Отливка режущей части инструмента

Приведенные ранее способы получения составного инструмента применяют для изготовления резцов, хвостового инструмента (сверл, зенкеров и т. п.), крупных фрез со вставными зубьями, но их нельзя достаточно эффективно использовать для изготовления фасонного инструмента более сложной конфигурации, например, фрез модульных, концевых, червячных и т. п. диаметром до 80—100 мм. Между тем при обработке заготовок для изготовления инструмента этого типа, в частности, при сверлении и расточке внутреннего отверстия, фрезеровании и обработке режущей грани, приходится снимать в виде стружки большое количество быстрорежущей стали. Несмотря на то, что снимаемая стружка составляет часто до 50—80% от веса заготовки, способы изготовления составного инструмента сложной конфигурации в достаточной степени не разработаны и в заводской практике, за единичными исключениями, еще не применяются.

В технической литературе выдвигались разнообразные способы разрешения этой задачи, заключавшиеся в наплавке режущей части на корпус из углеродистой стали или в применении различных способов литья. Первый путь не получил достаточного применения вследствие трудностей, связанных с процессом наплавки и с получением в наплавленном слое достаточно однородной макроструктуры (без пор и раковин). Был также ряд попыток получить составной инструмент путем изготовления из быстрорежущей стали пластинок различной формы, установки их в опоках и заливки чугуном, который должен был служить корпусом инструмента. Однако этот способ не дал желаемых результатов. Вне зависимости от качества получаемого литья и прочности крепления подобный инструмент нельзя подвергать закалке, так как температуры нагрева быстрорежущей стали при закалке превышают или приближаются к температурам расплавления чугуна.

Больший интерес и значение для дальнейшей разработки представляет способ, предложенный И.А. Ревисом и предусматривающий изготовление режущей части сложного инструмента из литой быстрорежущей стали, а корпуса инструмента — из углеродистой стали. Для этой цели быстрорежущую сталь, в том числе и ее отходы, переплавляют в индукционной печи и отливают в обычные земляные формы, изготовляемые в двух опоках. В форме устанавливают стержень из углеродистой стали, являющийся корпусом инструмента. Стержень может быть как подогретый, так и холодный. Для того чтобы образующееся в результате отливки «кольцо» быстрорежущей стали не проворачивалось и не смещалось в работе, на поверхности стержня, соприкасающейся с быстрорежущей сталью, предварительно протачивают как вдоль, так и вокруг стержня канавку или впадину, выполняющую роль замка. По этому способу И.А. Ревис изготовлял концевые и модульные фрезы с необходимыми размерами и формой, требующими только незначительной чистовой отделки.

После отливки инструмент немедленно передают для отжига, после которого он проходит чистовую механическую обработку, а затем закалку и отпуск по нормальному режиму, установленному для соответствующей марки быстрорежущей стали. В случае тщательного выполнения формовки и литья можно, по данным И.А. Ревиса, отказаться в ряде случаев от чистовой механической обработки литого инструмента и ограничиться только его шлифовкой и заточкой.

Для успешного использования в заводских условиях литого инструмента необходимо, чтобы сталь имела после литья удовлетворительную микроструктуру и чтобы в условиях массового производства не было значительного литейного брака, в частности, по раковинам, и порам.

Опыт показывает, что структура быстрорежущей стали в инструменте, отлитом таким способом, не содержит ледебуритной эвтектики, характерной для структуры слитка. Тонкий слой отлитой быстрорежущей стали вследствие незначительного объема застывает и охлаждается очень быстро. Наличие корпуса из углеродистой стали, обладающей хорошей теплопроводностью, дополнительно увеличивает скорость охлаждения. В этих условиях первичные карбиды быстрорежущей стали не успевают полностью выделиться из жидкой фазы и коагулировать, и сталь получает удовлетворительную микроструктуру, имеющую сравнительно мелкие и равномерно распределенные карбиды, — аналогично структуре катаной или кованой стали. Испытания, выполненные И.А. Ревисом на одном из машиностроительных заводов, показали, что стойкость инструмента, изготовленного этим способом, не уступала стойкости инструмента, изготовленного из кованой или катаной стали.

В настоящее время отсутствуют еще достаточные данные, позволяющие судить о величине литейного брака, получающегося при применении этого способа. По данным И.А. Ревиса и другим сообщениям, этот способ внедрен на одном из заводов. Надо учитывать, однако, что организация литья быстрорежущей стали возможна главным образом на заводах, имеющих индукционные электрические печи.

В США в настоящее время также начинают изготовлять литой фасонный инструмент: фрезы конусные, дисковые и т. п. Завод Gorham Tool Co, Detroit производит выплавку быстрорежущей стали в высокочастотной печи, а затем отливает сталь в земляные формы. Для этой цели завод применяет быстрорежущую сталь, содержащую в среднем 8% Mo, 4% Cr, 2% V, 8°/о Co, а также 1 % бора (содержание углерода не приводится). Сталь этого состава получает после термической обработки повышенную твердость (до 70 Rс), износоустойчивость и красностойкость, но имеет плохую пластичность и обрабатываемость, что явилось в данном случае одной из причин изготовления инструмента путем литья.