РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ С 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 (РИ) 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 РИ с покрытием, относится то, что в известном РИ с покрытием наносимое покрытие имеет недостаточно высокую микротвердость и низкие остаточные сжимающие напряжения. В результате этого покрытие легко подвергается износу, в нем быстро зарождаются и распространяются трещины, приводящие к разрушению покрытия, что снижает стойкость РИ с покрытием.
Наиболее близким РИ с покрытием того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является РИ с покрытием, содержащий инструментальную основу и нанесенное на нее вакуумно-дуговым методом износостойкое покрытие нитрида титана-циркония TiZrN (см. Табаков В. п.Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями на основе сложных нитридов и карбонитридов титана. Ульяновск: УлГТУ, 1998. 123 с.),
принятый за прототип.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного РИ с покрытием, принятого за прототип, относится то, что в известном РИ с покрытием нанесенное покрытие обладает недостаточно высокой твердостью и низкими остаточными сжимающими напряжениями. 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 РИ с покрытием покрытие на основе нитрида или карбонитрида титана-циркония содержит в качестве легирующего компонента кремний.
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 износостойким покрытием, изложенных в формуле полезной модели.
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 режущем инструменте 1 из твердого сплава или быстрорежущей стали на поверхность наносят износостойкое покрытие 2 на основе нитрида или карбонитрида титана-циркония, содержащее в качестве легирующего компонента кремний.
Покрытия наносили методом КИБ (конденсацией из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой). Предварительно очищенные от загрязнений неперетачиваемые пластины, изготовленные из твердого сплава МК8 или быстрорежущей стали Р6М5К5, размещали в камере установки "Булат-6Т" с установленными в ней электродуговыми испарителями, материалы катодов которых включают элементы покрытия. Для получения износостойкого покрытия использовали два составных катода из титана и циркония и один катод, содержащий сплав титана и кремния.
Микротвердость покрытий определяли на микротвердомере «ПМТ-3».
Остаточные напряжения в покрытии определяли на рентгеновском дифрактомере «ДРОН-3».
3
Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при продольном точении заготовок из стали 30ХГСА на токарном станке 16К20. Режимы резания для инструмента с пластинами, изготовленными из твердого сплава МК8: скорость резания V=180 м/мин, подача S=0,15 мм/об, глубина резания t=0,5 мм, обработка производилась без применения СОЖ; для инструмента с пластинами, изготовленными из быстрорежущей стали Р6М5К5: скорость резания V=55 м/мин, подача S=0,3 мм/об, глубина резания t=0,75 мм, обработка производилась с применением СОЖ (5%-ный водный раствор эмульсола Укринол-1М). За критерий износа была принята величина фаски износа по задней поверхности: h=0,4 мм для
3
пластин, изготовленных из твердого сплава МК8, и h=0,6 мм для пластин, изготовленных из быстрорежущей стали Р6М5К5. Эффективность режущего инструмента определяли по величине коэффициента повышения стойкости, определяемого как отношение стойкости инструмента с разработанными износостойкими покрытиями к стойкости инструмента с покрытием TiZrN.
В таблице 1 приведены результаты испытаний полученных покрытий.
Таблица 1Результаты испытаний РИ с покрытием
№ пп
Материал покрытия
Микро-твердость, ГПа
Остаточные напряжения сжатия, МПа
Коэффициент повышения стойкости
Примечание
МК8
Р6М5К5
МК8
Р6М5К5
1
TiZrN
33,5
1050
1870
-
-
Прототип
2
TiZrSiN
36,9
1345
2410
1,5
1,3
-
3
TiZrSiCN
38,6
1508
2635
1,7
1,5
-
Как видно из приведенных в табл. 1 данных, наличие в покрытии кремния приводит к повышению микротвердости и остаточных сжимающих напряжений. Стойкость РИ с предлагаемыми покрытиями выше стойкости РИ с покрытием TiZrN в 1,3-1,7 раза.
Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного режущего инструмента с износостойким покрытием следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленный режущий инструмент с износостойким 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 износостойким покрытием в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной 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".