Спосіб зміцнення різальних поверхонь інструменту

Винахід відноситься до хіміко-термічно-механічної обробки різального інструменту і може знайти застосування в інструментальному виробництві. Відомий спосіб зміцнення ріжучих поверхонь інструменту із швидкорізальної сталі [1]. Спосіб передбачає послідовне проведення наступних операцій: термообробку (закалка і відпуск), механічну обробку (шліфування, заточка, полірування) і термохімічну обробку ( карбонітрування при температурах 540580°С в розчинах солей). Наявність декількох послідовних операцій ускладнює процес зміцнення ріжучих поверхонь інструменту, зростає трудомісткість процесу, а якість обробки не завжди відповідає поставленим вимогам завдяки тому, що кожна із операцій вимагає строгого дотримання параметрів обробки. Відомий також спосіб зміцнення ріжучих поверхонь інструменту, який передбачає нагрів інструменту і його дифузійне насичення газовим середовищем, при чому перед нагрівом проводять активацію ріжучої поверхні абразивним порошком у магнітному полі [2] - прототип. Обробка інструменту абразивним порошком у магнітному полі викликає мікроруйнування поверхонь обробки, що обумовлює утворення ювенільних активних зон, а також подрібнення структури карбідів і формування залишкових стискаючих напружень на глибині до 10 мкм величиною 600-900 Па. Недоліками способу є те, що він не передбачає формування мікрогеометрії ріжучої кромки інструменту, а також неможливість повного використання ювенільних зон обробленого шару для ефективної взаємодії їх із робочим газовим середовищем, яке складається із метану і азоту. Це пояснюється тим, що абразивну обробку проводять перед термохімічною обробкою і ювенільні поверхні встигають зреагувати із газами повітря (наприклад, окислюватися). Технічним завданням винаходу є покращення механічних властивостей ріжучих поверхонь інструменту підвищення твердості, зносостійкості, опору втому і його стійкості. Це досягається тим, що у відомому способі зміцнення ріжучих поверхонь інструменту, який передбачає активацію ріжучих поверхонь абразивним порошком у магнітному полі із подальшим нагрівом і дифузійним насиченням цих поверхонь робочим газовим середовищем, згідно винаходу, активацію ріжучих поверхонь здійснюють абразивними робочими тілами, які рухаються відносно інструменту в режимі віброзрідження і забезпечують скруглення ріжучих кромок до величини радіуса заокруглень R=30-70MKM при одночасній взаємодії утворених ювенільних поверхонь із робочим газовим середовищем. Такий спосіб дозволяє одночасно із формуванням мікрогеометрії ріжучої кромки інструменту проводити дифузійне насичення віброоброблених поверхонь робочим газовим середовищем, наприклад, сумішшю газів метану і азоту, що забезпечує утворення карбідних і нітридних сполук заліза, які забезпечують вже при цій операції високі механічні властивості ріжучих поверхонь. Взаємодія ювенільних поверхонь із робочим газовим середовищем забезпечується при надлишковому тиску газових компонентів в межах 0,01-0,07МПа. Вибір величини надлишкового тиску суміші газів обумовлений тим, що при нижній границі тиску ще відбуваються фізико-хімічні реакції по насиченню віброоброблених поверхонь газовим середовищем і подальшим утворенням карбідних і нітридних сполук заліза, а верхня межа - із умов безпечної експлуатації вібромашини. Так, згідно з ГОСТ 12.2.085-82 "Сосуды, работающие под давлением, клапаны предохранительные" обладнання, яке працює під тиском, меншим ніж 0,07МПа, не підлягає контролю організації Територіальне управління „Держнаглядохоронпраці". При цьому вибирають співвідношення (об'ємне) газових компонент CH4:N2=1:4, із умови найкращого розподілення мікротвердості матеріалу по глибині шару обробки, що приведено в книзі ["Электрохимико-термическая обработка металлов и сплавов" М. Металлургия, 1986 г. 320 с. на сторінці 211]. Режим віброобробки, який забезпечує необхідну величину радіуса заокруглень ріжучої кромки вибирається в межах: частота коливань контейнера вібромашини 10-15Гц, амплітуда коливань 3-1,3мм при обробці інструменту на протязі 25-40хв. Вибір режимів віброобробки зумовлений оптимальними режимами вібромашини і практичними даними, отриманими в результаті експериментальних робіт по обробці поверхонь інструменту. Процес обробки ріжучих поверхонь інструменту складається із двох операцій. Перша операція - віброобробка інструментів абразивними робочими тілами із одночасним насиченням утворених ювенільних поверхонь робочим газовим середовищем. Друга операція - нагрів інструменту і дифузійне насичення ріжучої поверхні газовою сумішшю, яка знаходиться під надлишковим тиском 0,01-0,07МПа. Перша операція здійснюється наступним чином. В вібромашину вставляють інструменти таким чином, щоб їхні ріжучі поверхні були би занурені в абразивні робочі тіла. Закривають герметично корпус вібромашини кришкою. Відкривають кран для випуску повітря і для подачі суміші газів. При цьому суміш газів витісняє повітря із корпусу вібромашини. Після цього закривають кран випуску повітря і по манометру доводять тиск суміші газів СН4 і N2 до заданої величини. Співвідношення цих газів 1:4 досягається тим, що гази перед краном змішують, при чому в змішувач вони поступають при однаковому тиску в балонах різними дозами завдяки проходженню через регульовані дроселі. Після цього включають привод вібромашини і на протязі 25-40хв. проводять віброобробку інструментів, яка забезпечує необхідну мікрогеометрію ріжучої кромки, наклеп метану абразивними робочими тілами, мікроруйнування поверхневого шару із утворенням ювенільних поверхонь, які активно реагують із робочим газовим середовищем із утворенням карбідних і нітридних компонентів металу. Таким чином, вже на першій операції проходить процес зміцнення ріжучих поверхонь інструментів як за рахунок заокруглень ріжучої кромки, так і за рахунок механо-хімічної обробки із утворенням карбідних і нітридних сполук заліза. При другій операції розігрівають інструменти до температури 540-580°С і насичують ріжучі поверхні робочим газовим середовищем під надлишковим тиском 0,01-0,07МПа в електропечі. Оброблені інструменти плавно охолоджують в присутності суміші газів і перевіряють на твердість. Друга операція забезпечує проникнення нітроцементованого шару на глибину 125-300 мкм при витримці інструментів при температурі 540-580°С на протязі 2,5-5хв. Запропонований спосіб дозволяє значно спростити процес обробки ріжучих поверхонь інструментів, зменшити час обробки (збільшити продуктивність процесу), забезпечити більш високі механічні властивості ріжучих поверхонь інструментів (підвищення твердості, зносостійкості, опору втоми і стійкості інструментів). Приклад конкретного виконання способу. Різці (для токарної обробки) із швидкорізальної сталі марки Р18 обробили у вібромашині в атмосфері СН4 і N2(під надлишковим тиском 0,01 МПа). Режим віброобробки f=15 Гц, А=1,3 мм, час обробки 30 хв. Після віброобробки радіус заокруглення ріжучої кромки знаходиться в межах 35-53 мкм. Мікрошліф обробленої поверхні показав, що нітроцементований шар в різці досягає глибини 12-15 мкм. Після нагріву різців в електропечі в присутності газів СН4 і N2 (надлишковий тиск 0,05 МПа) на протязі 40 хв. мікрошліфи обробленої поверхні показали, що нітроцементований шар має глибину 200-230 мкм. На запропонований спосіб зміцнення ріжучих поверхонь інструменту розроблений комплект технологічної документації, проведені випробування, планується впровадження технологічного процесу у виробництво. Джерела інформації: 1. Прокошкин Д. А. Химико-термическая обработка металл-лов - карбонитрация. М., „Металлургия", „Машиностроение", 1984, 240 с. 2. Патент України № 42541А Спосіб хіміко-термічної обробки інструменту з швидкорізальної сталі. МПК 7 С23С8/00, В24В31/112, Бюл.№9, 2001 р.