RU2249198C1

RU2249198C1 - Method of predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools

Info

Publication number: RU2249198C1
Application number: RU2004103891/28A
Authority: RU
Inventors: В.П. Нестеренко (RU); В.П. Нестеренко; Л.В. Сериков (RU); Л.В. Сериков; В.И. Меркулов (RU); В.И. Меркулов; В.Д. Хоружий (RU); В.Д. Хоружий; К.П. Арефьев (RU); К.П. Арефьев; Ю.И. Тюрин (RU); Ю.И. Тюрин
Original assignee: Томский политехнический университет
Priority date: 2004-02-10
Filing date: 2004-02-10
Publication date: 2005-03-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: method comprises performing reference wear resistance test during cutting materials at the optimal or near-optimal cutting rate, testing variation of the intensity of partial digits as a function of surface properties, polyoxide structure, which is formed during heating at the surface of the hard-alloy cutting tool at a temperature equal to the mean temperature in the cutting zone, constructing the reference correlation dependence, which includes initial parameter in the form of the wear resistance for given cutting temperatures and heating, current monitoring of the value of the initial parameter only for the current batch of hard-alloy cutting tools, and predicting wear resistance for the current batch from the dependence proposed.

EFFECT: enhanced accuracy reduced labor consumptions.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования-контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации.The invention relates to the field of metal cutting and can be used to predict and control the wear resistance of carbide cutting tools in their manufacture, use or certification.

Известен способ определения износостойкости твердых сплавов, заключающийся в том, что испытуемый материал помещают в переменное магнитное поле с напряженностью порядка 5 эрстед, измеряют магнитную проницаемость материала и по градировочному графику “магнитная проницаемость - стойкость”, построенному для эталонного образца, определяют величину износостойкости материала [SU а.с. 268720, МПК G 01 N 3/58, БИ 1970, №14].A known method for determining the wear resistance of hard alloys is that the test material is placed in an alternating magnetic field with an intensity of about 5 Oersted, the magnetic permeability of the material is measured, and the magnitude of the magnetic permeability — resistance constructed for the reference sample is determined by the calibration chart [, the material wear resistance is determined [ SU a.s. 268720, IPC G 01 N 3/58, BI 1970, No. 14].

Одним из недостатков известного способа является то, что при измерении не учитывается влияние массы и размагничивающего фактора изделий, имеющих часто различные формы и габаритные размеры на величину магнитной проницаемости, что приводит к снижению точности измерений. Кроме того, эксплуатационная характеристика - износостойкость контролируется данным способом посредством оценки физического состояния с помощью относительной магнитной проницаемости только в одной из компонент твердого сплава - кобальтовой связке. Это происходит потому, что карбид вольфрама - парамагнетик и вклад его от намагниченности в общую относительную магнитную проницаемость небольшой. Поэтому с помощью данного способа производится, по существу, оценка относительной магнитной проницаемости кобальта, его количество и деформационное состояние. При этом совершенно не учитываются другие свойства поверхности и объема твердого сплава, в том числе, когезионное и адгезионное состояние на границах фаз и в объеме компонентов твердого сплава и т.д. Вследствие рассмотренных причин этот способ отличается низкой точностью при оценке износостойкости твердых сплавов.One of the disadvantages of this method is that the measurement does not take into account the influence of the mass and demagnetizing factor of products, which often have different shapes and dimensions on the value of magnetic permeability, which reduces the accuracy of the measurements. In addition, the operational characteristic - wear resistance is controlled by this method by assessing the physical condition using relative magnetic permeability in only one of the components of the hard alloy - cobalt bond. This is because tungsten carbide is a paramagnet and its contribution from magnetization to the total relative magnetic permeability is small. Therefore, using this method, essentially, the relative magnetic permeability of cobalt, its quantity and deformation state are evaluated. Moreover, other properties of the surface and volume of the hard alloy are not taken into account at all, including the cohesive and adhesive state at the phase boundaries and in the volume of the components of the hard alloy, etc. Due to the reasons considered, this method is characterized by low accuracy in assessing the wear resistance of hard alloys.

Известен способ контроля режущих свойств партии твердосплавных инструментов, согласно которому сначала воздействуют на каждый инструмент (твердосплавную пластинку) из партии, регистрируют параметр контроля, затем выборочно подвергают механическому износу несколько инструментов из партии и определяют режущие свойства инструментов всей партии. Воздействие на каждый инструмент осуществляют путем равномерно распределенного импульсного нагрева, регистрируют хронологическую термограмму, в качестве параметра контроля определяют коэффициент температуропроводности каждого инструмента, по результатам выборочного механизма износа в зависимости от коэффициента температуропроводности, а режущие свойства инструментов всей партии определяют, используя полученную зависимость [SU А.С. 1651155, МПК G 01 N 3/58, БИ 1991, №19]. Выбранным исходным параметром в данном способе является величина температуропроводности. Основным недостатком данного способа является то, что очень трудно, более или менее точно, определить скорость распространения тепла в материалах, в которых носителями тепла являются свободные электроны. Твердые сплавы являются такими материалами, и теплопередача у них обеспечивается за счет движения электронов. Температуропроводность всех твердых сплавов отличается на незначительную величину. Поэтому очень сложно определить флуктуации (изменяющие износостойкость) температуропроводности для одной конкретной марки твердого сплава (они практически незаметны). Последнее сопряжено с большими техническими трудностями. Должное обеспечение в этой ситуации операций контроля точными - воздействующими, регистрирующими и вспомогательными приборами и устройствами, гарантирующими, необходимую точность повлечет за собой значительное повышение себестоимости контрольных операций. Вследствие этого данный способ контроля является мало перспективным для использования как в лабораторных, так и в производственных условиях.A known method of controlling the cutting properties of a batch of carbide tools, according to which first they act on each tool (carbide plate) from the batch, a control parameter is recorded, then several tools from the batch are selectively subjected to mechanical wear and the cutting properties of the tools of the entire batch are determined. The impact on each tool is carried out by uniformly distributed pulsed heating, a chronological thermogram is recorded, the thermal diffusivity of each instrument is determined as a control parameter, according to the results of a selective wear mechanism depending on the thermal diffusivity, and the cutting properties of the instruments of the entire batch are determined using the obtained dependence [SU A .FROM. 1651155, IPC G 01 N 3/58, BI 1991, No. 19]. The selected initial parameter in this method is the thermal diffusivity. The main disadvantage of this method is that it is very difficult, more or less accurately, to determine the rate of heat propagation in materials in which free electrons are the heat carriers. Hard alloys are such materials, and their heat transfer is ensured by the movement of electrons. The thermal diffusivity of all hard alloys differs by an insignificant amount. Therefore, it is very difficult to determine the fluctuations (changing the wear resistance) of the thermal diffusivity for one particular grade of hard alloy (they are almost invisible). The latter is fraught with great technical difficulties. The proper provision in this situation of control operations with precise - acting, recording and auxiliary instruments and devices guaranteeing the necessary accuracy will entail a significant increase in the cost of control operations. As a result of this, this control method is not very promising for use in both laboratory and production conditions.

Известен способ определения стойкости режущего инструмента, выбранный в качестве прототипа и заключающийся в следующем. Проводят эталонные испытания режущих инструментов при оптимальной или близкой к ней скорости резания, проводят испытания на изменение величины исходного параметра от свойств, поверхностной полиоксидной структуры, сформированной в процессе нагревания при температуре, равной средней температуре в зоне резания, строят эталонную корреляционную зависимость "исходный параметр - износостойкость" для конкретных температур, выполняют статистический контроль только величины исходного параметра для текущей партии твердосплавных режущих инструментов. После этого прогнозируют износостойкость для текущей партии инструментов на основании зависимости:A known method for determining the durability of a cutting tool, selected as a prototype and consisting in the following. Carry out benchmark tests of cutting tools at an optimal or close cutting speed, conduct tests to change the value of the initial parameter from the properties of the surface polyoxide structure formed during heating at a temperature equal to the average temperature in the cutting zone, build a reference correlation dependence "initial parameter - wear resistance "for specific temperatures, perform statistical control only the value of the initial parameter for the current batch of carbide cutting tools ments. After that, wear resistance is predicted for the current batch of tools based on the relationship:

где Т(текущее), мин - износостойкость в минутах среднее прогнозируемое время безаварийной работы твердосплавных режущих инструментов, подвергающихся испытаниям, из текущей партии образцов;where T (current), min - wear resistance in minutes, the average predicted time of trouble-free operation of carbide cutting tools undergoing tests from the current batch of samples;

Т(эталонное), мин - средняя износостойкость в минутах для твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии твердосплавной продукции;T (reference), min - average wear resistance in minutes for carbide cutting tools from a reference batch of carbide products;

Е(эталонное), кВ/см - средняя величина выбранного исходного параметра, полученная при измерении характеристики поверхностной полиоксидной структуры у твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии твердосплавной продукции;E (reference), kV / cm - the average value of the selected initial parameter obtained by measuring the characteristics of the surface polyoxide structure of carbide cutting tools from a reference batch of carbide products;

Е(текущее), кВ/см - средняя величина выбранного исходного параметра, полученная при измерении характеристики поверхностной полиоксидной структуры у твердосплавных режущих инструментов из текущей - контролируемой партии. В качестве исходного параметра при этом используют величину напряженности электрического поля, необходимую для электрического пробоя полиоксидной структуры (пленки), сформировавшейся на поверхности твердосплавного режущего инструмента при температуре и продолжительности окислительного нагревания его, равным соответственно температуре резания и продолжительности функционирования этого инструмента до заданного критерия затупления [SU А.С. 2209413, МПК G 01 N 3/58, БИ 2003, №29]. Основным недостатком данного способа является низкая точность в оценке диэлектрических свойств полиоксидных структур с помощью измерения электрической прочности. Это объясняется тем, что электрическая прочность при данном способе контроля (прогнозировании) зависит не только от чисто электрических характеристик, таких как относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь, но и от механических и тепловых, к которым в первую очередь относятся прочность, температуропроводность, соотношения в коэффициентах линейного термического расширения у составляющих композицию компонентов. Процесс формирования канала пробоя, а следовательно, и электрической прочности в значительной степени зависит от последних факторов. Вследствие этого данный способ прогнозирования износостойкости не совсем точно характеризует изоляционные свойства поликсидной пленки, что в итоге снижает степень тесноты корреляционной связи между исходным параметром и износостойкостью режущих инструментов. Тем не менее, данный способ контроля информативно отражает диэлектрическое состояние поверхностной структуры инструментального материала, что важно для установления связи между данной характеристикой и основным видом разрушения режущего инструмента - адгезионным износом, напрямую зависящим от электрических параметров полиоксидного слоя и мы выбираем его в качестве прототипа.E (current), kV / cm - the average value of the selected initial parameter, obtained by measuring the characteristics of the surface polyoxide structure of carbide cutting tools from the current - controlled batch. In this case, the electric field strength necessary for the electrical breakdown of the polyoxide structure (film) formed on the surface of the carbide cutting tool at a temperature and duration of oxidative heating equal to the cutting temperature and the duration of operation of this tool to the specified blunting criterion is used as an initial parameter [ SU A.S. 2209413, IPC G 01 N 3/58, BI 2003, No. 29]. The main disadvantage of this method is the low accuracy in assessing the dielectric properties of polyoxide structures by measuring dielectric strength. This is because the electric strength with this method of control (forecasting) depends not only on purely electrical characteristics, such as relative permittivity and dielectric loss tangent, but also on mechanical and thermal, which primarily include strength, thermal diffusivity, ratios in the coefficients of linear thermal expansion of the components making up the composition. The process of formation of the breakdown channel, and hence the dielectric strength, largely depends on the last factors. As a result of this, the method for predicting wear resistance does not quite accurately characterize the insulating properties of the polyxide film, which ultimately reduces the degree of tightness of the correlation between the initial parameter and the wear resistance of cutting tools. Nevertheless, this control method informatively reflects the dielectric state of the surface structure of the tool material, which is important for establishing a relationship between this characteristic and the main type of destruction of the cutting tool - adhesive wear, which directly depends on the electrical parameters of the polyoxide layer and we choose it as a prototype.

Задачей предлагаемого способа - прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов является повышение точности и снижение трудоемкости при прогнозировании износостойкости твердосплавных режущих инструментов. Прогнозирование основано на тесной корреляционной зависимости между износостойкостью и интенсивностью частичных электрических разрядов (в дальнейшем будем использовать общепринятое сочетание слов: "интенсивность частичных разрядов"), измеряемых у полиоксидных структур, формирующихся на поверхности твердых сплавов при их нагревании - окислении. Интенсивность частичных разрядов это число разрядов, генерируемых, при приложении к образцу электрического напряжения меньше пробивного, электрических разрядов, происходящих в течение одной секунды. С увеличением интенсивности частичных разрядов, генерируемых полиоксидными структурами, сформированными на поверхности твердосплавных материалов (режущих пластинок), при их окислении в результате высокотемпературного нагревания происходит рост износостойкости режущих инструментов (режущих пластинок) при резании ими сталей и сплавов.The objective of the proposed method is predicting the wear resistance of carbide cutting tools is to increase the accuracy and reduce the complexity when predicting the wear resistance of carbide cutting tools. Prediction is based on a close correlation between the wear resistance and the intensity of partial electric discharges (in what follows we will use the generally accepted combination of words: “partial discharge intensity”) measured on polyoxide structures formed on the surface of hard alloys when they are heated and oxidized. The intensity of partial discharges is the number of discharges generated when electrical voltage is applied to the sample less than breakdown, electrical discharges occurring within one second. With an increase in the intensity of partial discharges generated by polyoxide structures formed on the surface of carbide materials (cutting inserts), their oxidation as a result of high-temperature heating leads to an increase in the wear resistance of cutting tools (cutting inserts) when they cut steel and alloys.

Поставленная задача при прогнозировании износостойкости в предлагаемом способе решается путем использования выбранного исходного параметра и включает проведение эталонных статистических испытаний на износостойкость в процессе резания машиностроительных материалов на металлорежущем станке, измерение - контроль исходного параметра, построение корреляционной-эталонной зависимости “исходный параметр - износостойкость” и статистический контроль, исключительно только величины исходного параметра у текущей контролируемой партии твердосплавных режущих инструментов (или отдельных инструментов) на основании зависимости:The task when predicting wear resistance in the proposed method is solved by using the selected initial parameter and includes carrying out benchmark statistical tests of wear resistance in the process of cutting machine-building materials on a metal-cutting machine, measurement - control of the initial parameter, construction of the correlation-reference dependence “initial parameter - wear resistance” and statistical control, only the value of the initial parameter of the current controlled batch of TV carbide cutting tools (or individual tools) based on the relationship:

где Т(текущее), мин - износостойкость в минутах - среднее прогнозируемое время безаварийной работы твердосплавных режущих инструментов, подвергающихся испытаниям, из текущей партии образцов;where T (current), min - wear resistance in minutes - the average predicted time of trouble-free operation of carbide cutting tools undergoing tests from the current batch of samples;

Z(эталонное), импульс/с - средняя величина выбранного исходного параметра, полученная при измерении характеристики поверхностной полиоксидной структуры у твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии твердосплавной продукции;Z (reference), pulse / s - the average value of the selected initial parameter obtained by measuring the characteristics of the surface polyoxide structure of carbide cutting tools from a reference batch of carbide products;

Z(текущее), импульс/с - средняя величина выбранного исходного параметра, полученная при измерении характеристики поверхностной полиоксидной структуры у твердосплавных режущих инструментов из текущей - контролируемой партии.Z (current), pulse / s - the average value of the selected initial parameter obtained by measuring the characteristics of the surface polyoxide structure of carbide cutting tools from the current - controlled batch.

В качестве исходного параметра используют величину генерирования интенсивности частичных разрядов, образующихся при определенной напряженности электрического поля, возникающей в структуре полиоксидной пленки, сформированной на поверхности твердосплавного режущего инструмента при температуре и продолжительности нагревания его в электрической печи с открытым доступом атмосферного воздуха, равным соответственно средней температуре резания и средней продолжительности функционирования этого инструмента до заданного критерия затупления.As the initial parameter, the value of generating the intensity of partial discharges generated at a certain electric field strength arising in the structure of a polyoxide film formed on the surface of a carbide cutting tool at a temperature and duration of heating in an electric furnace with open access to atmospheric air equal to the average cutting temperature, respectively, is used and the average duration of the operation of this tool to a given criterion Lenia.

Известно, что в зоне контакта трущихся тел и, в частности инструментального и обрабатываемого материалов, формируются полиоксидные структуры - полупроводниковые или диэлектрические пленки, существенным образом влияющие на эксплуатационные характеристики твердосплавных режущих инструментов, их износостойкость. В свою очередь, установлено, что величина интенсивности частичных разрядов в значительной мере определяется физико-химическими свойствами тонких полиоксидных пленок, а именно: составом, степенью завершенности твердофазных окислительных реакций, дефектностью - пористостью, адсорбционной активностью по отношению к атомам и молекулам атмосферного воздуха, электропроводностью, емкостью, индуктивностью, механической прочностью и прочностью соединения с подложкой. На свойства формирующихся тонких полиоксидных пленок и соответственно величину интенсивности частичных разрядов большое влияние оказывают также флуктуации напряженного и деформированного состояний в составляющих твердый сплав компонентах, зависящие от вида прессования, технологии проведения процесса спекания, наличия примесей, избытка или недостатка содержания углерода, регулирующего уровень проявления твердофазных реакций на границах компонентов при спекании и последующем окислении, степени нуглероженности карбидных зерен и др. Активность проявления в процессе резания абразивного, адгезионного и диффузионного механизмов износа, как и величина интенсивности частичных разрядов, связаны с электрическими свойствами, полиоксидных структур, принадлежащих участвующим в трении объектов, такими как работы выхода, ионизационные потенциалы, степени сродства с электроном и т.д. При исследовании частичных разрядов разрядный путь по сравнению с путем электронной лавины при определении электрической прочности (в соответствии с прототипом) значительно увеличивается и захватывает большее количество локальных точек с пониженной электрической прочностью, что приводит к более точному отражению диэлектрических свойств контролируемой полиоксидной структуры. Проведенные измерения и контроль указывают на тесную корреляционную связь, переходящую в функциональную между износостойкостью и интенсивностью частичных разрядов, происходящих в тонких полиоксидных пленках, при выбранной напряженности электрического поля. Интенсивность частичных разрядов, генерируемых полиоксидной структурой объективно отражает вклад всех компонентов твердого сплава в изменение износостойкости режущих инструментов (твердосплавная структура - композиция состоит, как правило, из карбидов вольфрама и кобальта или карбидов вольфрама, титана и кобальта или карбидов вольфрама, титана, тантала и кобальта и т.д.). Оценка диэлектрических свойств полиоксидных структур с помощью измерения частичных разрядов позволяет более точно осуществлять прогнозирование твердосплавных режущих инструментов.It is known that in the contact zone of rubbing bodies and, in particular, of tool and processed materials, polyoxide structures are formed - semiconductor or dielectric films, which significantly affect the operational characteristics of carbide cutting tools, their wear resistance. In turn, it was found that the magnitude of the intensity of partial discharges is largely determined by the physicochemical properties of thin polyoxide films, namely: composition, degree of completion of solid-phase oxidative reactions, defectiveness - porosity, adsorption activity with respect to atoms and molecules of atmospheric air, electrical conductivity , capacity, inductance, mechanical strength and the strength of the connection with the substrate. The properties of the forming thin polyoxide films and, accordingly, the magnitude of the intensity of partial discharges are also greatly influenced by fluctuations of the stress and strain states in the components of the hard alloy, depending on the type of pressing, the technology of the sintering process, the presence of impurities, an excess or lack of carbon content, which regulates the manifestation of solid-phase reactions at the boundaries of components during sintering and subsequent oxidation, the degree of carburization of carbide grains, and The activity of the manifestation of the abrasive, adhesive, and diffusion wear mechanisms during cutting, as well as the intensity of partial discharges, are associated with the electrical properties of polyoxide structures belonging to objects involved in friction, such as work functions, ionization potentials, electron affinity, etc. d. In the study of partial discharges, the discharge path compared to the path of an electron avalanche when determining the electric strength (in accordance with the prototype) significantly increases and captures a larger number of local points with reduced electric strength, which leads to a more accurate reflection of the dielectric properties of the controlled polyoxide structure. The measurements and control indicate a close correlation that becomes functional between the wear resistance and the intensity of partial discharges occurring in thin polyoxide films at a selected electric field strength. The intensity of partial discharges generated by the polyoxide structure objectively reflects the contribution of all hard alloy components to the change in the wear resistance of cutting tools (carbide structure - the composition usually consists of tungsten and cobalt carbides or tungsten, titanium and cobalt carbides or tungsten, titanium, tantalum and cobalt carbides etc.). Assessment of the dielectric properties of polyoxide structures by measuring partial discharges allows more accurate prediction of carbide cutting tools.

Существенно важной особенностью предлагаемого способа является то, что в соответствии с его приемами - без дополнительных затрат и технических трудностей представляется возможным также проводить более объективную и точную оценку износостойкости, - вследствие оперативного анализа и сопоставления текущих контролируемых и эталонных параметров, полученных в широком диапазоне режимов резания, температур резания и температур окисления в электрической печи. На свойства полиоксидных пленок, образующихся в зоне контакта и на свойства полиоксидных структур, формирующихся на поверхности твердосплавных режущих инструментов при их нагревании в электрической печи значительное влияние оказывают защитные покрытия и различные поверхностные упрочнения, тем не менее, и в данном случае между износостойкостью и интенсивностью частичных разрядов, генерируемых поверхностными (в данном случае - комбинированными) полиоксидными структурами, как показали испытания, наблюдается устойчивая взаимосвязь.An essential feature of the proposed method is that, in accordance with its methods - without additional costs and technical difficulties, it is also possible to conduct a more objective and accurate assessment of wear resistance - due to the operational analysis and comparison of current controlled and reference parameters obtained in a wide range of cutting conditions , cutting temperatures and oxidation temperatures in an electric furnace. The properties of polyoxide films formed in the contact zone and the properties of polyoxide structures formed on the surface of carbide cutting tools when they are heated in an electric furnace are significantly affected by protective coatings and various surface hardenings, however, in this case, between wear resistance and the intensity of partial discharges generated by surface (in this case, combined) polyoxide structures, as shown by tests, a stable relationship is observed.

Реализация способа осуществляется поэтапно, сначала проводят эталонные испытания. Для этого делают достаточно представительную выборку твердосплавных режущих инструментов (режущих пластинок) из имеющейся партии твердосплавной продукции и производят испытания на износостойкость в процессе резания ими на металлорежущем станке, как правило, стали 45, стали Х18Н10Т или наиболее используемых на предприятии материалов. Резание проводят на оптимальной или близкой к ней скорости резания [см., например, RU 2168394, С 27 В 23 В 1/00 от 10.06.01. Бюл. №16]. При этом одновременно регистрируют среднюю температуру резания - по показаниям термо-эдс и на основании тарировочных графиков, или по показаниям пирометра. Определяют величину износостойкости, как продолжительность безотказной работы до заданного критерия затупления - фаски износа на задней поверхности (как правило, 0,2-0,8 мм). Затем испытанные в процессе резания твердосплавные режущие инструменты подвергают окислению в электрической печи с открытым доступом атмосферного воздуха. Температура и продолжительность нагревания в электрической ночи примерно равняется температуре и продолжительности резания инструмента до заданного критерия затупления. После завершения операций окисления, извлечения образцов из печи и остывания с их поверхностей, кроме одной, имеющей наибольшую площадь при достаточной длине и ширине, убирают ненужные полиоксидные образования.The implementation of the method is carried out in stages, first conduct benchmark tests. To do this, a fairly representative sample of carbide cutting tools (cutting inserts) is made from the existing batch of carbide products and wear tests are carried out during their cutting on a metal cutting machine, usually 45 steel, X18H10T steel or the materials most used at the enterprise. Cutting is carried out at an optimum or close to cutting speed [see, for example, RU 2168394, C 27 V 23 V 1/00 from 10.06.01. Bull. No. 16]. At the same time, the average cutting temperature is recorded simultaneously - according to the readings of the thermo-emf and based on calibration schedules, or according to the readings of the pyrometer. The amount of wear resistance is determined as the duration of uptime to the specified blunting criterion - the wear facet on the back surface (usually 0.2-0.8 mm). Then carbide cutting tools tested during the cutting process are oxidized in an electric furnace with open access to atmospheric air. The temperature and duration of heating in an electric night is approximately equal to the temperature and duration of the cutting of the tool to the specified blunting criterion. After completion of the operations of oxidation, extraction of samples from the furnace and cooling from their surfaces, in addition to the one having the largest area with a sufficient length and width, unnecessary polyoxide formations are removed.

Подготовленную (фиг.1) таким образом твердосплавную режущую пластинку 1 с оставшейся на одной из поверхностей полиоксидной структурой 2, устанавливают в специальное приспособление, входящее в электрическую цепь, оснащенное электродами 3 и 4, создают фиксированное для всех исследованных образцов механическое давление (Р=1-3 кг/см²) на электроды для повышения надежности образовавшихся контактов и подают переменное высоковольтное напряжение, равное (0,5-0,75) от пробивного напряжения, для возбуждения стабильных (постоянных во времени) частичных разрядов. Электроды и образец, в свою очередь, помещаются в корпус-изолятор 5. Создание необходимой величины высоковольтного напряжения для обеспечения стабильного характера генерирования частичных разрядов производится автоматически, плавно, с постоянной скоростью, при помощи несложного приспособления - блока управления 7, от специального и недорогого высоковольтного устройства - блока высокого напряжения 6. Величина напряжения, при которой происходит стабильное (постоянное, с отклонениями - 5%, в течение 5-10 мин) генерирование частичных разрядов у полиоксидной структуры регистрируется по показаниям шкалы киловольтметра 8. Измерение частичных разрядов производят с помощью частотомера мод. Ч3-34 - 9. R(измерительное) - измерительное сопротивление 10, предназначенное для обеспечения стабильного генерирования сигнала в пределах чувствительности счетчика электрических импульсов - частотомера 43-34 составляло 50-100 кОм. Затем строится график эталонной зависимости износостойкость-интенсивность частичных разрядов, полученный для одинаковых температуры резания и температуры получения полиоксидной структуры. Последующий контроль твердосплавных режущих инструментов текущей партии поставляемой продукции производится на основании измерения только выбранного исходного параметра, а именно: интенсивности частичных разрядов у полиоксидной структуры, полученной при конкретной - чаще оптимальной температуре, соответствующей оптимальной скорости резания. На основании полученной эталонной зависимости “износостойкость - интенсивность частичных разрядов”, и формулы (1), приведенной выше, осуществляется прогноз износостойкости текущей партии твердосплавной продукции. Прогнозируемая износостойкость может быть выше или ниже, полученной при эталонных испытаниях.The carbide cutting insert 1 thus prepared (Fig. 1) with the polyoxide structure 2 remaining on one of the surfaces is installed in a special device included in the electric circuit equipped with electrodes 3 and 4; a mechanical pressure is fixed for all the samples studied (P = 1 -3 kg / cm ² ) to the electrodes to increase the reliability of the formed contacts and apply an alternating high-voltage voltage equal to (0.5-0.75) of the breakdown voltage to excite stable (constant in time) partial discharges. The electrodes and the sample, in turn, are placed in the insulator housing 5. The necessary high-voltage voltage is created to ensure the stable nature of partial discharge generation by automatically, smoothly, at a constant speed, using a simple device - control unit 7, from a special and inexpensive high-voltage device - high voltage unit 6. The voltage at which there is a stable (constant, with deviations of 5%, for 5-10 minutes) the generation of partial discharges polyoxide structure recorded on indications kilovoltmeter scale 8. Measurement of partial discharges produced by using the frequency mode. Ch3-34 - 9. R (measuring) - measuring resistance 10, designed to ensure stable signal generation within the sensitivity of the electric pulse counter - frequency counter 43-34 was 50-100 kOhm. Then, a graph of the reference dependence of the wear resistance-intensity of partial discharges obtained for the same cutting temperature and the temperature of obtaining the polyoxide structure is built. Subsequent control of carbide cutting tools of the current batch of delivered products is based on measuring only the selected initial parameter, namely: the intensity of partial discharges of the polyoxide structure obtained at a specific - often optimal temperature, corresponding to the optimal cutting speed. Based on the obtained reference relationship “wear resistance - intensity of partial discharges”, and formula (1) above, a forecast of the wear resistance of the current batch of carbide products is carried out. The predicted wear resistance may be higher or lower than that obtained from benchmark tests.

Предлагаемый способ позволяет прогнозировать с высокой точностью износостойкость твердосплавных режущих инструментов как при обработке конструкционных сталей и чугунов, так и материалов, обладающих пониженной обрабатываемостью, например хромоникелевых сталей и сплавов, титановых сплавов и т.д. Это обстоятельство расширяет границы применяемости предлагаемого способа, делает его универсальным.The proposed method allows to predict with high accuracy the wear resistance of carbide cutting tools both in the processing of structural steels and cast irons, and materials with reduced machinability, such as chromium-nickel steels and alloys, titanium alloys, etc. This fact expands the applicability of the proposed method, makes it universal.

На фиг.1 представлена блок-схема установки для определения интенсивности частичных разрядов у полиоксидных образцов.Figure 1 presents a block diagram of an installation for determining the intensity of partial discharges in polyoxide samples.

На фиг.2 представлена графическая корреляционная зависимость изменения величины износостойкости от интенсивности частичных разрядов, генерируемых полиоксидной структурой.Figure 2 presents a graphical correlation dependence of the change in the wear resistance on the intensity of the partial discharges generated by the polyoxide structure.

Пример осуществления способа прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов. Сначала проводятся измерения на износостойкость сменных твердосплавных режущих пластинок марки Т14К8, полученных из эталонной - предыдущей партии поставляемой продукции. В качестве обрабатываемого материала использовалась углеродистая легированная сталь 50ХФА. Скорость резания при испытаниях принималась - 120 м/мин. Подача и глубина резания были постоянными, соответственно 0,23 мм/об и 1,5 мм. Резание осуществлялось без охлаждения. За критерий затупления принимался износ режущей пластинки по задней поверхности, равный 0,5 мм. Средняя температура резания в зоне контакта инструментальный - обрабатываемый материал при скорости резания 80 м/мин - по показаниям естественной термопары и на основании тарировочной таблицы составляла примерно 850°С. Стойкость для образцов из 10 штук составила: 56,4; 57,3; 58,5; 59,6; 60,2; 61,6; 62,5; 63,4; 63,6; 64,8 мин. Затем использованные твердосплавные пластинки помещались в электрическую печь с открытым доступом атмосферного воздуха и выдерживались в печи при температуре, равной средней температуре резания - 850°С, полученной при соответствующих режимах резания в течение времени, равного средней стойкости, полученной при резании до установленного критерия затупления - 60,79 мин. Образовавшуюся на поверхности каждой твердосплавной пластинки полиоксидную структуру (пленку) проверяли на генерирование средней (из десяти показаний) величины интенсивности частичных разрядов, которая составила для партии образцов из 10 штук (тысяч импульсов за секунду): 79,6; 79,5; 80,8; 80,4; 81,2; 81,6; 82,1; 82,7; 83,2; 83,6. Среднее значение интенсивности частичных разрядов (для десяти пластинок) у эталонной партии образцов с полиоксидной пленкой составило 81,47 импульсов/с. При этом предварительно определяли толщину полиоксидной структуры для каждой контролируемой твердосплавной пластинки: 0,212; 0,216; 0,218; 0,222; 0,224; 0,226; 0,230; 0,234; 0,236; 0,238 см и рассчитывали необходимую напряженность электрического поля, также для каждой полиоксидной пленки обеспечивающей начало стабильного (постоянного во времени) генерирования частичных разрядов. По данным износостойкости твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии - проконтролированной продукции и величине интенсивности частичных разрядов для полиоксидных пленок, полученных при одинаковой средней температуре резания и соответствующей ей температуре окисления, строили график эталонной, корреляционной зависимости “износостойкость - интенсивность частичных разрядов”.An example of a method for predicting the wear resistance of carbide cutting tools. First, measurements are made on the wear resistance of replaceable carbide cutting inserts of the T14K8 brand, obtained from the reference - previous batch of supplied products. As the processed material, 50KhFA carbon alloy steel was used. The cutting speed during the tests was taken - 120 m / min. The feed and cutting depth were constant, respectively 0.23 mm / rev and 1.5 mm. Cutting was carried out without cooling. As a blunting criterion, the wear of the cutting insert along the rear surface equal to 0.5 mm was taken The average cutting temperature in the contact zone of the tool - the processed material at a cutting speed of 80 m / min - according to the readings of a natural thermocouple and based on the calibration table was approximately 850 ° C. Resistance for samples of 10 pieces was: 56.4; 57.3; 58.5; 59.6; 60.2; 61.6; 62.5; 63.4; 63.6; 64.8 minutes Then, the used carbide inserts were placed in an electric furnace with open access to atmospheric air and kept in the furnace at a temperature equal to the average cutting temperature of 850 ° C, obtained under appropriate cutting conditions for a time equal to the average resistance obtained when cutting to the established bluntness criterion - 60.79 minutes The polyoxide structure (film) formed on the surface of each carbide plate was tested to generate an average (of ten readings) of the value of the intensity of partial discharges, which amounted to 10 pieces (thousand pulses per second) for a batch of samples: 79.6; 79.5; 80.8; 80.4; 81.2; 81.6; 82.1; 82.7; 83.2; 83.6. The average value of the intensity of partial discharges (for ten plates) in the reference batch of samples with a polyoxide film was 81.47 pulses / s. In this case, the thickness of the polyoxide structure for each controlled carbide plate was preliminarily determined: 0.212; 0.216; 0.218; 0.222; 0.224; 0.226; 0.230; 0.234; 0.236; 0.238 cm and the necessary electric field strength was calculated, also for each polyoxide film providing the beginning of stable (constant in time) generation of partial discharges. According to the wear resistance of carbide cutting tools from the reference batch — controlled products and the intensity of partial discharges for polyoxide films obtained at the same average cutting temperature and the corresponding oxidation temperature, we constructed a graph of the reference, correlation dependence “wear resistance - intensity of partial discharges”.

На фиг.2 представлена корреляционная зависимость изменения:Figure 2 presents the correlation dependence of the changes:

Т(эталонное), мин=К×f(Z)эталонное, импульсов/с.T (reference), min = K × f (Z) reference, pulses / s.

Для осуществления прогнозирования износостойкости у твердосплавных режущих пластинок в последующей текущей, предназначенной для контроля, партии образцов, проводят отбор твердосплавных инструментов для проведения необходимых измерений. Для этого помещают их в электрическую печь, окисляют при температурах, которые соответствуют средним температурам резания (температурам, равном, полученным при эталонных испытаниях) в течение времени, также равным средней продолжительности времени резания до установленного критерия затупления, ранее полученном для эталонных образцов, извлекают их из печи, проводят испытания только на интенсивность генерирования частичных разрядов и на основании этих данных, а также на основании результатов, полученных при проведении эталонных испытаний в процессе резания, но теперь уже без дополнительных механических испытаний на износостойкость прогнозируют износостойкость твердосплавных режущих инструментов для данной текущей партии образцов в соответствии с зависимостью:To predict the wear resistance of carbide cutting inserts in a subsequent current, intended for control, batch of samples, carbide tools are selected for the necessary measurements. To do this, they are placed in an electric furnace, oxidized at temperatures that correspond to the average cutting temperatures (temperatures equal to those obtained from the benchmark tests) for a time also equal to the average length of the cutting time to the established blunting criterion previously obtained for the reference samples, they are removed from the furnace, conduct tests only on the intensity of the generation of partial discharges and on the basis of these data, as well as on the basis of the results obtained during the reference tests s during the cutting process, but without the additional mechanical tests on the durability predict wear resistance of carbide cutting tools for this current batch of samples in accordance with the relationship:

Среднее текущее значение величины интенсивности частичных разрядов (1/с) для партии образцов составило 85,62. При осуществлении прогнозирования износостойкости для текущей партии твердосплавных инструментов отпадает необходимость в проведении дорогостоящих и трудоемких испытаний на износостойкость, проводимой на металлорежущих станках. Прогнозируемое - текущее значение износостойкости (мин) из расчетов для контролируемой партии составило 63,88 мин, что является выше стойкости относительно эталонной партии резцов примерно на 5%.The average current value of the intensity of partial discharges (1 / s) for a batch of samples was 85.62. When predicting wear resistance for the current batch of carbide tools, there is no need for expensive and time-consuming wear tests conducted on metal cutting machines. Predicted - the current value of wear resistance (min) from the calculations for the controlled batch was 63.88 min, which is about 5% higher than the resistance to the reference batch of cutters.

Способ обладает высокой точностью прогноза. Это происходит вследствие тесной связи между свойствами твердых сплавов (износостойкостью), свойствами полиоксидных структур твердых сплавов и интенсивностью частичных разрядов, генерируемых в результате приложения необходимой для осуществления контроля величины напряженности электрического поля.The method has a high forecast accuracy. This is due to the close relationship between the properties of hard alloys (wear resistance), the properties of the polyoxide structures of hard alloys and the intensity of partial discharges generated as a result of applying the necessary electric field strength for monitoring.

Вследствие сравнения данных прогноза износостойкости, полученных в соответствии с прототипом и по предлагаемому способу, а также в результате контрольных экспериментальных исследований износостойкости, выполненных в процессе резания хромоникелевой стали, выявлено, что результаты, полученные в соответствии с прототипом отличаются от контрольных испытаний на 15-20%, в то время как результаты, полученные по предлагаемому способу отличаются лишь на 5-10%.Due to the comparison of the data on the forecast of wear resistance obtained in accordance with the prototype and the proposed method, as well as as a result of control experimental studies of wear resistance performed in the process of cutting chromium-nickel steel, it was found that the results obtained in accordance with the prototype differ from control tests by 15-20 %, while the results obtained by the proposed method differ only by 5-10%.

Таким образом, предлагаемый способ контроля - прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов может быть использован с достаточно высокой экономической эффективностью на предприятиях, изготавливающих и потребляющих твердосплавную продукцию.Thus, the proposed control method - predicting the wear resistance of carbide cutting tools can be used with sufficiently high economic efficiency in enterprises that manufacture and consume carbide products.

Claims

A method for predicting the wear resistance of carbide cutting tools according to the selected initial parameter, including carrying out benchmark wear tests in the process of cutting materials at an optimal or close cutting speed, testing to change the value of the initial parameter from the properties of the surface polyoxide structure formed during heating on the surface of the carbide cutting tool at a temperature equal to the average temperature in the cutting zone, building a standard th correlation "original parameter - wear resistance" cutting for specific temperatures and heating current statistical control only parameter values starting from the current batch of carbide cutting tools, wear forecast for the current batch of instruments based on the relationship:

where T (current), min, is the wear resistance in minutes, the average predicted time of trouble-free operation of carbide cutting tools undergoing tests from the current batch of samples;

T (reference), min, is the average wear resistance in minutes for carbide cutting tools from a reference batch of carbide products;

Z (reference), pulse / s, is the average value of the selected initial parameter obtained by measuring the characteristics of the surface polyoxide structure of carbide cutting tools from a reference batch of carbide products;

Z (current), pulse / s, is the average value of the selected initial parameter obtained by measuring the characteristics of the surface polyoxide structure of carbide cutting tools from the current controlled batch, characterized in that, in order to increase the accuracy of prediction of wear resistance, the value is used as the initial parameter intensities of partial discharges obtained with an electric field providing stable, time-constant data generated by polyoxide structures and - films formed on the surface of carbide cutting tools at a temperature and duration of their oxidative heating equal to the cutting temperature and the duration of operation of these tools to a specified bluntness criterion.