Багатошарове покриття для металорізального інструменту

Винахід відноситься до машинобудування, зокрема до підвищення зносостійкості металорізального інструменту і покращення оброблюваності конструкційних матеріалів. Винахід може бути використано в різних галузях машинобудування. Відомі технологічні способи захисту інструменту від зношування. Одним з них є підвищення твердості інструменту різними методами, такими як поверхневозміцнююча обробка (термічна, хімікотермічна тощо), створення нових зносостійких інструментальних матеріалів і заміна існуючих на більш тверді, теплостійкі та зносостійкі. Основними недоліками термічної і хімікотермічної обробки є те, що із підвищенням твердості зменшується в'язкість руйнування KIC і підвищується його схильність до крихкого руйнування, що проявляється сколюванням матеріалу і поломкою інструменту. З другого боку, створення матеріалів з більш високими міцнісними та теплостійкими характеристиками вимагає використання гостродифіцитних легуючих елементів таких як W, Мо, V, Та та інші. Крім того інструмент, який виготовляється з таких матеріалів після зношування, як правило, підлягає утилізації і виготовленню нового інструменту, що потребує великих енерговитрат і спецобладнання. В якості способу - прототипу вибраний спосіб захисту інструменту від зношування з допомогою нанесення одношарових та багатошарових зносостійких покрить на ріжучу частину інструмента [3]. Недоліком даного способу є те, що створення багатошарових покрить потребує переналадки обладнання на слідуючий матеріал, який планується нанести на інструмент, або використання великої кількості одиниць установок, що потребує багато часу у першому випадку і значних коштів - у другому. В основу винаходу поставлено завдання збільшення стійкості інструменту шляхом зменшення величини контактних напружень та за рахунок зміни фізико - хімічної ситуації в зоні різання, що призводить до зменшення сил різання. Поставлена задача досягається за рахунок того, що один із шарів покриття металорізального інструмента є гідридом металу (МеН), з якого виділяється водень при механічній обробці різанням після локального руйнування оболонки і розігріванні гідриду до температури t=200...300°С, при цьому водень дифундує в зону різання, що призводить до зменшення сил різання в зоні контакту, полегшенню стружкоутворенню і зменшенню величини контактних напружень на поверхні інструменту. Для реалізація ідеї запропоновано використовувати багатошарове комплексне покриття на поверхні інструментального матеріалу (рис.1), перший шар якого є бар'єрним і захищає інструмент від проникнення водню всередину інструментального матеріалу, другий шар - гідрид металу (МеН), який служить джерелом водню при різанні, третій - проміжний шар, створюється як підкладка перед нанесенням водневонепроникної оболонки. У процесі обробки таким інструментом відбувається локальне руйнування оболонки стружкою і утворення каналу транспортування водню в зону різання, розігрів інструменту до t=200...300°С, дифузія водню з гідриду металу і його транспортування в зону різання, що призводить до зменшення сил різання і температури в зоні контакту, полегшенню стружкоутворенню і зниженню величини контактних напружень на поверхні інструменту. Випробування на працездатність “інструментів-акумуляторів” проводили при поздовжньому точінні конструкційних матеріалів на токарському верстаті мод. 1К62М модернізованого безступінчастим регулюванням частоти обертання шпинделя. Динамічна зміна силових параметрів процесу різання контролювалося універсальним вимірювальним комплексом УДМ-600 з'єднаного з персональним комп'ютером. В процесі експерименту визначали силові характеристики процесу різання (складові сили різання PZ, P X, PY), температуру різання ТЭДС, рівень оптимальної швидкості різання VОПТ, ступінь пластичної деформації оброблюваного матеріалу KL, стійкість. Дослідження проводили на сталях, що відрізняються як хімічним складом, так і структурою: Ст.3, 45, 40Х, 03Х18Н10Т. Точіння виконувалося інструментом із твердого сплаву марки ВК. Результати досліджень процесу різання “інструментом-акумулятором” свідчать (табл.1), що у всіх випадках обробка з виділенням із комплексних багатошарових покрить водню призводить до зниження зусиль різання, ступеня пластичної деформації оброблюваного матеріалу, інтенсивності зношування інструмента. Температура в зоні контакту пари, що працює в середовищі водню значно зменшується, наслідком чого є підвищення оптимальної швидкості різання VОПТ. У табл. представлена відносна зміна деяких характеристик процесу різання сталей “інструментом-акумулятором” з водневонепроникною оболонкою і без неї в порівнянні зі звичайним інструментом. Таблиця Оброблювальний матеріал 03Х18Н10Т Ст3 40Х 45 Відносні зміни параметрів процесу різання в середовищі водню PZ ,% PX,% PY ,% КL,% Без З Без З Без З Без З Без З оболонки оболонкою оболонки оболонкою оболонки оболонкою оболонки оболонкою оболонки оболонкою +33 +40 -35 -50 -32 -35 -15 -25 -50 -55 +26 +30 -40 -50 -30 -40 -26 -35 -35 -35 +27 +35 -20 -37 +30 +35 -50 -60 -40 -52 -30 -40 -45 -51 VОПТ ,% Джерела інформації 1. Станчук Э.А., Шумилов А.П. Проявления водорода при механической обработке металлов // Физикохимическая механика материалов. - 1981. - №1.- С.34-41. 2. Гладкий Я.Н., Мазур Н.П.. Бурлаков А.А. Водорододиффузионная механическая обработка конструкционных материалов // Вестник национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт» - 2001.- Вып. 40.- С.201-215. 3. Верещака А.С. Основные аспекты применения и совершенствования режущих инструментов с износостойкими покрытиями // СТИН-2000. - №9. - С.33-40.