Способ изготовления и обработки сборного инструмента

 

Способ изготовления и обработки сборного инструмента, а именно зондов для медицинской техники, может найти применение в офтальмологии, стоматологии, приборостроении, электронике. Способ включает неизотермическую чеканку острия рабочей части с предварительным охлаждением в жидком азоте в течение 2-5 мин, изготовление корпуса-державки из трубки нержавеющей стали с толщиной стенки 1 - 1,5 мм с деформацией в двух взаимно перпендикулярных нзпразлениях с предварительным охлаждением по режиму рабочей части и вакуумный отпуск обоих частей при 450 - 460°С в течение 20 - 25 мин с одновременным ьитрооксидированием Охлаждение от температур нитрооксидирования предусмотрено со скоростью 30 - 60° С/мин, вакуумное нитрооксидирование ведут в присутствии азотсодержащего вещества карбамида и перлита природного, взятых при соотношении 1 : 1 Способ позволяет в 2,5 раза повысить эксплуатационные характеристики инструмента типа гэндов отогнутых, штыкозидных, серповидных, исключить бликообрззозБнне, улучшить условия труда, он прост о чфдествлении, не требует дополнительных затиат на оборудование, оснастку, позвопяет снизить трудоемкость изготовления и обработки в .6 раза i зпф-лы, 1 ил, 2 табп

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5020603/02 (22) 30.07.91 (46) 15.12.93 Бюл. No 45-46 (75) Тарасов А.Н. (73) Опытное конструкторское бюро "Факел" (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ОБРАБОТКИ

СБОРНОГО ИНСТРУМЕНТА (57) Способ изготовления и обработки сборного инструмента, а именно зондов для медицинской техники, может найти применение в офтальмогогии, стоматологии, приборостроении, зт,гктронике. Способ включает неизотермическую чеканку острия рабочей части с предварительным охлаждением в жидком азоте в текe :,èå 2 — 5 мин, изг отовление корпуса — державки < з трубки нержавеющей стали с толщиной стенки 1 — 1,5 мм с деформацией в двух взаимно перпендикулярных напразлениях с предва(19) В0 (») 20Î4615 С1 (51) 5 С рительным охлаждением по режиму рабочей части и вакуумный отпуск обоих частей при 450 — 460 С в течение 20 — 25 мин с одновременны.т нитрооксидированием. Охлаждение от температур нитрооксидирования предусмотрено со скоростью 30—

60 С/мин, вакуумное нитрооксидирование ведут в присутствии азотсодержащего вещества карбамида и перлита природного, взятых при соотношении

1: 1. Способ позволяет в 2,5 раза повысить эксплуатационные характеристики инструмента типа

"-:îHäoâ отогнуты штыковидных, серповидных, исключить оликообразование, улучшить условия труда, он прост в .осуществлении, не тоебует дополн:— тельных затрат на оборудование, оснастку, позволяет снизить трудоемкость изготовления и обработки

B „6 раза. 4 з.H.ô-Jibl, 1 Hfl„2 T86ti.

2004615

Изобретение относится к металлургии, в частности к вакуумной термической обработке тонколезвийного инструмента из высокопрочных нержавеющих сталей, и может найти применение в медицинской промышленности для стоматологии, офтальмологии, а также в приборостроении и электронике, Известен способ изготовления сборного медицинского инструмента с закалкой рабочей части из коррозионностойкой стали, с эапрессовкой в корпус-державку иэ латуни с гальваническим хромированием обеих частей и полированием с обезводороживанием (ТУ 64-1-1238-78-аналог).

Недостатки способа в его сложности, в неремонтоспособности, в низкой стойкости и повышенной трудоемкости изготовления и обработки инструмента.

Известен способ упрочнения нержавеющей стали аустенитного класса, предусматривающий деформацию растяжением при-196 С с последующим отпуском на воздухе проволоки X18H1QT, Недостатки способа в применимости к деталям простой формы, сложности осуществления, в повышенной трудоемкости, невозможности изготовления и обработки концевого специального инструмента.

Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления и обработки сборного кочцевого инструмента, предусматриваю.ций изготовление рабочей части из пружинкой проволоки BO и вакуумный отпуск после нарезки резьбы и корпуса-дер>кавки из титанового сплава BT-1-0 с эонным отпуском резьбовой части ионной плазмой.

Недостатки способа в блескообразовании и трудности ведения работы в присутствии лазерного излучения при хирургии глаз, повышенной утомляемости вследствие зеркального блеска рабочей части инструмента, а также недостаточной прочности на изгиб супертонких иглообраэных зондов с микронным острием, в значительном объеме механической обработки корпуса-державки.

Цель изобретения — повышение прочности, иэносостойкости и улучшение оптических характеристик сборного инструмента.

Одновременно предусматривается снижение деформации, повышение качества поверхности, расширение технических возможностей и технологичности.

Способ включает чеканку на воздухе рабочей части, острия иглы с предварительной выдержкой в жидком азоте при -196 C в течение 2-5 мин и аналогичную деформацию в двух взаимно перпендикулярных направлениях с формированием прямоугольного сечения корпуса-державки, выполненного из трубки нержавеющей стали с толщиной стенки 1-1,5 мм с аналогичным охлаждением перед деформацией, а также вакуумный отпуск с одновременным нитро5 оксидированием рабочей части и корпусадержавки при температуре 450-460 С в течение 20-25 мин.

Предусматривается проведение охлаждения при отпуске со скоростью 3010.60 С/мин, а также проведение вакуумного отпуска в присутствии аэотосодержащего компонента после каждой переточки острия с использованием в качестве азотосодержащего компонента карбамида, взятым при

"5 соотношении 1:1 в смеси с перлитом природным вулканическим, Сущность воздействия каждого из технологических факторов на изменение свойств рабочей части и корпуса-державки

20 в следующем: неизотермическая деформация острия от температуры жидкого азота вызывает образование дополнительного количества мартенсита а структуре пружинной нержа25 веющей стали, повышается микротвердость и прочность рабочей части в зоне острия; двухстороннее сжатие трубчатой заготовки корпуса-державки в двух взаимно перпендикулярных направлениях, проводимое на

Э0 воздухе от температур жидкого азота, приводит к формированию более высокопрочного и жесткого прямоугольного или квадратного сечения, имеющего больший момент сопротивления, повышается прочЭ5 ность ручки, более удобным становится инструмент в работе, отпадает необходимость накатки или создания продольных канавок.

Металлоемкость корпуса-державки сокращается в 1,5 раза, трудоемкость механиче40 ской обработки снижается на 45-50 > ; выбранный интервал температур вакуумного отпуска и выдержка 20-25 мин позволяет инициировать мартенситное превращение во всем объеме рабочей части и державки и

45 одновременно сформировать на поверхности равномерную оксидную пленку без снижения коррозионной стойкости; вакуумное нитрооксидирование в присутствии карбамида с перлитом природным при50 водит к созданию оксидной пленки с заданной степенью черноты, без шелушения и снижения чистоты поверхности, в результате улучшаются условия работы в присутствии блескообразующего источника

55 освещения, например лазера; регламентированная скорость охлаждения при вакуумном отпуске рабочей части и корпуса-державки позволяет получить минимальные термические напряжения, согласовать коэффициенты термического

2004615 расширения при одинаковой температуре отпуска, исключить деформацию и нарушение сплошности оксидной пленки.

Таким образом предложенный способ позволяет в 2-2,5 раза улучшить эксплуата- 5 ционные характеристики и срок службы концевого инструмента, улучшает условия работы в сборке прецизионных деталей электроники, приборостроения, в проведении операций в стоматологии и офтальмоло- 10 гии. Способ технологичен, прост в осуществлении и позволяет в 1,4-1,7 раза снизить трудоемкость изготовления и металлоемкость на единицу инструмента типа зондов. 15

Практическое осуществление способ нашел в мелкосерийном производстве машиностроительного предприятия, при этом использованы проволока пружинная ВО диаметром 2,5 мм и 3 мм по Ту 3-1002-77, адля 20 корпусов-державок брали трубки капиллярные из нержавеющей стали 4х1,0 мм, 5х1,5 мм по ГОСТ 14162-79, На чертеже показан сборный инструмент, 25

Пример. Зонды сборные отогнутые для офтальмологии изготовляли и обрабатывали по предложенному способу, Рабочую часть из проволоки пружинной ВО12Х18Н10Т диаметром 2,5 мм механически 30 обрабатывали с нарезкой резьбы М 2х0,5 мм и гибкой острия. После выдержки в жидком азоте при -196 С в течение 2 мин чеканили острие и проводили алмазную доводку острия в соответствии с техническими требава- 35 ниями чертежа.

Корпус-державку из трубки стали

12Х18Н10Т 4х1,2 мм механически обрабатывали, отрезая заготовки длиной 120 мм, и после выдержки в жидком азоте при 40

-196 С в течение 2 мин деформировали сжатием в двух взаимно перпендикулярных направлениях с формированием прямоугольного сечения (см. разрез А-А).

Электрополирование рабочей части и 45 корпуса-державки проводили после нарезания резьбы и затем проводили вакуумный отпуск при 450 С в течение 20 мин в вакууме

10 мм рт.ст. в реторте печи СНОЛ1,6 2,5 1/9И в присутствии лодочки с 50 карбамидом, смешанным с перлитом при. родным вулканическим. Охлаждение проводили переносом реторты на воздух беэ разгерметизации, скорость охлаждения была 30 С/мин. 55

В результате обработки рабочая часть 1 (см. чертеж) имела микротвердость

Но,4g=580-590 единиц и высокую износостойкость, поверхность имела ровный серовато-голубоватый оттенок. оксинитридный слой имел степень черноты Е. 0,35-0,37 и высокую корроэионную стойкость, деформации реэьбовой части отсутствовала, обеспечивалась свинчиваемость резьбы без схватывания с ответной частью корпуса-державки.

Одновременно корпус-державка 2 имел прочность 1200-1250 МПа или вдвое выше, чем у стандартных зондов и в 1,4 раза выше, чем в известном способе изготовления и обработки, резьба не имела деформации и сохранялась беэ смятия и закусывания в течение всего ресурса работы инструмента, который достиг 9870 ч при количестве правок острия 4-5 раз.

Практически исключено хрупкое разрушение, характерное для стандартизованного инструмента, количество операций изготовлечия и обработки сократилось а 5, а трудоемкость изготовления и обработки снизилась в 1,6 раза.

В табл. 1 приведены сравнительные характеристики инструмента для тонких сбо.рочных работ в приборостроении и электронике, обработанного по предложенному и известному способам.

Способ позволил улучшить условия проведения операций при микрохирургии с использованием лазера, так как практически исключен блеск инструмента и связанные с ним перенапряжения проводящего операцию.

Пример 2. Слесарный. инструмент комбинированный слесарной сборки приборов и элементов микродвигателей малой тяги изготовляли и обрабатывали по предложенному способу.

Корпус-державку из трубки 5х1,5 мм из стали 12Х18Н10Т деформировали с формированием квадратного сечения сжатием в двух взаимно перпендикулярных направлениях на длине 80 мм с припуском под двухстороннюю нарезку резьбы с торцов заготовки 7 мм. Охлаждение в жидком азоте перед переносом на воздух для деформации проводили в течение 5 мин.

Рабочую часть из проволоки BO 3 мм после механической обработки, перед заточкой чеканили на воздухе, извлекая заготовки из жидкого азота с охлаждением в течение 2 мин. Вакуумный отпуск с нитрооксидированием в присутствии смеси карбамида. и перлита природного 1:1 вели при

460 С в течение 22 мин с охлаждением со скоростью 45 С/мин.

Обработка позволила повысить прочность корпуса-державки на 510 МПа, обеспечена более высокая твердость, вязкость и износостойкость рабочих частей прямого и отогнутого зондов, устанавливаемых с обеих сторон корпуса-державки, суммарный

2004615 ресурс работы инструмента составил 16240 ч при многократном использовании рабочих частей и ручки.

В табл.2 приведены сравнительныеудельные затраты и трудоемкость изготовления и обработки сборного инструмента при различных технологических схемах изготовления.

Исследования показали, что прочностные характеристики повысились на 30(56) Авторское свидетельство СССР

hL 1759952, кл. С 28 С 8/36, 1990.

Таблица!

Сравнительные свойства сборного инструмента с рабочей частью из проволоки BO и корпусамн-державками из трубки капиллярной нержавеющей стали 12Х18Н107 и инструмента по прототипу.

Прочность карпуса державKL4, гт,.

МПа

Оптические козффи иенты

Микротвердостья

Иода

Деформация. мкм (no диа метру) условия изготовления и обработки составных частей инструмента

Ко п с- е мазка

Рзбо гая часть

Время еы- Скорость держки. охлаждемин, ния, C/4444H

Материал Время

Режим ох- Темпералаждения и тура отпудеформацни ска, сьоедз+, С

Вре мя выдеггжки, мин

Темперзтура отпуска в вакуумее, С внд дефор-Гвыдерж мации кн 4 . мин нный

Пре ложе

604

627

644

589

611

633

1260

0,54

0,60

0,54

0.59

0,6!

0,55

0,28

0,29

0,27

0.24

0.29

0.27

22

22

460

460

22

22

2.0

5.0

5.0

5.0

2,0! 200

1000

740

501

497

0,70

0.66

12

0.11

0,12

0,4

02 1рутпх тлтаноеого сплава

ВТ" 1-0, онный отпуск

4 В вакуумо 10 мм, рт.ст. в присутстгил смеси кзрбэмидэ и перлитэ природного 1:1

44 В ване чеканки рабочей часпг

"ь Выдержка е криостате емкостью 2000 г л жидкого азота, таблица2

Условия обработки после деформации

Удельные аа0 траты на материал и ..3готовление

Наименование инструмента, мате иал

Способ изготовления

ИаносостойКОСТЬ, Ч

Кратность испольаования

Предложенный

Зонд двухсторонний отоГНУТЫЙ

ВО-трубка .

12Х18Н10Т

Рабочая часть 10-12, ручка 25"30

4,85

Вакуумный отпуск

430 С15 мин, охл. с печью

ЗОННЫЙ ИОНПрототип

Рабочая часть 7-8, ручка 15-20

6,12

3810

Аналог (стандартнь й) Неремонтируемо. однократно

970

Пружинная прозопока

Во 3,0 мм, чеканка на воздухе после выдержки в жидком азоте при

-1чб С

Трубка диаметром

4х! мгл

12Х16Н10Т сжатие на воздухе с формированием квадратного сечения с охлаждениемем 5 мин

ppë -1

Зонд односторонний отоГнуТЫЙ

В0-сплав

Вт-1-о прутОк

ЭонД ОД ронний бор

20Х13Л68, хр

Вэн

Вакуумное нитрооксидирование

460оС, 25

МИН, ОХЛ.

6P0Ciмин

80%, урарная вязкость составила 70-75

Дж/см, микротвердость возросла до н0,4в

644-680, коррозионная стойкость была йа уровне 2-3 балла по ГОСТ 12819-73, число

5 переточек и кратность использования рабочих частей повысился в 4 раза.

2004615

Формула изобретения

Составитель

Техред M.Mîðãåíòàë

Редактор

Корректор E.Ïàëï

Тираж . Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3381

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

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ОБРАБОТКИ СБОРНОГО ИНСТРУМЕНТА, преимущественно зондов для микрохирургии глаза и стоматологии, включающий изготовление рабочей части из пружинной нержавеющей стали ВО с заточкой, гибкой и вакуумным отпуском и изготовление корпуса-державки с нарезкой и отпуском резьбы для крепления с рабочей частью и их соединение, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности, износостойкости и улучшения оптических характеристик, перед заточкой осуществляют неизотермическую чеканку острия рабочей части на воздухе с предварительной выдержкой в жидком азоте в течение 2 - 5 мин., а корпус-державку изготавливают из трубки нержавеющей стали с толщиной стенок 1 - 1,5 мм, предварительно обработанной в жидком азоте в течение 2 - 5 мин, путем ее деформирования в двух взаимно перпендикулярных направлениях с формированием прямоугольного сечения, а вакуумный отпуск рабочей части и корпус

5 державки проводят с одновременным нитрооксидированием при 450 - 460 С в течение 20 - 25 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение при отпуске проводят со

10 скоростью 30- 60 град/мин.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что деформацию корпуса-державки ocyuieствляют по всей длине трубки, отступая от

15 торцов заготовки 7- 10 мм.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что вакуумное нитрооксидирование проводят в присутствии карбамида и природного вулканического перлита, взятых в соотно20 шении 1:1.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что вакуумный отпуск и нитрооксидироваwe рабочей части проводят после каждой переточки и доводки острия.