RU25892U1

RU25892U1 - MULTI-LAYER CUTTING TOOL

Info

Publication number: RU25892U1
Application number: RU2002112050/20U
Authority: RU
Inventors: В.П. Табаков; Н.А. Ширманов; М.Ю. Смирнов; А.В. Циркин
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 2002-05-06
Filing date: 2002-05-06
Publication date: 2002-10-27

Abstract

Режущий инструмент с многослойным покрытием, содержащий инструментальную основу из твердого сплава и нанесенное на нее двухслойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, состоящее из верхнего слоя нитрида титана-циркония TiZrN и нижнего слоя карбонитрида титана-циркония TiZrCN.A multi-layer coated cutting tool containing a hard alloy tool base and a two-layer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, consisting of an upper layer of titanium zirconium nitride TiZrN and a lower layer of titanium zirconium carbonitride TiZrCN.

Description

2002112050 2002112050

г о о V f 1 л г ff 5 оr o o V f 1 l r ff 5 o

iilliiili МПК с 23 с 14/32iilliiili IPC from 23 to 14/32

Режущий инструмент с многослойным нокрытнемMulti-layer cutting tool

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.The utility model relates to the field of coating, in particular to coating by evaporation and condensation in a vacuum, and can be used in tool production to obtain wear-resistant coatings on a cutting tool.

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).Known cutting tool with a wear-resistant ion-plasma coating TIN, containing one layer with a thickness of 3-8 μm (see Vereshchak A.S. The performance of the cutting tool with wear-resistant coatings. M .: Mechanical Engineering, 1993. P.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).The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using a known coated cutting tool include the fact that in a known cutting tool a multilayer coating is applied by the VNIITS method (in accordance with the technology of chemical deposition of the coating from the gas phase) (see A. Vereshchak. The performance of the cutting tool with wear-resistant coatings. M.: Mechanical Engineering, 1993. S. 252). The disadvantages of the HT method is that the application process is carried out at temperatures that do not allow hardening tools made of high speed steel; the strength of the coated tool has a fairly wide range of values (that is, the technology is characterized by instability of the strength parameters of the product — the coated tool).

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 ионно-плазменное покрытие, состоящее из верхнего слоя нитрида титана TIN и нижнего слоя карбонитрида титана TiCN (см Смирнов М.Ю.The closest cutting tool with a coating of the same purpose to the claimed utility model in terms of features is a cutting tool with a multilayer coating containing a hard alloy tool base and a two-layer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, consisting of an upper layer of titanium nitride TIN and a lower layer titanium carbonitride TiCN (see Smirnov M.Yu.

Повышение работоспособности торцовых фрез путем совершенствования конструкций износостойких покрытий. Дисс....канд. техн. наук., - Ульяновск. - 2000. - 232 с.), принятый за прототип.Improving the performance of end mills by improving the design of wear-resistant coatings. Diss .... cand. tech. Sciences., - Ulyanovsk. - 2000. - 232 p.), Adopted as a prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режушего инструмента с многослойным покрытием, принятого за прототип, относится то, что данное покрытие имеет низкую трещиностойкость и не позволяет суш;ественно повысить стойкость режуш;его инструмента при торцовом фрезеровании.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using a well-known cutting tool with a multilayer coating adopted as a prototype include the fact that this coating has low crack resistance and does not allow drying; significantly increase the resistance of the cutters; its tool during face milling.

Технический результат - повышение стойкости режушего инструмента.The technical result is an increase in the resistance of the cutting tool.

Указанный технический результат при осушествлении полезной модели достигается следующим. Возрастает прочность, твердость и трешиностойкость композиции за счет того, что в качестве материалов слоев покрытия применяются сложные нитриды и карбонитриды титана-циркония, обладающие твердорастворным и микроструктурным упрочнением и, следовательно, более высокими физико-механическими свойствами по сравнению с нитридом и карбонитридом титана.The specified technical result in the implementation of the utility model is achieved as follows. The strength, hardness and crack resistance of the composition increases due to the fact that complex nitrides and carbonitrides of titanium-zirconium are used as coating layer materials, which have solid-solution and microstructural hardening and, therefore, higher physical and mechanical properties compared to titanium nitride and carbonitride.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включаюший 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.An analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed utility model, allowed to establish that the applicant did not find a source characterized by features identical to all the essential features of the claimed utility model, determined from the list of identified analogues of the prototype, as the closest in the totality of the features of the analogue, allowed us to establish a set of significant perceived by the applicant to the technical result of the distinguishing features in the claimed cutting tool with a multilayer coating set forth in the claims.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию Therefore, the claimed utility model meets the condition

дели с получением вышеуказанного технического результата.Delhi to obtain the above technical result.

Сущность полезной модели заключается в следующем. Предлагаемое многослойное ионно-плазменное покрытие 1 с верхним слоем TiZrN 2 и нижним TiZrCN 3 наносится методом конденсации вещества из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой (метод КИБ) на инструментальную основу из твердого сплава 4. Конструкция многослойного покрытия (толщина и взаимное расположение слоев в составе композиции) разрабатывается на основании исследований теплового и напряженного состояния режущего клина инструмента при прерывистом резании.The essence of the utility model is as follows. The proposed multilayer ion-plasma coating 1 with the upper layer of TiZrN 2 and the lower TiZrCN 3 is applied by the method of condensation of a substance from the plasma phase in vacuum with ion bombardment (CIB method) onto a hard alloy tool base 4. Construction of a multilayer coating (thickness and relative position of layers in composition) is developed on the basis of studies of the thermal and stress state of the cutting wedge of the tool during interrupted cutting.

Покрытия наносили методом КР1Б (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-бТ с установленными в ней электродуговыми испарителями, материалы катодов которых включают элементы покрытия.The coatings were applied by the KR1B method (condensation from the plasma phase in vacuum with ion bombardment). Non-grind plates preliminarily cleaned of contaminants made of MK8 hard alloy were placed in the chamber of the Bulat-bT installation with electric arc evaporators installed in it, the cathode materials of which include coating elements.

Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при симметричном торцовом фрезеровании заготовок из стали 5ХНМ на станке 6Р12. Режимы резания были следующими: скорость резания V 157 - 247 м/мин, подача S 0,25 - 0,4 мм/мин, глубина резания t 1,5 мм, ширина фрезерования В 20 мм. Обработка производилась без СОЖ. За критерий износа была принята величина фаски износа по задней поверхности Ьз 0,4 мм. Эффективность режущего инструмента определяли по величине коэффициента повышения стойкости, определяемого как отношение стойкости инструмента с многослойным покрытием TiZrCN - TiZrN, к стойкости инструмента с покрытием TIN.Durable tests of the cutting tool were carried out with symmetrical face milling of 5XNM steel blanks on a 6P12 machine. The cutting conditions were as follows: cutting speed V 157 - 247 m / min, feed S 0.25 - 0.4 mm / min, cutting depth t 1.5 mm, milling width B 20 mm. Processing was performed without coolant. For the wear criterion, the value of the chamfer of wear along the rear surface of Lz 0.4 mm was taken. The effectiveness of the cutting tool was determined by the value of the coefficient of increase in resistance, defined as the ratio of the resistance of the tool with a multilayer coating TiZrCN - TiZrN, to the tool life with a TIN coating.

Стойкость режущего инструмента с многослойным покрытием TiZrCN TiZrN в 2,8 - 3 раза выше по сравнению с инструментом с покрытием TiN.The resistance of a cutting tool with a TiZrCN TiZrN multilayer coating is 2.8 to 3 times higher than that of a TiN coated tool.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного режущего инструмента с многослойным покрытием следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment when using the claimed cutting tool with a multilayer coating of the following set of conditions:

-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;-a tool embodying the claimed cutting tool with a multilayer coating in its implementation, is intended for use in industry, namely in the field of coating, in particular in the field of coating by evaporation and condensation in a vacuum, and can be used in tool production for wear-resistant coatings on a cutting tool;

-для заявленного режущего инструмента с многослойным 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;-for the declared cutting tool with a multilayer coating as described in the independent clause of the stated utility model formula, the possibility of its implementation using the means and methods described in the application or known prior to the priority date has been confirmed;

-средство, воплощающее заявленную полезная модель при ее осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- a tool embodying the claimed utility model in its implementation, is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию промышленная применимость.Therefore, the claimed utility model meets the condition of industrial applicability.

Claims

A multilayer-coated cutting tool containing a hard alloy tool base and a two-layer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, consisting of an upper layer of titanium zirconium nitride TiZrN and a lower layer of titanium zirconium carbonitride TiZrCN.