Способ выбора оптимального материала наружного слоя износостойкого покрытия режущего инструмента

(51) 5 СУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР) ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЬСТВ й этого многослойного 3 условия наибольшей ей - наибольшей вязкорочности относительно уточный - переменной сти сцепления с наружлоями.бора материала покрыотборе материалов по Наружныи сло покрытия выбран твердости, внутрен сти и адгезионной подложки, промеж твердости и прочно ным и внутренним Такой способ в тия, основанный н(54) СПОСОБ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОГОМАТЕРИАЛА НАРУЖНОГО СЛОЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ- РЕЖУЩЕГОИ Н СТРУМЕ НТА(57) Изобретение относится к производствуинструмента для обработки резанием. Цельизобретения - повышение эффективностиза счет выбора более износостойкого покрытия применительно к обрабатываемомуматериалу. Поставленная цель достигаетсятем, что при выборе оптимального материала наружного слоя износостойкого покрытия, при котором выбирают иэ группыматериалы с максимальным значениемтвердости и прочности сцепления с материалом державки и для каждого из них опреИзобретение относится к инструментам для обработки резанием и может быть использовано в инструментальном производстве. Ближайшим к заявляемому техничеким решением является способ выбора маериала слоев режущей пластины с зносостойким покрытием. деляют параметр, с учетом которого производят выбор, новым является то, что используют образцы из обрабатываемого материала, нагружают их соответствующими сферическими инденторами одинакового радиуса из материала державки как без покрытия, так и с покрытиями иэ отобранных материалов, путем поворота индентора на один и тот же угол под одной и той же нормальной нагрузкой, измеряют в каждом случае сопротивление сдвигу, прирост силы трения и номинальную площадь трения. В качестве параметра определяют минимальный из коэффициентов адгезионной активности, которые находят из уравненияК адг;= Г;" та 5 д/Е а 7, Я 1, где Р, т 1, Я - соответственно прирост силы трения, сопротивление сдвигу и номинальная площадь трения при нагру- у жении индентором с покрытием, Р э, г л, Яэ- соответственно прирост силы трения, сопротивление сдвигу и номи- й нальная площадь трения при нагружении индентором без покрытия. Предлагаемый способ обеспечивает повышение из- а носостойкости и улучшение условий резания, 1 ил. 1 табл. Оитвердости и прочности сцепления с подло.;ккой, или смежными слоями, не обеспечивает высокой износостойкости иблагоприятных условий резания, так как испытания зачастую выявляют случаи, когда 5при более высоких твердости и прочностигнпления покрытий с подложкой их стойкостные свойства ниже, чем у других покрытий,Цель изобретения - повышение эффек- "0тивности за счет выбора более износостойкого покрытия применительно кобрабатываемому материалу.Поставленная цель достигается тем, чтопри выборе оптимального материала наружного слоя износостойкого покрытия,при котором выбирают иэ группы материалы с минимальным значением твердости ипрочности сцепления с материалом державки и для каждого из них определяют параметр, с учетом которого производят выбор,используют образцы из обрабатываемоголатериала, нагрукают их соответствующими сфсрлческими инденторами одинакового радиуса из материала державки как беэ 25покры 1 ия, тэк и с покрытием из отобранныхматериалов путем поворота индентора наОдин и тог жо цикл под Одной и той яенор альной нагрузкой, измеря 1 от в каждомслучае сопротивление сдвигу, прирост силы 30трения и номинальную площадь трения, а вкачестве параметра определщот минимальный из коэффициентов адгезионной активности, которые находят из уравненияР тз Яэгдс Е, т;, сч - соответственно приростсилы трения, сопротивление сдвигу и номинальная площадь трения при нагруженил индентором с покрытием;ГЬ, т, ЯЗ - соответственно прирост силы трения, сопротивление сдвигу и номинальная площадь трения при погружении индентором без покрытия,На чертеже показан общий вид устройства для осуществления предлагаемого способа.Устройство выполнено в виде грибометра и содержит станину 1, к которой прикреплена рама 2 с осями 3. Между осями 3 в держателях 4 установлены плоские образцы 5 из обрабатываемого материала. Между образцами 5 в поворотном диске 6 закреплен индентор 7 со сферическими поверхнос гя ми. Нижняя ось через нижн юю шаровую Опору Б связана с гайкой 9, а верхний конец верхней оси - с призмой 10, которая контак тирует с рычагом 11,На втором конце рычага 11 подвешен груз 12, Поворотный диск кинематически связан с ходовой гайкой 13, установленной на ходовом винте 14, соединенным с электродвигателем 15, На ходовой гайке установлены тензодатчики 16, связанные через усилитель с двухкоординатным Самогрлшущим потенциометром 18.Образец - индентор 7 со сферическими поверхностями из инструментальной стали, на который наносится тонкая пленка (из исследуемого состава покрытия), закрепляется в поворотном диске 6 и устанавливается строго вертлкально по оси действия нагрузки между двумя плоскими образцами 5 иэ обрабатываемого материала, Выбор зазоров и поджим осуществляется гайкой 9 через нижнюю шаровую опору 8, Затем при помощи грузов 12 и рычага 11 создается необходимая нагрузка, которая через призму 10 передается в область контакта шаровых поверхностей индентора и плоских поверхностей образцов, Необходимые температурные условия в зонах контакта создаются путем пропускания через них электрического тока. Пл ос кап аралл ел ьн ые обраэць. из обрабатываемого материала закрепляют в водоохлаждаемых медных де. ркателях 4, изолированнь 1 х от корпуса трибометра. При осуществлении способа поворачивают закрепленный в диске 6 индентор 7, вращая от двигателя 15 ходовой винт 14 и перемещая по нему ходовую гайку 13. При этом информация с тензодэтчиком 16 усиливается и запись 1 вается самопишущим потенциометром 18. В предлагаемом способе адгезионная активность фрикционного контакта оценивается уровнем прироста поверхности фактического сдвига при его перемещении - ЬБ:Ь Рэкссдгде Л Гзкс - прирост силы трения при постоянной для всех случаев величине угла поворота Ьр индентора (определяется экспериментально);гсд - сопротивление обрабатываемого материала сдвигу, зависит от нагрузки М (упрочнение) и температуры Т разупрочнение) в контакте,Еэкспрсд -Я1797009 3= 51+ Я 2,20 25 приведены в таблице, По таблице выбрали в качестве опти. мального материала для наружного слоя 30 35 ЬЬКадг = Ьоподл Ь Р4 подлЯподл 40 Ь Рподл гЗ 50 55 где Елкср - предельная сила трения (определяется эксперементально );Я - поверхность трения (общая поверхность сферических отпечатков на образцах) фрикционного контакта, рассчитывается по формуле где Яь 32 - поверхность трения индентора сверхним и нижним образцами,где О - диаметр шаровой поверхности индентора. мм;б - диаметр отпечатка, мм;1 - верхняя или нижняя поверхность трения.Для оценки коэффициента относительной адгезионной активности испытываемого материала к обрабатываемому материалу по сравнению. с адгезионной активностью подложки к обрабатываемому материалу эксперимент необходимо проводить дважды. Первый раз записывают кривую роста нагрузки Гэйтс при вращении индентора без покрытия, а второй раз с покрытием. Измеряя приростсилы трения Гэкс на одинаковом угле поворота индентора Ьу), а также диаметры О 1 и 02 шаровых поверхностей и величины лунок б 1 и б 2, рассчитывают коэффициент относительной адгезионной активности Клдг по формуле где Ь Я- адгезионная активность индентора с износостойкой пленкой к обрабатываемому материалу;ЬЯподл - адгезионная активность подложки (быстрорежущэя сталь) к обрабатываемому материалу;Ь Р, Ь Гподл - прирост силы трения; т;, гподл - сопротивление сдвигу для испытываемого материала и материала подложки,Обязательньм условием испытаний должно быть сохранение постоянными для обоих случаев нормальной нагрузки й, температуры испытания 1 С и шерохо 5 10 15 ватости фрикционного контакта Ва, Изменяя нормальную нагрузку Й или температуру в контакте, можно проследить влияние упрочнения или разупрочнения обрабатываемого материала на адгезионную активность контактируемых материалов.Выбрали оптимальный материал для наружного слоя многослойного износостойкого покрытия из нитридов переходных металлов в инструменте для резания стали 45 и 12 Х 18 Н 10 Т. Исследование твердости нитридов позволило отобрать в качестве возможного материала для наружного слоя ВЦ, Егй, Н 1 И, Чй, ИЬК, Огй, МоИ. Коэффициент относительной адгезионной активности был определен с помощью трибометра описанной конструкции. Для этого на образцы - инденторы из быстрорежущей стали РбМ 5, принятой в качестве материала подложки, наносили пленки из каждого из отобранных материалов. Результаты измерений и расчета коэффициентов относительной ацгезионной активности износостойкого покрытия на быстрорежущей стали РбМ 5: для резания стали 45 - нитрид ниобия МЬМ, для резания стали 12 Х 18 Н 10 Т - нитрид титана ТК, как имеющие наименьшее значение коэффициента относительной адгезионной активности относительно этих обрабатываемых материалов.Использование предлагаемого способа,основанного на учете адгезионной активности при выборе оптимальной парь 1 наружный слой износостойкого покрытия -обрабатываемый материал, позволяет учесть особенности резания данного конкретного материала,В известных инструментах наружный слой износостойкого покрытия выбран покритериям твердости и прочности сцепления с подложкой или смежными слоями покрытия. Вместе с тем эффективность износостойких покрытий определяется не только этими свойствами. Износостойкость инструмента повышается не столько за счет твердости покрытия. сколько вследствие изменений условий трения инструмента и обрабатываемого материала. Предлагаемый способ, учитывающий этот фактор, обеспечивает повышение износостойкости и улучшения условий резания.формула изобретения Способ выбора оптимального материала наружного слоя износостойкого покрытия режущего инструмента, заключающийся в том, что выбирают из группы материалы с максимальными значениями твердости и прочности сцепления с материалом державки и для каждого из них определяют параметр, с учетом которого производят выбор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности за счет выбора более износостойкого покрытия применительно к обрабатываемому материалу, используют образцы из обрабатываемого материала, нагружают их соответствующими сферическими инденторами одинакового радиуса из материала державки как без покрытия, так и с покрытием из отобранных материалов, путем поворота индентора на один и тот же угол под одной и той же нормальной нагрузкой, измеряют в каждом случае сопротивление сдвигу, прирост силы трения и номинальную площад.трения, а в качестве параметра определяют 5 минимальный из коэффициентов адгезионной активности, которые находят из уравнв нияР та Яа10 дп Га а Ьгде Г, т, Я -соответственноприростсилы трения, сопротивление сдвигу и номинальная площадь трения при нагружении индентором с покрытием;Р ь, та,ь - соответственно приростсилы трения, сопротивление сдвигу и номинальная площадь трения при нагружении индентором без покрытия.20