Способ определения температуры максимальной работоспособности твердосплавных режущих пластин

Способ определения температуры максимальной работоспособности твердосплавных режущих пластин

Реферат

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 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.