16. Организация безлюдных производств в термических цехах. Технологическая устойчивость и типизация технологических процессов то.

Все более широкое внедрение в промышленности ГПС открывает возможность создания так называемых "безлюдных производств".

Этот термин не следует понимать буквально, просто количество работающих по сравнению с обычными термическими подразделениями с таким же объемом производства будет на один - два порядка меньше, и работа их будет заключаться в составлении программ, отладке технологических процессов, устранении неполадок, выполнении профилактических и ремонтных работ и т.п.

Прототипами малолюдных производств могут служить автоматизированные термические отделения и участки на подшипниковых заводах.

17. Технология термической обработки сверл, протяжек и плашек. Предварительная и окончательная т/о. Дополнительная т/о. Т/о сварных сверл и протяжек. Дефекты т/о и способы их устранения.

Из всей номенклатуры сверл наиболее широко применяются спиральные сверла, с двумя режущими кромками заточенными под определенный угол. Режущая часть должна обладать высокой твердостью и теплостойкостью, сверла могут быть цельными или сварными.

Рассмотрим термическую обработку сверл, изготовленных из быстрорежущей стали. При нагреве сварных сверл из быстрорежущей стали применяют ступенчатый режим: сначала сверла подогревают до температуры 600...650 °С, затем их переносят во вторую ванну 800...850 °С, затем в третью ванну для окончательного нагрева до температуры закалки 1240.. 1290°С в зависимости от марки стали. После выдержки при температуре закалки сверла охлаждают в подогретом масле (t = 90... 140 °С) до температуры 200-250 °С или охлаждают в соляной ванне до температуры 500...550 °С с последующим охлаждением на воздухе. Сверла, закаленные в масле, подвергают правке в горячем состоянии, а затем промывают в подогретом щелочном или содовом растворах. Сверла, охлажденные в расплаве солей, после охлаждения на воздухе промывают и правят. Отпуск сверл проводят в шахтных печах с принудительной циркуляцией воздуха при температуре 550...570 °С.

Твердость рабочей части сверла диаметром до 5 мм должна быть 62...64HRC, при диаметре более 5 мм - 63...65 HRC; твердость хвостовиков 30...35 HRC. Отпуск проводится трехкратный. После правильно проведенной термической обработки рабочая часть сверла должна иметь структуру мартенсита с равномерно распределенными мелкими и средней величины карбидами и удаленным по максимуму А_ост.

Протяжка представляет собой стержень, на значительной длине которого расположены зубья. Их изготавливают из быстрорежущих сталей или из ХВГ. Для экономии металла (быстрорежущей стали) хвостовую часть протяжек диаметром более 10 мм делают из стали 40Х и сваривают. Хвостовую часть длинной протяжки необходимо нагревать в вертикальном положении, длинные протяжки охлаждают в масле, а короткие в сол. ванне.

Протяжки из быстрорежущей стали Р18 нагревают в трех 600, 800, 1250 °С. После выдержки в вертикальном положении охлаждают в масле до температуры 250...200 °С и подвергают правке при этой температуре, затем охлаждают на воздухе. После правки протяжки промывают в 10 % содовом растворе и проводят трехкратный отпуск при 550...570 °С.

Длинные протяжки после каждого отпуска правят в горячем состоянии с последующим охлаждением на воздухе до 20 °С. Затем проводят термоулучшение хвостовика, если протяжка изготовлена цельной, то хвостовик нагревают до 800...820°С в соляной ванне и охлаждают в песке или масле. После охлаждения хвостовика протяжки очищают металлическим песком, и если коробление превышает норму, то их правят с местным подогревом газовой горелкой или паяльной лампой до температуры не более 550 °С.

Протяжки из легированной стали ХВГ изготавливают цельными, нагревают их до температуры (840...860 °С) с предварительным подогревом и выдержкой при 600...650 °С, и дальше нагревают до 800-840°С. Охлаждают в масле до 150-200°С и правят в горячем состоянии. Отпуск проводят при 180...200 °С. Закаливают хвостовую часть с помощью ТВЧ (820...870 °С) и охлаждают на воздухе. Твердость протяжек после термической обработки: рабочей части - 62...65 HRC, хвостовой -40...47 HRC.

Плашки изготавливают из сталей 9ХС, Р6М5, Р12, реже из сталей У11, У12А. Отличительной особенностью круглых плашек от другого режущего инструмента является то, что режущие кромки не на поверхности, а внутри. Поэтому в прутках, из которых изготавливают круглые плашки, не должно быть усадочной рыхлости, пористости, карбидной ликвации и строчечного расположения карбидов.

Нагревают плашки в соляных ваннах на специальных подвесках. Плашки из углеродистой стали высотой более 8 мм охлаждают в воде до 200...150 °С с быстрым переносом в масло, а плашки из легированной стали высотой более 20 мм охлаждают в масле. Для плашек из углеродистой стали высотой до 8 мм и из легированной стали высотой до 20 мм, применяют ступенчатую закалку с охлаждением в горячих средах при 150... 180 °С. После выравнивания температуры плашки охлаждают на воздухе.

После термической обработки плашки должны иметь более высокую вязкость по сравнению с другими режущими инструментами. Поэтому отпуск проводят при 200...220 °С (для сталей У12А, 9ХС). Для более полного снятия внутренних напряжений проводят длительный отпуск до 3 ч). Твердость режущей части после т/о 57-62 HRC. Иногда проводят дополнительный отпуск перемычек при 500-600°С нагрев с помощью ТВЧ с получением твердости 30-45HRC.

Основным видом предварительной термической обработки является отжиг. Он предназначен для повышения обрабатываемости стали резанием, предупреждения нафталинистого излома и подготовки структуры к последующей закалке. Отжиг должен обеспечить получение структуры зернистого или сорбитообразного перлита с твердостью не более 205...217 НВ для углеродистых сталей, 240...255 НВ для лег. сталей и 255...285 НВ для быстрорежущих сталей. При повышении требуемой чистоты поверхностей после обработки резаньем для получения однородной структуры используют циклический отжиг включающий от 3 до 8 циклов нагрева. Нагрев до 750°С, выдержка 0,5-1 час для углеродистых и 0,2-0,5 ч для быстрореж.

Наряду с отжигом используют высокий отпуск, рекристаллизационный отжиг, нормализация и улучшение, карбидный отпуск. Высокий отпуск проводят при необходимости обеспечить правку инструмента из быстрорежущей стали, изготовленных горячей пластической деформацией. Отпуск осуществляют по режиму: нагрев в соляных ваннах до 760...780°С в течении 15...20 минут и охлаждения на воздухе. Твердость не более 300 НВ, что заметно затрудняет последующую механическую обработку. Рекристаллизационный отжиг применяют для устранения наклепа, снижения твердости и снятия внутренних напряжений после холодной механической обработки, что важно для изготовления длинномерного инструмента. Отжиг заключается в медленном нагреве до 600...700 °С, выдержка в течение 1.. .2 ч и охлаждении с печью (реже на воздухе).

Нормализация и улучшение. Иногда в структуре углеродистых и легированных сталей остаются участки цементитной сетки и пластинчатого перлита, что ухудшает обрабатываемость резанием и чистоту поверхности. Для исправления структуры используют нормализацию с нагревом до 880...900°С для углеродистых и 860...880 °С для легированных сталей. Иногда дополнительно проводят высокий отпуск при температуре 600...650°С. Более полное устранение цементитной сетки, равномерная твердость по сечению достигают термоулучшением при этом температуру закалки берут на 20...30 °С выше по сравнению с обычной закалкой, либо проводят закалку с последующим сфероидизирующим отжигом для лучшей коагуляции карбидов.

Карбидный отпуск применяют для быстрорежущей стали с целью улучшения ее обрабатываемости пластической деформацией и устранения растрескивания при холодной вырубке тонких заготовок (дисковых фрез, мелких метчиков). При отпуске сталь нагревают до 720...760 °С с выдержкой 1...1,5 ч при этом часть мелких карбидов растворяется. Последующее быстрое охлаждение (в масле или в воде) фиксирует это состояние.

Основными операциями дополнительной термической обработки инструмента после шлифования и заточки для повышения режущих свойств, коррозионной стойкости, уменьшения внутренних напряжений и улучшение товарного вида являются: цианирование (жидкостное и газовое); обработка паром и низкотемпературный отпуск.

Цианирование повышает стойкость инструмента в 1,5...2 раза. Глубина диффузионного слоя получается 0,01...0,03 мм, структура — мартенсит, карбиды и карбонитридные фазы; твердость этого слоя 1000..1100 HV (70...72 HRC). Не рекомендуется подвергать цианированию инструменты размером менее 6 мм в связи с повышением его хрупкости. Цианирование увеличивает размеры инструмента незначительно. Обработке в среде перегретого пара подвергают цельный инструмент из быстрорежущей стали и сварной, если хвостовая часть изготовлена из 40Х, при температуре отпуска 550...570 °С. При такой температуре в результате реакции железа с паром образуется тонкая пленка магнитной окиси железа Fe₃O₄ темно-синего цвета, имеющая большую прочность сцепления с металлом.

Режущий инструмент, обработанный в атмосфере пара, обладает следующими преимуществами: Fe₃O₄ предотвращает прилипание стружки к инструменту в процессе резания; поверхность окисной пленки лучше удерживает смазочные жидкости, снимаются остаточные напряжения, после шлифования и заточки; повышается твердость за счет превращения в мартенсит аустенита, образовавшегося на поверхности режущей кромки при шлифовании и заточке инструмента; по коррозионной стойкости инструмент, обработанный в атмосфере пара, не уступает инструменту, подвергнутому химическому оксидированию. Обработка паром не устраняет обезуглероженный слой, коррозию и прижоги. Обработку паром режущего инструмента из быстрорежушей стали проводят в процессе многократного отпуска после закалки или после шлифования и заточки. При этом инструмент чистый и сухой в корзинах загружают в печь, нагретую до температуры 350...360 С, выдерживают при этой температуре (в воздушной среде) до полного прогрева садки. Затем в печь подается сухой пар, подогретый примерно до 300-400°С пар в течение 20...30 мин для вытеснения воздуха, а затем температурe повышают до 530...570 °С. Во время выдержки в течение 1 ч при давлении 0,1...0,3 атм. Низкотемпературный отпуск проводят для снятия напряжений после шлифования и заточки без снижения твердости, а также для повышения стойкости режущего инструмента. Режимы низкотемпературного отпуска для инструмента из углеродистой и низколегированной сталей - при температуре 140-160 °С, выдержка 0,5...2 часа (после прогрева); из быстрорежущей стали при 240...260 °С, выдержка 1...4 часа (после прогрева) или при 450...480 °С, выдержка 1...2 часа (при повышенной хрупкости инструмента).

Дефекты термической обработки инструмента и их устранение.

Формы и размеры значительной части инструмента предопределяют его высокую склонность к деформации при нагреве и охлаждении. Деформация может привести к невозможности использования инструмента по назначению. Поэтому на всех этапах технологического цикла изготовления необходимо применять меры по ограничению деформации. Основным направлением в ограничении деформации инструмента должно быть ее максимально возможное предотвращение в процессе изготовления и термической обработки. В общем случае для этого необходимо выполю дующие условия:

1. Инструмент, склонный к деформации, перед закалкой целесообразно подвергать отжигу для уменьшения внутренних напряжений от мех. обработки. Возможна также предварительная правка инструмента в отожженном состоянии.

2. Инструмент, особенно насадной, должен иметь припуск, достаточный для обеспечения требуемых окончательных размеров с учетом возможной деформации.

3. Инструмент в печах и ваннах следует размещать так, чтобы предупредить его искривление при нагреве под действием собственной массы и массы остальных деталей в садке.

4. Нагревать и охлаждать инструмент следует равномерно, ограничивая скорость нагрева или использовать ступенчатый нагрев.

5. Не допускать перегрева.

6. Целесообразно подстуживать инструмент перед погружением в закалочные среды, например для быстрорежущих сталей до температуры 1000..1100 °С.

7. Применять закалку в штампах.

8. Использовать правку в процессе закалочного охлаждения.

9. Для нежесткого инструмента следует применять релаксационную правку при отпуске.

Для инструмента используют следующие способы правки. 1) Правка в холодном состоянии. 2) Правка с подогревом.

Наряду с короблением к наиболее опасным дефектам при т.обработке инструмента относятся трещины, а также оплавление и разъедание поверхности инструмента, в большинстве случаев приводящие к окончательному браку.

Кроме перечисленных, возможны и другие дефекты (обезуглероживание поверхности, пониженная или неоднородная твердость, перегрев, пониженная теплостойкость), которые являются следствием неправильного назначения или нарушения режимов термической обработки, нарушения правил эксплуатации оборудования (несвоевременная очистка и др.).

18. Технология термической и химико-термической обработки штампов для горячего деформирования. Условия работы штампов для гор. деформация. Основные причины выхода штампов из строя. Технология предварительной и окончательной т.о штампов гор. д. Дефекты возникающие при т.о.

Штампы для горячего деформирования находятся в контакте с металлом, нагретым до 1000...1200 °С. В этих инструментах в процессе работы возникают напряжения сжатия, растяжения, изгиба; они подвер­гаются истирающему действию горячего металла. В тяжелых условиях работает штамповый инструмент при прессовании, высадке, точной штамповке, жидком прессовании цветных сплавов, при литье под давлением.

В процессе работы штампы горячего деформирования испытывают периодический нагрев и охлаждение. Температура нагрева может превышать критическую для стали, из которой изготовлен штамп. При каждом нагреве и охлаждении могут происходить фазовые превращения, сопровождающиеся объемными изменениями. В результате на рабочей поверхности штампа появляются трещины "разгара", которые имеют вид сетки. Поэтому стали для этих штампов должны быть стойкими против "разгара".

Важнейшей причиной выхода из строя штампов для горячей штамповки является смятие и износ, при которых масса и размеры поковки постепенно выходят за допустимые пределы.

Одной из основных причин выхода из строя штампов для горячего деформирования является также развитие процессов термомеханической усталости, приводящих к появлению сетки трещин "разгара".

Технологический процесс изготовления штампового инструмента включает предварительную термообработку, механическую обработку, окончательную термообработку, зачистку гравюры и шлифование по опорным и установочным поверхностям. Для крупных штампов (с наименьшим размером более 400 мм и окончательной твердостью 32...36 HRC) механическую обработку проводят в два этапа: черновую до закалки и чистовую после термообработки. Предварительная термообработка предусматривает снижение твердости поковок, измельчение зерна, снижение остаточных напряжений и подготовку структуры к последующей т.о. Оптимальной структурой считается зернистый перлит с равномерным распределением фаз. В качестве предварительной термообработки поковок используют для штампов крупных и средних размеров и сложной формы рекомендуется полный или изотермический отжиг с получением структуры зернистого П. Для высоколегированных штамповых сталей скорость охлаждения не должна превышать 30 °С/ч. Загрузку поковок производят в печь с температурой 600 °С. Температура изотермической отжига находится в пределах 650...700 °С.

При расположении поковок в печи в один ряд, выдержка при нагреве определяется из расчета: при изотермической выдержке время 1 ч + (1,2... 1,5) мин на 1 мм толщины поковки. Металл из печи следует выгружать при температуре не более 400 °С. Для поковок малых размеров для инструментов простой формы их подвергают ВО при температурах, близких к А_с]. Качество поковок должно удовлетворять требованиям ГОСТ 5950-88. При этом контролируются: отсутствие дефектов поверхности, выявляемых внешним осмотром (трещин, волосовин, закатов, плен и др.), внутренние дефекты (ультразвуковым и другими методами контроля), глубина обезуглероженного слоя, макроструктура (по излому), твердость (НВ), микроструктура, карбидная неоднородность.

Цель окончательной термической обработки получение в готовом ин­струменте сочетания основных свойств: твердости, прочности, износостойкости вязкости и теплостойкости. Наиболее распространенный технологией окончательной т.о штампов для горячего деформирования является закалка и отпуск. При повышении температуры нагрева под закалку возрастает теплостойкость и прокаливаемость, но из-за укрупнения зерна снижается вязкость. Поэтому, выбирать режим необходимо из условий работы штампов. Напряжения для штампового прессового инструмента находятся в длительном контакте с горячим металлом, но без значительных динамических нагрузок, работающего с большим разогревом, но без значительных динамических нагрузок, температуру закалки целесообразно повышать, но необходимо учитывать, что выбор температуры закалки и отпуска влияет на деформацию штампа и возможность механической обработки. Повышение температуры отпуска снижает твердость, прочность и износостойкость стали и повышает вязкость. Поэтому для сохранения твердости и износостойкости температуру отпуска выбирают пониженной но не ниже разогрева штампа в эксплуатации.

Кроме основного отпуска, для получения заданных свойств рабочих частей штампа, хвостовики крупных ковочных и прессовых штампов дополнительно отпускают при повышенной температуре на твердость 30...32 HRC.

Применяют азотирование, цианирование, диффузионное хромирование.

Азотирование как окончательная операция после т.о и шлифования. Азотирование, в 1,5-2 раза увеличивает стойкость пресс-форм для литья под давлением, а также штампов, подвергающихся резкому охлаждению. Иногда азотирование проводят перед закалкой. Оно проводится для штампов и пресс-форм простой конфигурации, работающих в условиях динамического нагружения, и не требующих доводки после т.о. При этом можно увеличить толщину слоя, получится более плавный переход твердости от поверхности к сердцевине. Повышается прочность и вязкость стали.

Низкотемпературное цианирование и цианирование для штампов из сталей типа 4Х5МФС, при температуре 550...580 °С с толщиной слоя 0,1...0,2 мм.

Иногда применяют жидкостное циани­рование (выдержка 10...30 мин).

Диффузионное хромирование применимо для теплостойких штамповых сталей, температуры аустенизации которые совпадают с температурами хромирования (1000...1100С). Оно рекомендуется для инструментов, испыты­вающих воздействие высоких температур, подверженных износу и эрозии (инструмент для горячего выдавливания, пресс-формы для литья под давлением алюминиевых и медных сплавов), и выполняется в порошкообразных смесях из 70...75 % низкоуглеродистого феррохрома, 20...27 % окиси алюминия и 1...3 % хлористого аммония в течение 4...10 часов. Толщина слоя составляет 0,01...0,03 мм, твердость на поверхности 1200...1800HV.