Способ изготовления режущего инструмента

А 1 СОЮЗ СОВЕТСНИХсавлпеесяикРЕСПУБЛИК ае ав 1) В 22 Р 3/24, 7/О ПИСАНИЕ ОБР Т И РСНОМУ СВИДЕ ие относится к изг нта с рабочей час ыстрорежущей стали ользовано для изго инструмента на ма и специализирован эобрете товле ью из и мо- овле- иноию инст порошковойжет быть и ления режущий ковкус темперан ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР(71) Донецкий политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРУ 810837, кл. С 21 П 9/22, 1979.(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЖУЩЕГОИНСТРУМЕНТА(57) Изобретение относится. к порошковой металлургии, в частности к спосо-.бам изготовления режущих инструментовс рабочей частью из порошковой быстрорежущей стали. Целью изобретенияявляется повышение стойкости инстру- .мента и снижение себестоимости обрания режущего ш строительных ных заводах.Известен способ изготовления сварного режущего инструмента, включающий ковку быстрорежущей стали и соединение ее со сталью крепежной части посредством сварки трением или плавлеием и последующую термическую обработку,Недостатки данного способа обра- ботки - повышенная твердость стали и опасность возникновения нафталинистоботки, 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 йс/дх = -Мй/с 1 с, Й = а - /Ь, где- температура отпуска на по-. верхности рабочей части инструмента, ь - длительность отпуска, мин, х - расстояние от режущей кромки по направлению к крепежной части, а, Ь, К- Е постоянные для данной марки стали и размеров инструмента. 3 ил 1 табл,го излома при последующей закалкевследствие этого, невысокая стой-.кость инструмента. Известен способ иэготовщего инструмента, включаюлитых быстрорежу 1 цих сталейтуры 1100-1150 фС и нагрев под закалку откованныхзаготовок 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 4в- температур по высоте режущей части, всоответствии с выражением Й дсгде Недостатком укаэанного способа яляется необходимость нагрева под закалку откованных пластин, что снижаетэффект горячей пластической деформации вследствие развитий процессов рекристаллизации и полигонизации иуменьшает стойкость инструмента. Приэтом дополнительная термическая обработка пластин и последующая термическая обработка крепежной части вызывает удорожание обработки,Наиболее близким к изобретению потехнической сущности и достигаемомурезультату является способ изготовления режущего инструмента, включающий сварку режущей части с хвостовиком и пластическое формообразованиесварной заготовки, в котором с цельюповышения стойкости и снижения трудоемкости изготовления режущего инструмента после сварки производят изотермическую выдержку в температурном инотервале Ин - Ин + 300 С,Недостатком известного способа является то, что пластическое формообразование проводят после сварки режущей части с хвостовиком. Так как дефэрмируемость углеродистой и быстро- .режущей сталей различна, то в процессе формообразования на стыке возможнопоявление трещин и несплошностей, чтопри приложении рабочей нагрузки наинструмент приводит к возникновениюнапряжений .способствующих распростЭ35. ранению трещин па телу инструмента,а следовательно, снижению стойкости.Кроме того, наличие изотермическойвыдержки в интервале температур удорожает процессЦель, изобретения - повышение стойкости инструмента и снижение себестоимости обработки. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления ре жущего инструмейта, включающему пластическое формообразование рабочей части инструмента ковкой, закалке подвергают рабочую часть непосредст-.венно после ее формообразования с 5 О температуры ковки, затем проводят механическую обработку, между рабочей и крепежной частями размещают металлическую прослойку, соединение рабочей и крепежной частей осуществляют расплавлением при 950-1150 оС промежуточной металлической прослойки, а отпуск проводят после соединения рабочей и крепежной частей с градиентом л а-С= ---- длительность отпусЬ ка, мин,- температура отпуска на поверхности рабочей части, С а, Ь, 1 - постоянные для различных марок сталей и размеров инструментах - расстояние от режущей кромкик крепежной части инструмента, мм.Благодаря этому повьппается стойкость и снижается себестоимость обработки.Способ изготовления режущего инструмента, преимущественно резцов, с рабочей частью из порошковой быстро- режущей 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 после 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 бытьниже 950 С ввиду того, что болееонизкая температура плавления не обеспечивает достаточную скорость проте5 17154кания диффузионных процессов в процессе напайки и не обеспечивает быстрого и надежного соединения рабочейчасти с крепежной частью инструмента,Малая толщина промежуточной прослой 5ки приводИт к быстрому ее расплавлению и обеспечивает высокую скоростьнапайки. При этом малая глубина прогрева рабочей части в процессе напайки не устраняет эффект упрочнения закалкой непосредственно после формооб разования.Встречная термодиффузия элементовчерез границы рабочей части - жидкийприпой и жидкий припой - крепежнаячасть обеспечивает быстрое и надежноесоединение рабочей части инструментас крепежной частью.Отпуск проводят после соединениярабочей 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 Зд мин,а затем ковали на паровоздушном молоте М 134 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 ИА (фиг.1). Твердость пластин после закалки непосредственно после формообразования составляла НКС 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 40 Х путем пайки ТВЧ с использованием в качестве припоя насквозь борированной ниэкоуглеродистой стальной пластины 3 толщиной 0,3 мм с температурой плавленияо1100 С, В качестве флюса применялась бура (фиг.2).После напайки проводили градиентный отпуск (фиг.З) Выбор параметров отпуска проводили следующим образом. Температура отпуска .для конкретного времени отпуска определялась эмпирически, Для порошковой быстрорежущей стали Р 12 ИЗК 5 Ф 2-МП при температуреоотпуска 620 С время выдержки составляет 5 мин. дй Йсавг25л э л а-где о = - --- длительность отпуска,иннй - температура отпуска на по- . 30верхности рабочей части, Сфа,Ь,М - постоянные для различных марок сталей и размеров инструментафх - расстояние от режущей кромки 35к крейежной части инструмента, мм,который обеспечивает получение требуемых служебных свойств рабочей час.,ти инструмента, одновременно с этим 40температура отпуска крепежной частиинструмента обеспечивает сохранениетребуемых, механических свойств ее.П р и м е р. Для. практической реализации данного способа изготовления 45режущего инструмента брали заготовку(фиг.1) днам. 75 мм,и высотой 50 ьииз порошковой быстрорежущей сталиР 12 МЗЕ 5 Ф 2-ИП следующего химическогосостава, Х: С 1,05; Мп 0,29, 814),85. 508 0,031; Сг 5,25 ф Х 1 0,55, Мо 4,00;Ч 3, 10 Ч 14,30; Со 5,1. Твердостьзаготовок составляла НВ 248-255 иони,имели структуру сорбитообраэногоперлита с равномерно распределенной.мелкодисперсной карбидной фазой сразмером частиц до 1 мкм. Карбиднаянеоднородность соответствовала 1 баллу по ГОСТ 19265-78. Заготовки нагреПостоянная а представляет собойинтервал допустимых температур отпус- ".ка, нри которых кратковременный отпуск порошковых быстрорежущих сталейобеспечивает требуемые свойства рабоечей части. 1Постоянная Ь характеризует темп понижения температуры в стали по тол щине пластины и, определенная эмпири- чески, она для порошковых быстрорежущнх сталей изменяется от 2,5 до 5.Для порошковой быстрорежущей стали Р 12 ИЗК 5 Ф 2-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, имеющейтолщину 10 мм, до 620 С в течение4 мин определяется иэ выражения где Е при заданных начальных условияхградиентного отпуска равняется 620-4 а-Ь 1,0 1 О 620 620--- :с 1.1,0616 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. 20Градиентный 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 механическими свойствами, префЪявляемыми. к державке 4 инструмента. После заточки инструмент градиентно отпускали. Таким же образом поступали после каждбй переточки.Аналогично проводили исследования . при изготовлении режущего инструмента при варьировании технологических параметров и но режиму прототипа.Результаты исследований приведены в таблице.Из проведенных исследований вид О но, что стойкость инструмента, обра- , ботанйого .по предлагаемому способу (строка 2-4, таблица), на 403 выше стойкости инструмента, обработанного по прототипу. 45Это можно объяснить следующим образом При а 640 происходит разуп-рочнение закаленной непосредственно после формообразования рабочей части и резкое снижение стойкости инструмента,.при а 4 600 возрастает длительность отпуска, уменьшается производительность и увеличивается себестоимость обработки. При Ь5 отпуск может. и не произойти ввиду быстрой .потери температуры рабочей частью инструмента, При Ъ ( 2,5 отпуск будет протекать наоборот очень долго, что невыгодно с экономической точки зрения. При этом снижается себестоимостьобработки вследствие .исключения термической обработки рабочей и крепежной частей инструмента.Обработка при изменении параметровградиентного отпуска, т,е, при ас 600и а640 приводит в первом случае кувеличению длительности отпуска иснижению производительности труда иудорожанию себестоимости обработки,а в другом случае - к резкому снижению стойкости инструмента. Аналогичным образом влияет изменение параметра Ь на себестоимость обработки истойкость. инструмента.Технико-экономический эффект получают за счет повышения стойкости инструмента, снижений себестоимости обработки.Годовой расход инструмента, обработанного по способу-прототипу, составляет: резец ГИ 2130-3085200000 шт резец ГИ 2130-3095 -200000 шт. Стоимость одного резца,обработанного по прототипу, составляет: резец ГИ 21303085 - 2,42 руб.,резец ГИ 2130-3095 - 1,53 руб.Годовой расход инструмента, обработанного по предлагаемому способу,вследствие повышения стойкости на 407составляет:Резец ГИ 2130-3085 - 200000(1-0,4)120000 (шт.)РезецГИ 2130-3085 - 200000(1-0,4)120000 (шт.).Стоимость резца,.обработанного попредлагаемому способу, составляет:Резец ГИ 2130-3085 - 2,14 рубРезец ГИ 21130-.3095 - 1,34 руб. Формула изобретенияСпособ изготовления режущего инструмента, преимущественно, резцов с рабочей частью из порошковой быстро- режущей 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 й 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 частями1715497 10 а-й---- длительность отпускаЪмин,температура отпуска на поО верхности рабочей части, С постоянные для различных марок сталей и размеров инстру" мента,расстояние от режущей кромки к крепежной части инструмента, мм. где/ а,Ъ,1 с -1 О дс Й 1-- = -1 с --Дх Д Достигаемые результаты Стойкость, мин Себестоимостьруб Температура плавления прослойки,фС 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 6,04 1100 69,8 7,12 1100 1100 64,3 7,15 тощ ЯВ-б 10 Ь размещают металлическую прослойку, соединение рабочей и крепежной частей осуществляют расплавлением при 950- 1150 ОС промежуточной металлической5 прослойки, а отпуск проводят после . соединения рабочей и крепежной частей с градиентом температур по высоте режущей части в соответствии с выраже- нием Технологические параметры 640 5 700 7 620 4 620 4550 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 3,30 2,86 3,40 2,80 2,98 2,96