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 и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионо-плазменное покрытие, в качестве нижнего слоя которого используют соединение титана и химического элемента, легированное кремнием; в качестве верхнего - нитрид или карбонитрид титана и химического элемента; в качестве промежуточного - такой же материал, как и материал верхнего слоя, но легированный кремнием. В качестве химического элемента используют хром, молибден, цирконий, алюминий.

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 кремнием; в качестве верхнего - нитрид или карбонитрид титана и химического элемента; в качестве промежуточного - такой же материал, как и материал верхнего слоя, но легированный кремнием. В качестве химического элемента используют хром, молибден, цирконий, алюминий.

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 кремнием; верхнего слоя 4, содержащего нитрид или карбонитрид титана и химического элемента; промежуточного слоя 3,

содержащего такой же материал, как и верхний слой, но легированный кремнием.

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 кремния.

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 2,1-2,6 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 кремнием, в качестве верхнего - нитрид или карбонитрид титана и хрома, в качестве промежуточного - такой же материал, как и материал верхнего слоя, но легированный кремнием.

2. Режущий инструмент с многослойным износостойким покрытием, содержащий инструментальную основу и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, в качестве нижнего слоя которого используют соединение титана и молибдена, легированное кремнием, в качестве верхнего - нитрид или карбонитрид титана и молибдена, в качестве промежуточного - такой же материал, как и материал верхнего слоя, но легированный кремнием.

3. 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 циркония, легированное кремнием, в качестве верхнего - нитрид или карбонитрид титана и циркония, в качестве промежуточного - такой же материал, как и материал верхнего слоя, но легированный кремнием.

4. Режущий инструмент с многослойным износостойким покрытием, содержащий инструментальную основу и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, в качестве нижнего слоя которого используют соединение титана и алюминия, легированное кремнием, в качестве верхнего - нитрид или карбонитрид титана и алюминия, в качестве промежуточного - такой же материал, как и материал верхнего слоя, но легированный кремнием.