RU2105637C1

RU2105637C1 - Method for manufacture of bimetallic cutting tools

Info

Publication number: RU2105637C1
Application number: RU95113559A
Authority: RU
Inventors: Ю.П. Савинов; В.Н. Гречко; Н.М. Чернов; А.И. Игнатов
Original assignee: Новосибирский научно-исследовательский институт авиационной технологии и организации производства
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 1998-02-27

Abstract

FIELD: methods for manufacture of cutting tools, in particular, hard-alloy ones by casting. SUBSTANCE: method includes cleaning of hard-alloy insert from oxides, installation of insert sand mold and formation of pile from them, heating of pile and filling with melt, cooling and removal of casting. Pipe is assembled in container and heated up to 450-500 C. Then container with pile is installed in shielding casing. Filling and crystallization are carried out at pressure of 0.3-0.5 MPa and at temperature of beginning of crystallization. Pressure is maintained up to the end of crystallization. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к изготовлению режущих инструментов, в частности к изготовлению составного твердосплавного инструмента методом литья. The invention relates to the manufacture of cutting tools, in particular to the manufacture of a composite carbide tool by casting.

Известен способ изготовления составного инструмента (а.с. N 1089951 кл. B 22 D 19/06), описанный в а.с. N 565775. Способ включает установку твердосплавной пластинки в земляную форму, имеющую полость, соответствующую конфигурации державки и заливки указанной полости жидким металлом. A known method of manufacturing a composite tool (and.with. N 1089951 C. B 22 D 19/06), described in as N 565775. The method includes installing a carbide plate in an earthen form having a cavity corresponding to the configuration of the holder and pouring said cavity with molten metal.

Такая технология позволяет обеспечить сравнительно высокую производительность, однако, наряду с преимуществами, ей присущ весьма существенный недостаток, обусловленный явлением так называемого "теплового удара". Имеющие высокую температуру (1400-1600^oC) расплавы чугуна или стали при заливке холодной пластины вызывают ее растрескивание, особенно характерное для пластинок из металлокерамического материала, что резко снижает прочность и долговечность инструмента.This technology allows for a relatively high performance, however, along with the advantages, it has a very significant drawback due to the phenomenon of the so-called "heat stroke". Having a high temperature (1400-1600 ^o C) melts of cast iron or steel when pouring a cold plate cause it to crack, especially characteristic for plates made of cermet material, which dramatically reduces the strength and durability of the tool.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является способ изготовления биметаллического режущего инструмента, описанный в примере 1 по а.с. N 565775 кл. B 22 D 19/06. Способ включает очистку поверхности режущей пластинки от окислов, нанесение на них слоя защитного покрытия и припоя, установку пластинки в земляную форму, состыковку песчаных форм в стопку, нагрев стопки земляных форм с пластинами в восстановительной среде при температуре 800-1100^oC с одновременной продувкой песчаной формы продуктами диссоциации аммиака, заливку песчаных форм расплавом, охлаждение и извлечение отливки.Closest to the technical nature of the alleged invention is a method of manufacturing a bimetallic cutting tool described in example 1 by.with. N 565775 C. B 22 D 19/06. The method includes cleaning the surface of the cutting insert from oxides, applying a layer of protective coating and solder to them, installing the insert in earthen form, joining sand forms into a stack, heating a stack of earth forms with plates in a reducing medium at a temperature of 800-1100 ^o C while blowing sand forms by products of dissociation of ammonia, melt filling of sand forms, cooling and casting extraction.

Недостатком способа является низкое качество отливок из-за возможного поверхностного окисления твердосплавной пластинки, так как температура прокалки форм значительно превышает температуру плавления цианистой меди. Кроме того, большая разница в коэффициентах линейного расширения приводит к возникновению внутренних напряжений между твердым сплавом, припоем и державкой. The disadvantage of this method is the low quality of castings due to the possible surface oxidation of the carbide plate, since the temperature of calcination of the molds significantly exceeds the melting temperature of copper cyanide. In addition, a large difference in linear expansion coefficients leads to internal stresses between the hard alloy, solder and toolholder.

Недостатком способа является также возможное окисление пластинки в период между извлечением ее из печи после нагрева и заливкой расплавом, так как защитной среды уже нет, а температура пластинки достаточно высокая. The disadvantage of this method is the possible oxidation of the plate in the period between removing it from the furnace after heating and pouring with the melt, since there is no longer a protective medium, and the temperature of the plate is quite high.

Кроме того, указанный способ имеет высокую трудоемкость, связанную с применением восстановительной среды с целью защиты твердосплавной пластинки от окисления. In addition, this method has a high complexity associated with the use of a reducing medium in order to protect carbide plates from oxidation.

Недостатком способа является также токсичность процесса покрытия цианистой медью и связанное с ним требование тщательного соблюдения безопасных условий труда работающего. The disadvantage of this method is the toxicity of the process of coating with cyanide copper and the associated requirement of careful observance of safe working conditions of the worker.

Задачей изобретения является создание надежного сцепления материала режущей пластинки с материалом державки. The objective of the invention is to provide reliable adhesion of the material of the insert with the material of the holder.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе изготовление биметаллического режущего инструмента, включающем очистку поверхности твердосплавной пластинки от окислов, установку пластинки в земляную форму, сборку земляных форм в стопку, нагрев стопки земляных форм с пластинками, заливку земляных форм расплавом, охлаждение и извлечение отливки, согласно изобретению, сборку песчаных форм производят в контейнере с последующим нагревом их до температуры 450-500^oC, после нагрева контейнер с песчаными формам устанавливают в экранирующий кожух, а заливку расплава в земляные формы и его кристаллизацию проводят под давлением 0,3-0,5 МПа при температуре начала кристаллизации расплава с последующим поддержанием указанного давления до конца кристаллизации.The problem is achieved in that in the known method, the manufacture of a bimetallic cutting tool, including cleaning the surface of a carbide insert from oxides, inserting the insert into an earth mold, assembling an earth mold into a stack, heating a stack of earth molds with plates, pouring the earth molds with a melt, cooling and extracting the cast according to the invention, the assembly of sand molds is produced in a container, followed by heating them to a temperature of 450-500 ^o C, after heating the container with the sand mold set at the screen iruyuschy cover, and pouring the melt into shapes and excavated its crystallization is carried out at a pressure of 0.3-0.5 MPa at a temperature of melt crystallization began, followed by maintaining said pressure until the end of crystallization.

Кроме того, установку твердосплавной пластинки в песчаную форму проводят путем предварительной заформовки пластинки в керамическую оболочку, оставляя контактирующую с расплавом поверхность пластинки свободной, а керамическую оболочку устанавливают в гнездо песчаной формы таким образом, чтобы контактирующая с расплавом поверхность пластинки оказалась в камере, соответствующей конфигурации головки резца. In addition, the installation of a carbide plate in a sand form is carried out by preforming the plate into a ceramic shell, leaving the surface of the plate in contact with the melt free, and the ceramic shell installed in the sand mold so that the surface of the plate in contact with the melt is in a chamber corresponding to the configuration of the head cutter.

Такой способ позволяет за счет увеличения угла смачиваемости и увеличения площади контакта пластинки с расплавом сделать процесс диффузионной сварки главным в сцеплении пластинки с материалом державки, а также позволяет продлить время протекания этого процесса диффузионной сварки и материала державки режущего инструмента за счет исключения резкого охлаждения контейнера с пластинами перед заливкой и после нее. This method allows, by increasing the wettability angle and increasing the contact area of the plate with the melt, to make the diffusion welding process the main thing in the adhesion of the plate to the holder material, and also allows to extend the duration of this diffusion welding process and the holder material of the cutting tool by eliminating the sharp cooling of the container with plates before and after pouring.

На фиг. 1 представлен общий вид стенки песчаных форм с твердосплавными пластинами в контейнере, помещенном в экранирующий кожух; на фиг. 2 - керамическая оболочка для закрепления режущей пластинки. In FIG. 1 shows a general view of the wall of sand forms with carbide plates in a container placed in a shielding casing; in FIG. 2 - ceramic shell for fixing the cutting insert.

Способ реализуется следующим образом. The method is implemented as follows.

Окисную пленку на твердосплавных пластинках разрушают по контактирующей с державкой поверхности механическим путем. The oxide film on carbide inserts is destroyed mechanically by contacting the surface of the holder.

Обработанные таким образом пластинки устанавливаются в полость песчаных форм, соответствующих конфигурации головки резца механическим креплением либо приклеиванием. Кроме того, обработанные пластинки могут каждая в отдельности заливаться керамической массой в стержневом ящике таким образом, что контактирующая с расплавом поверхность пластинки остается свободной. Полученные после затвердевания керамические оболочки 1 с пластинками 2 представляют собой усеченный конус. Далее керамические оболочки с пластинками устанавливают в предварительно изготовленные песчаные формы 3 на жидкостекольной связке таким образом, чтобы контактирующая поверхность режущей пластинки была расположена в полости 4, имеющей конфигурацию головки резца, а ее керамическая часть в ответном гнезде. The plates processed in this way are installed in the cavity of sand forms corresponding to the configuration of the head of the cutter by mechanical fastening or gluing. In addition, the processed plates can each individually be filled with ceramic mass in a core box so that the surface of the plate in contact with the melt remains free. Obtained after hardening of the ceramic shell 1 with the plates 2 are a truncated cone. Next, ceramic shells with plates are installed in prefabricated sand molds 3 on a liquid-glass bond in such a way that the contact surface of the cutting insert is located in the cavity 4 having the configuration of the head of the cutter, and its ceramic part in the reciprocal socket.

Далее песчаные формы с режущими пластинками собирают в стопку в контейнере 5. Затем контейнер с формами нагревают в печи до температуры 450-500^oC. Нагрев производят для предотвращения термоудара. Разогретый контейнер вынимают из печи и помещают в экранирующий кожух 6 с зазором 30-50 мм. Далее производят заливку песчаной формы расплавом металла и кристаллизацию его под давлением на установке литья. Заливку и кристаллизацию расплава ведут под давлением 0,3-0,5 МПа при температуре начала кристаллизации расплава с последующим поддерживанием указанного давления до конца кристаллизации. Затем контейнер с экранирующим кожухом снимают с установки, охлаждают до комнатной температуры, выбирают песчаные формы из контейнера, вынимают из него стояк с резцами и отрезают резцы от стояка.Next, sand forms with cutting inserts are collected in a stack in the container 5. Then the container with the molds is heated in a furnace to a temperature of 450-500 ^o C. Heating is carried out to prevent thermal shock. The heated container is removed from the oven and placed in a shielding casing 6 with a gap of 30-50 mm Next, fill the sand form with a molten metal and crystallize it under pressure in a casting installation. Filling and crystallization of the melt is carried out under a pressure of 0.3-0.5 MPa at a temperature at which crystallization of the melt begins, followed by maintaining this pressure until the end of crystallization. Then the container with the shielding cover is removed from the installation, cooled to room temperature, sand forms are selected from the container, the riser with cutters is removed from it and cutters are cut from the riser.

Экранирующий кожух создает эффект термоса и предотвращает резкое охлаждение контейнера перед заливкой и после нее, что позволяет значительно продлить время протекания процесса диффузионной сварки материала твердосплавной пластинки и материала державки режущего инструмента и увеличить сцепление между ними. Кроме того, экранирующий кожух предохраняет обслуживающий персонал от ожогов. The shielding casing creates the effect of a thermos and prevents the container from cooling sharply before and after pouring, which can significantly extend the duration of the process of diffusion welding of the material of the carbide plate and the holder material of the cutting tool and increase the adhesion between them. In addition, a shielding cover protects maintenance personnel from burns.

В таблице приведены результаты экспериментов осуществления способа, обосновывающие выбор пределов температур, и давления заливки. The table shows the experimental results of the implementation of the method, justifying the choice of temperature limits and pouring pressure.

Качество соединения твердосплавной пластинки с державкой определялось по микрошлифам с помощью микроскопа. The quality of the connection between the carbide plate and the holder was determined by microsections using a microscope.

Кроме того, высокое качество соединения режущей пластинки с державкой показали испытания на стойкость в жестком режиме резания согласно требованиям ГОСТа 456.88-61. При этом износ на задней грани резца не превышает 0,3-0,5 мм по стали и 0,8-1,2 мм для чугуна. Отрыва пластинки от тела резца не наблюдалось. In addition, the high quality of the connection of the cutting insert with the holder showed resistance tests in the hard cutting mode according to the requirements of GOST 456.88-61. In this case, the wear on the rear edge of the cutter does not exceed 0.3-0.5 mm for steel and 0.8-1.2 mm for cast iron. No separation of the plate from the body of the cutter was observed.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить высококачественный режущий инструмент, имеющий как прочное монолитное соединение твердосплавной пластинки и державки, так и прочную мелкозернистую структуру материала державки. Thus, the proposed method allows to obtain a high-quality cutting tool having both a solid monolithic connection of a carbide insert and a holder, and a strong fine-grained structure of the material of the holder.

Claims

1. A method of manufacturing a bimetallic cutting tool, comprising cleaning the surface of a carbide insert from oxides, inserting the insert into a sand mold, assembling the sand molds into a stack, heating the stack of sand molds with the wafers installed, pouring the sand molds with a melt, crystallization, cooling and extraction castings, characterized in that the sand molds are assembled in a stack in a container, the heating is carried out to 450 500 ^o C, after heating, the sand mold container is installed in a shielding casing, and filling the alloy and its crystallization is carried out under a pressure of 0.3 to 0.5 MPa at a temperature at which crystallization of the melt begins, followed by maintaining this pressure until the end of crystallization.

2. The method according to claim 1, characterized in that prior to installation in the sand form of the plate, the sign part of the latter is molded into a ceramic shell, after which this shell is installed in a sand form with the location of the surface of the plate to be connected to the molten melt in the working cavity for forming the holder of the cutting tool.