Способ изготовления режущего инструмента

 

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА из поликристалли- . ческих материалов, включающий формирование основной поверхности и стружечных канавок, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости инструмента, стружечные канавки формируют по межзеренным границам материала. 2.Способ поп.1,отлича ющ и и с я тем, что стружечные канавки формируют термическим травлением с предварительной абразивной обработкой основной поверхности. 3.Способ поп.1,отличающ и и с я тем, что стружечные канавга формируют/химическимтравлением. 4.Способ по п., отличающийся тем, что после формирования стружечных канавок производят алмазную доводку основной поверхности § с последующей ее. термической обра (Л боткой.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

MINVNI

РЕСПУБЛИН

„Я0„„109 51 ур В 24 В 53/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

5lrn 9

:4 (21) 3439461/25-.08 (22) 10.03.82 (46) 23.05.84. Бюл.919 (72) Ю.Б. Дмитриев (53) 62! .922.029 (088.8) (56) 1. Захаренко И.П. и Шепелев В.А.

Алмазная заточка твердосплавного инструмента. Киев, "Научная мысль", 1976, с. 52-55.

2. Байкалов А.К. и Ступенник И.Л.

Алмазный правящий инструмент на гальванической связке. Киев, "Научная мысль", 1976, с.7-9 (прототип), (54)(57) 1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА из поликристаллических материалов, включающий формирование основной поверхности и стружечных канавок, о т л и ч а к>шийся тем, что, с целью повышения стойкости инструмента, стружечные канавки формируют по межзеренным границам материала.

2, Способ по п.l, о т л и ч а юшийся тем, что стружечные канавки формируют термическим травлением с .предварительной абразивной обработкой основной поверхности.

3. Способ по п.!, о т л и ч а юшийся тем, что стружечные канавки формируют.химическимтравлением.

4. Способ по п.l, о т л и ч а— ю шийся тел», что после формирования стружечных канавок производят алмазную доводку основной поверхности с последующей ее, термической обработкой, 1093519

Изобретение относится к резанию материалов и может быть использовано при изготовлении высокоточных деталей машин и приборов.

Известен способ изготовления инструментов, включающий операции абразивной заточки $1 5 .

Недостатком этого способа является относительно невысокая стойкость изготавливаемого инструмента, выз- 10 ванная тем, что он не позволяет получить оптимальную микрогеометрию режущих элементов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 15 способ правки абразивных инструментов, заключающийся в том, что на поверхность инструмента воздействуют алмазным правящим инструментом (2 )

Недостатком известного способа 20 является относительно невысокая размерная стойкость инструмента на доводочных операциях, вызванная нестабильностью геометрии режущих кромок. 25

Цель изобретения — повышение стойкости инструмента.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления режущего инструмента из поликристаллических материалов, включающему формирование основной поверхности и стружечных канавок, последние формируют по межзеренным границам материала. Стружечные канавки формируют термическим травлением с предварительной абразивной обработкой основной поверхно" òè и стружечные канавки формируют химическим травлением, а после их формирования производят 40 алмазную доводку основной поверхности с последующей ее термической обработкой.

Экспериментально установлено, что механическая активация путем алмазной обработки приводит к снижению температур агрегатных превращений в жидкое и газообразное состояние поверхностного слоя материалов типа гетерополярных кристаллов. Основной причиной закономерности являются высокие давления до 10 Ибар, возникающие в зоне резания и связанное с этим образование большого копичества струк" турных дефектовw что приводит к увели чению теплоемкости.

Методом дифференциального термического анализа установлено, что плавление тонкополированных поверхностей связано с эндотермическим процессом, который на керамических материалах обнаруживается уже при 1100 К.

При нагревании тонкообработанная поверхность керамики вначале фасетируется выход естественных кристаллографических плоскостей ), а затем при повышении температуры полностью сплавляется и сглаживается, После механического истирания поверхностный слой по глубине разделяется на зоны с различной степенью дисперсности. Верхний слой полностью аморфирован, с углублением в материал размеры фрагментов укрупняются, Температура плавления слоев по мере углубления в материал повышается °

В диапазоне температур 1100-2100 К термограмма содержит три эпдотермических впадины, которые при повышении температуры углубляются, качественно характеризуя температурный закон теплоемкости. Непосредственно за каждой эндотермической впадиной следует экзотермический пик, высота которых увеличивается с ростом температуры.

Боковые стороны эндотермических впадин имеют волнообразную форму, что свидетельствует о протекании экзотермических процессов в локальных объемах материала, Однако доминирующим на этой стадии является эндотермический процесс. При этом энергия поглощенная всегда больше, чем выделяемая. ilexa.ническая работа трения при алмазном шлифовании высвобождает внутрешпою энергию материала, оставляя поверхностный слой с измененной теплоемкостью, объемом и свободной поверхностью.

Возможны два основных варианта механической активации. Первый характеризуется наличием чередующихся эндовпадин и экзопиков, второй — только экзопиками. При определении варианта следует учитывать и ту часть материала, которая при механической активации измельчается и отрывается от основного объема.

В связи с аномальным увеличением теплоемкости и изменением температурного закона теплоемкости, обусловленных произведенной работой трения при шлифовании, внутренняя энергия U определяется как функция интенсивности излучения (температу1093519

ВНИИПИ Заказ 3352/13 Ткраж 737 Подписное филиел ШП1 iig+ езгр" г,ужгород, ул.Проектыаа, 4 ры Т) и поглощательной способности материала.(теплоемкости С) (Т,С) (1) ат " дС 1С (г

В процессе алмазной обработки поликристаллических материалов концентрация дефектов и глубина их проник

10 новения значительно больше в зоне межзеренных границ. Поэтому эти зоны после обработки испаряются с большеи скоростью и при меньших температурах.

Активированная зона около межзе15 ренных границ всегда больше у поверхности и уменьшается вглубь материала, что определяется физикой миграции дефектов. Этим и объясняется форма канавок в виде пирамид после трав20 ления.

При изготовлении инструмента по предлагаемому способу вначале производится алмазная обработка для активации межзеренных границ. Затем производится травление активированных зон термическим, химическим или другим методом. После травления кромки образовавшихся режущих элементов подвергают тонкой алмазной обработке с целью заострения, а затем производят

30 термодиффузионное залечивание поверхностных дефектов.

Уравнения (l ) и (2 ) показывают, что суммарное изменение внутренней энергии clU равно ее изменению только при изменении температуры при постоянной теплоемкости умноженному на изменение температуры плюс изменение, вызванное только теплоемкостью умноженное на изменение

40 теплоемкости.

Пример . Инструмент изготавливали из спеченного керамического материала на основе окиси алюминия.

После шлифования кругами ACB 125/100

Ml 100X и АСП 63/50 Бl 100 поверхности подвергалй алмазной доводке алмазными пастами ACYi 3/2, обеспечивая шероховатость не выше 0,04 и точность формы 0,2-0 5 мкм. Далее подвергали термической обработке в вакууме 10 З при 2000 К в течение

0 5-8 ч, снижали температуру до

1800 К и выдерживали 3 ч. Глубина профиля была получена в пределах

А=125 мкм. Опробован также процесс химического травления в кипящей ортофосфорной кислоте для формирования канавок.

Затем снимали алмазной пастой

АС1! 3/2 припуск 6 „ =3 мкм и подвергали термообработке на воздухе при

550-1100 К в течение 8-30 ч.

Граничные условия и режимы определялись физикой диффузионных процессов и кинетикой испарения вещества.

Нижний диапазон температур (0,6 Т,„)термического формирования канавок обусловлен тем, что при меньших температурах сублимация вещества с поверхности незначительна. Верхний предел 0,9 Т ограничивается появпл леиием существенных изменений в структуре материала. Время выдержки при формировании канавок определяется в сочетании с температурой и требуемой глубиной канавок. Введение алмазной доводки как операции окончательного формирования поверхности обусловлено необходимостью уменьшения градиуса округления режущих кромок для исправления геометрической формы и повышения режущей способности инструмента °

Последующая термическая обработка предназначена для диффузионного эалечивания дефектов, образовавшихся в поверхностном слое в процессе алмазной доводки. Эта термообработка производится при относительно низких температурах, так как на этом этапе необходимо сохранить высокую точность геометрической формы и размеры инструмента. Большой период времени выдержки обусловлен медленным протеканием диффузионных процессов при этих температурах.

Предлагаемый способ изготовления режущего инструмента из поликристаллических материалов позволяет обеспечить повышение размерной стойкости его при доводочных операциях и повысить качество обрабатываемых поверхностей.