СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ МАКСИМАЛЬНОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ РЕЖУЩИХ ПЛАСТИН Российский патент 2009 года по МПК B23B1/00 

Изобретение относится к обработке металлов резанием, а именно к способам определения температуры максимальной работоспособности твердосплавных режущих пластин, которая предназначена для последующего выбора оптимальной скорости резания, обеспечивающей минимальную интенсивность износа и максимальную работоспособность твердосплавного режущего инструмента при лезвийной механической обработке углеродистых и легированных сталей, жаропрочных сплавов и других металлических материалов в различных отраслях машиностроения.

Известны способы определения температуры максимальной работоспособности Θ_мр твердосплавных режущих пластин по характерным участкам графиков зависимости различных структурночувствительных характеристик инструмента от температуры, например: по перегибу температурной зависимости ударной вязкости твердосплавных режущих пластин, который соответствует их переходу из квазихрупкого в вязкое состояние [Патент РФ №2215615, В23В 1/00, опубл. 10.11.2003].

Недостатком известного способа является необходимость изготовления специальных образцов, которые впоследствии разрушают. Кроме того, необходимо перегревать испытываемые пластины с учетом их остывания при переносе от печи к копру.

Наиболее близким по технический сущности, принятым в качестве прототипа, является известный способ определения температуры максимальной работоспособности твердосплавных режущих пластин по излому зависимости логарифма твердости пластин по Виккерсу от температуры [Патент РФ №2173611, В23В 1/00, опубл. 20.09.2001].

Известной причиной, препятствующей достижению технического результата, обеспечиваемого предлагаемым изобретением, является необходимость перегрева испытываемых пластин, что искажает их структурное состояние. При определении твердости по Виккерсу отпечатки индентора велики и их диагональ измеряют в миллиметрах.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения качества и стабильности результатов определения температуры максимальной работоспособности твердосплавных режущих пластин.

При осуществлении предлагаемого способа поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении точности измерения в результате стабилизации температуры определения структурночувствительной характеристики инструмента и уменьшении размера отпечатка индентора.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения температуры максимальной работоспособности твердосплавных режущих пластин, включающем построение графика температурной зависимости структурночувствительной характеристики пластин по результатам кратковременных испытаний и определение на нем характерного участка, соответствующего интервалу температур максимальной работоспособности, особенностью является то, что кратковременные испытания проводят при поддержании стабильной температуры пластин в диапазоне от 400 до 1000°С, а в качестве структурночувствительной характеристики используют критерий вязкости разрушения или трещиностойкость, а в качестве характерного участка на выявленной температурной зависимости принимают интервал температур, в котором значения критерия вязкости разрушения или трещиностойкости твердосплавных режущих пластин максимальны.

Между заявленным техническим результатом и существенными признаками изобретения существует причинно-следственная связь. Значения критерия вязкости разрушения (трещиностойкости) К_1с определяют по известной методике Палмквиста с помощью микротвердомера ПМТ-3 [Ковенский И.М., Поветкин В.В. Металловедение покрытий. - М.: "СП Интермет Инжиниринг", 1999, с.51], измеряя длину радиальных трещин в углах отпечатка индентора в микрометрах, при стабильной температуре, поддерживаемой с помощью известной установки [Патент РФ на полезную модель №38307, В23В 27/16, опубл. 10.06.2004], исключая предварительный перегрев исследуемых образцов, который влияет на структуру твердого сплава. Применение известной установки для автоматического поддержания температуры стало возможным в результате изменения используемых оборудования и методики определения структурночувствительной характеристики режущего инструмента. Причем критерий вязкости разрушения (трещиностойкость) более точно характеризует надежность высокопрочных материалов, в том числе твердых сплавов, в процессе эксплуатации [Материаловедение / Под общ. ред. Б.Н.Арзамасова. - М.: Машиностроение, 1986, с.126-128].

В отличие от прототипа величину температуры максимальной работоспособности твердосплавных режущих пластин определяют по критерию вязкости разрушения (трещиностойкости) К_1с пластин, что обеспечивает процесс поддержания стабильности температуры испытаний, а также повышает точность измерений (в способе-прототипе погрешность измерений диагонали отпечатка индентора составляет доли миллиметра, а в предлагаемом способе длину радиальных трещин в углах отпечатка индентора измеряют с точностью до 0,3 мкм).

Способ определения температуры максимальной работоспособности твердосплавных режущих пластин заключается в следующем.

Образец пластины закрепляют в резцедержателе с токоподводами и устанавливают горизонтально на изолирующую прокладку на предметный столик ПМТ-3. Включают установку для автоматического поддержания температуры, доводят температуру пластины до требуемой при испытаниях, температуру фиксируют (с помощью, например, инфракрасного термометра «Термикс 600/1300 ЛЦМ») и определяют величину критерия вязкости разрушения (трещиностойкости) образца по известной методике. [Ковенский И.М., Поветкин В.В. Металловедение покрытий. - М.: "СП Интермет Инжиниринг", 1999, с.51]. Предварительно передвинув предметный столик ПМТ-3 на 2-3 мм, нагревают пластину до более высокой температуры и вновь определяют К_1c в другом месте образца. Выполнив необходимое количество измерений, установку выключают.

По результатам кратковременных испытаний нескольких стандартных твердосплавных пластин определяют критерий вязкости разрушения (трещиностойкость) K_1c при различных температурах Θ. Для наглядности строят график К_1c=fΘ, хотя в частном случае можно полученные результаты свести в таблицу. Анализируя данные графика или таблицы, выявляют интервал температур, в котором значения критерия вязкости разрушения (трещиностойкости) твердосплавных режущих пластин максимальны (превышают соседние значения, например, на 3%). Для этого рассчитывают величину K_1c*, соответствующую, например, 97% от максимального значения критерия вязкости разрушения (трещиностойкости). Принятая величина 97% соответствует трехпроцентной погрешности измерений, приемлемой для технических расчетов. Затем на графике через ординату соответствующую рассчитанной величине K_1c* проводят прямую параллельную оси абсцисс, до пересечения с линиями графика. Определяют абсциссы точек пересечения и принимают их за границы искомого интервала температур. При использовании таблиц искомый интервал температур определяют по рассчитанной величине K_1c* известным методом интерполяции табличных значений. Выявленный интервал температур принимают как температуру максимальной работоспособности данного твердого сплава Θ_мр, которую в дальнейшем используют для определения оптимальной скорости резания.

Предлагаемый способ иллюстрирует пример.

На чертеже представлена экспериментально полученная зависимость критерия вязкости разрушения (трещиностойкости) K_1c твердых сплавов ВК15 (кривая 1) и ВК6 (кривая 2) от температуры испытаний Θ. Измерения K_1c выполнены при температурах от 400 до 1000°С. Погрешность измерений критерия вязкости разрушения (трещиностойкости) изменялась в экспериментах от 1,0 до 3,3%, при доверительной вероятности 0,90. Величины K_1c* составили 13,7 мПа·м^0,5 для сплава ВК15 и 13,6 мПа·м^0,5 для сплава ВК6. Таким образом, максимальные значения K_1с наблюдаются в интервале температур 580-690°С в случае сплава ВК15 и в интервале 740-920°С в случае ВК6. Следовательно, температура максимальной работоспособности режущего твердосплавного инструмента принимается из интервала 580-690°С в случае сплава ВК15 и 740-920°С - в случае сплава ВК6. Причем величины Θ_мр установлены в условиях стабильной температуры каждой ступени определения структурночувствительной характеристики образцов (без перегрева и искажения структурного состояния твердого сплава) и при меньшем размере отпечатка индентора, что позволило уменьшить число пластин при измерениях.

Способ включает построение температурной зависимости структурно чувствительной характеристики пластин и определение характерного участка на ней, который соответствует температуре максимальной работоспособности. Для повышения качества и стабильности результатов определения температуры максимальной работоспособности в качестве структурно чувствительной характеристики выбирают критерий вязкости разрушения или трещиностойкости, а в качестве характерного участка на выявленной температурной зависимости принимают интервал температур, в котором значения критерия вязкости разрушения или трещиностойкости твердосплавных режущих пластин максимальны. 1 ил.

Способ определения температуры максимальной работоспособности твердосплавных режущих пластин, включающий построение графика температурной зависимости структурночувствительной характеристики пластин по результатам кратковременных испытаний и определение на нем характерного участка, соответствующего интервалу температур максимальной работоспособности, отличающийся тем, что кратковременные испытания проводят при поддержании стабильной температуры пластин в диапазоне от 400 до 1000°С, а в качестве структурночувствительной характеристики используют критерий вязкости разрушения или трещиностойкость, а в качестве характерного участка на выявленной температурной зависимости принимают интервал температур, в котором значения критерия вязкости разрушения или трещиностойкости твердосплавных режущих пластин максимальны.