В умовах серійного і масового виробництва інструмента для наближення форми заготовок до форми готового інструмента рекомендується застосовувати штампування заготовок інструмента. В даний час застосовують гаряче штампування різців і насадкового інструмента (довбачів, насадкових фрез) і холодне штампування дискових відрізних пил, відрізних різців із стрічки, гнуття державок різців. Застосування штампування підвищує коефіцієнт використання металу на 25-50%, при цьому знижується неоднорідність карбіду металу, поліпшуються механічні властивості інструмента і знижується трудомісткість механічної обробки за рахунок зменшення припусків.
Як приклад на рисунках 1.1, 1.2 наведені схеми двоструминного штампу для безоблойного гарячого штампування довбачів. Підготовча канавка відкритого типу для осідання (рисунок 1.1) служить для зменшення ступеня деформації в остаточній канавці і створення центруючого заглиблення, за яким фіксується заготовка в остаточній канавці. При осіданні з нагрітої заготівки удаляется окалина. У канавці штампа закритого типу із замком (рисунок 1.2) отримується безоблойна заготовка.
Рисунок 1.1- Штампування у підготовчій канавці штампа
Рисунок 1.2 – Штампування у кінцевій канавці штампа
Матеріал заготовки - гарячекатана сталь. Розмір заготовки визначають, виходячи з об'єму металу, необхідного для заповнення остаточної канавки з урахуванням вигару при нагріві. При нагріві в плазмовій печі вигар дорівнює 3%, при індукційному нагріві - 1%. Початкову заготовку по висоті беруть у межах 1,5 діаметра. У зв'язку з тим, що штампування проводиться в закритому штампі, до розмірів заготовки ставлять підвищені вимоги. Заготовка має допуск по довжині +1мм. Довжину заготовки розраховують з урахуванням допуску на діаметр.
Заготовки під штампування нагрівають у плазмових печах або на високочастотній установці. Штамповані заготовки із швидкорізальної сталі, щоб уникнути тріщин, поміщають для охолодження в складання з температурою 500-600 °С і охолоджують разом з піччю. Після охолодження штамповані заготовки піддають ізотермічному відпалу.
При отриманні заготовки з листового матеріалу для відрізних і прорізних пил, сегментів застосовують холодне штампування, яке здійснюють на кривошипних або фрикційних пресах.
Зварювання
Стикове зварювання. В інструментальному виробництві при виготовленні хвостового і стрижневого інструмента широко застосують стикове електрозварювання (рисунок 1.3 а) робочої частини 1 із швидкорізальної сталі і неробочої частини 2 з конструкційної або інструментальної вуглецевої сталі.
Контактне стикове зварювання тиском - процес з'єднання металів при сумісній пружкопластичній деформації і утворенні між поверхнями міцного металевого зв'язку. Цей вид зварювання підрозділяють на зварювання опором і зварювання оплавленням. Зварювання оплавленням має два різновиди: зварювання безперервним оплавленням і оплавленням із попереднім підігрівом. При зварюванні з безперервним оплавленням процес складається з двох основних стадій - оплавлення і осідання, при зварюванні з підігрівом з трьох - підігріву, оплавлення і осідання.
При зварюванні методом безперервного оплавлення зварювані заготовки, підключені послідовно у вторинну обмотку зварювального трансформатора, підводяться одна до одної. Між торцями заготовок у деяких точках виникає електричний контакт, що має високий опір через малу площу, ділянки контакту швидко плавляться. При подальшому наближенні торців заготовок ці явища повторюються на інших контактних ділянках, і так до того часу, поки вся поверхня торців не буде оплавлена, а торці нагріті до температури, необхідної для зварювання тиском. Потім струм вимикається, заготовки здавлюються, відбувається процес зварювання. Недолік цього методу - підвищена витрата металу на оплавлення.
Процес зварювання з підігрівом відрізняється від процесу зварювання безперервним оплавленням тим, що торці зварюваних деталей спочатку підігріваються шляхом багатократного контакту під напругою, а потім відбуваються їх оплавлення і зварювання. З використанням цього методу працюють усі електрозварювальні машини.
При дрібносерійному виробництві різального інструмента застосовують електрозварювальні машини з ручним управлінням, при багатосерійному виробництві - електрозварювальні напівавтомати. Напівавтомат СА2 призначений для зварювання заготовок діаметром 20-60мм і забезпечує роботу за таким автоматичним циклом: затиск заготовок, швидке холосте підведення стола до взаємного упору заготовок, підігрів до трьох замикань за секунду, оплавлення і осідання, звільнення заготовок від затисків, повернення стола в початкове положення.
Внаслідок відмінної теплопровідності, теплоємності і електропровідності швидкорізальної і конструкційної сталей величина вильоту кінців зварюваних заготовок із затисків зварювального апарата встановлюється різною (рисунок 1.3 б). Для отримання рівномірного нагріву виліт із затисків заготовки з конструкційної сталі (40, 40Х, 45) повинен бути не менше ніж в 1,5-2 рази більше вильоту заготовки із швидкорізальної сталі. Щоб уникнути підгартовування зварного шва внаслідок інтенсивного відведення тепла в мідні затиски, виліт заготовки із швидкорізальної сталі рекомендується встановити мінімальним (0,5, але не менше 10мм).
Довжину заготовки під зварювання необхідно вибирати з урахуванням припуску на оплавлення і осідання при зварюванні.
Рисунок 1.3 – Схеми стикового зварювання
Відношення припуску на частину заготовки із швидкорізальної сталі до загального припуску під зварювання є величиною постійною для даною пари зварюваних сталей; середні значення цього співвідношення: 0,65 - для сталей Р6М5, Р18; 0,7 - для сталі Р6М5К5; 0,75 - для сталей Р9Ф5; 0,8 - для сталей Р9К10 і Р10К5Ф5.
При контактному зварюванні нагрів здійснюється переважно за рахунок тепла, що виділяється в місці контакту зварюваних заготовок при проходженні струму. Кількість тепла, що виділяється при зварюванні:
де I - зварювальний струм, А; t - час проходження струму, с;
Rзв - активний опір ділянки зварювального ланцюга між затискними губками, Ом.
Отже, процес зварювання можна регулювати шляхом зміни потужності або часу зварювання. Потрібна потужність для зварювання визначається залежно від площі зварюваного перетину і хімічного складу зварюваних заготовок. При стиковому зварюванні сталі Р6М5 із сталлю 45 для заготовки діаметром 10мм застосована потужність 9кВт, сила осідання 3800 Н; для заготовки діаметром 25-32мм застосована потужність 60кВт, сила осідання 342000Н; для діаметра заготовки 63-80мм застосована потужність 150кВт, сила осідання 180000Н.
Якщо потужність машини недостатня для зварювання заготовок потрібного перетину, допускається утворення кільцевих торців шляхом свердлення отворів у торцях заготовок із швидкорізальної і вуглецевої частин.
Зварювання тертям (рисунок 1.3 в) є різновидом зварювання тиском. Зварне з'єднання утворюється в результаті сумісної пластичної деформації деталей у твердій фазі. Нагрів зварюваних поверхонь відбувається у результаті їх тертя, при цьому механічна енергія безпосередньо перетворюється в тепло. Причому генерування тепла відбувається строго локалізовано в тонких поверхневих шарах металу.
При зварюванні тертям одну із зварюваних заготовок закріплюють на шпинделі верстата і вона обертається разом із ним для створення взаємного ковзання торців і їх розігрівання, іншу заготовку нерухомо закріплюють на поздовжньому супорті, і вона набирає разом із супортом поздовжнього переміщення до з’єднання з торцем заготовки, що обертається, із заданою силою. Тепло, що виділяється при терті, розігріває торці заготовок, обертання шпинделя припиняється, заготовки підтискаються супортом, і проводиться їх з'єднання. Величина сили осідання, що забезпечує витискування проміжного шару в гарт, визначається властивостями швидкорізальної сталі і глибиною прогріву торців стрижнів. Розігрівання торців заготовок відбувається при тиску 1х1О8 Па, зварювання - при тиску 2х103 Па.
Основними перевагами зварювання тертям у порівнянні із стиковим електрозварюванням є скорочення витрати зварювальних матеріалів (припуск на вигар у 4 рази менше, ніж при електричному зварюванні); значна економія електроенергії; висока продуктивність процесу (у 1,5-2 рази вище за електростикове зварювання); підвищена точність зварювання з меншим процентом браку; легкість автоматизації процесу; кращі умови праці зварювачів і висока якість зварного шва.
Зварювання тертям в інструментальному виробництві застосовують при стиковому зварюванні заготовок круглого перетину і зварюванні зламаного інструменту. В інструментальному виробництві для зварювання заготовок тертям використовують напівавтомати МФ-346 - для заготовок діаметром 6-15мм, МФ-327 - для заготовок діаметром 10- 22мм, МФ-341 - для заготовок діаметром 16-35мм. На машині МФ-341 після зварювання проводиться зняття зварювального грата різцем, встановленим на поперечному супорті.
Для зняття напруги, що виникає в металі при зварюванні, і зменшення твердості зварного шва заготовки після зварювання повинні поволі остигати в печі або в ящику з піском, після чого заготовки піддають відпалу. Застосовують також ізотермічний відпал. У цьому випадку заготовки після зварювання відразу поміщають в нагріту до температури 870°С піч і після нагріву всієї партії до 870°С її витримують 2-4год. Після закінчення витримування заготовки охолоджують разом із піччю до 550°С, після чого їх вивантажують і охолоджують на повітрі. Твердість після відпалу в зоні зварного шва на ділянці із швидкорізальної сталі повинна бути в межах HRC= 22-24.
При контролі зварених заготовок перевіряють їх розміри і міцність з'єднання. Допускаються відхилення розмірів: по довжині заготовки ±1мм; зсув осі ±0,5мм при діаметрі заготовки до 18мм, ±1мм при діаметрі до 30мм, ±1,5мм при діаметрі вище 30мм, а стріла прогинання 1мм на 100мм довжини. Якість зварного з'єднання перевіряють зовнішнім оглядом і вибірково за структурою.
Зварні заготовки інструмента контролюють відповідно до ГОСТ 3242-79 і методами, розробленими для інструментальної промисловості. Зовнішнім оглядом визначають підгар поверхні, зовнішні тріщини, непровари і раковини. Люмінесцентний контроль застосовують для виявлення дрібних тріщин і непроварів. Технологічну пробу в цехових умовах можна проводити спрощеним ручним способом: заготовку ударяють кінцем короткої частини об кут масивної металевої плити. Заготовки, що мають міцність при розтягуванні менше 400 Н/м2, руйнуються. При аналізі металографії визначають дефекти структури зварного з'єднання і зони термічного впливу, тріщини, непровари. У шві недопускається груба лита ледебуритна структура. Ширина феритного шару не повинна перевищувати 0,3мм, а для інструментів, що працюють із значними крутними моментами, - 0,05мм. У легованих сталях 35ХГСА, Х12 прошарок практично не утворюється.Ультразвукову дефектоскопію застосовують для перевірки тріщин, непровару і раковин. Для цієї мети застосовують дефектоскоп ДУК-66.
