Способ изготовления твердосплавного инструмента

 

Использование: пайка твердосплавного инструмента. Сущность изобретения: на твердосплавную пластину наносят припой на медно никелевой основе толщиной 0,05 0,1 мм электроискровым легированием, нагревается до температуры плавления припоя, затем твердосплавную пластину собирают со стальной державкой и осуществляют пайку с приложением давления, при этом стальную державку направленно охлаждают, поддерживая ее температуру 300 360°С. 3 табл. 1 ил.

Изобретение относится к пайке и может быть использовано в промышленности при изготовлении твердосплавного инструмента. Цель изобретения повышение качества изготовления твердосплавного инструмента. Существо изобретения поясняется чертежом. На чертеже изображена схема пайки, твердосплавного элемента с нанесенным слоем припоя методом электроискрового легирования, с закаленной стальной державкой. Способ изготовления твердосплавного инструмента реализуется следующим образом. На контактную поверхность твердосплавного элемента 1 наносят слой припоя на медно-никелевой основе 2 методом электроискрового легирования (ЭИЛ) с наложением ультразвуковых колебаний. Производительность, с которой наносится слой припоя данным методом, составляет 5 см²/мин. При этом гарантируется качественное диффузионное соединение между твердосплавным элементом и припоем практически без нагрева последнего, т. е. еще до пайки получено соединение, которое определяет качество паяного соединения, так как при пайке твердосплавных элементов со сталью наиболее сложным моментом является получение качественного соединения между припоем и твердым сплавом. Твердосплавный элемент 1 с нанесенным припоем 2 устанавливают в индуктор 3, подключенный к высокочастотному генератору 4. Нагревают слой припоя до расплавления и стыкуют контактные поверхности твердосплавного элемента 1 и стальной державки 5. Пайка осуществляется при направленном охлаждении стальной державки с помощью теплоотводящего устройства 6. При этих условиях различие в коэффициентах теплового линейного расширения твердого сплава и стали становятся незначительными и не происходит отпуска закаленной стальной державки. Конкретный пример изготовления твердосплавного инструмента. На контактную поверхность твердосплавного элемента типа ВК-6-ОМ, выполненного в виде цилиндра с диаметром 5 мм и высотой 8 мм, наносили слой самофлюсующего припоя на основе меди и никеля ВПр4. Контактной поверхностью являлось одно из оснований цилиндра. Процесс нанесения слоя припоя на контактную поверхность твердосплавного элемента осуществлялся на установке ручного электроискрового легирования "Элитрон-23" с наложением ультразвуковых колебаний на электрод частотой 26,5 кГц. Электроды для ЭИЛ изготовлялись из ленточного припоя ВПр4 (толщина ленты 0,5 мм, ширина 100 мм). Толщина наносимого слоя задавалась режимом работы установки и контролировалась с помощью микрометра. Режимы работы установки, при нанесении слоя припоя на контактную поверхность твердосплавного элемента, сведены в табл. 1. Далее, к твердосплавным элементам с нанесенным слоем припоя припаивали закаленные стальные державки (хвостовики) из стали У 10. Процесс пайки осуществлялся следующим образом. Подготовленные к пайке твердосплавные элементы 1 помещали в индуктор 3, подключенный к генератору 4 типа ЛЗ-13. Слой припоя нагревали до расплавления (температура полного расплавления припоя ВПр4 равна 980^оС). Стальную державку 5, помещенную в теплоотводящее устройство 6 состыковывали с контактной поверхностью твердосплавного элемента. Паяли в течение 5 с и отключали нагрев. Температура направленного охлаждения стальной державки во время пайки поддерживалась в пределах 330±5^оС. Теплоотвод осуществлялся за счет физического контакта стальной державки и теплоотводящего устройства, выполненного из меди, с принудительным охлаждением водой. Весь процесс пайки осуществлялся при атмосферных условиях. Результаты пайки образцов сведены в табл. 1. Результаты эксперимента показали, что нанесением слоев припоя от 0,04-0,1 мм методом электроискрового легирования не встречает технических и технологических трудностей. При нанесении слоя припоя толщиной 0,1 мм появляются как технические, так и технологические трудности, а именно не удается добиться равномерного нанесения слоя припоя по всей контактной поверхности твердосплавного элемента без увеличения трудоемкости и снижения производительности процесса. Исследования паяных образцов показали, что уменьшение толщины слоя припоя, нанесенного на контактную поверхность твердосплавного элемента 0,04 мм и менее, приводит к уменьшению прочности паяного соединения вследствие несмачивания припоем всей контактной поверхности стальной державки. Увеличение толщины слоя припоя более 0,1 мм уменьшает прочность паяного соединения и увеличивает неоправданные потери припоя, а также, как уже отмечалось, связано с трудностями нанесения слоя припоя методом электроискрового легирования. Режимы процесса слоя самофлюсующегося припоя на контактную поверхность твердосплавного элемента и результаты пайки обpазцов приведены в табл. 1. Для выявления оптимального диапазона значений температуры направленного охлаждения стальной державки были проведены дополнительные эксперименты. Эксперименты проводились на образцах, на которых толщина слоя самофлюсующегося припоя, нанесенного методом электроискрового легирования, была одинаковой и равнялось 0,07 мм. Режимы процесса нанесения слоя припоя и параметры пайки приведены в табл. 1. Результаты дополнительных экспериментов сведены в табл. 2. Результаты экспериментов по выявлению оптимального диапазона значений температуры направленного охлаждения стальной державки приведены в табл. 2. Контроль величины температуры направленного охлаждения осуществлялся с помощью термопары ПП68, зачеканенной в непосредственной близости от места физического контакта теплоотводящего устройства со стальной державкой. Изменение величины температуры направленного охлаждения стальной державки осуществлялось с помощью измерения расхода охлаждающей воды проходящей через теплоотводящее устройство. Прочность паяного соединения на растяжение определялась на разрывной машине МР-0,5-1. Микротвердость стальной державки после пайки определялась на микротвердомере ПМТ-3. Эксперименты показали, что уменьшение величины температуры направленного охлаждения стальной державки ниже 300^оС резко ухудшает условия, при которых происходит смачивание всей контактной поверхности стальной державки и уменьшает прочность паяного соединения (табл. 2, пример 1, гр. 3). Увеличение значения температуры направленного охлаждения стальной державки выше 360^оС приводит к отпуску стальной державки (табл. 2, пример 9, гр. 4), тем самым качество твердосплавного инструмента ухудшается. Для сравнения качества твердосплавного инструмента, изготовленного по предлагаемому способу и по прототипу, был проведен эксперимент с пайкой тех же деталей, т. е. твердосплавного элемента и стальной державки по технологии прототипа следующим образом: на контактную поверхность такого же твердосплавного элемента наносили припой ВПр4 толщиной 0,1 мм электроискровым легированием. Затем подготовленный к пайке твердосплавной элемент состыковали с контактной поверхностью закаленной стальной державки и паяли с приложением давления. Нагрев осуществляли на той же установке, что и по предлагаемому способу, до расплавления припоя, при этом температура нагрева составляла 1100^оС. Паяли в течение 5 с, после чего отключили нагрев. Результаты экспериментов, проведенных по предлагаемому способу, соответствующему примеру 7 табл. 1, и по прототипу сведены в табл. 3. Результаты сравнения качества твердосплавного инструмента, изготовленного по предлагаемому способу и по прототипу приведены в табл. 3. По результатам сравнения можно сделать следующий вывод. Изготовленный твердосплавный инструмент по предлагаемому способу является более качественным, так как инструмент, изготовленный по способу прототипа, имеет ряд недостатков, а именно: произошел отпуск стальной державки, следовательно, инструмент должен пройти дополнительную термообработку; недостаточно качественное смачивание припоем контактной поверхности стальной державки привело к меньшей прочности соединения; произошло структурное изменение твердосплавного элемента как результат воздействия повышенной температуры и наличия в нем напряжений. Изобретение позволяет качественно изготовить твердосплавный инструмент без перегрева твердосплавного элемента и наличия в нем напряжений, без отпуска закаленной стальной державки, без применения защитных сред. Потери припоя полностью исключены.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЕРДОСПЛАВНОГО ИНСТРУМЕНТА, включающий нанесение припоя на медно-никелевой основе толщиной 0,05 0,1 мм электроискровым легированием, сборку твердосплавной пластины со стальной державкой и пайку с приложением давления, отличающийся тем, что, с целью повышения качества изготовления твердосплавного инструмента, перед сборкой твердосплавную пластину с припоем нагревают до температуры плавления припоя, а в процессе пайки стальную державку направленно охлаждают, поддерживая ее температуру 300 360^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5