Спосіб підвищення стійкості ріжучого інструменту та оброблюваності конструкційних матеріалів

Изобретение относится к электрохимической обработке режущих инструментов, в частности к способам повышения стойкости режущего инструмента и обрабатываемости резанием конструкционных материалов на различных операциях: точение, растачивание, фрезерование, протягивание и др. Изобретение может быть применено в различных отраслях машиностроения. Известно, что водород, проникая в металл, изменяет все механические характеристики последнего, а именно: уменьшаются σΒ,στ, dΨ[1]. При подаче водорода в зону резания металла облегчается процесс стружкообразования за счет изменения механизма разрушения обрабатываемого материала в зоне резания. Вместо вязкого разрушения происходит хрупкое при значительно меньших нагрузках [2]. Причем при высоких температурах водород, находящийся в поверхностном слое, будет защищать металл от окисления, в первую очередь вступая в химическую реакцию [3]. Известны технологические способы повышения стойкости режущего инструмента за счет изменения поверхностных свойств последнего путем нанесения покрытий на инструментальный материал (химикотермические методы, методы химического и физического осаждения из парогазовой и пароплазменной фазы, плазменные методы и т.д.). Например насыщение режущего инструмента водородом электролитическим путем, когда инструмент включают в качестве отрицательного электрода электрохимической ячейки, обрабатывая в кислотном электролите в течение 4-16 мин при плотности тока 100-900 мА/см2 и напряжением 4-14 В. В результате увеличивается стойкость режущего инструмента и обрабатываемость конструкционных материалов [3]. Недостатком является то, что вредное действие водорода на структуру металла распространяется и на материал режущего инструмента, а также то, что диффузия водорода из инструмента, обработанного водородом, начинается при комнатных температурах. Наиболее близким к заявляемому решению является способ нанесения на поверхность режущего материала тонкопленочного износостойкого покрытия, производимого на установке типа УРМЗ.279.048. В основе работы установки лежит способ нанесения упрочняющих покрытий методом конденсации с ионной бомбардировкой, заключающийся в электродуговом распылении материала катода в вакууме в присутствии реакционного газа и последующей конденсации продуктов плазмохимических реакций на инструмент, сопровождающихся бомбардировкой ионами распыляемого материала и реакционного газа. В качестве распыляемого материала используется ТІ, в качестве реакционного газа азот (Ν) [8, 9]. Недостатком способа является то, что при обработке резанием инструментом, упрочненным таким способом, остаются постоянными параметры процесса резания (силы резания, оптимальная скорость резания, коэффициент усадки стружки), то есть не облегчается стружкообразование. В основу изобретения поставлена задача повышения стойкости режущего инструмента и обрабатываемости конструкционных материалов. Поставленная задача решается тем, что инструмент подготавливают к нанесению упрочняющего покрытия, наносят тонкопленочный барьерный слой окисла алюминия (АІ 2О3), проводят упрочнение на установке типа "БУЛАТ" без присутствия реакционного газа (в вакууме), после чего выдерживают в 70% растворе соляной кислоты в течение 3-5 мин при комнатной температуре с последующей промывкой водой и сушкой. Технология нанесения покрытия состоит из трех этапов: первый - создание барьерного слоя из окисла алюминия АІ 2О3; второй - ионная очистка, нагрев поверхности изделия, формирование покрытия титана (Ті); третий - выдерживание режущего инструмента с титановым покрытием в 70% растворе соляной кислоты (НСІ) в течение 3-5 мин при комнатной температуре и промывка водой. В результате химической реакции между кислотой и титаном происходит образование на режущем инструменте гидрида титана согласно фомуле При резании металлов таким инструментом происходит диссоциация водорода из покрытия гидрида титана, проникновение его в зону резания и охрупчивание ее, в результате повышается обрабатываемость конструкционных материалов. Особенностями представленного выше комплексного покрытия являются следующие свойства: процесс диссоциации водорода начинается при температуре 200° С, а также то, что выделяющийся при резании материалов водород благодаря барьерному слою не имеет возможности проникать в материал режущего инструмента и воздействовать на последний. Эффективность предлагаемого способа проверялась при предварительном нанесении покрытия ТіН2 на режущий инструмент (пластины Т15К6 и резцы из быстрорежущей стали Р6М5) и последующей механической обработке точением сталей Ст3, 45, 40Х, 03Х18НЮТ, Х12МФ. Для всех марок инструментов и обрабатываемых материалов экспериментальные данные сведены в таблицу. Стойкость режущего инструмента повысилась в 1,5-1,8 раза, обрабатываемость конструкционных материалов повысилась на 45%. Пример. Образцы инструмента изготовленного из быстрорежущей стали Р6М5 и твердосплавные пластины Т15К6 перед нанесением покрытий подвергали механической обработке для удаления заусенцев, следов окалины, шлифовали поверхности до Ra ≤ 0,63 мкм и промывали в органическом растворителе четыреххлористом углероде. Для удаления растворителя, кислоты, масел, режущий инструмент промывали последовательно горячей и холодной водой, бензином, ацетоном, спиртом. Затем на электролитической установке наносили тонкий слой окисла алюминия толщиной 3-6 мкм, после этого на установке типа "БУЛАТ" наносили тонкое,, толщиной до 8 мкм, покрытие титана (Ті), после чего инструмент выдерживали в течение 35 минут в 70% растворе соляной кислоты (НСІ) при комнатной температуре. После этого проводили промывку инструмента в холодной воде и сушку на воздухе при комнатной температуре.