УПРОЧНЕНИЕ  РЕЖУЩИХ КРОМОК  ИНСТРУМЕНТОВ

Марусин В.В., Щукин В.Г. (ИТПМ СО РАН, г. Новосибирск, РФ)

 

Разработана технология упрочнения режущих кромок инструментов путем высокоэнергетической индукционной обработки.

 The technology of hardening of cutting edges of instruments by a high-energy induction heat treatment has been developed.

 

Ключевые слова: индукционное упрочнение, режущая кромка инструмента

Keywords: induction hardening, cutting edge of instrument  

                

Упрочнение режущих кромок слесарных инструментов (кусачки, бокорезы, плоскогубцы и др.) является актуальной задачей в инструментальной промышленности. Традиционная технология упрочнения режущих кромок заключается  в индукционном нагреве до температуры аустенитизации значительной части (от 1/3 до половины длины) инструмента, содержащей его режущую головку, и последующей закалки инструмента сбросом его в водный раствор полимера или в масляную ванну. Твердость закаленной части инструментов после такой обработки достигает 55-61 HRC_э, микроструктура – мартенсит отпуска. В результате  наличие высокой твердости на конструктивных элементах (губки, шарнир, ручки) приводит к снижению пластичности стали (типовые марки сталей У7, У7А, 8ХФ)  и, как следствие, к изломам при испытаниях и эксплуатации. Снижение твердости ниже указанной приводит к смятию режущей кромки при тестовом перекусывании стальной проволоки диаметром 2 мм с G_s ³ (90 – 120) кг/мм². Выходом из положения является обычная печная закалка всего инструмента на твердость HRC_э (38-42) для обеспечения общей достаточной конструктивной прочности инструмента и последующая закалка лезвий на повышенную твердость не ниже HRC_э (55-61) на глубину (1 – 1,5) мм, имея под закаленным слоем прочную, но не хрупкую основу.

Требуемая глубина закалки сравнима с глубиной «горячего» скин - слоя ВЧ - поля с частотой 440 кГц [1].     Предварительные исследования показали, что наличие острого угла режущей кромки (< 45⁰) делает невозможным применение для решения задачи высокочастотной импульсной закалки. В режиме автозакалки после отключения греющего импульса скорость охлаждения тонких слоев металла, непосредственно прилегающих к режущей кромке, недостаточна для сохранения мартенситной микроструктуры в нем, что приводит к снижению твердости в этой зоне ниже допустимой. С учетом этого, разработан техпроцесс высокоэнергетической индукционной закалки режущей кромки указанных инструментов, включающий спрейерное  водяное охлаждение самой режущей кромки непосредственно после отключения греющего импульса [2].    

Длина рабочей части индуктора на (5-10)% превышает длину лезвия инструмента. Медный индуктор с  плоской рабочей поверхностью, шириной в его рабочей части 4 мм, снабжен ферритовыми концентраторами. Рабочий зазор между индуктором и режущими кромками составляет (1 ± 0,1) мм, расположение режущих кромок инструмента – горизонтальное,  расположение рабочей части индуктора - над режущими кромками, импульс охлаждающей воды длительностью (1 – 2)с через щелевой спрейер по давлением 2 ати подается на режущие кромки снизу сразу после отключения импульса нагрева..

Номинальная мощность ВЧ генератора составляет 8 кВт, удельная мощность (3-6) кВт/см².

Металлографические испытания упрочненных инструментов показали, что глубина упрочненного слоя составляет не менее 1 мм, микроструктура – мартенсит закалки, твердость HRC_э (60 – 62). Общее время обработки одного инструмента, включая постановку его в узел закалки и извлечение после обработки из узла, составляет не более 10 с, что позволяет выполнять месячный план выпуска инструментов указанного типа (до 30 тыс.) менее чем за декаду, при этом выход инструментов из строя по указанным вначале причинам полностью исключен.

 

Рисунок 1 - Рабочее место оператора

 

На рис.1 приведена фотография рабочего места оператора, ведущего процесс упрочнения. Весь цикл обработки идет в автоматическом режиме и запускается после размещения инструмента в узле от одной кнопки, после окончания процесса обработки отключение также происходит автоматически.  

 

Список использованных источников

1.      Солоненко О.П., Алхимов А.П., Марусин В.В. и др. Высокоэнергетические    процессы обработки материалов. – Новосибирск: Наука, 2000. – 425 с.

2.      Марусин В.В., Соколов Д.Н., Крапивин А.В., Московенко Т.Р.. Способ упрочнения режущего инструмента. -  Патент России №2220213, от 20.03.2001 г.