RU2676718C1 - Cutting tool for handling products made of hard-to-cut materials and cutting plate therefor - Google Patents
Cutting tool for handling products made of hard-to-cut materials and cutting plate therefor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2676718C1 RU2676718C1 RU2018102516A RU2018102516A RU2676718C1 RU 2676718 C1 RU2676718 C1 RU 2676718C1 RU 2018102516 A RU2018102516 A RU 2018102516A RU 2018102516 A RU2018102516 A RU 2018102516A RU 2676718 C1 RU2676718 C1 RU 2676718C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cutting
- wear
- layer
- resistant coating
- cutting edge
- Prior art date
Links
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims abstract description 130
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 43
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 41
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 16
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 11
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 6
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 abstract description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 abstract description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 30
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 4
- -1 Niobium nitrides Chemical class 0.000 description 3
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23C—MILLING
- B23C5/00—Milling-cutters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Drilling Tools (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Abstract
Description
Режущий инструмент для обработки изделий из труднообрабатываемых материалов и режущая пластина для негоCutting tool for processing products from difficult materials and a cutting insert for it
Область техники.The field of technology.
Настоящее изобретение относится к металлорежущему инструменту, в частности к фрезам, используемым для обработки изделий из трудно обрабатываемых материалов, в том числе из титана и его сплавов.The present invention relates to a metal-cutting tool, in particular to milling cutters used for processing products from difficult-to-process materials, including titanium and its alloys.
Уровень техники.The level of technology.
При обработке изделий из титана и его сплавов процесс резания сопровождается высокой температурой и эффектом упрочнения стружки, а также значительными знакопеременными нагрузками, действующими на рабочую часть режущего инструмента.When processing products from titanium and its alloys, the cutting process is accompanied by a high temperature and hardening effect of the chips, as well as significant alternating loads acting on the working part of the cutting tool.
Кроме того процесс обработки материалов резанием сопровождается не симметричным нагружением режущего клина рабочей части режущего инструмента. Это обусловлено тем, что со стороны передней поверхности режущего клина происходит упругопластическое деформирование обрабатываемого материала с потерей его прочности и разрушением, а со стороны задней поверхности - упругая и частично пластическая деформация обрабатываемого материала с увеличением его прочности.In addition, the process of processing materials by cutting is accompanied by non-symmetrical loading of the cutting wedge of the working part of the cutting tool. This is due to the fact that from the side of the front surface of the cutting wedge, elastoplastic deformation of the processed material occurs with a loss of its strength and destruction, and from the side of the back surface, elastic and partially plastic deformation of the processed material with an increase in its strength.
В результате этого передняя и задняя поверхности испытывают значительные не симметрично расположенные относительно режущего клина термомеханические знакопеременные нагрузки. Это приводит к возникновению значительных тангенциальных напряжений как в самом режущем клине, в частности в области режущей кромки, так и на границе раздела твердосплавной основы и износостойкого покрытия, нанесенного на передние и задние поверхности, что существенно снижает работоспособность и стойкость режущего инструмента.As a result of this, the front and rear surfaces experience significant thermomechanical alternating loads that are not symmetrically located relative to the cutting wedge. This leads to significant tangential stresses both in the cutting wedge itself, in particular in the area of the cutting edge, and at the interface between the carbide base and the wear-resistant coating applied to the front and rear surfaces, which significantly reduces the working capacity and durability of the cutting tool.
Для повышения работоспособности и стойкости режущего инструмента используют твердую термостойкую основу его рабочей части, химически устойчивое, термостойкое и твердое покрытие, различную конфигурацию передней и задней поверхностей рабочей части режущего инструмента, а также различную конфигурацию режущей кромки.To increase the working capacity and durability of the cutting tool, a solid heat-resistant base of its working part, a chemically stable, heat-resistant and hard coating, a different configuration of the front and rear surfaces of the working part of the cutting tool, as well as a different configuration of the cutting edge are used.
Известны технические решения, например, ЕР 2679704 А1, где для повышения стойкости рабочей части режущего инструмента в качестве его твердосплавной основы используют твердые сплавы, содержащие 11…12,5% кобальта, 0,2…1,2% хрома и 86,3…88,4% карбида вольфрама. На эту основу наносят нитриды ниобия с различными добавками Ti, Zr, Cr.Known technical solutions, for example, EP 2679704 A1, where to increase the resistance of the working part of the cutting tool as its carbide base use hard alloys containing 11 ... 12.5% cobalt, 0.2 ... 1.2% chromium and 86.3 ... 88.4% tungsten carbide. Niobium nitrides with various additives of Ti, Zr, Cr are applied on this base.
Использование данного технического решения не учитывает, и не устраняет последствия асимметрии нагружения режущего клина инструмента, существенно влияющей на возникновение напряжений на границе раздела твердосплавной основы и износостойкого покрытия и, тем самым, не позволяет достичь высокой стойкости режущего инструмента. Для повышения стойкости режущего инструмента также используют многослойные покрытия, предназначенные специально для обработки титановых сплавов (см., например, патент RU 2415198 С1), состоящее из последовательно нанесенных на поверхность инструмента адгезионного слоя, переходного слоя, при этом переходный слой содержит, по крайней мере, один нитрид металла, входящего в состав адгезионного слоя, и нано структурированного износостойкого слоя, состоящего из повторяющегося комплекса нано слоев нитридов ниобия, хрома и циркония. Это износостойкое покрытие позволяет снизить напряжения в переходном слое, но имеет тот же недостаток, что и предыдущее техническое решение.The use of this technical solution does not take into account and does not eliminate the consequences of the asymmetry of loading of the cutting wedge of the tool, which significantly affects the occurrence of stresses at the interface between the carbide base and wear-resistant coating and, thus, does not allow to achieve high resistance of the cutting tool. To increase the resistance of the cutting tool also use multilayer coatings designed specifically for the treatment of titanium alloys (see, for example, patent RU 2415198 C1), consisting of successively deposited on the surface of the tool an adhesive layer, a transition layer, while the transition layer contains at least , one metal nitride, which is part of the adhesive layer, and a nano-structured wear-resistant layer, consisting of a repeating complex of nano-layers of niobium, chromium and zirconium nitrides. This wear-resistant coating allows to reduce stresses in the transition layer, but has the same drawback as the previous technical solution.
Известны технические решения, позволяющие повысить стойкость режущего инструмента за счет специальной конфигурации режущей кромки и прилегающих к ней передней и задней поверхностей режущего клина рабочей части инструмента. Эти решения в определенной степени позволяют снизить внешнюю асимметрию нагружения режущего клина, но не позволяют в полной мере использовать потенциал твердосплавной основы и износостойкого покрытиям в условиях асимметрии Нагружения режущего клина.Known technical solutions to improve the resistance of the cutting tool due to the special configuration of the cutting edge and the adjacent front and rear surfaces of the cutting wedge of the working part of the tool. These solutions to a certain extent can reduce the external asymmetry of the loading of the cutting wedge, but do not allow the full use of the potential of the carbide base and wear-resistant coatings under asymmetric loading of the cutting wedge.
Также известно, что величина шероховатостей поверхностей основы под износостойким покрытием существенно влияет на стойкость покрытия (см., например, Красный В.А. и Максаров В.В. Оценка влияния шероховатости поверхности на повышение прочности сцепления износостойкого покрытия. - Металлообработка, 2014, №5(83). стр. 47-51). В данной работе шероховатость поверхности оценивали по параметру Rz, учитывающему высоту наибольших выступов и впадин профиля поверхности, которые являются определяющими при формировании очагов отслоений между основой и износостойким покрытием. В соответствии с ГОСТ 2789 -73 (СТ СЭВ 638-77) параметр Rz отражает высоту неровностей профиля по десяти точкам и определяется как сумма абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины, т.е. длины базовой линии, используемой для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности. При этом отмечено, что прочность сцепления износостойкого покрытия с основой увеличивается с увеличением шероховатости поверхности до определенного предела. Результаты данной работы не могут быть непосредственно использованы в конструкциях режущего инструмента, но они свидетельствуют о том, что, изменяя шероховатость основы под износостойким покрытием, можно оказывать существенное влияние на стойкость износостойкого покрытия с учетом особенностей нагружения рабочей части режущего инструмента.It is also known that the roughness value of the base surfaces under a wear-resistant coating significantly affects the durability of the coating (see, for example, Krasny V.A. and Maksarov V.V. Evaluation of the effect of surface roughness on increasing the adhesion strength of a wear-resistant coating. - Metalworking, 2014, No. 5 (83). Pp. 47-51). In this work, the surface roughness was estimated by the parameter Rz, taking into account the height of the largest protrusions and depressions of the surface profile, which are decisive in the formation of foci of delamination between the base and the wear-resistant coating. In accordance with GOST 2789-73 (ST SEV 638-77), the parameter Rz reflects the height of the profile irregularities at ten points and is defined as the sum of the absolute values of the heights of the five largest projections of the profile and the depths of the five largest depressions of the profile within the base length, i.e. the length of the baseline used to highlight irregularities that characterize surface roughness. It was noted that the adhesion strength of the wear-resistant coating with the base increases with increasing surface roughness to a certain limit. The results of this work cannot be directly used in the designs of the cutting tool, but they indicate that, by changing the roughness of the base under a wear-resistant coating, it is possible to have a significant effect on the durability of the wear-resistant coating, taking into account the loading characteristics of the working part of the cutting tool.
Задачей настоящего изобретения является создание рабочей части режущего инструмента с износостойким покрытием повышенной стойкости за счет снижения напряжений на границе раздела его твердосплавной основы и износостойкого покрытия с учетом асимметрии нагружения его режущего клина.The present invention is the creation of the working part of the cutting tool with a wear-resistant coating of high resistance by reducing stresses at the interface of its carbide base and wear-resistant coating, taking into account the asymmetry of loading of its cutting wedge.
Задачей настоящего изобретения также является создание конструкции режущего инструмента с рабочей частью, имеющей повышенную стойкость.The present invention is also the creation of a design of a cutting tool with a working part having high resistance.
Сущность изобретения.SUMMARY OF THE INVENTION
Указанный технический результат достигается посредством совокупности признаков, приведенных в соответствующих пунктах формулы изобретения.The specified technical result is achieved through a combination of features described in the relevant claims.
При этом режущая пластина для режущего инструмента содержит твердосплавную основу. Ее режущий клин имеет переднюю и заднюю поверхности, на которые нанесено износостойкое покрытие, содержащее, по меньшей мере, последовательно нанесенные адгезионный нано слой, переходный слой и нано структурированный износостойкий слой, и на пересечении которых образована, по меньшей мере, одна режущая кромка.In this case, the cutting insert for the cutting tool contains a carbide base. Its cutting wedge has front and rear surfaces on which a wear-resistant coating is applied, containing at least successively applied adhesive nano-layer, transition layer and nano-structured wear-resistant layer, and at the intersection of which at least one cutting edge is formed.
В соответствии с изобретением на расстоянии, по меньшей мере, до 0,5 мм от режущей кромки в каждом поперечном сечении режущего клина, перпендикулярном режущей кромке, набольшая высота профиля шероховатости Rz1 больше, чем задней поверхности Rz2, при этом их отношение Rz1/Rz2 выбрано из диапазона 1,15…2,5, причем толщина адгезионного нано слоя меньше набольшей высоты профиля шероховатости твердосплавной основы под износостойким покрытием передней поверхности Rz3 и задней поверхности Rz4, причем адгезионный нано слой состоит из нано слоя αCr+βNb+kZr+μHf где α,β,k и μ - массовые доли соответствующих металлов, выбранные из диапазона от 0 до 1 при α+β+k+μ=1, переходный слой состоит из слоя gCrN+jNbN+nZrN+rHfN, где g, j, n и r - массовые доли соответствующих нитридов металлов, выбранные из диапазона от 0 до 1 при g+j+n+r=1, а нано структурированный износостойкий слой, по меньшей мере, содержит чередующиеся нано слои iCrN+mNbN+sZrN+hHfN, где m, s, h и i - массовые доли соответствующих нитридов металлов, выбранные из диапазона от 0 до 1 при m+s+h+i=1.In accordance with the invention, at a distance of at least 0.5 mm from the cutting edge in each cross section of the cutting wedge perpendicular to the cutting edge, the largest height of the roughness profile Rz1 is greater than the back surface Rz2, while their ratio Rz1 / Rz2 is selected from the range of 1.15 ... 2.5, and the thickness of the adhesive nano-layer is less than the highest height of the roughness profile of the carbide base under the wear-resistant coating of the front surface Rz3 and the rear surface Rz4, and the adhesive nano-layer consists of a nano-layer αCr + βNb + kZr + μHf where α, β, k, and μ are mass fractions of the corresponding metals selected from the range from 0 to 1 for α + β + k + μ = 1, the transition layer consists of the layer gCrN + jNbN + nZrN + rHfN, where g, j, n and r are the mass fractions of the corresponding metal nitrides selected from the range from 0 to 1 for g + j + n + r = 1, and the nanostructured wear-resistant layer at least contains alternating nano-layers iCrN + mNbN + sZrN + hHfN, where m, s, h and i are the mass fractions of the corresponding metal nitrides selected from the range from 0 to 1 with m + s + h + i = 1.
В соответствии с настоящим изобретением предложен режущий инструмент для обработки изделий из труднообрабатываемых материалов. Он содержит корпус с круговой наружной поверхностью, расположенной вокруг оси вращения, и рабочей частью, на которой установлены в гнездах режущие пластины. Режущие пластины имеют твердосплавную основу, режущий клин которой имеет переднюю и заднюю поверхности, на которые нанесено износостойкое покрытие, содержащее, по меньшей мере, последовательно нанесенные адгезионный нано слой, переходный Слой и нано структурированный износостойкий слой, и на пересечении которых образована, по меньшей мере, одна режущая кромка.In accordance with the present invention, there is provided a cutting tool for processing products from hard materials. It contains a housing with a circular outer surface located around the axis of rotation, and a working part on which cutting inserts are mounted in the nests. The cutting inserts have a carbide base, the cutting wedge of which has front and rear surfaces on which a wear-resistant coating is applied, containing at least successively applied adhesive nano-layer, a transition layer and a nano-structured wear-resistant layer, and at the intersection of which at least one cutting edge.
В соответствии с изобретением у режущих пластин на расстоянии, по меньшей мере, до 0,5 мм от режущей кромки в каждом поперечном сечении режущего клина, перпендикулярном режущей кромке, набольшая высота профиля шероховатости Rz1 больше, чем задней поверхности Rz2, при этом их отношение Rz1/Rz2 выбрано из диапазона 1,15…2,5, причем толщина адгезионного нано слоя меньше набольшей высоты профиля шероховатости твердосплавной основы под износостойким покрытием передней поверхности Rz3 и задней поверхности Rz4, причем адгезионный нано слой состоит из нано слоя αCr+βNb+kZr+μHf, где α, β, k и μ - массовые доли соответствующих металлов, выбранные из диапазона от 0 до 1 при α+β+k+μ=1, переходный слой состоит из слоя gCrN+jNbN+nZrN+rHfN, где g, j, n и r - массовые доли соответствующих нитридов металлов, выбранные из диапазона от 0 до 1 при g+j+n+r=1, а нано структурированный износостойкий слой, по меньшей мере, содержит чередующиеся нано слои iCrN+mNbN+sZrN+hHfN, где m, s, h и i - массовые доли соответствующих нитридов металлов, выбранные из диапазона от 0 до 1 при m+s+h+i=1.In accordance with the invention, for cutting inserts at a distance of at least 0.5 mm from the cutting edge in each cross section of the cutting wedge perpendicular to the cutting edge, the largest height of the roughness profile Rz1 is greater than the back surface Rz2, while their ratio Rz1 / Rz2 is selected from the range 1.15 ... 2.5, and the thickness of the adhesive nano-layer is less than the highest height of the roughness profile of the carbide base under the wear-resistant coating of the front surface Rz3 and the rear surface Rz4, and the adhesive nano-layer consists of nano If αCr + βNb + kZr + μHf, where α, β, k, and μ are the mass fractions of the corresponding metals selected from the range from 0 to 1 for α + β + k + μ = 1, the transition layer consists of the layer gCrN + jNbN + nZrN + rHfN, where g, j, n and r are the mass fractions of the corresponding metal nitrides selected from the range from 0 to 1 with g + j + n + r = 1, and the nano-structured wear-resistant layer at least contains alternating nano iCrN + mNbN + sZrN + hHfN layers, where m, s, h and i are the mass fractions of the corresponding metal nitrides selected from the range from 0 to 1 with m + s + h + i = 1.
Для лучшего понимания, но только в качестве примера, изобретение далее будет описано с отсылками к приложенным чертежам, где изображена конструкция рабочей части режущего инструмента и режущий инструмент.For a better understanding, but only as an example, the invention will now be described with reference to the attached drawings, which shows the design of the working part of the cutting tool and the cutting tool.
На фиг. 1 структурно изображен фрагмент рабочей части режущего инструмента с многослойным износостойким покрытием;In FIG. 1 structurally depicts a fragment of the working part of the cutting tool with a multilayer wear-resistant coating;
на фиг. 2 структурно изображен фрагмент износостойкого покрытия, нанесенного на рабочую часть режущего инструмента, изображенную на фиг. 1;in FIG. 2, a fragment of a wear-resistant coating applied to the working part of the cutting tool shown in FIG. one;
на фиг. 3 изображен в перспективе режущий инструмент, в частности концевая фреза с механическим креплением режущих пластин, имеющих рабочую часть, изображенную на фиг. 1.in FIG. 3 shows a perspective view of a cutting tool, in particular an end mill with mechanical fastening of cutting inserts having a working part shown in FIG. one.
Детальное описание устройства.Detailed description of the device.
Режущая пластина для режущего инструмента 10 предназначена для фрез с механическим креплением режущих пластин, рабочая часть которых выполнена в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 1 изображена в качестве примера рабочая часть режущей пластины с прямолинейной режущей кромкой. В тоже время следует понимать, что режущая кромка может быть криволинейной, например, расположенной по окружности или по винтовой линии. Основа режущей части может быть выполнена из порошков, содержащих карбиды вольфрама, при этом на ее поверхности нанесено износостойкое покрытие. Далее более подробно рассмотрим фигуры 1-3.The cutting insert for the
Режущая пластина для режущего инструмента содержит твердосплавную основу 12, режущий клин 14, которой имеет переднюю 16 и заднюю 18 поверхности, на которые нанесено износостойкое покрытие 22 и на пересечении которых образована, по меньшей мере, одна режущая кромка 24.The cutting insert for the cutting tool contains a
Износостойко покрытие содержит, по меньшей мере, последовательно нанесенные адгезионный нано слой 28, переходный слой 30 и нано структурированный износостойкий слой 32.Wear-resistant coating contains at least sequentially applied adhesive nano-
В соответствии с изобретением на расстоянии, по меньшей мере, до 0,5 мм от режущей кромки 24 в каждом поперечном сечении режущего клина 14, перпендикулярном режущей кромке 24, набольшая высота профиля шероховатости передней поверхности 16 Rz1 больше, чем задней поверхности 18 Rz2, а их отношение Rz1/Rz2 выбрано из диапазона 1,15…2,5.In accordance with the invention, at a distance of at least 0.5 mm from the
При этом набольшая высота профиля шероховатости Rz1 и Rz2 определена как сумма высоты наибольшего выступа и глубины наибольшей впадины профиля в пределах базовой длины.In this case, the largest height of the roughness profile Rz1 and Rz2 is defined as the sum of the height of the largest protrusion and the depth of the largest cavity of the profile within the base length.
В качестве длины базовой линии, используемой для выделения неровностей, характеризующих шероховатость передней 16 и задней 18 поверхностей режущего клина 14, использованы числовые значения базовой длины в соответствии п. 10 и таблицей 6 ГОСТ 2789-73 с изм. от 30.10.2017 года. При этом длина оценки может быть, по меньшей мере, до 0,5 мм от режущей кромки 24.As the length of the baseline used to highlight irregularities characterizing the roughness of the
При этом для упрощения возможности контроля и регистрации за основу принята набольшая высота профиля шероховатости передней и задней поверхностей режущего клина сверху износостойкого покрытия. Это обусловлено тем, что для режущего инструмента, в связи с малой толщиной износостойкого покрытия, шероховатость поверхности сверху износостойкого покрытия во многом повторяет профиль шероховатости твердосплавной основы под износостойким покрытием.Moreover, to simplify the possibility of control and registration, the largest height of the roughness profile of the front and rear surfaces of the cutting wedge on top of the wear-resistant coating is taken as the basis. This is due to the fact that for a cutting tool, due to the small thickness of the wear-resistant coating, the surface roughness above the wear-resistant coating largely repeats the roughness profile of the carbide base under the wear-resistant coating.
Разная величина набольшей высоты профиля шероховатости передней и задней поверхностей режущего клина обеспечивает разные условия сцепления износостойкого покрытия с основой и взаимодействия рабочих поверхностей с обрабатываемым материалом, что позволяет при определенных режимах обработки существенно снизить как саму асимметрию нагружения режущего клина, так и ее влияние на стойкость износостойкого покрытия и режущего инструмента в целом. Предложенное техническое решение особенно эффективна при работе на тяжелых режимах, для которых характерны относительно высокие скорости резания и большие подачи.The different values of the highest roughness profile of the front and rear surfaces of the cutting wedge provide different conditions for adhesion of the wear-resistant coating to the base and the interaction of the working surfaces with the material to be processed, which, under certain processing conditions, can significantly reduce both the asymmetry of loading of the cutting wedge and its effect on the durability of the wear-resistant coating and cutting tools in general. The proposed technical solution is especially effective when operating in heavy duty conditions, which are characterized by relatively high cutting speeds and high feeds.
В соответствии с изобретением толщина адгезионного нано слоя 28 меньше набольшей высоты профиля шероховатости твердосплавной основы 12 под износостойким покрытием 22 передней поверхности 16 Rz3 и задней поверхности 18 Rz4.In accordance with the invention, the thickness of the adhesive nano-
Причем адгезионный нано слой 28 состоит из нано слоя αCr+βNb+kZr+μHf, где α, β, k и μ - массовые доли соответствующих металлов, выбранные из диапазона от 0 до 1 при α+β+k+μ=1. Переходный слой 30 состоит из слоя gCrN+jNbN+nZrN+rHfN, где g, j, n и r - массовые доли соответствующих нитридов металлов, выбранные из диапазона от 0 до 1 при g+j+n+r=1. Нано структурированный износостойкий слой 32, по меньшей мере, содержит чередующиеся нано слои iCrN+mNbN+sZrN+hHfN, где m, s, h и i - массовые доли соответствующих нитридов металлов, выбранные из диапазона от 0 до 1 при m+s+h+i=1.Moreover, the adhesive nano-
При этом величины массовых долей в адгезионном, переходном и износостойком слоях выбирают в зависимости от состава твердосплавной основы рабочей части, обрабатываемого материала, режимов обработки и конфигурации обрабатываемых поверхностей, а также соотношения величин шероховатостей передней и задней поверхностей твердосплавной основы под износостойким покрытием.In this case, the mass fractions in the adhesive, transitional and wear-resistant layers are selected depending on the composition of the carbide base of the working part, the material to be processed, the processing regimes and the configuration of the surfaces to be treated, as well as the ratio of the roughness values of the front and rear surfaces of the carbide base under a wear-resistant coating.
Далее более подробно рассмотрены примеры, касающиеся выбора конструктивных элементов режущих пластин. Так в соответствии с одним их предпочтительным исполнений набольшая высота профиля шероховатости передней поверхности 16 Rz1 может быть выбрана из диапазона (0,9…1,8) мкм и задней поверхности 18 Rz2 выбрана из диапазона (0,6…1,2) мкм, а набольшая высота профиля шероховатости основы 12 под износостойким покрытием 22 передней поверхности 16 Rz3 может быть выбрана из диапазона (0,9…1,9).мкм и задней поверхности48 Rz4 выбрана из диапазона (0,6…1,3) мкм.The following are more detailed examples regarding the selection of structural elements of cutting inserts. So, in accordance with one of their preferred designs, the highest roughness profile height of the
В соответствии с другим предпочтительным исполнением на расстоянии, по меньшей мере, до 0,5 мм от режущей кромки 24 в каждом поперечном сечении режущего клина 14, перпендикулярном режущей кромке 24, набольшую высоту профиля шероховатости твердосплавной основы 12 под износостойким покрытием 22 передней поверхности 16 Rz3 выполняют больше, чем задней поверхности 18 Rz4, при этом их отношение Rz3/Rz4 выбирают из диапазона 1,2…2,5.According to another preferred embodiment, at a distance of at least 0.5 mm from the
Диапазоны и пределы величин шероховатортей Rz выбирают с одной стороны из условий обеспечения работоспособности рабочей части режущего инструмента при обработке изделий из титана и его сплавов и, с другой стороны, обеспечения максимального влияния величин шероховатостей на условия сцепления износостойкого покрытия с основой и взаимодействия рабочих поверхностей с обрабатываемым материалом. При этом максимальное значение величин шероховатостей передних поверхностей 16 Rz1, Rz3 и минимальное значение величин шероховатостей Rz2, Rz4 задних поверхностей 18 соответствует максимальной величине подачи и скорости резания.Ranges and limits of roughness values Rz are selected, on the one hand, from the conditions for ensuring the operability of the working part of the cutting tool when machining products from titanium and its alloys and, on the other hand, to maximize the effect of roughness values on the adhesion conditions of the wear-resistant coating to the substrate and the interaction of working surfaces with the machined material. In this case, the maximum value of the roughness values of the
В соответствии с другим предпочтительным исполнением набольшая высота профиля шероховатости передней поверхности 16 Rz1 и задней поверхности 18 Rz2 могут быть не равномерны вдоль режущей кромки 24. Это позволяет учесть особенности взаимодействия передней и задней поверхностей режущего клина с обрабатываемым материалом вдоль режущей кромки.According to another preferred embodiment, the high roughness profile of the
В соответствии с другим предпочтительным исполнением набольшая высота профиля шероховатости передней поверхности 16 Rz1 и задней поверхности 18 Rz2 могут быть не равномерны во встречных направлениях. Это позволяет учесть эффект скручивания режущей кромки, возникающий при ее неравномерном нагружении.According to another preferred embodiment, the highest roughness profile height of the
В соответствии с другим исполнением на расстоянии, по меньшей мере, до 0,5 мм от режущей кромки 24 в каждом поперечном сечении режущего клина 14, перпендикулярном режущей кромке 24, среднее арифметическое отклонение профиля неровностей, определенное как среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины, передней поверхности 16 Ra1 может быть больше, чем задней поверхности 18 Ra2, при этом их отношение Ra1/Ra2 выбирают из диапазона 1,3…2,7.According to another embodiment, at a distance of at least 0.5 mm from the
В качестве длины базовой линии, используемой для выделения неровностей, характеризующих шероховатость передней 16 и задней 18 поверхностей режущего клина 14 по параметру Ra1 и Ra2, использованы числовые значения базовой длины в соответствии с п. 10 и таблицей 5 ГОСТ 2789-73.As the length of the baseline used to highlight irregularities characterizing the roughness of the front 16 and rear 18 surfaces of the cutting
В соответствии с настоящим изобретением предложен режущий инструмент для обработки изделий из труднообрабатываемых материалов 34. Он содержит корпус 36 с круговой наружной поверхностью, расположенной вокруг оси вращения 38, и рабочей частью 40, в гнездах 44 которой установлены режущие пластины 42 (10). Режущие пластины имеют твердосплавную основу 12, режущий клин 14 которой имеет переднюю 16 и заднюю 18 поверхности, на которые нанесено износостойкое покрытие 22 и на пересечении которых образована, по меньшей мере, одна режущая кромка 24.In accordance with the present invention, there is provided a cutting tool for processing articles from
Износостойкое покрытие содержит, по меньшей мере, последовательно нанесенные адгезионный нано слой 28, переходный слой 30 и нано структурированный износостойкий слой 32.The wear-resistant coating comprises at least successively applied adhesive nano-
В соответствии с изобретением на расстоянии, по меньшей мере, до 0,5 мм от режущей кромки 24 в каждом поперечном сечении режущего клина 14, перпендикулярном режущей кромке 24, набольшая высота профиля шероховатости передней поверхности 16 Rz1 больше, чем задней поверхности 18 Rz2, при этом их отношение Rz1/Rz2 выбрано из диапазона 1,15…2,5.In accordance with the invention, at a distance of at least 0.5 mm from the
В соответствии с изобретением толщина адгезионного нано слоя 28 меньше набольшей высоты профиля шероховатости твердосплавной основы 12 под износостойким покрытием 22 передней поверхности 16 Rz3 и задней поверхности 18 Rz4.In accordance with the invention, the thickness of the adhesive nano-
Причем адгезионный нано слой 28 состоит из нано слоя αCr+βNb+kZr+μHf, где α, β, k и μ - массовые доли соответствующих металлов, выбранные из диапазона от 0 до 1 при α+β+k+μ=1. Переходный слой 30 состоит из слоя gCrN+jNbN+nZrN+rHfN, где g,j,n и r - массовые доли соответствующих нитридов металлов, выбранные из диапазона от 0 до 1 при g+j+n+r=1. Нано структурированный износостойкий слой 32, по меньшей мере, содержит чередующиеся нано слои iCrN+mNbN+sZrN+hHfN, где m, s, h и i - массовые доли соответствующих нитридов металлов, выбранные из диапазона от 0 до 1 при m+s+h+i=1.Moreover, the adhesive nano-
При этом режущий инструмент 34 может быть выполнен в виде концевой, торцевой, дисковой или торцово-цилиндрической фрезы. На фиг. 3 изображена в перспективе концевая фреза с механическим креплением режущих пластин.In this case, the cutting
В соответствии с одним предпочтительным исполнением режущего инструмента отношение Rz1/Rz2 набольших высот профиля шероховатости передней поверхности 16 Rz1 и задней поверхности 18 Rz2 рабочей части, по меньшей мере, одной сменной режущей пластины 42а, может быть не равно отношению Rz1/Rz2 набольших высот профиля шероховатости передней поверхности 16 Rz1 и задней поверхности 18 Rz2 рабочей части других режущих пластин 42, установленных в гнездах 44.According to one preferred embodiment of the cutting tool, the ratio Rz1 / Rz2 of the highest heights of the roughness profile of the
Пример использования режущего инструмента.An example of using a cutting tool.
В качестве примера использования настоящего изобретения рассмотрим применение сменной круглой режущей пластины диаметром 8 мм с рабочей частью, изготовленной из твердого сплава с многослойным износостойким покрытием, выполненной в соответствии с настоящим изобретением. Сменные режущие пластины были установлены в гнезде 44 концевой фрезы 34 диаметром 25 мм. При этом концевую фрезу с режущей пластиной, устанавливали в шпиндель фрезерного станка HAAS VF-2S5 и фрезеровали на различных режимах по плоскости заготовку из титанового сплава ВТ-23.As an example of the use of the present invention, consider the use of a replaceable circular cutting insert with a diameter of 8 mm with a working part made of a hard alloy with a multilayer wear-resistant coating, made in accordance with the present invention. Replaceable cutting inserts were installed in
При этом стойкость одной режущей кромки 24 при максимальном износе по задней поверхности 18, равном 0,3 мм, и следующих режимах резания: скорость резания Vc=45 м/мин., подача на зуб fz=0,18 мм/зуб, глубина фрезерования ар=1,5 мм и ширина фрезерования ае=16 мм, составила 140 мин.In this case, the resistance of one
Таким образом, предложенное изобретение позволяет существенно повысить стойкость металлорежущего инструмента при обработке изделий из титанового сплава: Хотя настоящее изобретение было описано с определенной степенью детализации, следует понимать, что его различные изменения и модификации могут быть выполнены без отхода от существа и объема изобретения, изложенного в приведенной ниже формуле изобретения.Thus, the proposed invention can significantly increase the resistance of a metal-cutting tool when processing products made of titanium alloy: Although the present invention has been described with a certain degree of detail, it should be understood that its various changes and modifications can be made without departing from the essence and scope of the invention set forth in the following claims.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018102516A RU2676718C1 (en) | 2018-01-22 | 2018-01-22 | Cutting tool for handling products made of hard-to-cut materials and cutting plate therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018102516A RU2676718C1 (en) | 2018-01-22 | 2018-01-22 | Cutting tool for handling products made of hard-to-cut materials and cutting plate therefor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2676718C1 true RU2676718C1 (en) | 2019-01-10 |
Family
ID=64958556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018102516A RU2676718C1 (en) | 2018-01-22 | 2018-01-22 | Cutting tool for handling products made of hard-to-cut materials and cutting plate therefor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2676718C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2725467C1 (en) * | 2019-12-12 | 2020-07-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Multilayer composite coating for cutting tools for processing titanium alloys in intermittent cutting conditions |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1128618A1 (en) * | 1982-10-10 | 1987-03-07 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Инструментальный Институт | Material of wear-resistant coating of metal-cutting tool |
| RU2415198C1 (en) * | 2009-11-09 | 2011-03-27 | Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" | Multilayer coating on hard alloy tool for treatment of titanium alloys and procedure for its fabrication |
| US8211555B2 (en) * | 2007-02-01 | 2012-07-03 | Seco Tools Ab | Coated cutting tool for medium-rough to rough turning of stainless steels and superalloys |
| RU2536014C2 (en) * | 2009-07-27 | 2014-12-20 | Секо Тулз Аб | Cutting tool insert for steels turning |
-
2018
- 2018-01-22 RU RU2018102516A patent/RU2676718C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1128618A1 (en) * | 1982-10-10 | 1987-03-07 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Инструментальный Институт | Material of wear-resistant coating of metal-cutting tool |
| US8211555B2 (en) * | 2007-02-01 | 2012-07-03 | Seco Tools Ab | Coated cutting tool for medium-rough to rough turning of stainless steels and superalloys |
| RU2536014C2 (en) * | 2009-07-27 | 2014-12-20 | Секо Тулз Аб | Cutting tool insert for steels turning |
| RU2415198C1 (en) * | 2009-11-09 | 2011-03-27 | Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" | Multilayer coating on hard alloy tool for treatment of titanium alloys and procedure for its fabrication |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2725467C1 (en) * | 2019-12-12 | 2020-07-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Multilayer composite coating for cutting tools for processing titanium alloys in intermittent cutting conditions |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4681541A (en) | Dental bur with enhanced durability | |
| JP6637424B2 (en) | Tools and methods for machining fiber reinforced materials | |
| EP2501511B1 (en) | Cutting edge geometry in rounded nose end mills | |
| JP6910293B2 (en) | Cutting inserts for turning tools and turning tools | |
| JP4739321B2 (en) | Replaceable cutting edge | |
| EP2956266B1 (en) | End mill having a symmetric index angle arrangement for machining titanium | |
| RU2650019C2 (en) | End mill having asymmetric index angle arrangement for machining titanium | |
| RU2706934C2 (en) | End mill with teeth and associated grooves with correlated physical parameters | |
| KR20100097143A (en) | Rotary burr comprising cemented carbide | |
| JP6194013B2 (en) | Cutting insert, cutting tool and method of manufacturing workpiece | |
| JPH11262818A (en) | Thread cutting dies and manufacture thereof | |
| WO2014208513A1 (en) | Cutting insert, cutting tool, and production method for cut workpiece | |
| Suresh et al. | Experimental studies on the performance of multilayer coated carbide tool in hard turning of high strength low alloy steel | |
| RU2676718C1 (en) | Cutting tool for handling products made of hard-to-cut materials and cutting plate therefor | |
| JP7032424B2 (en) | Manufacturing method for cutting inserts, cutting tools and cutting materials | |
| JP5905123B2 (en) | Cutting insert, cutting tool, and method of manufacturing cut workpiece | |
| WO2014156490A1 (en) | Roughing end mill | |
| WO2017018478A1 (en) | Drill and method for manufacturing machined workpiece using same | |
| RU2671780C1 (en) | Working part of cutting tool | |
| WO2018187446A1 (en) | End mills having vibration mitigation elements | |
| JPWO2017217481A1 (en) | Cutting insert, cutting tool, and manufacturing method of cut workpiece | |
| RU2685820C1 (en) | Cutting tool with wear-resistant coating | |
| JP2021506599A (en) | Threading insert with variable edge roundness | |
| JP4344524B2 (en) | End mill manufacturing method | |
| JP4812255B2 (en) | Cutting tool manufacturing method |