Общая характеристика изделия и его материала

Общая характеристика изделия и его материала

1.1 Анализ служебного назначения инструмента и требования, предъявляемые к нему по основным свойствам

 

Резьбонакатные ролики представляют собой цилиндрические диски, на наружной поверхности которых образована многозаходная резьба, либо кольцевые витки. Конструктивные элементы резьбонакатных роликов и их размеры зависят от принятого способа накатывания резьбы, размеров детали, модели применяемого станка. Ролики являются универсальным инструментом, так как позволяют накатывать резьбу высокой точности, различной длины с мелкими и крупными шагами, на весьма разнообразных материалах.

Ролик должен обладать твердостью после термообработки HRC 59–61. В процессе накатывания резьбы ролики увлекают заготовку, происходит процесс взаимной обкатки ролика и заготовки, в результате которого витки резьбы ролика вдавливаются в материал заготовки и как негативный отпечаток образуют на ней резьбу. В момент окончания обработки поверхности резьб роликов и обработанная поверхность резьбы детали взаимно касаются друг друга. Для обеспечения взаимного касания рассматриваемых винтовых поверхностей необходимо, чтобы угол подъема резьбы на роликах был равен углу подъема резьбы детали и ролики изготовлялись с левой резьбой при накатывании правой резьбы, и наоборот, с правой резьбой при накатывании левой резьбы.

Сталь Х12ВМ применяется для изготовления холодных штампов высокой устойчивости против истирания, не подвергающихся сильным ударам и толчкам, волочильных досок и волок, глазков для калибрования пруткового металла под накатку резьбы, гибочных и формовочных штампов, сложных кузовных штампов, матриц и пуансонов вырубных и просечных штампов, штамповок активной части электрических машин.

Анализ технологических свойств стали

 

Сталь Х12ВМ штамповая сталь холодного деформирования с повышенным содержанием хрома. Сталь Х12ВМ обладает хорошей теплостойкостью и прочностью, высокой прокаливаемостью, закаливаемостью и износостойкостю. Также эта сталь технологична, хорошо обрабатывается резанием и давлением, удовлетворительно шлифуется.

Проектирование технологических операций ковки и отжига

Ковка

Применяется для улучшения структуры инструментальных сталей, а также для предания требуемой формы заготовкам инструмента.

Чтобы обеспечить высокое качество инструмента, следует нагреть заготовки по представленному ниже режиму. Ковка является ответственной операцией, при недостаточной поковки возникает карбидная ликвация – местное скопление карбидов в виде участков неразрешенной эвтектики.

А) Предварительный нагрев заготовок.

Заготовки погружаются в печь с температурой до 700^оС. Выдержку заготовок (0,5 – 1 ч) проводят для выравнивания температуры, а затем осуществляют нагрев со скоростью 50 – 70 С/ч до 900 – 950^оС.

При установке температуры начала ковки (1100^оС для стали Х12ВМ) стремятся обеспечить достаточно низкую температуру конца ковки (850^оС для стали Х12ВМ).

Температуры нагрева под ковку выбирают из условий достижения наиболее высокой пластичности в достаточно широком интервале температур. Эвтектики высокохромистых сталей, особенно в центральных зонах слитков, плавятся при 1190 – 1210^оС и обуславливают высокую чувствительность их к перегреву и пережогу. По этой причине температура нагрева таких сталей не должна превышать 1140 – 1180^оС, хотя максимальная пластичность поверхностных зон достигается при более высокой температуре.

Температуру окончания ковки выбирают с учётом того, чтобы избежать образования трещин и рванин вследствие значительного снижения пластичности металла и подготовки необходимой структуры (размера зерна аустенита, распределения и дисперсности избыточных фаз и др.), обеспечивающей высокие механические свойства после окончательной термической обработки. Для предупреждения возникновения трещин по мере понижения температуры металла необходимо уменьшать и величину единичных обжатий.

Указанные рекомендации по режимам нагрева и оптимальным температурным интервалам ковки вполне применимы и к условиям машиностроительных и инструментальных предприятий. В этом случае ковку заготовок в большинстве случаев выполняют не столько с целью получения необходимых размеров, сколько для улучшения структуры и свойств, так как сортовой металл в состоянии поставки имеет развитую структурную полосчатость и высокую анизотропию свойств в поперечном и продольном направлениях. Это, как было отмечено, приводит к нежелательным последствиям как при термической обработке, так и при эксплуатации инструментов.

Б) Окончательный нагрев.

После предварительного нагрева в первой печи заготовка переносится во вторую печь для окончательного нагрева до температур начала ковки.

Ковка заготовок инструментов из штамповых сталей выполняют на достаточно мощном кузнечном оборудовании, обеспечивающем деформацию металла по всему сечению поковки. Во избежании трещин заготовки непосредственно после ковки следует подвергать специальному охлаждению в колодцах при 750 – 800 ^оС; после чего заготовки непосредственно поступают на отжиг.

После ковки штамповой стали достигается твёрдость HRC 52 – 54. Для предварительного нагрева используется печь ПН – 12. Это наиболее простая и надёжная, по способу герметизации, камерная электропечь с подвижным ободом. Окончательный нагрев будем проводить в камерной печи Г – 30 (рис. 2, лист 1), высокотемпературной с защитой атмосферы.

Максимальная рабочая температура печи Г – 30 1300^оС, ПН – 12 950^оС.

Отжиг

Отжиг заготовок, предназначенных для изготовления инструмента, производится в целях:

● получения оптимальной твёрдости, обеспечивающей хорошую обрабатываемость стали резанием;

● получения мелкозернистой равномерной структуры стали перед последующей закалкой инструмента;

● исправления дефектной структуры.

Отжиг обеспечивает получение структуры зернистого перлита в инструментальных сталях. Эта структура имеет низкую твердость, хорошую обрабатываемость резанием и обеспечивает лучшие свойства при последующей закалке. У заэвтектоидных сталей перлитного класса отжиг при определенных условиях устраняет карбидную сетку.

Сталь Х12ВМ – заэвтектоидная и для получения в её структуре зернистого перлита лучше всего использовать изотермический отжиг.

Сталь (заготовка) загружается в печь нагревается до 830 – 850^оС. Затем охлаждается с печью 40 град/ч до температуры изотермической выдержки 700 – 720^оС и выдерживается 2 – 3 ч. Далее охлаждается с печью 50 град/ч до температуры 550^оС, а потом охлаждается на воздухе. После отжига твердость стали становится равной не более HB 255 для стали Х12ВМ.

Структура стали после отжига П_з+К_I+К_II – оптимальная для последующей качественной закалке.

Так как предпочтительным является отжиг в защитной атмосфере (предохраняющий поверхность от окаленообразования и обезуглероживания, а также сокращающий длительность процесса, поскольку заготовку нагревают в открытом виде) будем проводить его в камерной электрической печи с защитной атмосферой типа Н30х65 (рис. 1, лист 1) с максимальной рабочей температурой 950^оС. В качестве защитной атмосферы используем ПН00 (СО – Н₂ - W₂).

Закалка

От выбора температуры закалки зависит фазовый состав, размер зерна, количество остаточного аустенита, а следовательно, свойства сталей. Оптимальная температура нагрева сталей под закалку выше линии А_с1 в заэвтектоидных сталях перлитного класса. Чем выше температура нагрева, тем выше легированность твердого раствора за счёт растворения большего количества карбидной фазы, что положительно скажется на теплостойкости стали. Но с другой стороны, интенсивность растворения карбидов при нагреве выше определённых температур вызывает интенсивный рост зерна аустенита, а значит снижает прочность, и особенно, ударную вязкость.

Качество термической обработки контролируют по структуре и свойствам. Лучший комплекс свойств штамповых сталей достигается при величине зерна балла 9 – 11. Увеличение размера зерна от балла 11 к баллу 9 приводит к снижению прочности и ударной вязкости примерно в 1,5 раза.

Как правило, температура закалки, необходимая для получения большей теплостойкости, лежит выше 40 – 60^оС по сравнению с температурой, позволяющей получить высокую прочность, вязкость и минимальную деформацию инструмента.

Таким образом, высокотемпературный нагрев под закалку возможен из-за наличия нерастворимых первичных карбидов, которые располагаясь по границам зерна сдерживают его рост.

После закалки в структуре штамповых сталей обязательно присутствует остаточный аустенит. Его количество зависит от получаемой степени легированности при нагреве под закалку. С увеличением легированности твердого раствора доля остаточного аустенита возрастает. Количество остаточного аустенита после закалки у полутеплостойких высокохромистых сталей – до 20%. Присутствие остаточного аустенита снижает твердость на 0,5 – 2,0 единицы HRC, предел текучести – примерно на 50 Мпа на каждый процент аустенита.

Охлаждение после аустенизации проводят в масле. Для предупреждения образования закалочных трещин и снижения коробления рекомендуется применять ступенчатую закалку.

Режим закалки для штамповой стали Х12ВМ будет заключаться в высокотемпературной ступенчатой закалке:

1-ый подогрев в ванне-печи до 300 – 350^оС

2-ой подогрев в ванне-печи до 650 – 700^оС

Окончательный нагрев в ванне-печи до 1000 – 1020^оС

Первый и второй подогрев проводится медленнее для превращения перлита в аустенит и выдерживается до выравнивания нужных температур по сечению детали.

Ступенчатый нагрев под закалку будем производить в соляной ванне. Широкое применение этого метода обусловлено следующими преимуществами: высокой интенсивность и равномерностью нагрева, возможностью осуществления местного нагрева, предотвращением окисления и обезуглероживания, жидкая среда защищает нагреваемый инструмент от непосредственного воздействия воздуха, припятствует окислению его поверхности в процессе нагрева, в момент переноса закаленного инструмента в охлаждающюю среду на его поверхности сохраняется тонкая пленка застывшей соли, которая защищает инструмент от интенсивного окисления в процессе охлаждения.

Ступенчатость нагрева нужна для того, чтобы обеспечить равномерный прогрев по сечению, уменьшить внутренние напряжения и деформацию, и снизить опасность образования трещин.

При нагреве инструмента под закалку будем использовать наиболее распространенную соль БМ3Ю состав по массе 96,9% BaCl₂+3MgF₂+0,1B; t_плав=940^оС, t_прим=1050–1300^оС. Ректификаторы вводятся (через каждые 4 часа) отдельно:

1. Бура 0,5%

2. Ферромлиций 0,3%

3. Фтористый магний 0,5%

Закалку будем проводить в печи-ванне электродной, рабочей температуре 1230 – 1260^оС, с max рабочей температурой 1300^оС.

После закалки твердость стали Х12ВМ HRC 63 – 65. Микроструктура М + К_I(5–10%) + A_ост(до 20%)

 

Отпуск

После закалки обязательно делается отпуск для получения более стабильного состояния сплава. Он снимает напряжение, остаточный аустенит и обеспечивает окончательные свойства сталям.

В процессе отпуска происходит выделение из твердых растворов дисперсионных карбидов и превращение А_ост объединяется в мартенсит. А_ост объединяется при нагревах с легирующими элементами и при охлаждении с температур отпуска превращается в мартенсит. В результате отпуска твердость повышается до HRC 57–59 (одновременно повышается и предел прочности). Структура сталей после отпуска состоит из М_отп+К_I(10 -15%)+А_ост(до 10%)

Отпуск для стали Х12ВМ следующий: однократный 1,5 часовой с температурой 350 – 400^оС. Отпуск будем проводить в стандартной электродной соляной ванне с формой рабочего пространства в виде шестигранной призмы типа С – 75 (рис. 3, лист 2), с max рабочей температурой 1300^оС.

В качестве среды для отпуска будем использовать расплав соли:

30% BaCl₂ + 20% NaCl + 50% CaCl₂, с t_плав = 450^оC, t_раб = 500 – 675^оС

После проведения закалки и отпуска сталь Х12ВМ должна обладать следующими свойствами: твердость не ниже 57 – 59 HRC, теплостойкость T=420^оС, удовлетворительная прочность и вязкость, высокое сопротивление малым пластическим деформациям. Структура стали: М+К_I(10–15%)+А_ост(до 10%)

Литература

 

1. Короткова Л.П. Инструментальные материалы: учебное пособие / ГУ КузГТУ. – Кемерово, 2006 г. – 179 с.

2. Геллер Ю.А. Инструментальные стали – М.: Металлургия, 1983 г.–526 с.

3. Поздняк Л.А. Штамповые стали – М.: Металлургия, 1980 г. – 244 с.

4. Поздняк Л.А. Инструментальные стали: справочник – М.: Металлургия, 1977 г. – 167 с.

5. Деордиева Н.Т. Штамповые стали – М.: Машиностроение, 1966 г.-149 с.

6. ГОСТ 5950 – 73. Прутки и полосы из инструментальной легированной стали. Технические условия. – М.: Издательство стандартов, 1973 г.-65 с.

Общая характеристика изделия и его материала

1.1 Анализ служебного назначения инструмента и требования, предъявляемые к нему по основным свойствам

 

Резьбонакатные ролики представляют собой цилиндрические диски, на наружной поверхности которых образована многозаходная резьба, либо кольцевые витки. Конструктивные элементы резьбонакатных роликов и их размеры зависят от принятого способа накатывания резьбы, размеров детали, модели применяемого станка. Ролики являются универсальным инструментом, так как позволяют накатывать резьбу высокой точности, различной длины с мелкими и крупными шагами, на весьма разнообразных материалах.

Ролик должен обладать твердостью после термообработки HRC 59–61. В процессе накатывания резьбы ролики увлекают заготовку, происходит процесс взаимной обкатки ролика и заготовки, в результате которого витки резьбы ролика вдавливаются в материал заготовки и как негативный отпечаток образуют на ней резьбу. В момент окончания обработки поверхности резьб роликов и обработанная поверхность резьбы детали взаимно касаются друг друга. Для обеспечения взаимного касания рассматриваемых винтовых поверхностей необходимо, чтобы угол подъема резьбы на роликах был равен углу подъема резьбы детали и ролики изготовлялись с левой резьбой при накатывании правой резьбы, и наоборот, с правой резьбой при накатывании левой резьбы.

Сталь Х12ВМ применяется для изготовления холодных штампов высокой устойчивости против истирания, не подвергающихся сильным ударам и толчкам, волочильных досок и волок, глазков для калибрования пруткового металла под накатку резьбы, гибочных и формовочных штампов, сложных кузовных штампов, матриц и пуансонов вырубных и просечных штампов, штамповок активной части электрических машин.