Hartowanie pod prasami to metoda obróbki cieplnej, która pozwala ograniczyć odkształcenia elementu podczas chłodzenia. Nagrzany detal umieszcza się w odpowiednim oprzyrządowaniu, które utrzymuje jego geometrię w czasie hartowania. Technologię stosuje się przede wszystkim przy częściach płaskich, cienkich, pierścieniowych i innych detalach podatnych na paczenie. Po hartowaniu materiał zwykle poddaje się odpuszczaniu, a następnie kontroluje jego twardość oraz wymiary. Hartowanie pod prasami może stanowić jeden z etapów produkcji lub regeneracji noży przemysłowych, jeśli wymaga tego zastosowana technologia.
Czym jest hartowanie pod prasami?
Hartowanie pod prasami polega na chłodzeniu nagrzanego elementu przy jednoczesnym mechanicznym ograniczeniu jego odkształceń. Detal trafia do specjalnych płyt, matryc lub innego oprzyrządowania dobranego do jego kształtu.
Podczas chłodzenia w stali zachodzą przemiany strukturalne i pojawiają się naprężenia cieplne. Przy swobodnym hartowaniu mogą one prowadzić do wygięcia, skręcenia, falowania albo zmiany wymiarów części. Docisk prasy ogranicza możliwość takiego ruchu i pomaga utrzymać wymaganą geometrię.
W zależności od technologii podczas hartowania stosuje się odpowiednie medium chłodzące, na przykład olej. Prasa nie zastępuje więc samego chłodzenia. Jej zadaniem jest kontrolowanie kształtu detalu w czasie tego procesu.
Hartowanie pod prasami stosuje się między innymi przy nożach, pierścieniach, tarczach, kołach oraz innych częściach, dla których zachowanie płaskości lub wymiarów ma duże znaczenie.
Jak przebiega hartowanie pod prasą?
Dokładny przebieg procesu zależy od gatunku stali, geometrii elementu i wymaganych właściwości gotowej części. Najczęściej obejmuje przygotowanie detalu, nagrzewanie, hartowanie pod naciskiem, odpuszczanie oraz kontrolę końcową.
Przygotowanie detalu
Przed obróbką cieplną ocenia się stan powierzchni i geometrię części. Detal należy oczyścić z zabrudzeń, osadów lub pozostałości wcześniejszych procesów technologicznych.
Sprawdza się również, czy materiał nie ma pęknięć, głębokich uszkodzeń lub innych wad, które mogłyby pogorszyć rezultat hartowania. W przypadku regenerowanych noży może być też potrzebna wcześniejsza obróbka mechaniczna albo prostowanie.
Nagrzewanie
Element nagrzewa się do temperatury wymaganej dla danego gatunku stali. Parametry nie są jednakowe dla wszystkich noży i części metalowych.
Temperaturę, czas wygrzewania oraz sposób chłodzenia dobiera się według technologii opracowanej dla konkretnego materiału. Znaczenie mają m.in. skład chemiczny stali, grubość elementu oraz wymagania dotyczące końcowej twardości.
Hartowanie w prasie
Po nagrzaniu detal trafia do prasy wyposażonej w odpowiednie oprzyrządowanie. Matryce, płyty lub inne powierzchnie robocze ograniczają jego ruch podczas chłodzenia.
Docisk nie usuwa naprężeń powstających w materiale. Ogranicza natomiast możliwość swobodnego odkształcania się części pod ich wpływem.
Dzięki temu można zmniejszyć ryzyko paczenia, falowania lub zmiany wymiarów. Ma to szczególne znaczenie przy długich, cienkich nożach oraz innych częściach o niewielkiej grubości względem długości lub średnicy.
Odpuszczanie
Po hartowaniu stal ma dużą twardość, ale może być również bardziej krucha i zawierać znaczne naprężenia wewnętrzne. Dlatego w wielu przypadkach wykonuje się odpuszczanie.
Proces polega na ponownym nagrzaniu części do temperatury niższej niż podczas hartowania. Pozwala uzyskać właściwe połączenie twardości, odporności na zużycie i odporności na pękanie.
Odpuszczanie zazwyczaj powoduje pewien spadek twardości w stosunku do stanu bezpośrednio po hartowaniu, ale jednocześnie poprawia właściwości użytkowe materiału.
Kontrola twardości i geometrii
Po zakończeniu obróbki cieplnej można sprawdzić twardość materiału oraz wymiary części. W przypadku noży płaskich duże znaczenie ma również kontrola płaskości.
Pomiar twardości wykonuje się w odpowiednio dobranych punktach. Pozwala on ocenić, czy uzyskane wartości odpowiadają wymaganiom technologicznym i czy pomiędzy badanymi miejscami nie występują zbyt duże różnice.
Kontrola geometrii pokazuje natomiast, czy hartowanie pod prasą pozwoliło utrzymać wymagany kształt elementu.
Jaką twardość można uzyskać po hartowaniu pod prasą?
Nie istnieje jedna wartość twardości właściwa dla wszystkich noży przemysłowych. Wynik zależy przede wszystkim od gatunku stali i zastosowanej obróbki cieplnej.
Inne parametry stosuje się dla stali narzędziowych, inne dla stali szybkotnących, a jeszcze inne dla materiałów przeznaczonych do pracy w szczególnych warunkach.
Znaczenie mają też temperatura hartowania, sposób chłodzenia, liczba i temperatura odpuszczań oraz wymagania dotyczące gotowego narzędzia.
Dlatego oczekiwaną twardość należy określać na podstawie dokumentacji materiałowej i technologii przewidzianej dla danego elementu. Pomiar po obróbce potwierdza, czy założone wartości udało się osiągnąć.
Dlaczego prasa ogranicza odkształcenia płaskich elementów?
Podczas hartowania część nie chłodzi się idealnie równomiernie w każdym miejscu. Poszczególne fragmenty materiału mogą zmieniać temperaturę i strukturę w różnym tempie. Powstające naprężenia mogą wtedy prowadzić do zmiany kształtu.
Ryzyko rośnie przy elementach cienkich, długich lub mających duży stosunek średnicy do grubości. Dotyczy to między innymi wielu noży stosowanych w przemyśle drzewnym, papierniczym, opakowaniowym i recyklingowym.
Oprzyrządowanie prasy ogranicza ruch detalu w czasie przemian zachodzących podczas chłodzenia. Nie daje to gwarancji całkowitego wyeliminowania zmian wymiarowych, ale może znacznie ograniczyć ich skalę i zmniejszyć potrzebę późniejszego prostowania lub dodatkowej obróbki.
Czy hartowanie pod prasą prostuje odkształcony nóż?
Hartowania pod prasą nie należy traktować jako standardowej metody prostowania noża, który już przed obróbką cieplną ma znaczne odkształcenia.
Podstawowym zadaniem tej technologii jest kontrolowanie geometrii części w czasie hartowania. Jeśli nóż trafia do regeneracji wygięty, może wymagać wcześniejszej oceny i prostowania.
W niektórych procesach odpowiednio zaprojektowane oprzyrządowanie może wpływać na końcowy kształt części, jednak nie oznacza to, że każdą deformację można usunąć podczas hartowania pod prasą.
Dlatego przed rozpoczęciem obróbki cieplnej trzeba najpierw ocenić stan noża i ustalić właściwą kolejność prac.
Hartowanie pod prasami noży płaskich i okrągłych
Hartowanie pod prasami można stosować do części o różnej geometrii. Sposób docisku musi jednak odpowiadać kształtowi elementu.
W przypadku noży płaskich oprzyrządowanie pomaga przede wszystkim utrzymać płaskość powierzchni. Ma to znaczenie przy długich i stosunkowo cienkich ostrzach, które łatwo ulegają wygięciu podczas swobodnego chłodzenia.
Przy nożach okrągłych, tarczach i pierścieniach stosuje się oprzyrządowanie dopasowane do średnicy oraz kształtu części. Jego zadaniem może być ograniczenie zmian średnicy, bicia lub innych odkształceń geometrycznych.
Hartowanie pod prasą nie sprowadza się więc do dociskania każdego detalu między dwiema płaskimi płytami. Konstrukcja prasy i matryc zależy od rodzaju obrabianej części.
Ile trwa hartowanie w ramach regeneracji?
Czas obróbki zależy od materiału, wymiarów części, liczby elementów oraz zastosowanej technologii cieplnej.
Sam cykl hartowania stanowi zwykle jeden z kilku etapów pracy. Całe zlecenie może obejmować również ocenę stanu noża, obróbkę mechaniczną, prostowanie, odpuszczanie, szlifowanie, ostrzenie i kontrolę końcową.
Termin realizacji warto więc ustalać dopiero po ocenie elementu oraz określeniu zakresu prac potrzebnych do jego regeneracji.
Najczęściej zadawane pytania
Jaką twardość uzyskuje element po hartowaniu pod prasą?
Twardość zależy od gatunku stali oraz parametrów hartowania i odpuszczania. Nie można wskazać jednej wartości dla wszystkich noży przemysłowych. Wynik sprawdza się po zakończeniu obróbki za pomocą odpowiedniej metody pomiarowej.
Czy hartowanie pod prasą całkowicie eliminuje odkształcenia?
Nie zawsze. Technologia znacznie ogranicza ryzyko paczenia i pomaga utrzymać geometrię części, ale rezultat zależy również od materiału, kształtu detalu, wcześniejszej obróbki i parametrów chłodzenia.
Czy hartowanie pod prasą prostuje wcześniej wygięty nóż?
Nie jest to podstawowe zastosowanie tej metody. Nóż ze znacznym odkształceniem może wymagać wcześniejszego prostowania lub innej obróbki. Hartowanie pod prasą służy przede wszystkim do kontroli geometrii podczas chłodzenia.
Czy po napawaniu zawsze trzeba ponownie hartować nóż?
Nie. Dalsza obróbka zależy od materiału noża, rodzaju napoiny i wymagań technicznych. Po napawaniu można stosować hartowanie i odpuszczanie, odprężanie albo inną procedurę, ale nie istnieje jedna reguła odpowiednia dla wszystkich noży i materiałów.
Dlaczego hartowanie pod prasą stosuje się do cienkich noży?
Cienkie i długie części są bardziej podatne na wygięcie lub falowanie podczas chłodzenia. Odpowiednio dobrany docisk ogranicza ich ruch podczas przemian zachodzących w stali i pomaga zachować wymagane wymiary.
