СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДИСКОВОГО НОЖА Российский патент 2002 года по МПК C21D9/24 B23D61/02 B23D19/04 

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к поверхностно-чистовой, в частности упрочняющей, обработке дисковых ножей, преимущественно для холодной резки металлов, которое осуществляют выглаживанием алмазным индентором.

Уровень техники
Известен способ упрочнения рабочих поверхностей алмазным выглаживанием деталей, при котором предварительно отшлифованную, промытую и осушенную обрабатываемую деталь подвергают местному нагреву для подогрева обрабатываемой поверхности, в зону которого подают порошковую присадку, с последующим воздействием циклическим нагружением алмазным наконечником, при этом подачу порошковой смеси осуществляют в период обработки (патент РФ 2148486, 7 В 23 Р 6/00, В 24 В 39/04, С 21 D 7/04, 2000 (аналог)).

Известен способ упрочнения рабочих поверхностей алмазным выглаживанием деталей, при котором алмазному наконечнику со сферическим концом сообщают продольные перемещения по обрабатываемой поверхности, а в конце каждой продольной строчки перпендикулярно к ней подачу на строку, а обрабатываемой детали сообщают качательные движения огибания сферической поверхности алмазного наконечника в плоскости, перпендикулярной продольной подаче по строке, а подачу на строку задают равной W = πrα/180, где π = 3,14; r - радиус сферической поверхности алмазного наконечника; α- угол огибания сферы алмазного наконечника деталью в процессе качания, причем величину упомянутого угла принимают из условия образования целочисленного количества строчек выглаживания по ширине детали (патент РФ 2067519, MПK 6 В 24 К 39/04, В 21 D 53/78, 1996 (аналог)).

Известен способ упрочнения рабочих поверхностей тяжелонагруженного инструмента, работающего в условиях высоких контактных напряжений, выглаживанием алмазным наконечником со сферическим концом, радиус сферы которого 1,5 мм, с силой выглаживания 250 Н при продольной подаче 0,04 мм/об со скоростью выглаживания 50-60 м/мин (Одинцов Л.Г. Финишная обработка деталей алмазным выглаживанием и вибровыглаживаннием. - М. : Машиностроение, 1981, с. 139 (аналог)).

Наиболее близким к заявляемому по совокупности признаков является способ упрочнения рабочих поверхностей дискового ножа, включающий термическую обработку (авторское свидетельство СССР 1788040, MПK 5 С 21 D 1/78, 1993 (прототип)).

Сущность изобретения
При создании изобретения решалась задача расширения арсенала способов формирования на поверхности дискового ножа упрочненного слоя, обладающего повышенной контактной выносливостью и износостойкостью.

Технический результат заключается как в расширении арсенала способов формирования на поверхности дискового ножа упрочненного слоя, обладающего повышенной контактной выносливостью и износостойкостью, так и формирование ориентированной вдоль окружности наружного диаметра дискового ножа структуры волокнистого характера.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе упрочнения рабочих поверхностей дискового ножа, включающем термическую обработку, согласно изобретению после термической обработки осуществляют нагрев дискового ножа до 90-110^oС и проводят алмазное выглаживание его торцевых поверхностей со скоростью 35-48 м/мин при поддержании температуры нагрева дискового ножа 90-110^oС.

При этом согласно изобретению термическую обработку ведут путем закалки с последующим низким отпуском до достижения твердости поверхностей дискового ножа HRC 48-58.

При этом согласно изобретению алмазное выглаживание торцевых поверхностей дискового ножа осуществляют по кольцеобразным дорожкам, расположенным на торцевых поверхностях дискового ножа и прилегающим к поверхности наружного диаметра дискового ножа.

При этом согласно изобретению алмазное выглаживание осуществляют алмазным наконечником со сферическим концом, радиус сферы которого 1,5 мм, с силой выглаживания 250 Н при продольной подаче 0,04 мм/об.

При этом согласно изобретению алмазное выглаживание ведут до достижения твердости обрабатываемой поверхности HRC более 60 на глубину 0,6-0,8 мм.

Отличительными признаками заявленного способа являются такие признаки, как использование алмазного выглаживания для упрочнения рабочих поверхностей дискового ножа, причем упрочнение не поверхности по наружному диаметру корпуса ножа, как это принято в известных решениях, а торцевых поверхностей дискового ножа, формируя структуры волокнистого характера вдоль окружности его наружного диаметра. Кроме того, отличительными признаками являются введение операции предварительной термической обработки корпуса дискового ножа и введение операции нагрева дискового ножа до температуры 90-110^oС непосредственно перед алмазным выглаживанием, которую поддерживают и во время процесса алмазного выглаживания. Нагрев дискового ножа из сталей 5ХНBC или 5ХВ2С после предварительной термической обработки до и в процессе алмазного выглаживания позволяет повысить твердость обрабатываемой поверхности, в данном случае торцевой поверхности дискового ножа, за счет частичного превращения остаточного аустенита в мартенсит, увеличить глубину упрочненного слоя. Последующее охлаждение при комнатной температуре также приводит к повышению твердости упрочненного слоя за счет дополнительных сжимающих напряжений. В результате кристаллиты теряют свою глобоидную форму, сплющиваются, вытягиваются в направлении деформирования, что и приводит к образованию упорядоченной ориентированной вдоль окружности наружного диаметра дискового ножа структуры волокнистого характера с анизотропными механическими свойствами, когда пластичность вдоль волокон выше, чем в поперечном направлении.

Новым по сравнению с прототипом является также и то, что алмазное выглаживание ведут со скоростью 35-48 м/мин, что на 20-25% ниже рекомендованной для инструментальных сталей данного класса скорости после термической обработки. Дисковые ножи работают в условиях высоких контактных напряжений и интенсивного износа (истирания), вызванного пластическим течением деформируемого металла. В соответствии с ТУ 14-1-2197-77 с изменением 5 от 01.11.86 г. период стойкости дисковых ножей устанавливается на предприятии - потребителе в условиях эксплуатации на дисковых ножницах или агрегатах продольной резки. Появление на кромках разрезаемого металла таких дефектов, как появление недопустимой величины заусенца, отгиба и скола кромки разрезаемого металла, является критерием окончания среднего периода стойкости, достигающего 4-6 часов при резке известных дисковых ножей низколегированной стали толщиной 6...8 мм.

Таким образом, сравнение свойств совокупности существенных признаков заявленного и известного способов упрочнения рабочих поверхностей дискового ножа показало, что разработан новый способ формирования на поверхности дискового ножа упрочненного слоя, обладающего повышенной контактной выносливостью и износостойкостью, причем осуществлено формирование ориентированной вдоль окружности наружного диаметра дискового ножа структуры волокнистого характера.

Перечень фигур чертежей и иных материалов
Изобретение поясняется описанием конкретного примера его выполнения и прилагаемым чертежом, где изображена схема установки для алмазного выглаживания рабочих поверхностей дискового ножа с нагревательным устройством.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, заключаются в следующем.

Осуществление данного способа упрочнения рабочих поверхностей дискового ножа может быть продемонстрировано на дисковых ножах для холодной резки металла, изготовленных из инструментальной стали марки 5ХНВС и марки 5ХВ2С.

Предлагаемый способ упрочнения рабочих поверхностей дискового ножа осуществляют в следующей последовательности.

Вырезанный из инструментальной стали дисковый нож механически обрабатывают до требуемых размеров и подвергают традиционной термической обработке - закалке с последующим низким отпуском, после чего торцевые поверхности дискового ножа шлифуют до величины шероховатости Ra=1,25.

Термическую обработку можно вести до достижения твердости поверхности дискового ножа НRC 48-58.

Твердость поверхности наружного диаметра и торцевых поверхностей дискового ножа толщиной до 40 мм может составлять НRC 50-58, а твердость поверхности наружного диаметра и торцевых поверхностей дискового ножа толщиной свыше 40 мм может составлять HRC 48-56. Величина шероховатости поверхности наружного диаметра и торцевых поверхностей дискового ножа может быть Ra= 1,23-1,27.

Перед операцией алмазного выглаживания дисковый нож 1 устанавливают на планшайбе 2 токарно-карусельного станка, оснащенного нагревательным устройством 3, так, что алмазному выглаживанию подвергают торцевые поверхности 4 дискового ножа.

Нагревательное устройство 3 выполнено в виде, например, спиралей 5 из нихромовой проволоки, смонтированных, например, в стальном корпусе, закрепленном на планшайбе 2 с помощью упоров 6. Спирали 5 нагревательного устройства 3 сами нагреваются при прохождении по ним электрического тока и нагревают как свой корпус, так и нож до температуры 90-110^oС.

После термической обработки дисковый нож нагревают до 90-110^oС и проводят алмазное выглаживание его торцевых поверхностей при поддержании температуры 90-110^оC - температуры нагрева дискового ножа.

Алмазное выглаживание торцевых поверхностей 4 дискового ножа осуществляют по кольцеобразным дорожкам, расположенным на торцевых поверхностях дискового ножа и прилегающим к поверхности наружного диаметра дискового ножа, алмазным наконечником 7 со сферическим концом, радиус сферы которого 1,5 мм, с силой выглаживания 250 Н при продольной подаче 0,04 мм/об. Алмазное выглаживание проводят со скоростью 35-48 м/мин.

Алмазное выглаживание кольцеобразных дорожек торцевых поверхностей дискового ножа можно вести до достижения твердости обрабатываемой поверхности НRC 64-66 на глубину 0,6-0,8 мм.

Пример 1.

В данном примере дисковый нож диаметром 450 мм и шириной 40 мм изготовлен из инструметальной легированной стали марки 5ХНВС.

Вырезанный из инструментальной стали дисковый нож предварительно подвергают термической обработке - закалке с последующим низким отпуском.

Твердость поверхности наружного диаметра и торцевых поверхностей дискового ножа толщиной 40 мм после термического упрочнения составила HRC 55. Величина шероховатости поверхности наружного диаметра и торцевых поверхностей дискового ножа Ra=1,25.

Дисковый нож непосредственно перед алмазным выглаживанием нагревают до 95^oС. Данную температуру нагрева ножа поддерживают в течение всего процесса алмазного выглаживания кольцеобразных дорожек шириной, например, 25 мм, расположенных на торцевых поверхностях дискового ножа и прилегающих к поверхности его наружного диаметра.

Алмазное выглаживание осуществляют алмазным наконечником со сферическим концом, радиус сферы которого 1,5 мм, с силой выглаживания 250 Н при продольной подаче 0,04 мм/об со скоростью 40 м/мин.

Алмазное выглаживание кольцеобразных дорожек торцевых поверхностей дискового ножа ведут до достижения твердости обрабатываемой поверхности HRC 64 на глубину 0,8 мм, формируя по всей ширине кольцеобразной дорожки ориентированные вдоль окружности наружного диаметра дискового ножа структуры волокнистого характера. В результате получили кольцеобразные дорожки с твердостью HRC 64 и с величиной шероховатости Ra=0,18 мкм.

Проведенные испытания этого дискового ножа показали, что стойкость его, определенная при разделительной резке рулонированной горячекатаной стали марки 09Г2С толщиной 6,0 мм, составила 10,4 часа.

Пример 2.

В данном примере дисковый нож диаметром 450 мм и шириной 40 мм изготовлен из инструментальной легированной стали марки 5ХВ2С.

Вырезанный из инструментальной стали дисковый нож предварительно подвергают закалке с последующим низким отпуском. Твердость поверхности наружного диаметра и торцевых поверхностей дискового ножа толщиной 40 мм после термического упрочнения составила HRC 56. Величина шероховатости поверхности наружного диаметра и торцевых поверхностей дискового ножа Ra=1,25.

Дисковый нож непосредственно перед алмазным выглаживанием нагревают до 100^oС. Данную температуру нагрева ножа поддерживают в течение всего процесса алмазного выглаживания кольцеобразных дорожек шириной 25 мм, расположенных на торцевых поверхностях дискового ножа и прилегающих к поверхности наружного диаметра.

Алмазное выглаживание осуществляют алмазным наконечником со сферическим концом, радиус сферы которого 1,5 мм, с силой выглаживания 250 Н при продольной подаче 0,04 мм/об со скоростью 48 м/мин.

Алмазное выглаживание кольцеобразных дорожек торцевых поверхностей дискового ножа ведут до достижения твердости обрабатываемой поверхности HRC 66 на глубину 0,7 мм, формируя на ширине дорожки в 25 мм ориентированные вдоль окружности наружного диаметра дискового ножа структуры волокнистого характера.

В результате получили кольцеобразные дорожки с твердостью HRC 66 и с чистотой поверхности Ra=0,16.

Проведенные испытания этого дискового ножа показали, что стойкость его, определенная при разделительной резке рулонированной горячекатаной стали марки 09Г2С толщиной 6,0 мм, составила 12,5 часа.

Таким образом, расширен арсенал способов формирования на поверхности дискового ножа упрочненного слоя, обладающего повышенной контактной выносливостью и износостойкостью, осуществлено формирование ориентированной вдоль окружности наружного диаметра дискового ножа структуры волокнистого характера, что позволило более чем в 1,5 раза повысить стойкость дисковых ножей.

Изобретение относится к поверхностно-чистовой, в частности упрочняющей, обработке дисковых ножей, преимущественно для холодной резки металлов, которое осуществляют выглаживанием алмазным индентором. Технический результат - расширение арсенала способов формирования на поверхности дискового ножа упрочненного слоя, обладающего повышенной контактной выносливостью и износостойкостью, а также формирование ориентированной вдоль окружности наружного диаметра дискового ножа структуры волокнистого характера - достигается тем, что предварительно дисковый нож подвергают термическому упрочнению, непосредственно перед алмазным выглаживанием дисковый нож нагревают до температуры 90-110^oС, которую поддерживают во время алмазного выглаживания, а алмазному выглаживанию подвергают торцевые поверхности дискового ножа, которое ведут со скоростью 35-48 м/мин. При этом термическое упрочнение ведут путем закалки с последующим низким отпуском до достижения твердости наружных поверхностей дискового ножа НRC 48-58, а алмазное выглаживание торцевых поверхностей дискового ножа осуществляют по кольцеобразным дорожкам, расположенным на торцевых поверхностях дискового ножа и прилегающим к поверхности наружного диаметра дискового ножа, до достижения твердости обрабатываемой поверхности НRC более 60 на глубину 0,6-0,8 мм. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ упрочнения рабочих поверхностей дискового ножа, включающий термическую обработку, отличающийся тем, что после термической обработки осуществляют нагрев ножа до 90-110^oС и проводят алмазное выглаживание торцевых поверхностей ножа со скоростью 35-48 м/мин при поддержании температуры 90-110^oС. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термическую обработку ведут путем закалки с последующим низким отпуском до достижения твердости поверхности ножа 48-58 HRC. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что алмазное выглаживание осуществляют по кольцеобразным дорожкам, расположенным на торцевых поверхностях ножа и прилегающим к поверхности наружного диаметра ножа. 4. Способ по п. 1 или 3, отличающийся тем, что алмазное выглаживание осуществляют алмазным наконечником со сферическим концом, радиус сферы которого 1,5 мм, с силой выглаживания 250 Н при продольной подаче 0,04 мм/об. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что алмазное выглаживание ведут до достижения твердости обрабатываемой поверхности более 60 HRC на глубину 0,6-0,8 мм.