Способ обработки твердосплавных металлокерамических изделий

 

СПОСОБ рВРАБОТКи ТВЕРДОСПЛАВНЫХ МЕТАЛЛОКЁРАМИЧЕСКМХ ИЗДЕЛИЙ , включающий поверхностное окисление изделия путем нагрева на воздухе , охлаждение на воздухе и последующее удаление окисленного слоя, отличающийся тем, что, с целью устранен1 й дефектного слоя на поверхности изделия, образующегося в результате переточки, сокраисения длительности обработки, поверхностному окислению подвергают участки с дефектным слоем путем нагрева до температуры 960-1 в течение 3 S мин., .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„Я0„„1009607 А

3458 В 22 F 3/24; В 22 F 3/0g, С 22 С 29/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Г1РСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИИ И OTHPblTMA (21) 3336321/22-02 (22) 1 . 09. 81 (46) 07.04.83. Бюл. < 13 (72) А.И.Никитин, Н.Д.Новиков, П.М.Салов и В.В.Шаплин (71) Чувашский государственный университет им. И.Н.Ульянова (53) 621.762.8:621..79(088.8) (55) 1. Вульф А.Ф. Резание метал:лов, Л., "Машиностроение", 1973, с. 44-46..

2. Авторское свидетельство СССР 354939, кл. В 22 F 3/00 1971 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСХИХ ИЗДЕЛИЙ, включающий поверхностное окисление изделия путем нагрева на воздухе, охлаждение на воздухе и последующее удаление окисленного слоя, отличающийся тем, что, с целью устранения дефектного слоя на поверхности изделия, образующего-. ся в результате переточки, сокраа ения длительности обработки, поверхностному окислению подвергают участки с дефектным-слоем путем нагрева до температуры 960-1060оС в течение 3"

5 мин.

1009607

Изобретение относится к способам обработки переточенных металлокерамических инструментов вольфрамовой (ВК) титано-вольфрамовой(TK1и титано-тантало-вольфрамовой(TTK)групп повышения их износостойкости путем удаления дефект.ного слоя, образованного в результа" те их затачивания абразивными кругами °

Известны способы повышения стойкости инструментов путем удаления дефектного слоя. травлением, электрополированием или упрочнением дефект" ного слоя различными средствами.

Травление дефектного слоя заключается в том, что инструмент, предварительно обезжиренный, погружают на 10-15 мин в ванну с разбавленным раствором серной и азотной кислот с небольшим количеством медного купо- 2О роса, После травления и последующей промывки инструмент нагревают до 50о

160 С для удаления водорода, вызывающего хрупкость режущих кромок, Практикой установлено, что стойкость .инструмента заметно повышается лишь при наличии достаточной первоначальной твердости (НВ >i250).

При электрополировании дефектного слоя в ванну с электролитом, со- ЗО держащим раствор фосфорной и серной кислот, погружают инструмент и присо- единяют к аноду источника постоянного тока. Катодом является свинцовая пластинка. При прохождении тока чеРез З инструмент и электролит происходит электролитическое травление, при котором быстрее растворяются выступы, следовательно, протравленная поверхность не только освобождается от де- 4О фектного слоя, но становится менее шероховато" $1).

Недостатком известных способов является то, что они продолжительны и трудоемки, особенно для твердосплав- 4 ных пластин групп КВ,- ТК и ТТК и тре" буют сложного оборудования.

Кроме того, они сопряжены с вред" ными условиями труда, так как приходится работать с сильными кислотами50 а пары кислот токсичны, при травлении, в особенности при электрохимической полировке, стравливаются в первую очередь вершины и режущие кро ки инструмента, так как здесь наивысший потенциал электрического поля, при химическом травлении и э1ектрополировке происходит наводораживание поверхности инструмента, что вызывает хрупкость его режущих кромок.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ обработки поверхности металлокерамических изделий, заключающийся в окислении поверхности металлокерамических изделий при 850-950 С на воздухе, охлаждении пластин и последующем удалении окисленного слоя вибрацией. Для улучшения механических свойств изделий и упрощения технологии их обработки изделие окисляют в струе сжатого воздуха, нагретого до температуры окисления, и охлаждают изделие со скоростью 100 град/мин. Окислен" ный слой удаляют виброобработкой изделий путем виброударного воздействия продолжительностью 1-2 ч с непрерывной промывкой этих изделий водой (2 1

Недостатками способа являются неполное устранение дефектного слоя на поверхности изделий, длительность обработки и большой расход материала.

Неполное устранение дефектного слоя происходит из-за недостаточной глубины снятого поверхностного слоя.

Глубина снятого поверхностного слоя по известному способу составляет

0,15-0,2 мм.

Целью изобретения является устранение дефектного слоя на поверхности изделий, образующегося в результате переточки, и сокращение длительности обработки.

С этой целью по способу обработки твердосплавных металлокерамических изделий, включающему поверхностное окисление изделия путем нагрева на воздухе, охлаждение на воздухе и последующее удаление окисленного слоя, поверхностному окислению подвергают участки с дефектным слоем путем нагрева до 960-1000 С в течение 35 мин.

При предложенном способе используют главным образом электропечь, При известном способе используются кроме электропечи пневмосеть, куда подается сжатый до 1 атм воздух и виброконтейнер с непрерывной подачей воды. Кроме того, необходимы фильтры для улавливания окислов, т.е. требуется сложное оборудование, которое усложняет и увеличивает технологический процесс.

По предложенному способу на удаление дефектного слоя после заточки

07 4 к образованию окислов, труДно удаляемых с поверхности. Рентгеноструктурные исследования, проведенные на дифрактометре ДРОН-2,0, показали что окисление с температурой ниже 960 С ° приводит к преимущественному образованию окислов ИО и Ч (), которые трудно отделить с поверхности, так как адгезия их с основой твердосплав" ных пластин велика. При их удалении возможны вырывы карбидных зерен металлокерамических пластин, что ска" жется на стойкости резцов. Окисленный слой, образующийся при выдержке образца с температурой в интервале о

960-1000 С, состоит в основном из окислов, которые легко удаляются и при этом не захватывают карбидных зерен.

После удаления окисленного слоя под ним на твердосплавной пластинке образуется однородная ровная поверх-, ность, микротрещины, риски и следы заточки исчезают.

Для практической проверки эффектив" ности данного способа удаления дефектного слоя на твердосплавных пластинках и повышения их износостойкости были проведены испытания на стойкость при точении стали 45Х резцами из

ВК6. Применялись резцы с механичес" ким креплением твердосплавных пластин.

Пластинки ВК6 имели следующие разме" ры: длина 18 мм, ширина 1О мм, высота 7 мм. Дефектный слой создавали путем затачивания твердосплавного режущего инструмента на станке модели

3В642 алмазным кругом АСВ125/100-МО 13 со следующей геометрией режущей части: . q go q + 0о о. «60 «о

Для удаления дефектного слоя этот режущий инструмент нагревали в открытой печи сопротивления СШОЛ 1.16/

12-МЗ-У4.ч. при 980 С в течение 3.мин, после чего инструмент вынимали и охлаждали на воздухе. Образовывался окисленный слой серо-зеленого цвета толщиной 0,5 мм, который легко соскабливался скальпелем.

На растровом электронном микроскопе РЭМ-200 были сфотографированы поверхность заточенного твердосплавного инструмента и поверхность того же инструмента, дефектный слой которого был снят указанным выше способом. У. заточенного инструмента видны риски и следы заточки, высока шероховатость

3 !0096 с одной твердосплавной пластины требуется. максимально 8,5 мин,из которых

5 мин - нагрев в печи, 2 мин - остывание и окисление на воздухе и 1,5 минсоскабливание.

При известном способе этот процесс длится максимум на 1 твердосплавную пластинку 2 ч 17 мин, из которых 8 мин - нагрев в цепи, 9 минохлаждение и 2 ч - виброобработка . 10

Значительная разница во времени сохраняется и при массовой обработке.металлокерамических иэделий.

Толщина окисленного по предложенному способу слоя составляет 0,2... 1s

0,6 мм и легко регулируется температурой и временем выдержки инструмента в печи. При окислении с температурой 960 С в.течение 3-5 мин толщина окисленного слоя составля- рр ет 0,35-0,45 мм, а при 1000 С в течение 3-5 мин образуется окисел тол" щиной 0,45-0,6 мм, поэтому дефектный слой после заточки инструмента удаляется полностью. 2$

Интервал времени выдержки 3-5 мин выбирается исходя из толщины образующегося при затачивании инструмента дефектного c3loR и глубины распространения микротрещин. При выдержке Е меньше 3 мин окисленный слой полумится недостаточной толщины для удаления дефектов, поэтому дефектный слой после окисления и удаления окислов может остаться. При времени оки.-сления больше 5 мин окисленный слой имеет толщину больше 0,6 мм, что приводит к неэффективной потере дефи— цитного материала. С целью экономии дефицитного вольфрама производят избирательное окисление. Окисляют толь40 ко ту поверхность, по которой произведена заточка. Другие поверхности изолируют от окисления тугоплавкой обмазкой, например фарфоровой глиной.

4$

Прочность окисленного слоя (его микротвердость 70 кГс/мм ) получается столь незначительной, что легко удаляется соскабливанием, например, скальпелем. Усилие соскабливания не превышает 1О кГс, а время, требуемое на очистку от окиси, не более

0,3-1,5 мин.

При выдержке с температурой выше

1000 С возможно образование термио . ческих микротрещин. Обработка с тем" пературой ниже 960 С не дает ощути мого повышения стойкости и приводит

5 10096 поверхности, тогда как у инструмента, дефектный слой которого удален, риски и следы заточки исчезли, поверхность стала однородной и гладкой. 3

Стойкостные испытания проводились всухую на токарно-винторезном станке модели 1К6!6 с бесступенчатым приводом при следующих режимах резания: .скорость резания V=90 м/мин; подача ®

S=0,3 мм/об., глубина резания Н=

=1 мм. Если взять за величину критерия износ по задней поверхности резца h>--0,65 мм, то для заточенных резцов ВК6 с дефектным слоем время резания t=35 мин, тогда как для этого же резца, дефектный слой которого удален укаэанным выше способом, оно составило t 240 мин, т.е. достигается увеличением стойкости в 6,7 20 раза ro сравнению. со стойкостью заточенных инструментов.

На растровом электронном микроскопе также просматривалось качество поверхностного слоя заточенных рез- И цов, дефектный слой которых удалялся окислением. При выдержке в печи с температурой меньше 960 С и временем выдержки менее 3 мин после удаления окисленного слоя следы за- 30 точки и риски остаются. При окислении с температурой выше 1000 С и временем выдержки более 5 мин риски и следы заточки исчезают, но возможно появление термических микротрещин.

При тех же режимах резания были проведены стойкостные испытания заточенных резцов ВК6, дефектный слой которых удалялся путем нагрева этих резцов в течение 2 мин при сле. дующих температурах выдержки: на грев при 810 С. Стой кост ь 44 мин, нагрев при 980 С. Стойкость 156 мин ; о нагрев при 1100 С. Стойкость 184 мин.

Стойкостные испытания резцов, де фектный слой которых удалялся путем их нагрева в течение 5 мин при следующих температурах: нагрев при 810 С. Стойкость 53 мин;, нагрев при 1100 С. Стойкость 216 мин; нагрев при 1000 С. Стойкость 242 мин.

Аналогичные стойкостные испытания резцов, дефектный слой которых удалялся путем их нагрева при 980оС в течение 7 и 10 мин не привели к существенному повышению их стойкости.

5$

Таким образом, наибольшую стойкость (240 мин} заточенный резец приобретает путем удаления дефектного

07 4 слоя окислением при его,нагреве в . укаэанном интервале температур 9601000 С в течение 3-5 мин, Аналогично удаляется дефектный слой, образующийся при затачивании твердосплавных режущих инструментов титано-вольфрамовых и титано-тантало"вольфрамовых групп.

Таким образом, предлагаемый способ обработки переточенных металлокерамических инструментов позволяет существенно повысить износостойкость твердосплавных режущих инструментов вольфрамовой, титано-вольфрамовой и титано-тантало-вольфрамовой групп, на поверхности которых имеется дефектный слой, образованный в результате их затачивания; исключить процессы травления и электротравления (следовательно, работу с токсичными кислотами); исключить процесс наводораживания при снятии дефектного слоя, который вызывает хрупкость режущих кромок резца; и снимать дефектный слой Фасонного инструмента, имеющего сложный профиль (при этом лишь незначительно изменяется геометрия его режущей части), Например, данный способ позволяет снять дефектный слой капиллярного канала диаметром

50 мкм микроинструмента. Этот слой образуется при сверлении капиллярного канала. После снятия дефектного слоя стенок канала путем его окисления и удаления окисленного слоя указанным способом шероховатость стенок канала существенно снизилась, риски исчезли, образовалась однородная блестящая поверхность. Электротравление и травление не позволили снять дефектный слой на стенках капиллярного канала без существенного изменения его геометрии, так как из-за вязкости электролита низка омываемость стенок канала.

Предложенный способ прост, надежен,,менее трудоемок и не требует сложного оборудования.

Для проведения избирательного удаления дефектного слоя те места, которые не нужно окислять, покрывают тугоплавкой обмазкой, например фарфоровой глиной или иным огнестойким материалом, препятствующим доступу кислорода, поэтому окисляются не защищенные обмазкой места, .уменьшенй непроизводительные потери материала инструмента. Кроме того, способ позволяет после каждой переточки затупив7 1009607 8 шегося инструмента удалять дефектный щих инструментов может быть, использослой. ван для сборного переточенного инструОбщий годовой экономический эффект мента с механическим креплением режуот внедрения данного способа позволя- щих твердосплавных пластин вольфрамоющего увеличить стойкость инстру- 5 вых, титано-вольфрамовых и титано-танмента в 6 раз по сравнению с зато» тало-вольфрамовых групп при обработченным инструментом с дефектным слоем ке материалов резанием на токарных, на 1 станок за год составит 1667 руб. агрегатных и других станках и автома. Кроме того, преяоженный способ тических линиях на черновых, получиобработки металлокервмических режу- Î стовых и чистовых операциях.

Составитель СвБагрова

Редактор Л.Утехина Техред Л .Пекарь Корректор Е.Рошко еВе е юе ююеееююеееею юю еееюееюееееееюеееееВв

Заказ 2570/7 Тираж 811 Подписное

ВНИЮИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, N-35, Раушская наб., д. 4/5 еюеююеее юее ю юе е юе ю1 ю » вв ю ю е

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород ул. Проектная, 4