Способ изготовления режущего инструмента

Способ изготовления режущего инструмента

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится, к порошковой металлургии, в частности к способам изготовления режущих инструментов с рабочей частью из порошковой быстрорежущей стали. Целью изобретения является повышение стойкости инструмента и снижение себестоимости обработки . Предложенный способ заключается в том, что пластическое формообразование рабочей части инструмента проводят ковкой, закалке подвергают рабочую часть.с температуры ковки, затем соединяют рабочую и крепежную части посредством расплавления при 950-1150°С промежуточной металлической прослойки, затем проводят отпуск с градиентом температур по высоте режущей части в соответствии с выражением dt/dx -kdt/dЈ, Ј а - t/b, где t - температура отпуска на по-. верхности рабочей части инструментаj Ј - длительность отпуска, мин, х - расстояние от режущей кромки по направлению к крепежной части, a, b, k - постоянные для данной марки стали и размеров инструмента. 3 ил., 1 табл. (Л С

А1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИК (1Е (u),(Р1) В 22 F 3/24, 7/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ П(НТ СССР (21) 4751461/02 (22) 23.10.89 (46) 29.02.92. Бюл. Р 8 (71) Донецкий политехнический институт (72) В.И.Апимов, E.Þ.Êoëÿãèí, В.П.Еремин, В.И.Чернухов и В.А.Яворская (53) 621.762.4.016 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 810837, кл. С 21 D 9/22, 1979. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЖУЩЕГО

ИНСТРУМЕНТА (57) Изобретение относится. к порошковой металлургии, в частности к спосо-. бам изготовления режущих инструментов с рабочей частью из порошковой быстрорежущей стали. Целью изобретения является повышение стойкости инстру- . мента и снижение себестоимости обраФ

Изобретение относится к изготовлению инструмента с рабочей частью из порошковой быстрорежущей стали и может быть использовано для изготовления режущего инструмента на машиностроительных и специализированных заводах.

Известен способ изготовления сварного режущего инструмента, включающий ковку быстрорежущей стали и соединение ее со сталью крепежной части посредством сварки трением или плавлением и последующую термическую обработку, Недостатки данного способа o6pa- ботки — повышенная твердость стали и опасность возникновения нафталинисто2 ботки, Предложенный способ заключается в том, что пластическое формообразование рабочей части инструмента проводят ковкой, закалке подвергают рабочую часть.с температуры ковки, затем соединяют рабочую и крепежную части посредством расплавления при

950-1150 С промежуточной металлической прослойки, затем проводят отпуск с градиентом температур по высоте режущей части в соответствии с выражением dt/dx = -kdt/d, Й = а — t/b, где t — температура отпуска на по-. верхности рабочей части инструмента, c — - длительность отпуска, мин, х— расстояние от режущей кромки по направлению к крепежной части, а, Ь, k- Е постоянные для данной марки стали и размеров инструмента. 3 ил., 1 табл. го излома при последующей закалке и, вследствие этого, невысокая стой-. кость инструмента.

Известен способ изготовления режущего инструмента, включающий ковку литых быстрорежу)цих сталей с температуры 1100-1150 0 и нагрев под закалку откованных заготовок сразу же после ковки без промежуточного отжига, закалку и трехкратный отпуск при

560 С по 1 ч, пореэку заготовок на пластинки для отрезных резцов и приваривание пластинок к державке инструмента, термическую обработку крепежной части инструмента на необходимую твердость.

1715497 4 в- температур по высоте режущей части, в соответствии с выражением

dt dt

dx с1лс 1 где

Недостатком укаэанного способа я ляется необходимость нагрева под за калку откованных пластин, что снижает эффект горячей пластической деформации вследствие развитий процессов рекристаллизации и полигонизации и уменьшает стойкость инструмента. При этом дополнительная термическая обработка пластин и последующая термичес- 10 кая обработка крепежной части вызыва. ет удорожание обработки, Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления режущего инструмента, включающий сварку режущей части с хвостовиком и пластическое формообразование сварной заготовки, в котором с целью повышения стойкости и снижения трудо- < емкости изготовления режущего инструмента после сварки производят изотермическую выдержку в температурном ино тервале Ин — ...Ин + 300 С.

Недостатком известного способа яв- 25

-ляется то, что пластическое формообразование проводят после сварки режущей части с хвостовиком. Так как деф эрмируемость углеродистой и быстро- . режуцей сталей различна, то в процессе формообразования на стыке возможно появление трещин и несплошностей, что при приложении рабочей нагрузки на инструмент приводит к возникновению напряжений .способствующих распростФ

35 . ранению трещин па телу инструмента, а следовательно, снижению стойкости.

Кроме того, наличие изотермической выдержки в интервале температур удо рожает процесс °

Цель .изобретения - повышение стойкости инструмента и снижение себестоимости обработки.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления ре- 45 жущего инструмейта, включающему пластическое формообразование рабочей части инструмента ковкой, закалке подвергают рабочую часть непосредст-. венно после ее формообразования с 5п температуры ковки, затем проводят механическую обработку, между рабочей и крепежной частями размещают металлическую прослойку, соединение рабочей и крепежной частей осуществляют расплавлением при 950-1150dÑ промежуточной металлической прослойки, а отпуск проводят после соединения рабочей и крепежной частей с градиентом л а-t = — — — — длительность отпусb ка, мин, t — температура отпуска на поо верхности рабочей части, С а, Ь, k — постоянные для различных марок сталей и размеров инструмента; х — расстояние от режущей кромки к крепежной части инструмента, мм.

Благодаря этому повьппается стойкость и снижается себестоимость обработки.

Способ изготовления режущего инструмента, преимущественно резцов, с рабочей частью из порошковой быстрорежущей стали осуществляется следующим образом.

Упрочнение закалкой после пластического формообразования порошковой быстрорежущей стали проводят с темпео ратуры ковочного нагрева 1100-1200 С после многократной вытяжки заготовки с охлаждением в масле через 1-2 с п6сле окончания ковки. Такое упрочнение приводит к повышению плотности структурных несовершенств, в частности дислокаций, формирует мелкозернистую структуру с ультрадисперсной карбидной фазой. При этом карбидная неоднородность очень незначительна.

Термоупрочненную рабочую часть соединяют с крепежной частью пайкой путем использования в качестве припоя тонкой насквозь борированной низкоуглеродистой стальной пластины с температурой плавления 950-1150 С. о

Верхняя граница температуры плавления прийоя не должна превышать температуру начала быстрого роста зерна порошковой быстрорежущей стали. Для закаленной непосредственно после быстрорежущей стали максимальная температура ковки не должна быть вьппе .

1150 С. Кроме того, нагрев выше

1150 С .уменьшает эффект упрочнения закалкой непосредственно после формообразования. Нижняя граница температуры плавления припоя не должна быть ниже 950 С ввипу того, что более

d низкая температура плавления не обеспечивает достаточную скорость проте5 17154 кания диффузионных процессов в процессе напайки и не обеспечивает быстрого и надежного соединения рабочей части с крепежной частью инструмента.

Малая толщина промежуточной прослой5 ки приводИт к быстрому ее расплавлению и обеспечивает высокую скорость напайки. При этом малая глубина прогрева рабочей части в процессе напай- 10 ки не устраняет эффект упрочнения за« калкой непосредственно после формооб разования.

Встречная термодийфузия элементов через границы рабочей части — жидкий припой и жидкий припой — крепежная часть обеспечивает быстрое и надежное соединение рабочей части инструмента с крепежной частью.

Отпуск проводят после соединения 20

l рабочей и крепежной частей с градиентом температур по. высоте режущей части в соответствии с выражением вали в газовой печи до 1150 С, выдерживали при этой температуре 30 мин, а затем ковали на паровоздушном молоте М134 с массой падающих частей 3 т со степенью деформации 557, с междеформационной паузой 0,5 с. Время ковки составило 60 с. Через 2 с после окончания ковки пластины охлаждали в масле И-12А (фиг.1). Твердость пластин после закалки непосредственно после формообразования составляла

HRC 64-66, карбидная неоднородность

- была незначительна (1 балл йо ГОСТ

19265-78)..Структура характеризовалась мелкозернистым строением (12 номер по ГОСТ 5639-82) и равномерно распределенной мелкодисперсной карбидной фазой с размером карбидов 0,3-0,5 мкм.

После этого из пластин 2 изготавливали рабочую часть режущего инструмента, в частности для отрезных рез-, цов, которую соединяли с крепежной частью инструмента, изготовленной из конструкционной. стали 40Х путем пайки

ТВЧ с использованием в качестве припоя насквозь борированной ниэкоуглеродистой стальной пластины 3 толщиной

0,3 мм с температурой плавления о

1100 С. В качестве флюса применялась ° бура (фиг.2).

После напайки проводили градиентный отпуск (фиг.3).. Выбор параметров отпуска проводили следующим образом.

Температура отпуска .для конкретного времени отпуска определялась эмпирически. Для порошковой быстрорежущей стали Р12ИЗК5Ф2-ИП при температуре о отпуска 620 С время выдержки составляет 5 мин.

dt dt

= -k —— 25 д для л » а- где c = — — — длительность отпуска, мнн, и - температура отпуска на по- 30 верхности рабочей части, С а,Ь,k — постоянные для различных марок сталей и размеров инструмента, х — расстояние от режущей кромки 35 к крейежной части инструмента, мм, который обеспечивает получение требуемых служебных свойств рабочей час,ти инструмента, одновременно с этим 40 температура отпуска крепежной части инструмента обеспечивает сохранение требуемых, механических свойств ее.

Пример. Для. практической реа-. лизации данного способа изготовления 45 . режущего инструмента брали заготовку (фиг. 1) днам. 75 мм,и высотой 50мк

Hs порошковой быстрорежущей стали

Р12ИЗЕ5Ф2-ИП следующего химического состава, Ж: С 1,05; Nn 0,29, Si 9,85;. 50

$ 0,03 1; Cr 5,25, Ni 0,55; Мо 4,00;

V 3, 10; Ч 14,30; Со 5,1. Твердость заготовок составляла НВ 248-255 и они.имели структуру сорбитообраэного. перлита с равномерно распределенной. мелкодисперсной карбидной фазой с размером частиц до 1 мкм. Карбидная неоднородность соответствовала 1 баллу по ГОСТ 19265-78. Заготовки нагреПостоянная а представляет собой интервал допустимых температур отпус- ". ка, нри которых кратковременный от пуск порошковых быстрорежущих сталей обеспечивает требуемые свойства рабо чей части.

Постоянная Ь характеризует темп понижения температуры в стали по тол» щине пластины и, определенная эмпирически, она для порошковых быстрорежущнх сталей изменяется от 2,5 до 5.

Для порошковой быстрорежущей стали Р12ИЗК5Ф2-ИП а = 620, Ь = 4.

Градиентный отпуск проводили при .

600 С в течение 4 мин. Отпуск был двухкратным. При заданных параметрах градиентного отпуска глубина прогрева рабочей части инструмента, имеющей,1715497 толщину 10 мм, до 620 С в течение

4 мин определяется иэ выражения где k при заданных начальных условиях градиентного отпуска равняется

620-4 а-Ь 1,0

1О

620 620 — — —: 1.

1,0 616

Тогда глубина прогрева составляет Х . 4 мм. 15 .В прогретых поверхностных слоях рабочей части инструмента происходит процесс вторичного твердения, в результате чего возрастает прочность и стойкость инструмента. 20

Градиентный отпуск проводили путем нагрева торцовой части инструмента со стороны рабочей части в щелевой электрической печи в воздушной атмосфере.

Такой обработкой добивались тре- буемых служебных свойств в рабочей части инструмента, при этом крепежная часть обладала необходимыми меха. ническими свойствами, пре(3являемымик державке 4 инструмента. После заточ-30 ки инструмент градиентно отпускали.

Таким же образом поступали после каждой переточки.

Аналогично проводили исследования при изготовлении режущего инструмента при варьировании технологических параметров и по режиму прототипа.

Результаты исследований приведены в таблице.

Из проведенных исследований вид- 4О но, что стойкость инструмента, обра- . ботанйого .по предлагаемому способу (строка 2-4, таблица), íà 40Х выше стойкости инструмента, обработанного по прототипу. 45

Это можно объяснить следующим образом . При а> 640 происходит разуп- рочнение закаленной непосредственно после формообразования рабочей части и резкое снижение стойкости инструмента,.при а4 600 возрастает длительность отпуска, уменьшается производительность и увеличивается себестоимость обработки. При Ь > 5 отпуск может и не произойти ввиду быстрой .потери температуры рабочей частью инструмента. При Ъ C 2,5 отпуск будет протекать наоборот очень долго, что

-невыгодно с экономической точки зрения. При этом снижается себестоимость обработки вследствие .исключения термической обработки рабочей и крепежной частей инструмента.

Обработка при изменении параметров градиентного отпуска, т.е. при а<600 и а 0 640 приводит в первом случае к увеличению длительности отпуска и снижению производительности труда и удорожанию себестоимости обработки, а в другом случае - к резкому снижению стойкости инструмента. Аналогичным образом влияет изменение параметра Ь на себестоимость обработки и стойкость. инструмента.

Технико-экономический эффект получают за счет повышения стойкости инструмента, снижения себестоимости обработки.

Годовой расход инструмента, обработанного по способу-прототипу, составляет: резец ГИ2130-3085200000 шт., резец ГИ2130-3095200000 шт. Стоимость одного резца, обработанного по прототипу, составляет: резец ГИ2130 3085 — 2,42 руб., резец ГИ2130-3095 - 1,53 руб.

Годовой расход инструмента, обработанного по предлагаемому способу, вследствие повышения стойкости на 407 составляет:

Резец ГИ2130-3085 - 200000(1-0,4)

120000 (шт.),, Резец ГИ2130-3085 — 200000(1-0,4)

120000 (шт.).

Стоимость резца,.обработанного по предлагаемому способу, составляет:

Резец ГИ2130-3085 - 2,14 руб., Резец ГИ21130-.3095 - 1,34 руб.

Формула изобретения

Способ изготовления режущего инструмента, преимущественно, резцов с рабочей частью из порошковой быстрорежущей стали, включающий нластическое формообразование рабочей части инструмента, соединение рабочей и крепежной его частей, закалку, от-. пуск и механическую обработку, о т — л и ч а ю ц и и с я тем, что, с целью повышения стойкости инструмента и снижения себестоимости обработки, формообразование рабочей части проводят ковкой, закалке подвергают рабочую часть непосредственно после ее формообразования с температуры ковки, затем проводят механическую обработку, между рабочей и крепежной частями

1715497

10 а-t — — — — длительность отпуска

b мин 4 температура отпуска на по0 верхности рабочей части, С постоянные для различных марок сталей и размеров инструмента, расстояние от режущей кромки к крепежной части инструмента, мм. где г а,Ъ,k—

dt dt — — = -k ——

dx d

Достигаемые результаты

Стойкостьу мин

Себестоимость руб

Температура плавления прослойки, OC

550 1,5

600 2,5

620 4

6,94

900

7,03

7,84

950

1100

1150

7,68

5,44

1250

6,86

900

5,30

1250

1100

7,01

6,04

1100

69,8

7,12

1100

64,3

7,15

5,8 размещают металлическую прослойку, соединение рабочей и крепежной частей осуществляют .расплавлением при 9501150ОС промежуточной металлической

5 прослойки, а отпуск проводят после . соединения рабочей и крепежной частей с градиентом температур по высоте режущей части в соответствии с выражением

Технологические параметры

640 5

700 7

620 4

620- 4

550 4

700 4

620 1,5

620 . 7

Разовая Суммарная

68,4

69,6

70,8

70,2

50,8

65,4

46,3

63,9

54,6

3,14

2,84

2,59

2,40

3,26

3,28

3i30

2,86

3,40

2,80

2,98

2,96