RU2251095C1 - Method of predicting wear resistance of hard alloy cutting tools - Google Patents
Method of predicting wear resistance of hard alloy cutting tools Download PDFInfo
- Publication number
- RU2251095C1 RU2251095C1 RU2004107827/28A RU2004107827A RU2251095C1 RU 2251095 C1 RU2251095 C1 RU 2251095C1 RU 2004107827/28 A RU2004107827/28 A RU 2004107827/28A RU 2004107827 A RU2004107827 A RU 2004107827A RU 2251095 C1 RU2251095 C1 RU 2251095C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wear resistance
- cutting
- carbide
- initial parameter
- batch
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
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 a strength of the order of 5 Oersteds, 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 []; 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, the relative magnetic permeability of cobalt, its quantity and deformation state are essentially estimated. 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 малоперспективным 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 to more or less accurately 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 unpromising for use in both laboratory and production conditions.
Известен способ определения износостойкости режущего инструмента, выбранный в качестве прототипа и заключающийся в следующем. Проводят эталонные испытания режущих инструментов на износостойкость 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 и продолжительности нагревания, равной времени резания до заданного критерия затупления, 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 wear resistance of a cutting tool, selected as a prototype and consisting in the following. Reference tests of cutting tools for wear resistance are carried out at an optimum or close cutting speed, tests are carried out 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 and the heating time equal to the cutting time to the specified blunting criterion, build the reference correlation dependence "initial parameter - wear resistance for specific temperatures, perform statistical control of only the value of the initial parameter for the current batch of carbide cutting tools.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(эталоное), 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.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.
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.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-определении вероятной износостойкости твердосплавных режущих инструментов. Прогнозирование основано на тесной корреляционной зависимости между износостойкостью и временем жизни позитронов, инжектированных (внедренных) в поверхностную полиоксидную структуру твердых сплавов, сформировавшуюся при их нагревании в электрической печи с открытым доступом атмосферного воздуха при температуре и времени выдержки, равной температуре, действующей в зоне резания инструментальный - обрабатывемый материал, и продолжительности, равной времени резания до заданного критерия затупления. С увеличением времени жизни позитронов, внедренных в полиоксидную структуру износостойкость режущих инструментов (режущих пластинок) при резании ими сталей и сплавов возрастает.The objective of the proposed method is predicting the wear resistance of carbide cutting tools is to increase accuracy and reduce the complexity in predicting and determining the likely wear resistance of carbide cutting tools. The forecasting is based on a close correlation between the wear resistance and the lifetime of positrons injected (embedded) into the surface polyoxide structure of hard alloys formed when they are heated in an electric furnace with open access to atmospheric air at a temperature and holding time equal to the temperature in the tool cutting zone - the processed material, and a duration equal to the cutting time to the specified blunting criterion. With an increase in the lifetime of positrons embedded in the polyoxide structure, the wear resistance of cutting tools (cutting inserts) increases 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 exclusively of the value of the initial parameter of the current controlled batch t erdosplavnyh cutting tools (tools or individual), 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;
τ(эталонное), пс - средняя величина выбранного исходного параметра, полученная при измерении характеристики поверхностной полиоксидной структуры у твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии твердосплавной продукции;τ (reference), ps - 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;
τ (текущее), пс - средняя величина выбранного исходного параметра, полученная при измерении характеристики поверхностной полиоксидной структуры у твердосплавных режущих инструментов из текущей - контролируемой партии.τ (current), ps - 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 время жизни позитронов, внедренных в поверхностную полиоксидную структуру, сформированную 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 lifetime of positrons embedded in a surface polyoxide structure 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 and average operating time of this tool to a predetermined value is used blunting criterion.
Время жизни позитронов - продолжительность независимой миграции этой частицы в полиоксидной структуре диагностируемого твердого сплава включает время с момента испускания радиоактивным источником позитрона и сопровождающего его первичного гамма-кванта, регистрацией этого события специальными сцинцилляционными датчиками, внедрением позитрона в структуру полиоксида, захватом позитрона отрицательно заряженным дефектом (вакансией или вакансионным комплексом), взаимодействием позитрона с электроном, находящимся вблизи указанного дефекта, аннигиляции позитрона с электроном до момента образования электромагнитного излучения - вторичных гамма-квантов, которые контролируются также сцинцилляционными датчиками. Разность во времени между образованием аннигиляционного электромагнитного излучения - вторичных гамма-квантов и испусканием в начале радиоактивным источником одновременно с позитронами первичных гамма-квантов фиксируется специальным временным датчиком-устройством и является собственно временем жизни позитронов. Время жизни позитронов зависит от электронной плотности, существующей в окрестности дефекта. Вероятность аннигиляции позитрона с увеличением электронной плотности вблизи вакансионного дефекта возрастает, а время жизни позитрона снижается. В данном случае увеличивается вероятность захвата позитрона электроном с образованием гамма-квантов, регистрируемых сцинцилляционными датчиками. Таким образом, с одной стороны, свойства твердых сплавов, их износостойкость является функцией свойств полиоксидного образования (пленки) на их поверхности. С другой стороны, время жизни позитронов также зависит от свойств полиоксидной пленки, наличием в ее структуре дефектов вакансионного типа и соответствующей электронной плотности в окрестности этих дефектов. При снижении степени вакансионной дефектности в полиоксидной структуре электронная плотность в окрестности дефектов увеличивается и соответственно возрастает время жизни позитронов. В соответствии с этим увеличивается и износостойкость изготовленных из диагностируемых твердых сплавов режущих инструментов. На время жизни позитронов существенное влияние оказывает структура твердых сплавов, свойства которой формируются в процессе спекания и охлаждения. Уровень взаимодействия металла и углерода в карбидных зернах, а следовательно, недостаток или избыток свободного углерода в твердом сплаве предопределяет характер твердофазных реакций на границах фаз, составляющих его компонентов, а также их окисляемость в процесс последующего нагревания (при трении в процессе резания или в электрической печи с открытым доступом атмосферного воздуха). При недостатке углерода увеличивается степень растворения, например, карбида вольфрама в кобальте или титане. Это приводит к образованию сложных соединений - двойных или тройных карбидов, имеющих высокую хрупкость и снижающих износостойкость твердосплавных режущих инструментов, особенно в условиях интенсивного адгезионного износа. Избыток углерода на границах фаз, наоборот, создает препятствия для реакций между карбидными зернами и металлической связкой, консолидирующих композиционную систему за счет образования коогезионных связей. Последнее также приводит к снижению износостойкости режущих инструментов. Вследствие вероятной флуктуации содержания углерода, вызванное недостатками в точности проведения технологического процесса приготовления карбидных зерен, свойства соединений, формирующихся на границах фаз, значительно различаются. После окисления твердых сплавов различия в структуре и свойствах сформированных полиоксидных композиций только возрастают. Так, например, разброс электропроводности у твердых сплавов составляет 20-30%, а их оксидов 50-80%. Состав полиоксидной композиции - наличие, например, в том или ином количестве простых или сложных полиоксидных образований с различной степенью стехиометрии - определяется уровнем взаимодействия углерода с металлом в исходном составе твердых сплавов и оказывает большое влияние на износостойкость, изготовленных из этих твердых сплавов режущих инструментов. Это определяется ролью полиоксидной структуры как твердой смазки и фактора, ограничивающего уровень межмолекулярного взаимодействия в зоне контакта инструментального и обрабатываемого материалов. Установлено, что на износостойкость режущих инструментов оказывают существенное влияние состав и свойства полиоксидной структуры - пленки. В связи с этим контроль структуры полиоксидных образований - выявление вакансий, мелких и крупных пор в кристаллической решетке, определяющий комплекс ее важнейших физико-химических свойств, является надежным методом прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов.Positron lifetime - the duration of the independent migration of this particle in the polyoxide structure of the diagnosed solid alloy includes the time from the moment the positron emitted by the radioactive source and the accompanying primary gamma quantum, registration of this event by special scintillation sensors, introduction of the positron into the polyoxide structure, capture of the positron by a negatively charged defect ( vacancy or vacancy complex), the interaction of the positron with an electron located near the indicated effect, annihilation of the positron with the electron until the formation of electromagnetic radiation - secondary gamma rays, which are also monitored by scintillation sensors. The time difference between the formation of annihilation electromagnetic radiation - secondary gamma rays and the emission at the beginning of a radioactive source simultaneously with the positrons of the primary gamma rays is detected by a special temporary sensor device and is actually the positron lifetime. The positron lifetime depends on the electron density existing in the vicinity of the defect. The probability of positron annihilation with increasing electron density near a vacancy defect increases, and the positron lifetime decreases. In this case, the probability of positron capture by an electron increases with the formation of gamma rays detected by scintillation sensors. Thus, on the one hand, the properties of hard alloys, their wear resistance is a function of the properties of the polyoxide formation (film) on their surface. On the other hand, the positron lifetime also depends on the properties of the polyoxide film, the presence of vacancy-type defects in its structure and the corresponding electron density in the vicinity of these defects. With a decrease in the degree of vacancy defects in the polyoxide structure, the electron density in the vicinity of defects increases and, correspondingly, the positron lifetime increases. In accordance with this, the wear resistance of cutting tools made of diagnosed hard alloys also increases. The positron lifetime is significantly affected by the structure of hard alloys, whose properties are formed during sintering and cooling. The level of interaction of metal and carbon in carbide grains, and hence the lack or excess of free carbon in a hard alloy, determines the nature of solid-phase reactions at the phase boundaries of its constituent components, as well as their oxidation during subsequent heating (during friction during cutting or in an electric furnace with open access to atmospheric air). With a lack of carbon, the degree of dissolution of, for example, tungsten carbide in cobalt or titanium increases. This leads to the formation of complex compounds - double or triple carbides, which have high brittleness and reduce the wear resistance of carbide cutting tools, especially in conditions of intense adhesive wear. The excess of carbon at the phase boundaries, on the contrary, creates obstacles for reactions between carbide grains and a metal binder, consolidating the composition system due to the formation of cohesive bonds. The latter also leads to a decrease in the wear resistance of cutting tools. Due to the likely fluctuation of the carbon content caused by deficiencies in the accuracy of the technological process for preparing carbide grains, the properties of the compounds formed at the phase boundaries differ significantly. After oxidation of hard alloys, differences in the structure and properties of the formed polyoxide compositions only increase. So, for example, the spread of electrical conductivity in hard alloys is 20-30%, and their oxides are 50-80%. The composition of the polyoxide composition — the presence, for example, of one or another number of simple or complex polyoxide formations with varying degrees of stoichiometry — is determined by the level of interaction of carbon with metal in the initial composition of hard alloys and has a great influence on the wear resistance of cutting tools made of these hard alloys. This is determined by the role of the polyoxide structure as a solid lubricant and a factor limiting the level of intermolecular interaction in the contact zone of instrumental and processed materials. It has been established that the wear resistance of cutting tools is significantly affected by the composition and properties of the polyoxide structure - the film. In this regard, monitoring the structure of polyoxide formations - identifying vacancies, small and large pores in the crystal lattice, which determines the complex of its most important physicochemical properties, is a reliable method for predicting the wear resistance 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 также 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 on-line analysis and comparison of the 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 the polyoxide films formed in the contact zone and the properties of the 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 the partial discharges generated by the surface (in this case, combined) polyoxide structures, as tests have shown, there is also a stable interconnection ide.
Реализация способа осуществляется последовательно, проходя несколько этапов. Сначала проводят эталонные испытания. Для этого производят 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, или наиболее используемых на предприятии материалов. Резание проводят на оптимальной или близкой к ней скорости резания [См., например, RU 2168394 С2 7 В 23 В 1/00 от 10.06.01. Бюл. №16]. При этом одновременно регистрируют среднюю температуру резания: по данным термо-эдс 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 печи 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 sequentially, passing through several stages. First carry out benchmark tests. To do this, a fairly representative sample of carbide cutting tools (cutting inserts) is made from an existing batch of carbide products and wear tests are carried out during their cutting on a metal-cutting machine, as a rule, steel 45, or the materials most used at the enterprise. Cutting is carried out at an optimum or close to the cutting speed [See, for example, RU 2168394 C2 7 V 23 V 1/00 from 10.06.01. Bull. No. 16]. In this case, the average cutting temperature is simultaneously recorded: according to the thermo-emf or according to the readings of the pyrometer. The wear resistance value is determined as the uptime for a given criterion for blunting 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 furnace 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) рассмотренным выше способом твердосплавную режущую пластинку - 1 с оставшейся на одной (или на нескольких) из поверхностей полиоксидной структурой - 2 устанавливают на измерительный столик электрон-позитронного спектрометра - 3. На образец устанавливают свинцовый измерительный стакан-цилиндр с радиоактивным источником натрий - 22-5, испускающий позитроные+ и первичные гамма-кванты, регистрируемые сцинциляционными датчиками-6 и анализируемые блоком сравнения - 8. Образующиеся в результате взаимодействия позитронов е+ и электронов е- анализируемой полиоксидной структуры вторичные гамма-кванты регистрируются сцинциляционными датчиками-7 и анализируются блоком сравнения - 9. Блок вычитания - 10 проводит расчет времени жизни позитронов. Время-амплитудный конвертор - 11 выдает данные о текущем значении времени жизни позитронов. Анализ полиоксидной структуры длится от нескольких секунд до несколько минут. С увеличением времени измерений (контроля времени жизни) эффективность прогноза сначала возрастает, а затем остается на одном и том же уровне. Вследствие этого измерение следует выполнять в течение определенного - оптимального времени. По опытным данным оно составляет от 2 до 3 мин.Prepared (Fig. 1) by the above-described method, a carbide cutting insert - 1 with the polyoxide structure remaining on one (or several) of the surfaces - 2 is mounted on a measuring table of an electron-positron spectrometer - 3. A lead measuring cylinder-cylinder with a radioactive material is mounted on the sample the source of sodium is 22-5, emitting positron + and primary gamma-quanta detected by scintillation sensors-6 and analyzed by the comparison unit - 8. Formed by the interaction of positrons e + and of electrons of the e-analyzed polyoxide structure, secondary gamma-quanta are recorded by scintillation sensors-7 and analyzed by the comparison unit - 9. The subtraction unit - 10 calculates the positron lifetime. Time-amplitude converter - 11 provides data on the current value of the positron lifetime. Analysis of the polyoxide structure lasts from a few seconds to several minutes. With an increase in the measurement time (control of the lifetime), the forecast efficiency first increases, and then remains at the same level. As a result, the measurement should be performed within a certain - optimal time. According to experimental data, it is from 2 to 3 minutes.
Получаемый в результате экспериментов временной спектр включал три ярко выраженные диапазона продолжительности времени жизни позитронов. Между каждой из них и износостойкостью режущих инструментов наблюдается корреляционная связь. Однако наиболее высокая степень корреляции между износостойкостью и временем жизни позитронов наблюдается, когда при сравнении берется третья компонента во временном спектре, отражающая время жизни (процессы аннигиляции) в поверхностной структуре полиоксидов твердых сплавов, ответственной за адгезионное взаимодействие с обрабатываемым материалом. Контроль времени жизни производится, как правило, в 10-20 точках на поверхности образца. После этого строится график эталонной зависимости "износостойкость - время жизни позитронов" (например, третьей компоненты), полученный для одинаковых температуры резания и температуры, при которой были получены полиоксидные образования. Последующий контроль твердосплавных режущих инструментов текущей партии поставляемой продукции производится на основании измерения только выбранного исходного параметра, а именно: времени жизни позитронов у полиоксидной структуры, полученной при конкретной, чаще оптимальной температуре, соответствующей оптимальной скорости резания. На основании полученной эталонной зависимости “износостойкость - время жизни позитронов” и формулы (1), приведенной выше, осуществляется прогноз износостойкости текущей партии твердосплавной продукции. Прогнозируемая износостойкость может быть выше или ниже, полученной при эталонных испытаниях.The time spectrum obtained as a result of the experiments included three pronounced ranges of positron lifetimes. A correlation is observed between each of them and the wear resistance of cutting tools. However, the highest degree of correlation between wear resistance and positron lifetime is observed when the third component in the time spectrum is taken during comparison, which reflects the lifetime (annihilation processes) in the surface structure of hard alloy polyoxides, which is responsible for the adhesive interaction with the processed material. The control of the lifetime is usually carried out at 10-20 points on the surface of the sample. After that, a graph of the reference dependence "wear resistance - positron lifetime" (for example, the third component) is plotted, obtained for the same cutting temperature and the temperature at which the polyoxide formations were obtained. Subsequent control of carbide cutting tools of the current batch of delivered products is based on measuring only the selected initial parameter, namely: the positron lifetime 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 - positron lifetime” and formula (1) above, a wear resistance forecast for 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 when machining structural steels and cast irons, and materials with reduced machinability, for example, nickel-chromium steels and alloys, titanium alloys, etc. This fact expands the applicability of the proposed method, makes it universal.
На фиг.1 представлена блок-схема электрон-позитронного спектрометра для определения времени жизни позитронов.Figure 1 presents a block diagram of an electron-positron spectrometer for determining the lifetime of positrons.
На фиг.2 представлена графическая корреляционная зависимость изменения величины износостойкости от величины времени жизни позитронов.Figure 2 presents a graphical correlation dependence of the change in the value of wear resistance on the value of the positron lifetime.
Пример осуществления способа прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментовAn example of a method for predicting the wear resistance of carbide cutting tools
Сначала проводятся измерения на износостойкость сменных твердосплавных режущих пластинок марки Т15К6, полученных из эталонной - предыдущей партии поставляемой продукции. В качестве обрабатываемого материала использовалась углеродистая легированная сталь 50 ХФА. Скорость резания при испытаниях выбиралась равной - 150 м/мин. Подача и глубина резания были приняты соответственно 0,23 мм/об и 1,5 мм. Резание осуществлялось без охлаждения. За критерий затупления принимался износ режущей пластинки по задней поверхности, равный 0,6 мм. Средняя температура резания в зоне контакта инструментальный - обрабатываемый материал при скорости резания 150 м/мин, по показаниям естественной термопары и на основании тарировочной таблицы составляла - примерно - 850°С. Стойкость для образцов из 20 штук составила: 60,1; 60,4; 60,7; 61,3; 61,6; 61,9; 62,2; 62,5; 62,8; 63,0; 63,3; 63,6; 63,9; 64,1; 64,4; 64,7; 65,0; 65,2; 65,5; 65,8 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 - 63,09 мин. Образовавшуюся на поверхности каждой твердосплавной пластинки полиоксидную структуру (пленку) контролировали с помощью электрон-позитронного спектрометра. Определяли время жизни внедренных в полиоксидную структуру позитронов, которое составило для партии образцов из 20 штук: 910; 912; 913; 916; 918; 919; 922; 925; 926; 928; 931; 932; 934; 937; 939; 940; 943; 946; 947; 949 пс. Среднее значение интенсивности частичных разрядов (для двадцати пластинок) у эталонной партии образцов с полиоксидной пленкой составило 929,85 пс. По данным износостойкости твердосплавных режущих инструментов из эталонной партии - проконтролированной продукции и величине времени жизни позитронов, внедренных в поверхностную полиоксидную структуру, строили график эталонной, корреляционной зависимости “износостойкость - время жизни позитронов” - для данной средней температуры (режимов резания). На фиг.2 представлена корреляционная зависимость изменения: Т(эталонное), мин=f(T)(эталонное)пс.First, measurements are made on the wear resistance of replaceable carbide cutting inserts of the T15K6 brand, obtained from the reference - previous batch of supplied products. As the processed material was used carbon alloy steel 50 HFA. The cutting speed during the tests was chosen equal to 150 m / min. The feed rate and depth of cut were 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 0.6 mm was taken. The average cutting temperature in the contact zone of the instrumental - processed material at a cutting speed of 150 m / min, according to the testimony of a natural thermocouple and based on the calibration table, was approximately - 850 ° C. Resistance for samples of 20 pieces was: 60.1; 60.4; 60.7; 61.3; 61.6; 61.9; 62.2; 62.5; 62.8; 63.0; 63.3; 63.6; 63.9; 64.1; 64.4; 64.7; 65.0; 65.2; 65.5; 65.8 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 - 63.09 minutes The polyoxide structure (film) formed on the surface of each carbide plate was monitored using an electron-positron spectrometer. The life time of positrons embedded in the polyoxide structure was determined, which amounted to 20 samples for a batch of samples: 910; 912; 913; 916; 918; 919; 922; 925; 926; 928; 931; 932; 934; 937; 939; 940; 943; 946; 947; 949 ps. The average value of the intensity of partial discharges (for twenty plates) in the reference batch of samples with a polyoxide film was 929.85 ps. According to the wear resistance of carbide cutting tools from the reference batch — controlled products and the value of the positron lifetime embedded in the surface polyoxide structure, we plotted the reference, correlation “wear resistance - positron lifetime” for a given average temperature (cutting conditions). Figure 2 presents the correlation dependence of the change: T (reference), min = f (T) (reference) ps.
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, равным, 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 измерение времени жизни инжектированных в полиоксидную структуру позитронов 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 the next current, designed to control a 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, tests are carried out only for measuring the lifetime of positrons injected into the polyoxide structure and on the basis of these data, as well as on the basis of the results obtained with conducting benchmark tests during the cutting process, but now without additional mechanical tests for wear resistance, the wear resistance of carbide cutting tools for this current batch of samples is predicted in accordance with the dependence:
Среднее текущее значение величины времени жизни позитронов (пс) для партии образцов составило 952,56. 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 66,24 мин, что является выше стойкости относительно эталонной партии резцов примерно на 5%.The average current value of the positron lifetime (ps) for a batch of samples was 952.56. 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 66.24 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 временем жизни позитронов.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 lifetime of positrons.
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 углеродистой 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 cutting of carbon steel, it was found that the results obtained in accordance with the prototype differ from the control tests by 15- 20%, while the results obtained by the proposed method differ by only 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 method for monitoring and predicting the wear resistance of carbide cutting tools can be used with sufficiently high economic efficiency at enterprises manufacturing and consuming carbide products.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004107827/28A RU2251095C1 (en) | 2004-03-16 | 2004-03-16 | Method of predicting wear resistance of hard alloy cutting tools |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004107827/28A RU2251095C1 (en) | 2004-03-16 | 2004-03-16 | Method of predicting wear resistance of hard alloy cutting tools |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2251095C1 true RU2251095C1 (en) | 2005-04-27 |
Family
ID=35635981
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004107827/28A RU2251095C1 (en) | 2004-03-16 | 2004-03-16 | Method of predicting wear resistance of hard alloy cutting tools |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2251095C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2442967C1 (en) * | 2010-08-18 | 2012-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (ТюмГНГУ) | Method for determination of temperature fields in the cutting part of the instrument in process of cutting |
| RU2503948C2 (en) * | 2008-02-14 | 2014-01-10 | Орион Диагностика Ой | Method to predict future characteristic |
| RU2540444C2 (en) * | 2012-08-31 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Forecasting of carbide tool durability |
| RU2596864C1 (en) * | 2015-06-15 | 2016-09-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools |
| RU2698490C1 (en) * | 2018-11-28 | 2019-08-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools |
-
2004
- 2004-03-16 RU RU2004107827/28A patent/RU2251095C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2503948C2 (en) * | 2008-02-14 | 2014-01-10 | Орион Диагностика Ой | Method to predict future characteristic |
| RU2442967C1 (en) * | 2010-08-18 | 2012-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (ТюмГНГУ) | Method for determination of temperature fields in the cutting part of the instrument in process of cutting |
| RU2540444C2 (en) * | 2012-08-31 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Forecasting of carbide tool durability |
| RU2596864C1 (en) * | 2015-06-15 | 2016-09-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method for prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools |
| RU2698490C1 (en) * | 2018-11-28 | 2019-08-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of prediction of wear resistance of hard alloy cutting tools |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Beyer et al. | Experimental calibration of a garnet–clinopyroxene geobarometer for mantle eclogites | |
| RU2370750C1 (en) | Method of forecasting wear resistance of cemented-carbide cutting tool | |
| US7918293B1 (en) | Method and system for perceiving a boundary between a first region and a second region of a superabrasive volume | |
| US20130214768A1 (en) | Use of Eddy Currents to Analyze Polycrystalline Diamond | |
| RU2251095C1 (en) | Method of predicting wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2422800C1 (en) | Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2365899C1 (en) | Method of forecasting of wear resistance of carbide cutting tools | |
| White et al. | Comparison of fatigue crack growth stress ratio effects under simple variable amplitude loading using fractographic and strain measurements | |
| RU2459193C1 (en) | Method for predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools | |
| RU2569920C1 (en) | Procedure for forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| Purwin et al. | An experimental study of the Fe oxidation states in garnet and clinopyroxene as a function of temperature in the system CaO–FeO–Fe 2 O 3–MgO–Al 2 O 3–SiO 2: implications for garnet–clinopyroxene geothermometry | |
| RU2422801C1 (en) | Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| JP7448258B2 (en) | Rare Earth Doped Thermal Barrier Coating Bond Coat for Thermal Grown Oxide Luminescence Sensing Including Temperature Monitoring and Temperature Gradient Measurement | |
| RU2315972C1 (en) | Method for predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools | |
| CN109945987B (en) | Method for realizing high-sensitivity temperature measurement in higher temperature range | |
| Bibik | Forecasting of hard-alloyed cutting tool resistance based on thermal diffusivity | |
| Tuomisto et al. | Irradiation‐induced defects in ZnO studied by positron annihilation spectroscopy | |
| RU2209413C1 (en) | Procedure predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools | |
| RU2260786C1 (en) | Method of predicting wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2272275C1 (en) | Method for predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools | |
| JP6844391B2 (en) | Method for evaluating the reducibility of sinter | |
| RU2541388C1 (en) | Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2249198C1 (en) | Method of predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools | |
| RU2257565C1 (en) | Method of predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools | |
| RU2534730C1 (en) | Procedure for forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060317 |