RU2693225C1 - Drill with mechanical fastening of cutting plates and its housing with wear-resistant coating - Google Patents
Drill with mechanical fastening of cutting plates and its housing with wear-resistant coating Download PDFInfo
- Publication number
- RU2693225C1 RU2693225C1 RU2019103306A RU2019103306A RU2693225C1 RU 2693225 C1 RU2693225 C1 RU 2693225C1 RU 2019103306 A RU2019103306 A RU 2019103306A RU 2019103306 A RU2019103306 A RU 2019103306A RU 2693225 C1 RU2693225 C1 RU 2693225C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wear
- resistant coating
- working part
- housing
- drill
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 81
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 78
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 6
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 4
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 6
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B51/00—Tools for drilling machines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Drilling Tools (AREA)
Abstract
Description
Область техники.The field of technology.
Настоящее изобретение относится к металлорежущему инструменту, в частности к сверлам с механическим креплением режущих пластин и их корпусам.The present invention relates to metal-cutting tools, in particular to drills with mechanical fastening of the cutting plates and their bodies.
Уровень техники.The level of technology.
Для высокопроизводительного сверления отверстий в изделиях, выполненных, в том числе из труднообрабатываемых материалов, используют сверла с механическим креплением сменных режущих пластин.For high-performance drilling of holes in products made, including from hard-to-machine materials, drills with mechanical fastening of interchangeable cutting inserts are used.
Основным элементом конструкции указанных сверл является их корпус, имеющий ось вращения, вокруг которой расположена рабочая часть с гнездами на торце для размещения и закрепления в них, например, с помощью винтов сменных режущих пластин.The main structural element of these drills is their case, which has an axis of rotation, around which the working part is located with sockets on the end for placing and fixing in them, for example, with the help of screws of interchangeable cutting plates.
Для отвода стружки от режущих кромок режущих пластин корпуса сверл также содержат выборки, выполненные вдоль рабочей части сверл и называемые, как правило, стружкоотводящими канавками. Они чередуются с цилиндрическими участками рабочей части корпуса сверла. При этом поверхности указанных цилиндрических участков расположены на максимальном удалении от оси вращения сверла. Корпуса сверл могут также иметь отверстия для подачи СОЖ в зону резания.For removal of chips from the cutting edges of the cutting plates of the body of the drill also contain a sample made along the working part of the drill and called, as a rule, the chip discharge grooves. They alternate with cylindrical sections of the working part of the drill body. When this surface of these cylindrical sections are located at a maximum distance from the axis of rotation of the drill. Drill bodies may also have holes for coolant supply to the cutting area.
При сверлении отверстий в изделиях из труднообрабатываемых материалов, корпус сверла испытывает значительные нагрузки, сопровождающиеся крутильными колебаниями и сложным напряженно деформированным состоянием его рабочей части. На поверхностях цилиндрических участков рабочей части корпуса возникают максимальные касательные напряжения. При этом перемещения указанных участков относительно стенок отверстия вдоль рабочей части корпуса сверла не равномерно из-за увеличивающегося в направлении торца рабочей части угла их поворота относительно оси вращения при ее закручивании.When drilling holes in products from difficult-to-cut materials, the body of the drill suffers from significant loads, accompanied by torsional vibrations and a complex stress-strain state of its working part. Maximum tangential stresses appear on the surfaces of the cylindrical sections of the working part of the body. While moving these areas relative to the walls of the hole along the working part of the body of the drill is not evenly due to increasing in the direction of the end of the working part of the angle of rotation relative to the axis of rotation when it is twisted.
Обычно часть режущих пластин, закрепленных на торце сверла, расположены асимметрично относительно его оси вращения. Это дополнительно вызывает увеличение действующих на рабочую часть инструмента не равномерно распределенных нагрузок, как по ее длине, так и в радиальном направлении относительно оси его вращения.Usually part of the cutting plates attached to the end of the drill, are located asymmetrically relative to its axis of rotation. This additionally causes an increase in non-uniformly distributed loads acting on the working part of the tool, both along its length and in the radial direction relative to its axis of rotation.
В процессе работы поверхность рабочей части корпуса сверл также подвергается воздействию агрессивной среды, действующей при высоких температурах. Это обусловлено, например, воздействием стружки, имеющей наибольшую температуру в зоне резания, расположенной на торце рабочей части корпуса сверла.In the process, the surface of the working part of the drill body is also exposed to an aggressive environment, operating at high temperatures. This is due, for example, the impact of chips, having the highest temperature in the cutting zone, located at the end of the working part of the body of the drill.
В результате воздействия стружки на поверхности стружкоотводящих канавок, имеющих высокий коэффициент трения скольжения, может возникать их не равномерный износ вдоль рабочей части, имеющий наибольшую величину в направлении ее торца.As a result of the impact of chips on the surface of the chip discharge grooves having a high coefficient of sliding friction, their uneven wear may occur along the working section, which has the greatest value in the direction of its end face.
Это может сопровождаться налипанием обрабатываемого материала на поверхности стружкоотводящих канавок, что существенно затрудняет удаление стружки из зоны резания, увеличивает силу резания и энергозатраты на обработку материалов резанием, а также может вызывать пакетирование стружки и разрушение корпуса режущего инструмента.This may be accompanied by sticking of the material being processed on the surface of the chip grooves, which significantly complicates the removal of chips from the cutting zone, increases the cutting force and energy consumption for cutting materials, and can also cause chip packaging and destruction of the cutting tool body.
Высокий коэффициент трения стружкоотводящих поверхностей также может способствовать неравномерному износу этих поверхностей, приводящему к неравномерному нагружению рабочей части сверл и, как следствие, уводу сверл от оси отверстия.The high coefficient of friction of chip discharging surfaces can also contribute to the uneven wear of these surfaces, leading to uneven loading of the working part of the drills and, consequently, to the removal of drills from the axis of the hole.
При сверлении из-за неравномерного нагружения рабочей части корпуса сверла также могут возникать вынужденные колебания, сопровождающиеся вибрацими, в том числе связанные с крутильными колебаниями, отрицательно влияющие на точность отверстия, стойкость режущих пластин и срок службы корпуса и сверла в целом. При этом наибольшей термомеханической нагрузке подвергаются поверхности участков стружкоотводящих канавок и цилиндрических поверхностей рабочей части корпуса, расположенные ближе к рабочему торцу корпуса сверла.When drilling due to uneven loading of the working part of the body of the drill, forced vibrations may also occur, including vibrations, including torsional vibrations, negatively affecting the hole accuracy, durability of the cutting plates and the service life of the body and drill as a whole. At the same time, the surface of the sections of the chip-removing grooves and the cylindrical surfaces of the working part of the body, which are located closer to the working end face of the drill body, are subjected to the greatest thermomechanical load.
В связи с указанными особенностями использования сверл с механическим креплением сменных режущих пластин рабочая часть их корпусов испытывает асимметричные термомеханические нагрузки, не равномерно распределенные по ее длине. Причем эти нагрузки увеличиваются в направлении от хвостовика сверл к торцу их рабочей части.In connection with the specified features of using drills with mechanical fastening of interchangeable cutting plates, the working part of their bodies experiences asymmetric thermomechanical loads that are not evenly distributed along its length. Moreover, these loads increase in the direction from the drill shank to the end of their working part.
Перечисленные выше отрицательные факторы, действующие на рабочую часть корпуса сверл, существенно снижают работоспособность и ресурс не только корпуса, но и сверла в целом, а также приводят к значительным затратам времени и энергоресурсов при осуществлении обработки материалов резанием.The above negative factors acting on the working part of the drill body significantly reduce the efficiency and resource of not only the case, but also the drill as a whole, and also lead to a significant investment of time and energy when cutting materials.
С учетом перечисленных особенностей использования указанных выше сверл их корпуса должны иметь высокую прочность и жесткость, в том числе крутильную и изгибную жесткость, а поверхность их рабочей части повышенную твердость, стойкость к коррозии и малый коэффициент трения скольжения относительно обрабатываемого материала.Taking into account the above features of using the above drills, their bodies should have high strength and rigidity, including torsional and flexural rigidity, and the surface of their working part should have increased hardness, corrosion resistance and low coefficient of sliding friction relative to the material being processed.
Для увеличения прочности и жесткости рабочей части корпусов сверл с механическим креплением сменных режущих пластин применяют высокопрочные материалы и различные формы и размеры, как самой рабочей части, так и формы и размеры стружкоотводящих канавок и геометрию режущей части. При этом учесть асимметричное нагружение рабочей части корпусов указанных сверл при использовании обычных средств весьма затруднительно, так как резервы их во многом исчерпаны.To increase the strength and rigidity of the working part of drill housings with mechanical fastening of interchangeable cutting plates, high-strength materials and various shapes and sizes are used, both the working part and the shapes and dimensions of the chip removal grooves and the geometry of the cutting part. In this case, it is very difficult to take into account the asymmetrical loading of the working part of the bodies of these drills using conventional means, since their reserves are largely exhausted.
Например, известен сверлильный инструмент (патент РФ №2568540), содержащий основной корпус, выполненный с возможностью вращения вокруг продольной оси. Вдоль рабочей части корпуса выполнены стружкоотводящие канавки, чередующиеся с участками цилиндрической поверхности, а на торце корпуса в гнездах установлены сменные режущие пластины. В конструкции этого инструмент не учтены отмеченные выше особенности эксплуатации сверл, что будет существенно влияет на его стойкость и долговечность.For example, a drilling tool is known (RF patent No. 2568540), which comprises a main body that is rotatable around a longitudinal axis. Along the working part of the body there are chip-removing grooves alternating with sections of a cylindrical surface, and interchangeable cutting plates are installed at the end of the body in the sockets. The design of this tool does not take into account the above-mentioned features of the operation of drills, which will significantly affect its durability and durability.
Для повышения эксплуатационных свойств корпусов режущего инструмента используют защитные износостойкие покрытия, в том числе имеющие остаточные сжимающие напряжения.To improve the performance properties of the cutting tool cases, wear-resistant protective coatings are used, including those with residual compressive stresses.
Известен, например, (патент РФ на полезную модель №153821) корпус фрезы с защитным покрытием, имеющим низкий коэффициент трения по алюминиевым сплавам. При этом защитное износостойкое покрытие выполнено из трех слоев вакуумно-дуговым распылением и содержит антикоррозионный слой на основе хрома, нанесенный на корпус фрезы, переходный слой и слой из аморфного алмазоподобного углеродного материала.Known, for example, (RF patent for useful model No. 153821) cutter body with a protective coating having a low coefficient of friction on aluminum alloys. At the same time, the protective wear-resistant coating is made of three layers by vacuum-arc spraying and contains an anticorrosive layer based on chromium deposited on the cutter body, a transition layer and a layer of amorphous diamond-like carbon material.
Использование в качестве слоя с низким коэффициентом трения алмазоподобного углеродного материала или алмазоподобного углерода с легирующей добавкой вольфрама позволяет существенно уменьшить взаимодействие и налипание стружки на поверхность корпуса.The use of a diamond-like carbon material or diamond-like carbon with a tungsten alloying material as a low friction layer can significantly reduce the interaction and sticking of chips to the surface of the body.
Однако, указанная выше конструкции корпусов инструмента с механическим креплением сменных режущих пластин, не имеют специальных защитных износостойких покрытий, нанесенных на рабочую часть их корпусов, с учетом их асимметричного нагружения, что существенно снижает их эксплуатационные свойства.However, the above-mentioned construction of tool housings with mechanical fastening of interchangeable cutting plates do not have special protective wear-resistant coatings applied to the working part of their housings, taking into account their asymmetric loading, which significantly reduces their operational properties.
Задачей настоящего изобретения является создание корпуса сверла с механическим креплением режущих пластин повышенной работоспособности и стойкости за счет использования свойств износостойкого покрытия для компенсации отрицательного влияния асимметричного нагружения его рабочей части.The present invention is the creation of the body of the drill with mechanical fastening of the cutting plates of increased efficiency and durability due to the use of properties of wear-resistant coating to compensate for the negative effect of asymmetric loading of its working part.
Задачей настоящего изобретения также является создание сверла с механическим креплением режущих пластин повышенной работоспособности и стойкости.The present invention is also the creation of a drill with mechanical fastening of cutting plates of increased efficiency and durability.
Для этого в рабочей части корпуса сверла необходимо предварительно, то есть до его работы, создать внутренние механические напряжения с учетом асимметричного термомеханического воздействия, возникающего при сверлении отверстий, а также избирательно увеличить износостойкость отдельных участков корпуса сверла.To do this, in the working part of the drill body, you must first, that is, before its work, create internal mechanical stresses taking into account the asymmetric thermomechanical effect that occurs when drilling holes, and also selectively increase the wear resistance of individual parts of the drill case.
При этом для достижения высокого технического результата в новом конструктивном решении должны быть использованы в качестве единого конструктивного элемента с его формой и размерами свойства материала, позволяющего адресно получить высокие остаточные внутренние механические напряжения, низкий коэффициент трения скольжения, высокую твердость и теплопроводность.At the same time, in order to achieve a high technical result in a new constructive solution, the properties of the material should be used as a single structural element with its shape and dimensions, allowing targeted high residual internal stresses, low coefficient of sliding friction, high hardness and thermal conductivity.
Раскрытие изобретенияDISCLOSURE OF INVENTION
Указанный технический результат достигается посредством совокупности признаков, приведенных в соответствующих пунктах формулы изобретения.This technical result is achieved by a combination of features that are given in the respective claims.
Корпус сверла с износостойким покрытием, сформированным методом физического осаждения из паровой фазы на его поверхности, содержит расположенную вокруг оси вращения рабочую часть с круговой наружной поверхностью, на которой со стороны свободного торца выполнены гнезда для размещения и крепления режущих пластин.The drill body with a wear-resistant coating formed by physical vapor deposition on its surface contains a working part located around the axis of rotation with a circular outer surface on which slots are made for accommodating and attaching the cutting plates on the side of the free end.
Вдоль рабочей части корпуса выполнены стружкоотводящие канавки, при этом на поверхность, по меньшей мере, рабочей части корпуса нанесено износостойкое покрытие, содержащее, по меньшей мере, один слой, имеющий остаточные сжимающие напряжения.Along the working part of the body, chip-removing grooves are made, and a wear-resistant coating is applied to the surface of at least the working part of the body, containing at least one layer having residual compressive stresses.
В соответствие с изобретением износостойкое покрытие имеет не равномерную толщину по длине рабочей части сверла и содержит в качестве слоя, имеющего остаточные сжимающие напряжения, по меньшей мере, слой из аморфного алмазоподобного углеродного материала.In accordance with the invention, the wear-resistant coating has an uneven thickness along the length of the working part of the drill and contains as a layer having residual compressive stresses at least a layer of amorphous diamond-like carbon material.
В соответствии с одним предпочтительным исполнением корпуса сверла толщина износостойкого покрытия уменьшается по длине рабочей части в направлении от ее рабочего торца.In accordance with one preferred embodiment of the drill body, the thickness of the wear-resistant coating decreases along the length of the working part in the direction from its working end.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением корпуса толщина износостойкого покрытия на круговой наружной поверхности рабочей части, наиболее удаленной от оси вращения корпуса, больше, чем на поверхностях стружкоотводящих канавок.In accordance with another preferred embodiment of the housing, the thickness of the wear-resistant coating on the circular outer surface of the working part furthest from the axis of rotation of the housing is greater than on the surfaces of the chip discharging grooves.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением корпуса толщина износостойкого покрытия на поверхностях стружкоотводящих канавок в радиальном направлении от оси вращения корпуса к периферии его рабочей части имеет переменную величину.In accordance with another preferred embodiment of the housing, the thickness of the wear-resistant coating on the surfaces of the chip dispensing grooves in the radial direction from the axis of rotation of the housing to the periphery of its working part has a variable value.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением корпуса толщина износостойкого покрытия находится в пределах 0,5-5 мкм, а остаточные сжимающие напряжения в нем находятся в пределах 4-10 гПа.In accordance with another preferred embodiment of the housing, the thickness of the wear-resistant coating is in the range of 0.5 to 5 μm, and the residual compressive stresses in it are in the range of 4-10 hPa.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением корпуса износостойкое покрытие выполнено многослойным, причем слой из аморфного алмазоподобного углеродного материала выполнен верхним.In accordance with another preferred embodiment of the housing, the wear-resistant coating is made multi-layered, and the layer of amorphous diamond-like carbon material is made upper.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением корпуса защитное износостойкое покрытие дополнительно содержит, антикоррозийный слой на основе хрома, нанесенный на поверхность корпуса.In accordance with another preferred embodiment of the housing, the protective wear resistant coating further comprises a chromium-based anti-corrosion layer applied to the surface of the housing.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением корпуса в качестве аморфного алмазоподобного углеродного материала использован аморфный алмазоподобный углерод с легирующей добавкой вольфрама в количестве 0,5-2,3%.In accordance with another preferred embodiment of the casing, an amorphous diamond-like carbon with a tungsten dopant in an amount of 0.5-2.3% is used as an amorphous diamond-like carbon material.
Согласно изобретению также предложено сверло с механическим креплением режущих пластин. Оно содержит корпус, на рабочей части которого в гнездах расположены режущие пластины, а вдоль рабочей части выполнены стружкоотводящие канавки. При этом сверло имеет корпус, выполненный с износостойким покрытием по одному из исполнений указанных выше.According to the invention also proposed drill with mechanical fastening of the cutting plates. It includes a housing, on the working part of which cutting plates are located in the sockets, and along the working part there are made chip-removing grooves. In this case, the drill has a body made with a wear-resistant coating according to one of the designs indicated above.
В соответствии с одним предпочтительным исполнением сверла его режущие пластины выполнены с износостойким покрытием.In accordance with one preferred embodiment of the drill, its cutting plates are made with a wear-resistant coating.
Для лучшего понимания, но только в качестве примера, изобретение далее будет описано с отсылками к приложенным чертежам, где изображена конструкция корпуса сверла с механическим креплением сменных режущих пластин и само сверло.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 drill body with the mechanical fastening of interchangeable cutting inserts and the drill itself.
На фиг. 1 изображен в перспективе корпус сверла с износостойким покрытием;FIG. 1 shows in perspective a drill body with a wear-resistant coating;
на фиг. 2 изображен разрез по линии А-А рабочей части корпуса сверла, изображенного на фиг. 1;in fig. 2 shows a section along the line A-A of the working part of the drill body shown in FIG. one;
на фиг. 3а, b структурно изображены фрагменты износостойкого покрытия, нанесенного на рабочую часть корпуса сверла, соответственно в сечениях I-I и II-II фиг. 2;in fig. 3a, b structurally depict fragments of a wear-resistant coating deposited on the working part of the drill body, respectively in sections I-I and II-II of FIG. 2;
на фиг. 4 изображен разрез по линии В-В рабочей части корпуса сверла, изображенного на фиг. 1;in fig. 4 shows a section along the line B-B of the working part of the drill body shown in FIG. one;
на фиг. 5а, b структурно изображены фрагменты износостойкого покрытия, нанесенного на рабочую часть корпуса сверла, соответственно в сечениях III-III и IV-IV фиг. 4;in fig. 5a and b structurally depict fragments of a wear-resistant coating deposited on the working part of the drill body, respectively in sections III-III and IV-IV of FIG. four;
на фиг. 6 изображено в перспективе сверло в сборе с режущими пластинами.in fig. 6 shows a drill assembly with cutting inserts in perspective.
Детальное описание изобретения.Detailed description of the invention.
Корпус 10 сверла с износостойким покрытием, сформированным методом физического осаждения из паровой фазы на его поверхности, содержит расположенную вокруг оси вращения 12 рабочую часть 14 с круговой наружной поверхностью 16.The
На рабочей части 14 со стороны ее свободного торца 18 выполнены гнезда 20 для размещения и крепления режущих пластин 20а.On the working
Вдоль рабочей части 14 выполнены стружкоотводящие канавки 22. На фиг. 1 в качестве примера изображены стружкоотводящие канавки, расположенные по винтовой поверхности вдоль рабочей части 14. В корпусе сверла также могут быть выполнены отверстия 26 для подвода СОЖ к режущим пластинам 20а.
На поверхность, по меньшей мере, рабочей части 14 корпуса 10 нанесено износостойкое покрытие 24, содержащее, по меньшей мере, один слой, имеющий остаточные сжимающие напряжения. При этом износостойкое покрытие также может быть многослойным.On the surface of at least the working
В соответствии с изобретением износостойкое покрытие 24 имеет не равномерную толщину по длине рабочей части 14 и содержит в качестве слоя, имеющего остаточные сжимающие напряжения, по меньшей мере, слой из аморфного алмазоподобного углеродного материала, имеющего наибольшие по сравнению с другими материалами внутренние остаточные сжимающие механические напряжения, а также низкий коэффициент трения скольжения, высокую твердость и теплопроводность. При этом износостойкое покрытие дополнительно может иметь слои, имеющие остаточные сжимающие механические напряжения и содержащие, например, фазы с одним из следующих элементов C, Ti, Nb, Hf.In accordance with the invention, the wear-
В соответствии с одним из предпочтительных исполнений корпуса 10 толщина износостойкого покрытия 24 уменьшается по длине его рабочей части 14 в направлении от ее рабочего торца 18.In accordance with one of the preferred versions of the
Таким образом, предложенная конструкция корпуса сверла имеет новый конструктивный элемент в виде износостойкого покрытия, имеющего не равномерную толщину и содержащего, по меньшей мере, слой не равномерной толщины из аморфного алмазоподобного углеродного материала, учитывающий асимметрию термомеханического нагружения корпуса сверла.Thus, the proposed design of the drill body has a new structural element in the form of a wear-resistant coating having a non-uniform thickness and containing at least a layer of non-uniform thickness of amorphous diamond-like carbon material, taking into account the asymmetry of the thermomechanical loading of the drill body.
В частности, так как покрытие 24 согласно наиболее предпочтительному исполнению корпуса 10 имеет не равномерную толщину по длине его рабочей части 14, причем толщина его уменьшается вдоль рабочей части 14 в направлении от ее рабочего торца 18, то возникает адресное предварительно напряженное состояние корпуса сверла до его работы.In particular, since the
При этом наиболее нагруженная часть корпуса сверла, расположенная ближе к его рабочему торцу, имеет большую толщину износостойкого покрытия, что позволяет повысить механические характеристики корпуса, во-первых, за счет создания предварительного механического напряжения рабочей части, дифференцированного по ее длине с учетом асимметричного термомеханического воздействия, возникающего при работе сверла. При этом достигается выравнивания внутренних напряжений, как в самом износостойком покрытии, так и в рабочей части корпуса.The most loaded part of the drill body, located closer to its working end, has a large thickness of wear-resistant coating, which allows to improve the mechanical characteristics of the body, firstly, by creating a preliminary mechanical stress of the working part, differentiated along its length, taking into account the asymmetric thermomechanical effect arising from the work of the drill. At the same time, internal stresses are equalized, both in the wear-resistant coating and in the working part of the body.
Во-вторых, большая толщина износостойкого покрытия, расположенного на поверхностях ближе к рабочему торцу корпуса, также позволяет компенсировать больший износ поверхностей рабочей части, обусловленный воздействием температуры и стружки. Таким образом, получен корпус сверла с предварительно напряженной рабочей частью повышенной жесткости и износостойкости, учитывающий асимметрию его термомеханического нагружения.Secondly, the large thickness of the wear-resistant coating located on the surfaces closer to the working end of the body also makes it possible to compensate for the greater wear of the surfaces of the working part, due to the effect of temperature and chips. Thus, a drill body with a pre-stressed working part of increased rigidity and wear resistance, taking into account the asymmetry of its thermomechanical loading, was obtained.
Для демонстрации конструктивных особенностей корпуса сверла рассмотрим фиг. 1-5. На фиг. 2 и 4 изображены разрезы соответственно по линии А-А и В-В рабочей части 14 корпуса сверла 10, изображенного на фиг. 1. При этом разрез по А-А расположен ближе к свободному торцу 18 корпуса 10, а разрез по линии В-В расположен дальше от указанного торца.To demonstrate the design features of the drill body, consider FIG. 1-5. FIG. 2 and 4 show sections along the lines A-A and B-B respectively of the working
На фиг. 3а, b и 5а, b структурно изображены фрагменты износостойкого покрытия, нанесенного на рабочую часть корпуса сверла, соответственно в сечениях I-I, II-II фиг. 2 и III-III, IV-IV фиг. 4. При этом видно, что толщина h1 износостойкого покрытия 24 на круговой наружной поверхности 16, в сечении I-I больше, чем толщина h3 покрытия в сечении III-III, находящемся на большем расстоянии от рабочего торца корпуса.FIG. 3a, b and 5a, b fragments of a wear-resistant coating deposited on the working part of the drill body, are shown structurally, respectively, in sections I-I, II-II of FIG. 2 and III-III, IV-IV of FIG. 4. It can be seen that the thickness h1 of the wear-
Толщина износостойкого покрытия 24 на поверхностях стружкоотводящих канавок 22 h2 в сечении II-II также больше, чем толщина h4 износостойкого покрытия в сечении IV-IV, находящемся на большем расстоянии от рабочего торца корпуса.The thickness of the wear-
В соответствии с предпочтительным исполнением корпуса 10 толщина износостойкого покрытия на круговой наружной поверхности 16 рабочей части 14, наиболее удаленной от оси вращения 12 корпуса 10, больше, чем на поверхностях стружкоотводящих канавок 22, т.е. h1>h2 и h3>h4 (фиг. фиг. 3а, b и 5а, b).In accordance with the preferred embodiment of the
Таким образом, большая толщина износостойкого покрытия на круговой наружной поверхности 16 рабочей части 14, наиболее удаленной от оси вращения 12 корпуса 10, соответствует максимальным касательным напряжениям, возникающим в рабочей части корпуса при ее скручивании. При этом на поверхностях стружкоотводящих канавок 22, расположенных в радиальном направлении ближе к оси 12 вращения корпуса, толщина износостойкого покрытия меньше, чем на круговой наружной поверхности 16, что соответствует меньшим величинам касательных напряжений на указанных поверхностях, возникающих при скручивании рабочей части сверла 30.Thus, the large thickness of the wear-resistant coating on the circular
Это позволяет дополнительно выровнять внутренние напряжения, как в самом износостойком покрытии, так и в рабочей части корпуса в радиальном направлении относительно оси вращения 12 корпуса 10.This allows you to further align the internal stresses, as in the wear-resistant coating, and in the working part of the housing in the radial direction relative to the axis of
В соответствии с другим предпочтительным исполнении корпуса толщина износостойкого покрытия 24 на поверхностях стружкоотводящих канавок 22 в радиальном направлении от оси вращения 12 корпуса 10 к периферии его рабочей части 14 имеет переменную величину.In accordance with another preferred embodiment of the housing, the thickness of the wear-
Это обусловлено тем, что касательные напряжения, возникающие при скручивании рабочей части 14, как в самой рабочей части, так и в износостойком покрытии на поверхностях стружкоотводящих канавок, имеют переменную величину, которая зависит от расстояния до оси вращения 12 и угла наклона указанных поверхностей относительно радиуса окружности круговой наружной поверхности 16. Указанный конструктивный элемент позволяет дополнительно выровнять внутренние напряжения в износостойком покрытии на поверхностях стружкоотводящих канавок, что позволяет снизить их износ.This is due to the fact that the tangential stresses arising during the twisting of the working
В соответствии с другим предпочтительным исполнении корпуса износостойкое покрытие 24 выполнено многослойным, причем слой из аморфного алмазоподобного углеродного материала выполнен верхним. Это позволяет дополнительно повысить величину достигаемого технического результата за счет использования низкого коэффициента трения скольжения и высокой теплопроводности верхнего слоя покрытия.In accordance with another preferred embodiment of the housing, the wear-
В соответствии с другим предпочтительным исполнении корпуса защитное износостойкое покрытие 24 дополнительно содержит антикоррозийный слой на основе хрома, нанесенный на поверхность корпуса 10. Этот слой может быть нанесен на всю поверхность корпуса, включая его хвостовик, и может быть промежуточным слоем.In accordance with another preferred embodiment of the housing, the protective wear-
Для получения наибольшей эффективности настоящего технического решения в соответствии с другим предпочтительным исполнением корпуса 10 толщина износостойкого покрытия находится в пределах 0,5-5 мкм, а остаточные сжимающие напряжения в нем находятся в пределах 4-10 гПа.To obtain the greatest efficiency of the present technical solution in accordance with another preferred embodiment of the
Пределы микротвердости износостойкого покрытия и остаточных сжимающих напряжений в нем обусловлены необходимостью обеспечения с одной стороны механической прочности износостойкого покрытия при обработке труднообрабатываемых материалов, в том числе титана и его сплавов, а с другой стороны необходимостью получения достаточных усилий сжатия, возникающих в покрытии с учетом остаточных механических напряжений сжатия.The limits of microhardness of wear-resistant coating and residual compressive stresses in it are due to the need to ensure on one side the mechanical strength of the wear-resistant coating when processing difficult-to-work materials, including titanium and its alloys, and on the other hand the need to obtain sufficient compressive forces arising in the coating with regard to residual mechanical compression stresses.
При этом нижний предел толщины износостойкого покрытия обусловлен минимальной толщиной покрытия, обеспечивающей его износостойкость, которая во многом будет зависеть от максимальных внутренних механических напряжений, возникающих при работе сверла.In this case, the lower limit of the thickness of the wear-resistant coating is due to the minimum thickness of the coating, which ensures its wear resistance, which will largely depend on the maximum internal mechanical stresses arising during the operation of the drill.
Верхний предел толщины износостойкого покрытия обусловлен тем, что при дальнейшем увеличении толщины в нем существенно возрастают суммарные усилия, вызванные внутренними остаточным напряжениями, что отрицательно сказывается на его стойкости.The upper limit of the thickness of the wear-resistant coating is due to the fact that with a further increase in the thickness in it, the total efforts due to internal residual stresses significantly increase, which adversely affects its durability.
Таким образом, при высоких режимах обработки значения указанных величин ниже нижних пределов с одной стороны могут привести к преждевременному разрушению износостойкого покрытия из-за его низкой механической прочности, а с другой стороны не будет достигнуто достаточных значений суммарных усилий сжатия в износостойком покрытии, необходимых для компенсации асимметричного нагружения рабочей части корпуса сверла. В то же время значения величин толщин износостойкого покрытия выше указанных верхних пределов также могут способствовать разрушению износостойкого покрытия из-за значительных суммарных усилий в нем.Thus, at high processing conditions, the values of these quantities below the lower limits on the one hand can lead to premature destruction of the wear-resistant coating due to its low mechanical strength, and on the other hand, sufficient values of the total compressive forces in the wear-resistant coating required for compensation will not be achieved. asymmetric loading of the working part of the drill body. At the same time, the values of the thickness of the wear-resistant coating above the specified upper limits can also contribute to the destruction of the wear-resistant coating due to significant total efforts in it.
В целях повышения стойкости защитного износостойкого покрытия корпуса 10 в качестве аморфного алмазоподобного углеродного материала может быть использован аморфный алмазоподобный углерод с легирующей добавкой вольфрама в количестве 0,5 - 2,3%. Это позволяет дополнительно повысить термостойкость износостойкого покрытия, и тем самым увеличить планируемый технический результат.In order to increase the durability of the protective wear-resistant coating of the
В соответствии с изобретением предложено сверло 30 с механическим креплением режущих пластин 20а. Оно содержит корпус 10, на рабочей части 14 которого в гнездах 20 расположены режущие пластины 20а, а вдоль рабочей части 14 выполнены стружкоотводящие канавки 22.In accordance with the invention, a
Согласно изобретению корпус 10 сверла 30 выполнен с износостойким покрытием по одному из указанных выше исполнений.According to the invention, the
В соответствии с одним предпочтительным исполнением сверла 30 режущие пластины 20а выполнены с износостойким покрытием. Сверло 30 также может содержать сменную торцовую часть 32.In accordance with one preferred embodiment of the
При этом повышение работоспособности и стойкости сверла обусловлено особой конструкцией его корпуса, подробно описанного выше.At the same time, the increase in the performance and durability of the drill is due to the special design of its body, described in detail above.
Примеры реализации изобретения.Examples of the implementation of the invention.
Не равномерную толщину износостойких покрытий на поверхностях рабочих частей корпусов сверл можно получить, например, следующим образом.An uneven thickness of wear-resistant coatings on the surfaces of the working parts of drill bodies can be obtained, for example, as follows.
Нанесение износостойкого покрытия осуществляли на установках вакуумно-дугового распыления методом PVD. При этом для получения наиболее предпочтительного исполнения корпусов сверл их располагали в кассетах рабочей частью вверх. В процессе нанесения износостойкого покрытия корпуса совершали планетарное движение в объеме вакуумной камеры, вращаясь относительно своей оси.The application of wear-resistant coatings was carried out on vacuum arc spraying installations using the PVD method. At the same time, in order to obtain the most preferable version of the drill bodies, they were arranged in the cassettes with the working part upwards. In the process of applying a wear-resistant coating, the bodies performed a planetary motion in the volume of the vacuum chamber, rotating about its axis.
Для получения неравномерной толщины покрытия на поверхности корпусов сверл по длине их рабочей части источники углеродной плазмы в установке располагали горизонтально напротив рабочих частей сверл перпендикулярно их оси. В качестве источников углеродной плазмы могут быть использованы, например, мишени цилиндрической формы. Причем для получения наиболее предпочтительного исполнения предложенного конструктивного решения оси источников углеродной плазмы совпадали с рабочими торцами корпусов сверл.To obtain an uneven coating thickness on the surface of the drill housings along the length of their working part, carbon plasma sources in the installation were positioned horizontally opposite the working parts of the drills perpendicular to their axis. For example, cylindrical targets can be used as sources of carbon plasma. Moreover, to obtain the most preferred execution of the proposed constructive solution, the axis of carbon plasma sources coincided with the working ends of the drill bodies.
Вследствие этого износостойкое покрытие имело неравномерную толщину по длине рабочей части. Причем толщина покрытия имела наибольшую величину у торца рабочей части и уменьшалась в направлении от него к хвостовику корпуса.As a consequence, the wear-resistant coating had an uneven thickness along the length of the working part. Moreover, the thickness of the coating had the greatest value at the end of the working part and decreased in the direction from it to the body shank.
При этом изменяя угол расположения источников углеродной плазмы и/или самих корпусов, а также изменяя диаметр источников углеродной плазмы и/или их расстояние до рабочих частей корпусов, можно получить износостойкое покрытие с соответствующим градиентом его толщины, как в радиальном направлении, так и вдоль рабочей части корпусов сверл. Это позволит получить сверла с заданными техническими характеристиками в зависимости от обрабатываемого материала и режимов обработки, что существенно повысит работоспособность и долговечность сверл с механически креплением режущих пластин.At the same time, by changing the angle of carbon plasma sources and / or the bodies themselves, as well as changing the diameter of carbon plasma sources and / or their distance to the working parts of the bodies, a wear-resistant coating can be obtained with an appropriate gradient of its thickness, both in the radial direction and along the working surface. parts of drill housings This will allow to obtain drills with specified technical characteristics depending on the material being processed and processing modes, which will significantly increase the efficiency and durability of drills with mechanical fastening of the cutting plates.
В качестве конкретного примера осуществляли нанесение износостойкого покрытия с содержанием слоя из аморфного алмазоподобного углеродного материала на рабочую часть корпусов сверл с их рабочим диаметром 23,4 мм и длиной рабочей части 100 мм. При этом толщина износостойкого покрытия по длине рабочей части находилась в диапазоне от 0.6 до 2,6 мкм.As a concrete example, a wear-resistant coating with a layer of amorphous diamond-like carbon material was applied to the working part of the drill bodies with their working diameter of 23.4 mm and the working part length of 100 mm. The thickness of the wear-resistant coating along the length of the working part was in the range of 0.6 to 2.6 microns.
Сверла с указанными корпусами при их использовании в производственных условиях для сверления отверстий глубиной 50 мм в литых заготовках из стали 20ГЛ имели в 1,5 раза большую стойкость и срок службы по сравнению с корпусами сверл обычной конструкции.When used under production conditions, drills with the specified housings for drilling holes 50 mm deep in cast billets made of steel 20GL had 1.5 times greater durability and service life compared to drill housings of conventional design.
Хотя настоящее изобретение 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.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 claims below.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019103306A RU2693225C1 (en) | 2019-02-06 | 2019-02-06 | Drill with mechanical fastening of cutting plates and its housing with wear-resistant coating |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019103306A RU2693225C1 (en) | 2019-02-06 | 2019-02-06 | Drill with mechanical fastening of cutting plates and its housing with wear-resistant coating |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2693225C1 true RU2693225C1 (en) | 2019-07-01 |
Family
ID=67252105
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019103306A RU2693225C1 (en) | 2019-02-06 | 2019-02-06 | Drill with mechanical fastening of cutting plates and its housing with wear-resistant coating |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2693225C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2714558C1 (en) * | 2019-11-11 | 2020-02-18 | Общество с ограниченной ответственность "СБОРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ИНСТРУМЕНТА, ФРЕЗЫ МОСКВИТИНА" | Cutting tool with diamond-like wear-resistant coating |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1132446A1 (en) * | 1983-12-12 | 1990-01-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Инструментальный Институт | Wear-resistant coating for cutting tools |
RU107496U1 (en) * | 2011-04-20 | 2011-08-20 | Учреждение Российской академии наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения РАН, (ИФМ УрО РАН) | METER WITH WEAR-RESISTANT COATING FROM SOLID AMORPHIC DIAMOND-LIKE CARBON |
WO2013087848A1 (en) * | 2011-12-14 | 2013-06-20 | Sandvik Intellectual Property Ab | Coated cutting tool and method of manufacturing the same |
RU2527829C1 (en) * | 2013-04-09 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) | Two-layer abrasion resistant coating of cutting tool |
WO2017009101A1 (en) * | 2015-07-13 | 2017-01-19 | Sandvik Intellectual Property Ab | Coated cutting tool |
RU170600U1 (en) * | 2016-06-01 | 2017-05-02 | Общество с ограниченной ответственностью "Сборные конструкции инструмента, фрезы Москвитина" | END MILL |
RU2671782C1 (en) * | 2018-03-01 | 2018-11-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Сборные конструкции инструмента, фрезы Москвитина" | Endmill |
-
2019
- 2019-02-06 RU RU2019103306A patent/RU2693225C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1132446A1 (en) * | 1983-12-12 | 1990-01-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Инструментальный Институт | Wear-resistant coating for cutting tools |
RU107496U1 (en) * | 2011-04-20 | 2011-08-20 | Учреждение Российской академии наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения РАН, (ИФМ УрО РАН) | METER WITH WEAR-RESISTANT COATING FROM SOLID AMORPHIC DIAMOND-LIKE CARBON |
WO2013087848A1 (en) * | 2011-12-14 | 2013-06-20 | Sandvik Intellectual Property Ab | Coated cutting tool and method of manufacturing the same |
RU2527829C1 (en) * | 2013-04-09 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) | Two-layer abrasion resistant coating of cutting tool |
WO2017009101A1 (en) * | 2015-07-13 | 2017-01-19 | Sandvik Intellectual Property Ab | Coated cutting tool |
RU170600U1 (en) * | 2016-06-01 | 2017-05-02 | Общество с ограниченной ответственностью "Сборные конструкции инструмента, фрезы Москвитина" | END MILL |
RU2671782C1 (en) * | 2018-03-01 | 2018-11-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Сборные конструкции инструмента, фрезы Москвитина" | Endmill |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2714558C1 (en) * | 2019-11-11 | 2020-02-18 | Общество с ограниченной ответственность "СБОРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ИНСТРУМЕНТА, ФРЕЗЫ МОСКВИТИНА" | Cutting tool with diamond-like wear-resistant coating |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Chen et al. | A review on conventional and nonconventional machining of SiC particle-reinforced aluminium matrix composites | |
US5833021A (en) | Surface enhanced polycrystalline diamond composite cutters | |
JP5143571B2 (en) | High wear resistant triple coating for cutting tools | |
RU2488464C1 (en) | Drill with indexable cutting plates and drill body | |
CN1575895B (en) | Support pad for long hole drill | |
JP5823316B2 (en) | Drill tool for cutting cast material | |
RU2429948C1 (en) | Ejector system of drilling | |
WO2010137429A1 (en) | Carbide end mill and cutting method using the end mill | |
KR890000210B1 (en) | Cemented carbide drill bit | |
JP5230201B2 (en) | Drills and drilling tools for drilling and cutting tools | |
CA2204990C (en) | Boring tool | |
JP2011526213A (en) | Multi-blade drilling tool | |
JP2006525127A5 (en) | ||
WO2007046299A1 (en) | Cutting edge replacement-type cutting chip | |
RU2693225C1 (en) | Drill with mechanical fastening of cutting plates and its housing with wear-resistant coating | |
JP4714022B2 (en) | Surface hard coating material for tools | |
US7544412B2 (en) | Reducing abrasive wear in wear resistant coatings | |
JP2020503180A (en) | Milling tools with coolant flow grooves | |
RU2475338C2 (en) | Machining tool component | |
JP5590331B2 (en) | Surface coated drill with excellent wear resistance and chip evacuation | |
RU2691480C1 (en) | Cutter housing with wear-resistant coating and cutter for its use | |
JP5413888B2 (en) | Drilling tool | |
JP2005022071A (en) | Hard film coated drill | |
JP2001179506A (en) | Composite tool of high rigidity | |
RU2691483C1 (en) | End mill |