Способ прогнозирования работоспособности инструментов, оснащенных режущей керамикой

Авторы патента:

Халимоненко Алексей Дмитриевич (RU)

Максаров Вячеслав Викторович (RU)

G01N3/58 - исследование обрабатываемости режущими инструментами; испытание режущих свойств инструментов

Владельцы патента RU 2611980:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" (RU)

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования или контроля работоспособности (прочности, износостойкости) керамических пластин режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации. Сущность: осуществляют испытания на изменение величины исходного параметра от свойств структуры, сформированной в процессе изготовления режущего инструмента, построение эталонной корреляционной зависимости «исходный параметр - износостойкость», контроль только величины исходного параметра у текущей партии режущих инструментов и прогнозирование работоспособности (износостойкости) для текущей партии инструментов на основании зависимости. В качестве исходного параметра предлагается использовать величину удельного электрического сопротивления режущей керамики. Технический результат: повышение качества обработки точных элементов заготовок деталей машин за счет определения (прогнозирования) работоспособности инструмента, оснащенного режущей керамикой. 3 ил.

Известен способ определения износостойкости твердых сплавов (авторское свидетельство СССР №268720, опубл. 01.01.1970 г.), заключающийся в том, что испытуемый материал помещают в переменное магнитное поле, измеряют магнитную проницаемость материала и по градировочному графику «магнитная проницаемость - стойкость», построенному для эталонного образца, определяют величину износостойкости материала.

Недостатками является то, что при измерении не учитывается влияние массы и размагничивающего фактора изделий, имеющих часто различные формы и габаритные размеры, на величину магнитной проницаемости, что приводит к снижению точности измерений. Кроме того, эксплуатационная характеристика - износостойкость, контролируется данным способом посредством оценки физического состояния с помощью относительной магнитной проницаемости только в одной из составляющих материала - кобальтовой связке. Поэтому с помощью данного способа производится, по существу, оценка относительной магнитной проницаемости кобальта, его количество и деформационное состояние. При этом совершенно не учитываются другие свойства поверхности и объема инструментального материала, в том числе адгезионное состояние на границах фаз и в объеме компонентов материала инструмента. Вследствие рассмотренных причин, этот способ отличается низкой точностью при оценке износостойкости инструментальных материалов, круг которых ограничен присутствием в них кобальтовой связки.

Известен способ контроля режущих свойств партии твердосплавных инструментов (авторское свидетельство СССР №1651155, опубл. 23.05.1991 г.), заключающийся в том, что на инструмент воздействуют путем равномерно распределенного импульсного нагрева, затем регистрируют хронологическую термограмму, в качестве параметра контроля определяют коэффициент температуропроводности, а режущие свойства инструментов всей партии определяют, используя зависимость износостойкости инструмента от температуропроводности.

Недостатком способа является трудность точного определения скорости распространения тепла в материалах, в которых носителями тепла являются свободные электроны, что приводит в итоге к высокой стоимости регистрирующей аппаратуры и всей операции в целом. Вследствие этого данный способ контроля является малоперспективным для использования, как в лабораторных, так и в производственных условиях.

Известе способ прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов (патент РФ №2251095, опубл. 27.04.2005 г.), согласно которому проводят эталонные испытания режущих пластин инструментов при близкой к оптимальной скорости резания. Проводят испытания на изменение величины исходного параметра от свойств поверхностной полиоксидной структуры твердого сплава, сформированной в процессе его нагревания, строят эталонную корреляционную зависимость «исходный параметр - износостойкость», выполняют статистический контроль только величины исходного параметра для текущей партии режущих инструментов. После этого прогнозируют износостойкость для текущей партии инструментов. В качестве исходного параметра при этом используют величину времени жизни позитронов, внедренных в поверхность и приповерхностные слои твердых сплавов, и производят оценку электронной плотности их структуры. По величине электронной плотности прогнозируют износостойкость изготовленных режущих инструментов.

Основным недостатком данного способа является высокая организационная сложность в его осуществлении, так как для реализации этого способа необходим радиоактивный источник, для которого необходимо иметь специальное помещение для его хранения, измерение соответствующих параметров и обработку полученных результатов может производить только специально подготовленный и обученный персонал.

Известен способ прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов (патент РФ №2518238, опубл. 10.06.2014 г.), согласно которому проводят испытание инструмента для определения изменения величины исходного параметра в зависимости от свойств структуры, сформированной в процессе изготовления режущего материала. Проводят эталонные испытания на износостойкость в процессе резания материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ на близкой к оптимальной скорости резания. Строят эталонную корреляционную зависимость «исходный параметр - износостойкость». Осуществляют статистический контроль у текущей партии режущих инструментов только величины исходного параметра, в качестве которого используют величину концентрации водорода, содержащегося во внутренней структуре материала, с уменьшением которой износостойкость режущих инструментов возрастает. Прогнозирование износостойкости для текущей партии твердосплавных инструментов осуществляют на основании зависимости.

Основным недостатком данного способа является проведение эталонных испытаний, при которых партия инструментов, предназначенная для испытания, не может быть использована в дальнейшем для процесса обработки, так как характер их износа является критическим или приближен к нему. Кроме этого, данный способ применяется в основном для определения износостойкости инструментов на основе твердых сплавов, поэтому прогнозирование работоспособности инструментов из других материалов фактически с такой же степенью точности маловероятно.

Известен способ прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов (патент РФ №2459192, опубл. 20.08.2012 г.), принятый за прототип, при котором осуществляют проведение эталонных испытаний на износостойкость в процессе резания материалов при оптимальной скорости резания. Проводят испытания на изменение величины исходного параметра от свойств структуры, сформированной в процессе изготовления режущего инструмента. Осуществляют построение эталонной корреляционной зависимости «исходный параметр - износостойкость». Контролируют только величину исходного параметра у текущей партии твердосплавных режущих инструментов и прогнозируют износостойкость для текущей партии инструментов на основании зависимости. В качестве исходного параметра используют площадь гистерезисной петли, полученной при контроле поверхностной термо-эдс с включенным и выключенным нагревом горячего зонда, с увеличением площади которой износостойкость возрастает.

Недостаток данного способа заключается в том, что при его использовании отсутствует вероятность получения достоверного результата, если в качестве инструментального материала используется не твердый сплав, а режущая керамика. Таким образом, данный способ интересен тем, что по изменению исходного параметра инструментального материала контролируется параметры его структуры, влияющие на его работоспособность (износостойкость).

Техническим результатом является повышение качества обработки точных элементов заготовок деталей машин за счет определения (прогнозирования) работоспособности инструмента, оснащенного режущей керамикой.

Технический результат достигается тем, что в качестве исходного параметра используют величину удельного электрического сопротивления режущей керамики, с увеличением которой работоспособность инструмента возрастает.

Способ поясняется следующими фигурами.

Фиг. 1 - параметры микроструктуры режущей керамики.

Режущая керамика состоит из основной фазы - 75% оксида алюминия, и зерен карбидов титана, вольфрама и молибдена. Режущие свойства керамики зависят от микроструктурных параметров - диаметра карбидных зерен D_СР, их количества Н, суммарной линии протяженности границ зерен С и процента пористости П материала. Количество зерен карбидов определяется исходя из Н=П+0,5Р-1, где П - количество зерен, не пересекающихся с ограничивающим квадратом площадью S=625 мкм (согласно тарированной сетке окуляра микроскопа); Р - количество зерен, пересекающихся с ограничивающим квадратом. Суммарная линия протяженности границ карбидных зерен определяется исходя из , 1/мм², где М - число пересечений границ зерен со стороной квадрата А. Средний диаметр карбидных зерен определяется исходя из , где D_X,Y - средний диаметр зерен по оси X и Y. Чем меньше диаметр карбидных зерен, больше их количество, длиннее суммарная линия протяженности границ карбидных зерен и меньше процент пористости материала, тем лучше его режущие свойства (прочность, износостойкость) и соответственно больше работоспособность.

Фиг. 2 - схема определения удельного электрического сопротивления режущей керамики.

Удельное электрическое сопротивление керамической пластины (1) определяется при помощи измерительного прибора - омметра (3), соединенного с пластиной при помощи контактов (2).

Фиг. 3 - однофакторные графические зависимости величины удельного электрического сопротивления керамической пластины от при C и D_СР, равных постоянной величине; при Н и D_СР, равных постоянной величине; при Н и С, равных постоянной величине.

Способ осуществляется следующим образом.

Производится выборка необходимого количества керамических пластин из партии в зависимости от ее величины.

Проводятся измерения величины удельного электрического сопротивления R каждой керамической пластины из выборки согласно приложенной схеме, которые позволяют оценить через исходный параметр микроструктуру керамики, сформированную в процессе изготовления керамических режущих пластин, на основе зависимости :

Производится статистический контроль величины исходного параметра - величины удельного электрического сопротивления - у всей текущей партии инструментов из режущей керамики.

Осуществляется сравнение полученных данных с эталонной корреляционной зависимостью «исходный параметр - износостойкость». Поскольку керамическим пластинам с относительно малым удельным электрическим сопротивлением (R≈10 Ом) присущи большой средний диаметр зерен (2,2 мкм), большой процент пористости (14%) и малое количество карбидных зерен (21 зерно). Образцам с относительно большим удельным электрическим сопротивлением (R≈100 Ом) присущи меньший средний диаметр зерен (1,5 мкм), малый процент пористости (8%) и большое количество карбидных зерен в исследуемом квадрате (47 зерен).

Осуществляется прогнозирование работоспособности (износостойкости) для текущей партии инструментов на основе среднего значения величины удельного электрического сопротивления. Керамические пластины с величиной удельного электрического сопротивления R≈100 Ом гарантированно будут иметь более лучшую работоспособность (прочность, износостойкость, длительный период стойкости) по сравнению с керамическими пластинами, у которых величина удельного электрического сопротивления R≈10 Ом. Определив зависимость удельного электрического сопротивления от составляющих режимов резания, можно выявить зависимости, которые позволят определить наиболее оптимальные режимы обработки для каждой керамической пластины.

Таким образом, предлагаемый способ прогнозирования работоспособности (износостойкости) режущих инструментов, оснащенных режущей керамикой, может быть использован с достаточно высокой эффективностью на предприятиях, изготавливающих или использующих керамический инструмент.

Способ прогнозирования работоспособности инструментов, оснащенных режущей керамикой, включающий испытания на изменение величины исходного параметра от свойств структуры, сформированной в процессе изготовления режущего инструмента, построение эталонной корреляционной зависимости «исходный параметр - износостойкость», контроль только величины исходного параметра у текущей партии режущих инструментов и прогнозирование работоспособности (износостойкости) для текущей партии инструментов на основании зависимости, отличающийся тем, что в качестве исходного параметра предлагается использовать величину удельного электрического сопротивления режущей керамики.

Изобретение относится к обработке материалов резанием. Способ включает закрепление детали на координатном столе под объективом оптического устройства, обработку материала шлифовальным инструментом, проектирование увеличенного изображения зоны резания на экран с чертежом.

Способ прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов // 2596864

Изобретение относится к области машиностроения и касается прогнозирования и контроля износостойкости твердосплавных группы применяемости Р режущих инструментов по величине относительной диэлектрической проницаемости полиоксидной массы, полученной при окислении твердосплавных режущих инструментов - образцов в муфельной электрической печи с открытым доступом атмосферного воздуха.

Способ прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов // 2591874

Способ определения контактной температуры при использовании инструментов из сверхтвердых материалов // 2589289

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения температуры при правке абразивных кругов инструментами из сверхтвердых материалов с помощью искусственной термопары, установленной на торцевой поверхности кристалла.

Способ прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов // 2584339

Способ прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов // 2584275

Тестирование прочности на основе акустической эмиссии для pdc, pcbn или других твердых или сверхтвердых материалов // 2577080

Группа изобретений относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения прочности. Устройство содержит образец горной породы, включающий в себя первую поверхность, акустический датчик, индентор и нагрузку.

Способ прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов // 2573451

Способ оценки эффективности смазочно-охлаждающих жидкостей при шлифовании // 2572683

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при испытаниях с целью оценки эффективности смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) для шлифования. Образец закрепляют в приспособлении, с помощью рычага прикладывают заданные усилия к образцу и шлифуют его абразивным инструментом в среде СОЖ.

Способ прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов // 2570367

Способ определения удельного износа шлифовального круга // 2613254

Изобретение относится к обработке материалов шлифованием и может быть использовано для оценки режущих свойств абразивного материала шлифовальных кругов. Осуществляют закрепление кольца, имеющего базовую наружную поверхность, на планшайбе шлифовального круга соосно с его рабочей поверхностью Обрабатываемый образец устанавливают на поверхности стола станка, используемой в качестве дополнительной базовой поверхности, и шлифуют. Определяют удельный износ шлифовального круга как частное от деления объема израсходованного абразива на объем сошлифованного материала. Для этого до и после шлифования производят измерения расстояния от базовой наружной поверхности кольца до дополнительной базовой поверхности и расстояния от обрабатываемой поверхности образца до дополнительной базовой поверхности. По разности соответствующих значений упомянутых расстояний определяют значения радиуса шлифовального круга до и после шлифования. В результате снижается трудоемкость и повышается точность определения удельного износа шлифовального круга за счет исключения непосредственного контакта средств измерения со шлифовальным кругом. 5 ил.

Способ прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов // 2617137

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации. Сущность: осуществляют проведение испытания на изменение величины исходного параметра от свойств поверхностной и объемной структуры, сформированной в процессе изготовления твердосплавного режущего материала, проведение эталонных испытаний на износостойкость в процессе резания материалов, вызывающих интенсивный адгезионный износ при оптимальной или близкой к ней скорости резания, построение эталонной - корреляционной зависимости «износостойкость - исходный параметр», статистический контроль только величины исходного параметра у текущей партии твердосплавных режущих инструментов, прогнозирование износостойкости для текущей партии твердосплавных режущих инструментов на основании зависимости. В качестве исходного параметра используют величину объемной концентрации оксидного соединения на основе кобальта и вольфрама - CoWO4, входящего в состав сложного поверхностного полиоксидного образования, формирующегося на поверхности твердосплавных образцов при их нагревании в электрической печи, с увеличением концентрации указанного оксидного соединения на основе кобальта и вольфрама износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости К возрастает. Технический результат: повышение точности и снижение трудоемкости при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов // 2619801

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации. Сущность: осуществляют проведение испытания на изменение величины исходного параметра от свойств поверхностной и объемной структуры, сформированной в процессе изготовления твердосплавного режущего материала, проведение эталонных испытаний на износостойкость в процессе резания материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ при оптимальной или близкой к ней скорости резания, построение эталонной - корреляционной зависимости «износостойкость - исходный параметр», статистический контроль только величины исходного параметра у текущей партии твердосплавных режущих инструментов, прогнозирование износостойкости для текущей партии твердосплавных режущих инструментов на основании зависимости. В качестве исходного параметра используют величину, объемной концентрации оксидного соединения на основе кобальта и вольфрама - CoWO4, входящего в состав сложного поверхностного полиоксидного образования, формирующегося на поверхности твердосплавных образцов при их нагревании, с уменьшением концентрации двойного оксидного соединения на основе кобальта и вольфрама износостойкость твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р возрастает. Технический результат: прогнозирования износостойкости твердосплавных вольфрам - титан - кобальтовых режущих инструментов группы применяемости Р является повышение точности и снижение трудоемкости при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ испытания зенкера, предназначенного для обработки предварительно просверленного отверстия // 2620030

Изобретение относится к области обработки резанием и может быть использовано для испытания зенкеров и исследования обрабатываемости конструкционных материалов зенкерованием. Сущность: зенкер вводят в контакт с обрабатываемой деталью и производят ее обработку, причем деталь и зенкер располагают таким образом, что в каждом интервале времени обработки в контакте с деталью находится только одна режущая кромка, и осуществляют контроль ее состояния. В качестве детали используют пруток цилиндрической формы и обработку выполняют точением ее цилиндрической поверхности. Технической результат: увеличение долговечности работы зенкера. 1 ил.

Стенд для исследования рабочих органов строительно-дорожных машин // 2624830

Изобретение относится к технике измерений сопротивлений грунтов и снежно-ледяных образований резанию и может быть использовано для определения сил, действующих на вибрационный режущий орган строительно-дорожных машин. Устройство включает установленную на направляющих раму с жестко закрепленными на ней кронштейнами, П-образный упругий консольный элемент, шарнирно соединенный с рамой, основание, шарнирно соединенное с П-образным упругим консольным элементом, связанный с основанием держатель с рабочим органом, и горизонтальные тяги с установленными на них тензодатчиками, регистрирующими составляющие усилия резания. При этом тяга, регистрирующая горизонтальную составляющую усилия резания, выполнена в виде стержня, установлена вдоль продольной оси стенда и шарнирно закреплена одним концом в кронштейнах рамы, а другим концом с основанием. Тяга, регистрирующая боковую составляющую усилия резания, выполнена в виде стержня, установлена перпендикулярно продольной оси стенда и шарнирно закреплена одним концом в кронштейнах рамы, а другим концом с основанием. Тяга, регистрирующая вертикальную составляющую усилия резания и шарнирно связывающая раму с П-образным упругим консольным элементом, выполнена в виде вала с продольным отверстием по всей его длине и установлена параллельно продольной оси стенда в кронштейнах рамы. Между основанием и держателем с рабочим органом дополнительно установлена U-образная пружина, одна плоская стенка которой жестко закреплена на нижней части основания, а к другой плоской стенке прикреплен держатель для установки рабочих режущих органов. Внутри U-образной пружины дополнительно установлены и закреплены вибратор для создания возвратно-поступательных импульсов в вертикальной плоскости и устройство регистрации параметров вибрации, связанное с компьютером, к которому также подключены тензодатчики. Технический результат заключается в возможности проведения исследований вибрационных рабочих органов, повышении точности измерений составляющих усилий резания и осуществлении контроля нагрузочных параметров. 3 ил.

Способ выбора инструментального материала // 2629577

Способ выбора инструментального материала заключается в поочередном силовом воздействии индентора из предназначенного для обработки материала на поверхность образцов инструментальных материалов при их взаимном перемещении. При этом силу воздействия монотонно увеличивают до момента появления на образце следов схватывания с материалом индентора, а в качестве приемлемого выбирают материал образца, появление следов схватывания на котором соответствует наибольшей силе воздействия. Достигается упрощение процесса выбора инструментального материала. 1 табл., 2 ил.

Устройство для исследования двустороннего торцового шлифования деталей // 2643538

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано при шлифовании заготовок деталей машин и приборов на шлифовальных станках. Устройство содержит рабочий и базовый шлифовальные круги, привод вращения детали и привод ее врезной подачи. Предусмотрены датчики звукового давления, температуры и силы резания, подключенные к персональной электронно-вычислительной машине. В результате расширяется количество исследуемых параметров и повышается точность составления законов управления процессом двустороннего торцового шлифования деталей. 1 ил.