РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ С МНОГОСЛОЙНЫМ ПОКРЫТИЕМ (ВАРИАНТЫ)

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 ТЮМ, 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 алюминием; в качестве верхнего - нитрид или карбонитрид титана и химического элемента; в качестве промежуточного - такой же материал, как и материал верхнего слоя, но легированный алюминием. 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 алюминием; верхнего слоя 4, содержащего нитрид или карбонитрид титана и химического элемента; промежуточного слоя 3,
содержащего такой же материал, как и верхний слой, но легированный алюминием.
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 алюминия.
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
TiSiAl-TiSiAIN-TiSiN
2
2
2
246
-
4
TiSiAl-TiSiAICN-TiSiCN
2
2
2
271
-
5
TiCrAI-TiCrAIN-TiCrN
2
2
2
244
-
6
TiCrAI-TiCrAICN-TiCrCN
2
2
2
263
-
1. Инструментальный материал - МК8.
3
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 h=0,4 мм.
Как видно из приведенных в таблице 1 данных, стойкость пластин с многослойными покрытиями повышается в 2,2-2,5 раза по сравнению с инструментом с покрытием-прототипом.