Способ обработки твердосплавных металлокерамических изделий Советский патент 1983 года по МПК B22F3/24 C22C29/00 

со а 11 Изобретение относится к способам обработки переточенных металлокерами ческих инструментов вольфрамовой (ВК титано-вольфрамовой( титано-тант ло-вольфрамовой (ТТК) групп повышения и износостойкости путем удаления дефек ного слоя, образованного в результате их затачивания абразивными кругами. Известны.способы повышения стойко сти инструментов путем удаления дефектного слоя, травлением, электрополированием или упрочнением дефектного слоя различными средствами. Травление дефектного слоя заключается в том, что инструмент, предварительно обезжиренный, погружают на 10-15 мин в ванну с разбавленным .раствором серной и азотной кислот с небольшим количеством медного купороса. После травления и последующей промывки инструмент нагревают до 501бО С для удаления водорода, вызывающего хрупкость режущих кромок. Практикой установлено, что стойкость инструмента заметно повышается лишь при наличии достаточной первоначальной твердости (НВ5250)„ При электрополировании дефектного слоя в ванну с электролитом, содержащим раствор фосфорной и серной кислот, погружают инструмент и присо единяют к аноду источника постоянного тока. Катодом является свинцова пластинка. При прохождении тока чере инструмеит и электролит происходит электролитическое травление, при котором быстрее растворяются выступы, следовательно, протравленная поверхность не только освобождается от дефектного слоя, но становится менее шероховатой f1. Недостатком известных способов яв ляется то, что они продолжительны и трудоемки, особенно для твердосплавных пластин групп KB,- ТК и ТТК и тре буют сложного оборудования. Кроме того, они сопряжены с вредными условиями труда, так как приходится работать t сильными кислотами-,а пары кислот токсичны, при травлении, в особенности при электрохимической полировке, стравливаются 8 первую очередь вершины и режущие крокки инструмента, так как здесь наивысший потенциал электрического поляi при химическом травлении и э11ектрополировке происходит наводораживание поверхности инструмента, 7 что вызывает хрупкость его режущих кромок. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ обработки поверхности металлокерамических. изделий, заключающийся в окислении поверхности металлокерамических изделий при 850-950°С на воздухе, охлаждении пластин и последующем удалении окисленного слоя вибрацией. Для улучшения механических свойств изделий и упрощения технологии их обработки изделие окисляют в струе сжатого воздуха, нагретого до температуры окисления, и охлаждают изделие со скоростью 100 град/мин. Окисленный слой удаляют виброобработкой изделий путем виброударного воздействия продолжительностью 1-2 ч с непрерывной промывкой этих изделий водой 12 1 Недостатками способа являются неполное устранение дефектного слоя на поверхности изделий, длительность обработки и большой расход материала. Неполное устранение дефектного слоя происходит из-за недостаточной глубины снятого поверхностного слоя. Глубина снятого поверхностного слоя по известному способу составляет 0,15-0,2 мм. Целью изобретения является устранение дефектного слоя на поверхности изделий, образующегося в результате переточки, и сокращение длительности обработки. С этой целью по способу обработки твердосплавных металлокерамических изделий, включающему поверхностное окисление изделия путем нагрева на воздухе, охлаждение на воздухе и последующее удаление окисленного слоя, поверхностному окислению подвергают участки с дефектным слоем путем нагрева до 9бО-1000°С в течение 35 мин. При предложенном способе используют главным образом электропе чь. При известном способе используются кроме электропечи пневмосеть, куда подается сжатый до 1 атм воздух и виброконтейнер с непрерывной подачей воды. Кроме того, необходимы фильтры для улавливания окислов. Тов. требуется сложное оборудование, которое усложняет и увеличивает технологический процесс. По предложенному способу на удаление дефектного слоя после заточки с одной твердосплавной пластины требуется максимально 8,5 мин,из которы 5 мин - нагрев в печи, 2 мин - остывание и окисление на воздухе и 1,5 ми соскабливание. При известном способе этот процесс длится максимум на 1 твердосплавную пластинку 2 ч 17 мин, из которых 8 мин - нагрев в цепи 9 мин- охлаждение и 2 ч - виброобработка. Значительная разница во времени сохраняется и при массовой обработке металлокер мических изделий. Толщина окисленного по предложенному способу слоя составляет 0,2,„. 0,6 мм и легко регулируется температурой и временем выдержки инструмента в печи. При окислении с температурой 960°С в.течение 3-5 мин толщина окисленного слоя составляет 0,35-0, мм, а при 1000°С в течение 3-5 мин образуется окисел толщиной 0,5-0,6 мм, поэтому дефектный слой после заточки инструмента удаля ется полностью. Интервал времени выдержки 3-5 мин выбирается исходя из толщины образующегося при затачивании инструмента дефектного слоя и глубины распространения микротрещин. При. выдержке меньше 3 мин окисленный слой полу.чится недостаточной толщины для удаления дефектов, поэтому дефектный слой после окисления и удаления окислов может остаться. При .времени оки сления больше 5 мин окисленный слой имеет толщину больше 0,6 мм, что при водит к неэффективной потере дефиt;MTHOro материала. С целью экономии дефицитного вольфрама производят избирательное окисление. Окисляют толь ко ту поверхность, по которой произведена заточка. Другие поверхности изолируют от окисления тугоплавкой обмазкой, например фарфоровой глиной, . Прочность окисленного слоя (его микротаердость 70 кГс/мм ) получаетс столь незначительно, что легко удаляется соскабливанием, например, скальпелем. Усил.ие соскабливания не превышает 10 кГс, а время, требуемое на ОЧИСТКУ от окиси, не более 0,3-1,5 мин. При выдержке с температурой выше возможно образование термических микрртрещин. Обработка с температурой ниже 9бО°С не дает ощутимого повышения стойкости и приводит к образованию окислов, трудно удаля емых с поверхности. Рентгеноструктурные исследования, проведенные на дифрактометре, ДРОН-2,0, показали, что окисление с температурой ниже 9бОТ приводит к преимущественному образованию окислов VЮ2 и У,Л.д , которые трудно отделить с поверхности, так как адгезия их с основой твердоспл вных пластин велика. При их удалении возможны вырывы карбидных зерен металлокерамических пластин, что скажется на стойкости резцов. Окисленный слой, образующийся при выдержке образца с температурой в интервале 9бО-1000 С, состоит в основном из окислов, которые легко удаляются и при этом не захватывают карбидных зерен. После удаления окисленного слой под ним на твердосплавной пластинке образуется однородная ровная поверх- , ность, микротрещины, риски и следы заточки исчезают. Для практической проверки эффективности данного способа -удаления дефектного слоя на твердосплавных пластинках и повышения их износостойкости были проведены испытания на стойкость при точении стали 5Х резцами из ВКб. Применялись резцы с механичесКИМ креплением твердосплавных пластин. Пластинки 8К6 имели следующие размеры: длина 18 мм, ширина 10 мм, высота 7 мм. Дефектный слой создавали путем затачивания твердосплавного режущего инструмента на станке модели ЗВ642 алмазным кругом АСВ125/100-МО IJ со следующей геометрией режущей части: ч; 45°; j.0°; . Для удаления дефектного слоя этот режущий инструмент нагревали в открытой печи сопротивления СШОЛ 1.1б/ 12-МЗ-У4.Ч при 980°С в течение 3 мин, после чего инструмент вынимали и охлаждали на воздухе. Образовывался окисленный слой серо-зеленого цвета толщиной 0,5 мм, который легко соскабливался скальпелем. На растровом электронном микроскопе РЭМ-200 были сфотографированы поверхность заточенного твердосплавного инструмента и поверхность того же инструмента, дефектный слой которого был снят указанным выше способом, У. заточенного инструмента видны риски и следы заточки, высока шероховатость

поверхности, тогда как у инструмента, дефектный слой которого удален, риски и следы заточки исчезли, поверхность стала однородной и гладкой ..

Стойкостные испытания проводились всухую на токарно-винторезном станке модели 1Кб1б с бесступенчатым приводом при следующих режимах резания: скорость резания м/мин; подача ,3 мм/об., глубина резания Н 1 мм. Если взять за величину критерия износ по задней поверхности резца ,65 мм, то для заточенных резцов ВКб с дефектным слоем время резания мин, тогда как для этого же резца, дефектный слой которого удален указанным выше способом, оно составило мин, т«е. достигается увеличением стойкости в 6,7 раза го сравнению.со стойкостью заточенных инструментов.

На растровом электронном микроскопе также просматривалось качество поверхностного слоя заточенных резцов, дефектными слой которых удалялся окислением. При выдержке в печи с температурой меньше 9бО С и временем выдержки менее 3 мин после удаления окисленного слоя следы заточки и риски остаются. При окислении с температурой выше 1000°С и временем выдержки более 5 мин риски и следы заточки исчезают, но возможно появление термических микротрещин.

При тех же режимах резания были проведены стойкостные испытания заточенных резцов 8Кб, дефектный слой которых удалялся путем нагрева этих резцов в течение 2 мин при еледующих температурах выдержки:

нагрев прибюЯс. Стойкость

нагрев при980°С. Стойкость 15бмин;

нагрев при 1100°С. Стойкость 184 мин

Стойкостные испытания резцов, дефектный слой которых удалялся путем их нагрева в течение 5 мин при следующих температурах:

нагрев при810 С. Стойкость 55мин-, . нагрев при IIOO C. Стойкость 216 мин

нагрев при 1000°С. Стойкость мин

Аналогичные стойкостные испытания резцов, дефектный слой которых удалялся путем их нагрева при 980°С в течение 7 и 10 мин не привели к существенному повышению их стойкости.

Таким образом, наибольшую стойкость (2tO мин) заточенный резец приобретает путем удаления дефектного

слоя окислением при его нагреве в . указанном интервале температур 9бО1000°С в течение 3-5 мин.

Аналогично удаляется дефектный слой, образующийся при затачивании твердо.сплавных режущих инструментов титано-вольфрамовых и титано-тантало-вольфрамовых групп. I Таким образом, предлагаемый способ обработки переточенных металлокерамических инструментов позволяет существенно повысить износостойкость твердосплавных режущих инструментов вольфрамовой,титано-вольфрамовой и титано-тантало-вольфрамовой групп, на поверхности которых имеется дефектный слой, образованный в результате их затачивания; исключить процессы травления и электротравления (следовательно,работу с токсичными кслотами); исключить процесс наводораживания при снятии дефектного слоя,который вызывает хрупкость режущих кромок резца; и снимать дефектный слой фасонного инструмента, имеющего сложный профиль (при этом лишь незначительно изменяется геометрия его режущей части). Например, данный способ позволяет снять дефектный слой капиллярного канала диаметром 50 мкм микроинструмента. Этот слой образуется при сверлении капиллярного канала. После снятия дефектного слоя стенок канала путем его окисления и удаления окисленного слоя указанным способом шероховатость стенок канала существенно снизилась, риски исчезли, образовалась однородная блестящая поверхность. Электротравление и травление не позволили снять дефектный слой на стенках капиллярного канала без существенного изменения его геометрии, так как из-за вязкости электролита низка омываемос стенок канала.

Предложенный способ прост, надежен, .менее трудоемок и не требует сложного оборудования.

Для проведения избирательного удаления дефектного слоя те места, которые не нужно окислять, покрывают тугоплавкой обмазкой, например фарфоровой глиной или иным огнестойким материалом, препятствующим доступу кислорода, поэтому окисляются не защищенные обмазкой места. Уменьшены непроизводительные потери материала инструмента. Кроме того, способ позвляет после каждой переточки затупившегося инструмента удалять дефектный слой.

Общий годовой экономический эффект от внедрения данного способа позволяющего увеличить стойкость инструмента в 6 раз по сравнению с заточенным инструментом с дефектным слоб)ч на 1 -станок за год составит 1667 РУб.

. Кроме того, прероженшй способ обработки металлокерамических режущих инструментов может быть, использован для сборного переточенного инструмента с механическим креплением режущих твердосплавных пластин вольфрамовых , титано-вольфрамовых и титано-тантало-вольфрамовых групп при обработке материалов резанием на токарных, агрегатныхи других станках и автоматиуеских линиях ни черновых, получистовых и чистовых операциях.

СПОСОБ рВРАБОТКи ТВЕРДОСПЛАВНЫХ МЕТАЛЛОКЁРАМИЧЕСКМХ ИЗДЕЛИЙ, включающий поверхностное окисление изделия путем нагрева на воздухе , охлаждение на воздухе и последующее удаление окисленного слоя, отличающийся тем, что, с целью устранен1 й дефектного слоя на поверхности изделия, образующегося в результате переточки, сокраисения длительности обработки, поверхностному окислению подвергают участки с дефектным слоем путем нагрева до температуры 960-1 в течение 3 S мин., .