Способ обработки твердосплавных металлокерамических изделий

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН ССРРЬПЮ ОБРЕ Г(ИУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Чувашский государственный университет им. И.Н.Ульянова(54) (57) СПОСОБ ОБРАБО СПЛАВНЫХ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧ ЛИИ, включающий поверхн сление изделия путем на духе, охлаждение на воз следующее удаление окис отличающийся с целью устранения дефе на поверхности изделия, ся в результате переточ ния длительности обрабо ностному окислению подв с дефектным слоем путем температуры 960-1060 оС 5 мин. КИ ТВЕРДОСХИХ ИЗДЕостное окиревд на воздухе и поенного слоя,тем, что,тного слояобразующего-.и, сокрааеки, поверхргают участкинагрева дотечение 3"Изобретение относится к способамобработки переточенных металлокерамицеских инструментов вольфрамовой (ВК)титано-вольфрамовой(ТК 1 и титано-тантало-вольфрамовой(ТТК 1 групп повышения их 5износостойкости путем удаления дефект.ного слоя, образованного в результа"те их затачивания абразивными кругамиИзвестны способы повышения стойкости инструментов путем удаления дефектного слоя. травлением, электрополированием или упрочнением дефект"ного слоя различными средствами.Травление дефектного слоя заключается в том, что инструмент, предварительно обезжиренный, погружаютна 10-15 мин в ванну с разбавленнымраствором серной и азотной кислот снебольшим количеством медного купороса, После травления и последующейпромывки инструмент нагревают до 50 о160 С для удаления водорода, вызывающего хрупкость режущих кромок,Практикой установлено, что стойкостьинструмента заметно повышается лишьпри наличии достаточной первоначальной твердости (НВ250).При электрополировании дефектного слоя в ванну с электролитом, со- ЗОдержащим раствор Фосфорной и сернойкислот, погружают инструмент и присо-единяют к аноду источника постоянного тока. Катодом является свинцоваяпластинка. При прохождении тока через Зинструмент и электролит происходитэлектролитическое травление, при котором быстрее растворяются выступы,следовательно, протравленная поверхность не только освобождается от де ОФектного слоя, но становится менеешероховатой 11,Недостатком известных способов является то, что они продолжительны итрудоемки, особенно для твердосплавных пластин групп КВ, ТК и ТТК и тре"буют сложного оборудования.Кроме того, они сопряжены с вред"ными условиями труда, так как приходится работать с сильными кислотами 50а пары кислот токсичны, при травлении, в особенности при электрохимической полировке, стравливаютсяв первую очередь вершины и режущиекро ки инструмента, так как здесьнаивысший потенциал электрическогополя; при химическом травлении иэ 1 ектрополировке происходит наводораживание поверхности инструмента,что вызывает хрупкость его режущихкромок,Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является способ обработки поверхности металлокерамических изделий, заключающийся в окислении поверхности металлокерамическихизделий при 850-950 С на воздухе, охлаждении пластин и последующем удалении окисленного слоя вибрацией, Дляулучшения механических свойств изделий и упрощения технологии их обработки изделие окисляют в струе сжатого воздуха, нагретого до температуры окисления, и охлаждают изделиесо скоростью 100 град/мин, Окислен"ный слой удаляют виброобработкой изделий путем виброударного воздействияпродолжительностью 1-2 ч с непрерывной промывкой этих изделий водой 2 1Недостатками способа являются неполное устранение дефектного слоя наповерхности изделий, длительность обработки и большой расход материала.Неполное устранение дефектного слояпроисходит из-за недостаточной глубины снятого поверхностного слоя.Глубина снятого поверхностного слояпо известному способу составляет0,15-0,2 мм.Целью изобретения является устранение дефектного слоя на поверхностиизделий, образующегося в результатеперетоцки, и сокращение длительности обработки.С этой целью по способу обработкитвердосплавных металлокерамическихиэделий, включающему поверхностноеокисление изделия путем нагрева навоздухе, охлаждение на воздухе и последующее удаление окисленного слоя,поверхностному окислению подвергаютучастки с дефектным слоем путем нагрева до 960-1000 С в течение 35 мин.При предложенном способе используют главным образом электропечь,При известном способе используются кроме электропечи пневмосеть,куда подается сжатый до 1 атм воздух и виброконтейнер с непрерывнойподачей воды, Кроме того, необходимы Фильтры для улавливания окислов,т.е, требуется сложное оборудование,которое усложняет и увеличивает технологический процесс.По предложенному способу на удаление дефектного слоя после заточки07 4к образованию окислов, труДно удаляемых с поверхности. Рентгеноструктурные исследования, проведенные надифрактометре ДРОН,0, показали чтоокисление с температурой ниже 960 Сприводит к преимущественному образованию окислов ИО и Ч ) , которыетрудно отделить с поверхности, таккак адгезия их с основой твердосплав"ных пластин велика. При их удалении возможны вырывы карбидных зеренметаллокерамических пластин, что ска"жется на стойкости резцов. Окисленный слой, образующийся при выдержкеобразца с температурой в интервалео960-1000 С, состоит в основном изокислов, которые легко удаляются ипри этом не захватывают карбидных зерен,После удаления окисленного слойпод ним на твердосплавной пластинкеобразуется однородная ровная поверх-,ность, микротрещины, риски и следызаточки исчезают.Для практической проверки эффектив"ности данного способа удаления дефектного слоя на твердосплавных пластинках и повышения их износостойкостибыли проведены испытания на стойкостьпри точении стали 45 Х резцами изВК 6, Применялись резцы с механичес"ким креплением твердосплавных пластин.Пластинки ВК 6 имели следующие разме"ры: длина 18 мм, ширина 1 О мм, высота 7 мм. Дефектный слой создавали путем затачивания твердосплавного режу"щего инструмента на станке моделиЗВ 642 алмазным кругом АСВ 125/100"НО 13со следующей геометрией режущей части:с 8.а. Оо,о. 6 о, оДля удаления дефектного слоя этотрежущий инструмент нагревали в открытой печи сопротивления СШОЛ 1.16/12-ИЗ-У 4.ч. при 980 С в течение 3.мин,после чего инструмент вынимали и охлаждали на воздухе. Образовывалсяокисленный слой серо-зеленого цветатолщиной 0,5 мм, который легко соскабливался скальпелем.На растровом электронном микроскопе РЭИ"200 были сфотографированы по"верхность заточенного твердосплавногоинструмента и поверхность того жеинструмента, дефектный слой которогобыл снят указанным выше способом. Узаточенного инструмента видны рискии следы заточки, высока шероховатость 3 0096с одной твердосплавной пластины требуется. максимально 8,5 мин,из которых5 мин - нагрев в печи, 2 мин - остывание и окисление на воздухе и 1,5 минсоскабливание.При известном способе этот процесс длится максимум на 1 твердосплавную пластинку 2 ч 17 мин, изкоторых 8 мин - нагрев в цепи; 9 минохлаждение и 2 ч - виброобработка. фЗначительная разница во временисохраняется и при массовой обработке .металлокерамических иэделий.Толщина окисленного по предложенному способу слоя составляет 0,2, 1 з0,6 мм и легко регулируетсятемпературой и временем выдержки инструмента в печи. При окислении с температурой 960 оС в.течение 3-5 минтолщина окисленного слоя составля- ррет 0,35-0,45 мм, а при 1000 С в течение 3-5 мин образуется окисел тол"щиной 0,45-0,6 мм, поэтому дефектныйслой после заточки инструмента удаляется полностью, . ЗФИнтервал времени выдержки 3-5 минвыбирается исходя из толщины образующегося при затачивании инструментадефектного слоя и глубины распространения микротрещин. При. выдержке щменьше 3 мин окисленный слой полумится недостаточной толщины дляудаления дефектов, поэтому дефектныйслой после окисления и удаления окислов может остаться, При .времени оки. сления больше 5 мин окисленный слойимеет толщину больше 0,6 мм, что приводит к неэффективной потере дефи -цитного материала. С целью экономиидефицитного вольфрама производят избирательное окисление. Окисляют толь 46ко ту поверхность, по которой произведена заточка. Другие поверхностиизолируют от окисления тугоплавкойобмазкой, например фарфоровой глиной.4Прочность окисленного слоя (егомикротвердость 70 кГс/мм ) получаетсястоль незначительной, что легко удаляется соскабливанием, например,скальпелем. Усилие соскабливания не ффпревышает 1 О кГс, а время, требуемое на очистку от окиси, не более03-1,5 мин,При выдержке с температурой выше1000 С возможно образование терми" ффо. ческих микротрещин, Обработка с тем"пературой ниже 960 оС не дает ощутимого повышения стойкости и приводит10096поверхности, тогда как у инструмента, дефектный слой которого удален,риски и следы заточки исчезли, поверхность стала однородной и гладкой. 3Стойкостные испытания проводилисьвсухую на токарно-винторезном станкемодели 1 К 66 с бесступенчатым приводом при следующих режимах резания:скорость резания Ч=90 м/мин; подача3=03 мм/об., глубина резания Н==1 мм. Если взять за величину критерия износ по задней поверхности резца 6=0,65 мм, то для заточенныхрезцов ВК 6 с дефектным слоем время фрезания 1=35 мин, тогда как для этого же резца, дефектный слой которого удален укаэанным выше способом,оно составило й 240 мин т.е. достигается увеличением стойкости в 6,7 20раза го сравнению, со стойкостью заточенных инструментов,На растровом электронном микроскопе также просматривалось качествоповерхностного слоя заточенных рез- Ицов, дефектный слой которых удалялся окислением. При выдержке в печис температурой меньше 960 С и временем выдержки менее 3 мин послеудаления окисленного слоя следы за- ЗОточки и риски остаются. При окислении с температурой выше 1000 С и временем выдержки более 5 мин риски иследы заточки исчезают, но возможнопоявление термических микротрещин.При тех же режимах резания былипроведены стойкостные испытаниязаточенных резцов ВК 6, дефектныйслой которых удалялся путем нагреваэтих резцов в течение 2 мин при сле.дующих температурах выдержки:нагрев при 810 С. Стойкость 44 мин фнагрев при 980 С. Стойкость 156 мин;онагрев при 1100 С. Стойкость 184 мин,Стойкостные испытания резцов, деФектный слой которых удалялся путемих нагрева в течение 5 мин при следующих температурах:нагрев при 810 С. Стойкость 53 мин, нагрев при 1100 оС. Стойкость 216 мин;нагрев при 1000 С. Стойкость 242 мин,Аналогичные стойкостные испытаниярезцов, дефектный слой которых удалялся путем их нагрева при 980 оС втечение 7 и 10 мин не привели к существенному повышению их стойкости,5Таким образом, наибольшую стойкость (240 мин) заточенный резец приобретает путем удаления дефектного 07 .4слоя окислением при его нагреве в,укаэанном интервале температур 9601000 С в течение 3-5 мин,Аналогично удаляется дефектныйслой, образующийся при затачиваниитвердосплавных режущих инструментовтитано-вольфрамовых и титано-тантало"вольфрамовых групп.Таким образом, предлагаемый способ обработки переточенных металлокерамических инструментов позволяетсущественно повысить износостойкостьтвердосплавных режущих инструментоввольфрамовой,титано-вольфрамовой ититано-тантало-вольфрамовой групп,на поверхности которых имеется дефектный слой, образованный в результате их затачивания; исключить процессы травления и электротравления(следовательно, работу с токсичными кислотами); исключить процесс наводораживания при снятии дефектногослоя, который вызывает хрупкость режущих кромок резца; и снимать дефектный слой фасонного инструмента, имеющего сложный профиль (при этом лишьнезначительно изменяется геометрияего режущей части), Например, данный способ позволяет снять дефектныйслой капиллярного канала диаметром50 мкм микроинструмента. Этот слойобразуется при сверлении капиллярного канала. После снятия дефектногослоя стенок канала путем его окисления и удаления окисленного слоя указанным способом шероховатость стенокканала существенно снизилась, рискиисчезли, образовалась однороднаяблестящая поверхность. Электротравление и травление не позволили снятьдефектный слой на стенках капиллярного канала без существенного изменения его геометрии, так как из-завязкости электролита низка омываемостьстенок канала.Предложенный способ прост, надежен, ,менее трудоемок и не требуетсложного оборудования.Для проведения избирательного удаления дефектного слоя те места, которые не нужно окислять, покрывают тугоплавкой обмазкой, например фарфоровой глиной или иным огнестойкимматериалом, препятствующим доступукислорода, поэтому окисляются не защищенные обмазкой места, .Уменьшенйнепроизводительные потери материалаинструмента. Кроме того, способ позволяет после каждой перетоцки затупив7 1009607 8 шегося инструмента удалять дефектный щих инструментов может быть, использослой. ван для сборного переточенного инструОбщий годовой экономический эффект мента с механическим креплением режуот внедрения данного способа позволя- щих твердосплавных пластин вольфрамоющего увеличить стойкость инстру-вых, титаноавольфрамовых и титаноетанмента в 6 раз по сравнению с зато- тало-вольфрамовых групп при обработценным инструментом с дефектным слоем ке материалов резанием на токарных, на 1 станок за год составит 1667 руб. агрегатных и других станках и автома. Кроме того, преяоженный способ тических линиях на черновых, получи" обработки металлокервмических режу ф стовых и чистовых операциях.Составитель С.БагроваРедактор Л.Утехина Техред Л.Пекарь КорректорЕ.Рошкоа е аЪ ае е е в еев авва е Еае еееееее ЕееееаГаЗаказ 2570/7 Тираж 811 ПодписноеВНИ 6 И Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, 1-35, Раушская наб., д. М 5вевееевв еаааввваававааееевее аваев еФилиал ППП "Патент", г. Ужгород ул. Проектная, 4