Способ восстановления размеров рабочей части изношенной протяжки
METHOD FOR RESTORING THE DIMENSIONS OF THE WORKING PART OF A WORN BROACH

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 С21D 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 B23P 6/00. 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 полное многократное восстановление размеров точного режущего инструмента при восстановлении прочностных характеристиках 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 размеров рабочей части изношенной 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, а после упомянутой пластической деформации протяжку подвергают магнитно-импульсной обработке, обеспечивающей залечивание микротрещин, образованных в результате деформации материала протяжки 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 (фиг.1a - вид сбоку, фиг.1 b - поперечное сечение протяжки). На фигуре 2 (фиг.2) представлен процесс восстановления изношенных размеров протяжки пластической деформацией роликами. Фигуры (фиг.1 и фиг.2) содержат: 1 - протяжка, 2 - зубья, 3 - зона пластической деформации, 4 - контуры протяжки до деформации , 5 - контуры протяжки после деформации, 6 - ролик. (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).
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.2) производят деформацию протяжки 1 ниже оснований зубьев 2 , формируя утонение в зоне пластической деформации 3. 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 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 6 (фиг.2). При этом контуры протяжки до деформации 4 изменяются, преобразуясь в контуры протяжки после деформации 5 (фиг.1 и фиг.2). Деформацию материала протяжки 1 роликами 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 6.
Однако, в процессе 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. Для ликвидации возникших дефектов производят магнитно-импульсную обработку (МИО) зоны пластической деформации 3 протяжки 1. Для повышения эксплуатационных свойств материала протяжки 1 можно также провести магнитно-импульсную упрочняющую обработку всей протяжки.
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.
Восстановление размеров и геометрии рабочей части инструмента после перераспределения его материала и компенсации изношенной части может производится 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.
Пример .
Восстановлению подвергались плоские односторонние протяжки из сталей ХВГ, Р9. Средний износ зубьев составлял 0,14 мм (в диапазоне от 0,12 до 0,16 мм), при высоте зуба 5,5 мм.
Восстановление способом-прототипом (невозможно).
Восстановление предлагаемым способом. Одновременная двухсторонняя деформация роликами у основания зубьев. Увеличение высоты размещения зуба Δh. МИО в зоне пластической деформации протяжки при энергии импульса 2 кДж при количестве импульсов, равным 8. После осуществления пластической деформации протяжки у основания зубьев, средняя величина высоты размещения зуба Δh составила: для протяжки из стали ХВГ от 0,19 до 0, 23, для протяжки из стали Р9 - от 0,20 до 0, 23.
Восстановление размерных и геометрических параметров рабочей части инструмента методом шлифования.
Стойкость обработанного инструмента после МИО, сравнивалась с новым инструментом (без обработки). Стойкость после МИО увеличилась, в среднем: для протяжки из стали ХВГ в 1,3 раза, для протяжки из стали Р9 - в 1,2 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.