КОРПУС ФРЕЗЫ С ЗАЩИТНЫМ ПОКРЫТИЕМ

КОРПУС ФРЕЗЫ С ЗАЩИТНЫМ ПОКРЫТИЕМ
Полезная модель относится к инструментам для металлообработки, а более точно - к корпусу фрезы с защитным покрытием, являющимся частью сборной конструкции фрезы с механически закрепленными на нем режущими пластинами, применяемой для обработки алюминиевых сплавов.
Обработка деталей сложной формы, таких как направляющие, колесные пары, конструкционные детали аэрокосмической отрасли широко используется в промышленности. При этом наиболее распространенным инструментом являются фрезы. Сборные конструкции фрез с механически закрепленными в корпусе инструмента режущими пластинами обладают рядом преимуществ, а именно, позволяют повысить производительность обработки при снижении стоимости инструмента. Наряду с режущими пластинами на эффективность применения этого вида инструментов влияет конструкция корпуса фрезы, материал из которого он изготовлен, а также методы его обработки, в том числе поверхностные методы обработки. Прочностные характеристики корпуса фрезы должны дополняться повышенной твердостью поверхности, низким коэффициентом трения относительно обрабатываемого материала, высокой стойкостью к коррозии и т. д.
Высокие требования к поверхности корпуса фрезы предъявляются при обработке материалов автомобильной и аэрокосмической промышленности, в частности сплавов алюминия. Повышенная адгезия алюминия к материалу корпуса может приводить к налипанию стружки на поверхность корпуса фрезы, что ухудшает процесс удаления стружки из зоны резания и вызывает дополнительный нагрев поверхности корпуса фрезы.
Стандартным вариантом обработки корпуса фрезы является воронение, которое используется, к примеру, компанией Pramet Tools (см. Черненко Я. Фрезы Pramet для черновой обработки //Оборудование и инструмент для профессионалов. Металлообработка. - 2010. - №4. - С.40-41.) Недостатком данного технического решения является недостаточная твердость поверхности корпуса фрезы.
),
Компания TaeguТec для корпусов фрез применяет специальное покрытие Nikotec на никелевой основе, которое дополнительно защищает от коррозии (см. http://www.tauegutec.com недостатком в данном случае является также недостаточно высокая твердость этого покрытия и высокий коэффициент трения по алюминиевым сплавам, что приводит к налипанию стружки на поверхность корпуса фрезы.
Из существующего уровня техники известно упрочнение деталей путем нанесения покрытий с использованием процесса CVD, который включает в себя нанесение поверхностного слоя на подложку в атмосфере химически активного газа при нагреве детали до температуры 900 - 1200°С.
(патент CH452205, опубликов. 1968-05-31, интернет-ресурс htt). Недостатком этого технического решения является высокая температура процесса, приводящая к разупрочнению основы.
Известен также инструмент с покрытием, которое формируется при более низкой температуре, не превышающей 600˚С. При этом используют импульсный тлеющий разряд при давлении 10-1000Па и высоком напряжении на детали в диапазоне 200-900 В (патент US5093151, опубл. 1992-03-03). Недостатком этого технического решения является опасность возникновения микродуг на поверхности детали и локальная эрозия поверхности. Кроме того, упрочненный слой обладает неоднородной твердостью по поверхности деталей сложной формы и повышенной хрупкостью. Возможно также изменение размеров, вызванных напряжениями в поверхностном слое.
Известно техническое решение - корпус режущего инструмента, полученный механической обработкой с последующей подготовкой для нанесения дисульфида вольфрама и защитным покрытием дисульфида вольфрама, позволяющим увеличить срок службы режущего инструмента, увеличить режимы обработки и существенно уменьшить проблемы, связанные с плохим удалением стружки и эрозией корпуса инструмента. (заявка WO 2004/092429 A3, опубл. 28.10.2004).
Недостатком данного технического решения является высокий коэффициент трения этого покрытия по сплавам алюминия, что приводит к плохому удалению стружки из зоны резания, эрозии поверхности корпуса режущего инструмента и нежелательному дополнительному разогреву инструмента.
Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является режущий инструмент для обработки металлических заготовок по международной заявке PCT/US 2008/080281, опубликованной 07.05.2009.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения весь корпус инструмента выполнен из твердого металла, такого, как быстрорежущая сталь, инструментальная сталь, или карбид вольфрама, и содержит покрытие в виде пленки толщиной в диапазоне от одного до трех микрон из гидрогенизированного алмазоподобного углеродного материала или нанокомпозита карбид вольфрама/углерод. Такие покрытия характеризуются низким коэффициентом трения, за счет низкой адгезии к нему алюминиевой стружки, которая образуется при резке алюминиевых сплавов. Недостатком данного изобретения является недостаточная износостойкость покрытия.
Задачей, на которую направлено данное изобретение, является устранение вышеназванного недостатка.
Технический результат - повышение износостойкости покрытия за счет исключения или существенного уменьшения процесса отслаивания слоя алмазоподобного углерода в процессе работы.
Данная задача решается и технический результат достигается благодаря тому, что заявленное устройство корпус фрезы с защитным покрытием с низким коэффициентом трения по алюминиевым сплавам из аморфного алмазоподобного углеродного материала, содержит защитное покрытие, выполненное из трех слоев вакуумно-дуговым распылением. При этом, непосредственно на корпусе фрезы расположен антикоррозионный слой на основе хрома и переходный слой, расположенный между антикоррозионным слоем и упомянутым слоем из аморфного алмазоподобного углеродного материала. При этом переходный слой может быть выполнен из титана или циркония, а в качестве аморфного алмазоподобного углеродного материала может быть также использован аморфный алмазоподобный углерод с легирующей добавкой вольфрама в количестве 0,5-2,0%.
Использование в качестве слоя с низким коэффициентом трения аморфного алмазоподобного углерода или аморфного алмазоподобного углерода с легирующей добавкой вольфрама, позволяет существенно уменьшить взаимодействие корпуса фрезы со стружкой и соответственно ее налипание на поверхность корпуса. Переходный слой обеспечивает высокую адгезию слоя с низким коэффициентом трения и слоя антикоррозионного. А антикоррозионный слой на основе хрома позволяет снизить коррозионные процессы, которые, как правило, интенсифицируются при нагреве в процессе работы инструмента, на границе корпус фрезы - защитное покрытие.
Фрагмент заявляемого корпуса режущего инструмента с многослойным покрытием изображен на фигуре 1.
Корпус режущего инструмента с многослойным покрытием содержит непосредственно корпус 1, на котором распложен первый антикоррозионный слой 2, выполненный как вакуумное покрытие на основе хрома. Второй переходный слой 3, выполненный из титана или циркония, нанесен на антикоррозионный слой 2. Третий слой 4 с низким коэффициентом трения по алюминиевым сплавам, нанесенный на переходный слой 3, представляет собой аморфный алмазоподобный углерод или аморфный алмазоподобный углерод с легирующей добавкой вольфрама в количестве в 0,5-2,0%, что позволяет сохранить гладкость покрытия по мере увеличения толщины указанного слоя.
Варианты осуществления изобретения
Корпус 1 фрезы после предварительной подготовки, включающей обезжиривание, загружают в вакуумную камеру установки для нанесения сверхтвердых покрытий, например, установку вакуумную для нанесения алмазоподобных углеродных покрытий и их комбинаций с металлами на режущие инструменты ТО-УВНИПА-1-011, наносят первый слой 2 антикоррозионного покрытия на основе хрома толщиной 0,5-1,0 мкм путем вакуумно-дугового распыления катода, изготовленного из хрома. Затем наносят переходной слой 3 на основе титана или циркония толщиной 0,1-0,2 мкм, при этом используют катоды из титана или циркония. После этого проводят нанесение слоя 4 толщиной 1,0-1,5 мкм с низким коэффициентом трения по алюминиевым сплавам на основе аморфного алмазоподобного углерода или аморфного алмазоподобного углерода с добавлением вольфрама в количестве в 0,5 - 2,0%. При этом используют импульсное вакуумно-дуговое распыление графитового катода или графитового катода с добавлением вольфрама.
Примеры конкретного выполнения
1. Режущий инструмент, в частности сборную конструкцию фрезы со сменными пластинами и корпусом, изготовленным из стали 40Х с защитным покрытием согласно данному изобретению, в котором слой 2 антикоррозионного покрытия на основе хрома выполнен толщиной 0,5 мкм, слой 3 выполнен из титана толщиной 0,1 мкм, а слой 4 с низким коэффициентом трения по алюминиевым сплавам выполнен на основе аморфного алмазоподобного углерода слой 2 антикоррозионного покрытия на основе хрома толщиной выполнен 0,5 мкм, использовали для обработки алюминиевого сплава В95.
2. Режущий инструмент, в частности сборную конструкцию фрезы со сменными пластинами и корпусом, изготовленным из стали 40Х с защитным покрытием согласно данному изобретению, в котором слой 2 антикоррозионного покрытия на основе хрома выполнен толщиной 0,7 мкм, слой 3 выполнен толщиной 0,1 мкм из циркония, а слой 4 с низким коэффициентом трения по алюминиевым сплавам толщиной 1,0 мкм выполнен на основе аморфного алмазоподобного углерода с добавлением вольфрама в количестве 0,5%, использовали для обработки алюминиевого сплава В95.
3. Режущий инструмент, в частности сборную конструкцию фрезы со сменными пластинами и корпусом, изготовленным из стали 40Х с защитным покрытием согласно данному изобретению, в котором слой 2 антикоррозионного покрытия на основе хрома выполнен толщиной 1,0 мкм, слой 3 выполнен толщиной 0,2 мкм из титана, а слой 4 с низким коэффициентом трения по алюминиевым сплавам толщиной 1,25 мкм выполнен на основе аморфного алмазоподобного углерода с добавлением вольфрама в количестве 1,0%, использовали для обработки алюминиевого сплава В95.
4. Режущий инструмент, в частности сборную конструкцию фрезы со сменными пластинами и корпусом, изготовленным из стали 40Х с защитным покрытием согласно данному изобретению, в котором слой 2 антикоррозионного покрытия на основе хрома выполнен толщиной 1,0 мкм, слой 3 выполнен толщиной 0,2 мкм из циркония, а слой 4 с низким коэффициентом трения по алюминиевым сплавам толщиной 1,5 мкм выполнен на основе аморфного алмазоподобного углерода с добавлением вольфрама в количестве 2,0%, использовали для обработки алюминиевого сплава В95.
Предварительно исследовали внешний вид поверхности корпуса. После проведенных испытаний повторяли эти исследования.
В результате испытаний установлено, что во всех случаях по примерам 1-4 налипание стружки на корпус фрезы существенно уменьшено, сход стружки улучшен, т.е. исключен эффект пакетирования стружки. Следов задиров на поверхности корпуса фрезы не обнаружено. Установлено уменьшение эрозии поверхности корпуса режущего инструмента и нежелательного разогрева инструмента, что в конечном итоге позволяет повысить срок службы покрытия корпуса фрезы и режимы обработки заготовок из алюминиевых сплавов. Дополнительно зафиксировано улучшение качества обрабатываемой поверхности обработанной детали, что связано с улучшением процесса удаления стружки из зоны резания.
Таким образом, поставленная цель и заявленный технический результат по повышению износостойкости покрытия на корпусе фрезы для обработки алюминиевого сплава достигнуты.