|
|
Твердый сплав является дорогим
материалом и его применение должно быть экономически оправданным. Поэтому у
крупных инструментов, узлов машин и приборов делаются из твердого сплава
только такие детали, которые подвержены высоким нагрузкам. Так, например, у
токарных, строгальных и прочих режущих инструментов твердым сплавом оснащают
только режущую часть, а остальные части делают из стали. Твердый сплав
изготовляют в виде пластинок, которые большей частью стандартизованы
(например, ДИН 4966, 1 и 2 издание, ISO ТС 29 [140, 141], ДИН 4950). Эти
пластинки напаивают на инструмент. В качестве материала для державки обычных
токарных и строгальных инструментов применяют углеродистую сталь или сталь,
легированную марганцем, прочностью около 70 кГ/мм2. Следует избегать
применения стали низкой прочности, так как она не выдерживает возникающих
нагрузок. Применение такой стали может привести к поломке твердосплавной пластинки
или разрыву спая. Для инструментов с большим вылетом рекомендуются державки
из тяжелых металловили из спеченной стали, пропитанной медью. Эти державки
отличаются хорошими амортизирующими свойствами.
Для инструментов, державки которых подвергаются особо
высоким нагрузкам в отношении прочности, жаропрочности или износа (узкие
резцы для шпоночных канавок, спиральные сверла, фрезы, зенкеры, развертки и
т. д.), следует применять углеродистые стали высокой прочности, легированные
инструментальные стали или низколегированные быстрорежущие стали. При этом
иногда требуются особые методы напайки и обработки.
Как правило, для твердосплавных инструментов применяют
державки большего сечения, чем для инструментов из быстрорежущей стали для
аналогичных работ. Высота державки под твердосплавной пластинкой должна быть
по меньшей мере в 3 раза больше толщины
пластинки, Причем и для последней следует придерживаться
определенных минимальных размеров
Чтобы определить размер державки, используют номограммы,
однако, согласно Лауссману , следует учитывать также удельное давление
резания для данного обрабатываемого материала.
Для надежной передачи усилий резания на державку через
паяное соединение необходимо плотное прилегание пластинки. Поверхности
напайки должны быть очищены от грязи, масла или окалины. В державках,
полученных разрезкой заготовок, и в кованых державках (отогнутые или
изогнутые резцы) гнездо под пластинку фрезеруют или строгают под нужными
передним углом и углом наклона. Опорную поверхность целесообразно сделать
несколько больше, так, чтобы она выступала на несколько десятых долей
миллиметра за нижние кромки пластинки. Это обеспечивает плотный спай до
самого края под главной и вспомогательной режущей кромкой.
У широких инструментов с малой толщиной державки
целесообразно увеличить ее толщину, чтобы избежать образования трещин в
пластинке вследствие коробления державки. После напайки лишний материал
державки выфрезеровывают пли вышлифовывают.
Опорные поверхности пластинки шлифуют на круге из карбида
кремния. Целесообразно применять более крупнозернистые круги, так как припой
лучше пристает к шероховатой поверхности.
В случае необходимости непосредственно перед напайкой поверхности
очищают от жира четыреххлористым углеродом или трихлорэтиленом.
Обычные твердосплавные инструменты лучше всего напаивать
электролитической медью (температура плавления 1084° С), которую применяют в
виде мелких кусочков жести или проволоки. При напаивании небольших
инструментов, которые работают при невысоких температурах, рекомендуется
применять припои с низкой температурой плавления (серебряный или латунный). В
последнее время серебряные припои применяют и для напайки обычных
инструментов, инструментов ударного бурения (пайка в паз) и т. д. В качестве
флюса и для защиты от окисления при напайке медью применяют обезвоженную
порошкообразную буру. Для напайки серебром применяют более низкоплавкие
флюсы, которые в большинстве случаев непригодны для напайки медью.
В табл. 57, согласно данным Хиннюбера и Хильбеса,
приведены свойства твердых и мягких припоев для напайки твердых сплавов.
Медные припои применяют в тех случаях, когда режущий инструмент нагревается
до высоких температур. При резании в горячем состоянии с успехом применяют
даже более тугоплавкие меднонике- левые припои. Серебряные припои дают более
прочные соединения, но применять их можно лишь в тех случаях, когда
температурная нагрузка не слишком велика Мягкие припои нельзя подвергать
температурным нагрузкам, однако возможность образования трещин в твердом
сплаве вследствие напряжений в этом случае исключена. Вопросы появления
напряжений и трещин в твердом сплаве, имеющие большое техническое значение,
освещены в многочисленной литературе.
Вследствие диффузии при напайке происходит взаимодействие
как между припоем и материалом державки, так и между припоем и твердым
сплавом. Это вызывает изменение свойств припоя и поверхности твердосплавной
пластинки, что доказывается измерениями микротвердости. В результате
дисперсионного твердения прочность спая может быть выше прочности самого
припоя. Во избежание появления обусловленных этим трещин напряжения напайку
следует проводить как можно быстрей; идеальным решением данного вопроса
является высокочастотная пайка.
При напайке крупных пластинок сложной формы, а Тилже
твердых сплавов с более высоким содержанием TiC и ТаС рекомендуется применять
компенсационные прокладки межд пластинкой и гнездом. В этих целях применяют
мелкоячеистые оцинкованные или луженые железные проволочные сетки или фольгу
из специальных сталей. Последняя применяется особенно успешно при пайке в
паз, когда пластинка паяется по обеим большим опорным поверхностям. Перед
напайкой пластинка с фольгой должна быть плотно пригнана к пазу. При напайке
длинных и тонких пластинок (например, при армировании направляющих)
рекомендуется покрыть их медью и затем паять оловом. В трудных случаях
напайки с успехом применяют также пластинки с никелевым покрытием, полученным
электролитическим осаждением и последующим спеканием. Для уменьшения
термических напряжений применяют напайку только широкой опорной поверхности
пластинок.
Напайку производят в газовых и электрических муфельных
печах; в последнее время стали применять высокочастотный нагрев. Большие партии
мелких инструментов экономично паять в электрических конвейерных печах, а
инструменты с небольшим сечением стержня (не более 25x25 мм)—сварочной
горелкой или в кузнечном горне. При напайке сварочной горелкой необходимо
избегать попадания окисляющей части пламени на твердосплавную пластинку.
Поэтому следует применять большие горелки и нагревать резец со стороны
стержня.
При напайке в кузнечном горне для того, чтобы избежать
непосредственного воздействия пламени на твердосплавную пластинку, устраивают
своего рода нагревательную камеру из железной трубы, жести или шамотных
кирпичей. Во всех случаях следует паять в восстановительной атмосфере, т. е.
при газовой топке — с избытком газа, в электропечи — с защитным газом
(водород, азотоводородная смесь, получаемая при расщеплении аммиака и т.д.).
Процесс напайки зависит от применяемого паяльного
устройства, формы и количества инструментов. Наиболее распространенным видом
напайки твердосплавных инструментов является следующий. Готовую к напайке
пластинку привязывают железной или хромоникелевой стальной проволокой к
стержню резца во избежание ее соскальзывания. Эта операция отпадает, - если
крупные пластинки укладывают почти в горизонтальном положении или если форма
гнезда предотвра
щает соскальзывание. Припой накладывают на пластинку или
на место спая, засыпают бурой и помещают инструмент в печь. Целесообразно во
время папппкн одного инструмента подогревать следующий в форка- мере печп.
После предварительного подогрева н в гонение дальнейшего нагрева па пластинку
еще раз наносят буру с помощью маленького совка с длинной ручкой. Инструмент
оставляют в печи до тех пор, пока припой не расплавится и не растечется по
спаям. Затем инструмент вынимают из печи и заостренным прутком (слишком
широкая поверхность соприкосновения вызвала бы внезапное местное охлаждение и
образование трещин) слегка прижимают пластинку к гнезду до момента
затвердевания припоя. После этого удаляют шлак и окалину проволочной щеткой.
Затем инструмент медленно охлаждают в золе, древесноугольной крупке,
электродном угле или на воздухе. Быстрое охлаждение инструмента в воде
недопустимо, так как оно способствует образованию трещин в пластинке.
В последнее время успешно применяют высокочастотную
напайку. Инструмент подготавливают обычным образом и затем нагревают нужное
место в высокочастотном индукторе. Этот метод дает большие преимущества при
напайке инструментов со стержнями из материалов, нагрев которых нежелателен
(например, высокопрочных сталей). В настоящее время этим методом
изготавливают крупные серии пик отбойных молотков, инструментов для ударного
бурения шпуров и т. д.
Поскольку недостатки в напайке могут отрицательно
сказываться на работе инструмента (образование трещин, выкрашивание), большое
значение имеет нераз- рушающий метод контроля прочности спая.
Напайку пластинок из твердого сплава пытались заменить
механическим креплением. С применением простых твердосплавных вставок (часто
изготовляемых методом мундштучного прессования) треугольной, квадратной,
прямоугольной и круглой формы довольно широкое распространение получило
механическое крепление, показанное на 98. Призматические или цилиндрические
твердосплавные пластинки (ДИН 4968, 1961) большей частью не перетачивают, а
лишь поворачивают другой гранью, и только после затупления всех граней пластинку
перетачивают по всем поверхностям. В некоторых случаях целесообразно после
затупления всех режущих кромок направить пластинку на переработку (так
называемые «многогранные неперетачиваемые пластинки»). Как следует из 99,
многие типы паяных инструментов можно заменить инструментами механического
крепления или специальной конструкции. Готовый инструмент снабжается
фирменным знаком, данными о марке твердого сплава и условной окраской,
которая лишь частично стандартизована; некоторые фирмы имеют собственную условную
окраску. Хиршфельд считает, что стандартизация условной окраски является
произвольной и совершенно не соответствующей требованиям производства. Он
предлагает только два цвета (красный и синий), чтобы различать две главных
группы твердых сплавов; для обработки материалов, дающих стружку надлома
(чугун, цветные металлы, неметаллические материалы), и для обработки
материалов, дающих сливную стружку (стали). В пределах этих групп отдельные
марки сплавов могут иметь разные оттенки того же цвета.
Поврежденные твердосплавные пластинки удаляют с державки,
нагревая ее до температуры напайки, после чего пластинку можно легко
освободить. Если нагрев невозможен, то головку инструмента погружают в
азотную кислоту (плотность 1,4) на 1 ч и нагревают до 60° С; после этого
пластинки, как правило, легко отделяются. При использовании старых державок
следует обращать внимание на марку напаянного твердого сплава. Если марка
изменилась, необходимо изменить условную окраску и обозначение марки.
Попытки получения карбидных порошков путем химической
обработки твердосплавных отходов не дали положительных результатов; твердые
сплавы из таких порошков (частично окисленных) обладают повышенной
пористостью. Предлагается также использование твердосплавных отходов для
изнашивающихся деталей.
|