СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
METHOD OF HARDENING CUTTING TOOL

Изобретение относится к машиностроению, в частности к изготовлению режущих деталей машин и режущего инструмента.
Известен способ упрочнения режущих деталей машин и инструментов, при котором при изготовлении детали оставляют технологический припуск на "мягкой" поверхности режущих граней, сопрягающихся у лезвия, проводят химико-термическую обработку на толщину слоя, превышающую технологический припуск, выполняют упрочняющую термообработку (закалку и отпуск) сердцевины и диффузионного слоя, сошлифовывают (затачивают) часть толщины диффузионного слоя "мягкой" поверхности, снимая технологический припуск, подвергающейся большему износу, по мере накопления дефектов износа лезвия дошлифовывают (затачивают) "мягкую" поверхность. (Патент РФ № 2131468, МПК C21D 9/18, С23С 8/32, приор. от 10.12.1997, опубл. 10.06.1999.)
Однако известный способ имеет высокую трудоемкость, связанную с проведением химико-термической обработки, закалки, отпуска и механической обработки, требует изготовления деталей с технологическим припуском. Кроме того, известный способ подходит только для упрочнения сталей с высоким содержанием углерода.
Известен способ нанесения износостойких покрытий на рабочую поверхность деталей почвообрабатывающих машин, включающий дуговую наплавку рабочей поверхности вдоль линий армирования износостойким присадочным материалом большей плотности, чем основной металл детали с созданием сжимающих напряжений на толщину рабочей поверхности при охлаждении детали, причем наплавку рабочей поверхности вдоль линий армирования выполняют в виде точек износостойкого материала толщиной слоя 0,8-2,0 мм, расположенных на расстоянии друг от друга, обеспечивающем перекрытие промежутков основного металла между соседними точками в направлении перемещения рабочей поверхности детали, при этом наплавку каждой последующей точки вдоль линий армирования выполняют со скоростью, обеспечивающей перекрытие зон термического влияния соседних точек с образованием закалочной структуры на толщину основного металла рабочей поверхности (Патент РФ № 2464358, МПК С23С 26/00, В23K 9/04, С23С 4/12, приор. от 11.04.2011, опубл. 20.10.2012), который принят за прототип. Однако известный способ, принятый за прототип, не обеспечивает получение равномерного покрытия, что снижает износостойкость инструмента и имеет высокую трудоемкость, связанную с точечной наплавкой. Кроме того, при наплавке снижается прочность материала основы в связи с высокотемпературным воздействием.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение износостойкости режущего инструмента с получением эффекта самозатачивания и снижение трудоемкости процесса упрочнения.
Сущность предлагаемого способа заключается в том, что наносят на режущую поверхность износостойкое  покрытие, в отличие от прототипа осуществляют предварительную струйно-абразивную обработку режущей поверхности до заданной шероховатости, а нанесение износостойкого покрытия осуществляют  газопламенным напылением до толщины получаемого слоя от 0,5 до 3 мм с одновременным локальным охлаждением, после чего охлаждают режущую поверхность и производят ее заточку.
Кроме того, после газопламенного напыления производят оплавление покрытия.
Кроме того, износостойкое покрытие напыляют с чередующимися твердыми и пластичными слоями.
Кроме того, износостойкое покрытие напыляют из смеси твердых и пластичных порошков.
Технический результат заключается в повышении рабочего ресурса инструмента с увеличением времени до его перезаточки, снижении трудоемкости процесса упрочнения, снижении разупрочнения материала основы.
Предложенная совокупность существенных признаков заявляемого способа позволяет получать равномерные по толщине покрытия с высокой твердостью до 62-65 HRC и возможностью упрочнения инструмента любых габаритов. При этом за счет неравномерного износа основы и упрочняющего покрытия создается эффект самозатачивания и увеличивается время до повторной заточки инструмента. При этом процесс упрочнения имеет минимальную трудоемкость и высокую производительность. Следует также отметить, что применение газопламенной горелки с периферическим охлаждением позволяет уменьшить разупрочнение основы из-за термического воздействия. Чередование слоев или использование смеси порошков с повышенной и пониженной твердостью и использование смеси повышает ударную вязкость покрытия, препятствует образованию хрупких трещин и сколов. Заявляемый способ может использоваться для упрочнения такого режущего инструмента, как лемехи плугов, ножи, резцы и пр.
Заявляемый способ упрочнения режущего инструмента заключается в том, что сначала производят обработку рабочей поверхности до получения заданной шероховатости, затем наносят износостойкое газопламенное покрытие, причем напыление ведут с одновременным охлаждением. Затем охлаждают рабочую поверхность и производят заточку инструмента. Также покрытие могут напылять с чередующимися твердыми и пластичными слоями или из смеси твердого и пластичного порошка. В качестве материала для напыления выбирают, например, твердый порошок ПН70Х17С4Р4 и пластичный порошок ПН85Ю15. Дополнительно могут производить оплавление покрытия после газопламенного напыления.
Примером реализации предлагаемого способа может служить процесс нанесения износостойкого покрытия на серию лемехов сельскохозяйственных плугов.
Сначала производят механическую очистку и струйно-абразивную обработку поверхности до шероховатости 140-160 мкм. Затем напыляют на рабочую поверхность газопламенным методом покрытие с чередующимися слоями из порошка ПН70Х17С4Р4 и ПН85Ю15 до получения слоя толщиной 1,5 мм, причем напыление ведут с одновременным охлаждением. Затем охлаждают рабочую поверхность на воздухе и производят заточку инструмента.
Проведенные экспериментальные исследования, показали что, использование заявляемого способа по сравнению с прототипом обеспечивает повышение износостойкости инструмента в 1,4 раза и увеличение времени до перезаточки режущей кромки в 1,8 раза. Кроме того, практически полностью отсутствует разупрочнение основы, в то время как по способу-прототипу наблюдается рост зерна и снижение твердости основы.
Способ упрочнения режущего инструмента может быть осуществлен с помощью известных в технике средств. Следовательно, он соответствует критерию «промышленная применимость».
Использование заявляемого способа обеспечивает значительное повышение износостойкости режущего инструмента, увеличение времени до его повторной заточки, возможность упрочнения крупногабаритного инструмента и повышение производительности процесса.