Способ изготовления режущего инструмента

(45) Дата опубликования описания 30.07.80Государстлвпвй комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы иэобр етения П. Б, Гринберг, В. М. Лобанов, В. А. Уманский,А. П. Шипулин и Л, Г, Бутаков(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТАИзобретение относится к области металлообработки, в частности, изготовления твердосплавного режущего инструмента.Известен способ изготовления режущего инструмента из быстрорежущей стали, согласно которому его подвергают полной обработке, включая термическую обработку, шлифование и окончательную заточку, а затем производят низкотемпературное цианироаание в активных газовых, жидких или порошкообразных смесях, обеспечивающих насыщение поверхностных слоев стали, в основном азотом, на глубину 0,01 - 0,025 мм, Поверхностная твердость быстрорежущей стали после цианирования практически достигает НР 1000 в 10, т, е. на НУ 150 - 200 выше, чем до цианирования. Цианированный слой обладает хорошей теплостойкостью, поэтому стойкость цианированного инструмента,из быстрорежущей стали в 1,5 - 2,5 раза выше, чем нецианированного, Режимы низкотемпературного цианирования быстрорежущего инструмента следующие: Т = 560 С, время выдержки, 1 = 5 - 30 мин. Способ рекомендуется применять для инструментов, работающих без значительных ударных нагрузок.Недостатком способа является то, что при химико-термической обработке происходит одновременное насыщение передней и задней поверхностей режущего инструмента, при этом на острие его получается более интенсивное насыщение, чем на поверхности - острие пронизывается насквозь углеродом и азотом и получается хрунким.Поэтому прп черновой обработке заготовок, когда требуется более глубокое насыщение позерхностей режущего инструмента и повышаются требования к прочности режущей кромки, инструмент, изготовленный по указанному способу, не применяется. Попытки использовать указанный способ для изготовления твердосплавного инструмента также не дали положительного эффекта, стой кость цианированного инструмента оказалась в 1,5 - 2 раза ниже, чем нецианированного при обработке сллков и дисков из титановых и жаропрочных сплавов.Целью изобретения является повышение 20 стойкости режущего инструмента, преимущественно твердосплавного, прп черновой обработке труднообрабатываемых сталей исплавов.Цель достигается тем, что после насы щения поверхностного слоя рабочей частиинструмента легирующими элементами, преимущественно азотом и углеродом, с участка его передней поверхности, прилежащего к режущей кромке, снимают часть насы- ЗО щенного слоя, при этом ширину снимаемогеслоя, выбирают равной (0,5 - 1) а, где а - толщина сечения среза, а глубину плавно увеличивают в направлении к режущей кромке от нуля до максимального значения на режущей кромке, равном (0,1 - 0,8) й, где Ь - глубина насыщенного слоя.Снятие части насыщенного слоя, прилежащего к режущей кромке, производится из следующих соображений: после насыщения твердого сплава в сечении можно наблюдать два слоя: слой, насыщенный легирующим элементом или элементами, и основной материал.Однако насыщенный слой неоднороден и его можно условно разделить на 3 переходящие друг в друга зоны. Первая зона представляет из себя разрыхленный слой, лежащий на самой поверхности. Этот слой является очень тонким, порядка 0,001 - 0,003 мм и в 2 - 3 раза более мягким, чем основной материал, так как в нем, очевидно, разрушены связи между кобальтовой связкой и карбидами металлов. Этот слой при резании играет положительную роль, выступая в роли смазки, однако, на самой режущей кропке он способстзует развитию микротрещин и снижает ее прочность. Вторая зона представляет из себя зону ярко выраженного насыщения. Толщина ее незначительна и зависит от условий насыщения,Эта зона неоднородна по плотности насыщения, по микротвердости, в ней встречаются участки, перенасыщенные легирующими элементами, и склонные, вследствие этого, к трещинообразованию. Особенно большую опасность представляет она на режущей кромке, так как делает кромку более хрупкой и не позволяет работать в условиях ударных нагрузок. Однако у этой зоны есть и свои положительные качества, а именно повышенная износостойкость.Износ насыщенного режущего инструмента обычно начинается в виде сколов на режущей кромке и приводит к выкрашиванию ее, также часто наблюдается износ в виде растрескивания твердосплавной пластины режущего инструмента. Третья зона имеет пониженную пористость. Беспористая зона имеет диффузионное происхождение, толщина ее определяется условиями насыщения, но обычно на порядок выше толщины второй зоны. Образование этой зоны можно объяснить двумя причинами: закрытием пор в процессе насыщения, которое можно рассматривать как дополнительное спекание; закрытием пор за счет образования на их поверхности новых фаз, образуемых легирующими элементами. При этом, например, образование боридных или нитридных фаз сопровождается увеличением объема и может привести к полному или частичному закрытию пор.Эта беспористая зона обладает повышенной плотностью структуры и повышенной прочностью на изгиб и высокой износостойкостью.Снятие первой, второй и части третьейзон этого слоя приводит к повышениюстойкости и прочности режущего инструмента.Снятие насыщенного слоя на ширине,равной (0,5 - 1,0) а, где а - толщина сечения среза, и плавно увеличивающимся по10 глубине в направлении режущей кромки отнуля до максимального значения на самойрежущей кромке, равном (0,1 - 0,8) Ь, где6 - глубина насыщенного слоя, позволяетиспользовать положительные качества пер 15 вой и второй зон насыщенного слоя, одновременно избавившись от их отрицательныхкачеств,При резании основную нагрузку принимает на себя наиболее прочная, третья зонанасыщенного слоя, а вторая и первая зонанасыщенного слоя способствует лучшемусходу стружки, уменьшая абразивный износ от воздействия сходящей стружки, иснижению температуры резания. Ширина25 снимаемого насыщенного слоя зависит оттолщины сечения среза а обрабатываемогоматериала. Меньшие эаения ширины снимаемого слоя выбирают при обработке материалов, дающих стружку скола, боль 50 шие - при обработке материалов, дающихсливную стружку.Глубину снимаемого слоя выбирают, исходя пз условий работы инструмента. Приработе по корке, на удар, при наличии раковин и неоднородной структуры обрабатываемого материала глубину снимаемогослоя на режущей кромке выполняют близкой к максимальному значению.В обычных условиях образования слив 40 ной стружки глубину снимаемого на режущей кромке слоя выполняют близкой кмаксимальному значению.На фиг, 1 показана многогранная режущая пластина, изготовленная по указанно 45 му способу; на фланг, 2 - сечение по А - Ана фиг, 1.Пример изготовления многопранныхтвердосплавных пластин для сборных резцов,50 Спечепную твердосплавную пластину 1шлифуют по передней 2 и задним 3, 4 и бповерхностям, а затем подвергают химикотермической обработке, например, низкотемпературному цианированию в неядовиой иидкостной ванне следующего состава;ХаСКО 25 - 35 О/О, КС 1 28 - 40 /о, ИаСОз25 - 30% в течение 3 - 5 ч при 560 в 5 С.При этом происходит поверхностное насыщение основого материала 7 преимущест 60 венно азотом и образуется насыщенныйслой высотой й,Слой 8 условно состоит из трех зон.Первая зона 9 представляет из себя разрыхленный слой, лежащий на самой по 65 верхности. Вторая зона 10 лежит под пер 751505вой зоной и представляет из себя зону ярко выраженного насыщения, Эта зона обычно создает хрупкую режущую кромку 11, Третья, нижняя, зона 12 насыщенного слоя 9 представляет собой зону повышенной плотности и обладает высокой прочностью на изгиб и износостойкостью.После химико-термической обработки пластины охлаждают на воздухе или в масле до комнатной температуры и промыва ют. Затем пластины подвергают последующей дополнительной механической обработке, заключающейся в том, что с передней поверхности 2 снимается часть 13 насыщенного слоя 8, лежащая выше поверхности 15 съема 14, пересекающей все насыщенные зоны, и прилежащая к режущей кромке 11. Ширина С снимаемого слоя 13 равна (0,5 - 1) а, где а - толщина сечения среза обрабатываемого материала.20Глубина снимаемого слоя плавно увеличивается на ширине С от нуля на лавинии 15 до максимального значения К на новой режущей кромке 1 б.При этом хрупиий слой 13, прилежащий к режущей иромке 11, снимается и в процессе резания основную нагрузку воспринимает беспористая нижняя зона 12.Эта операция выполняется на алмазнозаточных станках. 30В качестве легирующего материала кроме углерода и азота используют бор, бериллий, серу и др. Формула изобретения1. Способ изготовления режущего инструмента, согласно которому инструмент подвергают механической обработке, а затем насыщают поверхностный слой рабочей части легирующи ми элементами, преимущественно азотом и углеродом, о т л ич а ющи йся тем, что, с целью повышения стойкости инструмента, преимущественно твердосплавного, при черновой обработке труднообрабатываемых материалов, с участка его передней поверхности, прилежащего к режущей кромке, снимают часть насыщенного слоя.2. Способ по п. 1, о тлич а ю щи й ся тем, что ширину снимаемого слоя выбирают равной (0,5 - 1,0) а, где а - толщина сечения среза.3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что глубину снимаемого насыщенного слоя плавно увеличивают в направлении к режущей кромке от нуля до максимального значения на режущей кромке, равного (0,1 - 0,8) й, где Ь - глубина насыщенного слоя.Источник информации, принятый вовнимание при экспертизе:1. Четвериков С, С. Металлорежущие инструменты. М Высшая школа, 19 б 5, с. 569 - 579,751505 иг,2 Составитель Л. Каменецкаян Редактор Г. Улыбина Техред Л. Куклина ип, Харьк. фил. пред. Патент аказ 829/1015 ПО Г 1 оиск Государстве 113035, д.367ого комитетосква, ЖТираж 1160СССР но делам изобретениРаушская наб., д. 4/5 одписное ткрытий