RU2428521C2 - Procedure for treatment of cutting tool in stationary combined discharge of low temperature plasma of low pressure - Google Patents

Procedure for treatment of cutting tool in stationary combined discharge of low temperature plasma of low pressure Download PDF

Info

Publication number
RU2428521C2
RU2428521C2 RU2009139522/02A RU2009139522A RU2428521C2 RU 2428521 C2 RU2428521 C2 RU 2428521C2 RU 2009139522/02 A RU2009139522/02 A RU 2009139522/02A RU 2009139522 A RU2009139522 A RU 2009139522A RU 2428521 C2 RU2428521 C2 RU 2428521C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tool
plasma
processing
low
pressure
Prior art date
Application number
RU2009139522/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009139522A (en
Inventor
Борис Максович Бржозовский (RU)
Борис Максович Бржозовский
Владимир Васильевич Мартынов (RU)
Владимир Васильевич Мартынов
Елена Петровна Зинина (RU)
Елена Петровна Зинина
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ)
Priority to RU2009139522/02A priority Critical patent/RU2428521C2/en
Publication of RU2009139522A publication Critical patent/RU2009139522A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2428521C2 publication Critical patent/RU2428521C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: tool is positioned in chamber which is vacuumised and is supplied with process gas to working pressure (P). At this pressure there is possible gas break down at minimal strength of electro-magnetic field. Further, positive voltage of bias (U) is supplied on the tool forming electrostatic field around the tool sufficient for maintaining stable generation of plasma and there is generated micro-wave energy to a level of super-high frequency - SHF of power (W) 10-90 Wt. Cutting edges of the tool are subjected to plasma during 1.5-17 minutes (tpr), further, the tool is cooled. Also, during treatment process there is performed control over bias current (I) occurring in a measuring circuit at plasma generation chosen from the range 2÷17 mcA and final lag temperature (T) chosen from the range 10÷230°C. At deviation from the allowed value of bias current (I) the mode of treatment is normalised by changing anode current of a magnetron (Ian). At exceeding the allowed value of final lag temperature (T) treatment of the tool is terminated earlier.
EFFECT: raised wear resistance of cutting tool.
4 cl, 10 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к технологии поверхностной упрочняющей обработки инструментальных материалов потоками заряженных частиц и предназначено для использования в машиностроении и инструментальном производстве, а именно для обработки сложнопрофильных режущих инструментов и инструментальных материалов.The invention relates to the technology of surface hardening processing of tool materials by flows of charged particles and is intended for use in mechanical engineering and tool production, namely for processing complex cutting tools and tool materials.

Известен способ упрочнения твердосплавного режущего инструмента групп ТК и ВК (патент РФ №2167216, МПК: С23С 14/48, С23С 14/58), включающий нанесение износостойкого покрытия с последующим облучением ионным пучком, перед нанесением покрытия осуществляют стабилизацию структуры сплава термической обработкой, а облучение производят мощным импульсным ионным пучком состава С+ и H+, с длительностью 40-70 нс, энергией 200-400 кэВ, плотностью тока ионов в пределах 50-200 А/см2, дозой 1012-1014 ион/см2. При этом износостойкое покрытие наносят методом конденсации вещества из плазменной фазы в условиях ионной бомбардировки (КИБ). Термическую обработку инструмента проводят в вакуумной камере в течение 1 часа при температуре 600°С.A known method of hardening a carbide cutting tool of the TC and VK groups (RF patent No. 2167216, IPC: C23C 14/48, C23C 14/58), including applying a wear-resistant coating followed by irradiation with an ion beam, stabilizes the alloy structure by heat treatment before coating, and Irradiation is carried out by a powerful pulsed ion beam of the composition C + and H + , with a duration of 40-70 ns, an energy of 200-400 keV, an ion current density in the range of 50-200 A / cm 2 , and a dose of 10 12 -10 14 ion / cm 2 . In this case, a wear-resistant coating is applied by the method of condensation of a substance from the plasma phase under conditions of ion bombardment (CIB). Heat treatment of the tool is carried out in a vacuum chamber for 1 hour at a temperature of 600 ° C.

В результате комплексной модификации, включающей предварительную термообработку, нанесение износостойкого покрытия и последующее воздействие ионным пучком, обеспечивается повышение износостойкости твердосплавного режущего инструмента при точении конструкционных сталей.As a result of a comprehensive modification, including preliminary heat treatment, application of a wear-resistant coating and subsequent exposure to an ion beam, an increase in the wear resistance of a carbide cutting tool during turning of structural steels is provided.

Недостатком известного способа является то, что для осуществления данного способа упрочнения необходимо использование, по крайней мере, трех видов технологического оборудования: вакуумной термической печи, установки ННВ-6 и технологического ускорителя «Темп», что делает данный способ обработки достаточно энергоемким, высокозатратным и малодоступным. Кроме того, в известном способе для упрочнения поверхности используются потоки ионов C+ и H+, сформированные путем их экстракции из соответствующего источника ионов с последующим прохождением выделенных заряженных частиц через систему устройств фокусировки, ускорения и доставки заряженных частиц к обрабатываемой поверхности и последующего сканирования сформированного пучка ионов по поверхности. При обработке сложнопрофильных поверхностей такой способ формирования потока заряженных частиц является малоэффективным из-за невозможности обработки затененных элементов поверхности при сканировании пучка.The disadvantage of this method is that for the implementation of this method of hardening, it is necessary to use at least three types of technological equipment: a vacuum thermal furnace, a NNV-6 installation, and a Temp technological accelerator, which makes this processing method quite energy-intensive, highly costly, and inaccessible . In addition, in the known method for surface hardening, flows of C + and H + ions are used, formed by extraction from an appropriate ion source, followed by passage of the charged charged particles through a system of devices for focusing, accelerating and delivering charged particles to the treated surface and subsequent scanning of the generated beam ions on the surface. When processing complex surfaces, this method of forming a flow of charged particles is ineffective due to the inability to process shaded surface elements when scanning a beam.

Известен способ получения стационарного комбинированного разряда низкотемпературной плазмы пониженного давления и устройство для его реализации (патент РФ №2277763, МПК: H05H 1/18), при котором на обрабатываемый электропроводный объект подают положительный потенциал, формирующий вокруг объекта электростатическое поле, на которое накладывается сверхвысокочастотное поле на уровне СВЧ-мощности, ниже необходимой для возбуждения и поддержания у выступающих частей или заостренных кромок объекта безэлектродного СВЧ-разряда низкотемпературной плазмы стационарного комбинированного разряда, который оказывает воздействие на выступающие части или острые кромки, микронеровности поверхности обрабатываемой поверхности.A known method for producing a stationary combined discharge of a low-temperature plasma of low pressure and a device for its implementation (RF patent No. 2277763, IPC: H05H 1/18), in which a positive potential is applied to the electrically conductive object, which forms an electrostatic field around which an microwave field is superimposed at the microwave power level, lower than that necessary to excite and maintain at the protruding parts or pointed edges of the object an electrodeless microwave discharge of a low temperature LASMA stationary combined discharge, which has an impact on the protruding parts or sharp edges, surface microroughness treated surface.

Данный способ направлен только на получение стационарного комбинированного разряда низкотемпературной плазмы и не содержит данных технологического процесса по обработке инструментов, в том числе сложнопрофильных, с целью повышения их износостойкости.This method is aimed only at obtaining a stationary combined discharge of low-temperature plasma and does not contain process data for processing tools, including complex ones, in order to increase their wear resistance.

Задачей изобретения является создание способа упрочнения режущего инструмента, в том числе сложнопрофильного, позволяющего повысить износостойкость инструмента.The objective of the invention is to provide a method of hardening a cutting tool, including a complex one, which allows to increase the wear resistance of the tool.

Поставленная задача решается тем, что способ обработки режущего инструмента в стационарном комбинированном разряде низкотемпературной плазмы пониженного давления, возбуждаемом у выступающих его частей или заостренных кромок, включает размещение режущего инструмента в камере, вакуумирование камеры, подачу в камеру технологического газа, неокисляющего поверхность режущего инструмента, до рабочего давления (Р), при котором возможен пробой технологического газа при минимальной напряженности электромагнитного поля в режиме непрерывной генерации микроволновой энергии, подачу на инструмент постоянного положительного напряжения смещения (U), формирующего вокруг него электростатическое поле, достаточное для поддержания устойчивой генерации плазмы, генерирование в камеру микроволновой энергии до уровня СВЧ-мощности (W) 10-90 Вт путем регулирования анодного тока магнетрона (Iан) с формированием стационарного комбинированного разряда низкотемпературной плазмы, воздействие плазмы на режущие кромки обрабатываемого инструмента в течение 1,5-17 мин (tоб) и последующее охлаждение инструмента в среде технологического газа при рабочем давлении не менее 5 мин, при этом осуществляют контроль за процессом обработки по току смещения (I), возникающему в измерительной цепи при формировании плазмы и выбираемому из диапазона 2÷17 мкА, и конечной лаговой температуре инструмента (Т), выбираемой из диапазона 10÷230°С, соответствующими типоразмеру и материалу обрабатываемого инструмента, при отклонении от допустимого значения контрольного параметра - тока смещения (I) нормализацию режима обработки осуществляют изменением анодного тока магнетрона (Iан), при превышении допустимого значения контрольного параметра - конечной лаговой температуры (Т) обработку инструмента прекращают досрочно.The problem is solved in that the method of processing the cutting tool in a stationary combined discharge of low-temperature low-pressure plasma, excited at its protruding parts or pointed edges, includes placing the cutting tool in the chamber, evacuating the chamber, supplying to the chamber process gas that does not oxidize the surface of the cutting tool, up to working pressure (P) at which breakdown of the process gas is possible with a minimum electromagnetic field strength in the continuous mode generating microwave energy, applying a constant positive bias voltage (U) to the instrument, forming an electrostatic field around it, sufficient to maintain stable plasma generation, generating microwave energy into the chamber to a microwave power level (W) of 10-90 W by adjusting the magnetron anode current (I en) combined to form a stationary low-temperature plasma discharge, plasma exposure to the machining tool cutting edges for 1,5-17 minutes (t v) and then cooled e of the instrument in the process gas environment at a working pressure of at least 5 min, and the process is monitored for the bias current (I) that occurs in the measuring circuit during plasma formation and is selected from the range 2–17 μA and the final lag temperature of the instrument ( T), selected from the range of 10 ÷ 230 ° C, corresponding to the size and material of the tool being processed, when deviating from the permissible value of the control parameter - bias current (I), the normalization of the processing mode is carried out by changing the anode of the current magnetron (I AN ), when the permissible value of the control parameter is exceeded - the final lag temperature (T), the tool is stopped ahead of schedule.

Обработку ведут в азоте при давлении 300 Па или в аргоне при давлении, равном 250 Па.Processing is carried out in nitrogen at a pressure of 300 Pa or in argon at a pressure of 250 Pa.

Инструмент располагают обрабатываемой частью непосредственно в зоне формирования стационарного комбинированного разряда низкотемпературной плазмы пониженного давления, при превышении площади обрабатываемой поверхности инструмента зоны формирования плазмы обработку ведут, располагая поочередно в зоне формирования плазмы сегменты обрабатываемой поверхности инструмента.The tool is placed on the processed part directly in the zone of formation of the stationary combined discharge of low-temperature low-pressure plasma; when the area of the processed surface of the tool is exceeded, the plasma formation zone is processed, the segments of the processed surface of the tool are placed alternately in the plasma formation zone.

При обработке инструмента со шлифованной поверхностью режущих кромок осуществляют контроль качества и степени достаточности обработки по изменению цвета шлифованной поверхности, которое допускается в пределах от золотистого цвета до цвета темной бронзы, при оттенке светлее золотистого обработку инструмента повторяют, а по оттенку темнее темной бронзы судят о его непригодности.When processing a tool with a polished surface of the cutting edges, the quality and degree of sufficiency of processing are controlled by changing the color of the polished surface, which is allowed ranging from golden to dark bronze, with a shade lighter than golden, the tool is repeated and judged by the shade darker than dark bronze unsuitability.

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами на фиг.1-10.The invention is illustrated by the following drawings in figures 1-10.

На фиг.1 дано схематичное изображение устройства для упрочнения режущего инструмента в стационарном комбинированном разряде низкотемпературной плазмы пониженного давления.Figure 1 shows a schematic illustration of a device for hardening a cutting tool in a stationary combined discharge of a low-temperature low-pressure plasma.

На фиг.2 даны графики соответствия диаметров сверл технологическим параметрам обработки.Figure 2 shows graphs of the correspondence of the diameters of the drills technological parameters of processing.

На фиг.3 даны графики соответствия номиналов метчиков технологическим параметрам обработки.Figure 3 shows the graphs of the correspondence of the nominal values of the taps technological processing parameters.

На фиг.4 представлено электронно-микроскопические изображение поверхности режущей кромки сверла до и после плазменной обработки.Figure 4 presents the electron microscopic image of the surface of the cutting edge of the drill before and after plasma processing.

На фиг.5 представлено электронно-микроскопические изображение аморфизированной микроструктуры поверхности шлифа режущей кромки сверла после плазменной обработки (а), матрицы основы инструментального материала сверла ⌀ 2,65 мм (сердцевина) (б).Figure 5 presents the electron microscopic image of the amorphized microstructure of the surface of the thin section of the cutting edge of the drill after plasma treatment (a), the matrix base of the tool material of the drill ⌀ 2.65 mm (core) (b).

На фиг.6 приведено электронно-микроскопические изображение микроструктуры поверхности шлифа сверла со сформированным слоем измельченной карбидной фазы.Figure 6 shows the electron microscopic image of the microstructure of the surface of the cut of the drill with a formed layer of crushed carbide phase.

На фиг.7 дано распределение микротвердости по глубине для сверла ⌀ 2,65 мм.7 shows the distribution of microhardness in depth for a drill ⌀ 2.65 mm

На фиг.8 показана взаимосвязь изменения распределения микротвердости по глубине с изменением оттенка обработанной поверхности после плазменной обработки для метчиков М5 (а) и М8 (б).On Fig shows the relationship of changes in the distribution of microhardness in depth with a change in the shade of the treated surface after plasma treatment for taps M5 (a) and M8 (b).

На фиг.9 представлено сопоставление распределений микротвердости по глубине для исходных (а) и прошедших плазменную обработку (б) сменных многогранных твердосплавных пластин с нанесенным покрытием TiN и приведены результаты стойкостных испытаний в производственных условиях.Figure 9 presents a comparison of the distributions of microhardness in depth for the initial (a) and plasma-treated (b) replaceable multi-faceted carbide inserts coated with TiN and the results of resistance tests under production conditions are presented.

На фиг.10 представлено сопоставление распределений микротвердости по глубине для исходных (а) и прошедших плазменную обработку (б) сменных многогранных твердосплавных пластин с сошлифованным покрытием TiN и приведены результаты стойкостных испытаний в производственных условиях.Figure 10 presents a comparison of the distributions of microhardness in depth for the original (a) and plasma-treated (b) replaceable polyhedral carbide inserts with a ground TiN coating and the results of resistance tests under production conditions are presented.

Предлагаемый технологический процесс включает плазменную обработку режущего инструмента и последующее охлаждение его в среде технологического газа при рабочем давлении в устройстве, в котором возбуждается стационарный комбинированный разряд низкотемпературной плазмы пониженного давления.The proposed process includes plasma processing of a cutting tool and its subsequent cooling in a process gas medium at a working pressure in a device in which a stationary combined discharge of low-temperature low-pressure plasma is excited.

Данный способ обработки инструмента характеризуется следующими технологическими параметрами:This tool processing method is characterized by the following process parameters:

- рабочее давление используемого при обработке газа (Р), выбираемого из диапазона 250÷300 Па в зависимости от минимальной пробойной напряженности электромагнитного поля;- the working pressure used in the processing of gas (P), selected from a range of 250 ÷ 300 Pa depending on the minimum breakdown intensity of the electromagnetic field;

- постоянное положительное напряжение смещения (U), подаваемое на обрабатываемый инструмент, выбираемое из диапазона 20÷270 В для формирования вокруг инструмента электростатического поля, поддерживающего устойчивую генерацию плазмы;- constant positive bias voltage (U) supplied to the tool being processed, selected from a range of 20 ÷ 270 V to form an electrostatic field around the tool that supports stable plasma generation;

- уровень СВЧ-мощности (W), устанавливаемый в зоне обработки, выбираемый из диапазона 10÷90 Вт для обеспечения возникновения разряда низкотемпературной плазмы пониженного давления у обрабатываемой поверхности инструмента;- the level of microwave power (W), installed in the processing zone, selected from the range of 10 ÷ 90 W to ensure the occurrence of a discharge of low-temperature plasma of low pressure at the processed surface of the tool;

- анодный ток магнетрона (Iан), задаваемый в пределах 12,5÷85 мА для регулирования заданного уровня СВЧ-мощности;- the anode current of the magnetron (I en ), set within 12.5 ÷ 85 mA to regulate a given level of microwave power;

- время обработки инструмента в плазме (tоб) от 1,5 до 17 мин;- the processing time of the instrument in plasma (t about ) from 1.5 to 17 min;

- время охлаждения обработанного инструмента (tохл) не менее 5 мин;- cooling time treated tool (t OHL) of at least 5 minutes;

- ток смещения (I), возникающий в измерительной цепи при формировании плазмы - контрольный параметр, выбираемый из диапазона 2÷17 мкА;- bias current (I) arising in the measuring circuit during plasma formation - a control parameter selected from the range of 2 ÷ 17 μA;

- конечная лаговая температура (7) - контрольный параметр, выбираемый из диапазона 10÷230°С.- final lag temperature (7) - control parameter selected from the range of 10 ÷ 230 ° C.

Указанные параметры режима плазменной обработки инструментов для каждого конкретного случая определяют по графикам соответствия оптимальных параметров режимов обработки инструментов их типоразмерам, построенным на основе данных предварительных обработок инструментов.The indicated parameters of the plasma processing of tools for each particular case are determined by the graphs of correspondence of the optimal parameters of the processing modes of the tools to their standard sizes, based on the data of preliminary processing of the tools.

Для реализации предложенного способа можно использовать устройство для получения стационарного комбинированного разряда низкотемпературной плазмы пониженного давления (патент РФ №2277763, МПК: H05H 1/18) (см. фиг.1). Данное устройство содержит камеру обработки 1, внутреннее пространство которой ограничено трубой 2 из радиопрозрачного материала, вложенной в цилиндрический резонатор 3, и его торцами, которые герметично соединены между собой. На цилиндрический резонатор 3 установлена щелевая излучающая антенна 4. Камера 1 подключена к насосу вакуумной системы 5. Для подачи технологического газа в камеру 1 использована система газонапуска 6. В камере 1 расположен держатель 7 со сменной цангой 8 для установки в камере 1 обрабатываемого инструмента 9. Держатель 7 соединен через кабель с элементами защиты 10 и через герметичный разъем 11 с блоком подачи потенциала 12. Камера 1 с противоположной стороны подключения к вакуумной системе 5 закрыта дверью 13 с окном 14 для визуального наблюдения. Устройство содержит генератор СВЧ-энергии 15, от которого через волноводно-щелевую антенну 4, свернутую в кольцо, в цилиндрическом резонаторе 3 возбуждаются сверхвысокочастотные электромагнитные колебания. При наложении электростатического и сверхвысокочастотного электромагнитного полей у оконечной части обрабатываемого объекта 9 возникает стационарный комбинированный разряд низкотемпературной плазмы пониженного давления 16.To implement the proposed method, you can use the device to obtain a stationary combined discharge of low-temperature plasma of low pressure (RF patent No. 2277763, IPC: H05H 1/18) (see figure 1). This device contains a processing chamber 1, the inner space of which is limited by a pipe 2 made of radiolucent material embedded in a cylindrical resonator 3, and its ends, which are hermetically connected to each other. A slot emitting antenna 4 is installed on the cylindrical resonator 3. The chamber 1 is connected to the pump of the vacuum system 5. A gas inlet system 6 is used to supply the process gas to the chamber 1. In the chamber 1 there is a holder 7 with a replaceable collet 8 for installation of the processed tool 9 in the chamber 1. The holder 7 is connected through a cable to the protection elements 10 and through a sealed connector 11 to the potential supply unit 12. The chamber 1 on the opposite side of the connection to the vacuum system 5 is closed by a door 13 with a window 14 for visual observation. The device comprises a microwave energy generator 15, from which microwave waves are excited through a waveguide slot antenna 4, rolled into a ring, in a cylindrical resonator 3. When applying electrostatic and microwave electromagnetic fields at the end of the processed object 9, a stationary combined discharge of low-temperature low-pressure plasma 16 occurs.

Предложенный способ осуществляют следующим образом.The proposed method is as follows.

Обрабатываемый инструмент 9 закрепляется в сменной цанге 8 держателя 7, расположенного в камере обработки 1. Часть поверхности инструмента и цанга 8 изолируются радиопрозрачным материалом 17, а открытой остается поверхность, подлежащая плазменной обработке. Затем подготовленный к плазменной обработке инструмент располагается в камере обработки 1 так, чтобы неизолированная оконечная часть инструмента располагалась в фиксированной точке пространства камеры обработки, координата которой относительно излучающих щелей волноводно-щелевой антенны зависит от геометрии инструмента. Затем дверь 13 камеры обработки плотно закрывают, включают форвакуумный насос 5, откачивают камеру до предельного давления (~10 Па), после чего в камеру обработки через систему газонапуска 6 подают технологический газ до рабочего давления (P), соответствующего минимальной пробойной напряженности электромагнитного поля в используемом газе в режиме непрерывной генерации микроволновой энергии (величину рабочего давления для применяемого технологического газа определяют по литературным источникам).The processed tool 9 is fixed in a replaceable collet 8 of the holder 7 located in the processing chamber 1. Part of the surface of the tool and the collet 8 are isolated by a transparent material 17, and the surface to be plasma processed remains open. Then, the instrument prepared for plasma treatment is located in the processing chamber 1 so that the non-insulated end part of the tool is located at a fixed point in the space of the processing chamber, the coordinate of which relative to the emitting slots of the waveguide-slot antenna depends on the geometry of the tool. Then the door 13 of the processing chamber is tightly closed, the fore-vacuum pump 5 is turned on, the chamber is pumped out to the maximum pressure (~ 10 Pa), after which the process gas is supplied to the processing chamber through the gas inlet system 6 to the working pressure (P) corresponding to the minimum breakdown electromagnetic field strength in used gas in the continuous generation of microwave energy (the value of the working pressure for the applied process gas is determined by literature).

Затем на обрабатываемый инструмент подают постоянное положительное напряжение смещения из диапазона 20-270 В от блока подачи потенциала 12 через герметичный разъем 11, кабель с многослойными элементами защиты 10 и держатель 7. При этом инструмент находится под положительным потенциалом, а вокруг него формируется электростатическое поле. Величина постоянного положительного напряжения смещения определяется по графику (фиг.2а).Then, a constant positive bias voltage is applied to the tool to be processed from a range of 20-270 V from the potential supply unit 12 through a sealed connector 11, a cable with multilayer protection elements 10 and a holder 7. In this case, the tool is at a positive potential and an electrostatic field is formed around it. The value of the constant positive bias voltage is determined by the schedule (figa).

После этого путем регулирования анодного тока магнетрона (Iан) в камере 1 устанавливают уровень подводимой СВЧ-мощности из диапазона 10-90 Вт. При этом сверхвысокочастотные электромагнитные колебания поступают в режиме непрерывной генерации от генератора СВЧ-энергии 15 через волноводно-щелевую антенну 4 в цилиндрический резонатор 3.After that, by adjusting the anode current of the magnetron (I en ) in the chamber 1 set the level of the input microwave power from the range of 10-90 watts. In this case, microwave electromagnetic waves come in continuous generation from a microwave energy generator 15 through a waveguide slot antenna 4 into a cylindrical resonator 3.

При наложении на электростатическое поле сверхвысокочастотных электромагнитных колебаний вокруг обрабатываемой части инструмента в камере обработки возникает свечение стационарного комбинированного разряда низкотемпературной плазмы пониженного давления 16.When superhigh-frequency electromagnetic oscillations are applied to the electrostatic field around the part of the tool to be processed, a stationary stationary combined discharge of low-temperature low-pressure plasma appears in the processing chamber 16.

При воздействии скомпенсированного потока заряженных частиц плазмы на поверхность обрабатываемого инструмента в измерительной цепи регистрируется ток смещения I, по которому осуществляют контроль за процессом обработки. В зависимости от геометрии инструмента допускается изменение тока смещения от 2÷17 мкА, номинальная величина которого определяется по графику (фиг.2в). Во время контроля за процессом обработки при отклонении допустимого значения тока смещения (I) нормализацию режима обработки осуществляют изменением анодного тока магнетрона (Iан) до установления заданного значения тока смещения (I).When a compensated stream of charged plasma particles acts on the surface of the processed tool, a bias current I is recorded in the measuring circuit, which controls the processing process. Depending on the geometry of the tool, a bias current change of 2 ÷ 17 μA is allowed, the nominal value of which is determined according to the schedule (Fig.2c). During monitoring of the processing process when the permissible bias current value (I) deviates, the processing mode is normalized by changing the magnetron anode current (I an ) until the bias current value (I) is set.

Воздействие скомпенсированного потока заряженных частиц плазмы на обрабатываемую поверхность вызывает разогрев инструмента, лаговая температура которого регистрируется термопарой, расположенной в держателе 7 (на фиг.1 не показана). Максимальное воздействие скомпенсированного потока заряженных частиц плазмы приходится на выступающие элементы или заостренные кромки инструмента, обрабатываемая поверхность которых интенсивно нагревается, происходит оплавление мелких поверхностных дефектов, расплавление микронного приповерхностного слоя, сопровождающееся интенсивным растворением в нем карбидной фазы, что вызывает изменение химического состава инструментального материала в этом слое. При этом значение конечной лаговой температуры инструмента (T) должно быть в пределах 20÷230°С в зависимости от его вида и типоразмера.The effect of the compensated flow of charged plasma particles on the treated surface causes the tool to heat up, the lag temperature of which is recorded by a thermocouple located in the holder 7 (not shown in Fig. 1). The maximum effect of the compensated flow of charged plasma particles occurs on the protruding elements or the pointed edges of the tool, the treated surface of which is intensively heated, the melting of small surface defects, the melting of the micron surface layer, accompanied by intensive dissolution of the carbide phase in it, which causes a change in the chemical composition of the tool material in this layer. At the same time, the value of the final lag temperature of the instrument (T) should be within 20 ÷ 230 ° С depending on its type and size.

По истечении времени (tоб) плазменной обработки или при превышении допустимого значения конечной лаговой температуры (T), определяемых по графикам (фиг.2г, д), воздействие плазмы на обрабатываемую поверхность прекращают путем отключения генератора СВЧ-энергии. Инструмент охлаждается в среде технологического газа при рабочем давлении в течение не менее 5 мин или до безопасного уровня (ниже 80°С).After the time (t r ) of the plasma treatment or when the permissible value of the final lag temperature (T) is exceeded, determined from the graphs (Fig. 2d, d), the plasma effect on the treated surface is stopped by switching off the microwave energy generator. The tool is cooled in a process gas environment at operating pressure for at least 5 minutes or to a safe level (below 80 ° C).

После снижения температуры инструмента прекращают напуск технологического газа в камеру 1 и его откачку. В камеру напускают атмосферу через соответствующий клапан напуска (на фиг.1 не показан), после чего открывают дверь 13 и извлекают обработанный инструмент 9.After lowering the temperature of the instrument, the inlet of the process gas into the chamber 1 and its pumping are stopped. The atmosphere is let into the chamber through the corresponding inlet valve (not shown in FIG. 1), after which the door 13 is opened and the processed tool 9 is removed.

В стационарном комбинированном разряде низкотемпературной плазмы пониженного давления допускается обрабатывать инструмент, размеры которого превышают зону формирования плазмы. При превышении площади обрабатываемой поверхности инструмента обработку ведут, располагая поочередно в зоне формирования плазмы сегменты обрабатываемой поверхности.In a stationary combined discharge of a low-temperature low-pressure plasma, it is allowed to process an instrument whose dimensions exceed the zone of plasma formation. If the area of the tool surface to be treated is exceeded, the treatment is carried out by placing segments of the surface to be machined alternately in the plasma formation zone.

Такое воздействие стационарного комбинированного разряда низкотемпературной плазмы пониженного давления на все виды и типоразмеры обрабатываемого инструмента из инструментальных сталей сопровождается изменением цвета шлифованной поверхности от золотистого оттенка до темной бронзы, которому соответствует максимальное изменение микротвердости по глубине в приповерхностных слоях на выступающих участках и режущих кромках. Причем для таких инструментов интенсивность окрашивания поверхности является критерием оценки качества плазменной обработки и ее достаточности. При оттенке поверхности светлее золотистого обработку повторяют, а по оттенку поверхности инструмента темнее темной бронзы судят о его непригодности.Such an effect of the stationary combined discharge of low-temperature low-pressure plasma on all types and sizes of the processed tool made of tool steels is accompanied by a change in the color of the polished surface from a golden hue to dark bronze, which corresponds to the maximum change in microhardness in depth in the surface layers on the protruding sections and cutting edges. Moreover, for such tools, the intensity of surface painting is a criterion for assessing the quality of plasma processing and its adequacy. When the surface shade is lighter than golden, the treatment is repeated, and the suitability of the instrument is darker than the dark bronze.

Для твердосплавного инструмента критерием оценки качества плазменной обработки является изменение микротвердости по глубине в приповерхностных слоях на выступающих участках.For carbide tools, the criterion for assessing the quality of plasma treatment is the change in microhardness in depth in the surface layers in the protruding sections.

Износостойкость инструмента, подвергнутого воздействию стационарного комбинированного разряда низкотемпературной плазмы пониженного давления, повышается в 3-4 раза в результате формирования на поверхности модифицированного слоя, в котором локализуются сдвиговые деформации, возникающие при трении в условиях резания.The wear resistance of a tool subjected to a stationary combined discharge of a low-temperature low-pressure plasma increases by 3-4 times as a result of the formation of a modified layer on the surface in which shear deformations arising from friction under cutting conditions are localized.

Данный способ плазменной обработки, при котором оконечная часть инструмента полностью охватывается плазмой, позволяет обрабатывать режущий инструмент, в том числе и сложнопрофильный, из различных марок инструментальных сталей и твердого сплава, с нанесенными на них износостойкими покрытиями и без них.This method of plasma treatment, in which the end part of the tool is completely covered by plasma, allows you to process a cutting tool, including a complex one, from various grades of tool steels and hard alloys, with and without wear-resistant coatings applied to them.

Способ обработки режущего инструмента в стационарном комбинированном разряде низкотемпературной плазмы пониженного давления можно проиллюстрировать следующими примерами.The method of processing a cutting tool in a stationary combined discharge of low-temperature low-pressure plasma can be illustrated by the following examples.

Пример 1Example 1

Предварительно обезжиренный сложнопрофильный режущий инструмент, например шлифованное сверло ⌀ 2,65 мм из инструментальной стали Р6М5, устанавливается в сменной цанге в установке, в которой возможно возбуждение стационарного комбинированного разряда низкотемпературной плазмы пониженного давления. Часть поверхности инструмента, не подлежащая плазменной обработке, изолируется несколькими слоями радиопрозрачного материала, например тонкой фторопластовой ленты. Затем инструмент располагают в камере 1. Дверь камеры обработки плотно закрывают, после чего камеру 1 откачивают до предельного давления ~10 Па и напускают технологический газ - азот через систему газонапуска и поддерживают рабочее давление Р=300 Па, при котором возможен пробой в азоте при минимальной напряженности электромагнитного поля в режиме непрерывной генерации микроволновой энергии. Величину рабочего давления для азота определяют по фиг.А.4. «Пробойные поля при непрерывном режиме в чистом воздухе, кислороде, азоте на частоте 2,8 ГГц при Λ=0,202 см» в приложении к книге Мак-Доналд А. Сверхвысокочастотный пробой в газах. / А.Мак-Доналд; пер. с англ. М.М.Савченко, А.Г.Франк. - М.: Мир, 1969. - 212 с.A preliminary low-fat complex-profile cutting tool, for example, a 2.65 mm polished drill made of P6M5 tool steel, is installed in a replaceable collet in a setup in which a stationary combined discharge of low-temperature low-pressure plasma can be excited. Part of the surface of the instrument, not subject to plasma treatment, is isolated by several layers of radiolucent material, for example, a thin fluoroplastic tape. Then the tool is placed in chamber 1. The door of the processing chamber is tightly closed, after which chamber 1 is pumped out to a pressure limit of ~ 10 Pa and the process gas is injected with nitrogen through the gas inlet system and the operating pressure is maintained at P = 300 Pa, at which breakdown in nitrogen is possible at minimum electromagnetic field strength in the continuous generation of microwave energy. The value of the working pressure for nitrogen is determined according to Fig. A.4. “Breakdown fields during continuous operation in clean air, oxygen, nitrogen at a frequency of 2.8 GHz at Λ = 0.202 cm” in the appendix to the book by McDonald A. Microwave gas breakdown. / A.Mac-Donald; trans. from English M.M.Savchenko, A.G. Frank. - M.: Mir, 1969 .-- 212 p.

Затем на обрабатываемое сверло подают от блока подачи потенциала 12 постоянное положительное напряжение смещения, величина которого определена по графику на фиг.2а в соответствии с диаметром сверла ⌀ 2,65 мм и равное U=+85 В. В камере обработки устанавливают уровень подводимой СВЧ-мощности (W) путем регулирования анодного тока магнетрона М-105 до 25 мА, что соответствует диаметру сверла ⌀ 2,65 мм (фиг.2б). В результате этого создаются условия для возбуждения и устойчивой генерации стационарного комбинированного разряда низкотемпературной плазмы пониженного давления, и у оконечной незаизолированной части сверла ⌀ 2,65 мм возникает оранжево-розовое свечение плазмы 16. При этом в измерительной цепи регистрируется ток смещения I, который в данном случае равен 2,7 мкА, что соответствует диаметру сверла ⌀ 2,65 мм (фиг.2в). Время обработки сверла tоб составило 8 мин. Нагрев обрабатываемой поверхности регистрируют термопарой, установленной в держателе 7. При завершении обработки сверла ⌀ 2,65 мм конечная лаговая температура Т составляет 35°С, допустимая конечная лаговая температура для данного сверла составляет согласно графику (фиг.2д) 40°С. При этом ток смещения I, конечная лаговая температура Т, время обработки (tоб) являются контролируемыми параметрами. По окончании времени технологического воздействия плазмы отключают анодный ток магнетрона Iан, постоянное положительное напряжение смещения U, при этом поверхность инструмента подвергается резкому охлаждению при рабочем давлении технологического газа.Then, a constant positive bias voltage is applied to the processed drill from the potential supply unit 12, the value of which is determined according to the schedule in Fig. 2a in accordance with the drill diameter ⌀ 2.65 mm and equal to U = + 85 V. In the processing chamber, the level of the supplied microwave power (W) by adjusting the anode current of the M-105 magnetron to 25 mA, which corresponds to a drill diameter of ⌀ 2.65 mm (fig.2b). As a result of this, conditions are created for the excitation and stable generation of a stationary combined discharge of low-temperature low-pressure plasma, and an orange-pink glow of plasma 16 appears at the terminal uninsulated part of the drill ⌀ 2.65 mm 16. In this case, the bias current I, which in this the case is 2.7 μA, which corresponds to a drill diameter of ⌀ 2.65 mm (pigv). The drill processing time t r was 8 minutes. The heating of the treated surface is recorded with a thermocouple installed in the holder 7. When the drill ⌀ 2.65 mm is finished, the final lag temperature T is 35 ° C, the permissible final lag temperature for this drill is 40 ° C according to the schedule (fig.2d). In this case, the bias current I, the final lag temperature T, and the processing time (t r ) are controlled parameters. At the end of the technological plasma exposure time, the magnetron anode current I en is switched off, a constant positive bias voltage U, while the surface of the instrument is subjected to sharp cooling at the working pressure of the process gas.

После остывания обработанного сверла в течение 5 мин прекращают подачу технологического газа через систему газонапуска 6, отключают вакуумный насос 5, напускают атмосферу в камеру 1 через клапан напуска атмосферы, открывают дверь 14 камеры 1 и извлекают обработанное сверло ⌀ 2,65 мм. При этом цвет обработанной шлифованной поверхности сверла изменился до насыщенного золотистого оттенка.After cooling the treated drill for 5 minutes, the supply of process gas through the gas inlet system 6 is stopped, the vacuum pump 5 is turned off, the atmosphere is let into chamber 1 through the atmosphere inlet valve, the door 14 of chamber 1 is opened and the treated drill ⌀ 2.65 mm is removed. In this case, the color of the processed polished surface of the drill changed to a saturated golden hue.

Воздействие скомпенсированного потока заряженных частиц плазмы на обрабатываемую поверхность сверла вызывает ее разогрев, оплавление мелких заусенцев и дефектов поверхности, что в результате вызывает снижение шероховатости поверхности. Расплавление микронных приповерхностных слоев сопровождается взаимным растворением фаз, входящих в состав инструментальной стали Р6М5, расположенных в этом слое (фиг.4а, фиг.4б), что вызывает их легирование и изменение химического состава приповерхностного слоя. На фиг.4 хорошо видно уменьшение количества на единицу поверхности и размеров карбидных зерен, а также осветление обработанной поверхности, что свидетельствует об увеличении в поверхностном слое концентрации металлов с высокой атомной массой.The effect of the compensated flow of charged plasma particles on the surface of the drill causes it to heat up, to melt small burrs and surface defects, which as a result causes a decrease in surface roughness. The melting of micron surface layers is accompanied by the mutual dissolution of the phases that make up the P6M5 tool steel located in this layer (Fig. 4a, Fig. 4b), which causes their alloying and a change in the chemical composition of the surface layer. Figure 4 clearly shows a decrease in the number per surface unit and size of carbide grains, as well as the clarification of the treated surface, which indicates an increase in the concentration of metals with a high atomic mass in the surface layer.

Резкое охлаждение расплавленных приповерхностных слоев в вакууме вызывает его аморфизацию на глубину до 4,5 мкм (фиг.5а, фиг.5б) и структурные изменения с формированием измельченной карбидной фазы на глубину ~40 мкм (фиг.6).Abrupt cooling of molten near-surface layers in a vacuum causes its amorphization to a depth of 4.5 μm (Fig. 5a, Fig. 5b) and structural changes with the formation of a crushed carbide phase to a depth of ~ 40 μm (Fig. 6).

Такие изменения в приповерхностных слоях сопровождаются изменением микротвердости (фиг.7) и увеличением износостойкости в 4,5 раза (табл.3).Such changes in the surface layers are accompanied by a change in microhardness (Fig. 7) and an increase in wear resistance by 4.5 times (Table 3).

Пример 2Example 2

Сверла номиналов ⌀ 0,8, 4,1, 7,0, 10,5 мм из инструментальной стали Р6М5 были обработаны в стационарном комбинированном разряде низкотемпературной плазмы пониженного давления по процедуре, аналогичной примеру 1. Значения входных и контрольных технологических параметров были определены по графикам (фиг.2) и составили:Drills of nominal values ⌀ 0.8, 4.1, 7.0, 10.5 mm from tool steel P6M5 were processed in a stationary combined discharge of low-temperature low-pressure plasma according to a procedure similar to example 1. The values of the input and control technological parameters were determined from the graphs (figure 2) and amounted to:

U=35 В; 113 В; 127 В; 137 В;U = 35 V; 113 V; 127 V; 137 V;

Iан=17,5 мА; 25 мА; 27 мА; 55 мА;I en = 17.5 mA; 25 mA; 27 mA; 55 mA

I=2 мкА; 4 мкА; 5,6 мкА; 10 мкА;I = 2 μA; 4 μA; 5.6 μA; 10 μA;

tоб=2 мин; 12 мин; 15 мин; 16,5 мин;t rev = 2 min; 12 min; 15 minutes; 16.5 min;

T=18°С; 50°С; 68°С; 93°С, что соответствует типоразмерам данных сверл.T = 18 ° C; 50 ° C; 68 ° C; 93 ° C, which corresponds to the standard sizes of these drills.

В результате плазменной обработки микротвердость шлифованной поверхности режущих кромок увеличилась с 6,0-8,0 ГПа до 10,0-18,0 ГПа (табл.1), цвет поверхности сверл после обработки изменился от золотистого оттенка до оттенка темной бронзы, а износостойкость повысилась от 2,5 до 4,5 раз (табл.3).As a result of plasma treatment, the microhardness of the polished surface of the cutting edges increased from 6.0-8.0 GPa to 10.0-18.0 GPa (Table 1), the color of the surface of the drills after processing changed from a golden tint to a shade of dark bronze, and wear resistance increased from 2.5 to 4.5 times (table 3).

Пример 3Example 3

В примере 3 плазменной обработке подвергаются метчики номиналов М5, М6, М8 из инструментальных сталей Р6М5, Р18, HSSE с различными покрытиями и обработку ведут аналогично примеру 1, при значениях входных технологических параметров, определенных по графикам (фиг.3) в соответствии с типоразмерами метчиков аналогично примеру 2. В результате плазменной обработки микротвердость поверхности калибрующих режущих элементов метчика увеличилась, что подтверждается данными, приведенными в табл.2, износостойкость повысилась от 3,6 до 4,1 раза (табл.3), при этом цвет поверхности метчиков изменился от золотистого оттенка до оттенка темной бронзы.In example 3, plasma taps of nominal values M5, M6, M8 of tool steels P6M5, P18, HSSE with various coatings are subjected to plasma processing and the processing is carried out analogously to example 1, with input technological parameters determined from the graphs (Fig. 3) in accordance with the standard sizes of taps analogously to example 2. As a result of plasma treatment, the microhardness of the surface of the calibrating cutting elements of the tap increased, which is confirmed by the data given in table 2, the wear resistance increased from 3.6 to 4.1 times (table 3), while vet taps the surface changed from golden brown to dark bronze color.

На фиг.8 приведена взаимосвязь изменения распределения микротвердости по глубине с изменением оттенка обработанной поверхности.On Fig shows the relationship of changes in the distribution of microhardness in depth with a change in the shade of the treated surface.

Поверхность метчика, имеющая светло-золотистый оттенок или темнее темной бронзы, имеет после плазменной обработки более низкие значения микротвердости. При этом изменение оттенка поверхности от золотистого до темной бронзы является критерием оценки качества плазменной обработки инструмента и ее достаточности. Такой подход позволяет проводить визуальный экспресс-контроль плазменной обработки, не прибегая к длительным измерениям микротвердости. Кроме того, экспериментально установлено, что для инструмента с оттенком поверхности более светлым, чем золотистый оттенок, обработку желательно повторить до получения оттенка поверхности в требуемых пределах, а при оттенке обработанной поверхности более темном, чем темная бронза, при необходимости принять решение о непригодности инструмента.The surface of the tap, having a light golden hue or darker than dark bronze, has a lower microhardness after plasma treatment. In this case, a change in the surface hue from golden to dark bronze is a criterion for assessing the quality of the plasma processing of the tool and its adequacy. This approach allows visual express control of plasma treatment without resorting to lengthy measurements of microhardness. In addition, it was experimentally established that for a tool with a surface tint lighter than a golden tint, it is advisable to repeat the treatment until the surface tint is obtained within the required limits, and if the tint of the treated surface is darker than dark bronze, if necessary, decide on the unsuitability of the tool.

Пример 4Example 4

В примере 4 плазменной обработке подвергают фрезу пазовую 2900-7381 (материал - твердый сплав ВК6ОМ) ⌀ 40 мм с толщиной рабочей части фрезы - 0,225 мм, имеющей темно-серый оттенок поверхности, размеры которой превышают пределы зоны формирования стационарного комбинированного разряда низкотемпературной плазмы пониженного давления. Обработка пазовой фрезы по процедуре аналогична обработке сверла в примере 1 за исключением того, что плазма формируется на части (половина диаметра) обрабатываемой поверхности фрезы. При этом технологические параметры для данного вида инструмента подобраны экспериментально из диапазонов: U=125 В; Iан=25 мА; I=5 мкА; tоб=8 мин; Т=50°С. В этом случае обработку фрезы ведут дважды. При очередной обработке в зону формирования плазмы устанавливают необработанный сегмент фрезы с сохранением условий возбуждения стационарного комбинированного разряда низкотемпературной плазмы пониженного давления, т.е. расположения фрезы в рабочей камере и входных технологических параметров обработки. После плазменной обработки поверхность фрезы осветляется до серого цвета. Износостойкость фрезы повысилась в 4 раза (табл.3).In example 4, a slotted cutter 2900-7381 (material - VK6OM carbide) ⌀ 40 mm with a cutter thickness of 0.225 mm, having a dark gray surface tint, the dimensions of which exceed the limits of the zone of formation of the stationary combined discharge of low-temperature low-pressure plasma, is subjected to plasma treatment . The processing of a groove mill according to the procedure is similar to that of a drill in Example 1, except that the plasma is formed on a part (half the diameter) of the machined surface of the mill. Moreover, the technological parameters for this type of tool are selected experimentally from the ranges: U = 125 V; I en = 25 mA; I = 5 μA; t rev = 8 min; T = 50 ° C. In this case, the processing of the cutter is carried out twice. During the next treatment, an unprocessed cutter segment is installed in the plasma formation zone while maintaining the conditions for the excitation of a stationary combined discharge of low-temperature low-pressure plasma, i.e. the location of the cutter in the working chamber and the input technological processing parameters. After plasma treatment, the surface of the cutter is lightened to gray. The wear resistance of the cutter increased 4 times (table 3).

Пример 5Example 5

В примере 5 плазменной обработке подвергают сменные многогранные твердосплавные режущие пластины Т15К6 с покрытием TiN и сошлифованным покрытием TiN (WNUM-080404 ГОСТ 19048-80).In Example 5, replaceable multi-faceted T15K6 carbide inserts with a TiN coating and a ground TiN coating (WNUM-080404 GOST 19048-80) are subjected to plasma treatment.

При плазменной обработке многогранную пластину устанавливали в камере 1 в держателе так, чтобы рабочие грани пластины полностью располагалась в зоне формирования стационарного комбинированного разряда низкотемпературной плазмы пониженного давления. Процедура обработки аналогична обработке сверла в примере 1 по технологическим параметрам, подобранным экспериментально для данного вида инструмента из диапазонов: U=150 В; Iан=25 мА; I=10 мкА; tоб=15 мин; Т=230°С.In plasma treatment, a multifaceted plate was mounted in chamber 1 in the holder so that the working faces of the plate were completely located in the zone of formation of the stationary combined discharge of low-temperature low-pressure plasma. The processing procedure is similar to the processing of the drill in example 1 according to the technological parameters selected experimentally for this type of tool from the ranges: U = 150 V; I en = 25 mA; I = 10 μA; t rev = 15 min; T = 230 ° C.

После плазменной обработки изменение цвета поверхности инструмента визуально не идентифицировалось, а измерение микротвердости по глубине выявило образование плотной слоистой структуры приповерхностных слоев сменных многогранных пластин отличной от исходной структуры. Распределение микротвердости по глубине приведено на фиг.9-10. Такая структура приповерхностных слоев обладает повышенной в 4,4 и в 3,8 раза соответственно износостойкостью для твердосплавных пластин Т15К6 с покрытием TiN и сошлифованным покрытием TiN по сравнению с исходными необработанными пластинами (табл.3).After plasma treatment, a change in the color of the surface of the instrument was not visually identified, and the measurement of microhardness in depth revealed the formation of a dense layered structure of the surface layers of interchangeable polyhedral plates different from the original structure. The distribution of microhardness in depth is shown in Fig.9-10. This structure of the surface layers has an increased wear resistance of 4.4 and 3.8 times for T15K6 carbide inserts with a TiN coating and a ground TiN coating compared to the original untreated plates (Table 3).

Пример 6Example 6

В примере 6 плазменной обработке подвергают сверло ⌀ 7,0 мм из инструментальной стали Р6М5 в стационарном комбинированном разряде низкотемпературной плазмы пониженного давления. Обработку ведут по процедуре, аналогичной примеру 1, при значениях входных технологических параметров, приведенных в номограмме (фиг.2), в качестве технологического газа применен аргон при давлении 250 Па. В результате смены технологического газа у оконечной незаизолированной части сверла ⌀ 7,0 мм возникает яркое сиреневато-розовое свечение плазмы 16.In example 6, a drill ⌀ 7.0 mm of tool steel P6M5 is subjected to plasma treatment in a stationary combined discharge of low-temperature low-pressure plasma. Processing is carried out according to a procedure similar to example 1, with the values of the input technological parameters shown in the nomogram (figure 2), argon was used as the process gas at a pressure of 250 Pa. As a result of the change in the process gas, a bright lilac-pink glow of plasma 16 appears at the terminal uninsulated part of the drill ⌀ 7.0 mm.

Оптимальную величину рабочего давления аргона, соответствующую минимальной пробойной напряженности электромагнитного поля, определяют экспериментально с учетом данных, приведенных в известных литературных источниках (фиг.5.3.11. «Вероятность ионизации N2, CO, O2, NO, CO»; фиг.5.3.12. «Вероятность ионизации аргона»; табл.10.10.1. «Величина произведения давления на коэффициент амбиполярной диффузии для различных ионов в разных газах», приведенных в книге И.Мак-Даниэль. Процессы столкновений в ионизированных газах / И.Мак-Даниэль. - М.: Мир, 1967. - 832 с.).The optimal value of the working pressure of argon, corresponding to the minimum breakdown intensity of the electromagnetic field, is determined experimentally taking into account the data given in well-known literature (Fig. 5.3.11. "The probability of ionization of N 2 , CO, O 2 , NO, CO"; Fig.5.3 .12. "Probability of argon ionization"; table 10.10.1. "The magnitude of the product of pressure on the ambipolar diffusion coefficient for various ions in different gases", given in the book by I.Mac-Daniel. Collisions in ionized gases / I.Mac- Daniel. - M.: Mir, 1967. - 832 p.).

В результате плазменной обработки произошло изменение микротвердости приповерхностных слоев, цвета шлифованной поверхности режущих кромок сверл и износостойкости, аналогично примеру 2.As a result of plasma processing, there was a change in the microhardness of the surface layers, the color of the polished surface of the cutting edges of the drills and wear resistance, similarly to example 2.

Таким образом, обработка инструмента в стационарном комбинированном разряде низкотемпературной плазмы пониженного давления на малых уровнях СВЧ-мощности является перспективным, весьма эффективным и экономичным способом улучшения эксплуатационных характеристик режущего инструмента различного целевого назначения в 3-4,5 раза.Thus, processing a tool in a stationary combined discharge of low-temperature low-pressure plasma at low microwave power levels is a promising, very effective and economical way to improve the operational characteristics of cutting tools for various purposes by 3-4.5 times.

В зависимости от энергетичности частиц плазмы на обрабатываемой поверхности можно проводить различные процессы: выглаживание поверхности (электрополировку), полимеризацию с образованием плотноупакованной полимерной пленки, диффузионные процессы и легирование, т.е. к структурным изменениям поверхностных и объемных свойств объекта обработки.Depending on the energy of plasma particles on the treated surface, various processes can be carried out: smoothing the surface (electro polishing), polymerization with the formation of a close-packed polymer film, diffusion processes and alloying, i.e. to structural changes in the surface and bulk properties of the processing object.

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТА В СТАЦИОНАРНОМ КОМБИНИРОВАННОМ РАЗРЯДЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯMETHOD OF PROCESSING THE TOOL IN THE STATIONARY COMBINED DISCHARGE OF LOW-TEMPERATURE PLASMA OF LOW PRESSURE

Таблица 1Table 1 Сравнительная таблица свойств сверл из инструментальной стали Р6М5 различных номиналовComparison table of properties of drills from tool steel P6M5 of various denominations № п/пNo. p / p Диаметр сверла, ммDrill diameter mm Микротвердость, ГПа / Глубина, мкмMicrohardness, GPa / Depth, microns Оттенки шлифованной поверхности инструмента после обработкиShades of the polished surface of the tool after processing исходнаяsource после плазменной обработкиafter plasma treatment 1one 0,80.8 5,79-8,43/2,065.79-8.43 / 2.06 15,08-17,82/1,5215.08-17.82 / 1.52 Золотистая бронзаGolden bronze 22 2,652.65 5,96-7,6/2,165.96-7.6 / 2.16 16,21-16,99/1,4816.21-16.99 / 1.48 ЗолотистыйGolden 33 4,14.1 5,81-8,17/2,085.81-8.17 / 2.08 14,98-5,86/0,8714.98-5.86 / 0.87 Темная бронзаDark bronze 4four 7,07.0 5,88-8,26/2,15.88-8.26 / 2.1 16,08-16,85/1,5116.08-16.85 / 1.51 ЗолотистыйGolden 55 10,510.5 5,78-7,76/2,145.78-7.76 / 2.14 9,66-13,68/0,619.66-13.68 / 0.61 Темно-золотистыйDark golden

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТА В СТАЦИОНАРНОМ КОМБИНИРОВАННОМ РАЗРЯДЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯMETHOD OF PROCESSING THE TOOL IN THE STATIONARY COMBINED DISCHARGE OF LOW-TEMPERATURE PLASMA OF LOW PRESSURE

Таблица 2table 2 Сравнительная таблица свойств метчиков из инструментальных материалов различных номиналовComparative table of properties of taps from tool materials of various denominations № п/пNo. p / p Типоразмер метчикаTap size Инструментальный материал / покрытиеTool material / coating Микротвердость, ГПа / Глубина, мкмMicrohardness, GPa / Depth, microns Оттенки шлифованной поверхности инструмента после обработкиShades of the polished surface of the tool after processing исходнаяsource после плазменной обработкиafter plasma treatment 1one М5M5 Р6М5P6M5 5,73-6,56/2,355.73-6.56 / 2.35 12,82-14,48/1,512.82-14.48 / 1.5 золотистыйgolden 22 М6M6 Р6М5P6M5 5,67-7,82/2,175.67-7.82 / 2.17 10,57-13,57/1,6210.57-13.57 / 1.62 темная бронзаdark bronze 33 М8M8 Р18P18 7,52-9,88/1,97.52-9.88 / 1.9 13,91-19,91/1,5613.91-19.91 / 1.56 насыщенный золотистыйrich golden 4four М10 (фирма Titex Plus)M10 (Titex Plus) HSSEHsse 9,02-10,25/1,359.02-10.25 / 1.35 23,35-24,53/0,8723.35-24.53 / 0.87 темно-золотистыйdark golden 55 М8M8 Р6М5/TiNP6M5 / TiN 8,81-9,91/1,968.81-9.91 / 1.96 14,74-17,59/1,4414.74-17.59 / 1.44 насыщенный золотистыйrich golden 66 М10 (фирма Pokolm)M10 (Pokolm company) Твердый сплавHard alloy 6,99-12,05/1,726.99-12.05 / 1.72 13,99-15,99/1,513.99-15.99 / 1.5 не идентифицируетсяnot identified покрытиеcoating 11,38-15,41/1,5411.38-15.41 / 1.54 28,05-33,5/1,0328.05-33.5 / 1.03 не идентифицируетсяnot identified

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТА В СТАЦИОНАРНОМ КОМБИНИРОВАННОМ РАЗРЯДЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯMETHOD OF PROCESSING THE TOOL IN THE STATIONARY COMBINED DISCHARGE OF LOW-TEMPERATURE PLASMA OF LOW PRESSURE

Таблица 3Table 3 Обобщенные результаты сравнительных стойкостных испытаний режущего инструмента, прошедшего обработку в плазме комбинированного разряда пониженного давленияGeneralized results of comparative resistance tests of a cutting tool that has been processed in a plasma of a combined low-pressure discharge № п/пNo. p / p Вид инструментаTool view ТипоразмерSize Обрабатываемый материалProcessed material Обрабатывающий станокProcessing machine Увеличение износостойкости, разThe increase in wear resistance, times 1one 22 33 4four 55 66 1one Резец с напайной пластиной Т15К6Cutter with a solder plate T15K6 -- ст. 10864-ВИArt. 10864-VI Токарный станок с ЧПУ 16К20Ф3CNC Lathe 16K20F3 4,54,5 22 Сменные твердосплавные многогранные пластины Т15К6 с покрытием TiNReplaceable carbide multi-faceted plates T15K6 with TiN coating WNUM-080404 ГОСТ 19048-80WNUM-080404 GOST 19048-80 ст. ШХ15Art. SHX15 Токарный станок 16К20Ф3С5Lathe 16K20F3S5 3,8-4,43.8-4.4 33 Резец 53558 Р6М5Cutter 53558 P6M5 ⌀ 15,9 мм⌀ 15.9 mm ШХ15SHX15 Токарный автомат для обработки цапф мод.116Lathe for processing pins mod. 116 1,51,5 4four Фреза пазовая 2900-7381 ВК6ОМGrooving mill 2900-7381 VK6OM Толщина рабочей части фрезы - 0,225 ммThe thickness of the working part of the cutter - 0.225 mm Пластмасса с абразивным наполнителемAbrasive filled plastic Полуавтомат фрезерования коллекторов микроэлектродвигателя ДП-22-01Semi-automatic milling of collectors of a microelectric motor DP-22-01 4four 55 Сверло Р6М5Drill P6M5 ⌀ 0,8 мм⌀ 0.8 mm Стеклотексталит фольгированный с двухсторонней металлизацией толщиной 1,7 ммFiberglass foil with double-sided metallization 1.7 mm thick Настольный сверлильный станок, мод. НСП-2Bench drilling machine, mod. NSP-2 3,63.6 66 Сверло Р6М5Drill P6M5 ⌀ 2,65 мм⌀ 2.65 mm ст. ХВГ с НRС 55…60 ед.Art. CVH with HRC 55 ... 60 units Настольный сверлильный станок, мод. ЭМ-102Bench drilling machine, mod. EM-102 4,54,5 77 Сверло Р6М5Drill P6M5 ⌀ 4,1 мм⌀ 4.1 mm Медь МОбCopper MOB Токарный станок 16К20Ф3.192.001.000Lathe 16K20F3.192.001.000 2,52.5 88 Метчик Р6М5Tap P6M5 М3M3 ст.3Article 3 Сверлильный станок с реверсивным ходомReversible Drilling Machine 3,63.6 99 Метчик Р6М5Tap P6M5 М5M5 ст.3Article 3 Вертикальный сверлильный станок мод. 2Н125ЛVertical drilling machine mod. 2N125L 3,623.62 1010 Метчик Р6М5Tap P6M5 М8M8 ст.3Article 3 Вертикальный сверлильный станок мод. 2Н125ЛVertical drilling machine mod. 2N125L 4,014.01

Claims (4)

1. Способ обработки режущего инструмента в стационарном комбинированном разряде низкотемпературной плазмы пониженного давления, возбуждаемом у выступающих его частей или заостренных кромок, включающий размещение инструмента в камере, вакуумирование камеры, подачу в камеру технологического газа, неокисляющего поверхность инструмента, до рабочего давления (Р), при котором возможен пробой технологического газа при минимальной напряженности электромагнитного поля в режиме непрерывной генерации микроволновой энергии, подачу на инструмент постоянного положительного напряжения смещения (U), формирующего вокруг него электростатическое поле, достаточное для поддерживания устойчивой генерации плазмы, генерирование в камеру микроволновой энергии до уровня СВЧ мощности (W) 10-90 Вт путем регулирования анодного тока (Iан) с формированием стационарного комбинированного разряда низкотемпературной плазмы, воздействие плазмы на режущие кромки обрабатываемого инструмента в течение 1,5-17 мин (tоб) и последующее охлаждение инструмента в среде технологического газа при рабочем давлении не менее 5 мин, при этом осуществляют контроль за процессом обработки по току смещения (I), возникающему в измерительной цепи при формировании плазмы и выбираемому из диапазона 2-17 мкА, и конечной лаговой температуре (Т), выбираемой из диапазона 10÷230°С, соответствующими типоразмеру и материалу обрабатываемого инструмента, при отклонении от допустимого значения контрольного параметра - тока смещения (I) нормализацию режима обработки осуществляют изменением анодного тока магнетрона (Iан), при превышении допустимого значения контрольного параметра - конечной лаговой температуры (Т) обработку инструмента прекращают досрочно.1. A method of processing a cutting tool in a stationary combined discharge of low-temperature low-pressure plasma excited at its protruding parts or pointed edges, including placing the tool in the chamber, evacuating the chamber, supplying the process gas non-oxidizing surface of the tool to the chamber to the working pressure (P), in which breakdown of the process gas is possible at a minimum electromagnetic field strength in the continuous generation of microwave energy, supply to the instrument nt constant positive bias voltage (U), forming around the electrostatic field sufficient to maintain a stable plasma generation, the generation of microwave energy in the chamber to the level of microwave power (W) 10-90 W by controlling the anode current (I en) combined to form a stationary low-temperature plasma discharge, exposure to plasma cutting edges on the machining tool during 1,5-17 min (t v) and subsequent cooling of the tool in a process gas environment at working Pressure at least 5 min, while monitoring the process by the bias current (I) that occurs in the measuring circuit during plasma formation and is selected from the range of 2-17 μA, and the final lag temperature (T) is selected from the range of 10 ÷ 230 ° C, corresponding to the size and material of the processed tool, when deviating from the permissible value of the control parameter - bias current (I), the normalization of the processing mode is carried out by changing the anode current of the magnetron (I an ), when the permissible value of the control is exceeded parameter - the final lag temperature (T) the processing of the tool is stopped ahead of schedule. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку ведут в азоте при давлении 300 Па или в аргоне при давлении, равном 250 Па.2. The method according to claim 1, characterized in that the treatment is carried out in nitrogen at a pressure of 300 Pa or in argon at a pressure of 250 Pa. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что инструмент располагают обрабатываемой частью непосредственно в зоне формирования стационарного комбинированного разряда низкотемпературной плазмы пониженного давления, при превышении площади обрабатываемой поверхности инструмента зоны формирования плазмы обработку ведут, располагая поочередно в зоне формирования плазмы сегменты обрабатываемой поверхности инструмента.3. The method according to claim 1, characterized in that the tool is placed on the processed part directly in the zone of formation of the stationary combined discharge of low-temperature low-pressure plasma, when the area of the processed surface of the tool exceeds the plasma formation zone, the processing is carried out by placing segments of the processed surface of the tool alternately in the plasma formation zone . 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при обработке инструмента со шлифованной поверхностью режущих кромок осуществляют контроль качества и степени достаточности обработки по изменению цвета поверхности режущих кромок, которое допускается в пределах от золотистого цвета до цвета темной бронзы, при оттенке светлее золотистого обработку инструмента повторяют, а по оттенку темнее темной бронзы судят о его непригодности. 4. The method according to claim 1, characterized in that when processing a tool with a polished surface of the cutting edges, the quality and degree of sufficiency of processing are controlled by changing the color of the surface of the cutting edges, which is allowed in the range from golden to dark bronze, with a shade lighter than golden the processing of the instrument is repeated, and by its shade darker than dark bronze, its unsuitability is judged.
RU2009139522/02A 2009-10-26 2009-10-26 Procedure for treatment of cutting tool in stationary combined discharge of low temperature plasma of low pressure RU2428521C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009139522/02A RU2428521C2 (en) 2009-10-26 2009-10-26 Procedure for treatment of cutting tool in stationary combined discharge of low temperature plasma of low pressure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009139522/02A RU2428521C2 (en) 2009-10-26 2009-10-26 Procedure for treatment of cutting tool in stationary combined discharge of low temperature plasma of low pressure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009139522A RU2009139522A (en) 2011-05-10
RU2428521C2 true RU2428521C2 (en) 2011-09-10

Family

ID=44732097

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009139522/02A RU2428521C2 (en) 2009-10-26 2009-10-26 Procedure for treatment of cutting tool in stationary combined discharge of low temperature plasma of low pressure

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2428521C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2541325C1 (en) * 2013-07-19 2015-02-10 Николай Яковлевич Василик Method of hard facing of metal items
RU2585920C2 (en) * 2014-09-03 2016-06-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) Method for metal forming

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2541325C1 (en) * 2013-07-19 2015-02-10 Николай Яковлевич Василик Method of hard facing of metal items
RU2585920C2 (en) * 2014-09-03 2016-06-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) Method for metal forming

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009139522A (en) 2011-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rej et al. Materials processing with intense pulsed ion beams
USRE37537E1 (en) Method and apparatus for altering material
US20090212238A1 (en) Apparatus for ion nitriding an aluminum alloy part and process employing such apparatus
US20100129615A1 (en) Process and apparatus for the modification of surfaces
IL111664A (en) Methods and apparatus for altering material using ion beams
KR101784638B1 (en) Method for removing hard carbon layers
Singh et al. Process optimization for electro-discharge drilling of metal matrix composites
RU2428521C2 (en) Procedure for treatment of cutting tool in stationary combined discharge of low temperature plasma of low pressure
Okada et al. Fundamental study on micro-deburring by large-area EB irradiation
Parkansky et al. Development and application of pulsed-air-arc deposition
EP1639149B1 (en) A method for forming a superhard amorphous carbon coating in vacuum
Yunata et al. Plasma polishing and finishing of CVD-diamond coated WC (Co) dies for dry stamping
JP5118381B2 (en) Tool with protective layer system
Kim et al. Hybrid deburring process assisted by a large pulsed electron beam (LPEB) for laser-fabricated patterned metal masks
RU2591826C2 (en) Method of applying corrosion-resistant carbon coating on steel surface
Gortat Anode materials for high power microwave devices
RU2372418C2 (en) Device for nitriding components made from aluminium alloy through ion-implantation doping and method where said device is used
CN104674159A (en) High-energy superposition based alloy steel surface treatment method
Marinin et al. The laser-plasma cementation as a method of increasing the abrasive resistance of medium-alloy tool steels
Smirnov et al. Microstructure and wear resistance of modified surfaces obtained by ion-plasma nitriding of 40ХН2МА steel
Krastev et al. Surface modification of steels by electrical discharge treatment in electrolyte
JP7252306B1 (en) METHOD FOR MANUFACTURING METAL ROLL
WO2021160337A1 (en) Method of surface smoothening of additive manufactured metal components
JP2005307284A (en) Surface treatment method for improving machinability of cemented carbide cutting tool and article thereby
Nagarajan et al. Femtosecond laser processing of cemented carbide for selective removal of cobalt

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20171019