Способ изготовления биметаллического режущего инструмента

 

.СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА, включающий плакирование сердечника из конструкционной стали порошком быстрорежущей стали и последующее горячее выдавливание, отличающийся тем, что, с целью Ьпрощения технологии, повышения прочности и снижения себестоимости, сердечник изготавливают ступенчатой , причем одна из частей является рабочей частью,плакирование сердечника порошком осуществляют путем засыпки порошком его рабочей части и , последующего спекания при 1500-1520 К, а перед горячим выдавливанием рабочую часть подвергают уплотнению при 1320-1370 К до плотности 96-98%. С « (Л ю да г да ел

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHONV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3369277/22-02 (22) 23.12 ° 81 (46) 07.07.83. Бюл. Р 25 (72) В.Н. Чачин, Б.К Тихомиров, E.A. Кузьмин, А.А. Елизаров, А.П. Челышев,.В.Г. Кантин, П.Н; Киреев и В.И. Кошиль (53) 621.762.4.04:669.14.018,14 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 814567, кл. В 22 F 7/04, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 812498, кл. В 23 Р 15/34, 1979. (54)(57) .СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА, „„SU„, l 026965 А з(5Б B 22 F 7/08 В 22 Г 3/16;

В 23 P 15 34 включающий плакирование сердечника из конструкционной стали порошком быстрорежущей стали и последующее горячее выдавливание, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения технологии, повышения прочности и снижения себестоимости, сердечник изготавливают ступенчатой формы, причем одна из частей является рабочей частью, плакирование сердечника порошком осуществляют путем засыпки порошком его рабочей части и последующего спекания при 1500-1520 К, а перед горячим выдавливанием рабочую часть подвергают уплотнению при

1320-1370 К да плотности 96-98Ъ.

1026965

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству биметаллического режущего инструмента методом пластической деформации, и может быть использовано для изготовления сложнофасонного инструмента типа метчиков, зенкеров, разверток, фрез и т.п., у которого сердцевина иэ углеродистой или малолегированной стали, а режущая часть иэ спеченной быстрорежущей стали или 10 сПлава.

Известен способ изготовления биметаллического режуцего инструмента, вхлючаюций помещение в контейнер сердечника из малоуглеродистой стали с пазами, засыпку порошка быстрорежущей стали в защитной газовой среде в пазы сердечника, герметизацию контЕйнера и напрессование порошка в процессе экструзии (13.

Недостатком известного способа является сложность технологического процесса, необходимость герметичнОго контейнера для уплотнения спеченной части режущего инструмента.

Кроме того, после экструзии контей25 нер необходимо механическим или другим способом удалять с поверхности инструмента, а засыпку порошка быстрорежущей стали необходимо осуществлять в специальном устройстве в зацитной газовой среде. Наличие га зовой среды в контейнере в процессе экструзии не позволяет получить спеченную часть режущего инструменте. с плотностью выше 98-96%, что сказыва- З5 ется на физико-механических и эксплуатационных характеристиках режущего инструмента.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигае- щ мому результату является способ и.зготовления биметаллического режущего инструмента, включающий -плакирование сердечника иэ конструк:.:,ионной стали порошком быстрорежущей стали и 45 последукнцее горячее выдавливание.

Способ предусматривает изготовление биметаллических изделий путем формообразования плакируюцей загот-явки из порошка или стружки легированной стали и плакируемой заготовки с продольно расположенными по винтовой линии канавками, внедрения плакируемой заготовки в плакирующую при вращении плакируемой вокруг продольной оси и окончательного выдавливания сборной заготовки 2).

Недостатками известного способа являются сложность технологии изготовления инструмента, низкая прочность и высокая себестоимость изде- 60 лий, необходимость в специальном обо. рудовании и оснастке для внедрения с вращением вокруг продольной оси плакируемой заготовки в плакируюцую, поскольку требуется дополнительная механическая обработка как режущей, так и хвостовой части инструмента,. низкая точность взаимного расположения плакируемой заготовки относительно плакируюцей после операции запрессовки, что сказывается на качестве изготовленного инструмента.

Цель и зобретения — упроще ние технологии, повышение прочности и снижение себестоимости иэделий.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изгОтовления биметаллического режущего инструмента, включаюцему плакирование сердечника из конструкционной стали порошком быстрорежуцей стали и последуюцее горячее выдавливание, сердечник изготавливают ступенчатой форыа, причем одна из частей является рабочей частью, плакирование сердечника порошком осуществляют путем засыпки порошком его рабочей части и последующего спекания при 1500-"520 К, а перед выдавливанием рабочую часть подвергают уплотнению при 13201370 К до пло:.íîñòè 96-983.

Способ осуществляют следующим сбразом.

Порошок лсгvpoBавной быстрореж5 шей стали засыпают в цилиндрический керамический контейнер„ вйутри которого предварительно концентрично устанавливается сердечник из малоуглеродистои констр ткни,,рно ". :г — ли по» лученную сборку подвергают уплотнению встряской на вибростенде до относительной плотности 60-70% и спекают в печи с восстановительной атмосферой или в вакуумной печи при

1500-1520 К в течение 2 ч.

После этого заготовку с относительной плотностью спеченнсй част. 75-853 вынимают из печи, извлекают иэ керамического контейнера и спеченную часть заготовки подвергают уплотнению прессованием E цилиндрической матрице при 1320-1370"К до относительной плотности 96-98%. Полученную заготовку используют для горячего выдавливания профильной час- ти инструмента при còeïåHtt деформации

60-90% и 1270-1370 К.

Таким образом в процессе горячей деформации происходи г одновременно окончательное соединение инструментального материала с сердечником и формообразование профиля режущей части инструмента, Технология плакирсвания .сердечника путем спекания в состоянии свободной насыпки дает возможность исключить операцию предварительной напрессовки порошков быстрорежущей стали на сердечник. Плакирование сердечника путем спекания в состоянии

1026965

Относительная плотность, %

Температура спекания, К

Время выдержки, ч

Плотность спекания, кг/мм

1490

68

72

1500

13

1510

15

18

1520

12

18

88

1530

12

88

90

1540

90

94 свободной засыпки при 1500-1520 К и выдержке в течение 2 ч, позволяет получить заготовку для горячей осадСпекание при температуре ниже

1490 К и при выдержке до 5 ч неэффективно, так как заготовки имеют низкую плотность и низкую прочность сцепления спеченной части с материалом сердечника, наличие сквозной пористости не позволяет осуществлять нагрев и горячее деформирование заготовок без защитной атмосферы. Спекание в течение 2 ч при температуре выше 1.500 К обеспечивает уплотнение спеченной части в результате усадки, образуется закрытая пористая структура, которая позволяет осуществлять нагрев и горячую деформацию заготовок без применения защитной атмосферы. Спекание при температуре выше

1520 К и времени выдержки более 2 ч приводит к увеличению размеров зерна ки и выдавливания режущего инструмента с высокими физико-механическими свойствами (табл. 1).

Таблица 1.спеченной быстрорежущей стали и к образованию карбидной сетки по границам зерен, что резко сказывается на эксплуатационных характеристиках режущей части спеченного инструмента (краскостойкость, вторичная твердость, прочность сцепления спеченных частиц порошка)

Таким образом, для плакирования стержня порошком быстрорежущей стали ,выбран оптимальный режим спекания (1500-1520 К и время выдержки 2 ч).

Для получения качественных заготовок под выдавливание спеченную часть заготовки дополнительно уплотняют до относительной плотности 9698% при 1320-1370 К. Уплотнение осуществляют прессованием в закрытом

65 штампе на .кривошипном прессе. 1026965

Выдавливание режущего биметаллического инструмента из заготовок с относительной плотностью спеченной режущей части менее 96% не позволяет получить инструмент с высокими эксплуатационными характеристиками, так каК наличие остаточной нористости после выдавливания- профильно-режущей части инструмента снижает его прочность и износостойкость.

Доуплотнение производится при

1320-1370 К, так как для получения качественного инструмента относитель ная плотность спеченной части заготовки перед выдавливанием должна быть не менее 96%, что обеспечивается именно при горячем доуплотнении с нагревом до указанных температур.

Горячее доуплотнение при температуре ниже 1320 К не обеспечивает требуемую плотность заготовки до и после выдавливания и, следовательно, получейие инструмента с высокими эксплуатационными свойствами.

Пример. Для изготовления машинных метчиков М12 используют сердечник из конструкционной стали 45 и порошок легированной быстрорежущей стали 10Р6М5 для образования плакирующего слоя на режущей части инструмента. Способ поясняется фиг. 1-4.

В цилиндрический контейнер с внутренним диаметром 12,5 мм нз керамического материала концентрично устанавливают ступенчатый сердечник иэ стали 45. Зазор между контейнером и сердечником заполняют порошком легированной быстрорежущей стали. Полученную сборку устанавливают на вибростенд для уплотнения порошкового слоя. Частота колебаний 30-40 Гц и амплитуда 1-2 10 м. Затем заготовку (фиг. 1) подвергают спеканию в вакуумной печи при 1510 К в течение

2 ч и при 1370. К спеченную часть заготовки (фиг, 2 ) уплотняют до от10 носительной плотности 96-98Ъ в закрытом штампе на кривошипном прессе К117.

Полученную заготовку используют для горячего выдавливания через профильную матрицу.

Выдавливание выполняют на кривошипном прессе К117 с усилением

100 тс. Перед выдавливанием заготовку нагревают в соляной ванне до

1370 K.

Усилие при выдавливании режущей части инструмента передают через заплечики хвостовой части ступенчатого Сердечника, который деформации не подвергается фиг. 3).

В результате горячего выдавливания получают биметаллическую заготовку метчика с плакирующим слоем из быстрорежущей. стали на режущей части инструмента (фиг. 3-4).

В табл. 2 приведены физико-механические свойства биметаллического режущего инструмента, полученного предложенным способом.

1026965 с с

Е I Ф НФ целое Бх одари хан к юес, иа,ижщ ОЦх

ЕО 2ЕНаЮи дх ааих!х

„1

g 1

cd ° ъ ухнх

Ф И х ол к

ЦНОЕ >БИО Ц Х а,аю m е хс< х к!

I

„! 1

1 ч

Ю I сй

1 Х I хаас ихи о о

I 9m онх

I x н ои н о и х х х к

Ф 1

Ц 1

Х 1

ЧЭ

» 1

Р ) -!

О

Ю ъ

Ю 1

1 х х ф х

Я о о

1-( и о х х

Х 1

9 1

I л с

Ю

Р4 с

cd l . Э

Л 1

cd 1

Х о

1» е !

Ю

М

%-4

CO

М

Ю LO

О

I с 1

C) 2 1

Х

Х 1

Е I х 1

o

I (б 1

Х l

1

Э

1 Д К ни оие а,о а мхи

О

LA

Г ) Ф

C)

Ю

I я

Д Я с

ОO c0 и аомх

ДХХ1 Х

C)

О

Г 1

Ю (Ч (4

О

Ю

О

C) М и

cdu И хо и а х

cdm O цх Гч ю !Ц Х

СО

%-1

I

Ю

Ш

СЧ

I л

М

1 Д

0, I u е осс

dI OX

Е Ц

1 ч

1 I

I Е (б

1 Ь Х х м

Л! ОК

Н 1 Х Е

И! ОН

О н

O1

Х I Ц а1 о

О! ХХ, д! Ocd

i x

О

Ю

1

CO

О\

Ю

Ю я-4 1

CO I

ССс

1 I

Ю

Ch

Lfl

Х 1 Х

cd v 5 Ф ОЕ нйа б хо еенн: и б ихкхо ххеоых шкхzeыи

1 и

Х Cd ф

1- и

lg о и

Х и

Ф х х б х

Ф

1 о

Х х х

Е3

I

I (б 1 н!

Х X 1

Н Э 1 о1

cd 0 1

0 н 1 о и

ОХ!

Х I

1 х н

OO I

Е cd I

Хб l

1 К

ФКб ХОЕ - й! хее аух хц<бнк

ХааХuÿcd O хеехмэн хнихоаи ы

1026965

Составитель С. Багрова

Редактор Л. Веселовская ТехредМ.Тепер Корректор Л. Бокшан

Заказ 4633/16 . Тираж 813 Подписное, ВЯИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

Плакирующий слой инструментального материала имеет твердость

HRC 66"68, ударную вязкость 1,52,5 кгм/см и прочность на изгиб

300-400 кгс/мм . Прочность сцепления материала сердечника и быстрорежущей стали при испытании на срез 5260 кгс/мм

Повышение физико-механических свойств определяется проведением выдавливания предварительно спеченной и уплотненной режущей части инструмента. Отсутствие окисной пленки на частицах порошка способствует как повышению прочностных и технологических свойств плакирующего покрытия, так и повышению прочности сцеплеиия плакирующего слоя с материалом сердечника.

Использование предложенного способа позволяет получить биметаллический режущий инструмент с высокой твердостью и износостойкостью режу- щей части при сохранении высококачественной наследственной структуры порошка быстрорежущей стали; уменьшить припуск под последующую ьй ханическую обработку режущей части инструмента, а следовательно, уменьЩ шить расход дорогостоящих порошковых материалов и объем последующей механической обработки, что обеспечивает снижение трудоемкости изготовления биметаллического режущего инструмента по предложенному способу по сравнению с процессом внедрения с вращением плакируемой заготовки в плакирующую в 2-3 раза.