RU2017585C1 - Method of production of metal cutting tool - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: method involves placement on holder of carbonic fibrous material charged with metal to play a role of binding agent in hard alloy, for example with cobalt and carbide- forming agent. Heating is conducted up to a temperature of 1150- 1450 C up to generation of alloy binding carbides with carbide-forming agents within a period of time sufficient for caking of coating material with material of holder. Then the tool is cooled and sharpened. EFFECT: enhanced reliability. 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к инструментальному производству, и может быть использовано при производстве режущего инструмента. The invention relates to mechanical engineering, namely to tool production, and can be used in the manufacture of cutting tools.

Резцы из быстрорежущей стали и с прикрепленными пластинами из твердого сплава, получаемые известными способами, достаточно дороги и требуют использования остродефицитных материалов. Сборные резцы с пластинами из быстрорежущей стали, упрочненные различными методами химико-термической обработки, повышают затраты на производство режущего инструмента из-за использования дорогостоящего оборудования. Cutters made of high speed steel and with attached plates of hard alloy, obtained by known methods, are quite expensive and require the use of highly deficient materials. Prefabricated cutters with hardened steel plates, hardened by various methods of chemical-thermal treatment, increase the cost of cutting tool production due to the use of expensive equipment.

Известно контактное плакирование рабочих органов почвообрабатывающих машин, по которому на упрочаемую поверхность наносят порошки легирующих элементов и нагревают до контактного плавления. Known contact cladding of the working bodies of tillage machines, according to which powders of alloying elements are applied to the hardened surface and heated until contact melting.

Недостатком данного способа является неравномерность распределения карбидов или их отсутствие, что не позволяет получать слои, которые можно использовать в качестве режущей части высокопроизводительного инструмента (типа резцов с пластинами из твердого сплава). Цель изобретения - снижение затрат на производство режущего инструмента. The disadvantage of this method is the uneven distribution of carbides or their absence, which does not allow to obtain layers that can be used as a cutting part of a high-performance tool (such as cutters with carbide inserts). The purpose of the invention is to reduce the cost of manufacturing a cutting tool.

Поставленная цель достигается тем, что на державку из малоуглеродистой стали накладывают углеродный волокнистый материал (УВМ), шаржированный легкоплавким элементом (Со) и карбидообразующими элементами W (Ta, Ti и др.), прижимают, производят нагрев данной системы на машинах контактной сварки или на установках ТВЧ до 1150-1450^оС, при которых происходят следующие процессы: расплавляется легкоплавкий Со; образуется карбид вольфрама (Та, Ti и др. ); сплавление карбидов и легкоплавкого элемента; за счет теплопередачи (время выдержки 1-3 с) и эвтектического плавления материала основы происходит сплавление образованного выше сплава с державкой. После затвердевания образуются слои (толщиной 3-8 мм), конкурирующие по своим свойствам со свойствами быстрорежущей стали и твердого сплава. Время нагрева до 1150-1450^оС и выдержка при этой температуре зависит от вида источника нагрева, состава легирующих порошков.This goal is achieved by the fact that a carbon fiber material (UVM) is applied onto a holder made of mild steel, carbonated by a low-melting element (Co) and carbide-forming elements W (Ta, Ti, etc.), pressed, this system is heated by resistance welding machines or HDTV installations up to 1150-1450 ^о С, at which the following processes occur: low-melting Co melts; tungsten carbide is formed (Ta, Ti, etc.); fusion of carbides and fusible element; due to heat transfer (holding time 1-3 s) and eutectic melting of the base material, the alloy formed above is fused with a holder. After solidification, layers are formed (3-8 mm thick), competing in their properties with the properties of high-speed steel and hard alloy. The heating time up to 1150-1450 ^{° C} and holding at this temperature depends on the type of heat source, the composition of alloying powders.

Известны способы производства резцов с пластинами из твердого сплава, при которых процесс изготовления пластины является многоступенчатым и дорогостоящим. Крепление такой пластины происходит путем напайки либо механического крепления. Существуют способы производства резцов из стали 45 с пластинами из быстрорежущей стали с нитридно-титановым покрытием, наносимым путем вакуумной ионно-плазменной обработки на установках химико-технической обработки. Known methods for the production of cutters with plates of hard alloy, in which the manufacturing process of the plate is multi-stage and expensive. The fastening of such a plate occurs by soldering or mechanical fastening. There are methods for the production of cutters made of steel 45 with plates made of high speed steel with a nitride-titanium coating, applied by vacuum ion-plasma treatment in chemical-technological treatment plants.

Известны также способы напекания порошковых износостойких покрытий на поверхность режущей части. Использование способа поверхностного упрочнения нагревом или нагревом ТВЧ для получения металлорежущего высокопроизводительного инструмента не известно. Methods are also known for depositing wear-resistant powder coatings onto the surface of a cutting part. The use of surface hardening by heating or heating the high frequency current to obtain a metal cutting high-performance tool is not known.

За счет того, что углеродный волокнистый материал легируют легкоплавким элементом и карбидообразующими, прижимают и нагревают до 1150-1450^оС, происходит оплавление легкоплавкого элемента, образование карбидов карбидообразующих элементов, смешивание с расплавом легкоплавкого элемента, выполняющего роль связки, а затем лишь за счет теплопередачи и эвтектического плавления материала основы (державки) происходит сплавление с ней. После затвердевания получаются наплавленные слои, близкие по структуре и физико-механическим свойствам к твердому сплаву или быстрорежущей стали. Последней операцией является заточка резца.Due to the fact that the carbon fiber material is alloyed with a low-melting element and carbide-forming, pressed and heated to 1150-1450 ^о С, the low-melting element is melted, carbides of the carbide-forming elements are formed, mixed with the melt of the low-melting element acting as a binder, and then only due to heat transfer and eutectic melting of the base material (holder) fusion occurs with it. After hardening, deposited layers are obtained that are close in structure and physicomechanical properties to hard alloy or high-speed steel. The last operation is sharpening the cutter.

На фиг. 1 представлена фотография микроструктуры слоя на стали 45 со структурой быстрорежущей стали(х200); на фиг.2 - фотография микроструктуры наплавленного слоя на стали 45 со структурой карбидостали (х300); на фиг.3 - фотография микроструктуры наплавленного слоя на стали 45Х со структурой твердого сплава (х400). In FIG. 1 shows a photograph of the microstructure of a layer on steel 45 with the structure of high-speed steel (x200); figure 2 is a photograph of the microstructure of the deposited layer on steel 45 with the structure of carbide steel (x300); figure 3 is a photograph of the microstructure of the deposited layer on steel 45X with the structure of a hard alloy (x400).

Сущность данного способа заключается в образовании на поверхности державки сплава с заданными физико-механическими свойствами путем подбора состава и процентного соотношения легирующих элементов и сплавлении его с основой (державкой). В качестве углерода для расчета состава сплава служит УВМ. The essence of this method is the formation on the surface of the holder of the alloy with the specified physical and mechanical properties by selecting the composition and percentage of alloying elements and fusing it with the base (holder). The carbon for calculating the composition of the alloy is UVM.

П р и м е р 1. На державку из стали 45 сечением 10 х 20 накладывают углеродный войлок марки карботекстин-В, шаржированный смесью порошков W и Со, прижимают огнеупорным материалом. Нагревают ТВЧ с мощностью лампового генератора 10 кВт в течение 23 с. Площадь наплавленного слоя 9 см², микротвердость 12000 мПа (см.фиг.1).PRI me R 1. On a holder made of steel 45 with a cross section of 10 x 20, a carbon felt of the Karbotextin-B brand, which is carbonated with a mixture of powders W and Co, is applied, pressed with a refractory material. Heat the high-frequency current with a power of a tube generator of 10 kW for 23 s. The area of the deposited layer is 9 cm ² , the microhardness is 12000 mPa (see figure 1).

П р и м е р 2. На державку из стали 45 сечением 18 х 20 накладывают углеродный войлок марки карботекстин-В, шаржированный порошками W и Со. Нагрев производят на контактной машине МТПУ-300 при 18,4 кА; 4,6 В; 1,7 кг/см² в течение 14 с. Наплавленный слой имеет площадь 6 см², глубину 3 мм, микротвердость 12000 мПа (см.фиг..2).PRI me R 2. On a holder made of steel 45 with a cross section of 18 x 20 impose carbon felt brand carbotextin-B, cartoonized with powders W and Co. Heating is carried out on an MTPU-300 contact machine at 18.4 kA; 4.6 V; 1.7 kg / cm ² for 14 s. The deposited layer has an area of 6 cm ² , a depth of 3 mm, and a microhardness of 12000 mPa (see Fig. 2).

П р и м е р 3. На державку из стали 45Х сечением 18 х 20 накладывают углеродный войлок марки карботекстин-В, шаржированный порошками W и Со, прижимают огнеупорным материалом и нагревают ТВЧ в течение 33 с. Площадь наплавленного слоя 10 см², микротвердость 12700 мПа (см.фиг.3).PRI me R 3. On a holder made of steel 45X with a cross section of 18 x 20, a carbon felt of the carbotextin-B grade, wrapped with W and Co powders, was applied, pressed with refractory material and heated by high-frequency heat for 33 s. The area of the deposited layer is 10 cm ² , the microhardness is 12700 mPa (see figure 3).

Использование данного способа по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества: возможность изготовления сложного металлорежущего инструмента, что влечет за собой снижение расхода остродефицитных легирующих элементов по сравнению с традиционными способами производства такого рода инструмента; совмещение нескольких операций производства пластин из быстрорежущей стали или твердого сплава в одну и в связи с этим сокращение времени производства резца, что приводит к снижению затрат и возможности изготовления его на участках металлообработки завода - потребителя. The use of this method in comparison with the prototype has the following advantages: the possibility of manufacturing a complex metal-cutting tool, which entails a reduction in the consumption of severely deficient alloying elements in comparison with traditional methods of producing such a tool; the combination of several operations for the production of plates from high speed steel or hard alloy into one and, therefore, a reduction in the production time of the cutter, which leads to lower costs and the possibility of manufacturing it at the metal processing sections of the consumer plant.

Claims (1)

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА, включающий формирование на державке упрочненного слоя путем размещения на ней углеродсодержащего материала, последующий нагрев, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего материала используют углеродистый волокнистый материал, шаржированный металлом, выполняющим роль связки в твердом сплаве, например кобальтом, и карбидообразующими, например вольфрамом, танталом, титаном, нагрев ведут до температуры 1150 - 1450^oС, до образования сплава связки с карбидами карбидообразующих металлов и выдерживают в течение времени, достаточного для сплавления нанесенного материала с материалом державки, затем охлаждают его и затачивают.METHOD FOR PRODUCING A METAL-CUTING TOOL, including forming a hardened layer on a holder by placing a carbon-containing material on it, subsequent heating, characterized in that carbon-based fibrous material is used as a carbon-containing material, acting as a binder in a hard alloy, for example cobalt, and carbide for example tungsten, tantalum, titanium, heating is carried out to a temperature of 1150 - 1450 ^o C, to form an alloy of a binder with carbides of carbide-forming metals and incubated for a time sufficient to fuse the applied material with the holder material, then cool it and grind it.

Images