Режущий инструмент

 

Использование: область упрочняющей поверхностной обработки металлов. Сущность изобретения: режущий инструмент на основе стали, легированной переходными металлами V1 группы периодической системы элементов, режущая кромка которого образована пересечением рабочих поверхностей лезвия и упрочнена частицами тугоплавких соединений легирующих элементов, максимальный диаметр частиц тугоплавких соединений легирующих элементов выбран не превышающим радиуса округления режущей кромки, а отношение расстояния между указанными частицами к максимальному диаметру этих частиц выбрано в интервале 3 - 10. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области упрочняющей поверхностной обработки металлов, а более точно касается режущих инструментов и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, в частности в химической, текстильной, целлюлозно-бумажной промышленности, кожевенном производстве.

Известен режущий инструмент с режущей кромкой, упрочненной частицами материала покрытия вмятием их в материал основы (заявка ФРГ N3139871, кл. B23P 17/00, 21.04.83).

В этом режущем инструменте в качестве материала покрытия использована сталь 50 CrМо₄, распыляемая при температуре 1050^oC.

Указанный инструмент имеет недостаточную твердость материала покрытия при использовании инструмента, например для резки химических волокон, и в связи с этим сравнительно невысокую стойкость.

Известен режущий инструмент на основе стали, легированной переходными металлами VI группы периодической системы элементов, режущая кромка которого образована пересечением рабочих поверхностей лезвия и упрочнена частицами тугоплавких соединений легирующих элементов (патент СССР N1790625, кл.С23С 8/36, 23.01.93).

В указанном инструменте упрочненная часть режущей кромки состоит из двух слоев. Первый слой наносят на основу с помощью тлеющего разряда. Второй слой получают в результате ионной обработки первого слоя.

В указанном инструменте имеет место резкая граница между основой и упрочненной частью, в процессе ее формирования возможно затупление режущей кромки, что ухудшает качество инструмента.

В основу предлагаемого изобретения была положена задача создания режущего инструмента, режущая кромка которого была бы так выполнена, что позволило бы значительно повысить качество инструмента.

Поставленная задача решается тем, что в режущем инструменте на основе стали, легированной переходными металлами VI группы периодической системы элементов, режущая кромка которого образована пересечением рабочих поверхностей лезвия и упрочнена частицами тугоплавких соединений легирующих элементов, согласно предлагаемому изобретению, максимальный диаметр частиц тугоплавких соединений легирующих элементов выполнен не превышающим радиуса округления режущей кромки, а отношение расстояния между этими указанными частицами к максимальному диаметру этих частиц выбрано в интервале 3 10.

Максимальный диаметр частиц не должен превышать радиуса округления режущей кромки, поскольку в противном случае не обеспечивается достаточное сцепление частиц, выходящих на поверхность режущей кромки, с материалом основы (из-за малой поверхности контакта), что при эксплуатации приводит к выкрашиванию частиц и затуплению режущей кромки инструмента. Расстояние между этими частицами определяется тем, что, с одной стороны, должна обеспечиваться достаточная твердость режущей кромки инструмента, а, с другой стороны, слой не должен быть хрупким, чтобы при эксплуатации не было быстрого выкрашивания частиц и затупления инструмента.

Толщина упрочненного слоя на рабочих поверхностях лезвия может быть выполнена (5 50)ρ, где r радиус округления режущей кромки.

При меньшей толщине упрочненного слоя он в значительной мере уменьшается при заточке инструмента и затем быстро изнашивается в процессе работы, вследствие чего стойкость инструмента получается незначительной. При большей толщине слоя происходит выкрашивание режущей кромки.

Указанные выше соотношения показаны на основе нового направления в механике физической механике среды со структурой, разработанной одним из авторов предлагаемого изобретения академиком В.Е.Паниным.

Преимущества предлагаемого изобретения заключаются в том, что режущий инструмент имеет упрочненный слой с нужными параметрами (толщиной, размером частиц, отношением расстояния между частицами к максимальному диаметру), что обеспечивает высокое качество инструмента.

Далее предлагаемое изобретение поясняется описанием конкретных примеров его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых: фиг.1 изображает предлагаемый режущий инструмент (поперечный разрез); фиг.2 участок А на фиг.1 в увеличенном масштабе.

Предлагаемый режущий инструмент содержит основу 1 (фиг.1) из стали, легированной переходными металлами VI группы периодической системы элементов, и режущую кромку 2, образованную пересечением рабочих поверхностей лезвия и упрочненную частицами 3 тугоплавких соединений легирующих элементов. Максимальный диаметр D (фиг.2) частиц 3 тугоплавких соединений легирующих элементов выполнен не превышающим радиуса r (фиг.1) округления режущей кромки 2.

Отношение L/D расстояния L (фиг.2) между этими частицами 3 к максимальному диаметру D этих частиц 3 выбрано в интервале, который соответствует 3 10, то есть L/D (3 10).

Толщина t (фиг. 1) упрочненного слоя 4 на рабочих поверхностях лезвия выполнена (5 50)r.

Ниже будет описан способ получения предлагаемого режущего инструмента.

Этот способ заключается в том, что предлагаемый режущий инструмент обрабатывают в азотосодержащей плазме тлеющего разряда. Обработку режущего инструмента в азотосодержащей плазме тлеющего разряда осуществляют в течение 15 150 мин при температуре 450 600^oС.

Далее приведены конкретные примеры получения предлагаемого режущего инструмента.

Пример 1.

Режущий инструмент для резки химического волокна размерами 20x100x0,9 был изготовлен на основе 1 (фиг.1) из стали 65Х13 (сталь содержит 13% металла VI группы хрома). После механической и термической обработки режущей кромки 2 инструмент подвергали обработке в азотосодержащей плазме тлеющего разряда в течение 20 мин при температуре 480^oС для создания упрочненного слоя 4 режущей кромки 2 с r 1 мкм.

Был получен режущий инструмент с t 5ρ, ), имеющий микротвердость H₁₀₀ 10,1 ГПа.

Пример 2.

Режущий инструмент был изготовлен так же, как в примере 1, но в течение 90 мин при температуре 500^oС.

Был получен режущий инструмент с t 20ρ, , имеющий микротвердость Н₁₀₀ 11,0 ГПа.

Пример 3.

Режущий инструмент был изготовлен так же, как в примере 1, но в течение 150 мин при температуре 520^oС.

Был получен режущий инструмент с t 50ρ, , имеющий микротвердость Н₁₀₀ 11,0 ГПа.

Ниже приведена таблица, в которой отражены полученные в вышеописанных примерах характеристики упрочненного слоя 4 (фиг.1) режущей кромки 2 предлагаемого инструмента и результаты промышленных испытаний (по каждому режиму было приготовлено и испытано по 20 инструментов, в таблице приведены средние значения). В качестве критерия долговечности использовали количество резов при резке волокна типа "Нитрон". Сравнение проводили с инструментом производства фирмы Lutz (Германия), паспортный срок службы которого составляет 40000 резов.

Из приведенных данных видно, что предлагаемый инструмент имеет стойкость, в 4 6 раз превышающую стойкость известных инструментов, то есть имеет существенно лучшее качество.

Выше были описаны предпочтительные варианты осуществления предлагаемого изобретения, в которые сведущими в этой области специалистами могут быть внесены изменения, не выходящие за пределы существа, изложенного в формуле изобретения.

Формула изобретения

1. Режущий инструмент на основе стали, легированной переходными металлами VI группы периодической системы элементов, режущая кромка которого образована пересечением рабочих поверхностей лезвия и упрочнена частицами тугоплавких соединений легирующих элементов, отличающийся тем, что максимальный диаметр частиц тугоплавких соединений легирующих элементов выполнен не превышающим радиуса округления режущей кромки, а отношение расстояния между указанными частицами к максимальному диаметру этих частиц выбрано в интервале 3-10.

2. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что толщина упрочненного слоя на рабочих поверхностях лезвия выполнена (5÷50)ρ, где ρ -- радиус округления режущей кромки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4