Восстановление и использование изношенного инструмента

01.06.2018
Значительную часть вышедшего из строя и изношенного инструмента можно вновь использовать после его восстановления. Заводская практика знает много различных способов восстановления; основные из них можно свести к следующим группам:

1. Восстановление первоначального размера инструмента способами: а) дополнительного нагрева, б) хромирования, в) расковки и г) посадки.

2. Переделка изношенного инструмента на меньший размер способами: а) химического травления и б) механической обработки на станках.

3. Перековка инструмента.

4. Ремонт инструмента.

1. Восстановление размера инструмента способом дополнительного нагрева. Этот способ применим в первую очередь для восстановления калибров, изготовленных из легированной стали ХГ, Х09, XBГ и др. и вышедших из строя вследствие нормального износа. Сталь этих марок после закалки с охлаждением в масле содержит 10—25%, остаточного аустенита; этот процент колеблется в зависимости от состава стали, температуры нагрева при закалке и условий охлаждения.

Отпуск и старение инструмента после закалки не создают распада остаточного аустенита, так как они проводятся в интервале температур 150—180°, в то время как для прохождения процесса распада аустенита необходим более высокий нагрев. Если последний выполняется в интервале 210—240°, то большая часть остаточного аустенита превращается в мартенсит с увеличением объема стали. Твердость стали снижается при этом до 57—60 Rс, что допустимо для многих типов измерительного и штампового инструмента.

Увеличение объема при такой обработке может составить примерно 0,1%. Практически линейное увеличение по диаметру, оказывается меньше. По нашим наблюдениям, оно составляет, например, 40—80 u для цилиндрических пробок диаметром 40—60 мм, изготовленных из стали ХГ Абсолютное увеличение линейного размера крупного инструмента больше, чем мелкого. Поэтому увеличение размера инструмента, достигаемое при дополнительном нагреве, оказывается в ряде случаев достаточным для восстановления первоначального размера такого инструмента, как гладкие и резьбовые пробки и т. п. Для того чтобы эта обработка была наиболее эффективной и обеспечила возможность полного восстановления первоначального размера инструмента, нельзя допускать чрезмерного износа инструмента в эксплуатации.

Нагрев инструмента для восстановления размеров надо производить в масляной ванне для защиты поверхности от окисления. Продолжительность выдержки при нагреве составляет в зависимости от размера инструмента 2—5 час. После охлаждения инструмент передают для окончательной доводки.

2. Восстановление размера хромированием. Этот способ применим для калибров и многих типов вытяжных штампов, изготовленных как из углеродистой, так и из легированной стали. Возможность значительного увеличения размеров инструмента ограничивается тем, что оптимальная толщина покрытия хрома не должна превышать 10—20 u при обычном хромировании и 40 u — при ступенчатом хромировании. Нанесение более толстого слоя хрома позволяет увеличить размеры инструмента, но дает меньшую стойкость, так как прочность покрытия хрома при этом понижается. Своевременное снятие инструмента с эксплуатации после его нормального износа является по этой причине безусловно необходимым.

Изношенный инструмент шлифуют перед хромированием. При шлифовке надо снимать минимальный слой металла. Если в процессе эксплуатации был допущен повышенный износ инструмента, следует шлифовку заменить доводкой.

Хромирование простых по форме инструментов имеет то преимущество, что позволяет достаточно точно регулировать толщину наносимого слоя хрома и упрощает процесс окончательной доводки инструмента после хромирования.

При восстановлении инструмента, изготовленного из легированной стали, целесообразно сначала подвергнуть его дополнительному старению, а затем хромированию. Такая двойная обработка позволяет значительнее увеличить размер изношенного инструмента.

3. Восстановление инструмента способом расковки. Конструкция некоторых инструментов, например, расточных пластин, одноперовых сверл и т. п., позволяет восстановить их после износа способом расковки. Для этой цели инструмент нагревают до 900—950° и «раздают» в штампе одним-двумя ударами молота. В результате такой расковки инструмент несколько уменьшается по толщине, но увеличивается в размерах по диаметру (ширине).

Подобное уменьшение толщины инструмента может быть незначительно и не отразится на снижении его механической прочности. Ввиду того что такой инструмент при установке на станке должен плотно закрепляться в оправке определенного размера, то уменьшать его толщину можно не по всей площади, а только в одном-двух участках путем выбивки специальной канавки (бороздки) шириной не более 20—25% от диаметра. Подобное изменение формы инструмента учитывается при конструировании штампа, в котором выполняют расковку.

Нагрев инструмента для расковки надо вести, как указано здесь, не выше 900—950° во избежание получения нафталинистого излома. При необходимости дать более высокий нагрев для расковки инструмент надо предварительно подвергнуть отжигу.

После ковки инструмент охлаждают в песке, затем его отжигают и передают для черновой заточки. После этих операций инструмент проходит закалку и отпуск, а затем окончательную заточку.

4. Восстановление размера инструмента способом посадки. Этот способ применяют для уменьшения диаметра внутреннего отверстия кольцевого инструмента, например, резьбовых калибров, матриц вытяжных штампов и т. п. Для этой цели инструмент нагревают в свинцовой ванне при 750—770° в течение 0,5—1 мин., замачивают в воде или в водном растворе соды, а затем охлаждают в масле. Необходимо, чтобы при выдержке в свинцовой ванне нагрелся только наружный поверхностный слой, а остальная поверхность инструмента, особенно в рабочей части, и сердцевина металла оставались холодными или нагревались незначительно. Для этой цели инструмент погружают в ванну или в специальном приспособлении или предварительно закрывают соответствующие поверхности асбестом. При нагреве поверхностный слой увеличивается в объеме, но этому препятствуют внутренние не нагревшиеся слои металла, вследствие чего в наружном слое образуются сжимающие напряжения. При охлаждении наружный слой сокращается в объеме и производит значительное давление на нижележащую часть металла, в результате чего внутреннее отверстие инструмента сокращается. Так, например, в калибрах, имеющих внутренний диаметр 20—25 мм, эта обработка уменьшает диаметр на 0,07—0,1 мм. После посадки инструмент передают для доводки. Структура и твердость рабочей части сохраняются при этом без изменения. Восстанавливать указанным способом можно, главным образом, инструмент, изготовленный из малопрокаливающейся стали У8—У12.

В.П. Вологдин предложил нагревать инструмент для посадки токами высокой частоты. Чтобы получить закаленный наружный слой небольшой глубины, продолжительность нагрева в высокочастотной установке должна составлять 1—2 сек., после чего инструмент охлаждают в масле. Применение токов высокой частоты позволяет восстанавливать инструмент, изготовленный как из углеродистой, так и из легированной стали, и, кроме того, нагревать любую часть поверхности инструмента. По сообщению В. П. Вологдина, этот способ освоен и применяется на одном из машиностроительных заводов на установке с машинным генератором.

5. Переделка изношенного инструмента на меньший размер способом химического травления. Этот способ заключается в травлении поверхности инструмента в смеси кислот и позволяет снять достаточно равномерно слой металла толщиной до 1 мм и больше. Его применяют при невозможности восстановления первоначального размера инструмента, особенно в случаях, когда производство использует ряд инструментов, близких по типу и незначительно отличающихся по размерам, например, однотипные метчики, развертки различных диаметров и т. п.

В процессе травления сложный профиль инструмента, по данным Н.Д. Резника, сохраняется, его режущие кромки остаются острыми, а на поверхности не наблюдается следов разъедания.

Н.Д. Резник предложил составы травителей, указанные в табл. 66.

Состав № 2 действует энергичнее и позволяет снять больший слой металла, чем состав № 1; кроме того, состав № 2 обеспечивает большую скорость травления, возрастающую с повышением концентрации кислот в составе травителя.

Восстановление инструмента при применении травителей указанного состава производят в следующем порядке. Инструмент очищают от грязи и масла промывкой в горячей воде; обезжиривают в 5—10%-ном растворе едкого натрия, вновь промывают в горячей воде; затем производят травление в 5%-ном растворе соляной кислоты для удаления окалины и промывку в горячей воде. После этого производят химическое травление в одном из растворов, указанных в табл. 66. Продолжительность травления определяется экспериментально с учетом толщины снимаемого слоя и твердости стали, так как скорость травления зависит также от структуры металла. Затем инструмент промывают в холодной воде и очищают щеткой.

Н.Д. Резник рекомендует, кроме того, погружать инструмент в раствор состава: едкого натрия 0,1—0,2%, нитрита натрия (NaNO2) 0,15—0,25%, (фосфорнокислого натрия Na3PO4 (или кальцинированной соды) — 0,4%.

Продолжительность выдержки в этом растворе составляет 5—10 мин. при температуре раствора 75—90°. После этого инструмент промывают в холодной воде, просушивают и нагревают при 150—180° в течение часа. Такой нагрев необходим для предотвращения повышенной хрупкости инструмента, возникающей вследствие диффузии водорода в поверхностный слой металла при травлении. Затем производят шлифовку или доводку инструмента до требуемого размера.

6. Переделка изношенного инструмента на меньший размер путем механической обработки на станках. Инструмент после износа передают для отжига, а затем для механической обработки. Этот способ не требует специальных разъяснений, но надо подчеркнуть, что его широкое применение возможно, если конструктор при разработке различных типов инструмента и выборе размеров заранее предусмотрел условия переделки инструмента после износа. Например, фрезы или дисковые резцы и т. п. можно переделать на меньший размер в том случае, если внутренний диаметр их является одинаковым. Аналогично можно переделать изношенные резьбовые фрезы на дисковые резцы и т. д.

Этот способ применим также для переделки измерительного инструмента (например, пробок), некоторых типов пуансонов и т. п.

7. Перековка инструмента. Полностью вышедший из строя инструмент ввиду его поломки или окончательного износа можно использовать для изготовления другого инструмента перековкой под молотом. В таком порядке, в частности, можно перековать сломанные фрезы, дисковые резцы и т. п. на пластинки для резцов.

8. Ремонт инструмента применяют для восстановления молотовых штампов и штампов холодной штамповки. После износа и разработки рабочей фигуры последнюю углубляют, а зеркало штампа соответственно стачивают. Твердость молотовых штампов позволяет обычно выполнять требуемую механическую обработку на станках без предварительного отжига или высокого отпуска изношенных штампов. Вследствие глубокой прокаливаемости стали, назначаемой для молотовых штампов, твердость нижней части рабочей фигуры или нижележащих слоев блока незначительно отличается от твердости поверхностных слоев. Штампы холодной штамповки, имеющие более высокую твердость, приходится иногда (в зависимости от характера ремонта) отжигать, а затем передавать для механической обработки, после которой они проходят закалку и отпуск. Отжиг проводят в отработанном карбюризаторе или чугунной стружке.

В случае смятия или небольших поломок рабочей поверхности штампа ее восстанавливают наплавкой. Металлический электрод для наплавки должен быть при этом выбран таким образом, чтобы наплавленный металл получил примерно такую же твердость, как и металл самого штампа. Применение для этой цели малоуглеродистой стали, обычно используемой в сварке, является нецелесообразным. Хорошие результаты дает в таких случаях наплавка нержавеющей стали. В качестве обмазки для электродов можно применять обмазки типа ЦЛ2 и типа, для наплавки быстрорежущей стали.

Для максимально широкого использования всех способов восстановления инструмента необходима четкая организация инструментального хозяйства на заводе, организация восстановительного пункта и осуществление ряда других мероприятий, указанных далее.