Спосіб зміцнення різального інструменту

Изобретение относится к лазерной обработке металлов и может быть использовано в машиностроении, металлургии и других областях для энергетического упрочнения режущего инструмента. Известен способ термической обработки стальных деталей, включающий термическую обработку и последующую поверхностную закалку деталей лазерным лучом [1]. Применение такого способа для термического упрочнения режущи х кромок ножей для резки проката, например, позволяет повысить ударную вязкость до 25МДж/м 2 при том же уровне твердости. Однако при этом не наблюдается повышения износостойкости ножей, а также срока их службы, хотя количество отказов ножей по выкрашиванию и сокращается. Повышение стойкости лазерного термоупрочнения ножей не перекрывает в этом случае затрат по замене ножей, подвергаемых выбраковке по выкрашиванию режущей кромки. Наиболее близким к предлагаемому является способ лазерного термоупрочнения режущего инструмента, включающий объемную закалку с последующим отпуском и поверхностной закалкой сканированием лазерного луча в пределах заданной ширины образованной несколькими дорожками упрочненной зоны [2]. Однако такой способ не обеспечивает достаточного для приработки упрочненного слоя чередования зон закалки и отпуска, что отрицательно сказывается на стойкости упрочненной режущей кромки и приводит к ее разрушению в процессе эксплуатации при. циклических нагрузках. Режущая кромка обработанного известным способом инструмента образована непрерывным закаленным слоем металла, единой зоной закалки, под которой находится зона отпуска. Поэтому в местах концентрации растягивающих напряжений при локальных нагрузках на инструмент в нем релаксируются трещины, что ведет к выкрашиванию режущей кромки и преждевременному вы ходу из строя. Целью изобретения является повышение стойкости упрочненной режущей кромки за счет улучшения условий приработки зон закалки и отпуска. Поставленная цель достигается тем, что в способе лазерного термоупрочнения режущей кромки инструмента, включающем объемную закалку с последующим отпуском и поверхностной закалкой сканированием лазерного луча в пределах заданной ширины образованной несколькими дорожками упрочненной зоны, смещение каждой последующей дорожки относительно предыдущей выбирают в интервале 0,6 - 1,2 ширины дорожки, а сканирование лазерного луча осуществляют под углом 30 - 60° к режущей кромке инструмента. На фиг.1 показан нож, обрабатываемый лазерным инструментом; на фиг.2 - дорожки упрочненной зоны при минимальном смещении; на фиг.3 - то же, при среднем смещении; на фиг.4 - то же, при максимальном смещении. Режущий инструмент содержит нож 1, режущую кромку 2 шириной B, дорожки 3 упрочненной зоны. Кроме того на чертежах обозначено ширина дорожки, величина l смещения дорожек Стрелкой показано направление лазерного луча. Способ осуществляют следующим образом. Проводят термическую обработку образцов, например из стали 6ХВ2С. Образец подвергают закалке в масле с отпуском и дополнительной закалке сканированием лазерного луча. Нагрев под объемную закалку в масле осуществляют до температуры 950°C. Точка начала мартенситного превращения Отпуск при температуре 200°C ведут в течение 1ч. Поверхностную закалку сканированием лазерного луча посредством установки "Комета 2М" осуществляют по прямолинейному закону с последовательным образованием дорожек 3. Плотность мощности луча 5 × 104Вт/см 2, скорость перемещения луча относительно ножа 1 × 10-15мм/с, диаметр пятна нагрева 3мм. Амплитуда сканирования равна ширине упрочненной зоны. Ширина упрочненной зоны в зависимости от типа ножа составляет 5 12мм. Следует отметить, что для тонких ножей толщиной 5 - 10мм угол рекомендуется брать ближе к 60°, в то время как для толстых ножей толщиной более 10мм - ближе к 30°. Траектория сканирования обеспечивается системой ЧПУ, связанной с лазерной установкой. Смещение каждой последующей дорожки 3 относительно предыдущей в интервале 0,6 - 1,2 ширины дорожки обеспечивает создание оптимальных условий приработки зон закалки и отпуска, которые выполняют демпфирующую роль при циклическом нагружении режущей части ножа 1, тем самым повышается стойкость слоя упрочненной зоны, и следовательно ресурс работы режущего инстр умента. Величина смещения меньше 0,6 ширины дорожки 3 ведет к повышенным энергетическим затратам и снижению стойкости ножа 1 за счет перезакалки лазерноупрочненных участков поверхности режущей кромки 2, приводящей к концентрированию растягивающих напряжений, которые, в свою очередь, обеспечивают раскрытие трещин. Величина смещения 1,2 ширины дорожки получена при максимальной приработке зон упрочнения и отпуска. Величина смещения больше 1,2 ширины дорожки приводит к выходу на рабочую поверхность ножа исходной структуры, что ведет к преждевременному износу инструмента. Сканирование лазерного луча под углом 30 - 60° к режущей кромке 2 инструмента способствует адаптации структуры слоя упрочненной зоны к действию скалывающих напряжений при эксплуатации режущего инструмента, что в совокупности со смещением дорожек 3 увеличивает ударную вязкость упомянутого слоя и его ресурс работы. Сканирование лазерного луча под углом, лежащим вне заявленного интервала ухудшает адаптацию структуры упрочненного слоя к действию скалывающих напряжений при эксплуатации ножей. При угле сканирования больше 60° резко падает качество термообработки, происходит увеличение объемной доли зоны отпуска в упрочненном слое, что приводит к снижению стойкости режущей кромки 2. Критерием оценки стойкости упрочненной режущей кромки является время эксплуатации инструмента до его разрушения -эксплуатационная стойкость, см. таблицу.