RU31244U1

RU31244U1 - Coated Cutting Tools

Info

Publication number: RU31244U1
Application number: RU2002121011/20U
Authority: RU
Inventors: В.П. Табаков; Н.А. Ширманов; М.Ю. Смирнов
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 2002-08-02
Filing date: 2002-08-02
Publication date: 2003-07-27

Description

20021210112002121011

iiimiHi МПК С 23 С 14/32iiimiHi IPC C 23 C 14/32

Режущий инструмент с покрытиемCoated Cutting Tools

Полезная модель относится к области нанесения покрытий, в частности к нанесению нокрытий 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 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 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 with a thickness of 3-8 microns (see Vereshchak A.S. Performance of the cutting tool with wear-resistant coatings. M; Mechanical Engineering, 1993. S. 252).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режущего инструмента с покрытием, относится то, что в известном режущем инструменте с покрытием наносимое покрытие имеет недостаточную микротвердость и прочность сцепления с инструментальной основой, что приводит к снижению стойкости режущего инструмента при его эксплуатации.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using a known coated cutting tool include the fact that in the known coated cutting tool, the applied coating has insufficient microhardness and adhesion to the tool base, which leads to a decrease in the resistance of the cutting tool during its operation.

Наиболее близким режущим инструментом с покрытием того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является режущий инструмент с покрытием, содержащий инструментальную основу и нанесенное на нее износостойкое ионно-плазменное покрытие нитрида титана и циркония (см. Табаков В.П. Исследование износостойкости покрытий режущего инструмента, полз енных с применением составных катодов // СТИН. 1996. № 3. С. 15), 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 coating containing a tool base and a wear-resistant ion-plasma coating of titanium and zirconium nitride deposited on it (see Tabakov V.P. Study of the wear resistance of cutting coatings instrument crawled using composite cathodes // STIN. 1996. No. 3. P. 15), adopted as a prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режзтцего инструмента с покрытием, принятого за прототип, относится то, что в известном режущем инструменте с покрытием не обеспечивается достаточная прочность сцепления покрытия с инструментальной основой, в результате чего снижается стойКОСТЬ режущего инструмента при его эксплуатации.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known cutting tool with a coating adopted as a prototype include the fact that a known cutting tool with a coating does not provide sufficient adhesion of the coating to the tool base, which reduces the resistance of the cutting tool when it is operation.

Сущность полезной модели заключается в следующем. На инструментальную основу наносится износостойкое покрытие нитрида титана и циркония, содержащее дополнительно алюминий и выполненное из нитрида титана, циркония и алюминия.The essence of the utility model is as follows. A wear-resistant coating of titanium and zirconium nitride, additionally containing aluminum and made of titanium, zirconium and aluminum nitrides, is applied to the tool base.

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

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что известный режущий инструмент с покрытием содержит инструментальную основу и нанесенное на нее износостойкое ионноплазменное покрытие нитрида титана и циркония.The specified technical result in the implementation of the utility model is achieved by the fact that the known coated cutting tool contains a tool base and a wear-resistant ion-plasma coating of titanium nitride and zirconium deposited on it.

Особенность заключается в том, что покрытие содержит дополнительно алюминий и выполнено из нитрида титана, циркония и алюминия.The peculiarity lies in the fact that the coating additionally contains aluminum and is made of titanium nitride, zirconium and aluminum.

Нанесение покрытия нитрида титана и циркония, содержащего дополнительно алюминий и выполненного из нитрида титана, циркония и алюминия, приводит к повышению прочности сцепления покрытия с инструментальной основой и микротвердости и, как следствие, к увеличению стойкости режущего инструмента при его эксплуатации.The coating of titanium and zirconium nitride, additionally containing aluminum and made of titanium, zirconium and aluminum nitride, leads to an increase in the adhesion of the coating to the tool base and microhardness and, as a result, to increase the resistance of the cutting tool during its operation.

Нроведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и назд1но-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 режушем инструменте с покрытием, изложенных в формуле полезной модели.An analysis of the state of the art by the applicant, including a search by patent 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 characteristics of the analogue, allowed us to establish a set of significant in relation applicant sees technical result in the claimed hallmarks rezhushem coated tool set forth in formula utility model.

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

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображен режущий инструмент с покрытием.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, which shows a cutting tool with a coating.

Режущий инструмент с покрытием содержит инструментальную основу 1 из твердого сплава и нанесенное на нее покрытие 2, выполненное из нитрида титана, циркония и алюминия.The coated cutting tool comprises a hard alloy tool base 1 and a coating 2 applied thereon, made of titanium nitride, zirconium and aluminum.

Покрытия наносили следующим образом.Coatings were applied as follows.

Покрытия наносили методом КИБ (конденсацией из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой). Пеперетачиваемые пластины, изготовленные из твердого сплава, размещали в камере установки Булат-бТ с установленными в ней электродуговыми испарителями, материалы катодов которых включают элементы покрытия.The coatings were applied by the CIB method (condensation from the plasma phase in vacuum with ion bombardment). Grinding plates made of 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.

В пространстве между пластинами и катодом зажигали дуговой разряд для испарения материала катода, в камеру подавали азот для взаимодействия с испаряемым материалом катода. Осуществляли конденсацию покрытия нитрида титана, циркония и алюминия (Ti, Zr, A1)N толщиной 5 мкм. После этого подачу азота в камеру прекращали, выключали дуговой разряд. Пластины с нанесенным износостойким покрытием охлаждали в камере до комнатной температуры.An arc discharge was ignited in the space between the plates and the cathode to vaporize the cathode material, nitrogen was supplied to the chamber to interact with the vaporized cathode material. A coating of titanium nitride, zirconium and aluminum (Ti, Zr, A1) N was condensed with a thickness of 5 μm. After that, the nitrogen supply to the chamber was stopped, the arc discharge was turned off. Wear-resistant plates were cooled in a chamber to room temperature.

Прочность сцепления покрытия с инструментальной основой оценивали методом воздействия импульсного лазерного излучения на лазерной технологической установке «Квант - 15. За критерий оценки адгезионных свойств композиции «покрытие - инструментальная основа был принят коэффициент отслоения Ко, определяемый как отнощение площади отслоения покрытия к площади лазерного пятна. Микротвердость покрытия измеряли на микротвердомере «ПМТ - 3.The adhesion strength of the coating to the instrumental base was evaluated by the method of exposure to pulsed laser radiation on a Quantum-15 laser technological installation. The peeling coefficient Ko, defined as the ratio of the peeling area of the coating to the area of the laser spot, was taken as a criterion for assessing the adhesive properties of the coating-tool base composition. The microhardness of the coating was measured on a PMT - 3 microhardness meter.

Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при продольном точении заготовок из стали ЗОХГСА на токарном станке 16К20. Режимы резания были следующими: скорость резания V 200 м/мин, подачаThe resistance tests of the cutting tool were carried out with longitudinal turning of ZOKHGSA steel blanks on a 16K20 lathe. The cutting conditions were as follows: cutting speed V 200 m / min, feed

S 0,3 мм/об, глубина резания t 1 мм. Обработка производилась без СОЖ. За критерий износа была принята величина фаски износа по задней поверхности Ьз 0,4 мм. Эффективность инструмента определяли по величине коэффициента повышения стойкости, определяемого как отношение стойкости инструмента с покрытием (Ti, Zr, A1)N к стойкости инструмента с покрытием (Ti, Zr)N.S 0.3 mm / rev, cutting depth t 1 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 tool was determined by the value of the coefficient of increase in resistance, defined as the ratio of the resistance of the tool with the coating (Ti, Zr, A1) N to the tool life with the coating (Ti, Zr) N.

Коэффициент отслоения, микротвердость покрытий (Ti, Zr)N и (Ti, Zr, A1)N и стойкость режуш;его инструмента с данными покрытиями приведены в таблице.The peeling coefficient, microhardness of the coatings (Ti, Zr) N and (Ti, Zr, A1) N and the resistance of the cutters; its tools with these coatings are shown in the table.

Как видно из таблицы, наличие в покрытии нитрида титана и циркония алюминия способствует повышению прочности сцепления покрытия с инструментальной основой (о чем свидетельствует уменьшение коэффициента отслоения) и микротвердости и увеличению стойкости режуш,его инструмента с покрытием (Ti, Zr, A1)N по сравнению с инструментом с покрытием (Ti, Zr)N.As can be seen from the table, the presence of titanium and zirconium aluminum nitride in the coating increases the adhesion strength of the coating to the tool base (as evidenced by a decrease in the peeling coefficient) and microhardness and increases the resistance of cutters and their tools with the coating (Ti, Zr, A1) N compared with coated tool (Ti, Zr) N.

Стойкость режуш,его инструмента с покрытием (Ti, Zr, A1)N повышается в 1,3 раза по сравнению с инструментом с покрытием (Ti, Zr)N.The resistance of the cutter and its tool with the coating (Ti, Zr, A1) N is increased by 1.3 times compared with the tool with the coating (Ti, Zr) N.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного режущего инструмента с покрытием следуюп1;ей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following conditions when using the declared cutting tool with a coating;

сти, 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 пол5Д1ения износостойких покрытий на режущем инструменте;and, in particular, 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 the application of wear-resistant coatings on a cutting tool;

-для заявленного режущего инструмента с 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 coating in the form 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 is 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 coated cutting tool containing a tool base and a wear-resistant ion-plasma coating of titanium and zirconium nitride deposited on it, characterized in that the coating additionally contains aluminum and is made of titanium, zirconium and aluminum nitride.