Режущая пластина

Полезная модель относится к обработке резанием в машиностроении, в частности, к металлорежущему инструменту.

Предложена режущая пластина, содержащая основу из твердого спеченного сплава с износостойким слоем из наноструктурного карбида вольфрама. Технический результат-повышение износостойкости пластин при тяжелых режимах резания. 1 с.п. ф-лы, 1 илл.

Полезная модель относится к обработке резанием в машиностроении, в частности, к металлорежущему инструменту, который содержит режущую пластину.

Известны различные марки твердого сплава для изготовления режущих пластин (см. Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. - М.: Металлургия, 1976-528 с.).

Технология изготовления пластин состоит в следующем. Смесь порошков из карбидов вольфрама, либо карбидов вольфрама и карбидов титана размером 0,53 мкм с кобальтом по массе от 6% до 15% подвергают прессованию в виде режущих пластин различной формы (треугольной, пятигранной, шестигранной, ромбической), а затем спекают в печи в среде водорода, либо вакуумной печи при температуре 13501480⁰ С.После спекания пластины подвергают алмазной обработке.

Недостатком такого вида режущих пластин является их низкая износостойкость при высоких скоростях резания.

Известна пластина твердосплавная с неоднородным фазовым составом (см. патент РФ на полезную модель 4497, В23В 27/00, опубл. 16.07.1997).

Пластина твердосплавная с неоднородным фазовым составом для механического закрепления, состоящая из трехфазного сплава или состава, %:

карбид титана - 2-5

карбид вольфрама - 70-88

карбид тантала и ниобия - 0-6

кобальт-5-10,

на поверхности пластины образован двухфазный слой карбида вольфрама-кобальта толщиной 5-40 мкм, кристаллы карбида и вольфрама в котором располагаются базисной гранью параллельно поверхности.

Однако в процессе резания кобальт быстро изнашивается, зерна карбидов обнажаются и выкрашиваются из-за трения с обрабатываемым материалом, что приводит к быстрому износу режущих кромок и снижает износостойкость режущих пластин, особенно при прерывистом резании закаленных сталей и чугунов, а так же при точении титановых сплавов. Кроме того, трудно добиться параллельного расположения базисных граней кристаллов карбида вольфрама.

В качестве прототипа принята слоистая режущая пластина (Лавриненко В.И., Ващенко А.И., Лежук И.В., Златко А.А., Беляев А.В. Исследование структуры и обрабатываемости слоистой режущей керамики // Сверхтвердые материалы, 1987, 4, с.57-61), где верхний слой 23 мм выполнен из смеси карбидов титана и окиси алюминия, нижняя часть 24 мм из твердого сплава, содержащего карбид вольфрама и связующую фазу кобальт от 10 до 20% по массе. Слоистые пластины четырех либо трехгранной формы прессуют и подвергают спеканию в вакуумной печи при температуре 13501480°С. После спекания пластина подвергается алмазной обработке.

Данная режущая пластина характеризуется высокой износостойкостью при обработке закаленных сталей, либо серых и ковких чугунов при высоких скоростях резания. Однако такие режущие пластины показывают низкую работоспособность, т.е. износостойкость при прерывистом резании закаленных сталей и чугунов, а также при точении титановых сплавов и ряда других материалов из-за хрупкого выкрашивания, что вызывает быстрый износ режущих кромок.

Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.

Решаемая задача - совершенствование слоистых режущих пластин для обработки резанием широкого круга материалов.

Технический результат - повышение износостойкости режущих пластин при тяжелых режимах резания.

Этот технический результат достигается тем, что в режущей пластине, содержащей основу из твердого спеченного сплава, и нанесенный на нее износостойкий слой, износостойкий слой выполнен из наноструктурных частиц карбида вольфрама.

Мелкозернистый верхний слой из наноструктурных частиц карбида вольфрама обладает высокой микротвердостью и пластичностью по сравнению с обычными спеченными твердыми сплавами, микротвердость которых соизмерима с твердостью керамики, однако при этом сохраняется и высокая пластичность. Это позволяет проводить обработку широкого круга обрабатываемых материалов (закаленных сталей, титановых сплавов и т.д.) при высоких скоростях резания как при непрерывном, так и прерывистом резании.

Предлагаемая режущая пластина приведена на чертеже. Она содержит основу 1 из спеченного твердого сплава (2 мм), включающего карбид вольфрама или карбид титана и кобальт и нанесенное на нее покрытие 2 из наноструктурных частиц карбида вольфрама (2 мм) с размером зерен 20-50 нанометров.

Режущие пластины изготавливают из порошков карбида вольфрама, либо карбидов вольфрама и карбидов титана размером 0,5-3 мкм с кобальтом по массе 6-12%, с слоем вверху из наноструктурных частиц карбида вольфрама совместным прессованием в виде режущих пластин различной формы (треугольной, пятигранной, шестигранной, ромбической). Спекают в печи в среде водорода, либо в вакуумной печи при температуре 1350-1489°С и подвергают алмазной обработке.

Пример реализации режущей пластины.

Осуществляли прерывистое точение закаленной стали 45 HRC35-45 при скоростях резания V=80120 м/мин, глубине резания t=2 мм и подаче - S=0,2 мм/об. Одновременно проводили резание закаленной стали 45 и слоистой пластиной, выполненной по прототипу, т.е. слоистой пластиной, состоящей из верхнего слоя толщиной h=2 мм и пластины из твердого сплава ВК8 (92% WC и 8% Со). Результаты стойкостных испытаний в минутах в таблице. При этом пластины подвергали износу по заданной поверхности h₃=0,4 мм режущей кромки четырехгранной пластины размером 4,7х4,7 мм и толщиной 4 мм.

По результатам испытаний режущих пластин, приведенных в таблице, видно, что предлагаемая режущая пластина, содержащая в верхнем слое нано частицы карбидов вольфрама, позволяет повысить износостойкость в 3 раза по сравнению с известной режущей пластиной (прототипом). Аналогичные результаты получены и при точении титанового сплава ВТ20.

Преимущество предлагаемой режущей пластины, состоящей из верхнего слоя из карбидов вольфрама с размером зерен 2050 нанометров, обусловлена хорошим сочетанием его микротвердости и пластичности. Поэтому ее режущие кромки лучше сопротивляются как хрупкому выкрашиванию, так и износу.

Режущая пластина, содержащая основу из твердого спеченного сплава и нанесенный на нее износостойкий слой из карбида вольфрама, отличающаяся тем, что износостойкий слой выполнен из наноструктурного карбида вольфрама с размером зерен 20-50 нм.