Способ обработки режущего инструмента

Способ обработки режущего инструмента

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к вакуумной обработке металлов, например к обработке режущих инструментов из хрупких твердых сплавов, используемых при чистовом точении, фрезеровании, сверлении в машиностроении, приборостроении, энергомашиностроении . Способ обработки режущего инструмента заключается в имплантации ионов азота в рабочую поверхность режущей кромки инструмента в импульсном режиме с длительностью импульса 1 1А9 - 100 мс. дозой (23-47)х10 ион/см , энергией частиц 15-40 кэВ. плотностью ионного тока л 10-150 мА/см В результате такой обработки повышается срок службы инструмента. 1 табл, 1 ил.

(19} RÖ . (11) (51) 5 С2ЗС14 48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

ЬЭ

СР

СР О

4

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4952561/21 (22) 28.06.91 (46) 30.10.93 Бюп Йя 39 — 40 (71) Российский научный центр "Курчатовский институт" (72) Козьма АА; Ппешивцев Н.В.; Соболь О.В.; Панасенков АА; Сидоров ПЛ. (73) Россюский научный центр "Курчатовский институт" (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА (57) Изобретение относится к вакуумной обработке металлов, например к обработке режущих инструментов иэ хрупких твердых сплавов, используемых при чистовом точении, фреэеровании, сверлении в машиностроении, приборостроении, энергомашиностроении. Способ обработки режущего инструмента заключается в имплантации ионов азота в рабочую поверхность режущей кромки инструмента в импульсном режиме с длительностью импульса 1 — 100 мс, дозой (2.3 — 4,7)х10 ион/см, энергией те г частиц 15 — 40 кэВ, плотностью ионного тока

10-150 MA/см, В результате такой обработки повышается срок службы инструмента. 1 табл, 1 ил.

2001974

Изобретение относится к области обработки металлов резанием. в частности к режущим инструментам из высокопрочных хрупких твердых сплавов. используемых при чистовом точении, фрезеровании, сверлении, развертывании отверстий в различных областях промышленности: машиностроении. приборостроении, энергомашиностроении и др, В качестве прототипа предложенного способа рассматривается способ повышения износостойкости металлических поверхностей, изготовленных иэ твердого материала на основе карбида вольфрама, заключающийся во внедрении ионов азота в известных условиях: доза облучения (2-6)x х10 см г, энергия ионов 30-150 кзВ при

20 С с последующей продувкой метаном.

Однако этот способ в случае твердых сплавов (содержание связки до 9 об.o ) не позволяет оптимизировать стойкостные характеристики режущего инструмента при чистовом точении, так как наряду с упрочнением высокодозная имплантация газовыми ионами вызывает охрупчивание обрабатываемой поверхности, образование при точении микротрещин и микроосколков режущей кромки. Кроме того, ограничение процесса имплантации температурой 20 С при указанных энергиях ионов делают способ малопроизводительным.

Целью изобретения является повышение срока службы за счет увеличения иэносостойкости режущей кромки инструмента и увеличения производительности и эффективности процесса имплантации Цель достигается облучением передней поверхности режущей кромки ионами азота в импульсном режиме работы при длительности импульса тока ионов 1-100 мс., плотности ионного тока 10-150 мА/см, энергии г частиц 15-40 кэВ до набора дозы ионов (2,3-4,7) 10 ион/см . При этом температура приповерхностного слой не должна превышать 150 С. В указанных условиях создаются интенсивные потоки межузельных атомов, которые залечивают межзеренные и внутриэеренные микронесплошности и вызывают рост сжимающих напряжений, что усиливает сцепление и снижает интенсивность выкрашивания зерен карбидов вольфрама, стимулируя тем самым самоэатачивание режущей кромки и повышение рабочих характеристик резцов при чистоВоМ точении и качества обрабатываемой поверхности изделия, Предлагаемый способ обработки хрупкого твердосплавного режущего инсгрумента реализован следующим образом.

Имплантацию ионов азота производят при помощи источника импульсных пучков ионов с параметрами: ток ионов 1-20 А, энергия ионов 10-80 кзВ, длительность импульса тока 1-100 мс, число импульсов для набора дозы 1-200, На чертеже представлен имплантер газовых ионов, где 1 — ионный источник, 2— вакуумная камера, 3 — пучок ионов, 4 — подвижная и вращающаяся вокруг оси трубы охлаждаемая водой мишень, 5 — имплантируемые изделия, б — неподвижная мишень, 7 -зонды для измерения распределения плотности тока ионов в двух прямоугольных координатах, 8 — труба с подводами для охлаждения мишени и иэделий, 9 — вильсоновское уплотнение, 10 — буферный объем, 11 — шибер, 12 — электроды ионно-оптической системы. 13 — катоды газораэрядной камеры.

В вакуумной камере объемом 1 м при помощи диффузионных насосов получают вакуум 5 10 Па. На электроды ионна-оптической системы 12 подается напряжение, к примеру+30 кВ на катоды 13 и минус 2 кВ на ускоряющий электрод. Этот электрод ускоряет ионы и тормозит электроны, образующиеся в пучковой плазме, создаваемой ионами пучка в остаточном газе.

В разрядную камеру с помощью импульсного газового электромагнитного клапана подается порция азота. На катоды подается электрический ток до 1000 А . Он нагревает катоды до температуры 3150 К, чтобы получить плотность тока эмиссии электронов до 30 А/см . Затем между катодами и анодами подают электрическое напряжение 60 В и зажигают дуговой разряд с высокой концентрацией ионов на большой (140 см ) поверхности плазмы, эмиттируюг щий ионы в вакуум. Например, при токе разряда 828 А и ускоряющем напряжении

21,2 кВ получен пучок ионов азота с током

9,4 А, плотностью тока в максимуме гауссовского распоеделения по двум координатам

266 мА/см, плотностью мощности на изделии 5640 Вт/см и плотностью потока энергии 113 Дж/см при длительности импульса тока ионов 20 мс.

Перед имплантацией ионов при помощи ионного источника и неподвижной мишени с электрическими зондами формируется пучок ионов с необходимыми параметрами, которые фиксируют в памяти ЭВМ. В бустерной камере с помощью форвакуумного насоса создает разрежение 1 Па. Открывают шибер и в область облучения подают подвижную мишень с изделиями. По измеренным распределениям плотности тока и энергии ионов определяют плотность мощ2001974 ности в максимуме распределения и на имплантируемых участках поверхности. Используя табличные значения плотности материала изделия, теплоемкости и коэффициента теплопроводности, по известной формуле из теории теплопроводности рассчитывают максимальные значения повышения температуры поверхности и выбирает длительность импульса тока для получения температуры. Указанная плотность потока энергии достаточная для оплавления приповерхностного слоя молибдена с температурой плавления

2850 К.

Необходимые условия имплантации определяли по результатам испытаний по длине затупления режущей кромки при фиксированной длине точения, Испытания износостойкости производили при чистовом точении высокопрочной стали марки

38ХС со скоростью резания 250 м/мин при подаче 0,05 мм/об. и глубине резания 0,5 мм неперетачиваемыми пластинами из твердого сплава Т15К6 (Р10).

Результаты исследований и испытаний приведены в таблице.

Пример 1. Изучали длину затупления задней грани режущей кромки твердосплавных пластин, не подвергавшихся имплантации. Среднее значение этой длины эатупления по результатам восьми измерений испольэовали для расчета коэффициента изменения стойкости имплантированных пластин.

Пример 2-9 Изучали влияние энергии ионов на изменение коэффициента стойко5 сти под действием имплантации ионов азота, Эти исследования показали, что оптимальным является диапазон энергий

15-40 кэВ с точки зрения повышения стойкости пластин, а для получения наибольше10 го энергетического КПД имплантера следует использовать ионы азота с энергией

15 — 20 кэВ, Пример ы 10-17. Исследовали зависимость коэффициента увеличения стойко15 сти режущих пластин от дозы (флюенса) облучения. При дозе 3 10 ионов азо1б та/см коэффициент увеличения стойкости имеет максимальное значение 3,8, а при

2.3 10 и 4,7 10 см 2 он равен 1,6.

20 Пример ы 18 — 25, Определяли влияние плотности тока ионов азота на повышение стойкости твердосплавных режущих пластин. Установлены оптимальные значения

1g-1 0 л Д/см .

25 Пример ы 26-29. Проведен анализ влияния длительности импульса тока ионов на увеличение стойкости режущих пластин, котс рый дл значение 1 — 100 мс. Максимальное значение определяется одним импульсом, 30 приводящим к набору оптимальной дозы, (56) Петен г /англии N 2164359, кл. С 23 С 14/48, 1986.

2001974

Продолжение таблицы

Формула изобретения

СПОСОБ ОБРАБОТКИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА. включающий имдлантацию ионов азота в рабочую поверхность режущей кромки, отличающийся тем, что, с. целью повышения срока службы, имплан- 10 тацию ионов азота осуществляют в импульсном режиме при длительности импульса 1 - 100 мс, плотности ионного тока 10 - 150 мА/см, энергии 15 - 40 кэ8 д1о набора дозы ионов (2,3 - 4,7) ° 10 ион/см .

2001974

Жюcucy

Кытин

Составитель Л. Плешивцев

Редактор М. Стрельникова Техред .М, Моргентал Корректор С, Лисина

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Заказ 3157

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101