способ обработки инструмента из стали или твердосплавного инструмента

Формула изобретения

Способ обработки инструмента из стали или твердого сплава, включающий нанесение диффузионного покрытия путем насыщения инструмента из стали или твердого сплава в эвтектическом расплаве свинец-литий с добавлением меди и никеля с получением покрытия, отличающийся тем, что после нанесения покрытия осуществляют упрочнение инструмента путем его приработки на материале твердостью от 10 до 18 НКС _э при величине контактных напряжений от 2000 до 5000 МПа в течение 2-5 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологиям, обеспечивающим повышение стойкости режущего и штампового инструмента за счет изменения состава и структуры их поверхностных слоев, и может быть использовано для увеличения эксплуатационного ресурса инструмента, увеличения производительности и качества обработки.

Известны способы повышения работоспособности инструмента за счет изменения состава и структуры его поверхностных слоев, осуществляемые путем диффузионного насыщения поверхности инструмента в процессе химико-термической обработки элементами внедрения (азотирования, нитроцементации и др.), наплавкой, напылением сплавами заданного состава: плазменно-дуговая наплавка, плазменное напыление, финишное плазменное напыление, а также физические и химические способы осаждения элементов из газовых, паровых, жидких и твердых фаз [Инструментальные материалы. Учебн. пособие / Г.А.Воробьева, Е.Е.Складнова, А.Ф.Леонов, В.К.Ерофеев. - СПб.: Политехника, 2005. 268 с.]. Недостатком технологий химико-термической обработки является то, что они в большинстве случаев повышают хрупкость инструмента. Наплавка и напыление не обеспечивают прочной связи покрытия с основой, а также характеризуются безвозвратными потерями наносимого на поверхность инструмента материала. Общими недостатками физических и химических способов осаждения являются сложность технологического процесса, высокая стоимость технологического оборудования и технологические сложности формирования равномерных покрытий на всех поверхностях изделия.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является патент № 2271265 РФ, МПК B23B 27/00 (2006.01). «Инструмент для обработки металлов резанием и давлением». Согласно этому патенту, на поверхность инструмента наносятся упрочняющие диффузионные никель-медные покрытия, получаемые путем диффузионного насыщения в расплаве эвтектического сплава свинец-литий с добавками меди и никеля, при температуре 1000-1200°C.

Нанесение диффузионных никель-медных покрытий на инструмент, обладающих низким коэффициентом трения, низкой схватываемостью с обрабатываемым материалом, повышенной теплопроводностью и самоупрочняющимся эффектом, обеспечивает повышение стойкости инструмента, производительности и качества обработки.

Недостатком прототипа является низкая исходная твердость, а следовательно, и износостойкость диффузионных никель-медных покрытий, что может при обработке сплавов, имеющих твердофазные включения, или твердостью более 30 HRC_э приводить к износу покрытия до наступления эффекта самоупрочнения покрытия.

Задачей заявляемого изобретения является повышение стойкости к износу никель-медных покрытий, нанесенных на поверхность инструмента, при обработке сплавов, имеющих твердость более 30 HRC_э или имеющих твердофазные включения.

Технический результат - повышение ресурса инструмента, а также качества и производительности при обработке ими сплавов, имеющих твердость более 30 HRC _э, а также сплавов, имеющих твердофазные включения.

Поставленная задача решается тем, что в заявляемом способе обработки инструмента из стали или твердого сплава, включающем нанесение диффузионного покрытия путем насыщения инструмента из стали или твердого сплава в эвтектическом расплаве свинец-литий с добавлением меди и никеля с получением покрытия, отличающийся тем, что после нанесения покрытия осуществляют его упрочнение путем приработки инструмента на материале твердостью от 10 до 18 HRC_э, при величине контактных напряжений от 2000 до 5000 МПа, в течение 2 5 минут.

Благодаря введению в технологический цикл изготовления инструмента этапа упрочняющей приработки покрытого инструмента на материале твердостью от 10 до 18 HRC_э (твердость обрабатываемого материала близка к твердости никель-медного покрытия после процесса металлизации), диффузионное никель-медное покрытие самоупрочняется, его микротвердость повышается до 6000 7000 МПа, и при этом не наблюдается эрозионного уноса материала покрытия. Сформировавшееся в результате приработки покрытие обладает высокой стойкостью к адгезионному схватыванию, механическому истиранию и деформированию при сохранении тех положительных эксплуатационных свойств, какими обладают никель-медные покрытия.

Таким образом, благодаря введению в технологический цикл этапа приработки значительно расширяется диапазон обрабатываемых сплавов, повышаются производительность, качество обработки и стойкость инструмента.

Пример 1. Проводилось экспериментальное точение прутков из стали Х12МФ твердостью 40 HRC_э, при скорости резания 100 м/мин, глубине резания 2,5 мм, подаче 0,2 мм/об резцами с твердосплавными пластинами марки Т15К6 с нанесенными на них никель-медными покрытиями в расплаве свинец + литий + медь + никель при температуре 1100°C. Первой партией резцов с покрытыми твердосплавными пластинами было проведено точение без упрочняющей приработки (прототип), а вторая партия резцов с покрытыми пластинами перед точением была подвергнута упрочняющим приработкам путем точения термически обработанной стали 40 на твердость 10 HRC_э и 18 HRC_э при скорости резания 20 м/мин, глубина резания составляла 5 мм, а подача изменялась, обеспечивая контактные напряжения в зоне резания 2000 МПа, 5000 МПа.

Результаты испытаний приведены в таблице 1.

Таблица 1
№ п/п	Параметры режимов приработки	Период стойкости инструмента, мин	Шероховатость поверхности, Ra, мкм
Твердость обрабатываемого материала, HRCэ	Контактные напряжения в зоне резания, МПа	Время приработки
1	10	2000	5	110	0,75
2	18	5000	2	120	0,67
3	прототип	90	0,93

Упрочняющая приработка обеспечила повышение стойкости резцов в 1,3 раза и снижение шероховатости R_a на 0,26 мкм.

Пример 2. Сравнительным испытанием по определению влияния упрочняющей приработки на стойкость инструмента и качество обработки подвергались резцы из быстрорежущей стали Р6М5 с никель-медными покрытиями без упрочняющей приработки (прототип) и с ней (заявляемый способ). Исследования проводились путем токарной обработки дисперсионно-упрочненного композиционного материала на алюминиевой основе САП-3. Режимы токарной обработки: скорость резания 100 м/мин, глубина резания 5 мм, подача 0,1 мм/об.

Упрочняющая приработка резцов с никель-медными покрытиями проводилась на стали 40 твердостью 15 HRС_э , при скорости резания 20 м/мин, глубина резания составляла 5 мм, контактные напряжения в зоне резания 3000 МПа.

Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Таблица 2
№ п/п	Параметры режимов приработки	Период стойкости инструмента, мин	Шероховатость поверхности, Ra, мкм
Твердость обрабатываемого материала, HRCэ	Контактные напряжения в зоне резания, МПа	Время приработки
1	15	3000	5	130	0,65
2	прототип	80	0,95

Упрочняющая приработка обеспечила повышение стойкости резцов в 1,6 раза и снижение шероховатости R_a на 0,3 мкм.