Специалисты ПГТУ предлагают достигнуть качественно нового уровня эксплуатационных .
Для повышения работоспособности инструмента в настоящее время основным способом упрочнения является объемная термическая обработка. При назначении оптимальных режимов закалки и отпуска достигаются требуемые (стандартные) значения эксплуатационных свойств инструментальных сталей и сплавов. Однако практически всегда термообработка на максимальную твердость и износостойкость приводит к резкому снижению вязкости и трещиностойкости и, в связи с этим, к преждевременному выходу из строя инструмента по причине хрупких разрушений.
Повышение эксплуатационных свойств инструментальных материалов возможно также при использовании способов поверхностного упрочнения - индукционной закалки, химико-термической обработки, нанесения покрытий.
Качественно новый уровень эксплуатационных свойств инструментальных материалов достигается при обработке высококонцентрированным источником нагрева (ВКИН) – плазменной струей.
Специализированное технологическое оборудование для плазменного поверхностного упрочнения в настоящее время промышленностью Украины и стран СНГ серийно не выпускается. Однако установку для плазменного упрочнения можно создать на базе существующих установок для плазменной сварки серии УПС, плазменной резки серии АПР, плазменного напыления и наплавки серии УПН, УПУ, "Киев-4", "Киев-7". Схема плазменного технологического комплекса представлена на рисунке 1.
Технологический процесс плазменного поверхностного упрочнения изделий в общем случае включает следующие операции:
1) подготовка изделия к упрочнению: предварительная объемная термическая обработка (закалка, отпуск), механическая обработка (шлифовка, заточка);
2) плазменное упрочнение;
3) контроль качества упрочнения (замеры твердости, механические испытания, металлографические исследования образцов – свидетелей);
4) окончательная термическая или механическая обработка.
Перспективность и экономическая эффективность плазменного упрочнения инструмента объясняется возможностью получения более высоких эксплуатационных свойств (твердости, теплостойкости, трещиностойкости) быстрорежущих сталей в сравнении с объемной термической обработкой и другими методами поверхностного упрочнения. При этом плазменное упрочнение эффективно как для инструмента, работающего при относительно низких скоростях резания (метчики, плашки, развертки, долбяки, прошивки, протяжки и т.п.), когда требуется, прежде всего, высокая износостойкость, так и для инструмента, работающего при высоких скоростях резания (токарные отрезные и фасонные резцы, дисковые и концевые фрезы), для которого необходима высокая теплостойкость и трещиностойкость.
При плазменной обработке инструмента вдоль режущей кромки за счет краевого эффекта благодаря наличию адиабатической границы упрочнению всегда подвергаются обе рабочие поверхности – и передняя, и задняя. Инструмент лучше воспринимает усилия резания и может подвергаться значительно большему количеству переточек до повторного упрочнения.
Кроме повышения стойкости режущего инструмента, плазменная обработка благоприятно влияет и на ряд качественных и экономических показателей механической обработки:
а) стандартный инструмент из быстрорежущей стали при эксплуатационном износе разупрочняется на глубину до 1 мм от края лунки износа, что требует удаления значительных объемов металла при переточках. Благодаря более высокой теплостойкости быстрорежущей стали в зоне плазменной закалки глубина разупрочненной зоны после эксплуатационного износа резцов не превышает 0,2 мм;
б) по данным промышленных предприятий, до 30...40 % инструмента преждевременно выходят из строя из-за микро- и макроразрушений: отколов, выкрашиваний, поломок. Плазменное упрочнение способствует повышению трещиностойкости быстрорежущей стали. При выполнении комплексного упрочнения по режимам, включающим финишный объемный отпуск, случаи разрушения упрочненного инструмента практически не наблюдаются;
в) металл упрочненной зоны с высокодисперсной структурой и высокой вязкостью разрушения не склонен к образованию шлифовочных трещин и разупрочнению при заточке и перешлифовке, что позволяет снизить припуски на шлифовку и тем самым увеличить экономию быстрорежущей стали;
г) при механической обработке мягких пластичных металлов упрочненным инструментом в значительно меньшей мере имеет место эффект налипания обрабатываемого материала на рабочие поверхности инструмента (образование т. н. нароста).
Плазменное поверхностное упрочнение эффективно для повышения свойств не только инструментальных сталей, а и спеченных твёрдых сплавов.
В целом, повышение эксплуатационных свойств быстрорежущих сталей и спеченных твердых сплавов и качественных показателей процесса резания способствуют также повышению стабильности стойкости упрочненного инструмента. Так, базовая стойкость резцов по данным промышленных предприятий обычно колеблется в пределах ±50 %, что связано с отклонениями от стандартных режимов объемной термообработки инструмента, нарушениями требований к заточке, неправильным выбором режимов резания, неудовлетворительным состоянием станочного парка. Применение плазменного упрочнения позволяет снизить разброс показателей стойкости инструмента до пределов ±20 %.
Как показали проведенные исследования тепловых процессов, фазовых и структурных превращений, эксплуатационных свойств сталей и сплавов (твердости, трещиностойкости, износостойкости, теплостойкости), способ плазменного поверхностного упрочнения имеет ряд преимуществ по сравнению с известными методами:
- возможность получения на поверхности изделия упрочненного слоя глубиной до 5 мм при однократной или многократной обработке, как без оплавления поверхности, так и с оплавлением, что значительно превосходит такие способы, как лазерное и электронно-лучевое упрочнение, химико-термическую обработку, осаждение покрытий вакуумными и ионными методами;
- возможность получения в упрочненном слое скорости охлаждения порядка 105 °С/с и высокодисперсных закалочных структур с твердостью до HV 1100 на сталях и чугунах и до HV 1700 на спеченных твердых сплавах, что находится на уровне, достигаемом при лазерном и электронно-лучевом упрочнении и значительно превосходит такие способы, как закалку токами высокой частоты, объемную печную закалку;
- повышение износостойкости упрочненных материалов в 1,5…5 раз зависит от их химического состава, условий трения и технологии обработки;
- возможность использования в комплексе с объемной закалкой или восстановительной наплавкой при практически любом сочетании операций;
- возможность регулирования в широких пределах трещиностойкости упрочненных изделий при различных технологических вариантах упрочнения, а также при использовании совместно с предварительной наплавкой или печной термической обработкой;
- возможность локального упрочнения наиболее изнашиваемых участков рабочей поверхности изделий;
- сохранение требуемой шероховатости рабочей поверхности при упрочнении без оплавления;
высокие экономические показатели благодаря низкой стоимости, простоте и доступности оборудования, высокой производительности процесса;
- возможность замены дорогостоящих инструментальных материалов на менее легированные и дефицитные;
-. высокая культура производства, возможность автоматизации процесса обработки.
Потребители: Предприятия чёрной металлургии, машиностроения, станкоинструментального производства, пищевой промышленности и т.д.
География предполагаемого рынка: Украина, страны СНГ, Испания, Китай, Бразилия, США, Австрия, Италия, Германия, Франция, Англия, Япония и др.
Правовая охрана: Патент Российской федерации № 1815067 "Плазмотрон", 26/04/1993; патент Украины № 20041109421 "Способ упрочнения лезвийного металлорежущего инструмента", 16/05/2005.
Предлагаемые условия реализации технологического предложения: Контракт.
