Способ изготовления контрольно-мерительного инструмента из углеродистых и легированных сталей Российский патент 2020 года по МПК G01B1/00 

Изобретение относится к области инструментального производства, а именно к изготовлению высокоточного мерительного инструмента из углеродистых и легированных сталей и может быть использовано при изготовлении гладких и резьбовых калибров, пробок, скоб, шаблонов, а также штангенциркулей, микрометров, и т.п. для повышения эксплуатационной - износостойкости и антикоррозионной стойкости.

Контрольно - мерительный инструмент из углеродистых и легированных сталей широко используется во всех отраслях промышленности. Основные требования, предъявляемые к контрольно-мерительному инструменту следующие:

- точность геометрических размеров;

- высокая износостойкость рабочих поверхностей;

- коррозионная стойкость.

До настоящего времени не решена проблема обеспечения высокой эксплуатационной износостойкости и коррозионной стойкости мерительного инструмента из углеродистых и легированных сталей.

Известен способ повышения эксплуатационной износостойкости мерительного инструмента из вышеуказанных сталей, заключающийся в повышении твёрдости рабочих поверхностей термической обработкой, например, путём закалки, низкого отпуска и цементации с последующей закалкой и отпуском на твёрдость НВС 58-62 или лазерного термического упрочнения (Т.И. Луценко. «Лазерная закалка инструмента» Металловедение и термическая обработка металлов, 1982г. № 9, стр. 31-33). Этот способ, даже с дополнительной химико-термической обработкой, для повышения твёрдости рабочей поверхности, например, путём карбонитрации, не даёт значительного повышения износостойкости мерительного инструмента. Кроме того, после обработки рабочих поверхностей лазером происходит изменение размеров и ухудшается чистота поверхности.

Известен способ повышения износостойкости, не повышающий твёрдости рабочей поверхности, а приводящий к снижению трения, уменьшению схватываемости материала и образованию задиров при трении, путём химико-термической обработки, например, сульфидирования, дающие повышение износостойкости (см. «Трение, изнашивание и смазка», справочник, книга 1, Москва, Машиностроение, 1978 г., стр. 167, 171-172).

Недостатком этого способа является технологическая трудоёмкость, связанная с поддержанием в солевой ванне с раствором высокой температуры от 200°С до 560°С, а также в использовании ядовитых веществ при сульфидировании.

Общими признаками с предлагаемым заявителями способом изготовления контрольно-мерительного инструмента из углеродистых и легированных сталей является предварительная механическая обработка заготовок, термическая обработка и окончательная механическая обработка рабочих поверхностей.

В отличие от прототипа предлагаемый заявителями способ изготовления контрольно-мерительного инструмента. основан на том, что после окончательной механической обработки с чистотой не менее Ra 0,8 на рабочие поверхности наносят антикоррозионное фторсодержащее покрытие, не меняющее геометрических размеров инструмента.

В частных случаях, т.е. в конкретных формах выполнения изобретение характеризуется следующими признаками:

- на рабочие поверхности контрольно-мерительного инструмента наносят фторсодержащее покрытие в виде раствора (0.5÷10)% перфторполиэфиркислоты 6МФК-180 в хладоне 113;

- на рабочие поверхности контрольно-мерительного инструмента наносят фторсодержащее покрытие в виде раствора (04÷1,0)% перфторполиэфиркислоты 6МФК-180 в смеси хладона 113 и изопропилового спирта в соотношении масс (60÷65)% и (40÷35)% соответственно;

- на рабочие поверхности мерительного инструмента наносят антикоррозионную фторсодержащую композицию «Эфрен-К»;

- на рабочие поверхности контрольно-мерительного инструмента наносят поверхностно-упрочняющее износостойкое покрытие с последующей обработкой указанных поверхностей антикоррозионной фторсодержащей композицией «Эфрен-К».

Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявленного технического решения и достигаемым техническим результатом.

Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объём правовой охраны, во всех случаях достаточны.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение износостойкости и коррозионной стойкости контрольно-мерительного инструмента.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что при известном способе изготовления контрольно-мерительного инструмента из углеродистых и легированных сталей, включающем предварительную механическую, термическую и окончательную - механическую обработку рабочих поверхностей, особенность заключается в том, что окончательную механическую обработку рабочих поверхностей выполняют с чистотой не менее Ra 0,8, затем наносят фторсодержащее покрытие.

Новая совокупность операций, а также наличие связей между ними позволяет, в частности, за счёт:

- выполнения окончательной механической обработки с чистотой не менее Ra 0,8 обеспечить подготовку рабочей поверхности под нанесение фторсодержащего покрытия;

- нанесения антикоррозионного фторсодержащего покрытия обеспечить образование на рабочей поверхности мономолекулярного слоя, не меняющего геометрических размеров инструмента, стойкого к высоким температурам, давлению, воздействию химических веществ и придающего поверхности антифрикционные и антиадгезионные свойства; мономолекулярный слой заполняет микропоры и микротрещины, уменьшающие возможность концентрации напряжений и возникновения потенциальных центров разрушения, снизить износ и повысить рабочий ресурс контрольно-мерительного инструмента.

Признаки, характеризующие изобретение в конкретных формах исполнения, позволяют, в частности, за счет:

- нанесения на рабочие поверхности контрольно-мерительного инструмента фторсодержащего покрытия в виде раствора (0,5÷10)% перфторполиэфиркислоты 6МФК-180 в хладоне 113 позволит снизить износ рабочих поверхностей контрольно-мерительного инструмента, обеспечить антикоррозионную защиту инструмента; при содержании в растворе перфторполиэфиркислоты 6МФК-180 менее 0,5% износ рабочих поверхностей не уменьшается, а при содержании в растворе фторсодержащего покрытия более 10% увеличивается расход материала,

- нанесения на рабочие поверхности контрольно-мерительного инструмента фторсодержащего покрытия в виде раствора (0,4÷1,0)% перфторполиэфиркислоты 6МФК-180 в смеси хладона 113 и изопропилового спирта в соотношении масс, (60÷65)% и (40÷35)% соответственно, позволит снизить износ рабочих поверхностей контрольно-мерительного инструмента, увеличить его рабочий ресурс, повысить его коррозионную стойкость; при содержании в растворе перфторполиэфиркислоты МФК-180 менее 0,4% износ рабочих поверхностей контрольно-мерительного инструмента не уменьшается, а при содержании в растворе фторсодержащего покрытия более 1,0% увеличивается расход материала.

- нанесения на рабочие поверхности фторсодержащей композиции «Эфрен-К» позволит увеличить рабочий ресурс контрольно-мерительного инструмента, а также повысить коррозионную стойкость контрольно-мерительного инструмента,

- нанесения на рабочие поверхности поверхностно-упрочняющего покрытия с последующей обработкой рабочих поверхностей контрольно-мерительного инструмента фторсодержащей композицией «Эфрен-К» позволит повысить рабочий ресурс контрольно-мерительного инструмента, а также повысить его коррозионную стойкость.

Сущность изобретения заключается в ТОМ, что в способе изготовления контрольно-мерительного инструмента из углеродистых и легированных сталей, включающем предварительную механическую, термическую и окончательную механическую обработку рабочих поверхностей, в отличие от прототипа, согласно изобретению, окончательная механическая обработка рабочих поверхностей выполняется с чистотой не менее Ra 0,8, затем наносят фторсодержащее покрытие.

Вышеописанный способ изготовления контрольно-мерительного инструмента из углеродистых и легированных сталей осуществляется следующим образом.

Сначала производится предварительная механическая обработка с получением заготовки под дальнейшую обработку, затем выполняется термическая обработка в виде закалки и отпуска в камерных электропечах с получением твёрдости НВС 58-62. Затем выполняют окончательную механическую обработку с получением чистоты рабочей поверхности Ra 0,8. Далее на рабочие поверхности наносят фторсодержащее покрытие в виде раствора (0,5÷10)% перфторполиэфиркислоты 6МФК-180 в хладоне 113, или, как вариант, на рабочие поверхности контрольно-мерительного инструмента наносят фторсодержащее покрытие в виде раствора (0.4÷1,0)% перфторполиэфиркислоты в смеси хладона 113 и изопропилового спирта в соотношении масс (60÷65)% и (40÷35)% соответственно; также как вариант, на рабочие поверхности наносят фторсодержащую композицию «Эфрен-К»/ и, как вариант, на рабочие поверхности контрольно-мерительного инструмента наносят поверхностно-упрочняющее износостойкое покрытие с последующей обработкой фторсодержащей композицией «Эфрен-К».

В результате вышеописанного получают износостойкий контрольно-мерительный - инструмент с толщиной - покрытия мономолекулярной плёнки 40÷70 А° и чистотой Ra 0,7 на рабочих поверхностях.

В производственных условиях были проведены сравнительные испытания обработанного мерительного инструмента и инструмента, изготовленного без обработки раствором перфторполиэфиркислоты во фторсодержащем растворителе.

Испытания проводились с растворами перфторполиэфир-кислоты в хладоне 113 концентрации от 0,5% до 1%. После нанесения указанных растворов наблюдался эффект уменьшения истирания рабочих поверхностей высокоточного контрольно-мерительного инструмента.

Результаты испытаний на повышение рабочего ресурса контрольно-мерительного инструмента приведены в примерах.

Пример 1.

Гладкая пробка, изготовленная из стали 20 ГОСТ 1050-74 была обработана раствором перфторполиэфиркислоты 6МФК-180 ТУ 2154-003-26008884-2015 в хладоне 113 ТУ23844-79 концентрации 0,5%. Количество деталей, проверенных калибром до выхода его из строя, увеличилось с 2000 шт. до 6000 шт. по сравнению с пробкой, изготовленной по существующей технологии.

Пример 2.

Пробка резьбовая, изготовленная из стали У10А ГОСТ 1435-74, была обработана 1% раствором перфторполиэфиркислоты 6МФК-180 ТУ 2154-003-26008884-2015 в смеси хладона 113 ТУ 23844-79 и изопропилового спирта ТУ 6-09-402-85 в соотношении масс (60÷65)% соответственно. Количество деталей, проверенных калибром до выхода его из строя, увеличилось с 200 шт. до 800 шт. по сравнению с пробкой резьбовой, изготовленной по существующей технологии.

Пример 3.

Скоба, изготовленная из стали 10 ГОСТ 1050-74 была обработана антифрикционной антикоррозионной фторсодержащей композицией «Эфрен-К» ТУ 6-02-2-929-87. Количество деталей, проверенных калибром до выхода его из строя, увеличилось до 4000 шт. по сравнению с 1000 шт., проверенных калибром, изготовленным по существующей технологии.

Пример 4.

Скоба гладкая, изготовленная из стали 10 ГОСТ 1050-74, на рабочие поверхности которой после окончательной механической обработки с чистотой Ra 0,8 было нанесено хромовое покрытие, затем рабочие поверхности были обработаны антифрикционной антикоррозионной фторсодержащей композицией «Эфрен-К» ТУ 6-02-2-929-87. Количество деталей, проверенных калибром до выхода его из строя, увеличилось с 1500 шт. до 5000 шт. по сравнению со скобой, изготовленной по существующей технологии.

Выполнение способа изготовления контрольно-мерительного инструмента в соответствии с изобретением обеспечивает повышение износостойкости мерительного инструмента в 3-4 раза.

Изобретение может быть использовано при изготовлении различных видов контрольно-мерительного инструмента.

Исходя из результатов проведённых испытаний изобретение рекомендовано для серийного производства контрольно-мерительного инструмента.

Изобретение относится к области инструментального производства, а именно к изготовлению высокоточного контрольно-мерительного инструмента из углеродистых и легированных сталей, и может быть использовано при изготовлении, например, гладких и резьбовых калибров, пробок, скоб, шаблонов, а также штангенциркулей, микрометров и т.д. для повышения эксплуатационной износостойкости. Сущность: осуществляют предварительную механическую, термическую и окончательную механическую обработку рабочих поверхностей контрольно-мерительного инструмента из углеродистых и легированных сталей. Причем окончательную механическую обработку рабочих поверхностей выполняют с чистотой не менее Ra 0,8, затем наносят фторсодержащее покрытие в виде раствора (0,5-10)% перфторполиэфиркислоты 6МФК-180 в хладоне 113, или фторсодержащее покрытие в виде раствора (0.4-1,0)% перфторполиэфиркислоты 6МФК - 180 в смеси хладона 113 и изопропилового спирта в соотношении, масс. % (60-65)% и (40-35)% соответственно. Технический результат: повышение износостойкости мерительного инструмента в 3-4 раза. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления контрольно-мерительного инструмента из углеродистых и легированных сталей, включающий предварительную механическую, термическую и окончательную механическую обработку рабочих поверхностей, отличающийся тем, что окончательную механическую обработку рабочих поверхностей выполняют с чистотой не менее Ra 0,8, затем наносят фторсодержащее покрытие в виде раствора (0,5-10)% перфторполиэфиркислоты 6МФК-180 в хладоне 113, или фторсодержащее покрытие в виде раствора (0,4-1,0)% перфторполиэфиркислоты 6МФК - 180 в смеси хладона 113 и изопропилового спирта в соотношении масс. % (60-65)% и (40-35)% соответственно.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после нанесения на рабочие поверхности контрольно-мерительного инструмента фторсодержащего покрытия осуществляют последующую обработку фторсодержащей композицией «Эфрен-К».