ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

режущая пластина

Классы МПК:B23B27/14 резцы с режущими пластинками или наконечниками из специальных материалов 
C23C14/06 характеризуемые покрывающим материалом
B82Y30/00 Нано-технология материалов или поверхностных эффектов, например нано-композиты
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-11-22
публикация патента:

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к металлообработке. Режущая пластина содержит основу из твердого сплава и нанесенный на нее износостойкий слой из наноструктурного карбида вольфрама и наноструктурного карбида ниобия с размером зерен 20-50 нм, при их следующем соотношении, мас.%: наноструктурный карбид вольфрама 90, наноструктурный карбид ниобия остальное. Обеспечивается повышение износостойкости режущих пластин, особенно при тяжелых режимах резания. 1 ил., 1 табл.

Рисунки к патенту РФ 2528288

режущая пластина, патент № 2528288

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к металлообработке.

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

Технология изготовления пластин состоит в следующем. Смесь порошков из карбидов вольфрама, либо карбидов вольфрама и карбидов титана размером 0,5режущая пластина, патент № 2528288 3 мкм и кобальта по массе от 6% до 15% подвергают прессованию в виде режущих пластин различной формы (треугольной, пятигранной, шестигранной, ромбической), а затем спекают в печи в среде водорода, либо вакуумной печи при температуре 1350режущая пластина, патент № 2528288 1480°С. После спекания пластины подвергают алмазной обработке.

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

Известна слоистая режущая пластина (Лавриненко В.И., Ващенко А.И., Лежук И.В., Златко А.А, Беляев А.В. Исследование структуры и обрабатываемости слоистой режущей керамики//Сверхтвердые материалы, 1987, № 4, с. 57-61), где основа из твердого спеченного сплава, а верхний слой 2режущая пластина, патент № 2528288 3 мкм выполнен из смеси карбидов титана и окиси алюминия, нижняя часть 4режущая пластина, патент № 2528288 6 мкм из твердого сплава, содержащего карбид титана и связующей фазы никель-молибден от 10 до 20% по массе. Слоистые пластины четырех, либо трехгранной формы прессуют одновременно и подвергают спеканию в вакуумной печи при температуре 1350режущая пластина, патент № 2528288 1480°С. После спекания пластина подвергается алмазной обработке.

Данная режущая пластина характеризуется высокой износостойкостью при обработке закаленных сталей, либо серых и ковких чугунов при высоких скоростях резания. Однако она показывает низкую работоспособность, т.е. износостойкость при прерывистом резании закаленных сталей и чугунов, а также при точении ряда других материалов из-за хрупкого выкрашивания, что вызывает быстрый износ режущих кромок.

В качестве прототипа взят патент (ДД259003 С23С 16/32 от 10.08.88 реферат), где для повышения износостойкости на твердосплавную пластину наносят слой из карбидов вольфрама. В газовой атмосфере аргона и водорода при температуре 1170-1450 К напылением создают слой гексагонального карбида вольфрама WC. В реферате не указывается крупность частиц карбида вольфрама. Однако известно, что для гексагонального карбида вольфрама характерен размер зерен 1-2 мкм. Такая режущая пластина обеспечивает повышение работоспособности при обработке ряда жаропрочных материалов. Обработка вязких нержавеющих сталей и сплавов не обеспечивает необходимой износостойкости, особенно при точении титановых сплавов. Это связано с тем, что имеет место высокая структурная неоднородность, размер зерен колеблется от 0,5 до 2 мкм (Эксперименты по прототипу проведены авторами настоящей заявки - таблица).

Этот недостаток устраняется предлагаемым решением. Решаемая задача - совершенствование режущих пластин для обработки резанием широкого круга обрабатываемых материалов.

Технический результат - повышение износостойкости спеченных твердосплавных режущих пластин особенно при тяжелых режимах резания. Этот технический результат достигается тем, что в режущей пластине, содержащей основу из твердого спеченного сплава и нанесенный на нее износостойкий слой, последний выполнен из наноструктурного карбида вольфрама и наноструктурного карбида ниобия с размером зерен 20-50 нм при их следующем соотношении в % по массе: наноструктурный карбид вольфрама - 90, наноструктурный карбид ниобия - остальное.

Эти материалы имеют хорошее сочетание микротвердости и пластичности, что позволяет проводить обработку различных материалов при высоких скоростях резания (закаленных сталей, титановых сплавов и т.д.). Предлагаемая пластина приведена на чертеже. Она содержит основу 1 из спеченного твердого сплава (2 мм), включающего карбид вольфрама или карбид титана и кобальт и нанесенный на нее износостойкий слой 2 из наноструктурного карбида вольфрама и наноструктурного карбида ниобия с размером зерен 20-50 нм. Пластины изготавливают следующим образом. Изготавливают прессованием основу из порошков (0,5-3 мкм) карбида вольфрама либо в смеси с карбидами титана и кобальтом (6-12%). Сверху насыпают слой из смеси наноструктурного карбида вольфрама и наноструктурного карбида ниобия с размером зерен 20-50 нм, преимущественно в количествах % масс.90 и 10 соответственно. Осуществляют подпрессовку в той же форме. Получают режущие пластины различной формы: треугольной, пятигранной, шестигранной, ромбической. Спекают в печи в среде водорода либо в вакуумной печи при температуре 1350 - 1480°С. Подвергают алмазной обработке.

Осуществляли прерывистое точение титанового слава ВТ 14 при скоростях резания t=80режущая пластина, патент № 2528288 120 м/мин, глубине резания - t=2 мм и подаче - S=0,21 мм/об, с использованием предлагаемой режущей пластины. Одновременно проводили резание и слоистой пластиной, выполненной по прототипу, т.е. слоистой пластины, выполненной в верхнем слое из карбидов вольфрама толщиной h=2 мм с размером зерен от 0,5 до 3 мкм и нижнего слоя из твердого сплава ВК8 (92% WC и 8% Со). Результаты стойкостных испытаний в минутах приведены в таблице. При этом пластины доводили до износа по задней поверхности hз=0,4 мм режущей кромки четырехгранной пластины размером 14,7×14,7 мм и толщиной 4,7 мкм.

Указанный в таблице процентный состав (90% WC и 10% Nb) является оптимальным. Например, при скорости резания V=80 м/мин и соотношении 85% WC и 15% Nb, или 95% WC и 5% Nb, время работы (стойкость инструмента) составило 15 и 13 минут соответственно. По результатам испытаний режущих пластин, приведенных в таблице, видно, что предлагаемая режущая пластина, содержащая в верхнем слое наноразмерные частицы карбидов вольфрама и карбидов ниобия, позволяет повысить износостойкость в 3 раза по сравнению с известной режущей пластиной (прототипом). Аналогичные результаты получены и при точении титанового сплава ВТ20. Преимущество предлагаемой режущей пластины, состоящей из верхнего слоя из карбидов вольфрама и ниобия с размером зерен 20режущая пластина, патент № 2528288 50 нанометров, обусловлено хорошим сочетанием его микротвердости и пластичности. Поэтому ее режущие кромки лучше сопротивляются как хрупкому выкрашиванию, так и износу. Режущие кромки твердосплавной спеченной пластины с износостойким слоем из карбидов вольфрама с размером зерен 0,5режущая пластина, патент № 2528288 2 мкм имеют более низкую сопротивляемость хрупкому выкрашиванию, а следовательно, и износу.

Таблица
Вид пластинСтойкость в мин Стойкость в минСтойкость в мин
V=80 м/минV=100 м/мин V=120 м/мин
Предлагаемая режущая пластина21 126
Верхний слой - толщиной 2 мкм из карбидов вольфрама 90% и карбидов ниобия 10% с размером зерен 20режущая пластина, патент № 2528288 50 нанометров, нижний слой - 2,7 мкм из WC - 92% и Со - 8%
Прототип 74 2
Верхний слой - 2 мкм из карбидов вольфрама с размером зерен 0,5режущая пластина, патент № 2528288 2 мкм и нижний слой - 2,7 мкм из WC - 92% и Со - 8%

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Режущая пластина, содержащая основу из твердого спеченного сплава и нанесенный на нее износостойкий слой, отличающаяся тем, что износостойкий слой выполнен из наноструктурного карбида вольфрама и наноструктурного карбида ниобия с размером зерен 20-50 нм при их следующем соотношении, мас. %:

наноструктурный карбид вольфрама 90
наноструктурный карбид ниобия остальное


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2528288

patent-2528288.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс B23B27/14 резцы с режущими пластинками или наконечниками из специальных материалов 

Патенты РФ в классе B23B27/14:
двухслойное износостойкое покрытие режущего инструмента -  патент 2527829 (10.09.2014)
покрытие на режущем инструменте, выполненное в виде режущего кромочного элемента, и режущий инструмент, содержащий такое покрытие -  патент 2518856 (10.06.2014)
композиционный материал на основе карбида бора -  патент 2515663 (20.05.2014)
негаммафазный кубический alcro -  патент 2507303 (20.02.2014)
способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента -  патент 2503743 (10.01.2014)
способ изготовления режущих пластин -  патент 2502827 (27.12.2013)
способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента -  патент 2495961 (20.10.2013)
способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента -  патент 2495960 (20.10.2013)
способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента -  патент 2495959 (20.10.2013)
способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента -  патент 2495958 (20.10.2013)

Класс C23C14/06 характеризуемые покрывающим материалом

Класс B82Y30/00 Нано-технология материалов или поверхностных эффектов, например нано-композиты

Патенты РФ в классе B82Y30/00:
способ получения железного порошка -  патент 2529129 (27.09.2014)
способ получения композиционных материалов на основе диоксида кремния -  патент 2528667 (20.09.2014)
способ получения термоэлектрического материала -  патент 2528280 (10.09.2014)
ветошь для чистки ствола огнестрельного оружия -  патент 2527577 (10.09.2014)
способ упрочнения металлических изделий с получением наноструктурированных поверхностных слоев -  патент 2527511 (10.09.2014)
способ получения наноматериала на основе рекомбинантных жгутиков археи halobacterium salinarum -  патент 2526514 (20.08.2014)
керамический композиционный материал на основе алюмокислородной керамики, структурированной наноструктурами tin -  патент 2526453 (20.08.2014)
нанокомпозит на основе никель-хром-молибден -  патент 2525878 (20.08.2014)
износостойкий композиционный керамический наноструктурированный материал и способ его получения -  патент 2525538 (20.08.2014)
способ получения поликристаллического композиционного материала -  патент 2525005 (10.08.2014)


Наверх