Алмазный инструмент для обработки давлением

В связи с высокой стоимостью алмаза алмазный инструмент используют только для тех операций, когда другие инструментальные материалы оказываются неработоспособными. Это относится к волочению проволоки малых размеров, особенно из материалов, обладающих низкой прочностью. При таких операциях необходимо обеспечить минимальные усилия трения во избежание обрыва протягиваемой проволоки.

Волоки используют при производстве проволоки. Проволоку весьма малых размеров (0,03 мм и менее), а также из материалов малой прочности (золото, серебро) получить без применения алмазных волок практически невозможно. Усилие волочения через алмазные волоки значительно меньше, чем через волоки из твердых сплавов. Это объясняется малыми значениями коэффициента трения и сил адгезии алмаза с протягиваемыми материалами. Волочение через алмазные волоки значительно снижает количество обрывов проволоки малых размеров, обладающей низкой прочностью. Уникальная твердость алмаза определяет износостойкость инструмента и обеспечивает получение проволоки высокого качества (малая шероховатость и точность размера) в течение длительного времени работы без трудоемкой смены волочильного инструмента.

Максимальный диаметр протягиваемой проволоки ограничивается прочностью алмаза. Увеличение диаметра приводит к повышению усилий протягивания. Поэтому максимально допустимый диаметр калибрующего отверстия алмазной волоки тем больше, чем меньше прочность протягиваемого металла (табл. 9.14).

Для изготовления волок используют высококачественные природные алмазы массой 0,03…4 карата в зависимости от размера волоки. Алмазные волоки закрепляются в металлические оправки.

Таблица 9.14

Допустимые диаметры алмазных волок

Алмазным инструментом выполняют отделочно-упрочняющие операции холодной обработки давлением (выглаживание) — поверхностное пластическое деформирование (ППД). В качестве инструментов-выглаживателей могут быть использованы не только алмазы, но и материалы, обладающие высокой твердостью (например, твердые сплавы), но лучшие результаты достигаются именно при алмазном выглаживании. Используют природные и синтетические алмазы (карбонадо, баллас).

ППД позволяет снизить шероховатость обрабатываемой поверхности, а также упрочнить поверхностные слои за счет наклепа. В процессе обработки сглаживаются микронеровности (гребешки), полученные в результате предварительной обработки (так, например, высота микронеровностей стали 18ХГТ с твердостью 60 HRC уменьшается с 0,55 до 0,16 мкм). Выглаживанию подвергают детали как после лезвийной, так и после абразивной обработки. Поверхность, выглаженная алмазным инструментом, имеет зеркальный блеск. В процессе выглаживания происходит дробление зерен обрабатываемого металла, их ориентированность в направлении деформации, возрастает твердость поверхности. Так, микротвердость закаленной стали ШХ15 после алмазного выглаживания составляет 1250…1300 HV. Кроме того, такая обработка создает в поверхностных слоях напряжения сжатия.

Штамповыс материалы для мелкосерийного производства

В условиях мелкосерийного производства, при небольшой программе выпуска деталей (несколько тысяч или даже сотен) основной проблемой становится не достижение высокой стойкости инструмента, а снижение трудоемкости его изготовления. Поэтому принцип выбора материалов для штампового инструмента отличается от условий массового производства.

Твердость пуансонов при партии деталей до 1000 может быть 40…45 HRC, при партии до 5000 — 52…56 HRC. Это позволяет использовать для изготовления пуансонов более дешевые и технологичные среднеуглеродистые, а не инструментальные стали.

Наиболее трудоемким является изготовление матриц особенно сложной формы или малых размеров из-за необходимости получения высокой точности размеров на внутренних поверхностях (на пуансонах это наружные поверхности, их обработка значительно проще). Это требует привлечения рабочих высокой квалификации для выполнения ручных доводочных операций. В таких условиях матрицы целесообразно изготавливать из материалов, не обладающих высокой твердостью, или вообще их не изготавливать. Такие решения нашли применение при операциях пробивки и вырубки (изготовление шайб, прокладок и т. п.). Отверстие в матрицах из мягких материалов — отожженных сталей (твердость менее 200 НВ), а также латуней и бронз (100…170 НВ) получают прошивкой пуансоном, автоматически получая необходимую форму отверстия матрицы. При такой технологии не возникает трудностей даже в том случае, когда отверстия имеют сложную форму.

При вырубке заготовок (шайбы, прокладки) из неметаллических материалов (резина, картон) для изготовления матриц методом прошивки используют даже весьма мягкие цветные сплавы па цинковой основе, например сплав «ЭКБ»: AI — 4%, Си — 3,5%, Mg — 0,5%, Si — 0,5%, остальное — Zn.

Отказаться вообще от изготовления матриц позволяет использование эластомеров (типичные эластомеры — резины, подробнее см. 12.1.3). В этом случае пуансон, вырубая из листа заготовку, вдавливает ее в упругий эластомер.

В качестве штампового материала используют полиуретан, представляющий собой плотный синтетический материал, обладающий высокой упругостью и износостойкостью, высоким сопротивлением ударным нагрузкам. Прочность на разрыв полиуретанов различных марок колеблется от 300 до 400 МПа. Заготовки полиуретана выпускаются в виде полос и цилиндров.

Операциями вырубки-пробивки при использовании матриц из мягких материалов или полиуретана можно изготавливать детали из сталей (прочностью до 500? Па — стали 10, 20, 30) толщиной до 1,5 мм; из медных и алюминиевых сплавов — толщиной до 2 мм; неметаллических материалов — бумаги, картона, резины, текстолита и т. п. — большей толщины.