташовані під кутом до поздовжньої осі заготовки, близької до кута нахилу гвинтової канавки. Одна пара профілює профіль канавок, а інша - профіль спинок і стрічок. Канавкові сегменти мають затилований профіль для утворення потовщення осердя. Профіль сегментів для отримання канавок і спинок свердел визначають розрахунком.

      Даний спосіб у десятки разів перевищує за продуктивністю виробництво свердел методом фрезерування (1500-7500 шт. на зміну залежно від діаметра свердла). Один стан при прокаті свердел діаметром 5мм замінює 25 спеціальних фрезерних верстатів. У цей час освоєний прокат свердел з інструментальних сталей Р6М5, Р12 та ін. Лімітуючим чинником для вибору сталі під прокат є її пластичність в нагрітому стані. Для свердел діаметром до 12мм використовують сталь сріблянку, для свердел діаметром більше 12 - зварні заготовки.

      Окрім підвищення продуктивності праці, метод поздовжньо-гвинтового прокату дає економію швидкорізальної сталі, оскільки відходи в цьому випадку мінімальні. Продуктивність прокатування свердла залежно від розміру становить: на стані АСПС при обробці свердел діаметром 1,8-3мм продуктивність 900-Л800 шт.год, на стані АСПС при обробці свердел діаметром 3 -5мм - 842-1100 шт.год, на стані ПОПС при обробці свердел діаметром 15 -25мм - 300-425 шт.год.

      Можливе утворення гвинтових канавок методом поздовжньо-гвинтового прокату на заготовках кінцевих фрез, мітчиків та іншого інструмента. Зусилля прокату 2-7 тс залежно від розміру свердла.

Гаряче вальцювання

       Гаряче вальцювання заготовок з подальшим завиванням гвинтових канавок застосовують у багатосерійному і масовому виробництвах для утворення гвинтових канавок, спинок і стрічок свердел на заготовках діаметром 13-55мм. Спосіб полягає в прокатуванні робочої частини заготовки свердла (нагрітої до температури кування 1050-1150 °С) між профільними валками, осі яких паралельні. Здавлювання на вальцекувальному стані проводиться послідовно між чотирма парами секторів із профілем змінного перетину. Кожна пара секторів поступово обтискає робочу частину заготовки. Після здавлювання в останній канавці на заготовці свердла утворюються прямі профільні канавки, спинки і стрічки. Після закінчення здавлювання заготовку, що остигла до температури 750-800 °С, завивають на спеціальному стані навивальними роликами.

Редукування

      Для економії металу і підвищення продуктивності праці при виготовленні мітчиків розроблена технологія виготовлення заготовок методом пластичної деформації - редукуванням. Цей спосіб полягає у проштовхуванні пуансоном початкової заготовки, діаметр якої дорівнює діаметру робочої частини мітчика через редукуючий фільєр. Діаметр вічка фільєра повинен дорівнювати діаметру хвостової частини мітчика. При редукуванні збільшується загальна довжина заготовки. Процес редукування здійснюють на пресах, а для забезпечення найбільш високої продуктивності - на холодновисаджувальних автоматах.

    Як заготовку застосовують сталь - сріблянку або холоднотянуту сталь, а також заготовки з гарячекатаної сталі, що шліфуються на безцентрово-шліфувальному верстаті.  Редукування хвостової частини мітчиків з вуглецевої сталі У12А дозволяє знизити витрату сталі на 18% і загальну трудомісткість виготовлення - на 15%. При редукуванні заготовок мітчиків із швидкорізальної сталі зниження трудомісткості становить 24%, а собівартість скорочується на 12 %.

      Заготовку розраховують, виходячи з суми обсягів робочої і хвостової частин мітчика.

Ротаційне обтискання

       При виробництві заготовок застосовують метод ротаційного обтискання, або радіального кування, що також є різновидом обробки тиском. Суть процесу полягає в тому, що заготовка підлягає пресуванню або куванню в радіальному напрямку одночасно двома або декількома бойками (пуансонами). Завдяки поступовості деформації, що відбувається в умовах трибічного стиснення, в один прохід вдається отримати значний ступінь деформації без зруйнування заготовки з малопластичної швидкорізальної сталі.

     Ротаційне обтискання проводять на спеціальних ротаційних пресах або на кривошипних пресах у спеціальних штампах. На рисунку 1.9 як приклад наведена схема штампа для формоутворення робочої частини (стружкових канавок) і квадрата хвостовика зварних машинно-ручних мітчиків. Заготовка 8 центровими отворами базується на нижньому 2 і верхньому  кернах. При ході повзуна преса і стакана 3 вниз клини 4 і 5 тиснуть на бойки-пуансони 6 і 7, які здійснюють рух перпендикулярно до осі заготовки. Під штампування нагрівають тільки частину  заготовки із швидкорізальної сталі (для сталі Р6М5 до 1050-1160 0С).