SU1715497A1 - Способ изготовлени режущего инструмента - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс , к порошковой металлургии, в частности к способам изготовлени  режущих инструментов с рабочей частью из порошковой быстрорежущей стали. Целью изобретени   вл етс  повышение стойкости инструмента и снижение себестоимости обработки . Предложенный способ заключаетс  в том, что пластическое формообразование рабочей части инструмента провод т ковкой, закалке подвергают рабочую часть.с температуры ковки, затем соедин ют рабочую и крепежную части посредством расплавлени  при 950-1150°С промежуточной металлической прослойки, затем провод т отпуск с градиентом температур по высоте режущей части в соответствии с выражением dt/dx -kdt/dЈ, Ј а - t/b, где t - температура отпуска на по-. верхности рабочей части инструментаj Ј - длительность отпуска, мин, х - рассто ние от режущей кромки по направлению к крепежной части, a, b, k - посто нные дл  данной марки стали и размеров инструмента. 3 ил., 1 табл. (Л С

Description

Изобретение относитс  к изготовлению инструмента с рабочей частью из порошковой быстрорежущей стали и мо жет быть использовано дл  изготовлени  режущего инструмента на машиностроительных и специализированных заводах .

Известен способ изготовлени  сварного режущего инструмента, включающий ковку быстрорежущей стали и соединение ее со сталью крепежной части посредством сварки трением или плавлением и последующую термическую обработку ,,

Недостатки данного способа ботки - повышенна  твердость стали и опасность возникновени  нафталинистого излома при последующей закалке и, вследствие этого, невысока  стойг кость инструмента о

Известен способ изготовлени  режущего инструмента, включающий ковку литых быстрорежущих сталей с температуры 1100-1150°С и нагрев под закалку откованных заготовок сразу же после ковки без промежуточного отжига, закалку и трехкратный отпуск при 560°С по 1 ч , порезку заготовок на пластинки дл  отрезных резцов и приваривание пластинок к державке инструмента , термическую обработку крепежной части инструмента на необходимую твердость.

сд

.Ј

го 1

Недостатком указанного способа  вл етс  необходимость нагрева под закалку откованных пластин, что снижает эффект гор чей пластической деформа- :ции вследствие развити  процессов рекристаллизации и полигонизации и уменьшает стойкость инструмента При этом дополнительна  термическа  обработка пластин и последующа  термичес- ка  обработка крепежной части вызывает удорожание обработки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  способ изготов- пени  режущего инструмента, включающий сварку режущей части с хвостовиком и пластическое формообразование сварной заготовки, в котором с целью повышени  стойкости и снижени  трудоемкости изготовлени  режущего инструмента после сварки производ т изотермическую выдержку в температурном интервале Нн - ...Мн + 300°С.

Недостатком известного способа  вл етс  то, что пластическое формообразование провод т после сварки режущей части с хвостовиком. Так как де- фюрмируемость углеродистой и быстрорежущей сталей различна, то в процессе формообразовани  на стыке возможно по вление трещин и несплошностей, что при приложении рабочей нагрузки на инструмент приводит к возникновению напр жений, .способствующих распространению трещин по телу инструмента, а следовательно, снижению стойкости. Кроме того, наличие изотермической выдержки в интервале температур удо- рожает процесс.

Цель „изобретени  - повышение стойкости инструмента и снижение себестоимости обработки.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу изготовлени  ре- жущего инструмента, включающему пластическое формообразование рабочей части инструмента ковкой, закалке подвергают рабочую часть непосредственно после ее формообразовани  с температуры ковки, затем провод т механическую обработку, между рабочей и крепёжной част ми размещают металлическую прослойку, соединение рабочей и крепежной частей осуществл ют расплавлением при 950-1150°С промежуточной металлической прослойки, а отпуск провод т после соединени  рабочей и крепежной частей с градиентом

температур по высоте режущей частиГв соответствии с выражением

dt

dt

-dx k 3F

t

a-t -

- длительность отпус0

5

5 0

0

5

0

t ка , мин,

температура отпуска на поверхности рабочей части, С; a,b, k - посто нные дл  различных марок сталей и размеров инструмента ,

х - рассто ние от режущей кромки к крепежной части инструмента , мм.

Благодар  этому повышаетс  стойкость и снижаетс  себестоимость обработки .

Способ изготовлени  режущего инструмента , преимущественно резцов, с рабочей частью из порошковой быстрорежущей стали осуществл етс  следующим образом.

Упрочнение закалкой после пластического формообразовани  порошковой быстрорежущей стали провод т с температуры ковочного нагрева 1100-1200°С после многократной выт жки заготовки с охлаждением в масле через 1-2 с после окончани  ковки. Такое упрочнение приводит к повышению плотности структурных несовершенств, в частности дислокаций, формирует мелкозернистую структуру с ультрадисперсной карбидной фазой. При этом карбидна  неоднородность очень незначительна. Термоупрочненную рабочую часть соедин ют с крепежной частью пайкой путем использовани  в качестве припо  тонкой насквозь борированной низкоуглеродистой стальной пластины с температурой плавлени  950-4150°С. Верхн   граница температуры плавлени  припо  не должна превышать температуру начала быстрого роста зерна порошковой быстрорежущей стали. Дл  закаленной непосредственно после быстрорежущей стали максимальна  температура ковки не должна быть выше 1150 С. Кроме того, нагрев выше 1150°С уменьшает эффект упрочнени  закалкой непосредственно после формообразовани . Нижн   граница температуры плавлени  припо  не должна быть ниже 950 С ввиду того, что более низка  температура плавлени  не обеспечивает достаточную скорость протекани  диффузионных процессов в процессе напайки и не обеспечивает быстрого и надежного соединени  рабочей части с крепежной частью инструмента. Мала  толщина промежуточной прослойки приводит к быстрому ее расплавлению и обеспечивает высокую скорость напайки. При этом мала  глубина провали в газовой печи до 1150 С, выдерживали при этой температуре Зб мин, а затем ковали на паровоздушном молоте Ml 34 с массой падающих частей 3 т со степенью деформации 55%, с междеформационной паузой 0,5 с. Врем  ковки составило 60 с. Через 2 с после окончани  ковки пластины охлаждали в

грева рабочей части в процессе напай-«0 масле И-12А (фиг.Т). Твердость пласки не устран ет эффект упрочнени  закалкой непосредственно после формообразовани .

Встречна  термодиффузи  элементов через границы рабочей части - жидкий припой и жидкий припой - крепежна  часть обеспечивает быстрое и надежное соединение рабочей части инструмента с крепежной частью.

тин после закалки непосредственно после формообразовани  составл ла HRC 64-66, карбидна  неоднородность

-была незначительна (1 балл по ГОСТ 19265-78). Структура характеризовалась мелкозернистым строением (12 номер по ГОСТ 5639-82) и равномерно рас пределенной мелкодисперсной карбидной фазой с размером карбидов 0,3-0,5 мкм

Отпуск провод т после соединени  рабочей и крепежной частей с градиентом температур по высоте режущей .части в соответствии с выражением

dt ,dt ST. k dF

где

Ј

a-t -g- - длительность отпуска

; МИН/ . . -. .

t - температура отпуска на поверхности рабочей часта,°С| a,b,k - посто нные дл  различных марок сталей и размеров инстру мента

х - рассто ние от режущей кромки к крепежной части инструмен- TSL Ј мм}

который обеспечивает получение требуемых служебных свойств рабочей части инструмента, одновременно с этим температура отпуска крепежной части инструмента обеспечивает сохранение требуемых механических свойств ее. ;

При м е р. Дл  практической реализации данного способа изготовлени  режущего инструмента брали заготовку 1 (фиг.1) диам. 75 мм и высотой 5®мм из порошковой быстрорежущей стали РТ2МЗК5Ф2-МП следующего химического

вали в газовой печи до 1150 С, выдерживали при этой температуре Зб мин, а затем ковали на паровоздушном молоте Ml 34 с массой падающих частей 3 т со степенью деформации 55%, с междеформационной паузой 0,5 с. Врем  ковки составило 60 с. Через 2 с после окончани  ковки пластины охлаждали в

масле И-12А (фиг.Т). Твердость плас

тин после закалки непосредственно после формообразовани  составл ла HRC 64-66, карбидна  неоднородность

была незначительна (1 балл по ГОСТ 19265-78). Структура характеризовалась мелкозернистым строением (12 номер по ГОСТ 5639-82) и равномерно распределенной мелкодисперсной карбидной фазой с размером карбидов 0,3-0,5 мкм.

После этого из пластин 2 изготавливали рабочую часть режущего инструмента , в частности дл  отрезных резцов , которую соедин ли с крепежной частью инструмента, изготовленной из конструкционной, стали 40Х путем пайки ТВЧ с использованием в качестве припо  насквозь борированной ниэкоуглеро- дистой стальной пластины 3 толщиной 0,3 мм с температурой плавлени  1100°С. В качестве флюса примен лась бура (фиг.2).

После напайки проводили градиентный отпуск (фиг.З). Выбор параметров отпуска проводили следующим образом. Температура отпуска дл  конкретного времени отпуска определ лдсь эмпирически . Дл  порошковой быстрорежущей стали Р12М31 5Ф2-МП .при температуре отпуска 620°С врем  выдержки составл ет 5 мин.

Посто нна  а представл ет собой интервал допустимых температур отпуска , при которых кратковременный пуск порошковых быстрорежущих сталей обеспечивает требуемые свойства работ чей части.

Посто нна  b характеризует темп понижени  температуры в стали по тол

состава j %: С 1,05; Мп 0,29, Si Д,85; 50 пластины и, определенна  эмпириS 0,031; Сг 5,25$ N1 .0,55; Мо 4,00; V 3,10; W 14,30; Со 5,1. Твердость f заготовок составл ла НВ 248-255 и они.имели структуру сорбитообраэного: перлита с равномерно распределенной мелкодисперсной карбидной фазой с размером частиц до 1 мкм. Карбидна  неоднородность соответствовала 1 баллу по ГОСТ 19265-78. Заготовки нагре55

чески, она дл  порошковых быстрорежущих сталей измен етс  от 2,5 до 5.

Дл  порошковой быстрорежущей стали Р12МЗК5Ф2-МП а 620, Ь 4.

Градиентный отпуск проводили при

в течение 4 мин. Отпуск был двухкратным. При заданных параметрах градиентного отпуска глубина прогрева рабочей части инструмента, имеющей

600°С

пластины и, определенна  эмпири

чески, она дл  порошковых быстрорежущих сталей измен етс  от 2,5 до 5.

Дл  порошковой быстрорежущей стали Р12МЗК5Ф2-МП а 620, Ь 4.

Градиентный отпуск проводили при

в течение 4 мин. Отпуск был двухкратным. При заданных параметрах градиентного отпуска глубина прогрева рабочей части инструмента, имеющей

600°С

толщину 10 мм, до 620°С в течение 4 мин определ етс  из выражени 

dt dx

, dt

-k зг

где k при заданных начальных услови х градиентного отпуска равн етс 

15

Тогда глубина прогрева составл ет X . 4 мм.

В прогретых поверхностных сло х рабочей части инструмента происходит процесс вторичного твердени , в результате чего возрастает прочность и стойкость инструмента.

Градиентный отпуск проводили путем нагрева торцовой части инструмента со стороны рабочей части в щелевой электрической печи в воздушной атмосфере.

Такой обработкой добивались требуемых служебных свойств в рабочей части инструмента, при этом крепежна  часть обладала необходимыми механическими свойствами, предъ вл емыми w ботанного по предлагаемому способу, к державке 4 инструмента. После заточ-30

20

25

Обработка при изменении параметр градиентного отпуска, т.е. при а«с60 и а 640 приводит в первом случае увеличению длительности отпуска и снижению производительности труда и удорожанию себестоимости обработки, а в другом случае - к резкому сниже нию стойкости инструмента. Аналогич ным образом вли ет изменение параме ра b на себестоимость обработки и стойкость инструмента.

Технико-экономический эффект пол чают за счет повышени  стойкости ин струмента, снижени  себестоимости о работки.

Годовой расход инструмента, обра ботанного по способу-прототипу, сос тавл ет: резец ГМ2130-3085 - 200000 шт.; резец ГМ2130-3095 - 200000 шт. Стоимость одного резца, обработанного по прототипу, составл ет: резец ГМ2130-3085 - 2,42 руб., резец ГМ2130-3095 - 1,53 руб.

Годовой расход инструмента, обра

вследствие повышени  стойкости на 4 составл ет:

кИ инструмент градиентно отпускали. Таким же образом поступали после каждой переточки.

Аналогично проводили исследовани  при изготовлении режущего инструмента при.варьировании технологических параметров и по режиму прототипа.

Результаты исследований приведены в таблице.

Из проведенных исследований видно , что стойкость инструмента, обра- ботанного по предлагаемому способу (строка 2-4, таблица), на 40% выше стойкости инструмента, обработанного по прототипу.

Это можно объ снить следующим образом . При происходит разупрочнение закаленной непосредственно после формообразовани  рабочей части и резкое снижение стойкости инструмента , при а 600 возрастает длительность отпуска, уменьшаетс  производительность и увеличиваетс  себестоимость обработки. При Ъ 5 отпуск может и не произойти ввиду быстрой потери температуры рабочей частью инструмента . При ЬС2,5 отпуск будет протекать наоборот очень долго, что невыгодно с экономической точки зре

0

5

ни . При этом снижаетс  себестоимость обработки вследствие исключени  термической обработки рабочей и крепежной частей инструмента.

Обработка при изменении параметров градиентного отпуска, т.е. при а«с600 и а 640 приводит в первом случае к увеличению длительности отпуска и снижению производительности труда и удорожанию себестоимости обработки, а в другом случае - к резкому снижению стойкости инструмента. Аналогичным образом вли ет изменение параметра b на себестоимость обработки и стойкость инструмента.

Технико-экономический эффект получают за счет повышени  стойкости инструмента , снижени  себестоимости обработки .

Годовой расход инструмента, обработанного по способу-прототипу, составл ет: резец ГМ2130-3085 - 200000 шт.; резец ГМ2130-3095 - 200000 шт. Стоимость одного резца, обработанного по прототипу, составл ет: резец ГМ2130-3085 - 2,42 руб., резец ГМ2130-3095 - 1,53 руб.

Годовой расход инструмента, обработанного по предлагаемому способу,

вследствие повышени  стойкости на 40% составл ет:

Резец ГМ2130-3085 - 200000(1-0,4} 120000 (шт.),„

Резец ГМ2130-3085 - 200000(1-0,4) 120000 (шт.).

Стоимость резца, обработанного по предлагаемому способу, составл ет:

Резец ГМ2130-3085 - 2,14 руб.,

Резец ГМ21130-3095 - 1,34 руб.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ изготовлени  режущего инст-. румента, преимущественно, резцов с рабочей частью из порошковой быстрорежущей стали, включающий пластическое формообразование рабочей части инструмента, соединение рабочей и крепежной его частей, закалку, от-г пуск и механическую обработку, о т - л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  стойкости инструмента и снижени  себестоимости обработки, формообразование рабочей части провод т ковкой, закалке подвергают рабочую часть непосредственно после ее формообразовани  с температуры ковки, затем провод т механическую обработку , между рабочей и крепежной част ми

   размещают металлическую прослойку, соединение рабочей и крепежной частей осуществл ют расплавлением при 950- 1150°С промежуточной металлической прослойки, а отпуск провод т после . соединени  рабочей и крепежной частей с градиентом температур по высоте режущей части в соответствии с выражением

   Технологические параметры

   где

   Ј

   t a ,b,k

   a-t -b™ Длительность отпуска

   мин;

   температура отпуска на поверхности рабочей части, С у посто нные дл  различных марок сталей и размеров инстру- мента; рассто ние от режущей кромки

   Достигаемые результаты

   Ьтп 5Ю-&&

   Ъ

   1мин