Как припаять твердосплавную пластину к резцу

Каждый, кто занимается токарным делом, встречается с такой проблемой, как пайка резцов в домашних условиях. Это достаточно-таки нужная процедура, которая осуществляет напайку твердосплавных пластин на держатели токарных резцов, помогает закалить инструмент. В этом деле участвует высокочастотный ток или газовая горелка. Но для последней аппаратуры все же необходимо иметь хороший опыт.

Элементы токарного резца.

Как решить проблему без специализированной техники?

Раньше использовался способ нагрева резцов при помощи контактной машины. Его отлично использовали дома. Пайка происходила посредством теплового воздействия электрического тока на проводник. Чтобы контролировать выделяемое тепло, необходимо просто регулировать величину электротока, сопротивление проводника и смотреть по времени, сколько он будет воздействовать на проводник.

Ориентируясь на эти три фактора, был разработан агрегат, представляющий собой трансформатор понижающего действия. Он имеет первичную и вторичную обмотки. Первая рассчитывается на 220 В, а вторая — на 2 В. Диаметр поперечного магнитного провода равен 50 кв.см. Сам трансформатор крепится на основание, в то время как на прокладке-изоляторе расположены шины контакта.

Конструкция сварочного инвертора.

Из листовой стали толщиной в 5 см выполнена основа трансформатора, которая имеет ножки. Также в данной конструкции присутствуют два окна, выполняющие роль вентиляции.

Для концов вторичной обмотки есть свои отверстия зажимов. Вся конструкция аппарата защищена специальным кожухом, который при помощи уголков крепится к основанию трансформатора. Одно из таких креплений имеет изоляционную колодку.

Различия и особенности видов пайки

Резцы могут соединяться посредством низко- или высокотемпературной пайки. Но если судить объективно, то их физическая природа особых отличий не имеет. Два металла соединяются между собой третьим, который называется припоем. Соединительный металл имеет температуру плавления ниже, нежели соединяемые элементы. Но в зависимости от того какую пайку выбрать, будут зависеть и характеристики полученного изделия.

Как понятно из названий, одним из отличий является температура плавления. Но это еще не все.

Таблица классов сварки.

1. В первую очередь использование твердых припоев гарантирует более качественное и надежное соединение деталей, в отличие от мягких.
2. Высокотемпературная пайка к тому же обладает более сильной термоустойчивостью соединений. Используемый для такой работы припой отличается высокой температурой плавления, поэтому и температурные нагрузки он может выдержать выше, причем не утеряв своих свойств. Но тут есть и свой нюанс, в такой пайке, который уступает низкотемпературной. В первом случае, под воздействием высоких показателей, могут возникать структурные изменения некоторых металлов. Например, чугунное соединение становится достаточно хрупким.
3. Используя высокотемпературную пайку, приходится подбирать и соответствующие инструменты. Для такой процедуры необходимо достигать температуры в 1000 градусов. То есть паяльник уже не подойдет для такого процесса.

Если объединить все вышесказанное, то получается, что высокотемпературная пайка обеспечивает прочность и термоустойчивость соединения, но при этом требует более высококвалифицированного оборудования и умения производить достаточно сложную по технологии спайку. В то время как низкотемпературная пайка имеет более упрощенные требования, но и качество получаемых деталей несколько ниже.

Пайка твердыми припоями

Использование твердых припоев занимает промежуточную позицию между низкотемпературной пайкой и уже сваркой.

Схема пайки твердым припоем.

Они применяются в тех случаях, когда важным становится прочность получаемых соединений и целостность структуры металлов. В таком процессе часто используют твердосплавные пластины, которые при соединении не портят изначальную геометрию конструкции.

Такую технологию применяют для ремонта холодильных или теплообменных систем, стальных или медных трубопроводов и т.д. Ее применяют и в автомобильном ремонте для починки радиаторов, двигателя, трансмиссий, кузова и других аналогичных деталей.

Если возникает необходимость отремонтировать изделия, которые во время эксплуатации поддаются воздействиям высоких температур (например, самовар на дровах), то высокотемпературная пайка просто необходима.

Что касается оборудования, то в этом случае требуется техника, которая способна дать температуру выше необходимой для плавления соединяемых деталей. Средний диапазон может варьироваться от 450 до 1200 градусов, при условии, что вся процедура будет производиться дома. Такие показатели имеют газовые горелки, индукторы и печи.

Виды применяемых припоев

Для того чтобы спаять резец, можно использовать и медь, хотя как альтернативу можно использовать его и с другими металлами (цинк, серебро, кремний, олово и т.д.). Каждый из таких компонентов снижает температуру плавления.

Но следует отметить, что такие припои не рекомендуется использовать, если работа предстоит со сталью или чугуном, так как в этом случае образуются фосфиты, которые влияют на прочность соединения. Такой шов будет очень хрупким, и, при оказании вибрационного или изгибающего давления, соединение может деформироваться или просто лопнуть.

Как спаять резцы самостоятельно?

Для того чтоб выполнить пайку, необходимо придерживаться следующих шагов:

1. В первую очередь необходимо зачистить все металлические элементы. Удаляется окисная пленка.
2. Державку резца устанавливают на шинах трансформатора. Зона, которая будет поддаваться пайке, должна быть предварительно обработана флюсом. После этого начинает работать припой.
3. При помощи пинцета припой вставляется промеж краев, которые требуют соединения. В конкретном случае лучше с этой целью использовать лист латуни.
4. Во время работы агрегата зона контакта будет нагреваться. Это способствует расплавлению металла, а как только этот процесс завершится, контакт распадется, и, соответственно, процесс остановится. Поэтому, чтоб пайка была беспрерывной, всю работу производят в импульсном режиме, при этом нагрузка на обмотки должна подаваться постепенно.

Само прогревание производят по всей поверхности, плавно двигаясь из стороны в сторону. Припой должен приобрести цвет от темно-вишневого до светло-вишневого, который будет указывать на разогрев до необходимой температуры.

Визуально контролируя весь процесс, необходимо аккуратно наносить весь припой. Следует знать, что державка нагревается со скоростью 80-100 градусов в секунду. Используя данный метод для соединения резцов, можно быть уверенным в получении отличного качества.

Если флюс был нанесен в достаточном количестве, то припой легко растечется. После окончания выполнения работ швы зачищаются.

Считается, что высокопробное соединение — то, что не превышает 0,1 мм. Как понятно, ничего сложного в домашней пайке нет. Главное, чтоб под рукой имелись все необходимые инструменты и материалы. Но нужно помнить, что во время всего процесса следует соблюдать правила личной безопасности, так как высокие температуры могут навредить паяльщику.

При изготовлении различных инструментов для токарного и фрезерного оборудования довольно часто в качестве режущей кромки используются твердосплавные напайки. Они позволяют существенно повысить скорость нарезки и увеличить подачу, увеличивают срок службы самого инструмента. Напайка твердосплавных пластин проводится в промышленных условиях. Следует учитывать, что этот этап производства инструментов наиболее ответственный, так как, если допустить ошибку, резец или фреза может сломаться или отскочить от основания. Рассмотрим то, какими именно особенностями обладают твердосплавные напайки и насколько они улучшают режущий инструмент.

Особенности применяемого припоя

Пластина твердосплавная напаиваемая во время обработки принимает основную нагрузку. Именно поэтому особое внимание уделяется припою. Температура плавления используемого материала должна быть на 300 градусов Цельсия выше, чем предполагаемая температура нагрева инструмента во время механической обработки заготовки. Кроме этого, к припою предъявляются следующие критерии:

1. Высокая прочность и эластичность. Эти качества должны сохраняться на момент повышения температуры при обработке заготовки.
2. Хорошая жидкотекучесть обеспечивает надежное соединение пластины с основанием. При производстве резцов и фрез уделяется внимание тому, что сплав должен равномерно распределяться по всей площади основания.
3. Повышенная теплопроводность. Для того чтобы напайка прослужила долго, она не должна нагреваться во время работы. Применяемый сплав отводит часть тепла, за счет чего увеличивается срок службы режущей кромки.

После износа твердосплавных пластин есть возможность провести их замену. За счет этого основная часть инструмента при отсутствии дефектов может использоваться повторно.

Рекомендуемые разновидности припоя

Чаще всего в качестве припоя применяют следующие сплавы:

1. Медно-никелевые, которые могут выдерживать рабочую температуру до 900 градусов Цельсия. Применяется при изготовлении инструмента, который рассчитан на повышенные нагрузки.
2. Электролитическая медь тоже получила большое распространение. Нагрев режущей части инструмента в этом случае может доходить до температуры 700 градусов Цельсия.
3. Латунно-никелевые составы похожи на предыдущий припой, но обходятся чуть дешевле.
4. Латунь рассчитана на использование при средних нагрузках и нагреве режущей кромки до 600 градусов Цельсия.

Чтобы удалить окислы и снизить вероятность окисления металлов, применяется флюс, например, бура.

Характеристики инструментов с твердосплавными пластинами

Напайка твердосплавных пластин на рабочую часть инструмента — сложный производственный процесс, который существенно повышает стоимость изделия. Однако сегодня все чаще встречается именно такой вариант исполнения резцов и фрез. Это связано со следующими эксплуатационными особенностями:

1. Нет необходимости часто затачивать режущую кромку, а ведь именно ее износ может стать причиной ухудшения качества обработки.
2. Появление современных станков ЧПУ позволило увеличить скорость нарезки и подачу. Высокая производительность частично связана с использованием рассматриваемого типа инструментов.
3. Обеспечивается высокая точность при нарезке. Износ инструмента требует корректировки программы обработки, чего нельзя сделать с помощью обычного резца и фрезы.
4. Можно достигнуть более высокого качества шероховатости поверхности. Это связано с тем, что при высокой скорости обработки твердосплавные напайки не нагреваются до большой температуры, а сам материал не прилипает к обрабатываемой поверхности.

Существует несколько основных методов соединения твердосплавного наконечника с основанием:

1. с применением газовых, пламенных и электрических печей;
2. при помощи тока высокой частоты;
3. с применением ацетиленокислородной горелки;
4. контактным способом, то есть с помощью стыковых сварочных аппаратов.

Каждый из приведенных выше методов имеет свои определенные достоинства и недостатки.

В заключение отметим, главным недостатком рассматриваемого типа резцов и фрез можно назвать отсутствие возможности заточки и ремонта в производственных условиях. Выполнить качественную пайку можно, если есть специальное оборудование и припой, сами пластины изготавливаются из труднообрабатываемого материала.

Для напайки твердосплавных пластин на державки токарных резцов, локальной закалки инструмента, пайки твердыми припоями мелких деталей используют нагрев токами высокой частоты или пламенем газовой горелки. Однако аппаратура ТВЧ громоздка и дорого стоит, она не для домашней мастерской или школьного кружка. Применить же газовую горелку по всем правилам может только сварщик высокой квалификации.

Но есть и еще один, почти забытый в наше время способ нагрева — на контактных машинах. Он наиболее приемлем в домашней, школьной, колхозной или совхозной мастерской, в техническом кружке.

Суть его в тепловом воздействии электрического тока на проводник. Выделяемое при этом количество тепла зависит от величины тока, времени его действия на проводник и электрического сопротивления последнего.

С учетом этой зависимости мы разработали аппарат, представляющий собой понижающий трансформатор, первичная обмотка которого рассчитана на 220 В, вторичная — на 2 В. Площадь поперечного сечения магнитопровода около 50 см 2 . Трансформатор закреплен на основании, а контактные шины вторичной обмотки — на прокладке-изоляторе.

Основание аппарата изготовлено из листовой стали толщиной 5 мм. Снизу в него ввернуты ножки. В основании прорезаны два окна: меньшее — для вентиляции, большее — для выхода болтов крепления контактных шин на текстолитовом изоляторе толщиной 10 мм. Отверстия по краям изолятора служат для его крепления к основанию.

Концы вторичной обмотки трансформатора заведены в отверстия зажимов и зафиксированы болтами (пазы зажимов позволяют деформировать их при затяжке и обеспечивать тем самым надежный электрический контакт).

Трансформатор укрыт защитным кожухом и прикреплен к основанию уголками 25X25 мм. К одному из верхних уголков привинчена изоляционная колодка — для соединения проводов первичной обметки с питающим шнуром и включателем аппарата.

Так как конструкторы-любители не часто имеют все необходимое для повторения описанной самоделки, рекомендуем начать изготовление аппарата с подбора пакета пластин трансформаторного железа (лучше Ш-образной формы), а уж затем заняться расчетом обмоток.

Предположим, что площадь поперечного сечения вашего магнитопровода (Q=a*b) равна 36,8 см 2 . Тогда мощность вторичной обмотки трансформатора P₂ = 36,8*36,8 = 1354,2 Вт, а первичной P₁ = 1354,2/0,95 = 1425 Вт. Сила тока I₁ = 1425 Вт/220 В = 6,48 А; I₂ = 1354,2 Вт/2 В = 677,6 А. Находим площадь поперечного сечения первичной обмотки:

S₁ = 6,48 A:2 A/мм 2 = 3,24 мм 2 .

Диаметр провода отсюда

Площадь поперечного сечения вторичной обмотки

S₂ = 677,6 A:2 A/мм 2 = 338,8 мм 2 ,

а диаметр провода

d₂ = 4*338,8/3,14 = 20,77 мм.

Соответственно определяем число витков:

n₁ = 220 000/222/36,8 = 270 витков,

n₂ = 270*2/220 = 2,5 витка.

Рис. 1. Аппарат термонагрева:

1 — защитный кожух, 2 — включатель, 3 — шнур электропитания, 4 — основание, 5 — изолятор, 6 — контактные шины, 7 — зажимы, 8 — болты зажимов, 9 — ножка (4 шт.).

Рис. 2. Прижимной рычаг (устанавливается в дополнительно просверливаемое в изоляторе отверстие с резьбой М6):

1 — стойка, 2 — рычаг, 3 — прижим.

Рис. 3. Контактный участок аппарата:

1 — контактные шины (красная медь), 2 — прижимной рычаг, 3 — твердосплавная пластина, 4 — припой, 5 — державка резца, 6 — изолятор основания; А и Б — зоны нагрева.

Эффективность и экономичность работы аппарата во многом зависят от величины плоскости соприкосновения тела резца с контактными шинами. Количество тепла, выделяемое при прохождении электрического тока, зависит от сопротивления проводника в местах контакта. При большой плоскости соприкосновения выделяется мало тепла при значительном расходе электроэнергии. И наоборот, при малой плоскости выделяется много тепла, что приводит к мгновенному нагреву контактирующего слоя. Чтобы избежать оплавления металла и нарушения контакта, площадь соприкосновения подбирается опытным путем.

При расположении тела резца на шинах, как показано на рисунке 3, очаг возникновения тепла будет располагаться в зоне А; в зоне Б визуально наблюдаемого очага тепла не возникает из-за большой поверхности соприкосновения.

Перед пайкой (в том числе твердосплавных пластин к державкам резцов) необходимо выполнить ряд подготовительных операций, чтобы обеспечить хорошую растекаемость припоя и смачиваемость им соединяемых деталей. Опорную поверхность пластин шлифуют и обезжиривают. Тан же готовят поверхность под пластину на теле резца: она должна быть прямолинейной, без уступов и завалов по краям. Защита поверхностей деталей от окисления при пайке осуществляется флюсом (бурой).

Напайка происходит в такой последовательности. Державку резца располагают на шинах аппарата. Между соединяемыми поверхностями помещают пинцетом припой (обрезок листовой латуни). Для более надежного прижима нагреваемых деталей друг к другу и к контактным шинам служит рычаг, установленный на пластине-изоляторе. В паз рычага вставлен упор, которым и осуществляется прижим твердосплавных пластин к державкам резцов.

При включении аппарата зона контакта быстро нагревается, металл плавится, контакт нарушается и процесс прерывается. Избежать этого можно двумя способами: работая в прерывистом режиме и плавно подавая напряжение на обмотки. В первом случае аппарат включается на 1,5—2 с, затем выключается. В момент отключения тепло передается от места контакта по телу резца, не оплавляя металл.

Плавную подачу напряжения можно обеспечить ЛАТРом. Увеличивая напряжение, добиваются того же результата, что и в первом случае: тепло волнами распространяется по державке от места контакта, обеспечивая нагрев до температуры плавления припоя. Контроль за процессом пайки осуществляется визуально.

Такие режимы дают скорость нагрева державки в пределах 80 — 100 град/с. Это уменьшает внутренние напряжения и предотвращает появление трещин в твердосплавных пластинах. Чтобы избежать появления трещин в паяном шве, необходимо медленное охлаждение.

Качественный паяный шов должен быть не толще 0,1 мм. Протяженность непропаянных мест не должна превышать 10%.

При отсутствии твердых сплавов в качестве режущих пластин можно использовать обломки фрез, сверл и других инструментов. Обломкам придается необходимая форма на заточном станке, или они нагреваются и отковываются до получения стержня прямоугольного сечения, который при повторном нагреве разрубается зубилом на отдельные пластины.

Наш аппарат многоцелевого назначения. Кроме изготовления резцов, его можно использовать и для локальной закалки инструмента (кернов, зубил, отверток и так далее). Достаточно прикоснуться к контактным шинам той частью инструмента, которую необходимо закалить, и подержать так несколько секунд. Температуру нагрева контролируют визуально, по цвету металла. При этом необходимо соблюдать меры предосторожности: работать в рукавицах и защитных очках на заземленном аппарате.

А. БОБРОВНИКОВ, В. ЗИНЮК, г. Мурманск

Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter, чтобы сообщить нам.