Способ обработки режущего инструмента

(51) 5 С 2 ЗС 14 48 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ куумнои обработке жущих инструКомитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(71) Российский научный центр "Курчатовский институт"(73) Россюский научный центр "Курчатовский институт"(64) СПОСОБ ОБРАБОТКИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА(7) Изобретение относится к ваметаллов, например к обработке ре ментов иэ хрупких твердых сплавов, используемых при чистовом точении, фреэеровании, сверлении в машиностроении, приборостроении, энергомашиностроении. Способ обработки режущего инструмента заключается в имплантации ионов азота в рабочую поверхность режущей кромки инструмента в импульсном режиме с длительностью импульса 1 - 100 мс дозой (2.3 - 4.7)х 10 ион/см, энергиейте гчастиц 15 - 40 кэВ, плотностью ионного тока 10-150 мЛ/см, В результате такой обработки повышается срок службы инструмента. 1 табл, 1 ил.Изобретение относится к области обработки металлов резанием, в частности к режущим инструментам из высокопрочных хрупких твердых сплавов. используемых при чистовом точении, фрезеровании, сверленип, развертывании отверстий в различных областях промышленности: машиностроении, приборостроении, энергол 1 ашиностроении и др,В качестве прототипа предложенного способа рассматривается способ повышения износостойкости металлических поверхностей, изготовленных иэ твердого материала на основе карбида вольфрама, заключающийся во внедрении ионов азота в известных условиях: доза облучения (2-6)х х 10 сл 1 г, энергия ионов 30-150 кзВ при 20 С с последующей продувкой метаном.Однако этот способ в случае твердых сплавов (содержание связки до 9 об.о ) не позволяет оптимизировать стойкостные характеристики режущего инструмента при чистовом точении, так как наряду с упрочнением высокодозная имплантация газовыми ионами вызывает охрупчивание обрабатываемой поверхности, образование при точении микротрещин и микроосколков режущей кромки. Кроме того, ограничение процесса имплантации температурой 20 С при указанных энергиях ионов делают способ малопроизводительным.Целью изобретения является повышение срока службы за счет увеличения иэносостойкости режущей кромки инструмента и увеличения производительности и эффективности процесса имплантации Цель достигается облучением передней поверхности режущей кромки ионами азота в импульсном режиме работы при длительности импульса тока ионов 1-100 мс., плотности ионного тока 10-150 мА/см, энергиигчастиц 15-40 кэВ до набора дозы ионов (2,3-4,7) 10 ион/см . При этом температура приповерхностного слой не должна превышать 150 С, В указанных условиях создаются интенсивные потоки межузельных атомов, которые залечивают межзеренные и внутриэеренные микронесплошности и вызывают рост сжимающих напряжений, что усиливает сцепление и снижает интенсивность выкрашивания зерен карбидов вольфрама, стимулируя тем самым самоэатачивание режущей кромки и повышение рабочих характеристик резцов при чистовом точении и качества обрабатываемой поверхности иэделия,Предлагаемый способ обработки хрупкого твердосплавного режущего инсгрумента реализован следующим образом.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Имплантацию ионов азота производят при помощи источника импульсных пучков ионов с параметрами: ток ионов 1-20 А, энергия ионов 10-80 кзВ, длительность импульса тока 1-100 мс, число импульсов для набора дозы 1-200,На чертеже представлен имплантер газовых ионов, где 1 - ионный источник, 2 - вакуумная камера, 3 - пучок ионов, 4 - подвижная и вращающаяся вокруг оси трубы охлаждаемая водой мишень, 5 - имплантируемые иэделия, б - неподвижная мишень, 7 -зонды для измерения распределения плотности тока ионов в двух прямоугольных координатах, 8 - труба с подводал;и для охлаждения мишени и иэделий, 9 - вильсоновское уплотнение, 10 - буферный объем, 11 - шибер, 12 - электроды ионно-оптической системы. 13 - катоды газораэрядной камеры.В вакуумной камере объемом 1 м при помощи диффузионных насосов получают вакуум 5 10 Па. На электроды ионна-оптической системы 12 подается напряжение, к примеру+30 кВ на катоды 13 и минус 2 кВ на ускоряющий электрод. Этот электрод ускоряет ионы и тормозит электроны, образующиеся в пучковой плазме, создаваемой ионами пучка в остаточном газе.В разрядную камеру с помощью импульсного газового электромагнитного клапана подается порция азота. На катоды подается электрический ток до 1000 А, Он нагревает катоды до температуры 3150 К, чтобы получить плотность тока эмиссии электронов до 30 А/см . Затем между катодами и анодами подают электрическое напряжение 60 В и зажигают дуговой разряд с высокой концентрацией ионов на большой (140 см ) поверхности плазмы, эмиттируюгщий ионы в вакуум. Например, при токе разряда 828 А и ускоряющем напряжении 21,2 кВ получен пучок ионов азота с током 9,4 А, плотностью тока в максимуме гауссовского распгоеделения по двум координатам 266 мА/см, плотностью мощности на изделии 5640 Вт/см и плотностью потока энергии 113 Дж/см при длительности импульса тока ионов 20 мс.Перед имплантацией ионов при помощи ионного источника и неподвижной мишени с электрическими зондами формируется пучок ионов с необходимыми параметрами, которые фиксируют в памяти ЭВМ. В бустерной камере с помощью форвакуумного насоса создает разрежение 1 Па. Открывают шибер и в область облучения подают подвижную мишень с изделиями. По измеренным распределениям плотности тока и энергии ионов определяют плотность мощ,1 3 ности в максимуме распределения и на имплантируемых участках поверхности. Используя табличные значения плотности материала изделия, теплоемкости и коэффициента теплопроводности, по известной формуле из теории теплопроводности рассчитывают максимальные значения повышения температуры поверхности и выбирает длительностьимпульса тока для получения температуры. Указанная плотность потока энергии достаточная для оплавления приповерхностного слоя молибдена с температурой плавления 2850 К.Необходимые условия имплантации определяли по результатам испытаний по длине затупления режущей кромки при фиксированной длине точения, Испытания износостойкости производили при чистовом точении высокопрочной стали марки 38 ХС со скоростью резания 250 м/мин при подаче 0,05 мм/об. и глубине резания 0,5 мм неперетачиваемыми пластинами из твердого сплава Т 15 К 6 (Р 10),Результаты исследований и испытаний приведены в таблице. П р и м е р 1. Изучали длину затупления задней грани режущей кромки твердосплавных пластин, не подвергавшихся имплантации. Среднее значение этой длины эатупления по результатам восьми измерений испольэовали для расчета коэффициента изменения стойкости имплантированныхпластин.П р и м е р 2-9 Изучали влияние энергииионов на изменение коэффициента стойко 5 сти под действием имплантации ионов азота, Эти исследования показали, чтооптимальным является диапазон энергий15-40 кэВ с точки зрения повышения стойкости пластин, а для получения наибольше 10 го энергетического КПД имплантераследует использовать ионы азота с энергией15 - 20 кэВ,П р и м е р ы 10-17. Исследовали зависимость коэффициента увеличения стойко 15 сти режущих пластин от дозы (флюенса)облучения. При дозе 3 10 ионов азо 1 бта/см коэффициент увеличения стойкостиимеет максимальное значение 3,8, а при2.3 10 и 4,7 10 см 2 он равен 1,6.20 П р и м е р ы 18 - 25, Определяли влияниеплотности тока ионов азота на повышениестойкости твердосплавных режущих пластин. Установлены оптимальные значения10-150 лЛ/см.25 П р и м е р ы 26-29. Проведен анализвлияния длительности импульса тока ионовна увеличение стойкости режущих пластин,котс рый дал значение 1 - 100 мс. Максимальное значение определяется одним импульсом,30 приводящим к набору оптимальной дозы,(56) Пэтенг Англии М 2164359,кл, С 23 С 14/40, 1986.2001974 Продолжение таблицы формула изобретенияСПОСОБ ОБРАБОТКИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА, включающий имдлантацию ионов азота в рабочую поверхность режущей кромки, отличающийся тем, что, с целью повышения срока службы, имплан тацию ионов азота. осуществляют в импульсном режиме при длительности импульса 1 - 100 мс, плотности ионного тока 10 - 150 мАlсм, энергии 18 - 40 кэВ д 1 о набора дозы ионов (2,3 - 4,7)1 О ф ион/см.2001974 Составитель Л, Плешивцевдактор М. Стрельникова Техред М, Моргентал Корректор син ул.Г Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж аказ 3157 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента 113035. Москва, Ж, Раушская наб 4/5