RU56385U1 - Режущий инструмент с многослойным покрытием - Google Patents

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 и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионо-плазменное покрытие, отличающееся тем, что состоит из внешнего слоя нитрида титана-циркония, промежуточного слоя нитрида ниобия и нижнего слоя соединения титана, ниобия и железа.

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 (РИ).

Известен режущий инструмент с износостойким ионо-плазменным покрытием нитрида титана TiN, толщиной 3-8 мкм (см. Табаков В.П. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями на основе сложных нитридов и карбонитридов титана. Ульяновск: УлГТУ, 1998. 123 с.).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режущего инструмента с покрытием, относится то, что в известном режущем инструменте с покрытием наносимое покрытие имеет относительно низкую твердость и уровень сжимающих напряжений и недостаточную прочность сцепления с инструментальной основой. В результате этого покрытие в большей мере подвергается износу, в нем быстро зарождаются и распространяются трещины, приводящие к разрушению покрытия, что снижает стойкость РИ с покрытием.

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 ионо-плазменное покрытие, состоящее из внешнего слоя нитрида титана и циркония, промежуточного слоя нитрида титана, циркония и железа и нижнего

слоя соединения титана, циркония и железа (см. Рандин А.В. Повышение работоспособности быстрорежущего инструмента путем нанесения износостойких покрытий с переходными адгезионными слоями. Дисс... канд. техн. наук., - Ульяновск. - 2003. - 186 с.), принятый за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режущего инструмента с покрытием, принятого за прототип, относится то, что в известном РИ с покрытием многослойное покрытие содержит слои, обладающие высокой теплопроводностью, что приводит к большему нагреву инструментальной основы, в результате которого активизируются процессы ползучести, ведущие к потери формоустойчивости режущего клина, его деформации и разрушению износостойкого покрытия за счет появления и быстрого развития трещин.

Технический результат - повышение стойкости режущего инструмента.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в известном режущем инструменте с покрытием в качестве внешнего слоя используют нитрид титана-циркония, промежуточного слоя - нитрид ниобия и нижнего слоя - соединение титана, ниобия и железа.

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 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 износостойким покрытием, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию "новизна".

Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением вышеуказанного технического результата.

Сущность полезной модели заключается в следующем. В предлагаемом режущем инструменте 1 из быстрорежущей стали на поверхность наносят многослойное покрытие, состоящее из нижнего слоя 2, содержащего соединение титана, ниобия и железа; промежуточного слоя 3, содержащего нитрид ниобия; верхнего слоя 4, содержащего нитрид титана и циркония. Использование в качестве промежуточного слоя нитрида ниобия, имеющего малую теплопроводность, позволяет улучшить тепловое состояние режущего инструмента за счет снижения температуры в режущем клине.

Покрытия наносили методом КИБ (конденсацией из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой). Предварительно очищенные от загрязнений сверла из быстрорежущей стали Р6М5К5 диаметром ⌀6 мм, размещали в камере установки "Булат-6Т" с установленными в ней электродуговыми испарителями, материалы катодов которых включают элементы покрытия. После нанесения нижнего слоя покрытия осуществляли подачу реакционного газа - азота и осаждали промежуточный и верхний слои покрытия. Затем отключали испарители, подачу реакционного газа, напряжение и вращение приспособления. Через 15-20 мин камеру открывали и извлекали инструмент с покрытием.

Величину опускания режущей кромки сверла у уголков измеряли при изучении профилограмм контактных площадок на передней поверхности сверл в главной секущей плоскости у вершины на профилографе - профилометре модели К-202.

Среднюю температуру на передней поверхности сверла под покрытием рассчитывали по методике А.Н.Резникова (Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов / А.Н.Резников. - М.: Машиностроение, 1981. - 279 с.), с экспериментальным определением необходимых контактных характеристик на передней поверхности сверла с покрытием (сил резания, длины контакта стружки с передней поверхностью, коэффициента укорочения стружки).

Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при сверлении заготовок из стали 30ХГСА на вертикально-сверлильном станке 2А135. Режимы резания: скорость резания V=11 м/мин, подача S₀=0,05 мм/об, обработка производилась с применением СОЖ - 5%-ного раствора эмульсола «Укринол-1М». За критерий износа была принята величина фаски износа по задней поверхности: h₃=0,3 мм.

В таблице 1 приведены результаты испытаний РИ с полученными покрытиями.

Как видно из приведенных в табл. 1 данных, стойкость сверл с разработанным многослойным покрытием повышается в 1,6 раза по сравнению с инструментом с покрытием-прототипом.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного режущего инструмента с износостойким покрытием следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленный режущий инструмент с износостойким 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;

Таблица 1 Результаты испытаний РИ с покрытием
№ пп	Материал покрытия	Толщина слоев покрытия, мкм			Средняя температура на передней поверхности сверла, °С	Величина опускания режущей кромки у вершины сверла, мкм, после времени работы		Стойкость, мин	Примечание
		нижний слой	промежуточный слой	Верхний слой
						10 мин	30 мин
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	TiN	6	-	-	542	5	8	49	Аналог
2	TiZrFe - TiZrFeN - TiZrN	2	2	2	534	4	6	108	Прототип
3	TiNbFe - NbN - TiZrN	1	4	2	514	2,2	4,0	172	-

- для заявленного режущего инструмента с износостойким 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;

- средство, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию "промышленная применимость".

Claims (1)

1. Режущий инструмент с многослойным покрытием, содержащий инструментальную основу и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, отличающийся тем, что покрытие состоит из внешнего слоя нитрида титана-циркония, промежуточного слоя нитрида ниобия и нижнего слоя соединения титана, ниобия и железа.