СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НОЖЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН Российский патент 1995 года по МПК C21D9/18 

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к технологии изготовления режущих инструментов, и может быть использовано при производстве сельскохозяйственных машин, в частности их ножей или иного подобного инструмента.

Известен способ изготовления рабочего органа с/х машин - плужного лемеха, согласно которому вдоль лезвия лемеха на его поверхность наносят методом точечного проплавления основного металла лемеха твердосплавный порошок или проволоку с получением элементов, представляющих собой конуса с основаниями, расположенными на лицевой стороне лемеха [1].

К недостаткам известного способа следует отнести:
- необходимость строгого поддержания постоянными параметров технологического режима;
- необходимость применения дорогостоящих наплавочных материалов, усложнение технологии режима проплавления;
- большую трудоемкость всего технологического процесса, включая подготовку поверхности под наплавку и последующую механическую обработку.

Известен также способ изготовления режущего инструмента из инструментальных сталей, включающий механическую, термическую и электромагнитную обработки : после закалки, заточки и механической обработки инструмент подвергают отпуску, выдерживают в течение 60-90 мин в электромагнитном поле напряженностью 20-30 кА/м, а потом в течение 2-3 мин в импульсном электромагнитном поле напряженностью 220-230 кА/м [2].

Известное техническое решение имеет недостатки, определяемые необходимостью выдержки интервала температур, использованием полей высокой напряженности с обязательным обеспечением выдержки по времени, а также сложной технологией, большой трудоемкостью и энергозатратами.

Из числа аналогов наиболее близким по совокупности признаков к изобретению является способ изготовления стального инструмента, в частности ножей измельчителя комбайна, предусматривающий после формирования и заточки лезвий проведение цементации при углеродном потенциале 0,8-1,0, поверхностной закалки с температуры в интервале от Ас₁ до Ас₃ и отпуск, при этом в качестве материала для изготовления инструмента используется низкоуглеродистая сталь [3].

Известный способ обеспечивает сохранение постоянного угла заточки лезвий ножей в процессе работы, однако характеризуется довольно сложной технологией, а также низкой производительностью.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно разработка способа изготовления ножей и т.п. инструмента, который обеспечил бы с наибольшей производительностью и без использования сложной и излишне регламентированной технологии получение изделий, обладающих высокой стойкостью, прочностью и способностью скоростной обработки объекта (почвы).

Поставленная задача решена тем, что при изготовлении ножей формирование режущих кромок осуществляют путем резки заготовки газоплазменной струей, направленной под углом 34-37^о к поверхности заготовки, при этом в качестве материала для ножей используют стали, способные закаливаться на воздухе, в частности, кремнемарганцовистые стали.

Изобретение основано на том, что, во-первых, при формировании режущей кромки высококонцентрированным мощным источником тепла, которым является газоплазменная струя, определенные марки стали из числа используемых для производства подобных изделий, способны без значительного обезуглероживания и трещинообразования в своих тонких сечениях закаливаться на воздухе. Во-вторых, обнаружено, что при резке заготовок газоплазменной струей, направляемой под острым углом к поверхности заготовок, происходит одновременно с резкой процесс заточки режущей кромки, что исключает необходимость проведения специальной технологической операции.

На фиг. 1 показана схема расположения зон твердости по глубине лезвия ножа; на фиг. 2 - схема резки заготовки источником тепла.

Сущность изобретения заключается в следующем.

При изготовлении ножей осуществляют формирование режущей кромки путем резки заготовки газоплазменной струей, перемещаемой под определенным углом к поверхности заготовки, являющимся углом заточки лезвия ножа.

В результате перемещения газоплазменной струи под углом заточки происходит формирование режущей кромки. Определяющим для получения высокой износостойкости режущих кромок является величина угла заточки - угла α. В зависимости от его величины изменяется глубина и скорость нагрева и охлаждения кромки ножа, а следовательно, ее микроструктура и механические свойства металла.

В таблице приведены результаты замеров значений твердости по поперечному сечению кромки в направлении, перпендикулярном движению газоплазменной струи согласно фиг. 1 при различных углах α.

Замеры проводили в различных участках зоны термического влияния. Зона термического влияния состояла из литого участка (слоя), образовавшегося в результате кристаллизации на поверхности реза жидкого металла, не смытого полностью потоком плазмы закаленного участка, представляющего собой мелкозернистый троосто-мартенсит, и слоя укрупненных зерен, состоящего из сорбита, троостита и рекристаллизованного феррита.

С увеличением угла заточки (угла α ) увеличивается глубина прогрева обрабатываемой поверхности и одновременно возрастает скорость ее охлаждения. В связи с этим на поверхности зоны закаленного участка формируется высокодисперсная структура с мелкими частицами карбидных фаз, которая обеспечивает высокую твердость и, соответственно, износостойкость рабочей кромки изделия. Однако при вполне благоприятной картине увеличения микротвердости по мере роста угла заточки задача, поставленная изобретением, успешно решается только в определенном диапазоне величин углов, поскольку увеличение угла α более 37^о нецелесообразно по следующим причинам: во-первых, в связи с некоторым охрупчиванием режущей кромки, что обусловлено выкрашиванием дисперсных карбидов из матрицы металла, и, во-вторых, из-за недостаточной заостренности рабочей кромки изделия для обработки почвы, что влечет за собой излишние энергетические затраты вследствие необходимости повышения тяговой силы.

С другой стороны, уменьшение угла заточки менее 34^о не обеспечивает, во-первых, достаточной твердости (износостойкости) режущей кромки и, во-вторых, вызывает сложности с зажиганием дуги. В этом случае для зажигания дуги необходимо применение дополнительного анода - фальш-детали, расположенной перпендикулярно к разрезаемому листу.

Таким образом, для получения технического результата, необходимо выдержать углы заточки в интервале 34-37^о, так как только в этом диапазоне обеспечивается сочетание износостойкости кромок с низкими затратами и высокой производительностью процесса.

Способ осуществляется следующим образом.

Плазменная струя от устройства для ручной резки металлов (см. фиг. 2), состоящего из плазменной горелки, выпрямителя, имеющего напряжение холостого хода от 180 до 500 В и обеспечивающего ток от 300 до 100 А, с температурой 10-15 тысяч градусов, проплавляет металл по линии реза с одновременным удалением расплавленного металла струей, образующейся в дуге плазмы, после чего место реза не приходится механически обрабатывать. В качестве материала для ножей использовались стали марок 60С2А, 55ГС, 55С2 и 55СГС.

При прохождении плазмы происходит формирование режущей кромки, а в зоне термического влияния, учитывая особые свойства металла, происходит закалка с самоотпуском, что подтверждается таблицей изменения микротвердости. Максимальная твердость образуется на глубине 0,6-1,2 мм от кромки лезвия. Такая глубина упрочненного слоя позволяет осуществить эффективное самозатачивание инструмента или осуществлять ремонт режущей кромки в процессе работы.

Использование изобретения позволит повысить производительность труда и сократить затраты на изготовление, упрочнение и ремонт ножей сельскохозяйственных машин.

Использование: изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к технологии изготовления режущих инструментов, и может быть использовано при производстве сельскохозяйственных машин, в частности, их ножей или иного подобного инструмента. Сущность: способ осуществляют мощным источником энергии - газплазменной струей, направляемой под углом 34-37° к поверхности заготовки, при этом в качестве материала для ножей используют стали, способные закаливаться на воздухе, преимущественно кремнемарганцовистые стали. Происходит одновременное формирование кромок ножей, их заточка и термическое упрочнение - закалка. Способ высокопроизводителен, не требует сложной технологии и регламентации температурных или иных параметров процесса. 2 ил., 1 табл.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НОЖЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН, включающий получение стальной заготовки, формирование режущих кромок, их заточку и термическую обработку, отличающийся тем, что заготовку получают из кремнемарганцовистой стали, а формирование режущих кромок, их заточку и термическую обработку осуществляют путем резки заготовки газоплазменной струей, направляемой под углом 34 - 37^oС к поверхности заготовки.