RU2178011C2

RU2178011C2 - Apparatus for mechanical working of materials

Info

Publication number: RU2178011C2
Application number: RU2000106097A
Authority: RU
Inventors: А.Б. Коршунов; А.Н. Бажинов; В.Н. Рябов; Г.А. Крысов; М.П. Духновский; С.А. Шестериков; А.Н. Иванов; Т.А. Свиридова; Г.В. Самохвалов; А.Ф. Львов; А.Ф. Пуповский; А.В. Поветкин; А.А. Поветкин
Original assignee: Научно-исследовательский институт механики Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2002-01-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: apparatus has base and working part made of hard alloy containing tungsten carbide, tantalum carbide, niobium carbide and cement cobalt bond. Surface layer of working part having thickness of 3-15 micron is made of material enriched in tantalum carbide and niobium carbide, with total concentration of these substances in surface layer being within the range of 3- 27 wt%. Apparatus may be used for cold and hot mechanical working of different materials, preferably metals and alloys, and may be made in the form of cutters, drills, spinnerets etc. EFFECT: simplified construction, wider operational capabilities and prolonged service life. 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для холодной и горячей механической обработки различных материалов, преимущественно металлов и их сплавов, и может быть выполнено в виде различного типа резцов, фрез, сверл, фильер и т. п. The invention relates to the field of mechanical engineering and can be used for cold and hot machining of various materials, mainly metals and their alloys, and can be made in the form of various types of cutters, mills, drills, dies, etc.

Известно устройство для механической обработки материалов, представляющее собой основание и закрепленную в нем рабочую часть, выполненную из твердого сплава на основе монокарбида вольфрама с кобальтовой связкой [1] . Недостатком известного устройства является то, что оно обладает сравнительно низкой износостойкостью его рабочей части, что можно объяснить относительно равномерным распределением связки и основы по объему рабочей части. A device for the mechanical processing of materials is known, which is a base and a working part fixed in it, made of a hard alloy based on tungsten monocarbide with a cobalt bond [1]. A disadvantage of the known device is that it has a relatively low wear resistance of its working part, which can be explained by the relatively uniform distribution of the ligament and base in the volume of the working part.

Известно устройство, представляющее собой основание и закрепленную в нем рабочую часть, выполненную из твердого сплава на основе монокарбида вольфрама и карбида титана с кобальтовой связкой [2] . Недостатком известного устройства является то, что износостойкость его рабочей части сравнительно мала, что можно объяснить относительно равномерным распределением связки и основы по объему рабочей части. A device is known, which is a base and a working part fixed in it, made of a hard alloy based on tungsten monocarbide and titanium carbide with a cobalt bond [2]. A disadvantage of the known device is that the wear resistance of its working part is relatively small, which can be explained by the relatively uniform distribution of the ligament and base over the volume of the working part.

Наиболее близким к заявленному устройству является устройство для механической обработки материалов, представляющее собой основание и закрепленную в нем рабочую часть, выполненную из твердого сплава на основе монокарбида вольфрама с кобальтовой связкой и добавками карбидов тантала и ниобия [3] . Недостатком известного устройства является малый срок службы, что обусловлено тем, что распределение связки и основы в его рабочей части нередко является достаточно однородным. Closest to the claimed device is a device for machining materials, which is a base and a fixed working part made of a hard alloy based on tungsten monocarbide with a cobalt binder and additives of tantalum and niobium carbides [3]. A disadvantage of the known device is its short service life, which is due to the fact that the distribution of the ligament and base in its working part is often quite uniform.

Заявляемое устройство направлено на увеличение срока его службы. The inventive device is aimed at increasing its service life.

Указанный результат достигается тем, что устройство для механической обработки материалов содержит основание и закрепленную в нем рабочую часть из твердого сплава, состоящего из карбидов вольфрама, титана и ниобия и цементирующей кобальтовой связки, при этом приповерхностный слой рабочей части толщиной от 3 до 15 мкм выполнен обогащенным карбидами титана и ниобия с суммарной концентрацией их в этом слое от 3 до 27% по массе. This result is achieved by the fact that the device for machining materials contains a base and a fixed part of it made of a hard alloy consisting of tungsten, titanium and niobium carbides and a cementing cobalt bond, and the near-surface layer of the working part from 3 to 15 μm thick is made enriched titanium and niobium carbides with a total concentration of 3 to 27% by weight in this layer.

Отличительными признаками заявляемого устройства для механической обработки материалов являются:
- выполнение приповерхностного слоя рабочей части обогащенным карбидами титана и ниобия;
- выполнение обогащенного карбидами титана и ниобия слоя толщиной от 3 до 15 мкм;
- выполнение обогащенного слоя с суммарным содержанием карбидов титана и ниобия от 3 до 27% по массе.Distinctive features of the claimed device for machining materials are:
- the implementation of the surface layer of the working part enriched with carbides of titanium and niobium;
- implementation of a carbide-rich titanium and niobium layer with a thickness of 3 to 15 microns;
- the implementation of the enriched layer with a total content of titanium and niobium carbides from 3 to 27% by weight.

При этом было установлено, что толщина обогащенного карбидами титана и ниобия не должна быть менее 3 мкм, в противном случае эффект повышения износостойкости незначителен. Верхний предел толщины обогащенного карбидами титана и ниобия слоя не должен превышать 15 мкм, в противном случае эффект повышения износостойкости незначителен и едва превышает погрешности эксперимента. It was found that the thickness of titanium and niobium enriched in carbides should not be less than 3 μm, otherwise the effect of increasing wear resistance is negligible. The upper limit of the thickness of the titanium and niobium-enriched carbide layer should not exceed 15 μm, otherwise the effect of increasing the wear resistance is negligible and barely exceeds the experimental error.

Установлено, что если содержание карбидов титана и ниобия в приповерхностном слое менее 3% по массе, то повышение износостойкости практически не заметно. Если суммарное содержание карбидов титана и ниобия в приповерхностном слое превышает 27% по массе, то эффект повышения износостойкости также невелик. Суммарное содержание же карбидов тантала и ниобия в пределах 3-27% по массе обеспечивает достижение заявленного результата. It was found that if the content of titanium and niobium carbides in the surface layer is less than 3% by mass, the increase in wear resistance is practically not noticeable. If the total content of titanium and niobium carbides in the surface layer exceeds 27% by mass, the effect of increasing wear resistance is also small. The total content of tantalum and niobium carbides in the range of 3-27% by weight ensures the achievement of the claimed result.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом и нижеследующим описанием. На фиг. 1 схематично представлен поперечный разрез рабочей части 1 устройства, иллюстрирующий расположение обогащенного слоя 2 на ее поверхности. Рабочая часть закрепляется в основании 3 известным образом, а само устройство в целом может являться резцом, сверлом, фразой, фильерой и т. п. The essence of the invention is illustrated by the drawing and the following description. In FIG. 1 schematically shows a cross section of the working part 1 of the device, illustrating the location of the enriched layer 2 on its surface. The working part is fixed in the base 3 in a known manner, and the device itself as a whole can be a cutter, drill, phrase, die, etc.

В частном случае таким основанием может служить зажимной патрон станка, а рабочая часть представлять собой твердосплавный инструмент (резец, сверло, развертку, метчик и т. п. ). In the particular case, the clamping chuck of the machine can serve as such a basis, and the working part can be a carbide tool (cutter, drill, reamer, tap, etc.).

Работа устройства не описывается, так как оно не содержит движущихся узлов и деталей. The operation of the device is not described, since it does not contain moving units and parts.

Обогащенный карбидами тантала и ниобия приповерхностный слой рабочей части создается термообработкой. Готовое изделие из твердого сплава, полученное изустными методами порошковой металлургии, подвергают нагреву до температуры, подбираемой экспериментально для каждого сплава, из которого изделие выполнено. The surface layer of the working part enriched in tantalum and niobium carbides is created by heat treatment. The finished product from a hard alloy obtained by oral methods of powder metallurgy is heated to a temperature selected experimentally for each alloy from which the product is made.

Время выдержи при подобранных температурах также подбирается экспериментально и зависит от толщины получаемого обогащенного слоя. Обогащение приповерхностного слоя танталом и ниобием происходит как за счет того, что при нагреве сплава происходит перемещение Та и Nb из объема сплава к его поверхности, так и за счет растворения вольфрама в карбидах Та и Nb. The exposure time at selected temperatures is also selected experimentally and depends on the thickness of the resulting enriched layer. The enrichment of the surface layer with tantalum and niobium occurs both due to the fact that when the alloy is heated, Ta and Nb move from the alloy volume to its surface, and due to the dissolution of tungsten in Ta and Nb carbides.

Рабочие части со сформированным обогащенным слоем закрепляются в основании известными методами и полученное устройство для механической обработки материалов (инструмент, оснастка) используется по назначению. The working parts with the enriched layer formed are fixed at the base by known methods and the resulting device for machining materials (tools, equipment) is used for its intended purpose.

Проверка достижения заявленного технического результата осуществлялась следующим образом. Полученные после термообработки пластины из твердых сплавов с обогащенными карбидами тантала и ниобия приповерхностным слоем исследовались методом рентгеновской дифрактометрии, после чего они использовались для изготовления резцов для токарной обработки. Verification of the achievement of the claimed technical result was carried out as follows. The hard alloy plates obtained with tantalum and niobium enriched carbides near the surface layer obtained after heat treatment were studied by X-ray diffractometry, after which they were used to make cutting tools for turning.

Производственные испытания с целью определения срока службы резцов осуществлялись на ОАО ММП им. Чернышева. Испытания опытной партии неперетачиваемых сменных шестигранных режущих пластин 02114-100608 (обозначение по ISO WNUM 100608) из твердого сплава МС 321 проведены на полуавтоматическом токарном станке с ЧПУ модели SPN 16 NC при обработке деталей 160603501 лодочного мотора "Нептун". Материал детали сталь 12Х2Н4А-Ш, твердость НВ 160. Операция 017 токарная с ЧПУ. Режим резания: скорость резания V= 35 м/мин, число оборотов n= 400 об/мин, глубина резания t= 2 мм, подача S= 0,5 мм/об. Токарная обработка производилась с охлаждением СОЖ "ЭГТ". Production tests to determine the life of the cutters were carried out at OJSC MMP named after Chernysheva. Tests of an experimental batch of non-rotatable replaceable hexagonal cutting inserts 02114-100608 (designation according to ISO WNUM 100608) made of hard alloy MS 321 were carried out on a semi-automatic lathe with CNC model SPN 16 NC when machining parts 160603501 of the Neptune boat motor. The material of the part is steel 12X2N4A-Sh, hardness HB 160. Operation 017 is CNC turning. Cutting mode: cutting speed V = 35 m / min, speed n = 400 rpm, cutting depth t = 2 mm, feed S = 0.5 mm / rev. Turning was performed with cooling of the coolant "EGT".

Результаты экспериментов приведены в таблице. The experimental results are shown in the table.

Из представленных данных видно, что выполнение приповерхностного слоя рабочей части устройства для механической обработки материалов обогащенными карбидами тантала и ниобия повышает срок службы инструмента в несколько раз. From the presented data it can be seen that the implementation of the near-surface layer of the working part of the device for machining materials with enriched tantalum and niobium carbides increases the tool life by several times.

Источники информации
1. Третьяков В. И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. М. , Металлургия, 1976, с. 528, 125-205.Sources of information
1. Tretyakov V. I. Fundamentals of metal science and technology for the production of sintered hard alloys. M., Metallurgy, 1976, p. 528, 125-205.

2. Третьяков В. И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. М. , Металлургия, 1976, с. 528, 142-180. 2. Tretyakov V. I. Fundamentals of metal science and technology for the production of sintered hard alloys. M., Metallurgy, 1976, p. 528, 142-180.

3. Третьяков В. И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. М. , Металлургия, 1976, с. 528, 180-205 (прототип). 3. Tretyakov V. I. Fundamentals of metal science and technology for the production of sintered hard alloys. M., Metallurgy, 1976, p. 528, 180-205 (prototype).

Claims

A device for machining materials containing a base and a fixed working part of it made of a hard alloy consisting of tungsten, tantalum and niobium carbides and a cementing cobalt bond, characterized in that the surface layer of the working part with a thickness of 3 to 15 μm is made of tantalum carbide enriched and niobium with a total concentration of 3 to 27% by weight in this layer.