СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 1998 года по МПК B22D19/06 

Изобретение относится к изготовлению режущих инструментов, в частности к изготовлению составного твердосплавного инструмента методом литья.

Известен способ изготовления составного инструмента (а.с. N 1089951 кл. B 22 D 19/06), описанный в а.с. N 565775. Способ включает установку твердосплавной пластинки в земляную форму, имеющую полость, соответствующую конфигурации державки и заливки указанной полости жидким металлом.

Такая технология позволяет обеспечить сравнительно высокую производительность, однако, наряду с преимуществами, ей присущ весьма существенный недостаток, обусловленный явлением так называемого "теплового удара". Имеющие высокую температуру (1400-1600^oC) расплавы чугуна или стали при заливке холодной пластины вызывают ее растрескивание, особенно характерное для пластинок из металлокерамического материала, что резко снижает прочность и долговечность инструмента.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является способ изготовления биметаллического режущего инструмента, описанный в примере 1 по а.с. N 565775 кл. B 22 D 19/06. Способ включает очистку поверхности режущей пластинки от окислов, нанесение на них слоя защитного покрытия и припоя, установку пластинки в земляную форму, состыковку песчаных форм в стопку, нагрев стопки земляных форм с пластинами в восстановительной среде при температуре 800-1100^oC с одновременной продувкой песчаной формы продуктами диссоциации аммиака, заливку песчаных форм расплавом, охлаждение и извлечение отливки.

Недостатком способа является низкое качество отливок из-за возможного поверхностного окисления твердосплавной пластинки, так как температура прокалки форм значительно превышает температуру плавления цианистой меди. Кроме того, большая разница в коэффициентах линейного расширения приводит к возникновению внутренних напряжений между твердым сплавом, припоем и державкой.

Недостатком способа является также возможное окисление пластинки в период между извлечением ее из печи после нагрева и заливкой расплавом, так как защитной среды уже нет, а температура пластинки достаточно высокая.

Кроме того, указанный способ имеет высокую трудоемкость, связанную с применением восстановительной среды с целью защиты твердосплавной пластинки от окисления.

Недостатком способа является также токсичность процесса покрытия цианистой медью и связанное с ним требование тщательного соблюдения безопасных условий труда работающего.

Задачей изобретения является создание надежного сцепления материала режущей пластинки с материалом державки.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе изготовление биметаллического режущего инструмента, включающем очистку поверхности твердосплавной пластинки от окислов, установку пластинки в земляную форму, сборку земляных форм в стопку, нагрев стопки земляных форм с пластинками, заливку земляных форм расплавом, охлаждение и извлечение отливки, согласно изобретению, сборку песчаных форм производят в контейнере с последующим нагревом их до температуры 450-500^oC, после нагрева контейнер с песчаными формам устанавливают в экранирующий кожух, а заливку расплава в земляные формы и его кристаллизацию проводят под давлением 0,3-0,5 МПа при температуре начала кристаллизации расплава с последующим поддержанием указанного давления до конца кристаллизации.

Кроме того, установку твердосплавной пластинки в песчаную форму проводят путем предварительной заформовки пластинки в керамическую оболочку, оставляя контактирующую с расплавом поверхность пластинки свободной, а керамическую оболочку устанавливают в гнездо песчаной формы таким образом, чтобы контактирующая с расплавом поверхность пластинки оказалась в камере, соответствующей конфигурации головки резца.

Такой способ позволяет за счет увеличения угла смачиваемости и увеличения площади контакта пластинки с расплавом сделать процесс диффузионной сварки главным в сцеплении пластинки с материалом державки, а также позволяет продлить время протекания этого процесса диффузионной сварки и материала державки режущего инструмента за счет исключения резкого охлаждения контейнера с пластинами перед заливкой и после нее.

На фиг. 1 представлен общий вид стенки песчаных форм с твердосплавными пластинами в контейнере, помещенном в экранирующий кожух; на фиг. 2 - керамическая оболочка для закрепления режущей пластинки.

Способ реализуется следующим образом.

Окисную пленку на твердосплавных пластинках разрушают по контактирующей с державкой поверхности механическим путем.

Обработанные таким образом пластинки устанавливаются в полость песчаных форм, соответствующих конфигурации головки резца механическим креплением либо приклеиванием. Кроме того, обработанные пластинки могут каждая в отдельности заливаться керамической массой в стержневом ящике таким образом, что контактирующая с расплавом поверхность пластинки остается свободной. Полученные после затвердевания керамические оболочки 1 с пластинками 2 представляют собой усеченный конус. Далее керамические оболочки с пластинками устанавливают в предварительно изготовленные песчаные формы 3 на жидкостекольной связке таким образом, чтобы контактирующая поверхность режущей пластинки была расположена в полости 4, имеющей конфигурацию головки резца, а ее керамическая часть в ответном гнезде.

Далее песчаные формы с режущими пластинками собирают в стопку в контейнере 5. Затем контейнер с формами нагревают в печи до температуры 450-500^oC. Нагрев производят для предотвращения термоудара. Разогретый контейнер вынимают из печи и помещают в экранирующий кожух 6 с зазором 30-50 мм. Далее производят заливку песчаной формы расплавом металла и кристаллизацию его под давлением на установке литья. Заливку и кристаллизацию расплава ведут под давлением 0,3-0,5 МПа при температуре начала кристаллизации расплава с последующим поддерживанием указанного давления до конца кристаллизации. Затем контейнер с экранирующим кожухом снимают с установки, охлаждают до комнатной температуры, выбирают песчаные формы из контейнера, вынимают из него стояк с резцами и отрезают резцы от стояка.

Экранирующий кожух создает эффект термоса и предотвращает резкое охлаждение контейнера перед заливкой и после нее, что позволяет значительно продлить время протекания процесса диффузионной сварки материала твердосплавной пластинки и материала державки режущего инструмента и увеличить сцепление между ними. Кроме того, экранирующий кожух предохраняет обслуживающий персонал от ожогов.

В таблице приведены результаты экспериментов осуществления способа, обосновывающие выбор пределов температур, и давления заливки.

Качество соединения твердосплавной пластинки с державкой определялось по микрошлифам с помощью микроскопа.

Кроме того, высокое качество соединения режущей пластинки с державкой показали испытания на стойкость в жестком режиме резания согласно требованиям ГОСТа 456.88-61. При этом износ на задней грани резца не превышает 0,3-0,5 мм по стали и 0,8-1,2 мм для чугуна. Отрыва пластинки от тела резца не наблюдалось.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить высококачественный режущий инструмент, имеющий как прочное монолитное соединение твердосплавной пластинки и державки, так и прочную мелкозернистую структуру материала державки.

Способ изготовления режущих инструментов, в частности твердосплавного, методом литья. Поверхность твердоплавной пластинки очищают от окислов, устанавливают с песчаную форму, из которых формируют стопку, нагревают ее, затем заливают расплавом, охлаждают и извлекают отливки. Сборку стопки производят в контейнере, нагрев производят до 450 - 500^oС, затем контейнер со стопкой устанавливают в экранирующий кожух, заливку и кристаллизацию производят под давлением 0,3 - 0,5 МПа и при температуре начала кристаллизации, причем давление поддерживают до конца кристаллизации. 1 з.п. ф-лы., 2 ил.

1. Способ изготовления биметаллического режущего инструмента, включающий очистку поверхности пластинки из твердого сплава от окислов, установку пластинки в песчаную форму, сборку песчаных форм в стопку, нагрев стопки песчаных форм с установленными в них пластинками, заливку песчаных форм расплавом, кристаллизацию, охладление и извлечение отливок, отличающийся тем, что сборку песчаных форм в стопку производят в контейнере, нагрев ведут до 450 500^oС, после нагрева контейнер с песчаными формами устанавливают в экранирующий кожух, а заливку расплава и его кристаллизацию осуществляют под давлением 0,3 0,5 МПа при температуре начала кристаллизации расплава с последующим поддержанием указанного давления до конца кристаллизации. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительно перед установкой в песчаную форму пластинки, знаковую часть последней заформовывают в керамическую оболочку, после чего эту оболочку устанавливают в гнездо песчаной формы с расположением поверхности пластинки, подлежащей соединению с заливаемым расплавом, в рабочей полости для формирования державки режущего инструмента.