Изготовление инструментов, оснащенных твердыми сплавами

13.09.2019

Твердый сплав представляет собой материал высокой ценности, требующий экономного применения. Более или менее крупные инструменты, детали машин и приборы изготовляют составными — твердый сплав применяют лишь там, где имеются высокие нагрузки. Так, например, в токарных и строгальных резцах или других режущих инструментах из твердых сплавов используют только пластинки, а для остальной части инструмента применяют сталь. Пластинки, которые большей частью стандартизованы, напаивают на стальные державки. Для обычных токарных и строгальных инструментов в качестве материала державки применяют углеродистую сталь или марганцовистую углеродистую сталь средней прочности. Сталь низкой прочности применять не следует, так как она часто- не выдерживает напряжений и ее применение может привести к поломке твердосплавной пластинки или разрыву спая.

Для державок специальных инструментов, подвергающихся особенно высокой механической и тепловой нагрузке (например, узкие резцы для шпоночных канавок, спиральные сверла, фрезы, зенкеры, развертки и т. д.), необходимо применять углеродистую сталь более высокой прочности или легированную инструментальную сталь. Иногда необходимо также применять специальные методы пайки и обработки.

Вообще для твердосплавных инструментов применяют большие поперечные сечения державок, чем для инструментов из быстрорежущей стали для аналогичных работ. Толщина державки под твердосплавной пластинкой должна быть по меньшей мере втрое больше толщины пластинки. Для определения требуемых размеров существуют номограммы; следует, конечно, учесть также удельное давление резания.

Для хорошей передачи усилий резания на державку через припой пластинка должна к ней плотно прилегать; поверхности напайки должны быть свободны от загрязнений, масла или окалины. В катаных или кованых державках площадки для посадки пластинки под желательным передним углом и углом наклона фрезеруют или строгают. Опорную поверхность целесообразно сделать немного больше, с тем чтобы она выступала за нижние кромки пластинки на несколько десятых долей миллиметра (рис. 231). Этим достигается под главной и вспомогательной режущей кромкой вполне плотный шов напайки до самого края.
Изготовление инструментов, оснащенных твердыми сплавами

У широких инструментов с державкой малой толщины целесообразно сделать ее толще, чтобы избежать образования трещин в пластинке из-за коробления державки. После напаивания излишний материал державки удаляют фрезерованием или шлифованием.

Опорные поверхности пластинки шлифуют на карборундовом круге. Для этой операции целесообразно применять более или менее крупнозернистый круг, так как припой лучше пристает к шероховатой поверхности.

В случае надобности с поверхности напайки четыреххлористым углеродом или трихлорэтиленом удаляют жиры.

Обычные твердосплавные инструменты лучше всего напаивать электролитной медью (температура плавления около 1100°) в виде маленьких пластиночек или кусков проволоки. При напаивании небольших инструментов, работающих при не слишком высоких температурах, можно применять более легкоплавкие припои, например серебряный или латунный. Для предохранения стальных державок от неблагоприятного влияния высоких температур в последнее время применяют серебряные припои также и для напаивания режущих инструментов, инструментов для ударного бурения и др. В качестве флюса и для защиты от окисления при напайке медью применяют обезвоженную порошкообразную буру. Для напайки серебром применяют более низкоплавкие флюсы. В табл. 157 приведены свойства обычно применяемых твердых и мягких припоев для напайки твердосплавных инструментов.

Медные припои следует применять в тех случаях, когда режущий инструмент нагревается до высоких температур. При обработке резанием сильно нагретых изделий с успехом применяют даже медноникелевые припои с более высокими температурами плавления. Серебряные припои дают более прочные соединения, но могут применяться только в том случае, если инструмент не претерпевает очень высокого нагрева. Соединения, полученные с помощью мягкого припоя, не должны подвергаться тепловой нагрузке; возможность трещин в твердом сплаве вследствие напряжений от напайки здесь исключена.

При нанайке вследствие диффузии происходят реакции обмена как между припоем и материалом державки, так и между припоем и твердым сплавом. Это вызывает изменение свойств припоя и поверхности пластинки твердого сплава, что может быть доказано измерениями микротвердости. В результате дисперсионного твердения прочность спая может превысить прочность, свойственную припою. Для предупреждения часто возникающих при этом трещин процесс напайки следует проводить быстро; идеальным решением вопроса является применение высокочастотной напайки.

При напайке более или менее крупных пластинок и пластинок сложной конфигурации, равным образом при напайке твердых сплавов с более высоким содержанием карбида титана рекомендуется применять прокладки между пластинкой и гнездом (фольговая или многослойная напайка). Для этой цели пригодны оцинкованные или луженые железные проволочные сетки с мелкими ячейками или фольга из специальной стали, содержащие уже немного припоя. Последние особенно часто применяют при шлицевых напайках, когда пластинка напаивается на обеих больших опорных поверхностях. Перед напайкой пластинка с фольгой должна быть плотно пригнана к шлицу. Если напаивают длинные и тонкие пластинки (например, направляющие планки), то их следует перед напайкой покрыть медью, после чего можно паять оловом. В трудных случаях напайки применяют пластинки со спеченным никелевым электролитическим покрытием.

Напайки проводят в газовых или электрических муфельных печах; в последнее время все чаще применяют высокочастотный нагрев. Большие партии не слишком крупных инструментов можно экономно паять в конвейерной печи; инструменты с поперечными сечениями стержня 25х25 мм — с помощью электроаппаратов для напайки методом сопротивления, инструменты с весьма малыми поперечными сечениями стержня — с помощью горелки для газовой сварки или даже в кузнечном горне. При напайке с помощью горелки для газовой сварки необходимо избегать окисления твердосплавной пластинки. По этой причине применяют большие горелки и проводят нагрев со стороны державки.

При напайке в кузнечном горне устраивают с помощью железной трубы, железного листа или шамотных кирпичей подобие топочной камеры, чтобы избежать непосредственного воздействия пламени на твердосплавную пластинку. Во всех случаях паять следует в восстановительной атмосфере, т. е. при газовой топке — с избытком газа, в электропечи — с применением защитной газовой среды (водород, продукты диссоциации аммиака и т. п.).

Процесс напайки зависит от применяемого паяльного устройства, формы инструмента и величины партии подлежащих напайке инструментов. Чаще всего применяют следующий способ напайки твердосплавного режущего инструмента. Готовую к напайке пластинку укладывают в гнездо стержня и привязывают к нему железной или стальной проволокой, чтобы предотвратить возможность соскальзывания (рис. 231). Если достаточно крупные пластинки укладывают в почти горизонтальном положении или форма гнезда для пластинки такова, что соскальзывание невозможно, то от связывания пластинки со стержнем можно отказаться. После этого накладывают припой, посыпают буру и помещают инструмент в печь. Целесообразно во время напайки одного инструмента подогревать следующий в форкамере печи. После подогрева, а также во время дальнейшего нагрева буру еще раз наносят на пластинку тонкой ложкообразной кованой штангой. Инструмент оставляют в печи до тех пор, пока не расплавится припой. После того как припой растечется no спаям, инструмент вынимают из печи и пластинку слегка прижимают к стержню прутком (слишком широкая поверхность соприкосновения вызвала бы внезапное местное охлаждение и опасность образования трещин). После затвердевания припоя удаляют шлак и окалину проволочной щеткой. Затем дают инструменту медленно остыть в золе, древесноугольной пыли, электродном угле или на спокойном воздухе. Резкое охлаждение инструмента недопустимо, так как это может вызвать трещины в пластинке.

Вполне целесообразен способ высокочастотной нанайки. Инструмент готовят обычным образом и затем подвергают местному нагреву (т. е. нагревают только требуемое место) введением в катушку высокой частоты (рис. 232). Этот метод напайки имеет большие преимущества при применении стержней из материалов (например, сталь высокой прочности), которые нежелательно нагревать. В настоящее время этим способом изготовляют крупные серии врубовых долот, ударных буров и т. д.

Так как недостатки в напайке могут оказать весьма неблагоприятное влияние на поведение инструмента в эксплуатации (образование трещин, выламывание), то испытание прочности спая твердого сплава со стержнем без разрушения испытуемых материалов имеет большое значение.

Давно известны попытки заменить напайку твердосплавных пластинок их механическим креплением. С применением простых твердосплавных вставок треугольной, квадратной, прямоугольной и круглой формы, часто изготовляемых мудштучным прессованием, довольно широкое применение нашла форма крепления, показанная на рис. 233. Как видно из рис. 234, многие типы инструментов с напаянными пластинками могут быть заменены инструментами с механическим креплением твердосплавных резцов; на этой основе могут быть сконструированы также специальные инструменты (рис. 235).

Для облегчения складского хозяйства готовые инструменты разных марок различают по цвету. Эти цвета лишь отчасти стандартизованы. Гиршфельд считает стандартизацию цветовых обозначений твердосплавных инструментов произвольной и не приспособленной к требованиям цехов. Он предлагает только два цвета (красный и синий) для различия двух главных групп твердых сплавов: а) для обработки материалов, дающих «сыпучую» стружку (чугун, цветные металлы, неметаллические материалы), и б) для обработки материалов, дающих сливную стружку (сталь). В пределах этих групп отдельные марки могут различаться оттенками того же цвета. Гиршфельд предлагает также простое обозначение углов резания полосками на стержне. Что касается универсальных сортов, служащих для обработки как чугуна, так и стали, то они должны быть обозначены третьим цветом.

Поврежденные пластинки твердого сплава удаляют со стержня, нагревая его до температуры напайки, после чего пластинку можно легко освободить. Если нагрев невозможен, то головку инструмента погружают в азотную кислоту (1,4) примерно на 1 час при 60°, после чего пластинки легко отделяются.



Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна