Способ изготовления режущего инструмента

 

Изобретение относится, к порошковой металлургии, в частности к способам изготовления режущих инструментов с рабочей частью из порошковой быстрорежущей стали. Целью изобретения является повышение стойкости инструмента и снижение себестоимости обработки . Предложенный способ заключается в том, что пластическое формообразование рабочей части инструмента проводят ковкой, закалке подвергают рабочую часть.с температуры ковки, затем соединяют рабочую и крепежную части посредством расплавления при 950-1150°С промежуточной металлической прослойки, затем проводят отпуск с градиентом температур по высоте режущей части в соответствии с выражением dt/dx -kdt/dЈ, Ј а - t/b, где t - температура отпуска на по-. верхности рабочей части инструментаj Ј - длительность отпуска, мин, х - расстояние от режущей кромки по направлению к крепежной части, a, b, k - постоянные для данной марки стали и размеров инструмента. 3 ил., 1 табл. (Л С

А1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИК (1Е (u),(Р1) В 22 F 3/24, 7/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ П(НТ СССР (21) 4751461/02 (22) 23.10.89 (46) 29.02.92. Бюл. Р 8 (71) Донецкий политехнический институт (72) В.И.Апимов, E.Þ.Êoëÿãèí, В.П.Еремин, В.И.Чернухов и В.А.Яворская (53) 621.762.4.016 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 810837, кл. С 21 D 9/22, 1979. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЖУЩЕГО

ИНСТРУМЕНТА (57) Изобретение относится. к порошковой металлургии, в частности к спосо-. бам изготовления режущих инструментов с рабочей частью из порошковой быстрорежущей стали. Целью изобретения является повышение стойкости инстру- . мента и снижение себестоимости обраФ

Изобретение относится к изготовлению инструмента с рабочей частью из порошковой быстрорежущей стали и может быть использовано для изготовления режущего инструмента на машиностроительных и специализированных заводах.

Известен способ изготовления сварного режущего инструмента, включающий ковку быстрорежущей стали и соединение ее со сталью крепежной части посредством сварки трением или плавлением и последующую термическую обработку, Недостатки данного способа o6pa- ботки — повышенная твердость стали и опасность возникновения нафталинисто2 ботки, Предложенный способ заключается в том, что пластическое формообразование рабочей части инструмента проводят ковкой, закалке подвергают рабочую часть.с температуры ковки, затем соединяют рабочую и крепежную части посредством расплавления при

950-1150 С промежуточной металлической прослойки, затем проводят отпуск с градиентом температур по высоте режущей части в соответствии с выражением dt/dx = -kdt/d, Й = а — t/b, где t — температура отпуска на по-. верхности рабочей части инструмента, c — - длительность отпуска, мин, х— расстояние от режущей кромки по направлению к крепежной части, а, Ь, k- Е постоянные для данной марки стали и размеров инструмента. 3 ил., 1 табл. го излома при последующей закалке и, вследствие этого, невысокая стой-. кость инструмента.

Известен способ изготовления режущего инструмента, включающий ковку литых быстрорежу)цих сталей с температуры 1100-1150 0 и нагрев под закалку откованных заготовок сразу же после ковки без промежуточного отжига, закалку и трехкратный отпуск при

560 С по 1 ч, пореэку заготовок на пластинки для отрезных резцов и приваривание пластинок к державке инструмента, термическую обработку крепежной части инструмента на необходимую твердость.

1715497 4 в- температур по высоте режущей части, в соответствии с выражением

dt dt

dx с1лс 1 где

Недостатком укаэанного способа я ляется необходимость нагрева под за калку откованных пластин, что снижает эффект горячей пластической деформации вследствие развитий процессов рекристаллизации и полигонизации и уменьшает стойкость инструмента. При этом дополнительная термическая обработка пластин и последующая термичес- 10 кая обработка крепежной части вызыва. ет удорожание обработки, Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления режущего инструмента, включающий сварку режущей части с хвостовиком и пластическое формообразование сварной заготовки, в котором с целью повышения стойкости и снижения трудо- < емкости изготовления режущего инструмента после сварки производят изотермическую выдержку в температурном ино тервале Ин — ...Ин + 300 С.

Недостатком известного способа яв- 25

-ляется то, что пластическое формообразование проводят после сварки режущей части с хвостовиком. Так как деф эрмируемость углеродистой и быстро- . режуцей сталей различна, то в процессе формообразования на стыке возможно появление трещин и несплошностей, что при приложении рабочей нагрузки на инструмент приводит к возникновению напряжений .способствующих распростФ

35 . ранению трещин па телу инструмента, а следовательно, снижению стойкости.

Кроме того, наличие изотермической выдержки в интервале температур удо рожает процесс °

Цель .изобретения - повышение стойкости инструмента и снижение себестоимости обработки.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления ре- 45 жущего инструмейта, включающему пластическое формообразование рабочей части инструмента ковкой, закалке подвергают рабочую часть непосредст-. венно после ее формообразования с 5п температуры ковки, затем проводят механическую обработку, между рабочей и крепежной частями размещают металлическую прослойку, соединение рабочей и крепежной частей осуществляют расплавлением при 950-1150dÑ промежуточной металлической прослойки, а отпуск проводят после соединения рабочей и крепежной частей с градиентом л а-t = — — — — длительность отпусb ка, мин, t — температура отпуска на поо верхности рабочей части, С а, Ь, k — постоянные для различных марок сталей и размеров инструмента; х — расстояние от режущей кромки к крепежной части инструмента, мм.

Благодаря этому повьппается стойкость и снижается себестоимость обработки.

Способ изготовления режущего инструмента, преимущественно резцов, с рабочей частью из порошковой быстрорежущей стали осуществляется следующим образом.

Упрочнение закалкой после пластического формообразования порошковой быстрорежущей стали проводят с темпео ратуры ковочного нагрева 1100-1200 С после многократной вытяжки заготовки с охлаждением в масле через 1-2 с п6сле окончания ковки. Такое упрочнение приводит к повышению плотности структурных несовершенств, в частности дислокаций, формирует мелкозернистую структуру с ультрадисперсной карбидной фазой. При этом карбидная неоднородность очень незначительна.

Термоупрочненную рабочую часть соединяют с крепежной частью пайкой путем использования в качестве припоя тонкой насквозь борированной низкоуглеродистой стальной пластины с температурой плавления 950-1150 С. о

Верхняя граница температуры плавления прийоя не должна превышать температуру начала быстрого роста зерна порошковой быстрорежущей стали. Для закаленной непосредственно после быстрорежущей стали максимальная температура ковки не должна быть вьппе .

1150 С. Кроме того, нагрев выше

1150 С .уменьшает эффект упрочнения закалкой непосредственно после формообразования. Нижняя граница температуры плавления припоя не должна быть ниже 950 С ввипу того, что более

d низкая температура плавления не обеспечивает достаточную скорость проте5 17154 кания диффузионных процессов в процессе напайки и не обеспечивает быстрого и надежного соединения рабочей части с крепежной частью инструмента.

Малая толщина промежуточной прослой5 ки приводИт к быстрому ее расплавлению и обеспечивает высокую скорость напайки. При этом малая глубина прогрева рабочей части в процессе напай- 10 ки не устраняет эффект упрочнения за« калкой непосредственно после формооб разования.

Встречная термодийфузия элементов через границы рабочей части — жидкий припой и жидкий припой — крепежная часть обеспечивает быстрое и надежное соединение рабочей части инструмента с крепежной частью.

Отпуск проводят после соединения 20

l рабочей и крепежной частей с градиентом температур по. высоте режущей части в соответствии с выражением вали в газовой печи до 1150 С, выдерживали при этой температуре 30 мин, а затем ковали на паровоздушном молоте М134 с массой падающих частей 3 т со степенью деформации 557, с междеформационной паузой 0,5 с. Время ковки составило 60 с. Через 2 с после окончания ковки пластины охлаждали в масле И-12А (фиг.1). Твердость пластин после закалки непосредственно после формообразования составляла

HRC 64-66, карбидная неоднородность

- была незначительна (1 балл йо ГОСТ

19265-78)..Структура характеризовалась мелкозернистым строением (12 номер по ГОСТ 5639-82) и равномерно распределенной мелкодисперсной карбидной фазой с размером карбидов 0,3-0,5 мкм.

После этого из пластин 2 изготавливали рабочую часть режущего инструмента, в частности для отрезных рез-, цов, которую соединяли с крепежной частью инструмента, изготовленной из конструкционной. стали 40Х путем пайки

ТВЧ с использованием в качестве припоя насквозь борированной ниэкоуглеродистой стальной пластины 3 толщиной

0,3 мм с температурой плавления о

1100 С. В качестве флюса применялась ° бура (фиг.2).

После напайки проводили градиентный отпуск (фиг.3).. Выбор параметров отпуска проводили следующим образом.

Температура отпуска .для конкретного времени отпуска определялась эмпирически. Для порошковой быстрорежущей стали Р12ИЗК5Ф2-ИП при температуре о отпуска 620 С время выдержки составляет 5 мин.

dt dt

= -k —— 25 д для л » а- где c = — — — длительность отпуска, мнн, и - температура отпуска на по- 30 верхности рабочей части, С а,Ь,k — постоянные для различных марок сталей и размеров инструмента, х — расстояние от режущей кромки 35 к крейежной части инструмента, мм, который обеспечивает получение требуемых служебных свойств рабочей час,ти инструмента, одновременно с этим 40 температура отпуска крепежной части инструмента обеспечивает сохранение требуемых, механических свойств ее.

Пример. Для. практической реа-. лизации данного способа изготовления 45 . режущего инструмента брали заготовку (фиг. 1) днам. 75 мм,и высотой 50мк

Hs порошковой быстрорежущей стали

Р12ИЗЕ5Ф2-ИП следующего химического состава, Ж: С 1,05; Nn 0,29, Si 9,85;. 50

$ 0,03 1; Cr 5,25, Ni 0,55; Мо 4,00;

V 3, 10; Ч 14,30; Со 5,1. Твердость заготовок составляла НВ 248-255 и они.имели структуру сорбитообраэного. перлита с равномерно распределенной. мелкодисперсной карбидной фазой с размером частиц до 1 мкм. Карбидная неоднородность соответствовала 1 баллу по ГОСТ 19265-78. Заготовки нагреПостоянная а представляет собой интервал допустимых температур отпус- ". ка, нри которых кратковременный от пуск порошковых быстрорежущих сталей обеспечивает требуемые свойства рабо чей части.

Постоянная Ь характеризует темп понижения температуры в стали по тол» щине пластины и, определенная эмпирически, она для порошковых быстрорежущнх сталей изменяется от 2,5 до 5.

Для порошковой быстрорежущей стали Р12ИЗК5Ф2-ИП а = 620, Ь = 4.

Градиентный отпуск проводили при .

600 С в течение 4 мин. Отпуск был двухкратным. При заданных параметрах градиентного отпуска глубина прогрева рабочей части инструмента, имеющей,1715497 толщину 10 мм, до 620 С в течение

4 мин определяется иэ выражения где k при заданных начальных условиях градиентного отпуска равняется

620-4 а-Ь 1,0

620 620 — — —: 1.

1,0 616

Тогда глубина прогрева составляет Х . 4 мм. 15 .В прогретых поверхностных слоях рабочей части инструмента происходит процесс вторичного твердения, в результате чего возрастает прочность и стойкость инструмента. 20

Градиентный отпуск проводили путем нагрева торцовой части инструмента со стороны рабочей части в щелевой электрической печи в воздушной атмосфере.

Такой обработкой добивались тре- буемых служебных свойств в рабочей части инструмента, при этом крепежная часть обладала необходимыми меха. ническими свойствами, пре(3являемымик державке 4 инструмента. После заточ-30 ки инструмент градиентно отпускали.

Таким же образом поступали после каждой переточки.

Аналогично проводили исследования при изготовлении режущего инструмента при варьировании технологических параметров и по режиму прототипа.

Результаты исследований приведены в таблице.

Из проведенных исследований вид- 4О но, что стойкость инструмента, обра- . ботанйого .по предлагаемому способу (строка 2-4, таблица), íà 40Х выше стойкости инструмента, обработанного по прототипу. 45

Это можно объяснить следующим образом . При а> 640 происходит разуп- рочнение закаленной непосредственно после формообразования рабочей части и резкое снижение стойкости инструмента,.при а4 600 возрастает длительность отпуска, уменьшается производительность и увеличивается себестоимость обработки. При Ь > 5 отпуск может и не произойти ввиду быстрой .потери температуры рабочей частью инструмента. При Ъ C 2,5 отпуск будет протекать наоборот очень долго, что

-невыгодно с экономической точки зрения. При этом снижается себестоимость обработки вследствие .исключения термической обработки рабочей и крепежной частей инструмента.

Обработка при изменении параметров градиентного отпуска, т.е. при а<600 и а 0 640 приводит в первом случае к увеличению длительности отпуска и снижению производительности труда и удорожанию себестоимости обработки, а в другом случае - к резкому снижению стойкости инструмента. Аналогичным образом влияет изменение параметра Ь на себестоимость обработки и стойкость. инструмента.

Технико-экономический эффект получают за счет повышения стойкости инструмента, снижения себестоимости обработки.

Годовой расход инструмента, обработанного по способу-прототипу, составляет: резец ГИ2130-3085200000 шт., резец ГИ2130-3095200000 шт. Стоимость одного резца, обработанного по прототипу, составляет: резец ГИ2130 3085 — 2,42 руб., резец ГИ2130-3095 - 1,53 руб.

Годовой расход инструмента, обработанного по предлагаемому способу, вследствие повышения стойкости на 407 составляет:

Резец ГИ2130-3085 - 200000(1-0,4)

120000 (шт.),, Резец ГИ2130-3085 — 200000(1-0,4)

120000 (шт.).

Стоимость резца,.обработанного по предлагаемому способу, составляет:

Резец ГИ2130-3085 - 2,14 руб., Резец ГИ21130-.3095 - 1,34 руб.

Формула изобретения

Способ изготовления режущего инструмента, преимущественно, резцов с рабочей частью из порошковой быстрорежущей стали, включающий нластическое формообразование рабочей части инструмента, соединение рабочей и крепежной его частей, закалку, от-. пуск и механическую обработку, о т — л и ч а ю ц и и с я тем, что, с целью повышения стойкости инструмента и снижения себестоимости обработки, формообразование рабочей части проводят ковкой, закалке подвергают рабочую часть непосредственно после ее формообразования с температуры ковки, затем проводят механическую обработку, между рабочей и крепежной частями

1715497

10 а-t — — — — длительность отпуска

b мин 4 температура отпуска на по0 верхности рабочей части, С постоянные для различных марок сталей и размеров инструмента, расстояние от режущей кромки к крепежной части инструмента, мм. где г а,Ъ,k—

dt dt — — = -k ——

dx d

Достигаемые результаты

Стойкостьу мин

Себестоимость руб

Температура плавления прослойки, OC

550 1,5

600 2,5

620 4

6,94

900

7,03

7,84

950

1100

1150

7,68

5,44

1250

6,86

900

5,30

1250

1100

7,01

6,04

1100

69,8

7,12

1100

64,3

7,15

5,8 размещают металлическую прослойку, соединение рабочей и крепежной частей осуществляют .расплавлением при 9501150ОС промежуточной металлической

5 прослойки, а отпуск проводят после . соединения рабочей и крепежной частей с градиентом температур по высоте режущей части в соответствии с выражением

Технологические параметры

640 5

700 7

620 4

620- 4

550 4

700 4

620 1,5

620 . 7

Разовая Суммарная

68,4

69,6

70,8

70,2

50,8

65,4

46,3

63,9

54,6

3,14

2,84

2,59

2,40

3,26

3,28

3i30

2,86

3,40

2,80

2,98

2,96

Способ изготовления режущего инструмента Способ изготовления режущего инструмента Способ изготовления режущего инструмента Способ изготовления режущего инструмента Способ изготовления режущего инструмента 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изготовления длинномерных биметаллических изделий из порошков различной пластичности

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изготовления составных порошковых изделий из износостойких псрошчов Цель - повышение производительности при одновременном улучшении качества изделия Раздельно прессуют охватываемую и охватывающую детали, охватываемую деталь спекают, затем детали собирают с зазором, определяемым по эмпирической зависимости

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изготовления составных изделий из железографитового материала

Изобретение относится к порошковой металлургии , в частности к способам изготовления алмазного инструмента

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изготовления алмазного инструмента

Изобретение относится к металлургии, конкретно к вторичной переработке металлов , в частности к получению изделий сложной конфигурации из металлических отходов путем горячего прессования

Изобретение относится к металлургии , в частности к способам обработки инструментальных материалов

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изготовления спеченных магнитопроводов

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изготовления составных спеченных изделий
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам термической обработки сплава системы Al-Si

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано 'для упрочнения спеченных порошковых изделий на железной основе, в частности среднеи тяжелонагруженных подшипников скольжения, эксплуатируе-

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть применено для изготовления изделий из жеЯезных порошков , работающих в условиях низкого и среднего нагружения

Изобретение относится к порошковой металлургии и, в частности, предназначено

Изобретение относится к порошковой металлургии и композиционным материалам , в частности к способам изготовления порошковых вставок для алюминиевых поршней двигателей внутреннего сгорания (ДВС)

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам обработки режущего инструмента, преимущественно твердосплавного

Изобретение относится к способам защиты от коррозии деталей нефтепрмыслового оборудования, полученных методом порошковой металлургии, и может быть использовано для защиты оборудования в высокоминерализованных водных средах, как содержащих, так и не содержащих сероводород
Наверх