Поверхностная закалка токами высокой частоты (ТВЧ) как перспективный метод повышения износостойкости металлорежущего инструмента

Рассмотрено поверхностная закалка токами высокой частоты (ТВЧ) как один из основных методов повышения износостойкости металлорежущего инструмента, способствующее увеличению сроков его службы.

Ключевые слова: металлорежущий инструмент, поверхностная закалка, токи высокой частоты (ТВЧ), генератор, индуктор, спрейерное устройство.

В настоящее время в машиностроении применяется поверхностная закалка токами высокой частоты (ТВЧ) как один из перспективных методов повышения износостойкости металлорежущего инструмента.

Работоспособность и износостойкость металлорежущего инструмента характеризуется состоянием поверхностного слоя.

Одним из перспективных способов повышения износостойкости металлорежущего инструмента является поверхностное упрочнение, разновидностью которого является поверхностная закалка ТВЧ.

Применение поверхностной закалки токами высокой частоты (ТВЧ) способствует повышению износостойкости металлорежущего инструмента 1,5–2 раз в зависимости от условий металлообработки.

Поверхностная закалка (ТВЧ) способствует созданию поверхностного слоя режущего инструмента необходимой структуры.

В основе поверхностной закалки токами высокой частоты (ТВЧ) лежит применение вихревых токов в переменном магнитном поле, которое способствует нагреву помещенного в него режущего инструмента. При наибольшей частоте тока полученный поверхностный слой будет тоньше. Основателем данного метода является российский ученый Вологдин В. П.

Толщина получаемого и прогреваемого поверхностного слоя металлорежущего инструмента зависит от характеристик материала и частоты тока и находится по формуле (1):

где:

у — толщина слоя мм; р- удельное сопротивление материала (Ом·м); - магнитная проницаемость; f — частота тока (Гц).

Часто всего при применении поверхностной закалки токами высокой частоты (ТВЧ) используются генераторы с частотой от 50до 1000 Гц и ламповые генераторы с частотой больше 106 Гц. Глубина получаемого поверхностного слоя равна 2 мм.

Основными преимуществами поверхностной закалки (ТВЧ) являются:

 повышение износостойкости и прочности металлорежущего инструмента;

 высокие показатели упрочнения металлорежущего инструмента

 высокая производительность;

 экономичность процесса;

 экологичность;

 снижение показателей по короблению и трещинам;

Основными недостатками поверхностной закалки (ТВЧ) являются:

 высокая стоимость индукционных установок и комплексов;

 опасность поражения токами высокой частоты (ТВЧ);

 ожоги вследствие контакта с открытыми участками тела и при прикосновении к предметам, находящихся при высоких температурах.

Поверхностная закалка (ТВЧ) как один из перспективных методов повышения износостойкости металлорежущего инструмента основана на применении специальных установок, в которых происходит создание вихревых токов в переменном магнитном поле.

Установка для поверхностной закалки (ТВЧ) включает в себя:

 приборы управления и контроля

 генератор ТВЧ;

 индуктор;

 охлаждающее устройство — спрейер;

Индукторы изготавливаются из медных трубок, внутри которых перемещается вода, благодаря чему они не нагреваются. Форма индуктора соответствует внешней форме металлорежущего инструмента, и она обеспечивает зазор между индуктором и обрабатываемой поверхностью. Индуктор представляет собой медные шины или трубки с одним или несколькими витками.

Перед проведением поверхностной закалки (ТВЧ) режущий инструмент подвергают сначала нормализации, а после низкому отпуску при рабочей температуре 150–200⁰С.

После нагрева в течение 3–5 с с индуктора металлорежущий инструмент быстро перемещается в охлаждающее устройство — спрейер, через отверстия которого охлаждающая жидкость подается под давлением или окунанием нагретой поверхности в бак с охлаждающей жидкостью.

Для достижения безопасности в работе установок поверхностной закалки (ТВЧ) необходимо соблюдение комплекса профилактических и организационно-технических мер.

Помещения, в которых ведется работа, и находится оборудование для проведения поверхностной закалки (ТВЧ) должны, быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией. Помещение должно быть оборудовано автоматическим включением вентиляции

При работе необходимо использовать специальную обувь, одежду, рукавицы и защитные очки. Верхняя одежда должна быть закрытой, а брюки должны прикрывать обувь.

Для исключения соприкосновения персонала с оборудованием с высокой температурой необходимо применять герметизацию, термоизоляцию и защитные ограждения. На оборудовании необходимо устанавливать знаки безопасности.

При работе необходимо принять меры по устранению контакта обслуживающего персонала с оборудованием и поверхностями, имеющие высокую температуру.

Оборудование и установки, предназначенные для поверхностного упрочнения токами высокой частоты (ТВЧ), должны быть обязательно зарегистрировано в органах Госнадзора и проходить при пуске в работу, периодическое, техническое освидетельствование.

Работать с данным оборудованием допускаются лица не моложе 18 лет после прохождения обучения и аттестации комиссией с выдачей удостоверения на право производства работ.

Создание новых и модернизация имеющихся установок для поверхностного упрочнения токами высокой частоты (ТВЧ) будет способствовать дальнейшему внедрению и развитию этого метода на предприятиях, работающих в машиностроении.

Применение поверхностного упрочнения токами высокой частоты (ТВЧ) способствует повышению износостойкости, улучшению режущих свойств и росту производительности металлорежущего инструмента.

Поверхностного упрочнения токами высокой частоты (ТВЧ) является эффективным и перспективным методом повышения износостойкости металлорежущего инструмента.

На кафедре «Компьютерно-интегрированные системы в машиностроении» ФГБОУ ВПО «ТГТУ» активно развивается следующее направление научной деятельности: получение и обработка композиционных материалов, выбор и создание новых интеллектуальных САПР-ТП, а также адаптация систем автоматизированного проектирования технологических процессов механической обработки и сборки.

Литература:

1. Адаскин, А. М.Материаловедение в машиностроении: учебник для бакалавров / А. М. Адаскин, Ю. Е. Седов, А. К. Онегина, В. Н. Климов. М.: Издательство Юрайт, 2015. 535 с.
2. http://www.supermetalloved.narod.ru;
3. Водин, Д. В. Криогенная обработка как перспективный метод повышения износостойкости металлорежущего инструмента. Современные тенденции технических наук: материалы IV Mеждунар. науч. конф. (г. Казань, октябрь 2015 г.). — Казань: Бук, 2015. — 124 с.;
4. Григорьев, С. Н. Методы повышения стойкости режущего инструмента: учебник для студентов втузов. — М.: Машиностроение, 2011. — 368 с.;
5. Пестрецов, С. И. Применение систем автоматизированного проектирования процессов резания при создании управляющих программ для станков с числовым программным управлением / С. И. Пестрецов, А. М. Муравьев, М. В. Соколов // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. — 2014. — Вып. 1(50). — С. 146–152;
6. Алтунин, К. А. Концепция создания информационного обеспечения интеллектуальной системы автоматизированного проектирования процессов резания в технологии машиностроения: монография /К. А. Алтунин, М. В. Соколов — Тамбов: Студия печати Павла Золотова, 2015. — 112 с.;