RU27101U1

RU27101U1 - MULTI-LAYER CUTTING TOOL

Info

Publication number: RU27101U1
Application number: RU2002119874/20U
Authority: RU
Inventors: В.П. Табаков; Н.А. Ширманов; М.Ю. Смирнов; А.В. Циркин
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2003-01-10

Abstract

1. Режущий инструмент с многослойным покрытием, содержащий инструментальную основу из твердого сплава и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, состоящее из верхнего слоя покрытия нитрида титана TiN, отличающийся тем, что покрытие содержит промежуточный и нижний слои.2. Режущий инструмент по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала промежуточного слоя выбран TiAlN, а в качестве нижнего слоя выбран TiAlCN.3. Режущий инструмент по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала промежуточного слоя выбран TiZrN, а в качестве нижнего слоя выбран TiZrCN.1. A cutting tool with a multilayer coating containing a hard alloy tool base and a three-layer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, consisting of an upper coating layer of titanium nitride TiN, characterized in that the coating contains an intermediate and lower layer. The cutting tool according to claim 1, characterized in that TiAlN is selected as the material of the intermediate layer, and TiAlCN.3 is selected as the lower layer. The cutting tool according to claim 1, characterized in that TiZrN is selected as the material of the intermediate layer, and TiZrCN is selected as the lower layer.

Description

20021198742002119874

ШШПЩШРРР щ с 23 с 14/32ШШПЩШРРР щ с 23 с 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 условиях прерывистого резания, в частности, при фрезеровании, режущий инструмент с однослойным покрытием не обеспечивает такой же высокой эффективности, как при непрерывном резании.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using a known coated cutting tool include the fact that under intermittent cutting conditions, in particular during milling, a single-layer coated cutting tool does not provide the same high efficiency as continuous cutting.

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 внешнего слоя нитрида титана TiN толщиной 4 мкм и слоя карбонитрида титана TiCN толпщной 2 мкм (см. Смирнов М.Ю. Повышение работоспособности торцовых фрез путем совершенствования конструкций износостойких покрытий. Дисс....канд. техн. наук., - Ульяновск. - 2000. - 232 с.), принятый за прототип.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 outer layer of titanium nitride TiN 4 μm thick and a layer of titanium carbonitride TiCN with a thickness of 2 μm (see Smirnov M.Yu. Improving the performance of end mills by improving the design of wear-resistant coatings. Diss .... Dr. technical sciences, -... - Ulyanovsk. 2000 - 232), taken as a prototype..

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 с многослойным покрытием конструкцияThe reasons that impede the achievement of the following technical result when using the known cutting tool with a multilayer coating, adopted as a prototype, include the fact that in the known cutting tool with a multilayer coating

МНОГОСЛОЙНОГО покрытия учитывает разрушение инструмента в процессе резания только из-за трещинообразования в результате переменных теплосиловых нагрузок при фрезеровании, не рассматривая процессы окислительного и диффузионного износа.MULTI-LAYERED coating takes into account the destruction of the tool during the cutting process only due to cracking as a result of variable heat loads during milling, without considering the processes of oxidative and diffusion wear.

Технический результат - повышение стойкости режуп1,его инструмента.The technical result is an increase in resistance of rezhup1, his tool.

Указанный технический результат при осуш;ествлении полезной модели достигается тем, что, во-первых, слой нитрида титана-алюминия или нитрида титана-циркония препятствует диффузии кислорода среды и элементов обрабатываемого материала в поверхностные слои режущего инструмента, предотврапцая окисление инструментального материала, а также препятствует встречной диффузии компонентов твердосплавной основы в обрабатываемый материал. Во-вторых, возрастает демпфируюш;ая способность и прочность сцепления слоев многослойного покрытия при использовании промежуточного слоя нитрида титана-алюминия или нитрида титана-циркония. Втретьих, возрастает трещиностойкость многослойного покрытия за счет введения дополнительных препятствий распространению треш;ин в виде промежуточного слоя нитрида титана-алюминия или нитрида титана-циркония. Вчетвертых, используемые в качестве нижнего слоя карбонитрид титанаалюминия или карбонитрид титана-циркония обладают высокими остаточными сжимаюш,ими напряжениями.The indicated technical result when drying a utility model is achieved by the fact that, firstly, a layer of titanium-aluminum nitride or titanium-zirconium nitride prevents the diffusion of oxygen from the medium and elements of the processed material into the surface layers of the cutting tool, preventing the oxidation of the tool material, and also prevents counter diffusion of the components of the carbide base in the processed material. Secondly, the damping ability increases and the adhesion strength of the layers of the multilayer coating when using an intermediate layer of titanium-aluminum nitride or titanium-zirconium nitride. Thirdly, the crack resistance of the multilayer coating increases due to the introduction of additional obstacles to the spread of trash; in the form of an intermediate layer of titanium-aluminum nitride or titanium-zirconium nitride. Fourth, titanium aluminum carbonitride or titanium zirconium carbonitride used as the lower layer have high residual compressive stresses.

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, изложенныхThe 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 in relation to perceived by the applicant to the technical result of the distinguishing features in the claimed cutting tool with a multilayer coating set forth

в формуле изобретения.in the claims.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию новизна.Therefore, the claimed utility model meets the condition of novelty.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением выщеуказанного технического результата.Information confirming the possibility of implementing a utility model with obtaining the above technical result.

Сущность полезной модели заключается в следующем. Предлагаемый режущий инструмент с многослойным покрытием, содержит инструментальную основу 1 из твердого сплава и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионно-плазменное покрытие 2, состоящее из внешнего слоя покрытия нитрида титана TIN 3, промежуточного слоя нитрида титана-алюминия TiAlN (или нитрида титана-циркония TiZrN) 4 и нижнего слоя карбонитрида титана-алюминия TiAlCN (или карбонитрида титана-циркония TiZrCN) 5.The essence of the utility model is as follows. The proposed cutting tool with a multilayer coating, contains a hard alloy tool base 1 and a three-layer wear-resistant ion-plasma coating 2, deposited on it, consisting of an outer layer of titanium nitride TIN 3, an intermediate layer of titanium aluminum nitride TiAlN (or titanium zirconium nitride TiZrN ) 4 and the lower layer of titanium-aluminum carbonitride TiAlCN (or titanium-zirconium carbonitride TiZrCN) 5.

Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при симметричном торцовом фрезеровании заготовок из стали 5ХНМ на станке 6Р12. Режимы резания: скорость резания V 157 - 247 м/мин, подача S 0,25 0,40 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 hg 0,4 мм. Эффективность режущего инструмента определяли по величине коэффициента повышения стойкости, определяемого как отношение стойкости режущего инстрз ента с трехслойным покрытием, содержащим слои TiAlN и TiAlCN (или TiZrN и TiZrCN), к стойкости инструмента с двухслойным покрытием, содержащим верхний слой нитрида титана TIN и нижний слой карбонитрида титана TiCN.The resistance tests of the cutting tool were carried out with symmetrical face milling of 5XNM steel blanks on a 6P12 machine. Cutting modes: cutting speed V 157 - 247 m / min, feed S 0.25 0.40 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 hg 0.4 mm was taken. The efficiency 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 cutting tool with a three-layer coating containing layers of TiAlN and TiAlCN (or TiZrN and TiZrCN), to the resistance of a tool with a two-layer coating containing the upper layer of titanium nitride TIN and the lower layer of carbonitride titanium TiCN.

Стойкость режущего инструмента с многослойным покрытием, содержащим слои TiAlN и TiAlCN, повышается в 2,1 - 2,2 раза по сравнению с инструментом с двухслойным покрытием. Стойкость режущего инструмента с многослойным покрытием, содержащим слои TiZrN и TiZrCN, повышается в 1,9-2,1 раза по сравнению с инструментом с двухслойным покрытием.The resistance of a cutting tool with a multilayer coating containing TiAlN and TiAlCN layers is increased by 2.1 - 2.2 times in comparison with a tool with a two-layer coating. The resistance of a cutting tool with a multilayer coating containing TiZrN and TiZrCN layers is increased by 1.9-2.1 times compared to a tool with a two-layer coating.

крытием следующей совокупности условий:covering the following set of conditions:

-средство, воплощающее заявлеппый 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 a declare 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 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 in the form as described in the independent paragraph 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 is confirmed;

-средство, воплощающее заявленнз о 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

1. A cutting tool with a multilayer coating, containing a hard alloy tool base and a three-layer wear-resistant ion-plasma coating deposited on it, consisting of an upper coating layer of titanium nitride TiN, characterized in that the coating contains an intermediate and lower layer.

2. The cutting tool according to claim 1, characterized in that TiAlN is selected as the material of the intermediate layer, and TiAlCN is selected as the lower layer.

3. The cutting tool according to claim 1, characterized in that TiZrN is selected as the material of the intermediate layer, and TiZrCN is selected as the lower layer.