RU74127U1 - 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 из быстрорежущей стали с нанесенным на нее износостойким ионно-плазменным покрытием, отличающийся тем, что покрытие содержит различное количество слоев разного состава на передней и задней поверхностях инструмента. На передней поверхности износостойкое ионно-плазменное покрытие состоит из нитрида титана-железа TiFeN, на задней поверхности из двухслойного ионно-плазменное покрытия с верхним слоем нитрида титана TiN, и нижним слоем из того же материала, что и покрытие на передней поверхности.

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.

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).

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 двухслойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, состоящее из верхнего слоя нитрида титана TiN и нижнего слоя нитрида титана-железа TiFeN (см. Рандин

А.В. Повышение работоспособности быстрорежущего инструмента путем нанесения износостойких покрытий с переходными адгезионными слоями. Дисс....канд. техн. наук., - Ульяновск. - 2003. - 235 с.), принятый за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режущего инструмента с многослойным покрытием, принятого за прототип, относится то, что данное покрытие имеет высокий коэффициент трения на передней поверхности инструмента вызывающий повышенный износ режущего клина при токарной обработке.

Технический результат - повышение стойкости режущего инструмента.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается следующим. Снижается адгезионно-усталостный износ по передней поверхности, за счет применения легированных покрытий. Снижается трение по задней поверхности за счет применения покрытия нитрида титана TiN обладающего низким коэффициентом трения. Облегчается определение износа инструмента по задней поверхности благодаря тому, что на фоне светло-золотистого слоя покрытия из нитрида титана TiN, хорошо видны темные фаски износа.

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 многослойным 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. Предлагаемое ионно-плазменное покрытие содержит различное количество слоев разного состава на передней и задней поверхностях инструмента (3), в качестве материала покрытия на передней поверхности и нижнего слоя на задней поверхности выбран нитрид титана-железа TiFeN (1), а в качестве верхнего слоя на задней поверхности нитрид титана TiN (2), наносимые методом конденсации вещества из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой (метод КИБ) на инструментальную основу из твердого сплава. Конструкция многослойного покрытия (толщина и взаимное расположение слоев в составе композиции) разрабатывается на основании исследований теплового и напряженного состояния режущего клина инструмента возникающих при токарной обработке.

Покрытия наносили методом КИБ (конденсацией из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой). Предварительно очищенные от загрязнений неперетачиваемые пластины, изготовленные из твердого сплава МК8, размещали в камере установки "Булат-6Т" с установленными в ней электродуговыми испарителями, материалы катодов которых включают элементы покрытия.

Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при токарной обработке заготовок из стали 30ХГСА на станке 16К20. Режимы резания были следующими: скорость резания V=157-247 м/мин, подача S=0,1-0,3 мм/об, глубина резания t=1 мм. Обработка производилась без СОЖ. За критерий износа была принята величина фаски износа по задней поверхности h₃=0,4 мм. Эффективность режущего инструмента определяли по величине коэффициента повышения стойкости, определяемого как отношение стойкости инструмента с покрытием TiFeN на передней поверхности и покрытием

TiFeN-TiN на задней поверхности инструмента, к стойкости инструмента с покрытием TiN.

Стойкость режущего инструмента с покрытием TiN на передней поверхности и TiFeN-TiN на задней поверхности в 1,6-1,9 раза выше по сравнению с инструментом с покрытием TiN.

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

- средство, воплощающее заявленный режущий инструмент с 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;

- для заявленного режущего инструмента с 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 полезная модель при ее осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

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

Claims (2)

1. Режущий инструмент с многослойным покрытием, содержащий инструментальную основу из быстрорежущей стали с нанесенным на нее износостойким ионно-плазменным покрытием, отличающийся тем, что покрытие содержит различное количество слоев разного состава на передней и задней поверхностях инструмента.

2. Режущий инструмент по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала ионно-плазменного покрытия на передней поверхности и нижнего слоя на задней поверхности выбран нитрид титана TiFeN, а в качестве верхнего слоя на задней поверхности нитрид титана TiN.