[发明专利]一种制造金属切削刀具的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制造在韧度、耐磨和抗涂层脱落方面具有优异性能的金属切削刀具。

背景技术

用于金属切削的现代刀具必须将最大耐磨性、耐切割性、耐破碎性与最大耐塑性变形性结合在一起。通过利用物理气相沉积(PVD)、或化学气相沉积(CVD)、或离子加强化学气相沉积(PACVD)技术添加耐磨涂层，与没有涂层的刀片相比，耐磨性可以被显著改善。涂层刀片的耐磨性通常明显地依赖于涂层厚度，并且在多数机加工应用中，如果增加涂层的厚度，则可以大大改善耐磨性。可是必须提到的是，对于增加涂层厚度的正面影响，其重要前提是涂层表面要足够光滑，以防止工件材料粘附到涂层。

在基底表面沉积涂层除了可以在很多应用中提供增强的性能外，也负面影响着一些属性。例如，在产生厚涂层所需的长CVD方法期间刀片长期暴露在升高的温度下，这会严重影响刀片的韧度。对于较厚涂层的另一个问题是，它们经常具有粗糙的表面晶粒度。这将在机加工操作中增加工件材料粘附到工件表面的危险，这使得这类工具与较薄涂层相比，更多地遭遇到脱层，特别是在要求非常高的应用中。韧度的损失加上增加的涂层脱落的危险使得刀片对工件形状更敏感，并且更易于过早失效，或甚至严重失效。

切削刀具的不同属性的平衡是困难的任务，并且说明了在市场上有很多种刀具可用的原因。

为了降低涂层刀具严重失效的危险，特别地，具有厚涂层的刀具经常与具有富钴表面区的基底结合，该富钴表面区以抗变形能力的最少损失带来韧度增加。

为了弥补涂层方法的负面效果并进一步改善涂层本身的属性，很多方面被采用，并描述在文献中。但是，这些方法中没有一个至今被证明能完全符合所需要求，以在要求非常搞的金属切削应用中获得期望的刀具属性。

美国专利4,643,620给出了通过沿刀具边缘减小涂层厚度能够提高韧度的启示。

EP-A-693574给出了通过去除边缘线或刀片顶部上的TiCNO顶层从而暴露出细晶粒Al₂O₃层的启示，可以显著减小边缘处的抗脱落性。还推断出较平整的表面如果不和作为外层的细晶粒Al₂O₃结合的话，其不足以改善抗脱落性。

在上述专利中指定了各种喷砂条件，这些喷砂条件达到1.0-2.0bar的爆破压力和150-350目的磨料粒度。现在已经发现通过采用更高的压力以及砂砾和水的恰当浓度来优化喷砂方法，刀片的性能可以改善到优异的水平。

发明内容

本发明的目的是给出一种通过在特定条件下采用水和氧化铝粉末的混合物的喷砂/喷丸操作来处理CVD涂层刀片的方法的启示，以制造具有绝对优异的属性结合的刀片。

喷砂效果受很多因素影响，比如晶粒度、压力、浆浓度、刀片与喷嘴之间的距离、暴露时间及结合的数量，这些只是其中的少量因素。代替试图指定将给出良好结果的所有结合，更容易的是采用在美国专利2.350.440中描述的称为“Almén测试”方法。该测试涉及将金属薄带暴露到喷砂/喷丸射流。粒子的轰击导致残余应力等级的变化，这继而导致金属带在一个方向上弯曲。测量弯曲量得到喷砂条件的值和它们对表面应力的影响。

根据本发明，提供了在导致Almén值为0.5-1的这样的条件下，通过使涂层刀具受到混合有喷砂介质的水流处理，来制造用于金属切削的涂层切削刀具的方法。优选地，涂层的最外层为Al₂O₃。喷砂介质为Al₂O₃或SiC，优选为Al₂O₃。优选地，喷砂介质的平均浓度大于15vol-％但小于35vol-％，并且平均晶粒度为75μm。

具体实施方式

实施例1

在根据表1的不同压力和暴露时间下，根据本发明，涂覆有6μm的TiCN和4、5μm的α-氧化铝以及顶层的0.5μm的TiN的硬质合金刀片被暴露以进行喷砂。在具有剧烈的断续切削的金属切削操作下测试所有刀片。每种变体的10个刀片被进行测试直到发生破碎，并且记录了时间。

表1.在不同压力和暴露时间下的破碎时间。

可以清楚地看出，在最高压力下喷砂最长时间的刀片上，耐破碎性提高了几乎3倍。

实施例2

N-带级1-S最薄类型的测量带被暴露到用于刀片的表面喷砂的典型值。保持晶粒度、浆密度、喷嘴距离和时间这些参数，只变化压力。结果如表2所示。