РЕЖУЩАЯ ПЛАСТИНА

Полезная модель относится к обработке резанием в машиностроении, в частности, к металлорежущему инструменту, который содержит режущую пластину.
Известны различные марки твердого сплава для изготовления режущих пластин (см. Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. - М.: Металлургия, 1976-528 с.).
0
Технология изготовления пластин состоит в следующем. Смесь порошков из карбидов вольфрама, либо карбидов вольфрама и карбидов титана размером 0,5…3 мкм с кобальтом по массе от 6% до 15% подвергают прессованию в виде режущих пластин различной формы (треугольной, пятигранной, шестигранной, ромбической), а затем спекают в печи в среде водорода, либо вакуумной печи при температуре 1350…1480 С.После спекания пластины подвергают алмазной обработке.
Недостатком такого вида режущих пластин является их низкая износостойкость при высоких скоростях резания.
Известна пластина твердосплавная с неоднородным фазовым составом (см. патент РФ на полезную модель №4497, В23В 27/00, опубл. 16.07.1997).
Пластина твердосплавная с неоднородным фазовым составом для механического закрепления, состоящая из трехфазного сплава или состава, %:
карбид титана - 2-5
карбид вольфрама - 70-88
карбид тантала и ниобия - 0-6
кобальт-5-10,
на поверхности пластины образован двухфазный слой карбида вольфрама-кобальта толщиной 5-40 мкм, кристаллы карбида и вольфрама в котором располагаются базисной гранью параллельно поверхности.
Однако в процессе резания кобальт быстро изнашивается, зерна карбидов обнажаются и выкрашиваются из-за трения с обрабатываемым материалом, что приводит к быстрому износу режущих кромок и снижает износостойкость режущих пластин, особенно при прерывистом резании закаленных сталей и чугунов, а так же при точении титановых сплавов. Кроме того, трудно добиться параллельного расположения базисных граней кристаллов карбида вольфрама.
В качестве прототипа принята слоистая режущая пластина (Лавриненко В.И., Ващенко А.И., Лежук И.В., Златко А.А., Беляев А.В. Исследование структуры и обрабатываемости слоистой режущей керамики // Сверхтвердые материалы, 1987, №4, с.57-61), где верхний слой 2…3 мм выполнен из смеси карбидов титана и окиси алюминия, нижняя часть 2…4 мм из твердого сплава, содержащего карбид вольфрама и связующую фазу кобальт от 10 до 20% по массе. Слоистые пластины четырех либо трехгранной формы прессуют и подвергают спеканию в вакуумной печи при температуре 1350…1480°С. После спекания пластина подвергается алмазной обработке.
Данная режущая пластина характеризуется высокой износостойкостью при обработке закаленных сталей, либо серых и ковких чугунов при высоких скоростях резания. Однако такие режущие пластины показывают низкую работоспособность, т.е. износостойкость при прерывистом резании закаленных сталей и чугунов, а также при точении титановых сплавов и ряда других материалов из-за хрупкого выкрашивания, что вызывает быстрый износ режущих кромок.
Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.
Решаемая задача - совершенствование слоистых режущих пластин для обработки резанием широкого круга материалов.
Технический результат - повышение износостойкости режущих пластин при тяжелых режимах резания.
Этот технический результат достигается тем, что в режущей пластине, содержащей основу из твердого спеченного сплава, и нанесенный на нее износостойкий слой, износостойкий слой выполнен из наноструктурных частиц карбида вольфрама.
Мелкозернистый верхний слой из наноструктурных частиц карбида вольфрама обладает высокой микротвердостью и пластичностью по сравнению с обычными спеченными твердыми сплавами, микротвердость которых соизмерима с твердостью керамики, однако при этом сохраняется и высокая пластичность. Это позволяет проводить обработку широкого круга обрабатываемых материалов (закаленных сталей, титановых сплавов и т.д.) при высоких скоростях резания как при непрерывном, так и прерывистом резании.
Предлагаемая режущая пластина приведена на чертеже. Она содержит основу 1 из спеченного твердого сплава (2 мм), включающего карбид вольфрама или карбид титана и кобальт и нанесенное на нее покрытие 2 из наноструктурных частиц карбида вольфрама (2 мм) с размером зерен 20-50 нанометров.
Режущие пластины изготавливают из порошков карбида вольфрама, либо карбидов вольфрама и карбидов титана размером 0,5-3 мкм с кобальтом по массе 6-12%, с слоем вверху из наноструктурных частиц карбида вольфрама совместным прессованием в виде режущих пластин различной формы (треугольной, пятигранной, шестигранной, ромбической). Спекают в печи в среде водорода, либо в вакуумной печи при температуре 1350-1489°С и подвергают алмазной обработке.
Пример реализации режущей пластины.
3
Осуществляли прерывистое точение закаленной стали 45 HRC35-45 при скоростях резания V=80…120 м/мин, глубине резания t=2 мм и подаче - S=0,2 мм/об. Одновременно проводили резание закаленной стали 45 и слоистой пластиной, выполненной по прототипу, т.е. слоистой пластиной, состоящей из верхнего слоя толщиной h=2 мм и пластины из твердого сплава ВК8 (92% WC и 8% Со). Результаты стойкостных испытаний в минутах в таблице. При этом пластины подвергали износу по заданной поверхности h=0,4 мм режущей кромки четырехгранной пластины размером 4,7х4,7 мм и толщиной 4 мм.
Вид пластины
Стойкость в мин V=80 м/мин
Стойкость в мин V=100 м/мин
Стойкость в мин V=120 м/мин
Предлагаемая режущая пластина Верхний слой - 2 мм их наноструктурных частиц карбидов вольфрама, нижний слой - 2 мм из WC 92% и Со-8%
21
12
8
ПрототипВерхний слой - 2 мм из TiC+A12О3, и нижний слой - 2 мм из WC-92% и Со-8%
7
4
2
По результатам испытаний режущих пластин, приведенных в таблице, видно, что предлагаемая режущая пластина, содержащая в верхнем слое нано частицы карбидов вольфрама, позволяет повысить износостойкость в 3 раза по сравнению с известной режущей пластиной (прототипом). Аналогичные результаты получены и при точении титанового сплава ВТ20.
Преимущество предлагаемой режущей пластины, состоящей из верхнего слоя из карбидов вольфрама с размером зерен 20…50 нанометров, обусловлена хорошим сочетанием его микротвердости и пластичности. Поэтому ее режущие кромки лучше сопротивляются как хрупкому выкрашиванию, так и износу.