| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Ринок технологій / Актуальні винаходи і моделі / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2162780
СПОСІБ ВИГОТОВЛЕННЯ ТА ОБРОБКИ фасон ІНСТРУМЕНТУ, ПЕРЕВАЖНО
Для чистової обробки БУРШТИНУ
Ім'я заявника: Калінінградський державний технічний університет
Ім'я винахідника: Тіліпалов В.М .; Тарасов О.М .; Макарський В.А .; Буторін С.Я.
Ім'я патентовласника: Калінінградський державний технічний університет
Адреса для листування: 236000, Калінінград, Радянський просп. 1, Калінінградський державний технічний університет, проректору з НДР Шутова В.А.
Дата початку дії патенту: 1998.03.18
Винахід відноситься до галузі металургії, зокрема до обробки ріжучих інструментів на металевій основі, і може знайти застосування в машинобудуванні, ювелірної та будівельної промисловості, а й в приладобудуванні. Спочатку виконують механічну обробку корпусу і остаточне доведення геометричного профілю робочих поверхонь, потім термічну обробку інструменту. Після цього проводять Електроіскрове короткоімпульсних формування зносостійкого покриття легуванням ферробор товщиною 1 - 5 мм з оплавленням матеріалу корпусу і термічну обробку. Крім того, корпус інструменту виготовляють з маловуглецевих легованих теплостійких сталей і нержавіючих сталей феритного, мартенситного, аустенітного класів. Оплавлення при електроіскровому легировании ферробор проводять на глибину 0,5 діаметра ферробор. Термічну обробку корпусів інструменту перед іскровим легуванням ведуть при швидкості охолодження 0,5 - 5 o С / с до 500 - 550 ° С. Термічну обробку зміцненого інструменту поєднують з нітрооксідірованіем при 350 - 550 o С. Спосіб технологічний у здійсненні, не вимагає істотних витрат на обладнання і допоміжні матеріали.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до галузі металургії, зокрема до обробки ріжучих інструментів на металевій основі типу дискових кіл, різців, фрез, зміцнюючих електроіскровим, плазмовим, лазерним формуванням дифузійних шарів з використанням присадних матеріалів, і може знайти застосування при виготовленні спецінструменту для обробки мінералів в ювелірній промисловості , композитів, конструкційних керамік і презиційно сплавів в машинобудуванні, а й приладобудуванні і електроніці.
Відомий спосіб напилення дифузійного покриття на деталі і інструмент з чорних металів. Спосіб передбачає нанесення суміші елементів групи хрому, оксидів і галогенідів алюмінію / 1 /.
Недоліком відомого способу є низька адгезійна і контактна міцність, внаслідок чого спосіб непридатний при обробці абразівомягкіх матеріалів і мінералів.
Інший відомий спосіб виготовлення і обробки ріжучого інструменту для обробки мінералів, мармуру, композитів передбачає створення циліндричних ріжучих інструментів на металевій зв'язці і корпусі із сплавів металів шляхом гальванічного формування ріжучої частини з наповненням синтетичними алмазами / 2 / або, в іншому випадку, формування шару надтвердих борнітрідних ріжучих частин з никелированием, опалювальному в присутності більш легкоплавкого компонента / 3 /.
Способи ідентичні і не забезпечують міцного з'єднання ріжучих компонентів до основи, низька зносостійкість і контактно-корозійна стійкість інструменту.
Найбільш близьким до заявляється способу є спосіб обробки ріжучого інструменту полікристалічним алмазом і нитридами бору, а й іншими алмазоподобной сполуками / 4 / (прототип). Спосіб передбачає осадження на сталеву підкладку твердих частинок через шар припою, товщина нанесеного шару до 1000 мкм, температура оплавлення 950-1300 o C.
Спосіб виготовлення і обробки інструменту по прототипу має такі недоліки: висока вартість і складність обробки, порушення і виникнення дефектів основного ріжучого компонента, неможливість, як і в аналогах формування різальних крайок з радіусом переходу менше 1,5 мм, недостатня міцність і корозійна стійкість в зоні контактно-щілинної корозії із застосуванням будь-яких мастильно-охолоджуючих рідин. Всі перераховані вище способи не є екологічно чистими способами.
Завданням, на вирішення якої спрямовано винахід, є підвищення зносостійкості, міцності, технологічності інструменту складної конфігурації, можливість формування різальних крайок з радіусом переходу менше 1,5 мм. Одночасно знижується трудомісткість виготовлення, вартість інструменту.
Для досягнення поставленої задачі в способі виготовлення і обробки фасонного інструменту, що включає формування на робочих поверхнях корпусу інструменту зносостійкого покриття, спочатку виконують механічну обробку корпусу і остаточне доведення геометричного профілю робочих поверхонь, потім - термічну обробку інструменту, після чого проводять Електроіскрове короткоімпульсних формування зносостійкого покриття легуванням ферробор товщиною 1-5 мм з оплавленням матеріалу корпусу і термічну обробку.
Корпус інструменту виготовляють з маловуглецевих легованих теплостійких сталей і нержавіючих сталей феритного, мартенситного, аустенітного класів.
Оплавлення при електроіскровому легировании ферробор проводять на глибину 0,5 діаметра ферробор.
Термічну обробку корпусів інструменту перед іскровим легуванням ведуть при швидкості охолодження 0,5-5 o C / с до 500-550 o C.
Термічну обробку зміцненого інструменту поєднують з нітрооксідірованіем при 350-550 o C.
На доданих до опису винаходу додаткових матеріалах зображено наступне:
 Фіг. 1 - характер формування шару ферробор на сложнопрофільних ріжучої частини |
 Фіг. 2 - фрактограмма поверхні ріжучого фасонного інструменту з напиленням електроіскровим способом шаром ферробор по режиму 1, х 10 |
 Фіг. 3 - те ж по режиму 2, х 10 |
 Фіг. 4 - мікроструктура алмазоподібного кола полірування бурштину |
 Фіг. 5 - "мінарет" з бурштину, оброблений інструментом за запропонованим способом, х 1,1 | |
Сутність процесів формування міцного зносостійкого шару на поверхні фасонного шліфувального інструменту полягає в наступному. Поліровані поверхні під нанесення ферробор з опалювальному основи створюють можливість більш рівномірного іскрового легування корпусу з утворенням перехідного підшару високої міцності з більш плавним зміною мікротвердості від сталевого корпусу до ріжучим часткам FeB, FeB 2, які мають твердість на порядок вищою за твердість корпусу інструменту. При цьому погіршення класу чистоти поверхні до R = 0,6-1,0 мкм підвищує ступінь пасивації поверхні і погіршує з'єднання частинок ферробор з основою.
Обраний розмір часток і товщини шару, а й глибини оплавлення сталевих корпусів при електроіскровий обробці є оптимальним для отримання максимально змочування наносяться частинок і для забезпечення достатньої жорсткості ріжучої частини. При зменшенні кожного з параметрів знижується міцність і зносостійкість шару, а при збільшенні кожного з параметрів підвищується крихкість і знижується міцність зчеплення частинок з основою.
Вибрані швидкості нагріву і охолодження при попередній обробці корпусів дозволяють проводити зміцнення корпусу і одночасно не викликають додаткового викривлення і теплової деформації корпусів інструменту різної товщини і конфігурації ріжучої частини зі складними переходами і малими радіусами заокруглення, чим забезпечується збереження класних розмірів при тривалій експлуатації інструменту. При прискоренні охолодження при попередній термообробці або термостабілізації підвищується теплова і структурна деформація корпусів.
Інтервал температур термостабілізації обраний з урахуванням можливості додаткового зміцнення корпусів, підвищення їх корозійної стійкості при створенні нітрооксидних поверхневих шарів. При відсутності такого виду поверхневої обробки відбувається інтенсивна корозія інструменту при різанні з охолодженням водним розчином янтарної кислоти. При обробці в інтервалах температур нижче обраних зменшується товщина дифузійного шару на корпусу, а при підвищенні температур не виключається Зонне окислення.
При короткоімпульсних електроіскровому оплавленні основного металу відбувається часткове обволікання опорної поверхні зерен рідким металом і тверді частинки ферробор надійно кріпляться в основі. Оплавлений подслой перекриває всі ділянки по периметру робочої частини корпусу, як результат формується покриття з разнопорістостью не вище 12-15%, що витримує ударні і статичні навантаження. Раніше абразивно оброблена поверхня покращує адгезійний контакт частинок ферробор з частинками, оплавився при обробці, навіть при вигині на кут 120-140 o не відбувається відрив нанесених часток ферробор.
Охолодження із заданою швидкістю після іскровий обробки виключає утворення мікротріщин в перехідній зоні зерно - основний метал, а подальша термостабилизация виключає деформацію і повідця інструменту з можливим порушенням класних розмірів ріжучої частини.
Практично спосіб здійснено на п'яти найменуваннях інструменту для обробки виробів з природного і пресованого бурштину - дисків алмазоподібних і кіл складного різального профілю діаметром 100-240 мм. Для виготовлення корпусів використовували вуглецеві стали 0,8кп, 10, 15, 10Г2, а й теплостійкі леговані 40ХМФА, 4Х5МФС. Як боросодержащей компонента застосовували ферробор металургійний кусковий і порошковий різних фракцій.
Електроіскрову обробку вели на чотирьох установках із забезпеченням регулювання питомої потужності і частоти імпульсів в широких межах, це ЕФД-46, Ефі-Електрон-10, ЕФД-45, МГІ- і ТГ-250. Процес шліфування проводили із застосуванням електрокорунду на установках ДАТ-2-6, а термічну обробку до і після нанесення ферробор проводили в електрошафах СНОЛ-3.3.3 / 3.5, СНВЛ-3,4 / 3М і електропечах СЕВ- і СШОЛ-ВНЦ.
Виготовляли інструмент для формоутворення і полірування бурштинових виробів - куль, оливок, кабошонов, мінаретів, кулонів.
приклад 1
Дисковий насадной фігурний коло для обробки бурштинових оливок з радіусами переходу R 1 = 1,5 мм, R 2 = 1,2 мм, R 3 = 15 мм виготовляли зі сталі 10 за запропонованим способом.
Після токарної обробки з формуванням геометрії ріжучих поверхонь проводили абразивно-струменевий обробку електрокорунду по ГОСТ 2789-73 з класом шорсткості поверхні R a = 2,5 мкм. Потім на установці ЕФК-46 електроіскрового легування на робочу частину послідовним поперечним рухом наносили в короткоімпульсних режимі шару ферробор по ГОСТ 14848-75 при робочому струмі 2 А, струмі короткого замикання 4,7 А, скануванням (фіг. 1). Зносостійкий шар товщиною 1,2 мм формувався ферробор зернистістю 2,0 мм, величина зони оплавлення становила 1,0 мм. На фіг. 2 і фіг. 3 наведені фрактограмми від поверхні з нанесенням ферробор. Після термічної обробки перед нанесенням шару твердість корпусів інструменту становила HB = 167-172. Мікротвердість робочих поверхонь після електроімпульсного легування ферробор становила H 1H = 1920-1970. При термічній обробці після іскрового легування - нітрооксідірованіе в печі СШО-6,6 / 7 в складі сажі з гранульованого вугілля і карбаміду мікротвердість основи і корозійна стійкість поверхонь підвищилася (таблиця 1).
 |
 |
Результати вимірювань і випробувань показали стабільність геометрії кіл, можливість ефективної роботи при вологому різанні більш ніж протягом 180 годин, зносостійкість підвищити в 2,3 рази в порівнянні зі стандартними колами з синтетичних алмазних покриттів.
Практично виключено відшаровування різального шару від основи, характерного для стандартних кіл з алмазним шаром. Питомі витрати на інструмент скоротилися в 4,6 рази, поліпшився клас чистоти обробки.
приклад 2
Кінцевий насадной інструмент чистової обробки пресованого бурштину виготовляли і обробляли за запропонованим способом. Профіль насадок з теплостійкою легованої сталі 4Х5МФС формували токарної обробкою з класом чистоти поверхні P a = 2,1 мкм. Потім проводили вакуумну загартування з нестандартними швидкостями охолодження 1-2 o C / с, далі з піччю довільно.
Електроіскрове легування (ЕІЛ) по робочих поверхонь проводили на установці ЕФД-25М з опалювальному на 0,5 найбільшого зерна ферробор 0,75 мм (зерно 1,5 мм). Попередньо термічну обробку корпусів перед ЕІЛ завершував відпустку при 950 o C протягом 2 годин, що дозволяло отримати високу ударну в'язкість 123-125 Дж / см 2 при міцності 1450-1500 МПа. Це забезпечувало високу міцність і жорсткість тонкого інструменту при проведенні шліфувальних і доводочних операцій. Мікроструктура шару ЕІЛ ферробор показана на фіг. 4. У таблиці 2 наведені властивості поверхневих зміцнених шарів при обробці за запропонованим і відомому способам.
У порівнянні з відомим способом витрати на виготовлення інструменту скоротилися в 3,7 рази при підвищенні зносостійкості і корозійної стійкості інструменту.
приклад 3
Тарілчасті змінні вставки для барабанів обкатки і шліфування бурштинових заготовок з циліндричних гарячепресованих заготовок бурштину виготовляли і обробляли за запропонованим способом.
Після формоутворення тарельчатой заготовки зі сталі аустенітного класу 12Х18Н10Т, листової товщиною 5 мм проводили абразивну підготовку електрокорунду з попередніми криогенним охолодженням до -196 o C. Таким чином, створювалася механічним впливом поверхню для електроіскрового легування з класом чистоти P a = 4-4,5 мкм , термообробку перед ЕІЛ ферробор вели при температурі 460 o C протягом 60 хвилин. Потім наносили шар іскрового легування товщиною 1,5 мм з використанням ферробор зернистістю 3 мм, величина зони оплавлення становила 1,5 мм при обробці на установці "Елітрон-ЩВ". Термічну обробку після нанесення зносостійкого шару проводили при цій же температурі, на повітря. Результати вимірювання властивостей наведені в таблиці 3.
Таким чином, при використанні запропонованого способу у всіх випадках отримано суттєвий позитивний ефект при роботі інструмента в умовах гідроабразивного зносу в присутності бурштинової кислоти.
ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ
1. Патент Німеччини N 930527, МКІ C 23 C 8/72.
2. В. Н. Бакуль і ін. Основи проектування та технологія виготовлення абразивного і алмазного інструменту. - М .: Машинобудування. С. 230-335.
3. Ю.В. Найдич та ін. Пайка і металізація надтвердих інструментальних матеріалів. Київ. "Наукова думка", 1977. С. 138, 139, 150.
4. Європатент N 0541071, МКИ C 23 C 16/26, 1993 - прототип
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб виготовлення і обробки фасонного інструменту переважно для чистової обробки бурштину, що включає формування на робочих поверхнях корпусу інструменту зносостійкого покриття, що відрізняється тим, що спочатку виконують механічну обробку корпусу і остаточне доведення геометричного профілю робочих поверхонь, потім термічну обробку інструменту, після чого проводять Електроіскрове короткоімпульсних формування зносостійкого покриття легуванням ферробор товщиною 1 - 5 мм з оплавленням матеріалу корпусу і термічну обробку.
2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що корпус інструменту виготовляють з маловуглецевих легованих теплостійких сталей і нержавіючих сталей феритного, мартенситного, аустенітного класів.
3. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що оплавлення при електроіскровому легировании ферробор проводять на глибину 0,5 діаметра ферробор.
4. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що термічну обробку корпусів інструменту перед іскровим легуванням ведуть при швидкості охолодження 0,5 - 5 o C до 500 - 550 o C.
5. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що термічну обробку зміцненого інструменту поєднують з нітрооксідірованіем при 350 - 550 o C.
Версія для друку
Дата публікації 03.01.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.