Способ обработки вольфрамокобальтового твердосплавного инструмента

СОЮЗСОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЗОБ РЕТЕ ОПИ А АВТОР ЕЛЬС УУ СВ(56) Электрофизские методы обр5, с. 6-9.Вестник маш61-63. л. %29илиаледева зического нсти ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ические и злектрохимичеботки. Соорник,1980, вып. остроения, 1982, М 3, с Изобретение относится к технологии машиностроения, а именно к изготовлению режущего инструмента, в частности сборного твердосплавного инструмента, и может быть использовано в инструментальном производстве для повышения его эксплуатационной стойкости.Известен способ термической обработкитвердосплавного инструмента, по которому проводят его обьемный нагрев при температуре 750-1200 С, скорость нагрева при этом равна 10-15 град/с. На определение оптимальных условий охлаждения твердого сплава при закалке оказывает влияние выбор среды охлаждения, в качестве которой в данном способе используются воздух, вода, масло, селитра.Несмотря на наблюдаемое повышение стойкости инструмента, упрочненного по этому способу, в частности матриц из сплава ВК 8 и ВК 15, работающих на операциях вытяжки и штамповки, на 15-25, а также режущего инструмента при фрезеровании конструкционных сталей нэ 25-320, при точении жаропрочных сталей на малых скоростях резания на 25-38, ему присущ ряд недостатков. Во-первых, нагрев до 1000 С и Ы 1752514 А 1(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВОЛЬФРАМОКОБАЛ ЬТОВОГО ТВ ЕРДОСПЛАВНОГО И Н СТРУМ Е НТА(57) Сущность изобретения: режущую часть вольфрамокобальтого инструмента подвергают многократному воздействию импульсного лазерного излученйя сначала с плотностью энергии 0,8-1,0 Дж/мм с чис 2 лом импульсов 5-10, а затем с плотностью энергии 1,0-1,2 Дж/мм, причем общее чис 2ло импульсов не превышает 15, 1 табл,выше, когда интенсивно"протекает процесс окисления твердых сплавов," должейпроизводиться в электрованне со специальным составом, обеспечивающим, с одной стороны, протекание в твердом сплаве структурных превращений, способствующих повышению стойкости инструмента, с другой стороны, должна отсутствоватьобразование окисного слоя на поверхностисплава. Наряду с этим большая трудоемкость спосо- , ба, в основном, обусловлена также сложностью проведения термической обработки с охлаждением в специальных средах, Кроме того, каждому твердосплавному изделию вследствие различия их масс и типоразмеров должна отвечать своя оптимальная технология термической обработки, обеспечивающая максимальную эффективность последней в отношении прочности и долговечности. Таким образом, еще более увеличиваются трудозатраты на термообработку инструмента; что обусловлено большим разнообразием его форм и типоразмеров.Известен способ обработки режущего инструмента из твердых сплавов, по которому проводят лазерную обработку его режущих кромок либо в режиме без оплавления1752514 10 струмента 40 4550 55 при следующих параметрах лазерного излучения: длительнОсть импульса генерации =- 107 сг энергия в импульсе Е = 15 Дж, диаметр пятна в зоне обработки д = 8 мм, либо в режиме с оплавлением при г " 2,2 10 , Е= 200 Дж, б 8 мм.В первом случае применение указанного способа в приоэводственных условиях затруднено из-за отсутствия серийно выпускаемых лазерных технологических установок с требуемыми параметрами импульса генерации, т.е. работающих в режиме модулированной добротности. Кроме того, получаемая при этом глубина упрочненного слоя сплава недостаточна для поддержания устойчивой работы инструмента в условйях интенсивного износа, что значительно сужает область применения способа, поскольку упрочненный инструмент можно эффективно использовать только при определенных условиях эксплуатации,ЭФфективность обработки по режимусоплавлением выше, чем при обработке по режиму без оплавления, Однако большие глубины упрочнения достигаются в этом случае при увеличении трудоемкости способа. Она возрастает за счет введенйя в технологический процесс лазерной обработки предварительного обьемного нагрева инструмента до температур 450-550 ОС в атмосфере СО 2 и операции окончательной прецизионной шлифовки и доводки рабочих граней инструмента. Необходимость операции шлифования обусловлена наличием "слоистой структуры по глубине твердогосплава в зоне импульсной лазерной обработки по режиму с оправлением, Свойствавнешнего оплавленного слоя отрицатейьно сказываются на эксплуатйциойных характеристиках инструмента. Следующий за опвдавленным переходный слой имеет структуру оптимальную дляповышения стойкости инструмента. Чтобы скять оплавленный слой и не повредить приэтом переходный, вводится в данном способе операция точной шлифовки и доводки режущих кромок твердого сплава, что существенйо увеличивает трудоемкость, Кроме этого, такой способ лазерной обработки .кромок инструмента не может быть реализован для упрочнения многогранных неперетачиваемых пластин далее и тексте - МН П) из твердых сплавов, применяемых, в частности, для оснащения сборных токарных резцов, что сужает область-прймененйя способа.Обработка по режиму без оплавления, как и по режиму с оплавлением, проводится однократным воздействием импульсного лазерного излучения на поверхность твердого сплава, В этом случае не достигается стабильность улучшенных стойкостных характеристик облученного твердосплавного инструмента, что в большой степени определяется различиями в количественных и качественных структурных характеристиках твердосплавных изделий в состоянии поставки, Так, исходные сжимающие напряжения в карбидных зернах изменяются до 100 до 700 МПа. Различия в тонкой структуре карбидов (дисперсно-мозаичная структура и микроискажения кристаллической решетки вследствие нарушения стехиометрии состава) и вариация примесей в аиде%Скоб И М/2 С-тОжЕ ОПРЕДЕЛЯЮТ НЕСтабИЛЬность лазерного однократного упрочнения твердосплавного инструмента, Вследствие этого степень фазового наклепа карбидов20 после однократной лазерной импульсной обработки и соответствующее ей повышение стойкости инструмента адгезионно-усталостному износу различны. Таким образом, однократная импульсная обработка твердого сплава по данному способу не обеспечивает стабильности улучшенных стойкостных характеристик облученного инНаиболее близкимпо технической сущ 30 ности и достигаемому эффекту к заявляемому техническому решению является способ термической обработки вольфрамокобальтовых твердых сплавов, включающий их однократный импульсный лазерный нагрев с 35 плотностью энергии 0,7-1,2 Дж/мм (в зави 2симости от содержания кобальта в сплаве и зернистости ЧЧС-фазы), исключающий нарушение сплошности поверхностного слоя материала в зоне обработки, По отношению к,предыдущему известному способу он отличается меньшей трудоемкостью и возможностью проводить обработку не только твердосплавных пластин, используемых в производстве напайного инструмента, но и МНП, применяемых для оснащения сборного инструмента с механическим креплением пластин. Однако и в этом случае, как и в предыдущем, не обеспечивается уменьшение разброса улучшенных стойкостных показателей работоспособности облученного инструмента, что в значительной степени снижаетвозможности способа. Цель изобретения - повышение стойкости режущего инструмента из твердых сплавов и уменьшение коэффициента вариации стойкости облученного инструмента. Поставленнйя цель достигается тем, чтов способе обработки вольфрамокобальтового твердосплавного инструмента, включаю-щем воздействие импульсного лазерногоизлучения на режущую часть, его осуществляют многократно сначала с плотностью энергии 0,8-1,0 Дж/мм с числом импуль 2сов 5-10, а затем с плотностью 1,0-1,2 Дж/мм, причем общее число импульсов на 5 обоих этапах не превышает 15.Предлагаемый способ реализуется на , серийно выпускаемых лазерных технологических установках типа "Квант", "Квант", "Квант", работающих в режиме 10 свободной генерации. В этом случае достигаются большие глубины упрочненного слоя в сплаве и создается возможность для эксплуатации инструмента в условиях йнтенсивного износа, что расширяет 15 возможности способа по обработке широ. кой номенклатуры инструмента, применяемого на различных операциях и режимах.Возможности варьирования. частотой импульсного воздействия при обработке опре деля ются типом и конструкцией применяемой лазерной установки, На втором этапе воздействия возможно увеличение частоты, что следует из результатов" При лазерной обработке по предлагаемому способу твердосплавный инструментпредварительно очищают от загрязнения,обезжиривэют ацетоном или спиртом. Затем размещают в рабочей зоне лазернойустановки таким образом, чтобь 1 излучениепадало на режущую поверхность в направ.лении, перпендикулярном к ней, В зависимости от условий применения инструмента,его вида и режимов работы облучают либотолько заднюю режущую грань, либо заднюю и переднюЮ режущйе -грани. Причем5 во время всего цикла облучения инструментостается неподвйжным, чтобы многократнобыл обработан один и тот же участок ремущей кромки,П р и м е р. Проводилась импульснаялазерная обработка МНП из твердого сплава ВК 8 (изделие 2008 - 1117 по ТУ 48-19-6373).Облучение по задней и передней граням каждой МНП осуществлялось на серийной лазерной технологической установке"Квант" (длительность импульса 5 10 с,частота повторения ийпульсов 1 Гц). Дляполучения равномерного распределениятемпературного поля в зоне обработки использовался фокусирующий призменныйрастр с размером элементарнойячейки 5 х 5мм . Плотность энергии, необходимая для2образования на поверхности сплава зонь 1дефектов, (1.4 - 1,5) Дж/мм, плотность энергии излучения, при которой наблюдается оплавление поверхности сплава ВК 8, (3,0 - 3,3)Дж/мм .Сравнительные испытания .проводились на токарно-винторезном станке модели 16 К 20 при продольном точении заготовокиз стали,ЦИ 52-ВД с охлаждением зоны резания эмульсией, Режимы обработки назначались согласно отраслевого стандарта, приэтом были приняты следующие обознчения:скорость резания 45 м/мин, подача 0,3мм/об, глубина резания 2,0 мм, Точениевелось до полного износа режущей кромкиМНП, В каждом опыте испытывалось по трирезца. 25 30 35 40 45 50 расчета температурного полл в зоне обработки, согласно которым каждым следующим импульсом осуществляется облучения более нагретого участка поверхности сплава и, следовательно, оно может проводиться с большей плотностью энергии без опасения появления термических трещин взоне обработки,При предлагаемом способе термической обработки твердого сплава, взятого в состоянии поставки, импульсы излучения первой серии (первого этапа) приводят к релаксации остаточных поверхностных напряжений в карбидных зернах высокотемпературной пластической деформацией в зоне лазерного воздействия. Возникающие после охлаждения напряжения в карбидах становятся одного порядка величины, Происходит выравнивание количественных и качественных структурных характеристик материала, Последующая обработка второй серии (второго этапа) позволяет получить одинаковую степень фазового наклепа карбидов от образца к образцу. Этим обеспечивается уменьшение коэффициента вариации стойкости облученного твердосплавного инструмента (увеличеюие стабильности его улучшенных эксплуатационных характеристик). Общее упрочюение в поверхностном слое сплава достигается за-счет изменений в тонкой структуре монокарбидов й В/С (накопление микроискажений решетки и измельчение блочно-мозаичной структуры), При лазерном воздействии на твердый сплав также наблюдаются изменения в составе кобальтовой прослойки за счет растворения в ней периферии карбидных зерен. Все это обуславливает наблюдаемое экспериментально уменьшение коэффициента вариации стойкости облучен- ного инструмента, повышение его стойкости к адгезионно-усталостному износу, когда прочностные характеристики сплава играют определяющую роль в снижении его износа, а также повышение стойкости инструмента, работающего в режиме ударных нагрузок и при прерывистом резании,Режимы облучения испытанных МНП на каждом из этапов и результаты испытаний представлены в таблице, где приняты обозначения: е - плотность энергии излучения, Дж/мм 2; й 1,й 2 - кратность воздействия (число импульсов в одну точку) на первом и втором этапах, соответственно, шт.При этом коэффициент вариации стойкости определялся по формуле:Ч= 8/Т,где 8 - среднеквадратичное отклонение значения стойкости;Т - среднее значение стойкости, мин, Уменьшение плотности энергии облучения на первом этапе (пример 3 таблицы) не приводит к увеличению эффективности лазерной обработки твердосплавного инструмента, повыШению его эксплуагационных характеристик, в этом случае не достигается максимальная степень фазового наклепа сплава, не происходит выравнивание структурных показателей материала.Увеличение плотности энергии до значения 1,3 Дж/мм (пример 4 таблицы) приводит к растрескиванию поверхностного слоя сплава, что исключает применение инструмента без предварительной доводки его рабочих кромок,Обработка рабочей кромки МНП Изл- чением с плотностью энергии 1,0 Дж/мм, но при общей кратности воздействия больше 15 (пример 5 таблицы) приводит к ее пережогу, что проявляется при испытании в повышенной склонности кромки резца к охрупчиванию И ведет к общему снижейию СТОЙКОСТИ.Уменьшение кратности облучения на первом этапе (пример 6 таблицы) не обеспечивает максимальной степени упрочнения сплава и значительного снижения коэффициента вариации стойкости.Обработка твердосплавного инстру-" 5 мента по предлагаемому способу (примеры7-10 таблицы) позволяет в отличии от обработки по известному(пример 2 таблицы) добиться повышения стойкости МНП и уменьшения коэффициента вариации стой костй резцов.Таким образом, предлагаемый способтермической обработки вольфрамокобальтового твердосплавного инструмента путем многократной бездефектной импульсной 15 лазерной обработки его режущих кромок,проводимый в два этапа, позволяет достигнуть увеличения стойкости МНП из твердых сплавов до двух раз при резании труднообрабатываемых металлов; уменьшить коэф фициент вариации стойкости облученногоинструмента, т.е. добиться увеличения ста. бильности улучшенных эксплуатационныххарактеристик резцов. 25 Формула изобретенияСпособ обработки вольфрамокобальтового твердосплавного инструмента, включающий воздействие импульсного лазерного излучения на режущую часть, о тл и ч а ю щ и йся тем,что,сцельюповйшения стойкостииуменьшения коэффициента вариации стойкости инструмента, воздействие импульсного лазернОго излученйя осуществляют многократно сначала с плотностью энергии 0,8- 35 1,0 Дж/мм с числоМимпульсов 5-10, азатем с плотностью энергии 1,0-1,2 Дж/мм 2, причем общее число импульсов на обоих этапах не превышает 15,1752514 Составитель Багров едактор Н.Лазаренко Техред М.Моргентаектор 3;Салко Подписноеударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раущская на 64 й каз 2721 ВНИИПИ ул. Гагарина, 101 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Уж Опытный - обработка по предложенному способу, но с выходом за заявленные парамеры;Коэффициент вариации не подсчитывалсятак как экспериментально не наблвдалосповышения стойкости.