Режущий инструмент с многослойным покрытием (варианты)
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, в качестве нижнего слоя которого используют соединение титана и химического элемента, легированное молибденом; в качестве верхнего - нитрид или карбонитрид титана и химического элемента; в качестве промежуточного - такой же материал, как и материал верхнего слоя, но легированный молибденом. В качестве химического элемента используют хром, кремний.
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 ионо-плазменным покрытием нитрида титана TiN или карбонитрида титана TiCN, 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 не обеспечивает такой же высокой эффективности при работе режущего инструмента с этим покрытием в условиях прерывистого резания, в частности, при фрезеровании, как при непрерывном резании.
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 твердого сплава и нанесенное на нее двухслойное износостойкое ионо-плазменное покрытие, состоящее из внешнего слоя нитрида титана TiN толщиной 4 мкм и нижнего слоя карбонитрида титана TiCN толщиной 2 мкм (см. Смирнов М.Ю. Повышение работоспособности торцовых фрез путем совершенствования конструкций износостойких покрытий.
Дисс...канд. техн. наук., - Ульяновск. - 2000. - 232 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 режущем инструменте с покрытием многослойное покрытие содержит слои нитрида и карбонитрида титана, обладающие низкой прочностью сцепления с инструментальной основой и друг с другом и низкой трещиностойкостью. В результате покрытие плохо сопротивляется процессам износа и разрушения и быстро разрушается при резании.
Технический результат - повышение стойкости режущего инструмента.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в известном режущем инструменте с покрытием в качестве нижнего слоя покрытия используют соединение титана и химического элемента, легированное молибденом; в качестве верхнего - нитрид или карбонитрид титана и химического элемента; в качестве промежуточного - такой же материал, как и материал верхнего слоя, но легированный молибденом. В качестве химического элемента используют хром, кремний.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением вышеуказанного технического результата.
Сущность полезной модели заключается в следующем. В предлагаемом режущем инструменте 1 из твердого сплава на поверхность наносят многослойное покрытие, состоящее из нижнего слоя 2, содержащего соединение титана и химического элемента, легированное молибденом; верхнего слоя 4, содержащего нитрид или карбонитрид титана и химического элемента; промежуточного слоя 3,
содержащего такой же материал, как и верхний слой, но легированный молибденом.
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. Для получения износостойкого покрытия использовали два противоположных составных катода из титана и химического элемента и один составной катод из титана и молибдена.
Таблица 1Результаты испытаний режущего инструмента с покрытием | ||||||
№пп | Материал покрытия | Толщина слоев покрытия, мкм | Стойкость, мин | Примечание | ||
1 слой | 2 слой | 3 слой | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
Обрабатываемый материал - 5ХНМ, V=247 м/мин, S=0,4 мм/зуб, t=1,5 мм, В=20 мм. | ||||||
1 | TiN | 6 | - | - | 45 | Аналог |
2 | TiCN -TiN | 2 | 4 | 110 | Прототип | |
3 | TiSiMo-TiSiMoN-TiSiN | 2 | 2 | 2 | 240 | - |
4 | TiSiMo-TiSiMoCN-TiSiCN | 2 | 2 | 2 | 268 | - |
5 | TiCrMo-TiCrMoN-TiCrN | 2 | 2 | 2 | 224 | - |
6 | TiCrMo-TiCrMoCN-TiCrCN | 2 | 2 | 2 | 241 | - |
1. Инструментальный материал - МК8. |
Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при симметричном торцовом фрезеровании заготовок из стали 5ХНМ на станке 6Р12. Испытывали твердосплавные пластины марки МК8, обработанные по известному и предлагаемому способам. Режимы резания были следующими: скорость резания V=247 м/мин, подача S=0,4 мм/зуб, глубина резания t=1,5 мм, ширина фрезерования В=20 мм. За критерий износа была принята величина фаски износа по задней поверхности h3=0,4 мм.
Как видно из приведенных в таблице 1 данных, стойкость пластин с многослойными покрытиями повышается в 2,0-2,4 раза по сравнению с инструментом с покрытием-прототипом.
1. Режущий инструмент с многослойным износостойким покрытием, содержащий инструментальную основу и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионо-плазменное покрытие, в качестве нижнего слоя которого используют соединение титана и хрома, легированное молибденом; в качестве верхнего - нитрид или карбонитрид титана и хрома; в качестве промежуточного - такой же материал, как и материал верхнего слоя, но легированный молибденом.
2. Режущий инструмент с многослойным износостойким покрытием, содержащий инструментальную основу и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионо-плазменное покрытие, в качестве нижнего слоя которого используют соединение титана и кремния, легированное молибденом; в качестве верхнего - нитрид или карбонитрид титана и кремния; в качестве промежуточного - такой же материал, как и материал верхнего слоя, но легированный молибденом.