RU93716U1

RU93716U1 - METER WITH WEAR-RESISTANT CARBON COATING

Info

Publication number: RU93716U1
Application number: RU2009146822/22U
Authority: RU
Inventors: Илья Шмулевич Трахтенберг; Александр Борисович Владимиров; Сергей Александрович Плотников; Владимир Юрьевич Васильев; Андрей Робертович Кожевников; Валерий Анатольевич Югов
Priority date: 2009-12-16
Filing date: 2009-12-16
Publication date: 2010-05-10

Abstract

1. Метчик с износостойким углеродным покрытием на рабочей части, отличающийся тем, что углеродное покрытие выполнено из твердого аморфного алмазоподобного углерода с расположенным под ним промежуточным адгезионным слоем, при этом толщина покрытия составляет 1-3 мкм, а толщина промежуточного адгезионного слоя составляет не более 0,1 толщины покрытия. !2. Метчик по п.1, отличающийся тем, что промежуточный адгезионный слой выполнен из титана или его соединений с углеродом. 1. A tap with a wear-resistant carbon coating on the working part, characterized in that the carbon coating is made of solid amorphous diamond-like carbon with an intermediate adhesive layer located beneath it, while the coating thickness is 1-3 μm, and the thickness of the intermediate adhesive layer is not more than 0 , 1 coating thickness. ! 2. The tap according to claim 1, characterized in that the intermediate adhesive layer is made of titanium or its compounds with carbon.

Description

Полезная модель относится к области металлообработки, а именно, к нарезанию резьбы метчиками в отверстиях разного типа, и направлена на повышение эксплуатационных характеристик метчиков, а также на улучшение качества нарезаемой резьбы.The utility model relates to the field of metalworking, namely, threading with taps in holes of various types, and is aimed at improving the operational characteristics of taps, as well as improving the quality of the cut thread.

Метчик представляет собой винт с прорезанными прямыми или винтовыми стружечными канавками, образующими режущие кромки. Рабочая часть метчика имеет режущую и калибрующую части (Якухин В.Г., Ставров В.А., Изготовление резьб, Справочник, М., Машиностроение, 1989, с.192). Метчик работает при двух одновременных движениях: вращательном (метчика или изделия) и поступательном (вдоль оси метчика).The tap is a screw with slotted straight or helical chip grooves forming cutting edges. The working part of the tap has a cutting and calibrating parts (Yakukhin V.G., Stavrov V.A., Production of threads, Handbook, M., Engineering, 1989, p.192). The tap operates with two simultaneous movements: rotational (tap or product) and translational (along the tap axis).

При нарезании резьбы метчиком необходимо принимать во внимание марку материала изделия, конструкцию метчика, возможности станка, а также режимы нарезки резьбы.When tapping, it is necessary to take into account the grade of the product material, the design of the tap, the capabilities of the machine, as well as the tapping modes.

В процессе нарезания резьбы нужно обеспечить хороший отвод стружки во избежание поломки метчика и для обеспечения высокой точности и хорошего качества поверхности резьбы. Все это создает дополнительные трудности для конструкторов металлорежущего инструмента, в частности, метчиков.In the process of threading, it is necessary to ensure good chip removal in order to avoid breakage of the tap and to ensure high precision and good surface quality of the thread. All this creates additional difficulties for the designers of metal cutting tools, in particular, taps.

В настоящее время существует большое количество метчиков различных конструкций и геометрии для нарезания резьбы в деталях, изготовленных из разных материалов.Currently, there are a large number of taps of various designs and geometries for threading in parts made of different materials.

Основными факторами, определяющими долговечность работы метчика, являются:The main factors determining the longevity of the tap are:

1. Износ и затупление режущей кромки зубьев метчика вследствие недостаточной твердости (не более 10ГПа для инструментальной стали и 20 ГПа для твердых сплавов на основе карбида вольфрама) инструментальной основы рабочей части метчика.1. Wear and blunting of the cutting edge of the tap teeth due to insufficient hardness (not more than 10 GPa for tool steel and 20 GPa for hard alloys based on tungsten carbide) of the tool base of the working part of the tap.

2. Прослабление размеров резьбы и нарушение калибровки отверстий при нарезании метчиком с изношенной калибровачной частью.2. The weakening of the size of the thread and the violation of the calibration of the holes when cutting with a torn worn calibration part.

3. Налипание и затрудненный выход стружки вследствие больших коэффициентов трения (~0,3) по стружечным канавкам при нарезании резьбы в изделиях, изготовленных из мягких и вязких металлов, зачастую приводит к поломке метчика на обратном ходе (выворачивании) при нарезке резьбы в глухих резьбовых отверстиях, вследствие чего происходит брак всей обрабатываемой детали.3. The sticking and difficult chip output due to large friction coefficients (~ 0.3) along the chip grooves when cutting threads in products made of soft and viscous metals, often leads to breakage of the tap in the reverse direction (turning out) when cutting threads in blind threaded holes, resulting in a marriage of the entire workpiece.

В зависимости от обрабатываемого материла детали, геометрических параметров резьбы и типа отверстий существуют и продолжают разрабатываться различные конструкции метчиков с целью повышения долговечности их работы в оптимальных режимах. (Патенты РФ 2103121, 2179095, 2192335, 2246382, 2229965, 2334602, Свидетельство РФ на полезную модель 52582).Depending on the material being processed, details, geometrical parameters of the thread and the type of holes, various designs of taps exist and continue to be developed in order to increase the durability of their work in optimal conditions. (RF patents 2103121, 2179095, 2192335, 2246382, 2229965, 2334602, RF certificate for utility model 52582).

Основным общим недостатком - ограничением долговечности работы метчиков - являются недостаточно высокие механические и трибологические характеристики основного материала метчика.The main common drawback - limiting the longevity of the taps - are not sufficiently high mechanical and tribological characteristics of the main material of the tap.

Увеличение рабочего ресурса метчика любой конструкции может быть достигнуто повышением твердости поверхности рабочей части метчика и уменьшением усилия трения как в зоне резания, так и в зоне проскальзывания стружки по стружечным канавкам. Все это достигается нанесением специальных покрытий на поверхность рабочей части метчика.An increase in the working life of a tap of any design can be achieved by increasing the hardness of the surface of the working part of the tap and reducing the friction force both in the cutting zone and in the zone of chip slippage along the chip grooves. All this is achieved by applying special coatings on the surface of the working part of the tap.

Наиболее часто для увеличения долговечности работы режущего инструмента и, в частности, метчиков используются многослойные износостойкие покрытия из нитрида титана и циркония (патенты РФ №2061090, №2361013. №2270270) при различном чередовании наносимых слоев.Most often, to increase the durability of the cutting tool and, in particular, taps, multilayer wear-resistant coatings of titanium and zirconium nitride are used (RF patents No. 2061090, No. 2361013. No. 2270270) with different alternation of the applied layers.

Основными недостатками таких покрытий на метчиках являются недостаточно высокая твердость покрытия (25-30)ГПа и невысокая адгезия покрытия к поверхности материала рабочей части метчика, что снижает долговечность работы метчиков.The main disadvantages of such coatings on taps are insufficiently high hardness of the coating (25-30) GPa and low adhesion of the coating to the surface of the material of the working part of the tap, which reduces the durability of the taps.

Наиболее близким к заявляемому является метчик с TiAlCN+аморфный углерод износостойким покрытием на его рабочей части толщиной 1-7 мкм, применяемый для обработки стали [Д.Локтева, Е.Ямашкина «Основные виды износостойких покрытий», Наноиндустрия, 2007, №5, с.24]. Основное покрытие, - это каробнитрид титана и алюминия толщиной до 3 мкм, на которое наносится слой аморфного углерода толщиной до 1 мкм.Closest to the claimed is a tap with TiAlCN + amorphous carbon wear-resistant coating on its working part with a thickness of 1-7 microns, used for steel [D. Lokteva, E. Yamashkina "Basic types of wear-resistant coatings", Nanoindustry, 2007, No. 5, p .24]. The main coating is titanium and aluminum carobnitride up to 3 microns thick, on which a layer of amorphous carbon up to 1 micron thick is applied.

Данное покрытие имеет твердость 28ГПа и коэффициент трения 0.15, что способствует повышению ресурса работы этого метчика при нарезании резьбы в простых сталях.This coating has a hardness of 28 GPa and a friction coefficient of 0.15, which contributes to an increase in the life of this tap when threading in simple steels.

Однако данное покрытие тоже не обеспечивает этому метчику необходимого ресурса работы из-за недостаточной твердости покрытия особенно при нарезании резьбы в глухих отверстиях деталей, изготовленных из твердых и вязких сталей (Ст.38ХС. Ст.20Х2Н2А, Ст.20Х2Н4А и др.). Недостаточная твердость покрытия приводит к преждевременному износу режущих кромок метчика (притупление) и к ухудшению качества резьбы в обрабатываемых деталях (изменение размеров и профиля резьбы, образование раковин и повышение шероховатости поверхности резьбы). Возрастает нагрузка на материал метчика и как следствие, его поломка, особенно при обратном ходе при нарезании резьбы в глухих отверстиях.However, this coating also does not provide this tap with the necessary working life due to insufficient hardness of the coating, especially when cutting threads in blind holes of parts made of hard and viscous steels (Art. 38XC. Art. 20X2H2A, Art. 20X2N4A, etc.). Insufficient hardness of the coating leads to premature wear of the cutting edges of the tap (blunting) and to deterioration of the quality of the thread in the workpiece (changing the size and profile of the thread, the formation of shells and an increase in the surface roughness of the thread). The load on the tap material increases and, as a result, its breakage, especially during the reverse stroke when threading in blind holes.

В основу предлагаемой полезной модели положена задача повышения рабочего ресурса метчика и снижения коэффициента трения по стружечным канавкам при нарезании резьбы путем упрочнения его поверхностиThe proposed utility model is based on the task of increasing the working life of the tap and reducing the coefficient of friction along the chip grooves when threading by hardening its surface

Поставленная задача решается тем, что в метчике с износостойким углеродным покрытием на его рабочей части, согласно полезной модели, углеродное покрытие выполнено из твердого аморфного алмазоподобного углерода, с расположенным под ним промежуточным адгезионным слоем, при этом толщина покрытия составляет 1-3 мкм, а толщина промежуточного адгезионного слоя составляет не более 0,1 толщины покрытия.The problem is solved in that in the tap with a wear-resistant carbon coating on its working part, according to the utility model, the carbon coating is made of solid amorphous diamond-like carbon, with an intermediate adhesive layer located under it, while the coating thickness is 1-3 μm, and the thickness intermediate adhesive layer is not more than 0.1 coating thickness.

При этом промежуточный адгезионный слой выполнен из титана или его соединений с углеродом.In this case, the intermediate adhesive layer is made of titanium or its compounds with carbon.

Выполнение углеродного покрытия из твердого аморфного алмазоподобного углерода толщиной (1-3)мкм позволило осуществить упрочнение поверхности рабочей части метчика. Твердость поверхности метчика с нанесенным заявляемым покрытием составляет 70-100 ГПа.The implementation of the carbon coating of solid amorphous diamond-like carbon with a thickness of (1-3) microns made it possible to harden the surface of the working part of the tap. The hardness of the surface of the tap with the claimed coating is 70-100 GPa.

Кроме того, выполнение углеродного покрытия из твердого аморфного алмазоподобного углерода одновременно позволило понизить коэффициент трения до величины, не превышающей 0,1.In addition, the implementation of the carbon coating of solid amorphous diamond-like carbon at the same time allowed to reduce the friction coefficient to a value not exceeding 0.1.

Наличие промежуточного адгезионного слоя, выполненного из титана или его соединений с углеродом толщиной 0,1-0,3 мкм обеспечивает наилучшее химическое взаимодействие (адгезию) этого слоя как с основным материалом метчика - инструментальной сталью, так и с покрытием из твердого алмазоподобного углерода.The presence of an intermediate adhesive layer made of titanium or its compounds with carbon with a thickness of 0.1-0.3 μm provides the best chemical interaction (adhesion) of this layer with the main material of the tap - tool steel, and with a coating of hard diamond-like carbon.

Все это позволило значительно увеличить рабочий ресурс метчика.All this allowed to significantly increase the working life of the tap.

Такое покрытие было нанесено на рабочую поверхность метчиков на установке УВНИИПА-1-001. Ресурс метчиков различного типа с таким покрытием был определен в условиях реального производственного процесса (Уралвагонзавод, г.Нижний Тагил).Such a coating was applied to the working surface of the taps on the UVNIIPA-1-001 installation. The resource of taps of various types with such a coating was determined in a real production process (Uralvagonzavod, Nizhny Tagil).

Стойкость этих метчиков возросла при нарезании резьбы от 2 до 9 раз, в зависимости, от марки обрабатываемой стали и типа отверстий.The resistance of these taps increased when threading from 2 to 9 times, depending on the grade of steel being machined and the type of holes.

Таким образом, изложенные выше сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной полезной модели следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates that when using the claimed utility model, the following set of conditions:

- метчик с твердым износостойким углеродным аламазоподобным покрытием может быть использован в области металлообработки.- A tap with a hard wear-resistant carbon alamase-like coating can be used in the field of metalworking.

- нанесение описанного выше покрытия способно обеспечить повышение рабочего ресурса метчика.- applying the coating described above is able to provide an increase in the working life of the tap.

- выполнение углеродного покрытия из твердого аморфного алмазоподобного углерода одновременно позволило понизить коэффициент трения до величины, не превышающей 0,1.- the implementation of the carbon coating of solid amorphous diamond-like carbon at the same time allowed to reduce the friction coefficient to a value not exceeding 0.1.

Claims

1. A tap with a wear-resistant carbon coating on the working part, characterized in that the carbon coating is made of solid amorphous diamond-like carbon with an intermediate adhesive layer located beneath it, while the coating thickness is 1-3 μm, and the thickness of the intermediate adhesive layer is not more than 0 , 1 coating thickness.

2. The tap according to claim 1, characterized in that the intermediate adhesive layer is made of titanium or its compounds with carbon.