RU27099U1 - MULTI-LAYER CUTTING TOOL - Google Patents

Abstract

1. Режущий инструмент с многослойным покрытием, содержащий инструментальную основу из твердого сплава и нанесенное на нее двухслойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, состоящее из внешнего слоя покрытия нитрида титана TiN, отличающийся тем, что покрытие содержит нижний слой.2. Режущий инструмент по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала нижнего слоя выбран TiZrN.3. Режущий инструмент по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала нижнего слоя выбран TiAlN.4. Режущий инструмент по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала нижнего слоя выбран TiZrCN.5. Режущий инструмент по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала нижнего слоя выбран TiAlCN.1. 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 coating layer of titanium nitride TiN, characterized in that the coating contains a lower layer. The cutting tool according to claim 1, characterized in that TiZrN.3 is selected as the material of the lower layer. The cutting tool according to claim 1, characterized in that TiAlN.4 is selected as the material of the lower layer. The cutting tool according to claim 1, characterized in that TiZrCN.5 is selected as the material of the lower layer. The cutting tool according to claim 1, characterized in that TiAlCN is selected as the material of the lower layer.

Description

20021198722002119872

millMinМПК с 23 с 14/32millMin MPC from 23 to 14/32

г о о г, ) t 7 2g o g r) t 7 2

Режущий инструмент с многослойным покрытиемMultilayer cutting tools

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, чтоThe 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 GT method are that

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 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 двзосслойное 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 TIN titanium nitride 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, препятствуюш;им достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режуш;его инструмента с многослойным покрытием, принятого за прототип, относится то, что данное покрытие имеет низкую треп ;иностойкость и прочность сцепления с основой и не позволяет суш;ественно повысить стойкость режупцего инструмента при торцовом фрезеровании.For reasons that impede; they achieve the following technical result when using a well-known cutter; its tool with a multilayer coating, adopted as a prototype, refers to the fact that this coating has a low chatter; foreign resistance and adhesion to the base and does not allow drying; significantly increase the resistance cutting tool for face milling.

Технический результат - повышение стойкости режуш;его инструмента.The technical result is an increase in the resistance of cutters; its tool.

Указанный технический результат при осуш;ествлении полезной модели достигается следуюп ;им. Возрастает прочность, твердость и треш;иностойкость композиции за счет того, что в качестве материала нижнего слоя покрытия применяется нитрид титана-циркония TiZrN (или нитрид титанаалюминия TiAlN, или карбонитрид титана-циркония TiZrCN, или карбонитрид титана-алюминия TiAlCN) , обладаюп1;ие твердорастворным и микроструктурным упрочнением и, следовательно, более высокими физикомеханическими свойствами, а также прочностью сцепления с основой и остаточными сжимаюш,ими напряжениями по сравнению с нитридом и карбонитридом титана.The specified technical result when draining; the implementation of the utility model is achieved as follows; Strength, hardness and trash increase; the composition's foreign resistance is due to the fact that TiZrN titanium-zirconium nitride (or TiAlN or titanium-zirconium carbonitride TiZrCN or titanium-aluminum carbonitride TiAlCN) is used as the material of the lower coating layer; solid-solution and microstructural hardening and, therefore, higher physicomechanical properties, as well as adhesion strength to the base and residual compressive stresses, as compared with titanium nitride and carbonitride.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включаюш;ий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержаш;их сведения об аналогах заявленной полезной модели, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризуюш;ийся признаками, тождественными всем суш;ественным признакам заявленной полезной модели, определенные из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность суш;ественных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном режущем инструменте с многослойным покрытием, изложенныхAn analysis of the state of the art by the applicant, including; a search by patent and scientific and technical sources of information and identification of sources, contents; their information about analogues of the claimed utility model, made it possible to establish that the applicant did not find a source characterized by signs identical to all sushi; the natural features of the claimed utility model, determined from the list of identified analogues of the prototype, as the closest in terms of the totality of the attributes of the analogue, allowed to establish a set of land; to the technical result perceived by the applicant 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 вышеуказанного технического результата.Information confirming the possibility of implementing a utility model with obtaining the above technical result.

Сущность полезной модели заключается в следующем. Предлагаемое многослойное ионно-плазменное покрытие 1 с верхним слоем нитрида титана TIN 2 и нижним нитрида титана-циркония TiZrN (или нитрида титана TiAlN, или карбонитрида титана-циркония TiZrCN, или карбонитрида титана-алюминия TiAlCN) 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 an upper layer of titanium nitride TIN 2 and a lower titanium-zirconium nitride TiZrN (or titanium nitride TiAlN, or titanium-zirconium carbonitride TiZrCN, or titanium-aluminum carbonitride TiAlCN) 3 is applied by the method of substance condensation by plasma condensation vacuum with ion bombardment (CIB method) on an instrumental base of hard alloy 4. The design of a multilayer coating (thickness and relative position of layers in the composition) is developed on the basis of studies of thermal and stress about the state of the cutting wedge of the tool during intermittent cutting.

Покрытия наносили методом КИБ (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 CIB 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 поверхиости hj 0,4 мм. Эффективность режущего инструмента определяли по величине коэффициента повышения стойкости, определяемого как отношение стойкости инструмента с многослойным покрытием TiZrN - TIN (или TiAlN-TiN, или TiZrCN-TiN,The resistance 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 hj of 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 tool with a multilayer coating TiZrN - TIN (or TiAlN-TiN, or TiZrCN-TiN,

ИЛИ TiAlCN-TiN), к стойкости инструмента с покрытием TiCN-TiN.OR TiAlCN-TiN), to tool resistance with TiCN-TiN coating.

Стойкость режущего инструмента с многослойным покрытием TiZrN TIN или TiAlN-TiN в 2,2 - 2,5 раза, а стойкость режущего инструмента с многослойным покрытием TiZrCN-TiN или TiAlCN-TiN в 2,4-2,6 раз выше по сравнению с инструментом с покрытием TiCN-TiN.The resistance of a cutting tool with a TiZrN TIN or TiAlN-TiN multilayer coating is 2.2 - 2.5 times, and the resistance of a cutting tool with a TiZrCN-TiN or TiAlCN-TiN multilayer coating is 2.4-2.6 times higher compared to the tool coated with TiCN-TiN.

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 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 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. 4Therefore, the claimed utility model meets the condition of industrial applicability. 4

Claims (5)

1. Режущий инструмент с многослойным покрытием, содержащий инструментальную основу из твердого сплава и нанесенное на нее двухслойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, состоящее из внешнего слоя покрытия нитрида титана TiN, отличающийся тем, что покрытие содержит нижний слой.1. 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 coating, characterized in that the coating contains a lower layer. 2. Режущий инструмент по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала нижнего слоя выбран TiZrN. 2. The cutting tool according to claim 1, characterized in that TiZrN is selected as the material of the lower layer. 3. Режущий инструмент по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала нижнего слоя выбран TiAlN. 3. The cutting tool according to claim 1, characterized in that TiAlN is selected as the material of the lower layer. 4. Режущий инструмент по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала нижнего слоя выбран TiZrCN. 4. The cutting tool according to claim 1, characterized in that TiZrCN is selected as the material of the lower layer. 5. Режущий инструмент по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала нижнего слоя выбран TiAlCN.

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