Сменная твердосплавная пластина резцедержателя токарного для обработки железнодорожных колёсных пар

Полезная модель относится к области металлообработки, а именно, к режущему инструменту для обработки железнодорожных колесных пар.
2
2
В качестве прототипа известны сверла, изготовленные способом получения износостойкого покрытия, патент РФ №2494172, С23С 14/24, С23С 14/06, 2013, включающий вакуумное ионно-плазменное нанесение покрытия на основе сложного нитрида металлов с помощью нескольких дуговых испарителей, нанесение покрытия осуществляют в среде азотокислородной смеси с содержанием кислорода 1÷3 масс. % при давлении 0,07÷0,45 Па с использованием по меньшей мере двух дуговых испарителей, один из которых содержит гафниевый или циркониевый катод, остальные титановые. На поверхности обрабатываемого инструмента образуется покрытие из нитридов титана и гафния (Ti, Hf)N или циркония (Ti, Zr)N, в объеме которого случайно расположены наноразмерные частицы оксидов гафния или циркония. В процессе осаждения покрытия в среде азотокислородной смеси в первую очередь образуются кристаллы HfO или ZrO. Оптимальный диапазон содержания кислорода в реакционной газовой смеси - 1÷3 масс. %. Покрытие обладает высокой твердостью, превышающей почти в 2 раза твердость покрытия из нитридов титана и циркония или гафния.
Недостатком изделий с данным покрытием является их низкая работоспособность при высоких температурах резания (1000°С-1200°С). Это связано с тем, что наноразмерные частицы оксидов гафния или циркония в покрытиирасположены случайно и не образуют сплошного слоя, кроме того покрытие не защищает поверхность материала основы от окисления при действии высоких температур.
В качестве ближайшего прототипа (аналога) известна сменная твердосплавная пластина токарного резца для обработки железнодорожных колесных пар, выполненная на основе карбида вольфрама, содержащая карбиды титана и тантала и кобальт и имеющая режущую кромку, на которую нанесено покрытие (US 8440314, В32В 9/00, 14.03.2013).
Сущность предлагаемой полезной модели заключается следующем.
Сменная твердосплавная пластина токарного резца для обработки железнодорожных колесных пар (далее также может упоминаться как сменная твердосплавная пластина для резцедержателя токарного для обработки железнодорожных колесных пар) выполняется на основе карбида вольфрама (не менее 80% масс), иных карбидов, а также кобальта, при этом на ее режущую кромку слоями нанесено нитридное покрытие, в котором первый слой, примыкающий к пластине, состоит из нитрида титана (TiN), второй и третий слой состоят из нитрид-титан-алюминия (AlTiN), четвертый слой состоит из окисленного нитрид-титан-алюминия.
z
y
2
3
Окисленный нитрид-титан-алюминий преобразуется в новый материал и представляет собой совокупность таких веществ как TiNO+AlO, где z+y<1;
В частном случае в качестве иных карбидов применяются карбиды титана и тантала: (Ti, Та)С. Кобальт во всех случаях является для материала пластины связующим материалом (связкой).
Технический результат состоит в повышении износостойкости и работоспособности режущего инструмента.
Покрытие образуется в результате химической реакции замещения.
При определенной температуре (600-1200°С) в системе металлов IV-V групп MeN→MeO образуется непрерывный ряд твердых растворов оксинитридов, например, титана.
Механизм окисления нитридов металлов IV-V групп можно представить следующей схемой:
x
2
x
y
2
MeN+O→MeNO+Me+N
Окисление нитрида (до полного оксида)алюминия, в зависимости от условий получения, происходит по следующим реакциям:
Таким образом образуется сплошное многослойное покрытие. Полученный верхний слой из окисленного нитрид-титан-алюминия обладает высокой теплостойкостью, инертностью к обрабатываемому материалу, защищает нижележащие слои покрытия от окисления.
Предлагаемая полезная модель изображается на чертежах.
Фиг. 1 - сменная твердосплавная пластина резцедержателя, вид в три четверти;
Фиг. 2 - кассета (державка) резцедержателя, вид в три четверти;
Фиг. 3 - резцедержатель, вид в три четверти;
Фиг. 4 - срез пластины, вид фрагмента сбоку, изображения слоев.
На фиг. 1 изображена сменная твердосплавная пластина
резцедержателя токарного для обработки железнодорожных колесных пар, представляющая собой корпус 1, выполненный на основе карбида вольфрама, режущую кромку 2, на которую наносится в четыре слоя нитридное покрытие из титана, кромка имеет острый край 3, а в корпусе 1 пластины выполнено отверстие 4 для удержания пластины в державке резцедержателя.
На фиг. 2 и 3 изображены кассета (державка) 5 и токарный резцедержатель 6 (изображен двухкассетный держатель) с установленными сменными твердосплавными пластинами. Закрепление пластины осуществляется на кассете 5 через отверстие 4.
На фиг. 4 условно изображены слои покрытия 2, расположенного на основе 1. Последовательность материалов такая: основа + TiN + AlTiN + TiNzOy + Al2O3, где z+y<1;
Использование пластины
Предлагаемая пластина представляет собой твердосплавную токарную пластину для обработки железнодорожных колесных пар. Она может устанавливаться на разные типы державок и резцедержателей, в том числе с использованием отдельной кассеты или просто с держателем.
Режущий край (кромка) изделия имеет многослойное покрытие, в котором полученный верхний слой из окисленного нитрид-титан-алюминия обладает высокой теплостойкостью, инертностью к обрабатываемому материалу, защищает нижележащие слои покрытия от окисления.