RU2496903C1 - Method for material processing by cutting - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: alloy is chosen from a group of solid alloys. An entropy value is calculated for each of the above alloys. Solid alloy with the entropy value exceeding the base alloy entropy is chosen as material for a cutting tool by comparing the calculated entropy to the entropy of the alloy that is basic for the processed material.

EFFECT: simplifying the choice of solid alloy at providing maximum operability of a cutting tool.

3 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к обработке материалов резанием, а именно к способам выбора марки твердого сплава для обеспечения максимальной работоспособности (износостойкости) твердосплавного режущего инструмента на основе карбида вольфрама. Изобретение может быть использовано при «конструировании» новых составов твердых сплавов изменением как карбидной, так и связующей фаз.The invention relates to the processing of materials by cutting, and in particular to methods of choosing a grade of hard alloy to ensure maximum performance (wear resistance) of a carbide cutting tool based on tungsten carbide. The invention can be used in the "design" of new compositions of hard alloys by changing both the carbide and binder phases.

Известны способы выбора оптимальной по износостойкости марки (группы) инструментального материала, в том числе твердых сплавов, а также оценки их работоспособности, основанные на проведении классических опытов «износ - время работы» на выбранных режимах резания до заданного критерия затупления, определение периода стойкости для каждого инструментального материала (ИМ) и в качестве наиболее работоспособного выбор ИМ с максимальной стойкостью (1. Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания. - М.: машиностроение, 1976. - 278 с. 2. Силин С.С. Метод подобия при резании металлов. - М.: Машиностроение, 1979. - 152 с.). Вариантом этого подхода следует считать экспериментальное определение зависимости «интенсивность изнашивания - скорость резания», полученные для разных марок твердых сплавов. Лучшим здесь будет сплав, для которого максимум интенсивности изнашивания соответствует большей скорости резания (Рыжкин А.А. Теплофизические процессы при изнашивании инструментальных режущих материалов. - Ростов н/Д, Изд. центр ДГТУ, 2005. - 311 с.)Known methods for choosing the optimal wear resistance grade (group) of tool material, including hard alloys, as well as assessing their performance based on classical experiments “wear - working time” at selected cutting conditions up to a specified dullness criterion, determining the resistance period for each tool material (IM) and as the most efficient choice of IM with maximum durability (1. Makarov AD Optimization of cutting processes. - M .: mechanical engineering, 1976. - 278 pp. 2. Silin SS Method for obiya in metal cutting -. M .: Engineering, 1979. - 152 s).. A variant of this approach should be considered the experimental determination of the dependence "wear rate - cutting speed" obtained for different grades of hard alloys. The best alloy here is for which the maximum wear rate corresponds to a higher cutting speed (A. Ryzhkin. Thermophysical processes during wear of tool cutting materials. - Rostov n / D, Publishing Center DGTU, 2005. - 311 p.)

Эти классические способы оценки работоспособности твердых сплавов обеспечивают получение достоверных результатов, но достаточно трудоемки.These classical methods for evaluating the performance of hard alloys provide reliable results, but are rather laborious.

Известен способ контроля режущих сплавов партии твердосплавных инструментов (патент SU №1651155, МПК G01N 3/58, 1991 г.), заключающийся в том, что определяют режущие свойства каждого инструмента по износу в условиях резания, затем равномерным импульсным нагревом пластин ТС определяют коэффициент температуропроводности, устанавливают связь между износом инструмента и коэффициентом температуропроводности сплава и по экстремому этой зависимости определяют лучший сплав из партии.A known method of controlling cutting alloys of a batch of carbide tools (patent SU No. 1651155, IPC G01N 3/58, 1991), which consists in determining the cutting properties of each tool for wear under cutting conditions, then the thermal diffusivity is determined by uniformly pulsed heating of the TC plates , establish a relationship between the wear of the tool and the coefficient of thermal diffusivity of the alloy and the extreme of this dependence determine the best alloy from the party.

Способ может быть использован и для выбора оптимальной партии твердого сплава, однако применение его ограничено необходимостью пользования сложной аппаратуры, а также высокой трудоемкостью способа.The method can be used to select the optimal batch of hard alloy, however, its use is limited by the need to use complex equipment, as well as the high complexity of the method.

Прогнозировать износостойкость твердосплавного режущего инструмента можно по способу (патент RU №2251095, G01N 3/58, 2005 г.), который реализуется по исходному параметру - времени жизни позитронов, которые внедряют в пленку полиоксидов на поверхности пластины твердого сплава, полученную ее нагреванием на воздухе при температурах и времени выдержки, равных температуре резания и стойкости инструментов.The wear resistance of a carbide cutting tool can be predicted by the method (patent RU No. 2251095, G01N 3/58, 2005), which is realized by the initial parameter, the positron lifetime, which are introduced into the film of polyoxides on the surface of the carbide plate obtained by heating it in air at temperatures and holding times equal to the cutting temperature and tool life.

Способ обеспечивает повышение точности оценки износостойкости твердого сплава, но требует специального оборудования для облучения позитронами и применим для оценки износостойкости партии твердых сплавов одной марки, т.к. для сплавов с другим содержанием карбидов и связки состав полиоксидов будет другим, и время жизни позитронов в такой пленке изменится.The method provides increased accuracy in evaluating the wear resistance of a hard alloy, but requires special equipment for positron irradiation and is applicable for assessing the wear resistance of a batch of hard alloys of the same grade, since for alloys with a different carbide and binder content, the composition of the polyoxides will be different, and the positron lifetime in such a film will change.

Согласно патенту SU 2358839, В23В 1/00, 2009 г. оценку износостойкости твердосплавного режущего инструмента группы применения Р можно производить на основе взаимосвязи износостойкости ТС и плотности поперечных трещин в поверхностных слоях ТС. Реализация этого способа предполагает:According to the patent SU 2358839, B23B 1/00, 2009, the wear resistance of carbide cutting tools of the application group P can be estimated based on the relationship between the wear resistance of the vehicle and the density of transverse cracks in the surface layers of the vehicle. The implementation of this method involves:

- испытание на износостойкость партии пластин на оптимальной скорости резания или близкой к ней и определения времени безотказной работ при выбранном критерии затупления;- test for wear resistance of the batch of plates at the optimum cutting speed or close to it and determine the uptime for the selected blunting criteria;

- проверку партии пластин на процесс образования и распространения поперечных трещин, включая шлифование и полирование поверхностей, измерение твердости HRA;- checking the batch of plates for the formation and propagation of transverse cracks, including grinding and polishing surfaces, measuring the hardness of HRA;

- измерение плотности поверхностного трещинообразования как отношения площади отколотой поверхности к площади отпечатка индентора (безразмерный коэффициент К_э);- measuring the density of surface cracking as the ratio of the area of the cleaved surface to the area of the indenter imprint (dimensionless coefficient K _e );

- построение графической зависимости «износостойкость - параметр К_э» для эталонной партии, и расчет износостойкости по предполагаемым комбинационным зависимостям.- construction of a graphical dependence "wear resistance - parameter K _e " for the reference batch, and the calculation of wear resistance according to the proposed combination dependencies.

Способ по этому варианту сложен в реализации и не может найти реального применения в разбраковке твердосплавной продукции.The method according to this option is difficult to implement and cannot find real application in the sorting of carbide products.

Известный способ (SU №1017963 G01N 3756, 1983 г.) оценки работоспособности материалов в узлах трения может быть применен и для выбора оптимальной марки твердого сплава и отличается тем, что в качестве показателя работоспособности твердого сплава используется энергетический критерий, характеризующий накопление тепла в изнашиваемом твердом сплаве и его рассеивание в среду. Сопоставляя расчетные значения этого критерия для различных сочетаний «твердый сплав - обрабатываемый материал», выбирают такой вариант, когда значение энергетического критерия будет минимальным.The known method (SU No. 1017963 G01N 3756, 1983) for evaluating the performance of materials in friction units can also be used to select the optimal grade of hard alloy and differs in that an energy criterion characterizing the accumulation of heat in the wearing hard alloy and its dispersion into the medium. Comparing the calculated values of this criterion for various combinations of “hard alloy - processed material”, choose such an option when the value of the energy criterion is minimal.

К недостаткам способа следует отнести относительно высокую трудоемкость определения характеристик теплового поля и сравнительно произвольный выбор верхнего предела интегрирования.The disadvantages of the method include the relatively high complexity of determining the characteristics of the thermal field and the relatively arbitrary choice of the upper limit of integration.

Наиболее близким по выполнению является способ выбора инструментального твердого сплава для обработки стали резанием, в соответствии с которым с помощью кривых температурной зависимости структурно-чувствительных характеристик обрабатываемой стали выявляют критическую температуру, соответствующую структурным превращениям в обрабатываемой стали, сравнивают ее с температурой максимальной работоспособности инструментального твердого сплава и выбирают инструментальный твердый сплав, у которого сравниваемые характеристики наиболее близки или совпадают. При этом в качестве таких характеристик стали в диапазоне температур 600-1150°C принимают пластичность, удельную теплоемкость, коэффициенты теплопроводности и линейного расширения и др. (патент на изобретение RU №2373028 МПК В23В 1/00, 2009 г.).The closest to implementation is a method of choosing a tool hard alloy for steel cutting, according to which, using the temperature dependence of the structurally sensitive characteristics of the steel being machined, the critical temperature corresponding to the structural transformations in the steel being machined is determined, and it is compared with the maximum working temperature of the tool carbide and choose a hard alloy tool, in which the compared characteristics are the most close or coincide. Moreover, plasticity, specific heat, thermal conductivity and linear expansion coefficients, etc., are taken as such steel characteristics in the temperature range 600–1150 ° C (patent for invention RU No. 2373028 IPC В23В 1/00, 2009).

Недостатком способа является его значительная трудоемкость, т.к. определяются структурно - чувствительные характеристики не только твердых сплавов, но и обрабатываемых сталей.The disadvantage of this method is its significant complexity, because structurally sensitive characteristics of not only hard alloys, but also of processed steels are determined.

Техническим результатом изобретения является упрощение процесса выбора сплава для обработки резанием.The technical result of the invention is to simplify the process of selecting an alloy for machining.

Технический результат достигается тем, что способ обработки материала резанием с помощью твердосплавного режущего инструмента на основе карбида вольфрама, включающий выбор твердого сплава для режущего инструмента, отличается тем, что сплав для режущего инструмента выбирают из группы твердых сплавов, рассчитывают значение энтропии для каждого из упомянутых сплавов группы и путем сравнения с энтропией сплава, базового для заданного обрабатываемого материала, выбирают в качестве материала для режущего инструмента твердый сплав, значение энтропии которого выше энтропии базового сплава.The technical result is achieved in that the method of processing material by cutting with a carbide cutting tool based on tungsten carbide, including the selection of a hard alloy for a cutting tool, is characterized in that the alloy for the cutting tool is selected from the group of hard alloys, the entropy value for each of the mentioned alloys is calculated groups and by comparison with the entropy of the alloy, the base for a given processed material, choose a hard alloy as the material for the cutting tool, significant whose entropy is higher than the entropy of the base alloy.

Для получения наилучших результатов выбирают сплав с максимальным значением энтропии.For best results, select an alloy with a maximum entropy value.

Для выбранных твердых сплавов энтропию предпочтительно рассчитывают как сумму произведений мольной доли каждого компонента на величину его стандартной энтропии.For the selected hard alloys, the entropy is preferably calculated as the sum of the products of the mole fraction of each component by its standard entropy.

Сплавы, базовые для выбранной группы обрабатываемого материала, могут быть определены по ГОСТЗ 882-74 и согласно рекомендациям (Я.Л. Гуревич и др., Режимы резания труднообрабатываемых материалов. Справочник. - М.: «Машиностроение», 1976 г., с.20-21; В.А. Гречишников и др. Металлорежущие инструменты. - М.: Мосстанкин; 2005 г., с. 18; В.Ф. Бобров. Основы теории резания металлов. - М.: Машиностроение, 1975 г., с.24-25). Например, для обработки чугуна и труднообрабатывемых материалов рекомендуются однокарбидные сплавы группы ВК, а сплав марки ВК-8, энтропия которого равна 35 Дж/моль. град, принимается в качестве базового.Alloys, basic for the selected group of processed material, can be determined according to GOSTZ 882-74 and according to the recommendations (Y.L. Gurevich et al., Cutting modes of hard-to-handle materials. Handbook. - M.: "Engineering", 1976, p. .20-21; V. A. Grechishnikov et al. Metal-cutting tools. - M.: Mosstankin; 2005, p. 18; V.F. Bobrov. Fundamentals of the theory of metal cutting. - M.: Mechanical Engineering, 1975. , p.24-25). For example, for the treatment of cast iron and difficult-to-process materials, VK carbide single carbide alloys are recommended, and VK-8 alloy grade, whose entropy is 35 J / mol. hail is taken as the base.

Ниже приведены примеры осуществления изобретения.The following are examples of the invention.

Для выбранных твердых сплавов энтропию рассчитывают как сумму произведений молярной доли каждого компонента на величину его стандартной энтропии.For the selected hard alloys, the entropy is calculated as the sum of the products of the molar fraction of each component by the value of its standard entropy.

Например, энтропия в стандартном состоянии для сплава карбида вольфрама и кобальтовой связки равна $${[S_{298}^0]}_{ВК}={\eta }_{wc}\cdot \Delta S_{wc}+{\eta }_{co}\cdot \Delta S_{co},$$

где η_wc и η_со - молярные доли карбида WC и кобальтовой связки соответственно. Для сплава ВК8, состоящего из 92% карбида вольфрама WC и 8% Со, S_ВК8=0,92-35,6+0,08·28,5=35,0 Дж/моль град.For example, the entropy in the standard state for an alloy of tungsten carbide and a cobalt bond is $${[{\mathrm{<figure-callout\; id="298"\; label="S"\; filenames="00000003.png,00000004.png"\; state="\{\{state\}\}">S</figure-callout>}}_{298}^0]}_{\mathrm{AT}\mathrm{TO}}={\eta }_{wc}\cdot \Delta S_{wc}+{\eta }_{co}\cdot \Delta S_{co},$$

where η _wc and η _co are the molar fractions of WC carbide and cobalt bond, respectively. For VK8 alloy, consisting of 92% WC tungsten carbide and 8% Co, S _VK8 = 0.92-35.6 + 0.08 · 28.5 = 35.0 J / mol deg.

По изложенной методике рассчитаны энтропии других твердосплавных режущих материалов различных групп и марок как стандартных, так и экспериментальных.By the described methodology, the entropies of other carbide cutting materials of various groups and grades of both standard and experimental are calculated.

На рис. 1 в качестве примера приводятся коэффициенты повышения стойкости однокардибных твердых сплавов групп ВК сплавов при обработке чугуна [Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1965, стр.24], а также расчетные значения их энтропии. Как видно из рисунка, чем выше энтропии сплава, тем выше его износостойкость.In fig. 1 as an example, the coefficients of increasing the resistance of single-carbide hard alloys of VK alloy groups during cast iron processing are given [V. Bobrov Fundamentals of the theory of metal cutting. M .: Engineering, 1965, p.24], as well as the calculated values of their entropy. As can be seen from the figure, the higher the entropy of the alloy, the higher its wear resistance.

В таблице приведены коэффициенты повышения стойкости при обработке стали однокарбидных твердых сплавов на базе WC с небольшими добавками других карбидов и введением в кобальтовую связку рения по отношению к сплавам без добавок (Панов В.А., Чувилин A.M., Фальковский В.А. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. М.: МИСиС, 2004-262 с.) а также расчетные значения энтропии этих сплавов. Как видно из таблицы, сплавы, имеющие более высокое значение энтропии, чем сплавы без добавок (графа 5), показывают более высокую износостойкость.The table shows the coefficients of increasing resistance in the processing of steel of WC-based single carbide hard alloys with small additives of other carbides and the introduction of rhenium into the cobalt binder in relation to alloys without additives (Panov V.A., Chuvilin AM, Falkovsky V.A. Technology and properties sintered hard alloys and products from them. M: MISiS, 2004-262 p.) as well as the calculated values of the entropy of these alloys. As can be seen from the table, alloys having a higher entropy value than alloys without additives (column 5) show higher wear resistance.

На рис. 2 приведены коэффициенты повышения стойкости однокарбидных твердых сплавов групп ВК с легированной кобальтовой связкой при обработке чугуна, а также расчетные значения их энтропии. Как видно из рисунка, чем выше энтропия сплава, тем выше его износостойкость.In fig. Figure 2 shows the coefficients for increasing the resistance of single carbide hard alloys of VK groups with a doped cobalt binder during cast iron processing, as well as the calculated values of their entropy. As can be seen from the figure, the higher the entropy of the alloy, the higher its wear resistance.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет, не производя трудоемких стойкостных испытаний инструментов из твердых сплавов на базе карбида вольфрама, выбрать сплав наибольшей износостойкости по максимальному найденному расчетом значению энтропии, варьируя составом и связки, и карбидной фазы.Thus, the proposed method allows, without performing laborious persistent tests of tungsten carbide-based carbide tools, to select the alloy with the highest wear resistance by the maximum entropy found by calculation, varying the composition of both the binder and the carbide phase.

Claims (3)

1. Способ обработки материалов резанием с помощью твердосплавного режущего инструмента на основе карбида вольфрама, включающий выбор твердого сплава для режущего инструмента, отличающийся тем, что сплав для режущего инструмента выбирают из группы твердых сплавов, рассчитывают значение энтропии для каждого из упомянутых сплавов группы и путем сравнения с энтропией сплава, базового для заданного обрабатываемого материала, выбирают в качестве материала для режущего инструмента твердый сплав, значение энтропии которого выше энтропии базового сплава.1. A method of processing materials by cutting with a tungsten carbide-based carbide cutting tool, comprising selecting a hard alloy for a cutting tool, characterized in that the alloy for the cutting tool is selected from the group of hard alloys, the entropy value for each of the mentioned alloys of the group is calculated and by comparison with the entropy of the alloy, the base for a given processed material, choose a hard alloy as the material for the cutting tool, the entropy of which is higher than the entropy of the bases ov alloy. 2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что выбирают сплав с максимальным значением энтропии.2. The method according to claim 1, characterized in that the alloy with the maximum value of entropy is selected. 3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что определяют энтропию сплавов как сумму произведений молярной доли каждого компонента на величину его стандартной энтропии. 3. The method according to claim 1, characterized in that the entropy of the alloys is determined as the sum of the products of the molar fraction of each component by the value of its standard entropy.

Images