2.6 Методы повышения износостойкости ин­струментов

В настоящее время предъявляются повышенные тре­бования к режущим свойствам инструментов, в особенности инструментов для станков с ЧПУ и гибких производственных комплексов. Традиционные методы повышения стойкости ин­струментов путем сложного легирования почти исчерпали свои возможности. В этой связи разработаны и внедрены методы повышения износостойкости, основанные на создании на ра­бочих гранях инструментов тонких поверхностных слоев с за­данными свойствами. Наибольшее распространение среди них получили химико-термическая обработка и нанесение износо­стойких покрытий.

Химико-термические методы (цианирование, азотирование или нитроцементация, борирование и др.) представляют собой виды обработки, при которых происходит изменение химического состава и свойств поверхностных слоев инструментов, изготовлен­ных из стали. Эти изменения достигаются в результате диффузии различных элементов из внешней среды в сталь. Среди перечисленных методов наибольшее применение получило циани­рование, т. е. насыщение поверхностного слоя инструмента одновременно углеродом и азотом. Цианирование производится после термообработки и окончательной заточки. После цианирова­ния получается слой толщиной 20... 30 мкм, обладающий высокой твердостью до 70 HRC, а также теплостойкостью и износостойко­стью. Цианированный слой имеет меньший коэффициент трения с обрабатываемым материалом. Вследствие этого стойкость цианированных инструментов повышается в 1,5...2 раза.

Нанесение покрытий на инструментальный материал по­зволяет создать на его поверхности новый комплекс свойств с сохранением необходимых свойств основы. Это направление повышения стойкости инструмента в настоящее время является наиболее важным. Существует большое число методов по­лучения покрытий на рабочих поверхностях режущего ин­струмента. Широкое применение среди них получили методы: химического осаждения покрытии из парогазовои фазы и вакуумно-плазменные.

Метод химического осаждения из газовой фазы (получивший название ГТ) основан на конденсации газообразных соединений с образованием твердых осадков. При этом температура подложки (инструмента) высокая (1000...1100°С), т. е. метод высокотемпера­турный и применим только для нанесения покрытий на инструмент из твердого сплава. По данному методу наносятся покрытия на многогранные пластинки твердого сплава. Более половины многогранных пластин в настоящее время выпускаются с износостойкими покрытиями. Материалами для покрытий служат: TiC; TiN, TiCN; ZrN; HfC; MoC: MoN; CrN; TaN и др.

Вакуумно-плазменные методы (метод КИБ - конденсация покрытий из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардиров­кой поверхности инструмента; метод РЭП—реактивно-элект­ронно-лучевого плазменного осаждения покрытий в вакууме) имеют более широкие технологические возможности. Температу­ра подложки в данных методах достаточно низкая (~450° С), т. е. методы могут быть использованы для нанесения покрытий как на твердые сплавы, так и на быстрорежущие стали. В настоящее время на многих отечественных предприятиях созданы участки для нанесения покрытий методом КИБ, оснащенные установками типа «Булат». На них можно наносить покрытия на пластинки и осевой инструмент (сверла, метчики, зенкеры, развертки и т. д.). Оптимальная толщина покрытия составляет 8...12 мкм в зависи­мости от свойств материала основы, метода нанесения и материа­ла покрытия. Покрытия могут быть одно- и многослойными. В случае многослойных покрытий нижние слои делаются более пластичными - из карбидов титана или молибдена, верхние более твердые—из нитридов титана или керамики.

Опыт применения инструментов с износостойкими покрыти­ями показал, что их стойкость увеличивается в 2...3 раза, силы резания и температура снижаются на 20...25%.