close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY16844

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2013.02.28
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 16844
(13) C1
(19)
B 23B 27/16 (2006.01)
C 22C 29/16 (2006.01)
ДВУХСЛОЙНАЯ РЕЖУЩАЯ ПЛАСТИНА
(21) Номер заявки: a 20101753
(22) 2010.12.03
(43) 2012.08.30
(71) Заявитель: Государственное научнопроизводственное объединение "Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси
по материаловедению" (BY)
(72) Авторы: Ракицкая Людмила Иосифовна; Аниченко Николай Георгиевич; Игнатенко Олег Владимирович
(BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научно-производственное объединение
"Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по
материаловедению" (BY)
(56) DE 2232227, 1973.
FR 2143954, 1973.
SU 1418998 A1, 1994.
RU 2185930 C1, 2002.
RU 2083714 C1, 1997.
SU 1235963 A1, 1986.
BY 16844 C1 2013.02.28
(57)
Двухслойная режущая пластина, содержащая сверхтвердый слой из кубического нитрида бора и спеченный с ним слой подложки из металла или твердого сплава, отличающаяся тем, что отношение толщины сверхтвердого слоя к толщине слоя подложки
находится в пределах от 5 до 20, причем толщина слоя подложки составляет не менее
0,03-0,05 мм.
Изобретение относится к области производства режущего инструмента для обработки
закаленных сталей, пластмасс, керамики и других труднообрабатываемых материалов.
Известна режущая пластина, состоящая из двух слоев: режущего слоя из кубического
нитрида бора и слоя подложки из твердого сплава [1].
Недостатком данной режущей пластины является частое отделение слоя подложки от
слоя кубического нитрида бора, происходящее как при пайке, так и при эксплуатации
вследствие существенного различия коэффициентов термического расширения слоев.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является режущая пластина, состоящая из слоя спеченного порошка кубического нитрида бора либо
из слоя спеченной смеси порошков кубического нитрида бора и алмаза, связанных между
собой при помощи сплавов алюминия с кобальтом, хромом, марганцем, железом или ванадием и образующего режущий слой, толщиной в пределах 0,05-1,5 мм скрепленного с
металлической массой, служащей подложкой, состоящей из твердого спеченного металла,
толщиной в пределах 1,27-3,2 мм. Спекание режущей пластины ведут в условиях одновременного воздействия на слои температуры 1300-1600 °С, давления 4,0-6,0 ГПа в течение 3-60 мин [2].
Недостатком данной режущей пластины является то, что при толщинах слоя подложки 1,27-3 мм, состоящей из спеченного твердого металла, и толщинах слоя сверхтвердого
материала 0,05-1,5 мм нагревание пластины, которое происходит в процессе резания либо
BY 16844 C1 2013.02.28
при пайке ее к державке, приводит к возникновению сильных напряжений в месте соединения слоев, связанных со значительной разницей коэффициентов термического расширения слоев. Напряжения, возникающие в режущей пластине, приводят к образованию
микротрещин в слое сверхтвердого материала, если этот слой тонок (0,05-0,3 мм) по отношению к слою подложки (1,27-3 мм), либо к раскалыванию пластины, или расслаиванию
слоев, если толщины слоев сравнимы. Кроме того, в процессе спекания двух разнородных
материалов на границе их контакта также возникают напряжения, которые приводят к
раскалыванию пластины при извлечении ее из камеры высокого давления.
Задачей настоящего изобретения является повышение эксплуатационных свойств
двухслойной режущей пластины за счет устранения причин, приводящих к образованию
микротрещин, расслаиванию и раскалыванию, возникающих при нагревании либо в процессе синтеза.
Поставленная задача решается тем, что в двухслойной режущей пластине, содержащей сверхтвердый слой из кубического нитрида бора и спеченный с ним слой подложки
из металла или твердого сплава, отношение толщины сверхтвердого слоя к толщине слоя
подложки находится в пределах от 5 до 20, причем толщина слоя подложки составляет не
менее 0,03-0,05 мм.
Новым, по мнению авторов, является то, что отношение толщины сверхтвердого слоя
к толщине слоя подложки находится в пределах от 5 до 20, причем толщина слоя подложки составляет не менее 0,03-0,05 мм.
Сущность изобретения заключается в том, что благодаря уменьшению толщины подложки по отношению к толщине режущего сверхтвердого слоя удается снизить напряжения, возникающие при нагреве либо в процессе синтеза в месте соединения слоев.
Рассматривая двухслойную режущую пластину как пластину из скрепленных разнородных материалов, провели расчеты напряжений, возникающих в ней при нагревании.
Максимальные силы напряжения, возникающие при нагреве в месте соединения двух слоев из разнородных материалов, выражаются формулой:
G = D1E1(α1–α2)∆t,
3
2 2
c k (3 − c1k1 ) + (1 + c1k1 )
E
h
где D1 = 1 1
, c1 = 1 , k1 = 1 ,
2
2 2
4c1k1 (1 + k1 ) + (1 − c1k1 )
E2
h2
αl и α2 - коэффициенты линейного расширения слоя сверхтвердого материала и слоя подложки соответственно, E1 и Е2 - их модули упругости, h1 и h2 - их толщины.
Для известной режущей пластины значение k1 лежит в пределах от 1,2 до 0,1. Если
слой сверхтвердого материала выполнен из кубического нитрида бора (BNk), а подложка из карбида вольфрама (WC), силы напряжения, возникающие при нагревании до температуры t = 900 °С, будут: G = 68 кг/мм2 для k1 = 1,2 и G = 122,5 кг/мм2 для k1 = 0,1.
В случае режущей пластины, изготовленной в соответствии с предлагаемой конструкцией,
значение k1 находится в пределах от 5 до 20, и соответственно, силы напряжения, возникающие в месте соединения двух слоев при нагревании до t = 900 °С будут: G = 43 кг/мм2 для
k1 = 5, G = 21,8 кг/мм2 для kl = 20, G = 38,2 кг/мм2 для kl = 10, G = 28,3 кг/мм2 для k1 = 15,
что ниже предела прочности кубического нитрида бора на изгиб. Как следует из приведенных расчетов, предлагаемая конструкция позволяет снизить напряжения, возникающие в
двухслойной режущей пластине при ее нагревании от 1,6 раза до 3 раз по сравнению с
наиболее оптимальным отношением толщины слоя сверхтвердого материала и слоя подложки (h1 = 1,5 мм, h2 = 1,2 мм, k1 = 1,2), приведенных для известной режущей пластины.
Для выяснения вопроса о наличии и характере внутренних напряжений, возникающих
на границе между слоями сверхтвердого материала и подложки в процессе спекания, было
проведено рентгенографическое исследование ряда образцов с различным соотношением
толщины подложки к толщине сверхтвердого материала. Учитывая то, что наибольшей
чувствительностью к напряжениям обладают дифракционные линии, расположенные на
2
BY 16844 C1 2013.02.28
больших углах рассеивания, изучалась линия (331) CuKα (2Θ = 136°30) и линия карбида
вольфрама, расположенная в интервале углов 2Θ = 150-159°.
Дифрактограммы указанных линий, полученные соответственно от образцов с соотношеBN k
BN k
= 3 :1 и
= 1 : 1 , показали, что ширина дифракционных линии для рассматриванием
WC
WC
емых образцов неодинакова. По мере увеличения толщины подложки ширина дифракционных
линий обеих фаз (BNk и WC) возрастает, свидетельствуя тем самым о росте внутренних
напряжений в образце. Таким образом, полученные результаты позволяют заключить, что
проведение синтеза BNk на подложках значительной толщины сопровождается образованием напряжений (по типу термических) в образцах, приводящих к раскалыванию или
расслоению по границе раздела фаз.
Ниже приведены примеры изготовления двухслойной режущей пластины.
Пример 1.
Из гексагонального нитрида бора прессуют заготовку режущего слоя диаметром 6 мм и
толщиной 2 мм. Затем в нагреватель, спрессованный из графита, насыпают порошок материала подложки из расчета, чтобы после спекания его толщина составляла 0,1 мм. Сверху
располагают заготовку, насыпают графит и спрессовывают. Полученный блок помещают
в контейнер. Контейнер устанавливается в аппарате высокого давления и подвергается
воздействию давления 7,0 ГПа и температуры 2000 °С в течение 15 с. Полученная двухслойная режущая пластина содержит сверхтвердый слой из кубического нитрида бора,
образовавшегося в результате фазового превращения гексагонального нитрида бора в кубическую модификацию, и имеет толщину 1,3 мм. Толщина режущего слоя составляла 1,2 мм,
а толщина подложки 0,1 мм.
Пример 2.
На заготовку, спрессованную из гексагонального нитрида бора диаметром 6 мм и толщиной 2 мм, методом электронного распыления в вакууме наносилась пленка вольфрама
толщиной 0,05 мм. Затем заготовку помещали в графитовый нагреватель, размещенный в
контейнере. Контейнер устанавливался в аппарат высокого давления и температуры. После воздействия на заготовку давления 7,0 ГПа и температуры 2000 °С в течение 15 с была
получена двухслойная режущая пластина толщиной 1,2 мм.
Ниже в таблице приведены результаты сравнительных испытаний резцов, изготовленных из известных и предлагаемых двухслойных режущих пластин.
Износостойкость определялась при точении закаленной стали ШХ-15 (HRC 62-64) по
износу задней кромки до достижения значений износа 0,4 мм.
Аномально большой износ в первом случае, приведенном в таблице, вызван тем, что
слой сверхтвердого материала (СТМ) содержит много микротрещин и износ осуществляется за счет выкрашивания отдельных частиц сверхтвердого материала в процессе резания.
Состав
пластины
Характеристика пластины
Показатели качества
Колраскол
раскол
во
толщиили распод- испыh 1 на слоя толщина при слаива№ СТМ лож- таний k 1 =
подложки синтеСТМ
ние при
h
2
ка
h , (ММ)
зе
h1, (мм) 2
пайке
(шт.)
(шт.)
Известное
Предлагаемое
1
2
3
4
5
6
BNk
BNk
BNk
BNk
BNk
BNk
WC
WC
WC
WC
WC
WC
20
20
20
20
20
20
0,04
0,16
1,25
20
15
5
0,05
0,5
1,5
1,0
1,5
1,5
1,2
3,2
1,2
0,05
0,1
0,3
3
0
1
2
1
1
0
0
3
3
0
0
1
раскол
или рас- Износослаивание стойпри экс- кость
плуатации (мин)
(шт.)
3
2
1
0
0
0
30
60
60
65
65
60
BY 16844 C1 2013.02.28
Как видно из таблицы брак в случае получения и эксплуатации известных пластин составляет 20-30 %, в то время, как в случае использования предлагаемых пластин брак составляет 5 %. Таким образом, использование предложенных двухслойных режущих
пластин позволяет значительно удешевить изделия за счет выхода годных пластин и также за счет увеличения эксплуатационных качеств. Кроме того, использование тонкой подложки снижает расход дефицитного материала (карбида вольфрама), так, в среднем на
1000 двухслойных режущих пластин расходуется всего 70 г порошка карбида вольфрама,
в то время как в известном изделии на 1000 пластин расходуется от 1 до 1,5 кг.
Источники информации:
1. Патент Франции 2143954, МПК B 23B 27/16.
2. Патент ФРГ 2232227, МПК C 04B 39/46, 1972.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
91 Кб
Теги
by16844, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа