ПРИМЕНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ В ТЕХНОЛОГИЯХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНСТРУМЕНТА С ПРИМЕНЕНИЕМ НАПЛАВКИ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ

 

Лаврентьев А.Ю., Барчуков Д.А. (ТвГТУ, г. Тверь, РФ)

Lavrentev A.Y.,  Barchukov D.A. (Tver State Technical University, c. Tver, RF)

 

Рассмотрена возможность и перспективность применения поверхностного пластического деформирования наплавленных быстрорежущих сталей на стадии их охлаждения в процессе наплавки, применяемой в технологиях изготовления инструмента.

The possibility and prospects of application of surface plastic deformation to be welded high speed steels plastic deformation at the stage of their cooling during welding, used in the manufacture of tool technology, has been considered.

 

Ключевые слова: наплавленная быстрорежущая сталь, поверхностное пластическое деформирование, остаточный аустенит, твердость

Keywords: high speed steel, surface plastic deformation, retained austenite, hardness

 

В машиностроении для изготовления режущего и штампового инструмента широко применяется быстрорежущая сталь. Этот материал имеет хорошие эксплуатационные свойства, однако его высокая стоимость увеличивает издержки при производстве изделий. Существующие технологии получения биметаллических заготовок обеспечивают значительную экономию быстрорежущих сталей.

В печатных изданиях имеется большое количество работ, посвященных наплавке и напылению износостойких слоев, в том числе и из быстрорежущих сталей [1]. По мнению ряда авторов, полученная  такими способами структура не всегда обладает наилучшими эксплуатационными свойствами. Большой интерес в этой связи представляют работы по получению наплавленного металла в закаленном состоянии. В этом случае сокращается технологический цикл производства за счет исключения операций ковки, отжига и последующей закалки. Кроме этого возможно получение металла с более сложным легированием, так как устраняются ограничения, связанные с термомеханической обработкой [1].

Дальнейшее повышение эксплуатационных характеристик материала можно обеспечить, выполняя упрочнение поверхностным пластическим деформированием (ППД).

Цель настоящей публикации: обоснование выбора метода ППД, обеспечивающего наиболее эффективную обработку инструмента, наплавленного быстрорежущими сталями.

Пластическое деформирование поверхностных слоев осуществляется с помощью различных методов, которые в соответствии с ГОСТ 18296-72 подразделяются на статические и ударные.

ППД в процессе изготовления инструмента может быть использовано для решения двух задач:

-  формирование поверхностного слоя с требуемым комплексом свойств;

- получение наиболее рациональной геометрии, максимально приближенной к форме рабочей части инструмента.

Эти задачи эффективно решаются при деформировании быстрорежущей стали в температурном интервале мартенситного превращения, когда сталь обладает повышенной пластичностью. При выборе метода ППД для упрочнения наплавленной быстрорежущей стали необходимо выделить наиболее значимые параметры, ограничивающие применение тех или иных методов обработки.

Усилия при обработке. В процессе упрочнения ППД  напряжения в зоне контакта в большинстве случаев превышают предел текучести материала. Как результат, на инструмент со стороны рабочего тела воздействует существенная нагрузка. При обработке режущих кромок наплавленного инструмента возможно смятие основного металла, а также разрушение наплавленного слоя или всего инструмента.

Из статических методов ППД наименьшие усилия возникают при применении алмазного выглаживания. При этом методе возможно применение инструмента (выглаживателя) с радиусом 1…3 мм. Усилие для обработки быстрорежущей стали в этом случае не превышает 250 Н. Применение обкатывания затруднено в связи с большими усилиями обработки.

Из ударных методов ППД для обработки быстрорежущих сталей целесообразно использовать гидродробеструйную обработку и ударную чеканку. Использование их для чистовой обработки инструмента проблематично, так как возможно повреждение режущей кромки.

Твердость обрабатываемого материала. Быстрорежущие стали имеют достаточно высокую твердость – HRC 62…67 [1]. Данный критерий существенно ограничивает применение различных методов ППД. Одинцов Л.Г. предлагает для этого случая применять алмазное выглаживание [2]. Применение обкатывания или раскатывания при твердости выше HRC 50 не эффективно. Это связано, прежде всего, с ограничением твердости рабочих тел (роликов или шариков).

Особо следует выделить обработку быстрорежущих сталей в условиях повышенной пластичности. Для такой обработки твердость рабочих тел менее важна при условии начала и окончания работы в температурном интервале повышенной пластичности [3]. При продолжении обработки за пределами указанного температурного интервала наблюдается чрезвычайно интенсивный износ рабочей части бойка.

Шероховатость поверхности. Рабочая поверхность инструмента должна иметь шероховатость Ra 0,16…0,32 мкм. При изготовлении инструмента этот уровень обеспечивается шлифованием. Алмазное выглаживание и гидродробеструйная обработка обеспечивают уровень шероховатости, требуемый для чистовой обработки инструмента.

В случае применения ППД с целью формирования рабочей части инструмента, значения шероховатости поверхности менее актуальны, поэтому применение ударной чеканки или обкатывания вполне рационально.

Рабочая температура. Инструмент для ППД, контактируя с обрабатываемым материалом, подвержен нагреву. Во время чистовой обработки при нормальной температуре (20°С) нагрев не оказывает существенного влияния на работоспособность инструмента, поэтому для такой обработки применимы алмазное выглаживание и гидродробеструйная обработка.

При обработке в температурном интервале  повышенной пластичности использовать гидродробеструйную обработку невозможно. Технологическая жидкость (вода или масло) охладит деталь, подогреть ее до необходимой температуры нельзя.

Инструмент для ударной чеканки работоспособен в температурном интервале мартенситного превращения. В результате обработки экспериментальных образцов ударной чеканкой (рис.1) значения  продольной  шероховатости деформируемой поверхности наплавленной быстрорежущей стали составили Ra 0,63 мкм, что соответствовало условиям формирования режущей части инструмента с помощью наплавки и не требовало дальнейшей механической, в т.ч. абразивной обработки упрочненной поверхности.

Описание: F:\Алексей\ТГТУ\Наука\Ударное ППД с Барчуковым\Фото обр по ППД Барчуков\DSC08841.JPGОписание: Сборка ППД 3 валика                                                                                                

 

 

 

Описание: F:\Алексей\ТГТУ\Наука\Ударное ППД с Барчуковым\Фото обр по ППД Барчуков\DSC08842.JPG
 

 

 

 

 

 


           а)                                                                б)

Рисунок 1 - Схема ППД (а) и упрочненные образцы (б) наплавленной быстрорежущей стали Р2М8: S – направление перемещения ударного устройства, Qдеф – ударное воздействие при деформировании

 

Данный вывод подтвержден полученной характеристикой микрогеометрии поверхности быстрорежущей стали при помощи электронного портативного измерителя шероховатости TR200 компании Time Group Inc.

Скорость обработки. Обработка в температурном интервале мартенситного превращения в условиях повышенной пластичности при интенсивном охлаждении металла в процессе наплавки требует высокой скорости обработки. В случае, если заготовка будет охлаждена ниже интервала повышенной пластичности, условия деформирования значительно ухудшаются. Существенным недостатком алмазного выглаживания является низкая производительность [4], особенно в случае, когда необходимо выполнить обработку при охлаждении в достаточно узком временном интервале.

Ударная чеканка в этих условиях оказывается наиболее предпочтительной. Устройство для ударной чеканки, использованное в исследованиях, представлено на рис. 2.

Описание: F:\Алексей\ТГТУ\Наука\Ударное ППД с Барчуковым\Фото установка\Устр ППД.jpg Описание: F:\Алексей\ТГТУ\Наука\Ударное ППД с Барчуковым\Статьи\Статья серьезная\DSC00138.JPG
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


                                      а)                                                б)

       Рисунок 2 - Устройство для ударной чеканки: а) общий вид; б) основание с бойком

 

Вывод: для поверхностного пластического деформирования наплавленных быстрорежущих сталей на стадии их охлаждения при наплавке в температурном интервале мартенситного превращения наиболее эффективным является применение ударной чеканки.

Список использованных источников

1.    Зубков Н.С., Тютяев В.А., Зубкова Е.Н. Изготовление наплавленного металлорежущего инструмента: Монография. Тверь: Изд-во Тверского гос. техн. ун-та, 1998. 124 с.

2.    Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник.- М.: Машиностроение, 1987.- 328 с.

3.         Решение о выдаче патента на изобретение по заявке RU №2012121023 от 22.05.2012.

4.    Смелянский В.М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием.- М.: Машиностроение, 2002.- 300 с.