RU46010U1

RU46010U1 - MULTI-LAYER-CUTTING TOOL

Info

Publication number: RU46010U1
Application number: RU2004135483/22U
Authority: RU
Inventors: В.П. Табаков; А.В. Циркин; А.В. Чихранов; А.В. Рандин
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2005-06-10

Abstract

Полезная модель относится к области нанесения покрытий, в частности к нанесению покрытий испарением и конденсацией в вакууме, и предназначена для получения износостойких покрытий на режущем инструменте в инструментальном производстве. Технический результат - повышение стойкости режущего инструмента. Предлагается режущий инструмент с многослойным покрытием, содержащий инструментальную основу из быстрорежущей стали и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, отличающееся тем, что покрытие состоит из нижнего слоя титана и железа, промежуточного слоя нитрида титана и железа и верхнего слоя нитрида титана, модифицированного воздействием лазерного излучения. Использование покрытия, модифицированного лазерной обработкой, способствует увеличению работоспособности режущего инструмента.The utility model relates to the field of coating, in particular to coating by evaporation and condensation in a vacuum, and is intended to obtain wear-resistant coatings on a cutting tool in tool production. The technical result is an increase in the resistance of the cutting tool. A cutting tool with a multilayer coating is proposed, comprising a tool base made of high speed steel and a three-layer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, characterized in that the coating consists of a lower layer of titanium and iron, an intermediate layer of titanium nitride and iron, and an upper layer of titanium nitride modified exposure to laser radiation. The use of a coating modified by laser processing, increases the efficiency of the cutting tool.

Description

Полезная модель относится к области нанесения покрытий, в частности к нанесению покрытий испарением и конденсацией в вакууме, и может быть использована в инструментальном производстве для получения износостойких покрытий на режущем инструменте.The utility model relates to the field of coating, in particular to coating by evaporation and condensation in a vacuum, and can be used in tool production to obtain wear-resistant coatings on a cutting tool.

Известен режущий инструмент с износостойким ионно-плазменным покрытием TiN, содержащим один слой толщиной 3-8 мкм (см. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. С.252). К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режущего инструмента с покрытием, относится то, что в известном режущем инструменте многослойное покрытие наносится методом ГТ ВНИИТС (в соответствии с технологией химического осаждения покрытия из газовой фазы) (см. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. С.252). Недостатками метода ГТ является то, что процесс нанесения осуществляется при температурах, не позволяющих упрочнять инструмент из быстрорежущей стали; прочность инструмента с покрытием имеет достаточно широкий разброс значений (то есть технологии присуща нестабильность прочностных параметров продукции - инструмента с покрытием).Known cutting tool with a wear-resistant ion-plasma coating TiN, containing one layer with a thickness of 3-8 μm (see Vereshchak A.S. The performance of the cutting tool with wear-resistant coatings. M .: Mechanical Engineering, 1993. P.252). The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using a known cutting tool with a coating include the fact that in a known cutting tool a multilayer coating is applied by the VNIITS method (in accordance with the technology of chemical deposition of the coating from the gas phase) (see A. Vereshchak The performance of the cutting tool with wear-resistant coatings. M.: Mechanical Engineering, 1993. S. 252). The disadvantages of the GT method is that the application process is carried out at temperatures that do not allow hardening tools made of high speed steel; the strength of the coated tool has a fairly wide range of values (that is, the technology is characterized by instability of the strength parameters of the product — the coated tool).

Наиболее близким режущим инструментом с покрытием того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является режущий инструмент с многослойным покрытием, содержащий инструментальную основу из быстрорежущей стали и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, состоящее из внешнего слоя нитрида титана TiN, промежуточного слоя нитрида титана и железа TiFeN и внутреннего слоя титана и железа Ti-Fe (см. Рандин А.В. Повышение работоспособности The closest cutting tool with a coating of the same purpose to the claimed utility model in terms of features is a cutting tool with a multilayer coating containing a tool base of high speed steel and a three-layer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, consisting of an outer layer of titanium nitride TiN, an intermediate layer titanium nitride and iron TiFeN and the inner layer of titanium and iron Ti-Fe (see. Randin A.V.

быстрорежущего инструмента путем нанесения износостойких покрытий с переходными адгезионными слоями. Дисс...канд. техн. наук., - Ульяновск. - 2003. - 186 с.), принятый за прототип.high-speed tool by applying wear-resistant coatings with transitional adhesive layers. Diss ... cand. tech. Sciences., - Ulyanovsk. - 2003. - 186 p.), Adopted as a prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режущего инструмента с многослойным покрытием, принятого за прототип, относится то, что данное многослойное покрытие имеет низкую прочность сцепления с инструментальной основой, приводящую к быстрому его разрушению из-за адгезионно-усталостных процессов, сопровождающих отделение застойной зоны от контактной площадки инструмента на передней поверхности. Также разрушение покрытие интенсифицируется в результате трещинообразования при пластической деформации режущего клина.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known cutting tool with a multilayer coating adopted as a prototype include the fact that this multilayer coating has low adhesion to the tool base, leading to its rapid destruction due to adhesive-fatigue processes, accompanying the separation of the stagnant zone from the contact area of the tool on the front surface. Also, the destruction of the coating is intensified as a result of cracking during plastic deformation of the cutting wedge.

Технический результат - повышение стойкости режущего инструмента.The technical result is an increase in the resistance of the cutting tool.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается следующим. Возрастает прочность сцепления многослойного покрытия с быстрорежущей инструментальной основой за счет модифицирования покрытия воздействием лазерного излучения. Изменения в результате лазерной обработки структурных параметров (периода кристаллической решетки, остаточных сжимающих напряжений) и механических свойств (микротвердости и прочности сцепления с инструментальной основой) покрытия способствуют повышению работоспособности режущего инструмента с ним. Кроме этого при лазерной обработке осуществляется закалка поверхностных слоев быстрорежущей основы под покрытием, что снижает ее пластические деформации в процессе резания и приводит к более длительной сохранности покрытия.The specified technical result in the implementation of the utility model is achieved as follows. The adhesion of a multilayer coating to a high-speed tool base increases due to the modification of the coating by laser radiation. Changes as a result of laser processing of structural parameters (period of the crystal lattice, residual compressive stresses) and mechanical properties (microhardness and adhesion to the tool base) of the coating increase the efficiency of the cutting tool with it. In addition, during laser processing, the surface layers of the high-speed base are quenched under the coating, which reduces its plastic deformation during cutting and leads to a longer preservation of the coating.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной полезной модели, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленной The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed utility model, allowed to establish that the applicant did not find a source characterized by features identical to all the essential features of the claimed

полезной модели, определенные из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном режущем инструменте с многослойным покрытием, изложенных в формуле изобретения.utility model, determined from the list of identified analogues of the prototype, as the closest in the totality of the features of the analogue, allowed us to establish a set of significant distinguishing features in relation to the applicant’s perceived technical result in the claimed cutting tool with a multilayer coating set forth in the claims.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию "новизна".Therefore, the claimed utility model meets the condition of "novelty."

Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением вышеуказанного технического результата.Information confirming the possibility of implementing a utility model with obtaining the above technical result.

Сущность полезной модели заключается в следующем. Предлагаемый режущий инструмент содержит многослойное ионно-плазменное покрытие 1 с верхним слоем TiN2, промежуточным TiFeN3 и нижним Ti-Fe4, модифицированное воздействием лазерного излучения, которое наносят методом конденсации вещества из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой (метод КИБ) на режущий инструмент 5 из быстрорежущей стали.The essence of the utility model is as follows. The proposed cutting tool contains a multilayer ion-plasma coating 1 with an upper layer of TiN2, an intermediate TiFeN3 and a lower Ti-Fe4, modified by the action of laser radiation, which is applied by condensation of a substance from the plasma phase in vacuum with ion bombardment (CIB method) on a cutting tool 5 of high speed steel.

Покрытия наносили методом КИБ (конденсацией из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой). Предварительно очищенные от загрязнений неперетачиваемые пластины, изготовленные из быстрорежущей стали Р6М5К5, размещали в камере установки "Булат-6Т" с установленными в ней электродуговыми испарителями, материалы катодов которых включают элементы покрытия. Для получения износостойкого покрытия использовали 2 катода: из титанового сплава ВТ1-0 и составной катод из ВТ1-0 со вставкой из стали 12Х18Н10Т.The coatings were applied by the CIB method (condensation from the plasma phase in vacuum with ion bombardment). Non-grind plates preliminarily cleaned of contaminants made of R6M5K5 high-speed steel were placed in the chamber of the Bulat-6T installation with electric arc evaporators installed in it, the cathode materials of which include coating elements. To obtain a wear-resistant coating, 2 cathodes were used: from a VT1-0 titanium alloy and a composite cathode from VT1-0 with an insert made of 12X18H10T steel.

Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при симметричном торцовом фрезеровании заготовок из стали 30ХГСА на станке 1К62. Режимы резания были следующими: скорость резания V=55 м/мин, подача S=0,3 мм/мин, глубина резания t=0,75 мм. Обработка производилась с СОЖ. За критерий износа была принята величина фаски износа по задней поверхности h₃=0,4 мм. Эффективность режущего инструмента определяли по Durable tests of the cutting tool were carried out with symmetrical face milling of 30KhGSA steel blanks on a 1K62 machine. The cutting conditions were as follows: cutting speed V = 55 m / min, feed S = 0.3 mm / min, cutting depth t = 0.75 mm. Processing was carried out with coolant. For the wear criterion, the value of the chamfer of wear on the rear surface h ₃ = 0.4 mm was taken. The effectiveness of the cutting tool was determined by

величине коэффициента повышения стойкости, определяемого как отношение стойкости инструмента с многослойным покрытием с лазерной обработкой, к стойкости инструмента с покрытием без лазерной обработки.the value of the coefficient of increase in resistance, defined as the ratio of the resistance of a tool with a multilayer coating with laser processing, to the resistance of a tool with a coating without laser processing.

Стойкость режущего инструмента с многослойным покрытием с лазерной обработкой в 1,5-1,6 раза выше по сравнению с инструментом с покрытием без лазерной обработки.The resistance of a cutting tool with a multilayer coating with laser processing is 1.5-1.6 times higher compared to a tool with a coating without laser processing.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного режущего инструмента с многослойным покрытием следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following combination of conditions when using the claimed cutting tool with a multilayer coating:

- средство, воплощающее заявленный режущий инструмент с многослойным покрытием при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в области нанесения покрытий, в частности в области нанесения покрытий испарением и конденсацией в вакууме, и может быть использовано в инструментальном производстве для получения износостойких покрытий на режущем инструменте;- a tool embodying the claimed cutting tool with a multilayer coating in its implementation, is intended for use in industry, namely in the field of coating, in particular in the field of coating by evaporation and condensation in vacuum, and can be used in tool production for wear-resistant coatings on a cutting tool;

- для заявленного режущего инструмента с многослойным покрытием в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;- for the declared cutting tool with a multilayer coating as described in the independent clause of the stated utility model formula, the possibility of its implementation using the means and methods described in the application or known prior to the priority date is confirmed;

- средство, воплощающее заявленную полезная модель при ее осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- a tool that embodies the claimed utility model in its implementation, is able to ensure the achievement of the perceived by the applicant technical result.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию "промышленная применимость".Therefore, the claimed utility model meets the condition of "industrial applicability".

Claims

A multilayer-coated cutting tool containing a tool base made of high-speed steel and a three-layer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, characterized in that the coating consists of a lower layer of titanium and iron, an intermediate layer of titanium nitride and iron, and an upper layer of titanium nitride modified by exposure laser radiation.