Контроль качества изделий сводится к наружному 100% осмотру поверхности на отсутствие рисок, волосовин, трещин. Для контроля ответственных пружин применяется магнитная дефектоскопия. Для пружин, проходящих закалку, проверяется твердость. Готовые пружины подвергают следующим видам контроля:
-Определению высоты после минимальной и максимальной рабочей нагрузки. Часто используют сжатие (3-10 раз) до соприкосновения витков.
-Длительному нагружению (заневоливанию), выполненному путем сжатия при напряжении на 10% выше рабочих, с выдержкой под нагрузкой в течение 10-30 ч. Для менее ответственных пружин используется кратковременное заневоливание на 2-3 мин. Крупные винтовые пружины рекомендуется заневоливать при напряжениях 0,5
σ0,2.
- Испытанию на выносливость (число циклов до разрушения), на удар свободно падающим грузом на копре, на кручение с определением крутящего момента и угла закручивания.
21
Термическая обработка режущего инструмента
Инструменты используются для обеспечения изделиям требуемой формы и для измерения их размеров. Получение заданной формы может быть осуществлено:
-снятием стружки для этого применяется режущий инструмент - резцы, фрезы, сверла, метчики и др.;
-пластической деформацией, когда используется штамповый, ковочный, прессовый, волочильный инструмент, прокатные валки.
Для измерения размеров применяется калиброво-измерительный инструмент (пробки, кольца, скобы, шаблоны и др.).
Выбор материала для инструмента определяется его поведением при эксплуатации, чаще всего числом обработанных деталей. В качестве критериев при выборе стали для инструмента служат:
-высокая твердость и сохранение ее при повышенных температурах (тепло- и красностойкость);
-сопротивление истиранию, высокая стабильность размеров;
-малая чувствительность к перегреву и способность сталей к
закалке, определяемая по виду излома закаленных образцов.
22
Химический состав инструментальных сталей характеризуется повышенным содержанием С (выше 0,5%) и наличием карбидообразующих элементов: Cr, W, Mo, V.
Cr, W, Mo, растворяясь в цементите, замедляют процессы выделения карбидов из мартенсита и их коагуляцию. Твердость сохраняется до более высоких температур. При высоком содержании
карбидообразующих |
элементов |
при |
отпуске |
образуются |
высокодисперсные |
карбиды, |
вызывая |
при |
повышенных |
температурах отпуска возрастание твердости (явление вторичной твердости).
В присутствии Cr и W весьма эффективно легирование Mo и V: Молибден повышает устойчивость карбидов против отпуска, а ванадий образует дисперсные карбиды VC.
Из некарбидообразующих элементов благоприятно влияет Si, затрудняющий диффузию углерода в феррите, и повышающий предел упругости стали.
Особую роль в инструментальных сталях играет Co, способствующий диспергированию карбидных частиц. Легирование Ni или его заменителем Mn ведется в том случае, когда требуется
инструмент с повышенной вязкостью. |
23 |
Виды режущего инструмента: а,б - резцы плоский и круглый соответственно; в, г - фрезы отрезная и концевая соответственно; д - сверло спиральное; е - метчик; ж - протяжка
Необходимая минимальная твердость инструмента при резании должна быть не менее HRC60-62. При нормальной подаче и невысоких скоростях резания (10-20 м/мин) нагрев режущей кромки составляет не более 200-300°С, что позволяет применять для инструмента углеродистые и низколегированные стали.
При высокой твердости обрабатываемого резанием материала или повышенных скоростях резания (30-50 м/мин) режущая кромка нагревается до 500-600°С, что требует применения высоколегированных сталей типа быстрорежущих, содержащих в структуре до 30% специальных карбидов.
При нагреве режущей кромки инструмента выше 600 °С высокую твердость сохраняют инструменты из твердых сплавов24 .
Инструментальные стали для изготовления режущего инструмента можно условно разделить на три основные группы:
1)Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435-74);
2)Легированные инструментальные стали для режущего и измерительного инструмента (ГОСТ 5950-73) не глубокой и глубокой прокаливаемости;
3)Быстрорежущие стали (ГОСТ 19265-73). Принято подразделять эти стали на нормальной и повышенной производительности.
25
Углеродистые инструментальные стали (У7-У13) качественные и высококачественные применяются для изготовления режущего инструмента в основном для ручной работы, когда инструмент испытывает небольшие нагрузки и работает практически без разогрева. Стали имеют низкую прокаливаемость и теплостойкость, малую устойчивость переохлажденного аустенита, чувствительны к перегреву. К достоинствам этих сталей относится:
-возможность сохранения вязкой сердцевины, что позволяет выдерживать инструменту повышенные динамические нагрузки;
-после закалки иметь в структуре малое количество остаточного аустенита (5-8%), который при работе распадается, что обеспечивает высокое сопротивление пластической деформации режущей кромки;
-низкая твердость в отожженном состоянии (НВ 150-170), что облегчает изготовление инструмента пластической деформацией (накатка, плющение, насечка) и обеспечивает хорошую обрабатываемость резанием;
-сохранять чистую поверхность при закалке в воде.
26
Легированные инструментальные стали неглубокой прокаливаемости содержат незначительное количество хрома (0,4-
0,7%) и ванадия (0,15-0,30%). В эту группу входят следующие марки сталей: 7ХФ, 9ХФ, 11ХФ, 13Х. Малая концентрация легирующих элементов позволяет сохранить, в основном, преимущества углеродистых сталей, уменьшив их недостатки, в частности, чувствительность к перегреву.
Данные стали применяют для деревообрабатывающего инструмента (долота, пилы - 7ХФ, 9ХФ); инструмента, испытывающего ударные нагрузки (зубила, пуансоны - 7ХФ); метчики и развертки небольшого сечения до 30 мм, закаливаемые в масло - сталь 11ХФ; шаберы, гравильный инструмент - 13Х.
27
Легированные инструментальные стали глубокой прокаливаемости содержат до 4-5% легирующих элементов (Cr, W,
Si, Mn). Более высокая устойчивость легированного аустенита позволяет получить высокую твердость стали после термической обработки (HRC62-68) в сечениях до 25-90 мм. В эту группу входят стали ХВГ, ХВСГ, 9ХС.
Сталь ХВГ используется для режущего инструмента, склонного при термической обработке к короблению (длинные метчики, развертки, протяжки и т.п.).
Сталь ХВСГ содержит пониженное суммарное количество хрома и вольфрама (1,3-2,1%) и имеет меньшую карбидную неоднородность, что позволяет применять ее в инструментах большего поперечного сечения, чем сталь ХВГ (круглые плашки, развертки, зенкеры).
Меньшее содержание углерода в стали 9ХС (0,85-0,95%) позволяет практически устранить в структуре карбидную неоднородность. Данная сталь применяется для производства инструмента, рабочая часть которого расположена ближе к середине прутка (круглые плашки, сверла, развертки, метчики).
28
Быстрорежущие стали значительно превосходят углеродистые и легированные инструментальные стали по теплостойкости. Повышенная теплостойкость сталей связана с легированием большим количеством W и Mo и закалкой с высоких температур (1200-1300 °С).
Вольфрамо- и вольфрамомолибденовые стали относятся к сталям нормальной производительности. В эту группу входят стали: Р6М5, Р8М3, Р12, Р18.
Температура нагрева вольфрамомолибденовых сталей под закалку должна быть ниже, чем сталей только с вольфрамом. Эта группа сталей применяется для резания со скоростями 30-50 м/мин. Более высокие скорости резания обеспечиваются при использовании инструмента, изготовленного из сталей Р12 и Р18.
Сталь Р8М3 в отличие от стали Р6М5 имеет большую устойчивость против перегрева, меньшую обезуглероживаемость при нагреве под закалку и лучшую стабильность свойств после термической обработки.
29
Быстрорежущие стали повышенной производительности, содержащие значительное количество ванадия (Р14Ф4), кобальта (Р9К5, Р9К10) или молибдена и кобальта (Р9М4К8, Р6М5Ф3, Р8М3К6С, Р9М5К5 и др.), предназначены для инструмента, работающего с высокими скоростями резания или для обработки материалов с твердостью HRC40-45, а также аустенитных сталей и жаропрочных сплавов. Наиболее применимы на практике из перечисленных марок стали Р9М4К8 и Р6М5Ф3. Рост теплостойкости сталей сопровождается падением их вязкости и прочности, а в ряде случаев и горячей пластичности и шлифуемости. Эти недостатки устраняются при изготовлении инструмента спеканием порошков указанных сталей.
Легирование кобальтом значительно повышает теплостойкость и вторичную твердость HRC67-70, но при этом понижается прочность и вязкость инструмента, который должен эксплуатироваться без ударных нагрузок.. Ванадий при высоком содержании углерода (0,8- 1,5%) усиливает дисперсионное твердение, повышает износостойкость, теплостойкость до 670 °С и вторичную твердость HRC65-67, но ухудшает шлифуемость особенно при содержании
более 3%. |
30 |