способ изготовления режущих керамических пластин из нитридной керамики

Классы МПК:C23C14/32 с использованием взрыва; испарением и последовательной ионизацией паров
B24B1/00 Способы шлифования или полирования; применение вспомогательного оборудования в связи с такими способами (способы, отличающиеся использованием особых станков или устройств, см соответствующие рубрики для этих станков или устройств)
C04B35/00 Формованные керамические изделия, характеризуемые их составом; керамические составы; обработка порошков неорганических соединений перед производством керамических изделий
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-02-29
публикация патента:

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке металлов резанием, и может быть использовано при изготовлении износостойкого режущего инструмента из керамики. Способ изготовления режущих пластин из нитридной керамики включает получение заготовок в виде керамических пластин с последующим их шлифованием. Перед шлифованием обрабатываемые пластины устанавливают между шлифовальными дисками с возможностью их планетарного вращения относительно последних, относительную частоту вращении которых определяют из следующего соотношения: NL=n1 /n2, где n1 - частота вращения керамической пластины, мин-1, n2 - частота вращения шлифовальных дисков, мин-1. После шлифования осуществляют нанесение износостойкого покрытия на функциональную поверхность пластин вакуумно-плазменным осаждением следующего состава, мас.%: титан - 40, ниобий - 40, алюминий - 20. Повышается изгибная прочность и трещиностойкость керамических пластин. Повышается надежность режущих пластин. 2 ил. способ изготовления режущих керамических пластин из нитридной   керамики, патент № 2491367

способ изготовления режущих керамических пластин из нитридной   керамики, патент № 2491367 способ изготовления режущих керамических пластин из нитридной   керамики, патент № 2491367

Формула изобретения

Способ изготовления режущих пластин из нитридной керамики, включающий получение заготовок в виде керамических пластин с последующим их шлифованием, отличающийся тем, что перед шлифованием обрабатываемые пластины устанавливают между шлифовальными дисками с возможностью их планетарного вращения относительно последних, относительную частоту вращении которых определяют из следующего соотношения:

NL=n1/n2 ,

где n1 - частота вращения керамической пластины, мин-1,

n2 - частота вращения шлифовальных дисков, мин-1,

а после шлифования осуществляют нанесение износостойкого покрытия на функциональную поверхность пластин вакуумно-плазменным осаждением следующего состава, мас.%:

Титан (Ti)40
Ниобий (Nb)40
Алюминий (Al) 20

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к обработке металлов резанием и может быть использовано при изготовлении режущих керамических пластин.

Известен способ изготовления режущих пластин из нитридной керамики РКС22 (Si3N4-Y2O3 -Al2O3-TiC), включающий операцию доводки свободным абразивом (на чугунном притире) их рабочих поверхностей и последующее нанесение газофазового покрытия TiC-TiCN-TiN (Кузин В.В. «Разработка режущих пластин из нитридной керамики для предварительной механической обработки деталей», Диссертация на соискание степени доктора технических наук, стр.294, 2007).

Недостатком способа является невысокая производительность процесса доводки свободным абразивом и интенсивное шаржирование обрабатываемых поверхностей абразивными зернами, что сказывается на износостойкости режущих пластин и прочности адгезии с износостойким покрытием. Нанесение износостойкого покрытия методом химического осаждения вещества из парогазовой фазы, к которому относится газофазовое осаждение покрытия, имеет следующий недостаток - невозможность получения сложно-композиционных покрытий.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ изготовления режущих пластин из нитридной керамики РКС22 (Si3N4-Y2O3 -Al2O3-TiC), включающий операции предварительного торцевого шлифования кругами из синтетических алмазов марки АСВ зернистостью 63/50 на керамической связке К1 и операцию доводки свободным абразивом марки АСМ 20/14 различной зернистости на заключительном этапе механической обработки (Кузин В.В. «Технология заточки режущих пластин из нитридной керамики», М., Технология машиностроения, № 9, с.33-37, 2006).

Недостатком известного способа является недостаточная изгибная прочность и трещиностойкость режущих пластин, что снижает их эксплуатационные характеристики.

Технический результат, на решение которого направлено заявленное изобретение, заключается в повышении изгибной прочности и трещиностойкости керамической пластины, что в итоге повышает надежность режущих керамических пластин за счет уменьшения количества дефектов в их поверхностном слое (пор, трещин полей растягивающих остаточных напряжений) и улучшения адгезии износостойкого покрытия с поверхностным слоем керамической заготовки.

Данный технический результат достигается посредством того, что в способе изготовления режущих пластин из нитридной керамики, заключающемся в получении заготовки в виде керамической пластины с последующим ее шлифованием двумя шлифовальными дисками, согласно изобретению, после шлифования осуществляют нанесение износостойкого покрытия на функциональную поверхность пластины посредством вакуумно-плазменного осаждения, в состав которого входят следующие компоненты (% масс.):

Титан (Ti) - 40%;

Ниобий (Nb) - 40%;

Алюминий (Al) - 20%.

при этом, перед шлифованием обрабатываемые пластины устанавливают между шлифовальными дисками с возможностью их планетарного вращения относительно последних, т.е. шлифовального диска и пластин, относительную частоту вращении которых определяют из следующего соотношения, где:

NL=n1/n2 ,

где n1 [мин-1] - частота вращения керамической пластины;

n2 [мин-1] - частота вращения шлифовальных дисков.

Сущность способа изготовления режущего инструмента из керамики поясняется графическими материалами, где:

- на фиг.1 изображена принципиальная схема процесса шлифования керамических пластин;

- на фиг.2 - вид сверху.

На фигурах изображено:

1 - верхний шлифовальный диск,

2 - нижний шлифовальный диск,

3 - внутренний (вращающийся) зубчатый венец,

4 - внешний (неподвижный) зубчатый венец,

5 - держатели пластин,

6 - заготовки керамических режущих пластин,

Vд. - скорость вращения шлифовальных дисков,

Vз. - скорость вращения внутреннего зубчатого венца 3.

Способ изготовления режущего инструмента из керамики осуществляется следующим образом.

Заготовки в виде керамических пластин устанавливаются на притирочном станке между шлифовальными дисками 1 и 2 с возможностью их планетарного вращения относительно дисков 1 и 2. Устройство для шлифования имеет планетарную головку с внутренним венцом 3 и внешним венцом 4, между которыми установлены дисковые держатели 5 пластин 6. При этом верхний диск 1 и нижний диск 2 вращаются со скоростью Vд, а шлифовальный диск 1 воздействует на обрабатываемые пластины 6 с постоянным давлением Р.

Держатели пластин 5 вращаются вокруг своих осей за счет их расположения с возможностью взаимодействия между внутренним венцом 3 и внешним венцом 4. Передача вращения держателям пластин 5 осуществляется от электродвигателя станка (на чертеже не показан) через внутренний венец 3, который вращается со скоростью Vз.

Для изготовления шлифовальных дисков в качестве абразивного материала может быть использован, например, карбид бора зернистостью F280 (размер частиц 39,9 мкм). На основании проведенных экспериментов установлено, что наилучшее качество поверхности (минимальные шероховатость обработанной поверхности, глубину дефектного слоя и остаточные напряжения в поверхностном слое), и, соответственно, наилучшую адгезионную связь с износостойким покрытием и высокую трещиностойкость, режущие пластины из нитридной керамики имеют после шлифования (доводки) при относительной частоте вращения NL=0,6.

После абразивной обработки на режущую пластину посредством вакуумно-плазменного метода осаждения наносят износостойкое покрытие, включающее следующие компоненты, в (% масс.):

Титан (Ti) - 40%,

Ниобий (Nb) - 40%,

Алюминий (Al) - 20%.

Износостойкое покрытие (NbTiAl)N, полученное методом физического осаждения в вакууме, включающим ионную очистку и непосредственно конденсацию покрытия, имеет толщину 2,8-3,1 мкм, коэффициент трения µ=0,25, оптимальную твердость 3708 HV0,05 в сочетании с высокой коррозионной стойкостью, а также высокую теплостойкость. Титан-алюминий-нитрид сам по себе относится к разряду твердых покрытий, характерный признак которого - это образование самостоятельно обновляющегося слоя оксида алюминия, препятствующего окислению и изнашиванию. Дополнительный компонент ниобий представляет собой эффективный барьер для коррозионных процессов и обладает химической инертностью. Данное покрытие с конкретным соотношением компонентов, нанесенное вакуумно-плазменным методом на предварительно отшлифованную поверхность керамических заготовок, обеспечивает эффект «залечивания» дефектов, замедляет распространение фронта трещин, идущих из глубины режущей пластины, увеличивает длину контакта стружки с передней поверхностью пластины, что ведет к снижению напряжений, действующих на режущую кромку пластины.

Таким образом, благодаря описанным взаимосвязанным действиям при изготовлении режущих керамических пластин обеспечивается существенное увеличение изгибной прочности (на 19%) и трещиностойкости (на 15%) пластин из нитридной керамики, а также снижение разброса ее значений, что в итоге повышает надежность их эксплуатации. Износостойкое покрытие, нанесенное вакуумно-плазменным методом на предварительно притертую поверхность керамических заготовок, обладает высокой адгезией к поверхностному слою керамики, обеспечивает эффект «залечивания» дефектов, замедляет распространение фронта трещин, идущих из глубины режущей пластины, увеличивает длину контакта стружки с передней поверхностью пластины, что ведет к снижению напряжений, действующих на режущую кромку пластины.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.

Свойства, регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования в области, касается изготовления металлорежущего инструмента и может быть использовано при изготовлении керамических режущих пластин;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям условиям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2491367

patent-2491367.pdf

Класс C23C14/32 с использованием взрыва; испарением и последовательной ионизацией паров

способ изготовления слоев оксида металла заранее заданной структуры посредством испарения электрической дугой -  патент 2528602 (20.09.2014)
износостойкое защитное покрытие и способ его получения -  патент 2528298 (10.09.2014)
устройство для нанесения покрытий путем электрического взрыва фольги (варианты) -  патент 2526334 (20.08.2014)
способ изготовления слоев оксида металла посредством испарения электрической дугой -  патент 2525949 (20.08.2014)
способ предварительной обработки подложек для способа нанесения покрытия осаждением паров -  патент 2519709 (20.06.2014)
способ электровзрывного напыления композиционных износостойких покрытий системы tic-mo на поверхности трения -  патент 2518037 (10.06.2014)
электродуговой испаритель металлов и сплавов -  патент 2510428 (27.03.2014)
применение мишени для искрового напыления и способ получения подходящей для этого применения мишени -  патент 2501885 (20.12.2013)
способ электровзрывного напыления композитных покрытий системы, tib2-cu на медные контактные поверхности -  патент 2489515 (10.08.2013)
способ поверхностной модификации конструкционных материалов и изделий -  патент 2486281 (27.06.2013)

Класс B24B1/00 Способы шлифования или полирования; применение вспомогательного оборудования в связи с такими способами (способы, отличающиеся использованием особых станков или устройств, см соответствующие рубрики для этих станков или устройств)

устройство для шлифования абразивными кругами -  патент 2522503 (20.07.2014)
способ обработки цилиндрических поверхностей сапфировых деталей, сапфировая плунжерная пара и насос-дозатор на ее основе -  патент 2521129 (27.06.2014)
способ бесцентрового шлифования высокотвердого порошкового материала -  патент 2519173 (10.06.2014)
способ заточки лезвий коньков -  патент 2518027 (10.06.2014)
способ удаления заусенцев с малогабаритных деталей -  патент 2516326 (20.05.2014)
изделие для обработки поверхности и способ его изготовления -  патент 2515428 (10.05.2014)
способ увеличения ресурса цилиндра двухтактного двигателя внутреннего сгорания пд-10м -  патент 2511156 (10.04.2014)
способ полировки алмазных пластин -  патент 2483856 (10.06.2013)
способ финишной обработки полости гильзы цилиндра двс и устройства для его осуществления -  патент 2482951 (27.05.2013)
способ обработки наружной поверхности изделий из цирконий-ниобиевых сплавов -  патент 2479403 (20.04.2013)

Класс C04B35/00 Формованные керамические изделия, характеризуемые их составом; керамические составы; обработка порошков неорганических соединений перед производством керамических изделий

нанокомпозитный материал с сегнетоэлектрическими характеристиками -  патент 2529682 (27.09.2014)
композиционный керамический материал -  патент 2529540 (27.09.2014)
деталь малой толщины из термоструктурного композиционного материала и способ ее изготовления -  патент 2529529 (27.09.2014)
керамический материал с низкой температурой обжига -  патент 2527965 (10.09.2014)
огнеупорный блок для стеклоплавильной печи -  патент 2527947 (10.09.2014)
способ получения керамики из оксида иттербия -  патент 2527362 (27.08.2014)
керамический композиционный материал на основе алюмокислородной керамики, структурированной наноструктурами tin -  патент 2526453 (20.08.2014)
спин-стекольный магнитный материал -  патент 2526086 (20.08.2014)
способ получения кварцевой керамики -  патент 2525892 (20.08.2014)
способ изготовления керамических тиглей для алюмотермической выплавки лигатур, содержащих ванадий и/или молибден -  патент 2525890 (20.08.2014)
Наверх