Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВАКУУМНО-ПЛАЗМЕННОГО ОСАЖДЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА РЕЖУЩУЮ ПЛАСТИНУ ИЗ ТВЕРДОСПЛАВНОГО МАТЕРИАЛА

Изобретение относится к обработке резанием в машиностроении, в частности к металлорежущему инструменту, который содержит режущую пластину.

Известны различные марки твердых сплавов для изготовления режущих пластин (Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. - М: Металлургия, 1976, 528 с).

Технология изготовления твердосплавной режущей пластины состоит в следующем. Смесь порошков их карбидов вольфрама 96-85% по массе размером 0,5-3 мкм с кобальтом 6-15% по массе подвергают прессованию в виде режущих пластин различной формы (треугольной, пятигранной, шестигранной, ромбической), а затем спекают в печи в среде водорода или в вакуумной печи при температуре 1350-1480 C. После спекания пластины подвергают алмазной обработке.

Недостатком таких режущих пластин является их низкая износостойкость при высоких скоростях резания. В процессе резания кобальт быстро изнашивается, зерна карбидов обнажаются и вырываются силами трения с обрабатываемым материалом, что приводит к быстрому износу режущих кромок.

Известен способ изготовления режущей пластины путем осаждения покрытия нитридов титана (Верещака А.С., Работоспособность инструмента с износостойким покрытием. М: Машиностроение, 1993. - 336 с.). Такой способ изготовления режущей пластины позволяет повысить ее износостойкость до 2 раз при обработке конструкционных сталей. Известен способ изготовления режущих пластин с износостойким покрытием из нитрида титана методом магнитно-импульсной обработки (Булатов В.П., Козырев Ю.П., Кузнецов В.Г. и др. Влияние магнитно-импульсной обработки на триботехнические свойства плазменного покрытия из нитрида титана // Трение и износ, т.21, №6, 2000, с. Способ реализуется при изготовлении режущих пластин с покрытием из нитрида титана (TiN) с магнитно-импульсной обработкой с напряженностью магнитного поля H=10 А/м в одностороннем индукторе в течение 5-10 мин. Достигается повышение износостойкости в 1.5-2 раза при обработке конструкционных сталей по сравнению с режущей пластиной без магнитно-импульсной обработки.

Однако при резании заготовок из закаленных сталей и чугунов эффект оказался незначительным. Это связано с тем, что однослойное покрытие имеет высокие внутренние напряжения и большое количество капельной фазы, поэтому эффект от магнитно-импульсной обработки менее значителен.

В качестве прототипа принят способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину из твердосплавного материала, включающий осаждение первого слоя покрытия из тугоплавкого соединения и магнитно-импульсную обработку (патент РФ №2101382, C23C 8/36, опубл. 10.01.1988).

Однако известный способ не обеспечивает достаточного сцепления покрытия с режущей пластиной и трещиностойкости покрытия, особенно при резании заготовок из закаленных сталей и чугуна, т.к. имеется только один слой покрытия, не наноструктурный.

Этот недостаток устраняется предлагаемым решением.

Ставится задача повышения износостойкости режущих пластин при резании заготовок из закаленных сталей и чугуна.

Технический результат - повышение степени сцепления покрытия с режущей пластиной и трещиностойкости.

Этот технический результат достигается тем, что в способе вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину из твердосплавного материала, включающем осаждение первого слоя покрытия из тугоплавкого соединения и магнитно-импульсную обработку, после осаждения первого слоя покрытия наносят второй слой покрытия из тугоплавкого соединения с размером зерен 40-60 нм, а упомянутую магнитно-импульсную обработку осуществляют в течение 15-20 минут после нанесения второго слоя покрытия.

Повышение работоспособности режущих пластин связано со снятием внутренних напряжений на межзеренных границах, что повышает сцепление покрытия с режущей пластиной, уменьшается вероятность отрыва частиц покрытия. Двухслойное покрытие содержит в верхнем слое наноразмерные частицы, а капельная фаза отсутствует.

Способ осуществляют следующим путем.

На твердосплавную режущую пластину осаждают вакуумно-плазменным методом (конденсация с ионной бомбардировкой - КИБ) двухслойное покрытие из тугоплавкого соединения толщиной 3 мкм с размером зерен 0,3-0,8 мкм и второй слой из тугоплавкого соединения толщиной 2 мкм и размером зерен 40-60 нм. Затем пластины устанавливают в державку, помещают в односторонний индуктор и подвергают магнитно-импульсной обработке с напряженностью магнитного поля H=10 А/м в течение 15-20 минут. Затем осуществляют процесс резания.

Пример осуществления способа.

На твердосплавную режущую пластину из сплава ВК8 осаждали вакуумно-плазменным методом (конденсация с ионной бомбардировкой - КИБ) двухслойное покрытие TiN - первый (нижний) слой толщиной 3 мкм с размером зерен 0,3-0,8 мкм и (MO, Nb) N - второй (верхний) слой толщиной 2 мкм с размером зерен 40-60 нм. Затем пластины устанавливали в державку и помещали в односторонний индуктор, где подвергали магнитно-импульсной обработке с напряженностью магнитного поля H порядка 10 А/м в течение 15-20 минут. Затем осуществляли процесс резания.

В других примерах наносили первый (нижний) слой покрытия из соединения (Ti Al)N, а второй (верхний) из соединения (Mo, Cr, Nb)N. Все действия осуществляли, как в вышеприведенном примере.

Испытывали также пластины с однослойным покрытием из TiN.

Изготовленные пластины испытывали при резании заготовок из закаленной стали 45 HRC 35-45 при скоростях резания V=80-120 м/мин, глубине резания t=2 мм и подаче S=0,2 мм/об. и чугуна СЧ18-36.

По результатам испытаний было установлено, что оптимальным является размер зерен во втором (верхнем) слое 40-60 нм. Более мелкие и более крупные зерна вызывали снижение стойкости инструмента.

Уменьшение времени магнитно-импульсной обработки до 10 минут снижало режущие свойства пластины. Увеличение времени магнитно-импульсной обработки до 25 минут так же снижало режущие свойства пластин.

Результаты испытаний полученных предлагаемым способом пластин при резании заготовок приведены в таблице.

Аналогичные данные получены и при резании других материалов.