CN104308204A - 一种多涂层车削刀片 - Google Patents

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Abstract

一种多涂层车削刀片，涉及金属切削加工用的涂层车刀，由刀片基体和涂覆在刀片基体上的涂层组成，刀片基体包括一个横截面为正方形的刀体，刀体的上端面设有断屑槽，断屑槽由四个纵切面为梯形的槽沿围成，槽沿顶面的宽度小于底面的宽度，相邻的两个槽沿的外侧面之间通过弧面过渡连接，所述槽沿的内侧面由槽沿的顶面向断屑槽内部倾斜，槽沿的外侧面由槽沿的顶面向断屑槽外部倾斜，槽沿外侧面的底端与刀体的侧面相接，所述的涂层为多层结构，涂层自刀片基体表面向外依次为Ti连接层、TiN梯度过渡层、AlZrTiN梯度过渡层和AlZrTiN外耐磨层。本发明对切削过程中产生的大型切屑的卷曲和折断效果较好，涂层与刀片基体结合强度高，耐磨损。

Description

一种多涂层车削刀片
技术领域
本发明涉及金属切削加工用的车刀技术领域，具体涉及一种多涂层车削刀片。
背景技术
金属切削加工过程中，由于切削条件和工件材质的不同会产生多种类型的切屑，这些切屑需要及时进行排出，否则会影响切削加工的进行。长的大型切屑容易伤害操作者，不利于安全生产，且会降低工件的精度和增大工件表面的粗糙度，降低工件的切削质量，因此在切削过程中应避免大型切屑的产生。在刀片上设置断屑槽以对切屑进行卷曲和折断是一种较为普遍的方法，断屑槽的形状对于对于切屑的卷曲和折断有着重要的影响。现有刀片的断屑槽结构对于大型切屑的卷曲和折断效果有限，处理后的切屑形状仍不太理想。
目前，涂层刀片在实际生产中的应用非常广泛，由于涂层具有较高的耐热性、硬度和耐磨性，而刀片基体则具有较高的强度和韧性，两者结合起来使得涂层刀片具有优良的综合机械性能。目前常用的PVD涂层制备工艺的处理温度较低，因此涂层与刀片基体、涂层与涂层之间的界面结合强度较低，使涂层厚度受到了限制，同时使涂层在切削负荷的作用下很快因开裂和剥落而失效，涂层与刀片基体的性能差异较大，涂层内易形成较大的残余应力，导致刀片在高效切削难加工材料的强负荷作用下，易产生微裂纹。
发明内容
本发明的目的是提供一种多涂层车削刀片，其对切削过程中产生的大型切屑的卷曲和折断效果较好，能形成良好的屑形，并且能够提高涂层与刀片基体、涂层与涂层之间的结合强度，降低涂层内应力，减小刀片磨损。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种多涂层车削刀片，由刀片基体和涂覆在刀片基体上的涂层组成，所述刀片基体包括一个横截面为正方形的刀体，刀体具有上、下两个端面和四个侧面，刀体的中心设有安装孔，刀体的上端面设有断屑槽，断屑槽由四个纵切面为梯形的槽沿围成，所述的四个槽沿分别与刀体的四个侧面相对应，槽沿顶面的宽度小于底面的宽度，相邻的两个槽沿的外侧面之间通过弧面过渡连接，所述槽沿的内侧面由槽沿的顶面向断屑槽内部倾斜，槽沿的外侧面由槽沿的顶面向断屑槽外部倾斜，槽沿外侧面的底端与刀体的侧面相接，所述安装孔位于断屑槽的中心位置，所述的涂层为多层结构，涂层自刀片基体表面向外依次为Ti连接层、TiN梯度过渡层、AlZrTiN梯度过渡层和AlZrTiN外耐磨层。
所述AlZrTiN梯度过渡层内自刀片基体表面向外Al、Zr和N元素的含量逐渐增加。
所述AlZrTiN外耐磨层的外部涂覆有TiN梯度过渡外润滑层，该TiN梯度过渡外润滑层内自里向外Ti元素的含量逐渐增加。
有益效果：本发明的断屑槽结构基于蚊子口器结构设计，其横向截面为梯形形状，对于大型切屑的卷曲和折断效果更好。本发明的涂层结构为多层梯度过渡结合，这样能够使刀片基体与整个涂层之间、以及涂层与涂层之间形成强的结合界面，提高整个涂层与刀片基体的结合强度，同时降低了涂层内应力。
本发明的AlZrTiN复合涂层较现有的TiCN、TiA1N等多元复合涂层具有更优良的耐磨性能和综合的机械性能。进一步地，TiN梯度过渡外润滑层能够使刀片在切削难加工材料时，除了能够达到减小摩擦、阻止粘结、降低切削力和切削温度、减小刀具磨损的目的，更重要的是能够配合切削润滑剂中的微纳米颗粒实现TiN梯度过渡外润滑层的原位自修复，进而提高刀片的寿命和减少切削过程中刀片的换刀次数，减少整体工件的重复定位误差，提高大型或精密工件的加工精度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中标记为：1、刀体，11、侧面2、安装孔，3、断屑槽，31、槽沿，4、凸起结构，5、凸台。
具体实施方式
如图1所示，一种多涂层车削刀片，由刀片基体和涂覆在刀片基体上的涂层组成，所述刀片基体包括一个横截面为正方形的刀体1，刀体1整体结构为长方体，刀体1具有上、下两个端面和四个侧面11，刀体1的中心设有安装孔2，安装孔2用于将刀片安装到刀柄上，刀体1的上端面设有断屑槽3，断屑槽3由四个纵切面为梯形的槽沿31围成，所述的四个槽沿31分别与刀体1的四个侧面11相对应，槽沿31顶面的宽度小于底面的宽度，相邻的两个槽沿31的外侧面之间通过弧面过渡连接，此弧面设计能够进一步强化刀尖的抗疲劳和抗冲击性能，所述槽沿31的内侧面由槽沿31的顶面向断屑槽3内部倾斜，槽沿31的外侧面由槽沿31的顶面向断屑槽3外部倾斜，槽沿31外侧面的底端与刀体1的侧面11相接，所述安装孔2位于断屑槽3的中心位置，所述的涂层为多层结构，涂层自刀片基体表面向外依次为Ti连接层、TiN梯度过渡层、AlZrTiN梯度过渡层和AlZrTiN外耐磨层。
所述AlZrTiN梯度过渡层内自刀片基体表面向外Al、Zr和N元素的含量逐渐增加。
所述AlZrTiN外耐磨层的外部涂覆有TiN梯度过渡外润滑层，该TiN梯度过渡外润滑层内自里向外Ti元素的含量逐渐增加。
所述刀片基体为硬质合金材质。
所述刀体1整体的横截面的尺寸为16mm×16mm，断屑槽3槽底正方形的尺寸设计为8mm×8mm。槽沿31顶面的宽度为1.5mm，槽沿31内侧面的倾斜角度为35°，外侧面的倾斜角度为35°~45°。槽沿31顶面的宽度为1.5mm，内侧面的倾斜角度为35°，这样能够更进一步提高断屑槽的效果。
所述刀体1相邻的两个侧面11之间通过圆弧面过渡连接。圆弧形切削过渡刃可以使切削刃的有效长度达到最大化，使切削更为顺利、平稳，并且具有一定的自锐特性，同时提高了刀尖的抗冲击破损能力，增强了切削区域抗疲劳性能。
所述断屑槽3的内侧面和外侧面上均设置有多个凸起结构4。凸起结构4可以呈一字排开状或者呈阵列均匀分布，以提高刀片的散热性能。凸起结构4的形状为椭球形、圆形或圆柱形。
所述槽沿31外侧面的底端与刀体1的侧面11之间通过一个半径为1.5mm的圆弧面过渡连接，此圆弧面设计能够减少切削过程中，工件对刀片尖端的冲击应力，避免切削过程中崩刃情况的发生。
为进一步强化刀尖的结构，在相邻的两个槽沿31顶面的相交处设有凸台5，凸台5侧面对应于断屑槽3内部的部分与槽沿31的顶面平齐，凸台5其余部分的侧面为弧形面，该弧形面与所述的相邻两个槽沿31外侧面之间的弧面平滑过渡连接。凸台5侧面的弧形面结构设计更有利于提高刀尖的抗冲击破损能力。
凸台5整体还可以设置为圆形或三角形等形状，为了进一步强化刀尖结构，在凸台5上还可以使用激光加工一些微米级微结构和沟槽，这样能够与切削液里的修复颗粒相配合实现强化刀尖结构的切削自修复。
本发明的车削刀片具有四个切削工位，当一个切削工位磨损后，可以转换到刀片的其他工位上，这样能够减少切削加工过程中由于频繁换刀带来的工件重复定位误差。

Claims (6)

1.一种多涂层车削刀片，由刀片基体和涂覆在刀片基体上的涂层组成，其特征在于：所述刀片基体包括一个横截面为正方形的刀体（1），刀体（1）具有上、下两个端面和四个侧面（11），刀体（1）的中心设有安装孔（2），刀体（1）的上端面设有断屑槽（3），断屑槽（3）由四个纵切面为梯形的槽沿（31）围成，所述的四个槽沿（31）分别与刀体（1）的四个侧面（11）相对应，槽沿（31）顶面的宽度小于底面的宽度，相邻的两个槽沿（31）的外侧面之间通过弧面过渡连接，所述槽沿（31）的内侧面由槽沿（31）的顶面向断屑槽（3）内部倾斜，槽沿（31）的外侧面由槽沿（31）的顶面向断屑槽（3）外部倾斜，槽沿（31）外侧面的底端与刀体（1）的侧面（11）相接，所述安装孔（2）位于断屑槽（3）的中心位置，所述的涂层为多层结构，涂层自刀片基体表面向外依次为Ti连接层、TiN梯度过渡层、AlZrTiN梯度过渡层和AlZrTiN外耐磨层。
2.如权利要求1所述的一种多涂层车削刀片，其特征在于：所述AlZrTiN外耐磨层的外部涂覆有TiN梯度过渡外润滑层，该TiN梯度过渡外润滑层内自里向外Ti元素的含量逐渐增加。
3.如权利要求1所述的一种多涂层车削刀片，其特征在于：所述刀片基体为硬质合金材质。
4.如权利要求1所述的一种多涂层车削刀片，其特征在于：所述刀体（1）相邻的两个侧面（11）之间通过圆弧面过渡连接。
5.如权利要求1所述的一种多涂层车削刀片，其特征在于：所述槽沿（31）外侧面的底端与刀体（1）的侧面（11）之间通过一个半径为1.5mm的圆弧面过渡连接。
6.如权利要求1所述的一种多涂层车削刀片，其特征在于：所述断屑槽（3）的内侧面和外侧面上均设置有多个凸起结构（4），该凸起结构（4）的形状为椭球形、圆形或圆柱形。
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