Новые марки твердых сплавов для металлообработки
В настоящее время напаиваемый твердосплавный инструмент составляет около 80 % от общего
количества инструмента, применяемого при обработке металлов резанием, поэтому повышение его
качества является актуальной задачей.
Анализ эксплуатации напаиваемого инструмента показывает, что около 50 % поломок
твердосплавных пластин при эксплуатации и трещин является следствием неправильного
изготовления инструмента.
Одна из основных причин низкого качества напаиваемого твердосплавного инструмента —
устаревшая технология его пайки, в результате которой в пластинах твердого сплава возникают
остаточные паяльные напряжения (ОПН), величина которых в ряде случаев превышает половину
предела прочности твердого сплава на растяжение. Значительное (в 1,5-2 раза) повышение качества
инструмента может быть достигнуто путем выполнения основных положений, изложенных в
настоящих рекомендациях.
Рекомендации составлены на основе разработок Всероссийского научно-исследовательского и
проектного института тугоплавких металлов и твердых сплавов и опыта по внедрению разработанной
технологии пайки и термообработки металлорежущего инструмента на предприятиях различных
отраслей промышленности.
1. МАТЕРИАЛЫ
· Корпуса инструмента изготавливать из стали марки 35ХГСА по ГОСТ 4543-71.
· Использовать пластины из твердых сплавов групп ВК, ТК и ТТК.
· Применять трехслойный припой* марки ТП-1М, выпускаемый по ТУ 48-21-731—85
Московским экспериментальным заводом качественных сплавов (ЭЗКС).
· Применять флюсы Ф100 и обезвоженную буру.
2. ПОДГОТОВКА ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ПЛАСТИН К ПАЙКЕ
· Перед пайкой для улучшения смачивания поверхности твердого сплава расплавленным припоем
методом окисления удалить поверхностный слой твердосплавной пластины.
· Твердосплавные пластины уложить в корзину из нержавеющей сетки и окислить в атмосфере воздуха
в камерной электропечи (типа СНО-3.4.2.5/13И1) при 800 °С в течение 10—30 мин в зависимости от
объема печи, подсоса воздуха, массы садки и марки твердого сплава. Ориентировочная толщина
оксидной пленки, имеющей бурый цвет, должна составлять 0,3—0,4 мм. При этом изменение размеров
пластины твердого сплава весьма незначительно, так как плотность окисной пленки в 3—5 раз меньше
плотности твердого сплава.
· Остывшие твердосплавные пластины зачистить от образовавшегося оксидного слоя во вращающемся
барабане из нержавеющей стали со смесью, состоящей из речного песка, древесных опилок и 10-15%-го
раствора каустической соды. Насыпной объем пластин твердого сплава составляет 50%, речного песка
25%, древесных опилок 15 %, раствор каустической соды — остальное.
· После снятия оксидного слоя во вращающемся барабане твердосплавные пластины помещают в
корзину из нержавеющей сетки, промывают струёй горячей воды и сушат в потоке горячего воздуха.
· Хранить твердосплавные пластины после подготовки к пайке в сухом и чистом помещении не более
5—10 суток.
При отсутствии трехслойного припоя ТП-1М временно можно использовать припой ЛМцЖ57-
1,5-0,75 (ОСТ 48-184-81). В этом случае повышение работоспособности инструмента при
использовании стали 35ХГСА будет не в 1,5-2 раза, а менее чем в 1,5 раза. Использование припоя
ЛМцЖ5 7-1,5-0,75 с корпусами инструмента из стали 45 не обеспечивает необходимой твердости
корпуса инструмента и повышает работоспособность в 1,15-1,20 раза.
3. ПОДГОТОВКА КОРПУСА ИНСТРУМЕНТА К ПАЙКЕ
· Паз под пластину твердого сплава должен соответствовать форме и размеру пластины. Пластина
не должна выступать из паза более чем на 0,8 мм.
· При использовании трехслойного припоя ТП-1М углубить паз на толщину припоя 0,7-0,8 мм.
· Опорная поверхность в корпусе инструмента должна быть прямолинейной, отклонение от
прямолинейности допускается не более чем на ± 0,05 мм.
· Чистота обработки поверхности паза должна соответствовать Rz 40 … Rz 20.
· В пазу недопустимы следы масла, эмульсии, ржавчины и других загрязнений. Очистку от окалины и
ржавчины следует производить механическим путем, а от масла и эмульсии — промывкой в 10-15%-ном
водном растворе каустической соды при 80—90°С в течение 10—15 мин, а затем в воде при 80—90°С с
последующей сушкой в потоке горячего воздуха.
· Хранить подготовленные корпуса инструмента в сухом и чистом помещении не более 5-10 суток.
4. ПОДГОТОВКА ПРИПОЯ И ФЛЮСА К ПАЙКЕ
· Трехслойный припой ТП-1М дозировать путем вырубки из него пластины, конфигурация которой
соответствует конфигурации паяемой поверхности. При этом размеры пластины припоя должны быть
больше размеров паяемой поверхности пластины твердого сплава и в процессе пайки выступать за
пределы последней на 0,5-0,7 мм, обеспечивая визуальное наблюдение за процессом плавления
наружных слоев трехслойного припоя.
2 · Ориентировочная норма расхода припоя 0,8-0,9 г/см площади пайки.
· Без подготовки твердосплавных пластин к пайке методом окисления применять флюс Ф100,
выпускаемый Новосибирским заводом редких металлов по ТУ 48-4-346-84.
При использовании флюса Ф100 иметь хорошую местную вентиляцию, так как он содержит
токсичные соединения фтора. Для снижения токсичности допускается использовать флюс Ф100
в сочетании с обезвоженной бурой в соотношении 1:1.
· После подготовки пластин к пайке методом окисления применять обезвоженную буру.
Плавление (обезвоживание) буры проводить в электропечи на противне из нержавеющей стали
при 800-820°С до полного расплавления.
Остывшую буру размельчить в шаровой мельнице или бегунках и просеять через сито с
ячейкой 0,1-0,3 мм.
Обезвоженную буру хранить в герметически закрытой таре.
5. СБОРКА ИНСТРУМЕНТА ПОД ПАЙКУ
· При пайке инструмента простой конфигурации (резцы, ножи), сборку производить паяльщику
непосредственно перед пайкой в следующей последовательности:
в гнездо корпуса насыпать порцию флюса;
уложить на него припой и насыпать порцию флюса;
установить пластину твердого сплава в гнездо и по краям насыпать флюс.
· При пайке многолезвийного инструмента предварительно закрепить пластину твердого сплава при
помощи технологической стенки, технологического штифта, кернения, обвязки проволокой и т.п.
6. ПАЙКА ИНСТРУМЕНТА
· Нагрев инструмента под пайку производить на высокочастотных установках: для пайки
малогабаритного инструмента (поперечное сечение меньше 40 мм) применять установки с ламповыми
и тиристорными генераторами с рабочей частотой тока 66 кГц; для пайки крупногабаритного
инструмента (поперечное сечение больше 40 мм) применять установки с машинными генераторами с
рабочей частотой тока 2,4 или 8 кГц.
· Для нагрева каждой группы инструмента (мелкие инструменты, средние, крупные), подготовить
индукторы. Пайку однолезвийного инструмента проводить в многоместных индукторах,
обеспечивающих равномерный нагрев и высокую производительность труда. Форма индуктора должна
соответствовать форме паяемого инструмента.
· Индуктор устанавливать так, чтобы нагрев проходил от корпуса инструмента к твердосплавной
пластине. Зазор между индуктором и инструментом должен быть 8— 10 мм для равномерного прогрева
инструмента (рисунок).
Расположение индуктора относительно корпуса инструмента
· Нагрев инструмента начинать с корпуса. После прогрева корпуса до температуры пайки, продвинуть
корпус с твердосплавной пластиной в более интенсивную зону нагрева.
· Средняя скорость нагрева под пайку не должна превышать 10 °С/с.
· Время нагрева под пайку определяет равномерность прогрева и является функцией многих
переменных: формы и размеров изделий, теплопроводности материалов, параметров индуктора,
частоты тока. Поэтому точное время должно определяться для каждого изделия индивидуально.
Время нагрева устанавливается экспериментально с учетом того, что при нагреве под пайку исходная
структура стали должна перейти в аустенит. Продолжительность нагрева считается достаточной, если
ее увеличение после охлаждения инструмента на воздухе не приводит к повышению твердости корпуса
инструмента на расстоянии 5-10 мм от пластины твердого сплава.
· Температура пайки определяется по температуре плавления наружных слоев трехслойного припоя
ТП-1М. В процессе пайки плавятся только наружные слои, а промежуточный слой не должен плавиться.
· Продолжительность выдержки припоя в расплавленном состоянии составляет 3-5 сек. В процессе
пайки не допускается перегрев припоя, о котором свидетельствуют белые пары цинка.
· После расплавления припоя и заполнения зазоров между пластиной твердого сплава и стенками паза
корпуса поправить пластину, вынуть инструмент из индуктора и поджать шпателем из нержавеющей
стали твердосплавную пластину к корпусу инструмента.
· Охлаждение паяных инструментов в зависимости от их размеров проводить на воздухе, в подогретом
песке или на полой водоохлаждаемой изнутри медной плите со средней скоростью 50-100°С/мин.
Твердость корпуса инструмента на расстоянии 5—10 мм от твердосплавной пластины после пайки
должна составлять HRC34—42.
· Не допускается сбрасывание инструмента после пайки во избежание скалывания или растрескивания
твердосплавных пластин.
7. ОЧИСТКА ИНСТРУМЕНТА ПОСЛЕ ПАЙКИ
· Удалить остатки флюса и окалины чугунной дробью размером не более 0,7 мм. Использование дроби
большего размера приводит к выкрашиванию рабочих кромок инструмента.
· Излишки припоя удалить механическим путем.
·
8. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ПАЙКИ
· Весь инструмент после пайки подвергнуть внешнему контролю на трещины, непропаи и смещение
твердосплавной пластины.
· Непропай по периметру не должен превышать 5-10% от общего периметра паяного шва и не
допускается под режущей кромкой инструмента.
· Смещение твердосплавной пластины относительно корпуса инструмента допускается в пределах
половины припуска на окончательную заточку.
· Толщина паяного шва по периметру должна быть не менее 0,5 мм. Проводить 100 %-ный контроль.
· Твердость корпуса инструмента на расстоянии 5—10 мм от пластины твердого сплава должна
составлять HRC34—42. Контроль твердости проводить выборочно на 3—5 % от партии.
· 100 %-ный контроль пластин твердого сплава после заточки проводить люминесцентным методом
или методом цветной дефектоскопии для выявления трещин.
· Инструмент с трещинами в пластинах твердого сплава отбраковывать и к работе не допускать.
9. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ИНСТРУКЦИЯ ПО ИЗГОТОВЛЕНИЮ И ПРИМЕНЕНИЮ
ФЛЮСА ДЛЯ ПАЙКИ ТВЕРДОСПЛАВНОГО ИНСТРУМЕНТА ПРИПОЯМИ
НА ОСНОВЕ МЕДИ
9.1 Материалы
· Борный ангидрид (В2О3), калий борфтористый (KBF4), калий фтористый (KF кислый), натрий
тетраборнокислый (бура Nа2В4О7*10Н2О).
9.2 Приготовление флюса
· Плавление (обезвоживание) буры:
Засыпанную в тигель из нержавеющей стали буру загрузить в электропечь с температурой 800-
820°С.
Расплавить буру в печи и выдерживать при данной температуре до полного прекращения
пузырения.
Расплавленную буру выгрузить из печи и вылить на лист или поддон из нержавеющей стали.
Остывшую до комнатной температуры буру измельчить в шаровой мельнице или бегунках до
порошкообразного состояния.
Просеять через сито с ячейками 0,1-0,3 мм.
Буру хранить в герметически закрытых емкостях.
·Для приготовления флюса механически смешать исходные материалы в следующих количествах,
% (мае.): В О — 29 (± 10); KBF — 19 (±5); KF — 35 (± 10); Na B О (обезвоженная) — остальное. 2 3 4 2 4 7
·Флюс хранить в герметически закрытых емкостях, брать по мере необходимости.
·Для приготовления пасты порошковый флюс указанного состава небольшими порциями вводят в
воду при постоянном перемешивании до необходимой консистенции.
Для лучшего заполнения зазора между паяемыми поверхностями и улучшения клеящих свойств
надо добавить до 10 % глицерина или соснового масла.
Приготовленный пастообразный флюс хранить в закрытой таре не более 3 сут.
При пайке в закрытый паз или труднодоступных мест применять в виде пасты.
9.3 Применение флюса
·Флюс применяют для пайки твердых сплавов, включая труднопаяемые твердые сплавы титановой и
тантало-титановой групп припоями на основе меди.
·Флюс имеет широкий температурный интервал активности (600-1100°С); его высокая химическая
активность позволяет улучшить смачиваемость паяемых поверхностей расплавленными припоями и
способствует получению паяного шва без непропаев.
·Флюс может быть использован как в виде сухого порошка, так и в виде пасты, замешанной на воде.
·Применение флюса в виде пасты позволяет получить фиксированное клеевое соединение паяемых
материалов (прочность клеевого соединения до 1,5 МПа), а также дает возможность проводить
индукционную и печную пайку при любом положении инструмента.
·Флюс в виде пасты наносят на паяемые поверхности в процессе сборки инструмента под пайку,
капельницей, кистью или окунанием с последующей сушкой на воздухе не менее 2 ч.
·Применение данного пастообразного флюса исключает коррозию паяемых поверхностей в процессе
сушки перед пайкой.
·Применение флюса позволяет повысить качество паяного твердосплавного инструмента, улучшить
условия труда, а также дает возможность автоматизировать процесс пайки.
Related posts
