RU56387U1

RU56387U1 - MULTI-LAYER-CUTTING TOOL

Info

Publication number: RU56387U1
Application number: RU2006108933/22U
Authority: RU
Inventors: Владимир Петрович Табаков; Алексей Валерьевич Циркин; Алексей Валерьевич Чихранов; Дмитрий Анатольевич Родионов
Priority date: 2006-03-21
Filing date: 2006-03-21
Publication date: 2006-09-10

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 и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионо-плазменное покрытие, отличающееся тем, что состоит из внешнего слоя нитрида титана-кремния, промежуточного слоя карбонитрида титана и нижнего слоя соединения титана, кремния и железа.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, containing a tool base and a three-layer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, characterized in that it consists of an outer layer of titanium-silicon nitride, an intermediate layer of titanium carbonitride and a lower layer of a compound of titanium, silicon and iron.

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).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 (RI).

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.).Known cutting tool with a wear-resistant ion-plasma coating of titanium nitride TiN, 3-8 μm thick (see Tabakov V.P. Performance of a cutting tool with wear-resistant coatings based on complex nitrides and carbonitrides of titanium. Ulyanovsk: UlSTU, 1998. 123 p.) .

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.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known coated cutting tool include the fact that in the known coated cutting tool, the applied coating has a relatively low hardness and level of compressive stresses and insufficient adhesion to the tool base. As a result of this, the coating undergoes more wear and tear, cracks quickly nucleate and propagate in it, leading to the destruction of the coating, which reduces the resistance of the RI with the coating.

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 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 made of high speed steel and a three-layer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, consisting of an outer layer of titanium nitride and zirconium, an intermediate a layer of titanium nitride, zirconium and iron and lower

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.a layer of a compound of titanium, zirconium and iron (see. Randin A.V. Improving the performance of a high-speed tool by applying wear-resistant coatings with transitional adhesive layers. Diss ... candidate of technical sciences., - Ulyanovsk. - 2003. - 186 p.) adopted for the prototype.

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.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known coated cutting tool adopted as a prototype include the fact that in the well-known RI coated, the multilayer coating contains layers with high thermal conductivity, which leads to more heating of the tool base, as a result of which creep processes are activated, leading to loss of shape stability of the cutting wedge, its deformation and destruction of the wear-resistant coating due to the appearance and rapid development tiya cracks.

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 тем, что в известном режущем инструменте с покрытием в качестве внешнего слоя используют нитрид титана-кремния, промежуточного слоя - карбонитрид титана и нижнего слоя -соединение титана, кремния и железа.The specified technical result in the implementation of the utility model is achieved by the fact that in the known cutting tool coated, titanium silicon nitride is used as the outer layer, titanium carbonitride and the lower layer are titanium, silicon and iron compounds.

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 An 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 utility model, determined from the list of identified analogues of the prototype, as the closest in terms of the characteristics of the analogue, allowed

установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном режущем инструменте с износостойким покрытием, изложенных в формуле изобретения.establish the set of significant distinguishing features in relation to the technical result perceived by the applicant in the claimed cutting tool with a wear-resistant 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. В предлагаемом режущем инструменте 1 из быстрорежущей стали на поверхность наносят многослойное покрытие, состоящее из нижнего слоя 2, содержащего соединение титана, кремния и железа; промежуточного слоя 3, содержащего карбонитрид титана; верхнего слоя 4, содержащего нитрид титана и кремния. Использование в качестве промежуточного слоя карбонитрида титана, имеющего малую теплопроводность, позволяет улучшить тепловое состояние режущего инструмента за счет снижения температуры в режущем клине.The essence of the utility model is as follows. In the proposed cutting tool 1 of high speed steel, a multilayer coating is applied to the surface, consisting of a lower layer 2 containing a compound of titanium, silicon and iron; an intermediate layer 3 containing titanium carbonitride; the top layer 4 containing titanium nitride and silicon. The use of titanium carbonitride as an intermediate layer having low thermal conductivity improves the thermal state of the cutting tool by lowering the temperature in the cutting wedge.

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 -смеси азота и ацетилена и осаждали промежуточный слой. Далее производили подачу только азота и наносили верхний слой покрытия. Затем отключали испарители, подачу реакционного газа, напряжение The coatings were applied by the CIB method (condensation from the plasma phase in vacuum with ion bombardment). Drills made of P6M5K5 high-speed steel, ⌀6 mm in diameter, previously cleaned from contamination, 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. After applying the lower coating layer, a reaction gas — a mixture of nitrogen and acetylene — was supplied and an intermediate layer was deposited. Then only nitrogen was supplied and the top coat was applied. Then the evaporators were turned off, the supply of reaction gas, voltage

и вращение приспособления. Через 15-20 мин камеру открывали и извлекали инструмент с покрытием.and rotation of the fixture. After 15-20 minutes, the chamber was opened and the coated tool was removed.

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.The value of lowering the cutting edge of the drill at the corners was measured when studying the profilograms of the contact pads on the front surface of the drills in the main cutting plane at the apex on the profilograph — the K-202 model profilometer.

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).The average temperature on the front surface of the drill under the coating was calculated according to the method of A. N. Reznikov (Reznikov A. N. Thermophysics of the processes of mechanical processing of materials / A. N. Reznikov. - M .: Mashinostroenie, 1981. - 279 p.), With experimental determination of the necessary contact characteristics on the front surface of the coated drill (cutting forces, contact length of the chip with the front surface, chip shortening factor).

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.Durable tests of the cutting tool were carried out when drilling workpieces made of 30KhGSA steel on a vertical drilling machine 2A135. Cutting modes: cutting speed V = 11 m / min, feed S ₀ = 0.05 mm / rev, processing was carried out using coolant - 5% solution of emulsol “Ukrinol-1M”. For the wear criterion, the value of the chamfer of wear on the rear surface was taken: h ₃ = 0.3 mm.

В таблице 1 приведены результаты испытаний РИ с полученными покрытиями.Table 1 shows the test results of RI with the obtained coatings.

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.As can be seen from the table. 1 data, the resistance of drills with a developed multilayer coating is increased by 1.6 times compared with the tool with a coating prototype.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного режущего инструмента с износостойким покрытием следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the declared cutting tool with a wear-resistant coating:

- средство, воплощающее заявленный режущий инструмент с - means embodying the claimed cutting tool with

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;wear-resistant 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 a vacuum, and can be used in tool production to obtain wear-resistant coatings on a cutting tool;

Таблица 1Table 1 Результаты испытаний РИ с покрытиемCoated RI Test Results № ппNo pp Материал покрытияCoating material Толщина слоев покрытия, мкмThe thickness of the coating layers, microns Средняя температура на передней поверхности сверла, °СThe average temperature on the front surface of the drill, ° C Величина опускания режущей кромки у вершины сверла, мкм, после времени работыThe amount of lowering of the cutting edge at the top of the drill, microns, after operating time Стойкость, минResistance, min ПримечаниеNote нижний слойbottom layer промежуточный слойintermediate layer верхний слойupper layer 10 мин10 min 30 мин30 minutes 1one 22 33 4four 55 66 77 88 99 1010 1one TiNTiN 66 -- -- 542542 55 88 4949 АналогAnalogue 22 TiZrFe - TiZrFeN - TiZrNTiZrFe - TiZrFeN - TiZrN 22 22 22 534534 4four 66 108108 ПрототипPrototype 33 TiSiFe - TiCN - TiSiNTiSiFe - TiCN - TiSiN 1one 4four 22 516516 22 3,93.9 177177 --

- 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;- for the declared cutting tool with a wear-resistant coating in the form 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 полезную 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 and a three-layer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, characterized in that it consists of an outer layer of titanium-silicon nitride, an intermediate layer of titanium carbonitride and a lower layer of a compound of titanium, silicon and iron.