СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТА ИЗ СТАЛИ ИЛИ ТВЕРДОСПЛАВНОГО ИНСТРУМЕНТА
STEEL TOOL OR CARBIDE TOOL TREATMENT METHOD

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.
э
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 приводить к износу покрытия до наступления эффекта самоупрочнения покрытия.
э
Задачей заявляемого изобретения является повышение стойкости к износу никель-медных покрытий, нанесенных на поверхность инструмента, при обработке сплавов, имеющих твердость более 30 HRC или имеющих твердофазные включения.
э
Технический результат - повышение ресурса инструмента, а также качества и производительности при обработке ими сплавов, имеющих твердость более 30 HRC, а также сплавов, имеющих твердофазные включения.
э
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, при величине контактных напряжений от 2000 до 5000 МПа, в течение 2…5 минут.
э
Благодаря введению в технологический цикл изготовления инструмента этапа упрочняющей приработки покрытого инструмента на материале твердостью от 10 до 18 HRC (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.
э
э
э
Пример 1. Проводилось экспериментальное точение прутков из стали Х12МФ твердостью 40 HRC, 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 и 18 HRC 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, R<sub>a</sub>, мкм
Твердость обрабатываемого материала, HRC<sub>э</sub>
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
a
Упрочняющая приработка обеспечила повышение стойкости резцов в 1,3 раза и снижение шероховатости R 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.
э
Упрочняющая приработка резцов с никель-медными покрытиями проводилась на стали 40 твердостью 15 HRС, 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, R<sub>a</sub>, мкм
Твердость обрабатываемого материала, HRC<sub>э</sub>
Контактные напряжения в зоне резания, МПа
Время приработки
1
15
3000
5
130
0,65
2
прототип
80
0,95
a
Упрочняющая приработка обеспечила повышение стойкости резцов в 1,6 раза и снижение шероховатости R на 0,3 мкм.