Криогенное упрочнение осевого инструмента

Более 30% от общего объема продукции инструментального производства занимает осевой инструмент (сверла, зенкеры, развертки). В силу конструктивных особенностей такой инструмент является малопроизводительным и лимитирует производительность технологического процесса механической обработки деталей. Для синхронизации операций и обеспечения заданной производительности технолог вынужден интенсифицировать режимы резания осевого инструмента, что в свою очередь ведет к увеличению себестоимости обработки за счет преждевременного выхода из строя инструмента и увеличения доли времени на участившуюся смену инструмента.

Значительно повысить ресурс, стойкость и режущие свойства осевого инструмента можно технологическими способами за счет дополнительных операций: обработки в атмосфере сухого и перегретого пара; нанесением PVD-покрытий; криогенной обработки.

Обработка в атмосфере сухого и перегретого пара является простой, недорогой и безопасной операцией, способствующей повышению стойкости инструмента на 50 – 75%. В результате такой обработки на поверхности инструмента образуется окисная пленка толщиной 2 – 5 мкм. Эта пленка защищает инструмент от коррозии, а также удерживает смазку, понижает коэффициент трения и препятствует свариванию стружки с инструментом при резании. Кроме того, обработка паром устраняет недоотпуск, полученный при комплексной термообработке, и снимает шлифовочные напряжения в инструменте.

В производстве осевого режущего инструмента из инструментальных сталей PVD-покрытия являются средством дополнительного повышения износостойкости за счет: высокой твердости, низкого коэффициента трения, высокой химической устойчивости, повышения теплопроводности. Стойкость инструмента с PVD-покрытием повышается в 1,5 – 2 раза.

Повысить производительность, снизить себестоимость обработки и затраты на осевой инструмент позволяет упрочняющая криогенная обработка. В результате криогенного упрочнения повышается износостойкость за счет: высокой и стабильной твердости, низкого коэффициента трения, повышения теплопроводности. Стойкость осевого инструмента из инструментальной стали с криогенным упрочнением повышается в 1,2 – 2 раза.

Увеличение стойкости сверл Р6М5 с криогенным упрочнением и без него при сверлении без СОЖ сохраняется и составляет 52%.

Значения поправочного коэффициента K_uv учитывающего влияние инструментального материала на скорость резания согласно зависимости

V_p = V_тб К_mv K_nv K_uv ,

могут быть дополнены для сталей 9ХС и Р6М5 с криогенной обработкой значениями, равными 0,8 и 1,23 (таблица).

Значения коэффициента K_uv для различных инструментальных материалов

*Материал после КО

Проведены исследования влияния операций нанесения PVD-покрытий и криогенного упрочнения на абразивную износостойкость образцов Ø 6 мм из сталей Р6М5 и 9ХС, используемых для производства осевого инструмента. Относительная размерная износостойкость исследуемых сталей, обработанных по различным технологическим схемам, приведена на рисунке.

Рис. Относительная износостойкость образцов из сталей Р6М5 и 9ХС, обработанных по различным технологическим схемам

Если принять за 1,0 износостойкость термообработанной стали 9ХС, то дополнительная криогенная обработка повышает размерную износостойкость на 43%, что выше износостойкости термообработанной стали Р6М5. При этом стоимость инструментальной стали определенного сортамента Р6М5 составляет 370 руб./кг, что более, чем в 8 раз выше стоимости килограмма стали 9ХС. Таким образом, криогенная обработка (КО) позволяет повысить стойкость и снизить затраты на осевой инструмент из стали 9ХС и Р6М5.

Для того, чтобы инструмент из стали 9ХС мог конкурировать с инструментом из стали Р6М5 по производительности обработки отверстий необходимо на него нанести PVD-покрытие. Наличие покрытия на инструменте из стали 9ХС позволяет назначать повышенные режимы резания в соответствии с составом покрытия. Дополнительная криогенная обработка инструмента из стали 9ХС с PVD-покрытием обеспечивает повышение стойкости до уровня, превышающего стойкость инструмента из стали Р6М5 с PVD-покрытием. Что, в конечном счете обеспечивает повышение производительности и стойкости, снижение себестоимости обработки и затрат на осевой инструмент.