РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ С МНОГОСЛОЙНЫМ ИЗНОСОСТОЙКИМ ПОКРЫТИЕМ

Полезная модель относится к нанесению износостойких покрытий на режущий инструмент, в частности к нанесению покрытий распылением и конденсацией в вакууме на твердосплавный режущий инструмент.
Полезная модель может быть использована во всех областях машиностроения, связанных с механической обработкой металлов, в том числе, легких сплавов, в частности, алюминиевых.
Известно, что изделия из легких сплавов, в частности, алюминиевых сплавов, получают все большее распространение в машиностроении. Механическая обработка алюминия является многогранной задачей, которая включает в себя выбор подходящего обрабатывающего оборудования, оснастки, СОЖ, режущего инструмента со специальной геометрией, режимов резания, а так же износостойкого покрытия для инструмента. Правильно выбранный баланс между этими условиями в каждом случае позволяет достичь максимальной производственной эффективности. При этом использование износостойкого покрытия на режущий инструмент позволяет значительно повысить эффективность обработки, а так же улучшить качество обработанной поверхности.
Преобладающим типом износа инструмента при обработке алюминиевых сплавов является адгезионный износ, когда непрерывно протекающие процессы схватывания, слипания материала инструмента с обрабатываемым материалом и последующим разрушением островков адгезии на контактной поверхности приводят к выкрашиванию материала износостойкого покрытия и его отслоения на контактных площадках, формированию заусенцев на режущей кромке. Также при обработке резанием алюминиевых сплавов важной задачей является организация условий легкого отвода стружки, в противном случае на детали могут оставаться нежелательные следы от стружки, а в стружкоотводящих канавках инструмента стружка может пакетироваться и препятствовать дальнейшей работе.
Одним из путей повышения стойкости металлорежущего инструмента является нанесение многослойных композиционных покрытий со слоями различного функционального назначения. Покрытие должно обладать высокой твердостью, иметь высокую адгезию к инструментальному материалу и низкую физико-химическую активность по отношению к обрабатываемому материалу.
0.7
0.3
Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату, взятое за прототип, является композиционное покрытие из чередующихся CrN/AlCrN слоев (Патент US 7410707 B2). Однако данное покрытие не позволяет достичь требуемого технического результата при обработке алюминиевых сплавов из-за наличия значительной доли алюминия в составе покрытия, что увеличивает трение в зоне резания и отвода стружки, что приводит к увеличению температуры инструмента и повышению адгезионного износа покрытия и инструмента.
Технические результат - повышение стойкости твердосплавного режущего инструмента при механической обработке легких сплавов, в частности, алюминиевых сплавов.
Указанный технический результат достигается тем, что режущий инструмент с многослойным покрытием содержит инструментальную основу из твердого сплава и нанесенное на нее пятислойное покрытие, состоящее из нижнего адгезионного слоя из нитрида хрома, первого переходного слоя из нитридов алюминия, титана и хрома при их соотношении, масс.%: алюминий 36,13-38,54, титан 16,01-18,37, хром 43,09-47,86, износостойкого слоя нитридов алюминия и титана при их соотношении, масс.%: алюминий 63,25-68,81, титан 31,19-36,75, второго переходного слоя того же состава, что и первый переходный слой, и пятого антиадгезионного слоя из нитрида хрома.
Толщина адгезионного слоя находится в пределах 0,1-0,2 мкм, первого переходного слоя 0,2-0,3 мкм, износостойкого слоя 1-1,5 мкм, второго переходного слоя 0,3-0,5 мкм и адгезионного слоя 0,3-0,5 мкм. Общая толщина покрытия составляет 1,9-3,0 мкм. Твердость покрытия составляет 27-30 ГПа.
Такая структура покрытия позволяет получить высокую прочность сцепления с основой из-за наличия в покрытии нижнего слоя, обладающего высокой адгезией с инструментальной основой и переходных слоев, в которых имеется хотя бы один элемент из состава граничащих слоев, что увеличивает прочность их связи между собой. Средний слой из нитридов алюминия и титана играет роль барьерного слоя и обладает повышенной термостойкостью и твердостью, что препятствует зарождению и росту усталостных трещин и увеличивает износостойкость покрытия. Верхний антиадгезионный слой из нитрида хрома препятствует налипанию обрабатываемого материала на инструмент, снижает трение инструмента по обрабатываемой поверхности и улучшает отвод стружки даже в условиях сухого резания.
Для выявления преимущества предлагаемой модели покрытия было нанесено покрытие прототип, согласно известному способу, а также покрытие по предлагаемой модели. Покрытия наносили на установке вакуумно-дугового осаждения покрытий на цельнотвердосплавные фрезы, предназначенные для обработки легких сплавов, в том числе алюминиевых.
Результатом применения полезной модели при обработке сплава АМГ6 стало увеличение среднего периода стойкости фрезы диаметром 10 мм с предлагаемой моделью покрытия на 34% по сравнению со средним периодом стойкости аналогичной фрезы с покрытием - прототипом в условиях сухого резания. Кроме этого, применение полезной модели позволило улучшить качество обрабатываемой поверхности.