Режущий инструмент с многослойным покрытием

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.

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 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

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 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.

Технический результат - повышение стойкости режущего инструмента.

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.

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. 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.

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.

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

величине коэффициента повышения стойкости, определяемого как отношение стойкости инструмента с многослойным покрытием с лазерной обработкой, к стойкости инструмента с покрытием без лазерной обработки.

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.

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

- 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;

- 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;

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

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

Режущий инструмент с многослойным покрытием, содержащий инструментальную основу из быстрорежущей стали и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионо-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.