Как эффективно восстановить и повторно использовать изношенные инструменты из стали

Экономический и практический пример восстановления металлоконструкций

В цехах по изготовлению, машинных отделениях и ремесленных мастерских инструменты из стали представляют собой значительные капиталовложения. Высокоскоростные стальные сверла, штампы из холодильной стали, ковка из горячей работы и резцы из углеродистой стали разрушаются при нормальном использовании. Вместо того, чтобы выбрасывать изношенный инструмент и покупать замену, систематическая программа восстановления может восстановить инструмент до новой производительности за небольшую часть стоимости. Кондиционирование также уменьшает отходы материала и сохраняет уникальную геометрию пользовательских наземных инструментов, которые больше не могут быть коммерчески доступными.

Успешное восстановление требует понимания того, почему инструментальная сталь неисправна, как оценить, является ли инструмент спасаемым, и какие методы восстановления соответствуют оригинальной металлургии инструмента. Это руководство подробно охватывает каждую из этих областей, от подготовки поверхности и шлифования до термической обработки, окончательной отделки и текущего обслуживания. Следуя этим процедурам, вы можете продлить срок службы инструмента на несколько циклов и поддерживать неизменное качество в своей работе.

Как использовать сталь и как ее носить

Инструменты из стали разрушаются с помощью нескольких различных механизмов. Признание типа износа, присутствующего на инструменте, помогает вам выбрать правильную стратегию восстановления.

Абразивное платье и округление края

Абразивный износ является наиболее распространенным режимом отказа. Твердые частицы в материале заготовки постепенно удаляют металл с режущей кромки инструмента или формирующей поверхности. Это приводит к видимой тупости, увеличению силы резки и плохой поверхностной отделке на заготовке. Абразивный износ обычно однороден и может быть исправлен путем повторного затвердевания или перемола.

Клейкое изделие и встроенный край

Во время обработки или формирования материал заготовки может привариваться к поверхности инструмента под высоким давлением и температурой. Этот нарастающий край изменяет геометрию инструмента, увеличивает трение и может вызвать катастрофическое сколы, когда сцепление рвется. Восстановление требует удаления сварного материала путем шлифования или химического травления, а затем восстановления исходной геометрии края.

Тепловая усталость и проверка тепла

Инструменты, подвергающиеся воздействию повторяющихся циклов нагрева и охлаждения, такие как горячая работа штамповки и ковка вставок, развивают сеть мелких поверхностных трещин, известных как проверка тепла. Эти трещины инициируются из напряжений теплового расширения. Если проверка тепла неглубокая, пораженный слой может быть измельчен и инструмент восстановлен. Глубокие трещины, которые выходят за пределы измельчиваемой глубины, обычно означают, что инструмент нуждается в замене.

Коррозия и повреждение ржавчиной

Если инструментальные стальные инструменты хранятся во влажных условиях или используются с коррозионными охлаждающими веществами без надлежащей очистки, ржавчина ржавчины развивается. Ржавчину поверхности можно удалить абразивной бластировкой или химическими ржавчиными устранителями с последующей полировкой. Глубокая ржавчина может поставить под угрозу прочность края инструмента или точность размеров, что делает восстановление неэкономичным.

Потеря твердости от чрезмерного или отжиг

Избыточное тепло при шлифовке или использовании может смягчить инструментальную сталь. Если инструмент становится слишком мягким, чтобы удерживать край или противостоять деформации, его необходимо повторно затвердеть в течение полного цикла термообработки. Это один из самых технически сложных этапов восстановления и требует тщательного контроля температуры и скорости охлаждения.

Понимание этих режимов отказа позволяет осмотреть изношенный инструмент и решить, возможно ли восстановление. Инструмент с незначительным абразивным износом и мелкой ржавчиной является отличным кандидатом. Инструмент с глубокими тепловыми трещинами, тяжелой деформацией или чрезмерной потерей размеров может быть за пределами экономичного ремонта.

Первоначальная проверка и сортировка: выбор инструментов для спасения

Перед тем, как тратить время на восстановление, систематически проверяйте каждый инструмент. Тщательно очистите инструмент во время осмотра, чтобы были видны поверхностные дефекты.

Сортировать проверенные инструменты по трем категориям: кондиционируемые с незначительными поверхностными работами, кондиционируемые с полной термической обработкой и металлоломом. Будьте реалистичны в отношении стоимости кондиционирования по сравнению с заменой. Высокообъемные, недорогие инструменты, такие как небольшие сверла с витком, часто дешевле заменить. Большие, настраиваемые наземные кристаллы, дорогие высокоскоростные сталеплавильные резцы и специализированные формовочные инструменты почти всегда стоят кондиционирования.

Пошаговый процесс восстановления

Процесс восстановления следует логической последовательности: чистый, шлифовальный, термический, финишный и осмотр. Пропуск шагов или изменение порядка может привести к плохим результатам или повредить инструмент.

Очистка и подготовка поверхности

Загрязнители мешают осмотру, шлифовке и термообработке.Начните с тщательной очистки, адаптированной к состоянию инструмента.

Для инструментов, покрытых жиром или маслом для резки, используют растворитель обезжиривающий или стиральную машину с частями биоразлагаемого растворителя. Для ржавых инструментов эффективны механическое удаление с помощью проволочного щеточного колеса на мельнице для скамейки, абразивная взрывчатка с мелким оксидом алюминия или погружение в химический ржавеющий устранитель, содержащий фосфорную кислоту. После химического удаления ржавчины нейтрализуйте инструмент раствором пищевой соды и промывайте чистой водой. Высушивайте инструмент сразу сжатым воздухом или тепловой пушкой для предотвращения флеш-ржавчины.

Если инструмент имеет нарастающий край от клеевого износа, удалите приклеенный материал путем мягкого измельчения или замачивания инструмента в горячем растворе гидроксида натрия (каустический замачивание), если позволяет композиция из инструментальной стали. Каустические замачивания агрессивны и должны использоваться только на инструментах, которые могут переносить щелочное воздействие без хрупкости водорода или межгранулярной атаки.

После очистки нанесите легкое масло, предотвращающее ржавчину, если инструмент не будет обработан немедленно. Чистые стальные поверхности начинают окисляться в течение нескольких часов во влажном воздухе.

Методы шлифования и реанимации

Восстановление правильной геометрии является наиболее интенсивным шагом восстановления.Цель состоит в том, чтобы удалить изношенный или поврежденный поверхностный слой, сохраняя при этом исходные углы, рельефы и радиусы кромки, которые должен был иметь инструмент.

Для режущих инструментов, таких как сверла, торцевые мельницы, токарные мельницы и балки, используют инструмент и резцовую шлифовальную машину или прецизионную станковую шлифовальную машину с соответствующими шлифовальными колесами. Колеса из оксида алюминия подходят для высокоскоростных сталей, в то время как колеса из карбида кремния лучше работают для инструментов с карбидом. Кубические нитридные колеса бора обеспечивают лучшую производительность для закаленных инструментальных сталей, но стоят дороже.

Ключевые параметры шлифования для контроля:

Для неразрезающих инструментов, таких как штампы, удары и формовочные инструменты, шлифовка должна восстанавливать рабочую поверхность до однородной отделки без изменения критических зазоров или радиусов. Используйте шлифовальную машину для плоских штампов или цилиндрическую шлифовальную машину для круглых ударов. Проверяйте размеры с помощью микрометров или суппортов во время шлифовки, чтобы избежать перенасыщения.

После шлифования отсрочить все острые края, не предназначенные в качестве режущих кромок. Снятие стресса рекомендуется для инструментов, подвергшихся интенсивной шлифовке: нагреть инструмент до 300–400°F в течение одного часа и позволить ему медленно охлаждаться на неподвижном воздухе. Этот шаг расслабляет вызванные шлифовкой остаточные напряжения, которые могут вызвать искажение во время последующей термической обработки или использования.

Термическая обработка: закаливание и закаливание

Для инструментов, которые смягчились или требуют свежего профиля твердости, термическая обработка является критическим шагом восстановления. Успех зависит от знания марки стали инструмента. Общие марки стали инструмента включают:

Если степень стали неизвестна, то проводят испытание на искру с помощью скамейки-молотки. Низколегированные стали производят длинные, плотные искры с несколькими ветвями. Высокоскоростные стали производят короткие, красноватые искры со многими ветвями. Высокоуглеродистые стали производят яркие белые искры с несколькими ветвями. Сравните рисунок искры с известными образцами для идентификации.

Процедура термической обработки:

  1. Перегрев:] Медленно нагревайте инструмент до 1200-1400°F, в зависимости от марки стали. Это уменьшает тепловой удар и искажение. Замачивайте 10-20 минут на дюйм поперечного сечения.
  2. Уплотняющая температура: Поднимите до рекомендуемой аустенитной температуры и промойте в течение предписанного времени. Используйте защитную атмосферу или пленку из нержавеющей стали для предотвращения декарбюрации и масштабирования.
  3. Охлаждение:] Охлаждение инструмента по его классу. Водоуплотняющие стали требуют быстрого закалки в рассоле или воде. Нефтеуплотняющие стали используют теплое масло. Воздушно-уплотняющие стали охлаждаются в неподвижном воздухе или принудительном газовом закалке. Поддерживают температуру закалки в пределах рекомендуемого диапазона.
  4. Температура: Сразу после закалки и до того, как инструмент остынет ниже 100-150°F, перенесите инструмент в печь для закалки. Закалка снижает хрупкость при сохранении твердости. Температура закалки зависит от желаемой конечной твердости: 300-400°F для высокой твердости (60-65 HRC), 500-700°F для средней твердости (50-60 HRC). Замочите на один час на дюйм толщины. Высокоскоростные стали и D2 требуют двух или трех циклов закалки по два часа каждый.
  5. Охлаждение после закалки: Дайте инструменту остыть до комнатной температуры на неподвижном воздухе. Не угасайте после закалки, так как это может ввести новые напряжения.

После термической обработки проверить твердость с помощью тестера или файлов твердости. Если твердость ниже спецификации, температура аустенификации может быть слишком низкой, время выдержки слишком коротким или замедляется. Эти проблемы требуют повторения всего цикла закалки, что несет риск роста зерна или декарбюрации. На практике второй цикл закалки следует пытаться только в том случае, если инструмент не перегрелся и имеет достаточную материальную добавку для дополнительных потерь масштаба и декарбюрации.

Финальная отделка и польизация

После термической обработки поверхность инструмента может иметь тонкий слой масштаба или декарбюрации, который необходимо удалить.Завершение шага также улучшает качество поверхности, уменьшает трение и продлевает срок службы инструмента.

Начните с легкой поверхностной шлифовки или ручного хлопания, чтобы удалить 0,002-0,005 дюйма с критических поверхностей. Следуйте абразивной бумаге в прогрессивных решетках: 120, 240, 320, 400 и 600. Для инструментов, которые контактируют с заготовкой на высокой скорости или под большой нагрузкой, рассмотрите окончательный пол с 1000-грит или более тонким абразивом, а затем сверхдоработка алмазной пастой на войлочном колесе.

Краевая подготовка имеет значение для режущих инструментов. Микроскопический радиус 0,001-0,003 дюйма на режущей кромке (часто называемый режущим оттачиванием) может удвоить срок службы инструмента, предотвращая микрочипирование во время первоначального взаимодействия. Применить отточенный с помощью тонкого алмазного камня или оттачивающего устройства с контролируемой длиной хода. Не перегружайте, так как это притупляет инструмент.

Для формования и штамповки инструментов полируйте рабочие поверхности до зеркальной отделки. Гладкая поверхность уменьшает сцепление материала заготовки и снижает трение, что непосредственно улучшает качество деталей и долговечность инструмента. Используйте твердое войлочную болванку или муслиновое колесо, заряженное зеленым соединением оксида хрома, за которым следует белая руга для конечного прохода.

После окончания промывки средство тщательно очищают для удаления всех абразивных остатков и полирующих соединений.Нанести тонкую пленку из ржавчины-предотвращающего масла или подходящий ингибитор коррозии перед хранением или возвратом в эксплуатацию.

Лучшие практики для повторного использования восстановленных инструментов

Правильно отремонтированный инструмент может соответствовать или превышать производительность нового инструмента, но только если он используется и поддерживается правильно. Следуйте этим рекомендациям, чтобы максимизировать отдачу от ваших усилий по восстановлению.

Оперативные параметры

У восстановленных инструментов может быть немного другая геометрия, чем у новых инструментов, особенно после нескольких циклов шлифования. Отрегулируйте скорости резания и подачи соответственно. Инструмент, который был перезаземлен несколько раз, будет иметь меньший диаметр или более тонкое поперечное сечение, уменьшая его жесткость. Понижайте скорость резания на 10-15% и немного уменьшайте скорость подачи, чтобы предотвратить болтовню и поломку края.

Для формования и штамповки инструментов проверьте клиренс от инструмента к заготовке после повторного кондиционирования. Измельчение поверхности пунша или кристалла изменяет зазор клиренса. Если клиренс увеличился за пределы рекомендуемого диапазона, рассмотрите возможность переключения инструмента или принятия более короткого интервала обслуживания перед следующим циклом кондиционирования.

Смазка и охлаждение

Правильная смазка не подлежит обсуждению для восстановленных инструментов. Свежий режущий край острый и более восприимчивый к тепловому повреждению. Используйте высококачественную режущую жидкость, соответствующую материалу заготовки. Для большинства стальных заготовок хорошо работает серное или хлорированное режущее масло. Для алюминия или латуни используйте неокрашивающую смазку. Убедитесь, что поток охлаждающей жидкости достигает зоны режущей непрерывно; прерывистое охлаждение вызывает тепловой цикл, который сокращает срок службы инструмента.

Хранение и обработка

Хранить восстановленные инструменты в сухой среде с контролируемой влажностью. Держать режущие инструменты отдельно друг от друга с помощью разделителей или отдельных пластиковых рукавов для предотвращения повреждения края во время хранения. Если инструменты не будут использоваться в течение нескольких недель, нанесите внутрь контейнера для хранения более тяжелую антиржавеющую смесь или парофазную антикоррозионную бумагу.

Никогда не складывайте тяжелые инструменты поверх заостренных краев или нежных формирующих поверхностей. Используйте стойки инструментов, плафоны или специальные вырезы пены для организации инструментов и защиты их восстановленных поверхностей.

Установление графика восстановления

Вместо того, чтобы ждать, пока инструмент полностью изношен, установите запланированную программу восстановления на основе накопленного использования. Для инструментов большого объема производства отслеживайте срок службы инструмента с точки зрения произведенных деталей или времени сокращения. Замените или переохладите инструмент после того, как он достигнет 70-80% от ожидаемого срока службы. Этот подход предотвращает катастрофический сбой, поддерживает стабильное качество деталей и сокращает время простоя, вызванное неожиданными изменениями инструмента.

Документируйте каждый цикл восстановления: запишите дату, количество удаленного материала, используемые параметры термообработки и окончательную твердость. Эти исторические данные помогают предсказать, сколько еще циклов может выдержать данный инструмент, прежде чем он станет слишком маленьким или слишком слабым для использования.

Протоколы безопасности для восстановления металлоконструкций

Кондиционерная инструментальная сталь включает в себя высокие температуры, вращающиеся машины, воздушные частицы и химические опасности. Безопасность должна быть первым фактором на каждом этапе процесса.

Безопасность шлифовальных работ

Измельчение образует мелкую металлическую пыль, которая может воспламениться или вызвать раздражение дыхания. Всегда используйте шлифовальное колесо, рассчитанное на материал инструментальной стали и рабочую скорость машины. Осмотрите колесо на наличие трещин перед монтажом. Никогда не превышайте максимальную RPM, отмеченную на колесе. Носите защитные очки с боковыми щитами как минимум; щит с полным лицом предпочтительнее для измельчения большого объема. Используйте респиратор с фильтром частиц Р100, если шлифование производит мелкую пыль, особенно при измельчении высокоскоростных сталей или кобальтовых сплавов.

Обеспечить, чтобы скамейки и наземные шлифовальные машины были оборудованы надлежащим образом отрегулированными инструментальными подпорками и искровыми амортизаторами, которые должны поддерживать зазор не более 1/8 дюйма между остальными и колесом, чтобы не допустить втягивания заготовок в зазор колеса.

Безопасность термообработки

Работа с печью требует тщательного контроля температуры. Используйте откалиброванную термопару и цифровой контроллер. Никогда не открывайте печь при высокой температуре без полной защиты лица и термостойких перчаток. Обрабатывайте горячие инструменты с помощью щипцов соответствующей длины; держите щипцы сухими, чтобы избежать паровых взрывов при обращении с горячим металлом.

При закалке в масле имейте в виду, что горячий металл может воспламенить масло, если температура масла превышает его температуру вспышки. Держите резервуар для закалки по крайней мере в трех футах от печи и поддерживайте температуру масла ниже 150°F. Имейте огнетушитель класса B, рассчитанный на нефтяные пожары, легкодоступный. Никогда не используйте воду для тушения нефтяного пожара.

При закалке в воде или рассоле стойте начисто от контейнера. Быстрое кипение вырабатывает горячий пар и брызгающую жидкость. Используйте бак для закалки с высокими стенками и брызгозащитный экран.

Химическая безопасность

Ржавчины, обезжиривающие и едкие мокрые мокрые вещества содержат химические вещества, которые могут обжечь кожу или повредить глаза. Всегда носите нитрильные или неопреновые перчатки, химические брызги и химически устойчивый фартук при обращении с этими веществами. Работайте в хорошо проветриваемой зоне или под вытяжным капотом. Храните химикаты в их оригинальных контейнерах с неповрежденными этикетками. Утилизируйте использованные химикаты в соответствии с местными правилами опасных отходов.

Никогда не смешивайте различные химические вещества для очистки или травления, если у вас нет конкретных знаний об их совместимости.Смешивание кислот с отбеливателем или с определенными обезжиривателями может генерировать токсичный газообразный хлор или другие опасные побочные продукты.

Когда восстановление уже нежизнеспособно

Даже при тщательной очистке, каждый инструмент из стали имеет конечное число циклов восстановления. Признайте признаки того, что инструмент достиг конца жизни:

Когда инструмент больше не может быть восстановлен, переработайте его как сталь для лома. Многие инструментальные стали содержат ценные легирующие элементы, такие как вольфрам, ванадий, молибден и хром, которые могут быть восстановлены с помощью специализированных процессоров для лома. Это закрывает цикл материала и снижает воздействие на окружающую среду потребления инструмента.

Заключение

Восстановление изношенных инструментов стальных инструментов является практичной, экономически эффективной стратегией, которая продлевает срок службы инструмента, поддерживает качество производства и уменьшает отходы. Процесс требует тщательного внимания к каждому шагу: очистка, проверка, точное измельчение, правильная термическая обработка и окончательная отделка. Понимая конкретные механизмы износа, которые влияют на ваши инструменты и применяя соответствующие методы восстановления, вы можете достичь результатов, которые соответствуют или превышают производительность нового инструмента. Регулярное обслуживание, правильные параметры использования и строгие протоколы безопасности завершают рабочий процесс восстановления. При дисциплинированном подходе инструментальные стальные инструменты, которые в противном случае могли бы быть отброшены, могут служить в течение нескольких циклов обслуживания, обеспечивая долгосрочную ценность для любой операции по обработке металлов.