CZ27493U1 - Obráběcí a/nebo řezné nástroje z rychlořezné oceli pro opracování dřeva a dřevěných kompozitů - Google Patents
Obráběcí a/nebo řezné nástroje z rychlořezné oceli pro opracování dřeva a dřevěných kompozitů Download PDFInfo
- Publication number
- CZ27493U1 CZ27493U1 CZ2014-29959U CZ201429959U CZ27493U1 CZ 27493 U1 CZ27493 U1 CZ 27493U1 CZ 201429959 U CZ201429959 U CZ 201429959U CZ 27493 U1 CZ27493 U1 CZ 27493U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- cutting
- wood
- tools
- layer
- speed steel
- Prior art date
Links
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims description 26
- 239000002023 wood Substances 0.000 title claims description 16
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims description 8
- 238000003754 machining Methods 0.000 title description 5
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 title description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 53
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 23
- CXOWYMLTGOFURZ-UHFFFAOYSA-N azanylidynechromium Chemical compound [Cr]#N CXOWYMLTGOFURZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 16
- 229910000997 High-speed steel Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 14
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 claims description 13
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 12
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 11
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- -1 CrN nitride Chemical class 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229910001430 chromium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011093 chipboard Substances 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
Obráběcí a/nebo řezné nástroje z rychlořezné oceli pro opracování dřeva a dřevěných kompozitů
Oblast techniky
Technické řešení se týká obráběcích a řezných nástrojů k opracování dřeva a dřevěných kompozitů, kteréžto nástroje jsou vyrobeny z rychlořezné oceli a jejichž povrch je opatřen nanokompozitní vícevrstvou.
Dosavadní stav techniky
V současné době existuje velký zájem o prodloužení životnosti nástrojů k obrábění dřeva a dřevěných kompozitů. Dřevo a dřevěné kompozity, mezi které náleží např. dřevotříska, laminát, dýha apod., jsou charakterizované vnitřní nehomogenní strukturou. Jedná se o vícesložkovou, hygroskopickou, vláknitou a pórovitou strukturu o anizotropních vlastnostech. Jelikož mají tyto materiály velmi specifické vlastnosti, je obtížné jejich obrábění. Procesy obrábění v dřevařském průmyslu jsou prováděné pri vysokých otáčkách, kde hlavní mechanismus opotřebení nástrojů a nářadí je ovlivněn erozními procesy. Nástroje a nářadí, které se používají k obrábění těchto materiálů, by měly být charakterizovány vysokou odolností proti opotřebení pri vysokých rychlostech zpracování.
Tyto požadavky mohou být splněny dvěma různými způsoby modifikace. Prvním způsobem je zavedení nových materiálů nebo modifikace vlastností stávajících materiálů, např. termo-chemickým zpracováním. V tomto případě lze také uvažovat o změně geometrie pracovních částí použitých nástrojů. Druhá skupina modifikace je spojena s volbou správného systému povrchu nástroje, např. volba tenké vrstvy, kdy tenká vrstva dosahuje společně se substrátem obráběcího či řezného nástroje specifických vlastností a chování v pracovním cyklu, zejména z hlediska zlepšení trvanlivosti nástroje.
Materiálem široko používaným při obrábění dřeva je rychlořezná ocel. Nástroje a nářadí vyrobené z tohoto materiálu jsou charakterizované nízkou výrobní cenou, avšak také nízkými užitnými vlastnostmi. Ke zlepšení životnosti nástrojů a nářadí k obrábění dřeva a dřevěných kompozitů z rychlořezné oceli se používá plazmové technologie. Pomocí této technologie se na povrchu takto modifikovaných nástrojů a nářadí vytvářejí tenké vrstvy zlepšující jejich užitné vlastnosti, např. tvrdost, součinitel tření a odolnost proti opotřebení. Jsou známá řešení, pri kterých se v těchto aplikacích využívá tenkých tvrdých vrstev na bázi nitridů a/nebo karbidů kovů, které mají vysoký bod tání, jako jsou Ti, Cr, W, V, Mo, Ta, Zr, Nb, Hf, nebo také na bázi uhlíku.
Podstata technického řešení
Tenké a tvrdé vrstvy odolné proti opotřebení mohou být používány jako ochranné povlaky na nástroje pro obrábění dřeva. Opotřebení nejen snižuje životnost nástrojů, ale může také vést k zhoršení stavu povrchu vlastních výrobků. Během procesu řezání jsou nástroje silně zatížené termálně, mechanicky, chemicky a tribologicky. Tato omezení způsobují velmi specifické požadavky na vlastnosti povlaku nástrojů a nářadí. V tomto případě je jednou z možných cest pro řešení zmíněných problémů použití tenkých vrstev na bázi chrómu, nitridu chrómu a uhlíku.
Jednou z nej významnějších vlastností uhlíkových vrstev je velmi nízký koeficient tření, zejména v prostředí bez použití maziva. V tomto případě tenká vrstva uhlíku významně minimalizuje opotřebení. Nicméně, hlavní nevýhodou tenkých uhlíkových vrstev je často jejich relativně nízká adheze na kovových substrátech nástrojů a nářadí. Je to především zapříčiněno velmi velkým vnitřním tlakovým pnutím v těchto uhlíkových vrstvách.
Pnutí v uhlíkových vrstvách lze snížit použitím technologie depozice tzv. vícevrstvý, která zahrnuje vytvoření přechodných tenkých mezivrstev přímo na kovovém povrchu modifikovaného nástroje a následné vytvoření vnější či vrchní uhlíkové vrstvy. Zlepšení adheze uhlíkové vrstvy
-1 CZ 27493 Ul modifikovaného nástroje se dosáhne za použití dvou mezivrstev, a to jednak z chrómu a jednak z nitridu chrómu. Chrom je prvek o velmi nízké tvrdosti. V navrhovaném řešení část nežádoucích pnutí systému vícevrstev u modifikovaného nástroje je zcela vyloučena v důsledku lokální deformace materiálu měkké chromové mezivrstvy. Jako materiál pro vytvoření prvé spodní mezi5 vrstvy je použit prvek s vysokou chemickou afinitou k uhlíku. Tento prvek zajišťuje dobrou přilnavost prvé spodní mezivrstvy k povrchu substrátu modifikovaného nástroje.
Druhá mezivrstva, nanesená na prvou spodní mezivrstvu, je tzv. přechodová mezivrstva z nitridu chrómu (CrN) o stechiometrickém složení. Přechodová mezivrstva nitridu chrómu se vyznačuje poměrně vysokou tvrdostí, avšak menší, než je tvrdost uhlíkové vrstvy, a nízkými vnitřními pnulo tůni, která jsou menší než u uhlíkových vrstev. Tenká přechodová mezivrstva nitridu chrómu zajišťuje dobrou adhezi, vysokou tvrdost a také nízké opotřebení systému vrstev uspořádaných ve směru od substrátu obráběcího či řezného nástroje v pořadí Cr/CrN/DLC. V konečné závěrečné fázi je deponována vrchní uhlíková vrstva nazvaná DLC, která vzniká přidáním metanu do reakční komory. Jeho množství se postupně zvětšuje do určité míry a tímto způsobem se získává postupný přechod mezi přechodovou mezivrstvou CrN a DLC, což zajišťuje dobrou adhezi mezi těmito dvěma vrstvami.
Přechodová mezivrstva CrN je vytvořena tak, že se do reakční komory přidává dusík, jehož množství se postupně zvětšuje do určité míry. Tímto způsobem se získává postupný přechod mezi spodní mezivrstvou čistého chrómu a přechodovou mezivrstvou nitridu chrómu, což zajiš20 ťuje dobrou adhezi systému vícevrstvý Cr/CrN/DLC.
Takto vytvořený systém vícevrstvý zajišťuje silné a trvalé spojení mezi vrchní uhlíkovou vrstvou a substrátem modifikovaného nástroje. Vrchní uhlíková vrstva je zakotvena v přechodové mezivrstvě CrN, zatímco přechodová mezivrstva CrN je pevně spojena se spodní mezivrstvou čistého chrómu. Tímto se dosáhlo zlepšené adheze vytvořené ochranné nanokompozitní vícevrstvý na povrchu obráběcích a řezných nástrojů z rychlořezných ocelí.
Ochranná nanokompozitní vícevrstvá vykazuje tloušťku 1 až 2,2 pm, zatímco tloušťka chromové mezivrstvy nepřesahuje 0,2 pm a tloušťka samotné vrchní uhlíkové vrstvy nepřesahuje 1 pm.
Vrchní uhlíková vrstva zajišťuje vysokou tvrdost, odolnost proti opotřebení a nízký koeficient tření. Takto připravené nástroje a nářadí jsou charakterizované nízkým součinitelem tření. Nízký součinitel tření snižuje opotřebení nástrojů a nářadí a tím zvyšuje jejich životnost. Tato technologie zajistí i lepší užitné hodnoty vlastních výrobků.
Nástroje a nářadí z rychlořezné oceli opatřené těmito tenkými vrstvami jsou vhodné, mimo jiné, k použití jako velmi odolné řezné nástroje a nářadí pro obrábění dřeva a dřevěných kompozitů.
Přehled obrázku na výkrese
Schematicky a názorně je na obr. 1 ukázána konstrukce ochranné nanokompozitní vícevrstvý nanesené na substrátu řezného nástroje z rychlořezné oceli, přičemž vícevrstvu nejprve tvoří spodní chromová mezivrstva (Cr), na níž je umístěna přechodová mezivrstva nitridu chrómu (CrN), nesoucí vrchní vrstvu označenou (DLC) a tvořenou výhradně uhlíkem, který je zakotven v přechodové mezivrstvě nitridu chrómu.
Příklady provedení technického řešení
Podle obr. 1 je na substrátu I řezného nástroje či nářadí z rychlořezné oceli nanesena ochranná nanokompozitní vícevrstvá složená ze tří vrstev tvořených postupně ve směru od substrátu I řezného nástroje či nářadí spodní chromovou mezivrstvou Cr, na níž je nanesena přechodová mezivrstva nitridu chrómu CrN. Vrchní vrstvu DLC. v pořadí třetí vrstvu, tvoří výhradně uhlík zakotvený v přechodové mezivrstvě nitridu chrómu CrN. Tloušťka ochranné nanokompozitní vícevrstvý nanesené na nástrojích z rychlořezné oceli se pohybuje v rozmezí 1 až 2,2 pm.
-2CZ 27493 Ul
Ochranná nanokompozitní vícevrstvá je nanášena postupně a k jejímu vytvoření je využita technika stejnosměrného magnetronového naprašování a chemického usazování z plynné fáze podporovaná plazmou, vytvořenou z metanu, dusíku a argonu.
Argonové ionty, které vykonávají hlavní část procesu magnetronového naprašování, jsou také používané k aktivaci povrchu substrátu I řezného nástroje či nářadí plazmou. Při aplikaci vlastního povlakování teplota substrátu 1 řezného nástroje či nářadí nepřestoupí 300 °C a důležitým faktorem je rovněž předpětí substrátu 1 řezného nástroje, které ovlivňuje energii argonových iontů během procesu aktivace povrchu substrátu I a naprašovaných iontů chrómu z targetu magnetronové trubice během depozičního procesu. Target magnetronové trubice je vyroben z chrómu a při depozici vrstvy čistého chromuje používán jen argon. V případě depozice přechodové mezivrstvy nitridu chrómu CrN se používá argon a také dusík, který reaguje s ionty chrómu, což vede ke vzniku vrstvy nitridu chrómu. Jako zdroj uhlíku při nanášení vrchní vrstvy PLC se používá metan. V této fázi depozice systému vícevrstvý o složení Cr/CrN/DLC se do reakční komory přivádí pouze samotný metan.
Zařízení pro nanášení jednotlivých vrstev ochranné nanokompozitní vícevrstvý je postaveno na bázi RF-reaktoru, což je zdroj vysokofrekvenčního výboje a navíc se skládá z magnetronu napájeného impulsy stejnosměrného proudu. Použití tohoto hybridního depozičního systému umožňuje realizovat vytváření ochranné nanokompozitní vícevrstvý bez nutnosti přerušení procesu a otevírání reakční komory. Široký rozsah RF-generátoru, včetně zdroje energie magnetronu v kombinaci se systémem zásobování plynem, umožňuje plnou kontrolu během procesů vytváření jednotlivých vrstev, což dává možnost ovlivnit chemické složení a vlastnosti deponovaných vrstev nanášených na substrát 1 řezného nástroje. Ochranná nanokompozitní vícevrstvá se skládá ze spodní mezivrstvy chrómu Cr, přechodové mezivrstvy nitridu chrómu CrN a uhlíkové vrchní vrstvy PLC, která je zakotvena v přechodové mezivrstvě nitridu chrómu CrN.
Realizací řezných nástrojů podle technického řešení bylo prokázáno, že součinitel třem pro třecí dvojici tvořenou keramickou kuličkou (A12O3) a substrátem 1 z rychlořezné oceli opatřeným na povrchu ochrannou nanokompozitní vícevrstvou se pohybuje v závislosti na podmínkách plazmové depozice v rozsahu 0,047 až 0,17.
Dále bylo prokázáno, že nanotvrdost systému vícevrstvý tvořené Cr/CrN/DLC na povrchu substrátu I z rychlořezné oceli se pohybuje v závislosti na podmínkách plazmové depozice v rozsahu 1200 až 1800 HV.
Claims (3)
- NÁROKY NA OCHRANU1. Obráběcí a/nebo řezný nástroj z rychlořezné oceli pro opracování dřeva a dřevěných kompozitu, vyznačující se tím, že alespoň břity nástroje jsou opatřeny ochrannou nanokompozitní vícevrstvou složenou ze tří vrstev, tvořených postupně ve směru od substrátu (1) z rychlořezné oceli spodní chromovou mezivrstvou (Cr), dále přechodovou mezivrstvou nitridu chrómu (CrN), přičemž vrchní vrstvu (DLC) tvoří uhlík, zakotvený v přechodové mezivrstvě nitridu chrómu (CrN).
- 2. Obráběcí a/nebo řezný nástroj z rychlořezné oceli podle nároku 1, vyznačující se tím, že ochranná nanokompozitní vícevrstvá vykazuje tloušťku 1 až 2,2 pm.
- 3. Obráběcí a/nebo řezný nástroj z rychlořezné oceli podle nároku 1, vyznačující se tím, že tloušťka spodní chromové mezivrstvy (Cr) nepřesahuje 0,2 pm a tloušťka samotné uhlíkové vrchní vrstvy (DLC) nepřesahuje 1 pm.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2014609 | 2014-09-08 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ27493U1 true CZ27493U1 (cs) | 2014-11-18 |
Family
ID=51939050
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2014-29959U CZ27493U1 (cs) | 2014-09-08 | 2014-09-08 | Obráběcí a/nebo řezné nástroje z rychlořezné oceli pro opracování dřeva a dřevěných kompozitů |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ27493U1 (cs) |
-
2014
- 2014-09-08 CZ CZ2014-29959U patent/CZ27493U1/cs not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sui et al. | Microstructure, mechanical and tribological characterization of CrN/DLC/Cr-DLC multilayer coating with improved adhesive wear resistance | |
Jianxin et al. | Friction and wear behaviors of the PVD ZrN coated carbide in sliding wear tests and in machining processes | |
Vereschaka et al. | Nano-scale multilayered composite coatings for cutting tools operating under heavy cutting conditions | |
Fox-Rabinovich et al. | Tribological adaptability of TiAlCrN PVD coatings under high performance dry machining conditions | |
KR102456486B1 (ko) | 다층의 아크 pvd 코팅을 갖는 공구 | |
CN104271792B (zh) | 切削工具用硬质涂层 | |
Deng et al. | Wear mechanisms of PVD ZrN coated tools in machining | |
Zhang et al. | Sputter deposited NbCxNy films: Effect of nitrogen content on structure and mechanical and tribological properties | |
Long et al. | Cutting performance and wear mechanism of Ti–Al–N/Al–Cr–O coated silicon nitride ceramic cutting inserts | |
Wang et al. | Self-lubricating TiN/MoN and TiAlN/MoN nano-multilayer coatings for drilling of austenitic stainless steel | |
Luo et al. | Tribological properties of unbalanced magnetron sputtered nano-scale multilayer coatings TiAlN/VN and TiAlCrYN deposited on plasma nitrided steels | |
Aditharajan et al. | Recent advances and challenges associated with thin film coatings of cutting tools: a critical review | |
Pancielejko et al. | Optimization of the deposition parameters of DLC coatings with the MCVA method | |
CN113981369A (zh) | 多层涂层系统及其制备方法 | |
Bobzin et al. | Comparison of (Ti, Al) N and (Ti, Al) N/γ-Al2O3 coatings regarding tribological behavior and machining performance | |
Deng et al. | Unlubricated friction and wear behaviors of ZrN coatings against hardened steel | |
Lümkemann et al. | A new generation of PVD coatings for high-performance gear hobbing | |
CZ27493U1 (cs) | Obráběcí a/nebo řezné nástroje z rychlořezné oceli pro opracování dřeva a dřevěných kompozitů | |
CN204817678U (zh) | 一种金属拉伸模具 | |
Mughal et al. | Performance evaluation of nano-composite ceramic-coated high-speed steel (HSS) drills in high-speed machining | |
Toboła et al. | Surface treatment for improving selected physical and functional properties of tools and machine parts—a review | |
Manokhin et al. | Wear rate of PcBN cutting tools equipped with nanolayered protective coatings | |
CZ22536U1 (cs) | Surovinová vsázka | |
CN101831616B (zh) | 一种纳米复合钛铬硅氮化物刀具涂层及其制备方法 | |
Lecis et al. | Fatigue behavior of duplex-treated samples coated with Cr (C, N) film |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20141118 |
|
MK1K | Utility model expired |
Effective date: 20180908 |