Особенности изготовления режущих струментов, армируемых вольфрамокобальтовыми твердыми сплавами

Державки резцов изготовляют методом штампования с последующей механической обработкой.

Для армирования применяют пластинки и керны твердого сплава. Пластинки бывают с плоской выпуклой цилиндрической или выпуклой клиновидной передней поверхностью и других форм. Режущие кромки различают прямо и криволинейные. Наиболее прочны пластинки с выпуклой передней поверхностью и округлой формой режущей кромки. Керны применяют круглого и других поперечных сечений диаметром 8 - 12 мм и более. Требуемая высота пластинки твердого сплава (мм)

где Н_о — остаток пластинки твердого сплава в пазу, мм; т₃ — число переточек за время службы инструмента; a₁ — износ пластинки по высоте на одну заточку, мм; h_cp.K — средняя высота контакта резца с породой, мм.

Толщина армировки выбирается из условий прочности на изгиб и на удар. Пластинки минимальной толщины (4 мм) применяют для резцов при сверлении угля ручными горными сверлами, пластинки толщиной 4—5 мм — для буровых резцов по породе, пластинки толщиной 5—8 мм и более — для резцов врубовых машин и комбайнов, пластинки толщиной 8—12 мм — для коронок ударного бурения. Керны диаметром 8—10 мм используют для резцов и буровых коронок, диаметром 12 мм — для буровых коронок, диаметром 12—20 мм — для штыревых шарошек проходческих комбайнов, диаметром 9—16 мм — для резцов типа РКС. Пластинки (керн) должны быть расположены так, чтобы твердый сплав работал на сжатие. Для этого надо знать положение результирующей нагрузки на инструмент, которое у резцов зависит от толщины стружки, крепости породы и степени затупления. При резании крепких пород и включений, а также при динамической нагрузке для увеличения прочности режущих кромок следует: применять отрицательный угол, равный 20—25°, производить притупление (скругление) лезвия; размещать пластинки (керн) в закрытом или полузакрытом пазе.

Виды пазов при армировке. Пазы различают открытые, закрытые и полузакрытые (рис. 2.12).

Рисунок 2.12 Виды пазов: а – открытый; б – закрытый; в – полузакрытый.

Открытый паз (рис. 2.12, а) применяют в резцах выемочных машин и горных сверл. В открытом пазе пластинку припаивают к корпусу инструмента одной широкой плоскостью и одной торцовой. Преимущество такого паза — простая и дешевая технология механической обработки.

Закрытый паз (рис. 2.12,б) применяют главным образом в коронках ударного и вращательно-ударного бурения, а также в резцах типа РКС.

В закрытом пазе пластинку твердого сплава (керн) припаивают всеми сторонами к корпусу инструмента, поэтому обеспечивается высокая прочность пайки. Кроме того, армировка находится в условиях всестороннего сжатия, что благоприятно сказывается на ее прочности. К недостаткам закрытого паза следует отнести возможность появления опасных внутренних напряжений, а также усложнение и удорожание технологии производства.

Полузакрытый (рис. 2.12,в) паз в чистом виде применяется редко. Его разновидность — широко применяемый паз с технологическим «усиком»; последний служит для удержания пластинки твердого сплава при пайке методом погружения.

Способы крепления армировки и виды термообработки. Пластинки твердого сплава (керны) в буровом и режущем инструменте крепятся методом пайки. Но необходимо изыскивать изучать другие эффективные способы крепления армировки. Например, расширяется применение запрессовки армировки в корпусе буровых инструментов (шарошек, коронок для вращательного бурения скважин).

Для снижения внутренних напряжений в пластинках твердого сплава применяют следующие методы: увеличивают толщину корпуса инструмента под пластинкой твердого сплава (отношение толщины стального корпуса под пластинкой к толщине пластинки должно быть равно или более 3); изготавливают корпуса инструмента из стали, способствующей снижению внутренних напряжений; используют низкотемпературные пластичные припои; производят закалку инструмента; применяют релаксационный отпуск; используют компенсационные прокладки.

Первыми тремя методами руководствуются при разработке рабочих чертежей инструмента; остальные три являются технологическими и реализуются при изготовлении.

Из технологических методов снижения внутренних напряжений наиболее эффективным является закалка режущего инструмента после пайки. Многолетний опыт применения закалки на Краснолучском машзаводе показывает, что закалка инструмента с использованием для этого раствора селитры (KNO3—50% и NaN03 — 50%) снижает внутренние напряжения в пластинках твердого сплава до минимальных значений.

Из разновидностей термической обработки торный инструмент подвергают закалке и отпуску.

Закалка стали — процесс термической обработки, обусловливающий получение структур аустенита, мартенсита, троостита. Закалка состоит из нагрева стали до температуры выше или в интервале структурных превращений, выдержки при этой температуре и последующего охлаждения обычно с большой скоростью в водных растворах солей NaOH или NaCl в воде, масле, расплавленных солях или на воздухе. Для инструментов, изготовляемых из стали 35ХГСА, применяют так называемую изотермическую закалку.

Изотермическая закалка— нагрев стали до температуры на 30—50°С выше интервала структурных превращений, выдержка при этой температуре, охлаждение в среде с температурой на 30—100 °С выше начала мартенситного превращения для изотермического превращения аустенита и последующее охлаждение (вне этой среды) с заданной скоростью. Сталь 35ХГСА относится к группе сталей повышенной прокаливаемости. Подвергнутая изотермической закалке при температуре 870°С, охлажденная в смеси калиевой и натриевой селитры при 280—310°С с последующим охлаждением на воздухе она приобретает следующие механические свойства: предел прочности при растяжении 1650 МПа, предел текучести 1300 МПа, ударная вязкость 40 Дж/см². Закалку армированных инструментов производят сразу после пайки, без повторного нагрева. Отпуску армированный инструмент не подвергают.

Отпуск применяют после закалки только неармированных твердым сплавом стальных инструментов. При этом производят: нагрев стали до температуры ниже интервала превращений, выдержку при этой температуре и последующее охлаждение. Цель отпуска — повышение вязких свойств, уменьшение внутренних напряжений и хрупкости.

Технологический процесс пайки и термообработки режущего инструмента на Краснолучском машиностроительном заводе. В настоящее время применяют два метода пайки: ручной (с нагревом ТВЧ в многоместных индукторах) и полуавтоматический (на установке с использованием метода погружения в расплавленный припой).

При ручной пайке выполняют следующие операции. На поверхность паза насыпают флюс. В качестве флюса обычно применяют техническую буру (Na₂B₄О₇), прокаленную, размолотую в (порошок и просеянную через сито. Затем в паз укладывают прокатанную и обезжиренную сетку или пластинку пермаллоя (если применяют компенсационные прокладки), пластинки припоя и твердого сплава. Подготовленное таким образом изделие вводят в индуктор и нагревают до полного расплавления припоя. После этого изделие выводят из индуктора, прижимкой центрируют по державке пластинку твердого сплава и прижимают ее к державке до затвердевания припоя, а боковые поверхности очищают от наплывов буры и припоя. Затем инструмент подстуживают до температуры 850—880°С и производят термообработку. Если инструмент термообработке не подвергается (например, буровые резцы), то режущую часть резца помещают в сухой горячий песок до полного остывания, что предотвращает образование трещин в пластинках твердого сплава.

При пайке методом погружения пластинка твердого сплава предварительно закрепляется на державке опрессовкой технологического «усика» или конденсаторной сваркой. В таком виде резец устанавливают головкой вниз в держателе полуавтоматической установки (их на установке 80 шт.). Установка сообщает инструменту непрерывное перемещение по кругу с заданной скоростью, а на отдельных участках — вверх и вниз. В процессе движения головка резца последовательно проходит сначала через щелевой индуктор, где нагревается до 1070—1100°С, а затем погружается в тигель с расплавленным припоем, покрытым сверху слоем расплавленного флюса.

Выйдя из тигля, резец остывает на воздухе до температуры закалки (880—920 °С), освобождается из держателя и попадает по конвейеру в селитровую ванну. Температура расплавленных солей (KN&3 — 50% и NaN03 —50%) в ванне поддерживается в пределах 240—280 °С. Краснолучский машзавод применяет ступенчатую изотермическую закалку, при которой резцы находятся в ванне 8 - 12 мин, откуда автоматически перегружаются водяную промывочную ванну.

При пайке погружением смачивание паяемых поверхностей припоем происходит без доступа воздуха, заполнение зазоров производится не только в результате капиллярного эффекта, о и под действием гидростатического давления. Установка позволяет легко контролировать и регулировать все параметры процесса пайки. Все это обеспечивает высокое, и стабильное качество паяного соединения.