Способ восстановления протяжки
BROACHING RECOVERY METHOD

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для восстановления размеров точного режущего инструмента, например плоских протяжек при одновременном их упрочнении.
Известен способ восстановления протяжки путем переточки его до инструмента, меньшего стандартного размера (US Pat. № 4337562. Method of restoring an indexable cutting insert for reuse. 1982).
Известен также способ восстановления протяжки, предусматривающий нагрев износившегося инструмента и его выдержку при 550°C с последующим охлаждением, что дает однократное восстановление диаметра до 70% от износа (А.С.СССР № 633914, МПК С 21 D 9/22, 1978).
Недостатком известных способов является неполное восстановление первоначальных размеров протяжки. Кроме того, в способе (А.С.СССР № 633914) при нагреве инструмента до 550°С происходит рекристаллизация структуры (температура начала рекристаллизации для стали около 450°С) с резким снижением прочностных характеристик поверхности.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ восстановления размеров рабочей части изношенной протяжки, включающий пластическую деформацию протяжки в области стружечных канавок, обеспечивающую увеличение высоты зубьев протяжки с компенсацией их изношенных размеров и последующую размерную обработку каждого сформировавшегося зуба, обеспечивающую восстановление его размеров и геометрии ( А.С. СССР № 95369. МПК B23P6/00. Способ восстановления изношенных цилиндрических протяжек. .Опубл 1952 г)
Недостатком прототипа является снижение надежности и долговечности инструмента в результате деградации материала инструмента при многократном его деформировании, осуществляемого с целью перераспределения объемов материала инструмента для компенсации размеров изношенных участков его рабочей поверхности. Кроме того, в результате пластической деформации в материале инструмента возникают дефекты, в том числе и в виде микротрещин.
Задачей изобретения является возможность многократного восстановления размеров точного режущего инструмента при одновременном упрочнении его материала.
Техническим результатом предлагаемого способа является восстановление размерных и геометрических характеристик рабочей части изношенного режущего инструмента при одновременном повышении его износостойкости.
Технический результат достигается за счет того, что в способе восстановления протяжки, включающем пластическую деформацию протяжки, обеспечивающую увеличение высоты зубьев протяжки с компенсацией изношенных размеров, последующую размерную обработку зубьев, обеспечивающую восстановление их размеров и геометрии, в отличие от прототипа пластическую деформацию проводят у основания зубьев одновременно с магнитно-импульсной обработкой (МИО) деформируемого участка, обеспечивающей повышение пластичности материала протяжки в момент его деформации, а также залечивание микротрещин в материале и его упрочнение.
Кроме того возможны следующие дополнительные приемы осуществления способа: проводят магнитно-импульсную обработку, обеспечивающую возникновение в материале протяжки вихревых токов величиной от 80 кА до 180 кА; последующую размерную обработку упомянутых зубьев после деформации осуществляют шлифованием; последующую размерную обработку упомянутых зубьев после деформации осуществляют электрохимическим методом; что после размерной обработки рабочей части инструмента осуществляют его упрочняющую обработку методом ионной имплантации азотом.
На фигуре 1 (фиг.1) представлена схема изменения размеров протяжки пластической деформацией ее материала при одновременном воздействии МИО (фиг.1a - вид сбоку в процессе деформирования, фиг.1 b - поперечное сечение протяжки в процессе деформирования, фиг.1c - вид сбоку после деформирования, фиг.1 d - поперечное сечение протяжки после деформирования). На фигуре 2 (фиг.2) представлен процесс восстановления размеров рабочей части протяжки пластической деформацией роликами при одновременном воздействии МИО. Фигуры (фиг.1 и фиг.2) содержат: 1 - протяжка, 2 - зубья, 3 - зона, подвергнутая пластической деформации, 4 - контуры протяжки до деформации , 5 - контуры протяжки после деформации, 6 - очаг пластической деформации, 7 - магнитно-импульсное поле, 8 - ролик с индуктором. ( h - высота протяжки в области зуба до деформации протяжки, Δh - увеличение высоты протяжки в области зуба после деформации протяжки. А-А - поперечное сечение протяжки. Круглыми стрелками показано направление вращения роликов. Голубыми эллипсами - магнитное поле).
Способ осуществляется следующим образом. Изношенная по размеру зубьев протяжка 1 (фиг. 1) размещается и закрепляется в оснастке. Одним из известных способов, например при помощи двух роликов 6 (фиг. 1 а , фиг.1 b, фиг.2) производят деформацию протяжки 1 ниже оснований зубьев 2, формируя утонение в зоне пластической деформации 3. При этом одновременно с деформацией материала протяжки 1 очаг пластической деформации 6 подвергается воздействию МИО, позволяющей в момент деформации протяжки 1 повысить пластичность его материала. Объем материала протяжки 1, перераспределяется и, как следствие увеличивает высоту протяжки 1 на величину Δh, обеспечивающую компенсацию изношенной части зубьев 2 протяжки 1. После увеличения высоты зубьев 2 протяжки 1 производят их размерную обработку, обеспечивающую восстановление исходных, до износа протяжки 1 размерных и геометрических параметров зубьев 2. Пластическую деформацию материала протяжки 1 при воздействии МИО можно осуществлять различными способами, обеспечивающими увеличение высоты расположения зубьев 2 протяжки 1 на величину Δh. Например, как это показано на фиг. 2, при помощи двухсторонней вальцовки роликами с индукторами 8 (фиг.2). При этом контуры протяжки до деформации 4 изменяются, преобразуясь в контуры протяжки после деформации 5 (фиг.1c, фиг.1d и фиг.2). Деформацию материала протяжки 1 роликами с индукторами 8 можно проводить в различных режимах, либо последовательно осуществляя деформацию в одной зоне протяжки 1, либо смещая зону пластической деформации 3 ниже или выше по высоте протяжки 1. Также можно использовать различный рельеф рабочей части роликов с индукторами 8.
Поскольку в процессе традиционной деформации материала протяжки 1 в зоне пластической деформации 3 возникают дефекты, в том числе и в виде микротрещин, что отрицательно сказывается на работоспособности протяжки 1, то для повышения податливости материала протяжки 1 пластической деформации одновременно с деформированием материала протяжки производят на него (преимущественно в зоне деформации) высокоэнергетическое магнитно-импульсное воздействие. Кроме того, с целью последующей ликвидации возникших после пластической деформации дефектов можно проводить дополнительную упрочняющую обработку МИО всей протяжки.
Восстановление размеров и геометрии рабочей части инструмента после перераспределения его материала и компенсации изношенной части может проводится либо методом шлифования или методом размерной электрохимической обработки. После восстановления размеров и геометрии рабочей части инструмента может быть осуществлено дополнительное его упрочнение с использованием метода ионной имплантации, например ионами азота.
Известно, что магнитно-импульсная обработка режущих инструментов приводит к их упрочнению (что широко известно из ряда источников, например (Магнитно-импульсная упрочняющая обработка изделий из конструкционных и инструментальных сталей. Литье и металлургия. №3 (66), 2012 г). Поэтому, подбирая режимы МИО дефектов материала в зоне пластической деформации 3, можно одновременно производить и упрочнение протяжки.
Исследованиями авторов установлено, что в процессе кратковременного (в течении микросекунд) высокоэнергетического магнитно-импульсного воздействия на металл, в зоне обработки кристаллическая решетка материала приходит в «квазирасплавленное» состояние, что облегчает ее пластическую деформацию. Известно, что для расплавления определенного объема металла необходимо затратить тепловую энергию, которая приводит к разрушению кристаллической решетки и переходу металла в расплавленное состояние. Если в процессе высокоэнергетической МИО кристаллическая решетка металла поглощает энергию эквивалентную или большую энергии, необходимой для расплавления металла, то кристаллическая решетка разрушается на время, измеряемое микросекундами, а затем, после рассеяния энергии, вновь возвращается в кристаллическое состояние. Поэтому можно говорить о значениях энергии МИО, кратковременно (в течение микросекунд) превышающих значение энергии плавления конкретного металла или сплава, позволяющих обеспечить на локальных участках высокую податливость материала пластической деформации.
Пример.
Восстановлению подвергались плоские односторонние протяжки из сталей ХВГ, Р9. Средний износ зубьев составлял 0,16 мм (в диапазоне от 0,12 до 0,18 мм), при высоте зуба 5,5 мм.
Восстановление способом-прототипом (невозможно).
Восстановление предлагаемым способом. Одновременная двухсторонняя деформация у основания зубьев роликами со встроенными индукторами МИО, привела к увеличению высоты размещения зуба Δh. МИО проводили одновременно с пластической деформацией протяжки синхронно с перемещением роликов при энергии импульса 2 кДж при импульсах МИО, повторяющихся через каждые 5 сек в процессе деформации. После осуществления пластической деформации протяжки у основания зубьев, средняя величина высоты размещения зуба Δh составила: для протяжки из стали ХВГ от 0,21 до 0, 26, для протяжки из стали Р9 - от 0,24 до 0, 28.
Восстановление размерных и геометрических параметров рабочей части инструмента методом шлифования. После шлифования проводили дополнительное упрочнение протяжек МИО.
Стойкость обработанного инструмента после МИО, сравнивалась с новым инструментом (без обработки). Стойкость после МИО увеличилась, в среднем: для протяжки из стали ХВГ в 1,4 раза, для протяжки из стали Р9 - в 1,3 раза.
Таким образом, предложенный способ восстановления размеров рабочей части изношенной протяжки позволяет достичь поставленного в изобретении технического результата - восстановить размерные и геометрические характеристики рабочей части изношенного режущего инструмента при одновременном повышении его износостойкости.