Способ обработки резанием труднообрабатываемых сталей и сплавов

 

Изобретение относится к обработки резанием труднообрабатываемых сталей и сплавов, в частности предназначено для сверления отверстий. Сущность изобретения: деталь обрабатывают с использованием легкоплавкого поверхностноактивного сплава, который перед дозированным вводом в зону резания расплавляют в нагревательном устройстве. Содержание элементов в поверхностноактивном сплаве составляет в мас.%: цинк 5 - 15; олово 85 - 95; висмут 0,01 - 0,5. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к обработке резанием труднообрабатываемых сталей и сплавов.

Появление конструкционных материалов, в т.ч. оборонного назначения, по своим физико-химическим свойствам приближающихся к инструментальным сталям, требует применения новых средств воздействия на материал объекта с целью улучшения его обрабатываемости.

Известны способы обработки материалов резанием, включающие с целью интенсификации процесса подачу в зону резания легкоплавких поверхностноактивных сплавов (ПАС) и расплавление их в зоне резания внешним источником тепла.

Указанные способы обладают следующими недостатками: в зону резания помещается легкоплавкий ПАС, который нагревают внешним источником тепла вместе с обрабатываемой деталью до его расплавления, или опускают обрабатываемую деталь в ванну с расплавом; термическое воздействие на обрабатываемую деталь может повлечь нежелательное ухудшение ее прочностных характеристик и растекание ПАС по поверхности.

В качестве ПАС для сверления труднообрабатываемых сталей и сплавов предлагается легкоплавкий сплав, содержащий, мас. цинк (Zn), олово (Sn) 85-95 с T_пл. 198^oC.

Целью изобретения является совершенствование подачи ПАС в зону резания и состава ПАС для исключения термовоздействия и охрупчивающего влияния ПАС на деталь при ее эксплуатации в условиях ударно-волновых нагрузок.

Указанная цель достигается тем, что предлагается способ обработки резанием труднообрабатываемых сталей и сплавов, заключающийся в том, что деталь обрабатывается с использованием легкоплавкого поверхностно-активного сплава, который дозированно вводят в зону резания, отличающийся тем, что перед введением в зону резания ПАС нагревают до расплавления в нагревательном устройстве и в состав ПАС, содержащего цинк и олово, дополнительно вводят висмут при следующем содержании компонентов, мас. цинк 5-15; олово 85-95; висмут 0,01-0,5. С целью сохранения прочностных характеристик обрабатываемую деталь не подвергают нагреву, а ПАС нагревают в нагревательном устройстве. Третий компонент добавляют в ПАС с целью исключения охрупчивающего влияния ПАС на деталь при ее эксплуатации ударно-волновых нагрузок.

Расплав ПАС значительно облегчает процесс резания. Принцип работы предлагаемого способа основан в основном на двух взаимодополняющих факторах: ослабление адгезионных связей инструментального и обрабатываемого материала, в результате чего уменьшается сила трения; охрупчивание обрабатываемого материала в результате проявления эффекта адсорбционного понижения прочности твердых тел под действием поверхностно-активных жидких сред.

В условиях резания последний эффект проявляется в том, что металл в процессе деформирования исчерпывает свои пластические свойства при значительно меньшей степени деформирования, и стружка приобретает элементный характер при сравнительно малых толщинах среза. Энергетические затраты при резании уменьшаются. Износостойкость режущего инструмента увеличивается в случае использования ПАС в 2-4 раза.

На фиг. 1 показано нагревательное устройство; на фиг. 2 сборка для сверления труднообрабатываемых сталей и сплавов с использованием ПАС; на фиг. 3 микроструктура образцов после действия ударно-волновых нагрузок при использовании в качестве ПАС Sn + Zn (a) и Sn + Zn + Bi (б).

Нагревательное устройство используется для расплавления ПАС и подачи его в зону сверления для обеспечения процесса сверления труднообрабатываемых сталей и сплавов с твердостью HRC выше 50 ед. сверлами из быстрорежущей стали и сверлами с карбидовольфрамовыми вставками.

Один из вариантов нагревательного устройства, обеспечивающего максимальный нагрев до 300^oC, изображен на фиг. 1.

Диаметр сверления определяется типом сверлильного станка и нагревательного устройства. Требующую массу ПАС рассчитывают с учетом его расхода на сверление одного отверстия, например для сверления отверстия диаметром 5-15 мм и глубиной 3-20 мм требуется от 5 до 10 г ПАС.

Перед началом сверления нагревательное устройство устанавливается на образец. В нагревательное устройство помещается ПАС. Нагрев ПАС производится до 200-210^oC в течение 2-6 мин. Общая схема сборки изображена на фиг. 2, где 1 сверло; 2 расплав (ПАС); 3 нагреватель; 4 прокладка; 5 сталь.

Токсичность использующихся ПАС в условиях предлагаемого техпроцесса отсутствует.

Использование ПАС в процессе обработки труднообрабатываемых сталей и сплавов позволяет производить сверление сверлами не только с карбидовольфрамовыми вставками, но и сверлами из быстрорежущей стали.

Стружка при использовании ПАС становится более дисперсной. Отработанный ПАС, смешанный со стружкой, далее подвергают вторпереработке с целью повторного использования.

Исследованы геометрические параметры отверстий. Установлено, что в случае работы с ПАС шероховатость и микротвердость поверхности мало отличается от этих величин при работе всухую или с эмульсией.

Микроструктурные и микрорентгеноспектральные исследования приповерхностных слоев металла после обработки с использованием ПАС не обнаружили в них каких-либо структурных изменений при эксплуатации в статических условиях.

Однако при эксплуатации в условиях ударно-волнового нагружения нагрузки на деталь увеличиваются, возрастает и вероятность охрупчивающего влияния ПАС.

Для того, чтобы полностью исключить возможность проявления охрупчивающего влияния следов ПАС на деталь при ее эксплуатации в условиях ударно-волновых нагрузок, в состав ПАС на основе Zn и Sn вводят спецдобавки, например малые количества висмута от 0,01 до 0,5 мас.

Висмут образует гомогенную смесь с элементами ПАС, связывает их и нивелирует тем самым возможность охрупчивающего действия ПАС на деталь при повышенных нагрузках.

На фиг. 3 изображены приповерхностные слои отверстий в деталях, обработанных с применением ПАС на основе Zn-Sn (a) и ПАС на основе Zn Sn Bi (б) после динамических нагрузок.

Сравнение микроструктуры приповерхностных слоев отверстий в деталях, подвергшихся ударно-волновым нагрузкам, показывает, что наименее дефектной является микроструктурная картина в случае использования ПАС на основе Zn Sn Bi.

Таким образом, предлагаемый способ сверления труднообрабатываемых сталей и сплавов, в т.ч. HRC выше 50 ед. обеспечивает возможность мехобработки с использованием ПАС.

В процессе сверления используется нагревательное устройство, обеспечивающее подвод ПАС в зону резания и исключающее термовлияние на обрабатываемую деталь.

Применение ПАС на основе Zn Sn Bi обеспечивает высокое качество поверхностного слоя отверстий и отсутствие охрупчивающего влияния ПАС на деталь при ее эксплуатации в условиях ударно-волновых нагрузок.

Формула изобретения

1. Способ обработки резанием труднообрабатываемых сталей и сплавов, заключающийся в том, что деталь обрабатывают с использованием легкоплавкого поверхностно-активного сплава, который дозированно вводят в зону резания, отличающийся тем, что перед введением в зону резания поверхностно-активный сплав расплавляют в нагревательном устройстве.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в состав поверхностно-активного сплава, содержащего цинк и олово, дополнительно вводят висмут при следующем содержании компонентов, мас.

Цинк 5 15 Олово 85 95 Висмут 0,01 0,5

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3