РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ С МНОГОСЛОЙНЫМ ПОКРЫТИЕМ

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 твердого сплава и нанесенное на нее трехслойное износостойкое покрытие, состоящее из верхнего
слоя нитрида титана TIN, промежуточного слоя карбонитрида титана TiCN и нижнего слоя карбида титана TiC (см. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. С.252), 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 в известном режущем инструменте многослойное покрытие обладает низкой трещиностойкостью, прочностью связи слоев и низкой прочностью связи с инструментальной основой.
Технический результат - повышение стойкости режущего инструмента.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается следующим. Возрастает трещи нестойкость композиции за счет того, что в трехслойном покрытии чередуются слои различной твердости, а также в качестве верхнего слоя используется материал, обладающий высокими остаточными сжимающими напряжениями. Увеличению прочности сцепления слоев способствует то, что промежуточный слой содержит компоненты верхнего и нижнего слоев. Повышению прочности с основой способствует нанесение нижнего слоя покрытия с повышенными адгезионно-прочностными свойствами.
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. В предлагаемом многослойном ионно-плазменном покрытии 1 на инструментальную основу из твердого сплава 5 наносят нижний слой 4 нитрида или карбонитрида соединения титана и циркония или титана и алюминия, верхний слой 2 нитрида или карбонитрида соединения молибдена и титана и промежуточный слой 3 нитрида или карбонитрида соединения компонентов верхнего и нижнего слоев. Конструкция многослойного покрытия (толщина и взаимное расположение слоев в составе композиции) разрабатывается на основании исследований теплового и напряженного состояния режущего клина инструмента при токарной обработке.
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 износостойких покрытий TiZrN-TiZrMoN-TiMoN и TiZrCN-TiZrMoCN-TiMoCN использовали один катод из титанового сплава ВТ1-0, один катод из циркониевого сплава Э-110 и один составной катод Ti-Mo. Для получения покрытия TiAlN-TiAlMoN-TiMoN и TiAlCN-TiAlMoCN-TiMoCN использовали один катод из титанового сплава ВТ1-0, один составной
катод Ti-Al и один составной катод Ti-Mo.
3
Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при токарной обработке заготовок из стали 30ХГСА на станке 1К62. Режимы резания были следующими: скорость резания V=160-200 м/мин, подача S=0,15-0,3 мм/мин, глубина резания t=1,5 мм. Обработка производилась без СОЖ. За критерий износа была принята величина фаски износа по задней поверхности h=0,4 мм. Эффективность режущего инструмента определяли по величине коэффициента повышения стойкости, определяемого как отношение стойкости инструмента с разработанными многослойными покрытиями к стойкости инструмента с покрытием TiN.
Стойкость режущего инструмента с многослойным покрытием TiZrN-TiZrMoN-TiMoN в 2,8-3,2, а инструмента с покрытием TiZrCN-TiZrMoCN-TiMoCN в 3,0-3,5 раза выше по сравнению с инструментом с покрытием TiN. Стойкость режущего инструмента с многослойным покрытием TiAlN-TiAlMoN-TiMoN в 2,9-3,4, а инструмента с покрытием TiAlCN-TIAlMoCN-TiMoCN в 3,2-3,8 раза выше по сравнению с инструментом с покрытием TiN.
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
изложен ной 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".