Способ упрочнения режущего инструмента

 

Использование: изготовление режущего инструмента повышенной работоспособности . Сущность изобретения: на рабочие поверхности инструмента методом электроискрового легирования наносят покрытие, причем в качестве материала покрытия и инструмента используют материалы с отношением коэффициентов теплопроводности 0,15-0,3, а оплавление осуществляют при плотности энергии лазера 1,0-1,5 Дж/мм и частоте следования лазерных импульсов 20 Гц. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s»s С 21 D 1/09

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

О

С) о ,(л) > (л) (21) 4847916/02 (22) 05.07.90 (46) 23.01,93, Бюл, ¹ 3 (71) Ульяновский политехнический институт (72) А,П.Тамаров (73) Ульяновский политехнический институт (56) Бровер Г.И. и др, Структура и свойства поверхностных слоев инструментальных сталей после лазерного комплексного легирования, / В кн. Прогрессивные методы термической обработки в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении.—

Ростов-на-Дону; 1984, с.52 — 59. (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ РЕЖУЩЕГО

И Н СТРУМ Е НТА

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам упрочнения инструментальных сталей.

Преимущественно изобретение предназначено для повышения работоспособности быстрорежущего инструмента посредством лазерного легирования.

Известен способ упрочнения режущего инструмента, при котором рабочие поверхности инструмента легируют тугоплавкими соединениями с помощью луча лазера при введении порошка тугоплавкого соединения в зону лазерной обработки свободной насыпкой, Недостатками известного способа являются большой расход порошка легирующего соединения и необходимость последующей доводки поверхности, Указанные недостатки обусловлены тем, что при свободной насыпке не обеспечивается равномерное распределение легирующего порошка на поверхности, а в результате ударной волны, генерируемой импульсным

„,. Ж,, 1790613 А3 (57) Использование: изготовление режущего инструмента повышенной работоспособности, Сущность изобретения: на рабочие поверхности инструмента методом электроискрового легирования наносят покрытие, причем в качестве материала покрытия и инструмента используют материалы с отношением коэффициентов теплопроводности

0,15 — 0,3, а оплавление осуществляют пуи плотности энергии лазера 1,0 — 1,5 Дж/мм и частоте следования лазерных импульсов 20

Гц. 1 зп. флы, 2 табл, лазерным излучением, происходит разбрасывание порошка из зоны лазерной обработки. Кроме того, необходимость последующей доводки поверхности диктуется тем, что после лазерного оплавления порошка поверхность имеет низкий класс шероховатости.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу является способ упрочнения режущего инструмента из инструментальных сталей, включающий нанесение на его рабочие поверхности методом электроискрового легирования покрытия на основе тугоплавкого соединения с последующим лазерным оплавлением.

Основным недостатком указанного способа является недостаточное повышение стойкости инструмента вследствие того, что зона упрочнения имеет незначительную глубину. Указанный недостаток обусловлен отводом тепла из зоны лазерного облучения в холодную массу инструмента из-за большой

1790613

10 теплопроводности легирующего покрытия по сравнению с инструментальной основой.

Тем самым уменьшается глубина проникновения изотерм плавления и закалки, ответственных за процесс упрочнения, следовательно, повышение стойкости инструмента незначительно. Кроме того, оплавление композиции "покрытие-основа" ведут на повышенных режимах лазерного излучения, что не позволяет повысить производительйость обработки путем увеличения частоты следования импульсов.

Целью изобретения является повышение производительности способа.

Указанная цель достигается тем, что нанесение покрытия осуществляют из материала с отношением коэффициента его теплопроводности к коэффициенту теплопроводности материала инструмента, равным 0,15 — 0,3, а оплавление осуществляют при плотности энергии лазера 1,0 — 1,5

Д>к/мм, 2

Лазерное оплавление осуществляют при частоте следования лазерных импульсов 20 Гц. Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. На рабочие поверхности инструмента из инструментальных сталей методом элеткроискрового легирования наносят покрытие на основе тугоплавкового соединения. При этом отношение коэффициента теплопроводности покрытия к коэффициенту теплопроводности основы составляет 0,15-0,3. Наличие менее теплопроводного покрытия при импульсном лазерном облучении приводит к повышению температуры поверхности вследствие затрудненного теплоотвода в холодную массу инструмента. Как результат, увеличивается глубина проникновения изотерм фазовых превращений в инструментальную основу, что и определяет глубину зоны упрочнения.

B прототипе покрытие на основе карбида вольфрама имеет коэффициент 0,13 кал/см град.с, что составляет отношение

2/1, так как коэффициент теплопроводности быстрорежущей инструментальной стали равен 0,065 кал/см град сек, Вследствие теплоотвода зона упрочнения имеет незначительные размеры. Следовательно, предлагаемый способ позволяет повысить стойкость инструмента за счет увеличения глубины поверхностного слоя повышенной твердости, Влияние значения отношения коэффициентов теплопроводности покрытия и основы на глубину зоны упрочнения h> и период стойкости резцов Т при продольном точении стали 12Х18Н10Т приведены в

55 табл.1. Режимы резания: скорость 0,5 м/с, подача 0,3 мм/об, глубина 1 мм.

Композиция с отношением 0,5 снижает глубину упрочнения вследствие теплоотвода по сравнению с инструментом без покрытия составляет 1,5 раза. В случае применения предлагаемого способа глубина упрочнения увеличивается в 1,6 раза, период стойкости возрастает более чем в 2 раза по сравнению с инструментом без покрытия. Тугоплавких соединений с коэффициентом теплопроводности меньше чем в три раза коэффициента теплопроводности основы в литературе не обнаружено, Производительность лазерной обработки увеличивается за счет увеличения частоты следования импульсов до значения 20 Гц.

Это становится возможным в связи с тем, что наибольшая стойкость инструмента достигается при облучении с плоскостью энергии Ер = 1,0 — 1,5 Дж/мм .

Данный интервал объясняется следующим (см. табл.2). При Ер = 0,75 Дж/мм мощность теплового источника мала, глубина упрочнения hy= 60 мкм недостаточна для существенного повышения стойкости (режимы те же). Увеличение плотности энергии более значения 1,5 Дж/мм приводит к не2 значительному росту глубины упрочнения.

При этом период стойкости снижается из-за ухудшения морфологии поверхности, образования "кратеров" от выплеска материала, что является следствием значительного разогрева поверхности и сильных термокапиллярных явлений.

При указанных значениях частоты и плотности энергии нестабильность (падение) энергии в импульсе не превышает 10ф от номинала, В случае прототипа лазерную обработку осуществляют на повышенных энергетических режимах и увеличение частоты следствия импульса более значения 15

Гц приведет к падению энергии в импульсе на 29 — 25 /> от номинала, В предлагаемом способе повышение частоты более значения 20 Гц также приведет к тому, что процесс упрочнения будет осуществляться не в полной мере вследствие падения энергии лазерного излучения в импульсе. Таким образом производительность процесса увеличивается в 2 раза.

Предлагаемым способом упрочняют переднюю поверхность зубьев фрез из быстрорежущей стали. Покрытие на основе соединения наносят электроискровым методом на установке "Элитрон — 22А". Отношение коэффициентов теплопроводности покрытия и основы равно 0,3. Облучение композиции с плотностью энергии 1,4

Дж/мм даст глубину упрочнения 170 мкм. г

1790613

Формула изобретения

1. Способ упрочнения режущего инструмента, включающий нанесение на рабочие поверхности инструмента электроискровым

5 легированием покрытия на основе тугоплавких соединений и последующее его оплавление лазером, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности способа, нанесение покрытия осущест10 вляют из материала с отношением коэффициента его теплопроводности к коэффициенту теплопроводности материала инструмента, равным 0,15-40,3, а оплавление осуществляют при плотности энергии

15 лазера 1,0-1,5 Дж/мм .

2. Способ поп.1,отл ича ю щийся тем, что лазерное оплавление осуществляют при частоте следования лазерных импульсов 20 Гц.

В прототипе глубина упрочнения 120 мкм.

Таким образом, период стойкости инструмента увеличивается в 1,6 раза и составляет при обработке стали 12Х18Н10Т 320 мин, В случае прототипа период стойкости равен

200 мин. Лазерная обработка композиции с частотой следования импульсов 20 Гц позволяет повысить производительность упрочнения по сравнению с прототипов в 2 раза.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа заключается в повышении работоспособности режущего инструмента, производительности упрочнения лазерным легированием, замене дефицитных легирующих соединений на основе вольфрама не менее дефицитные соединения на основе титана, Таблица 1

Таблица 2

Составитель А,Тамаров

Техред М.Моргентал Корректор М.Сливка

Редактор Т,Иванова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 367 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5