[发明专利]一种复合织构PVD涂层刀具及其加工工艺

说明书

本发明提供了一种复合织构PVD涂层刀具，所述刀具的刀‑屑接触区域内设有复合织构形貌，所述复合织构形貌表面涂覆涂层；所述涂层厚度至少小于0.1倍的复合织构形貌的深度。所述复合织构形貌包括凹坑和沟槽；若干所述凹坑阵列均布在刀‑屑接触区域，相邻每列所述凹坑之间设有沟槽。所述沟槽为线性沟槽或波浪形沟槽。本发明在刀‑屑接触区域加工凹坑与沟槽织构，在织构表面涂覆一层厚度较小的硬涂层，这样既能够实现复合织构的润滑性能，减小摩擦，又可以增加刀具的耐磨度，延长刀具的寿命。

技术领域

本发明涉及刀具处理领域或刀具强化技术或者激光刀具加工领域，特别涉及一种复合织构PVD涂层刀具及其加工工艺。

背景技术

金属切削过程中，切屑在前刀面滑移路径长，切削温度高，易发生粘刀与冷硬，导致剧烈摩擦、磨损和粘附，影响刀具的使用寿命和工件的加工精度，一直是阻碍刀具向高端发展的一个难点。

激光表面微织构技术是利用激光与材料相互作用，通过气化烧蚀去除多余材料，得到各种预设微观形貌的技术。通过该技术制造的凹坑织构阵列能储存润滑油，在刀-屑相对运动的过程中形成动压润滑效应，沟槽分布在刀-屑接触区域能够通过毛细效应，将润滑液传输并铺展到剧烈摩擦区域，起到导流布液降温的效果，并且两种织构都可以减少刀-屑接触长度，因此利用两种织构的性能特点并进行合理分布，能够更加有效的改善切削状态，延长刀具使用寿命。

涂层技术是利用PVD或CVD等方法将涂层涂覆于刀具材料，由于涂层硬度高、耐磨性好等优点，常被用于刀具，作为刀具的化学屏障和热屏障，减少刀具切削过程中的磨损，增加刀具的耐磨度。因此将两项技术集成运用，既能够发挥复合织构的减摩润滑特性，也可以增加刀具的耐磨度。

中国发明专利公开了通过在刀具材料制备三种相互配合的凹凸复合形貌，减少了刀-屑接触长度，降低了切削力和切削温度。该专利在粘结区域加入凸起织构，切削的过程中难以形成动压润滑效应，刀面易受到磨损。在加工的过程中易脱落，且润滑剂消耗以后硬涂层与切削之间摩擦系数较大，易产生剧烈摩擦，导致大量切削热量的产生。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种复合织构PVD涂层刀具及其加工工艺，在刀-屑接触区域加工凹坑与沟槽织构，在织构表面涂覆一层厚度较小的硬涂层，这样既能够实现复合织构的润滑性能，减小摩擦，又可以增加刀具的耐磨度，延长刀具的寿命。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种复合织构PVD涂层刀具，所述刀具的刀-屑接触区域内设有复合织构形貌，所述复合织构形貌表面涂覆涂层；所述涂层厚度至少小于0.1倍的复合织构形貌的深度。

进一步，所述复合织构形貌包括凹坑和沟槽；若干所述凹坑阵列均布在刀-屑接触区域，相邻每列所述凹坑之间设有沟槽。

进一步，所述沟槽为线性沟槽或波浪形沟槽。

进一步，所述沟槽的方向和每列所述凹坑分布的朝向均与所述刀具的主切削刃平行。

进一步，所述凹坑的直径d₁为70-100μm，所述凹坑的深度h₁为20-50μm，每列中所述凹坑之间的间距a₁为150-200μm；所述沟槽的宽度d₂为50-80μm，所述沟槽的深度h₂为20-50μm，相邻所述沟槽之间的间距a₃为=300-400μm，任一列所述凹坑与其相邻的沟槽之间的间距a₂为=150-200μm；所述沟槽的长度为1120-2000μm；所述复合织构形貌面积占有率为S₁=10%-30%；所述涂层厚度为t=2-5μm。

进一步，所述涂层材料为TiAlN或AlCrN。

一种复合织构PVD涂层刀具的加工工艺，包括如下步骤：