CN104870686A

CN104870686A - 涂布切削工具及其制造方法

Info

Publication number: CN104870686A
Application number: CN201380066618.1A
Authority: CN
Inventors: 卡尔·比约恩曼德
Original assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Current assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-08-26
Also published as: US9950373B2; EP2935647B1; WO2014096348A1; JP2016502936A; RU2015130231A; KR20150095695A; KR102178612B1; US20150298215A1; RU2648719C2; JP6324990B2; EP2935647A1

Abstract

本发明提供涂布的切削工具，其包含基底和涂层，所述基底具有前刀面、后刀面和切削刃，所述涂层包含第一层和第二层，其中所述第二层包含由内层、中间层和外层组成的夹层结构，其中所述内层通过在所述外层中的开口暴露且所述开口在所述切削刃的宽度的至少一部分上延伸。由此，在临界区域中提供双层，而在其它区域中提供单层。优选所述双氧化物层为氧化铝层。还提供了制造所述涂布切削工具的方法。

Description

涂布切削工具及其制造方法

技术领域

本发明涉及涂布切削工具(coated cutting tool)，其由陶瓷、金属陶瓷、硬质合金、多晶金刚石、立方氮化硼或高速钢制成，适用于车削、铣削、钻削或其它的切屑形成(chip forming)机械加工方法。

背景技术

通常用硬质涂层对由陶瓷、金属陶瓷或硬质合金制成的切削工具进行涂布以改进耐磨性和切削性能。通常对于不同的应用优化所述涂层。这一优化常常基于特定应用的主要磨损机制。例如，已知氧化铝改进前刀面(rake side)上的耐凹坑磨损(crater wear)性，并且已知不同的难熔金属氮化物、碳化物和碳氮化物如碳氮化钛改进后刀面(clearanceside)的耐磨损性。通过形成包含具有不同性质的不同层的涂层，可进一步改进在切削工具的不同部分上的和由于不同的磨损机制造成的耐磨性，并且在对组成、微结构、层厚度等进行精密制造的情况下，对于特定应用可实现改进的性能。然而，对于切削工具的不同部分，这一方法仍然在磨损和性能特性之间折衷。作为对此的解决方案，已经使用了不同的后处理。

US 5861210公开了涂布有多层耐磨涂层的涂布工具，所述多层耐磨涂层包含沉积在α-Al₂O₃层上的最外面的Ti(C,N,O)或Zr(C,N)层。为了同时改进前刀面和后刀面的耐磨性、和特别是耐片状剥落性(flankingresistance)，借助于刷光、磨削、抛光或喷砂(blasting)，仅从切削刃(cuttingedge)或从前刀面和切削刃两者机械地去除最外层，从而暴露(expose)下面的α-Al₂O₃层。

US 5776588公开了涂布有多层耐磨涂层的切削工具，所述多层耐磨涂层包含例如最里面的TiCN、中间Al₂O₃层和最外面的TiN层。为了改进切削刃处涂层的耐崩裂性，通过诸如振动翻转、刷光、喷丸处理、磨削的机械方法从切削刃去除TiN层和Al₂O₃层，从而暴露最里面的TiCN层。

US 7431747公开了涂布有多层耐磨涂层的切削工具，所述多层耐磨涂层包含沉积在硬质材料层上的氧化铝层。借助于激光处理从后刀面的至少一部分选择性去除氧化铝层，从而暴露下面的硬质材料层，以消除在后刀面上具有氧化铝层的缺点，且由此避免后刀面上磨损标记宽度的增加并且保留前刀面上的耐凹坑磨损性。

发明内容

本发明的一个目的是能够在涂层切削工具的耐凹坑磨损性、耐侧面磨损性(flank wear resistance)、刃韧性、耐片状剥落性和耐塑性变形(plastic deformation)性中的一个或多个方面实现改进，而不会显著损害其余性质中的一种或多种。

本发明的另一目的是在钢的切削、更特别是钢的车削中改进耐凹坑磨损性，而不会由于片状剥落和/或韧性不足损害刃安全性。

本发明的又一目的是在钢或不锈钢的切削、更特别是钢或不锈钢的车削中通过降低从后刀面和/或刃向基底的传热而改进耐塑性变形性，而不会损害例如耐凹坑磨损性。

本发明的又一目的是在在不锈钢的切削、更特别是不锈钢的车削中通过降低从前刀面向基底的传热而改进耐塑性变形性，而不会损害刃安全性。

通过根据独立权利要求的涂布切削工具及其制造方法实现了这些目的。

根据本发明的一个实施方式的涂布切削工具包含：基底，所述基底具有前刀面、后刀面和切削刃，所述切削刃具有由内接椭圆(inscribedellipse)描述的倒角(edge rounding)，所述内接椭圆具有沿所述前刀面的第一轴W和沿所述后刀面的第二轴H，从而给予所述切削刃如下的轮廓，其对应于在前刀面和后刀面的交会(intersection)处的一个象限(quadrant)内的椭圆部分；和涂层，所述涂层具有厚度T，包括第一层和沉积在所述第一层上的第二层。所述第二层包含由内部氧化铝层、中间层和外部氧化铝层组成的夹层结构，其中所述内部氧化铝层或所述中间层通过在所述外部氧化铝层中的开口暴露，且所述开口在所述切削刃的宽度的至少一部分上延伸和在正交方向上沿所述切削刃的至少一部分延伸。沿正交方向R延伸至少一部分的开口在此是指开口在与切削刃的宽度正交的方向上沿切削刃延伸至少一部分。

所述基底可由陶瓷、金属陶瓷、硬质合金、多晶金刚石、立方氮化硼或高速钢制成。所述涂布切削工具可适用于车削、铣削、钻削或其它切屑形成机械加工方法。

以此方式在所述刃上具有相对薄的涂层厚度的一个优点是，这减少在涂布切削工具的该区域中通常与厚涂层相关的问题，例如片状剥落或缺乏韧性。

在本发明的一个实施方式中，所述开口至少在所述切削刃的全宽度上延伸。全宽度在此是指如在图2中指示的刃的宽度W。

在本发明的一个实施方式中，所述开口延伸到所述后刀面中。这样的一个优点是所述外层的边缘从所述切削刃进一步位移且因此不影响切削操作。此外，避免相对厚的涂层由于例如塑性变形引起的片状剥落。

在本发明的一个实施方式中，如光学显微法所测量的，所述开口在与所述后刀面正交的方向从所述前刀面延伸到所述后刀面中至少H+T+2mm。对于切削工具刀片，这可通过将所述切削工具刀片置于平面表面上并在与所述平面表面平行的方向观察所述后刀面来进行。根据刀片类型，即负前角刀片、正前角刀片，该方向可不与后刀面完全正交。

在本发明的一个实施方式中，如通过光学显微法所测量的，所述开口在与所述前刀面正交的方向上从所述后刀面延伸到所述前刀面中。对于切削工具刀片，这通过将所述切削工具刀片置于平面表面上并在与所述平面表面垂直的方向观察所述前刀面来进行。根据刀片类型，即负前角刀片、正前角刀片、断屑(chip break)等，该方向可不与前刀面完全正交。

在本发明的一个实施方式中，所述开口延伸到所述前刀面中，在另一个实施方式中，所属开口部分地延伸到所述前刀面的主刃带(primary land)中，优选延伸到所述前刀面中至少δ＝50μm，更优选延伸到所述前刀面中至少δ＝100μm，最优选延伸到所述前刀面中至少δ＝150μm。可能有利的是所述外层的边缘从所述切削刃移开并进入所述主刃带中。将所述外层的边缘相对所述主刃带进一步移动并不是优选的，因为在经受凹坑磨损的表面区域中需要所述夹层结构的厚双层。经受凹坑磨损的区域的位置通常取决于刀片的几何形状、刀片的尺寸和切削参数。

在本发明的一个实施方式中，所述开口应优选延伸到所述前刀面中不超过δ＝400μm，更优选延伸到所述前刀面中不超过δ＝300μm，最优选延伸到所述前刀面中不超过δ＝250μm。

在本发明的一个实施方式中，所述中间层通过在所述外部氧化铝层中的开口暴露。

在本发明的一个实施方式中，所述内部氧化铝至少在所述切削刃的全宽度上暴露。在一个实施方式中，所述内部氧化铝层也在所述前刀面上暴露，优选暴露到所述前刀面中至少δ＝50μm，更优选暴露到所述前刀面中至少δ＝100μm，最优选暴露到所述前刀面中至少δ＝150μm。在一个实施方式中，所述内部氧化铝层在所述后刀面上暴露，优选暴露到所述后刀面中至少δ＝H+T+2mm。去除所述中间层的一个优点是来自工件的材料可粘附到所述中间层。

如在下面进一步解释的，优选通过使用激光以剥离一部分外层来完成开口。通过具有对于激光束透明的外层和与所述外层相比具有更高的光吸收系数、优选具有更高的激光吸收系数的中间层，在所述中间层中能够吸收穿过所述外层照射的光并由此在所述中间层中产生热，从而去除一部分外层。这通常是纳秒脉冲激光烧蚀(nano secondpulsed laser ablation)的情况。可选地，例如，如果使用皮秒脉冲激光源，则在基本上没有由激光束形成热的情况下将所述中间层直接蒸发，从而分离所述外层。

在本发明的一个实施方式中，所述内层为内部氧化铝层且所述外层为外部氧化铝层，优选一个或两个氧化铝层由α-Al₂O₃制成，优选通过PVD或CVD、更优选CVD制成。

在一个实施方式中，所述氧化铝层具有2～10μm的厚度。所述内部氧化铝层的厚度可与所述外部氧化铝层的厚度不同。

在一个实施方式中，所述内部氧化铝层比所述外部氧化铝层更薄。

在一个实施方式中，所述内部氧化铝层的厚度为1～10μm，优选为2～5μm，且所述外部氧化铝层的厚度为2～20μm，优选为4～10μm。

虽然上述Al₂O₃层被描述为二元层，但应该了解，在本发明的可选实施方式中，所述Al₂O₃层可包含一种或多种元素，例如Zr，以形成三元或多元化合物，例如(Al,Zr)O。所述Al₂O₃层也可由不同组成或微结构的两个或更多个相组成。

在本发明的一个实施方式中，所述第一层由一个或多个选自碳化钛、氮化钛、碳氮化钛、氧碳化钛和氧碳氮化钛的Ti基层组成，其在下文中称为Ti(C,N,O)层，且具有2～15μm的厚度。Ti(C,N,O)层或其个别层除了Ti之外可包含选自Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W和Al中的一种或多种的元素。

在本发明的一个实施方式中，所述中间层由0.1～3.5μm Ti基层制成，例如为由碳化钛、氮化钛、碳氮化钛、氧碳化钛和氧碳氮化钛制成的一层或多层，优选为0.5～3.5μm(Al,Ti)(C,O,N)层，更优选由0.6～1μm(Al,Ti)(C,O)、0.8～1.2μm TiN、0.5～0.9μm Ti(C,O)组成。

所述涂层可还包含充当磨损标记的最外面的有色层(color layer)，例如TiN层。

在所述切削刃上或之上(on or over)和任选在所述后刀面上或之上和任选在靠近所述刃的前刀面处的诸如氧化铝层的外层的去除，减小氧化铝的总厚度，在此具有厚的氧化铝层是个缺点，同时在表面区域中提供由内层和外层形成的厚双层，在此这例如在凹坑磨损区域中给出优点。

具有与内层和外层的对比度大的颜色的中间层的一个优点是所述中间层可充当在所述后刀面上的磨损标记。例如，包含由作为最外层的Al₂O₃/(Al,Ti)(C,O)/Al₂O₃组成的夹层结构和延伸到后刀面中超出通常发生侧面磨损的距离的开口的涂层，在根据本发明的一个实施方式去除外面的氧化铝层之后，将具有磨损标记而无需沉积最外面的TiN层等。

根据本发明的一个实施方式，制造涂布切削工具的方法包括以下步骤，其中所述涂布切削工具包含基底和涂层，所述基底具有前刀面、后刀面和在所述前刀面和所述后刀面的交会处的切削刃，所述涂层包括第一层和沉积在所述第一层上的第二层：

-将所述第一层沉积至在所述前刀面、所述后刀面和所述切削刃中的每一者上延伸的表面区域上，

-在由所述第一层覆盖的表面区域上沉积包含夹层结构的所述第二层，所述夹层结构由内层、中间层和外层组成，

-通过剥离选择性地去除所述外层，其中将所述夹层结构暴露于激光，将所述激光布置为穿过所述外层照射所述中间层并被所述中间层吸收，

-由此通过在所述外层中的开口暴露所述内层或所述中间层，其中所述开口在所述切削刃的宽度的至少一部分上延伸和在正交方向上沿着所述切削刃的至少一部分延伸。

在本发明的一个实施方式中，所述方法还包括在去除所述外层的步骤之后对所述涂布切削工具进行喷砂。该喷砂的一个优点是可影响所述内层的应力状态和/或表面粗糙度，例如可降低在所述刃上的内层中的拉伸应力或者可引入压缩应力。

在本发明的一个实施方式中，所述喷砂至少在刃上去除暴露的中间层。去除刃上的中间层的一个优点是来自工件的材料可粘附到所述中间层。

在本发明的一个实施方式中，所述方法还包括在去除所述外层的步骤之前对所述涂布切削工具进行喷砂。

优选地，使用物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)沉积所述涂层。

在本发明的一个实施方式中，调节所述激光束的入射角度，使得所述激光束与所述后刀面的表面法线基本平行。

在本发明的一个实施方式中，调节所述激光束的入射角度，使得所述激光束与所述前刀面的表面法线基本平行。

在本发明的一个实施方式中，例如使用五轴定位系统改变所述激光束的入射角度。

在本发明的一个实施方式中，调节所述激光束的入射角度，使得所述激光束与所述切削刀片的表面法线基本平行。

使用激光去除所述外层的一个优点是激光技术能够在所述涂布切削工具的任何部分和所形成的任何形状的开口上实现去除。此外，与例如仅可有效地去除κ-Al₂O₃的刷光(brushing)相比较，激光可容易地去除α-Al₂O₃层。

当结合附图和权利要求书考虑时，本发明的其它目的、优点和新颖特点将从本发明的以下具体实施方式变得显而易见。

附图说明

现将参考附图描述本发明的实施方式，其中：

图1示意性示出根据本发明的双氧化物层，

图2示意性示出切削工具的切削刃，其中已经从一部分的前刀面、刃和一部分的后刀面去除外部氧化物层，

图3为根据本发明的一个实施方式的切削工具的切削刃的透视概览图像，其中激光剥离已经去除了在一部分后刀面上的外部氧化物层，

图4为根据本发明的涂布切削工具的横截面图像，其中内部氧化物层在开口中暴露，

图5为根据本发明的涂布切削工具的横截面图像，其中内部氧化物层和中间层在开口中暴露，

图6为涂布切削工具的横截面图像，其中第一层在开口中暴露(切削工具1b)，以及

图7为根据本发明的一个实施方式的涂布切削工具的横截面图像，其中内部氧化物层在开口中暴露(切削工具2d)。

具体实施方式

实施例1

制造根据本发明的一个实施方式的涂布切削工具。首先，通过压制粉末并烧结压制体，来制造如下的硬质合金CNMG120408-PM基底，其具有7.5重量％的Co和余量WC的组成、13kA/m的Hc值(使用Foerster Koerzimat CS1.096，根据DIN IEC 60404-7)和HV3＝15GPa的硬度。在涂层沉积之前，通过湿法喷砂将基底边缘圆化到约50μm。

参考图1，通过CVD将由第一层和第二层组成的涂层沉积在基底上。第一层为具有10.3μm的总厚度的Ti(C,N,O)层，其由层顺序0.4μmTiN、9.1μm MTCVD Ti(C,N)、0.2μm HTCVD Ti(C,N)和0.6μm Ti(C,O)组成。第二层为由内部4.5μmα-Al₂O₃层、中间2.5μm(Al,Ti)(C,O)/TiN/Ti(C,O)层和外部6.8μmα-Al₂O₃层组成的夹层结构。在具有径向气流的CVD反应器中使用用于生长MTCVD Ti(C,N)层和α-Al₂O₃层的沉积条件来沉积涂层。在MTCVD Ti(C,N)层生长之前进行成核步骤。在α-氧化铝层生长之前进行氧化和成核步骤。

在沉积之后，对涂布切削工具进行激光操作和随后的湿法喷砂操作。激光器为在10W、1064nm、6ns的脉冲长度(在10kHz下测量)和20kHz的重复频率下操作的二极管泵浦的YAG激光器(Violine)。使用具有254mm焦距的聚焦镜头，产生100μm的光斑尺寸。如在图2中示意性示出的，激光束在正交方向上指向在切削工具的刀鼻处的后刀面，且在具有0.1mm宽度的扫描线的光栅扫描中，以平行或正交于切削刃的方式对6×2mm的区域进行照射。图2还示意性示出具有2W轴和2H轴的内接椭圆。该束以400mm/s的速度位移，并进行三次。激光操作去除外部α-Al₂O₃层并在从后刀面经切削刃延伸到前刀面的开口中暴露中间层。图3为在激光剥离之后涂布切削工具的图像。

湿法喷砂包括顶喷砂和侧喷砂，即，在1.4～3巴的压力下使用220目Al₂O₃粒子，用喷砂介质分别对涂布切削工具的前刀面和后刀面进行轰击。

湿法喷砂在从刃延伸至后刀面中的表面区域中去除中间层，参见图4。

实施例2

除了湿法喷砂操作不同之外，根据实施例1制造涂布切削工具，其中仅施用顶喷砂，参见图5。

实施例3

如在实施例2中的但没有激光操作的情况下制造根据现有技术的切削工具，所述切削工具包含；CNMG120408-PM基底，其具有7.5重量％的Co和余量WC的组成、13kA/m的Hc值(使用Foerster KoerzimatCS1.096，根据DIN IEC 60404-7)和HV3＝15GPa的硬度；和涂层，其具有9μm的Ti(C,N)第一层和4.5μm的α-Al₂O₃第二层及Ti(C,N)有色层。顶喷砂操作去除在前刀面上的有色层。

实施例4

如在实施例2中的制造切削工具，但没有去除第二氧化铝层。

实施例5

通过在滚珠轴承钢(Ovako 825B，Tibnor)中以2mm的切削深度、240m/分钟的切削速度、0.3毫米/转的进给率并使用冷却剂进行车削，而对来自实施例2～4的切削工具刀片的侧面磨损和凹坑磨损进行试验。如通过光学显微法在前刀面和后刀面上分别测量的，侧面磨损的工具寿命标准为凹坑磨损超过0.2mm²和侧面磨损超过v_B＝0.4mm。在表1中给出了工具寿命。

表1

实施例6

面对球墨铸铁SS0717对来自实施例1～4的涂布切削工具进行试验，包括在以下条件下使用冷却剂的间歇切削操作。

切削速度，Vc 170m/min

进给率，f_n 0.1毫米/转

切削深度，a_p 2mm

基于在机械加工之后对刃上片状剥落的百分数进行观察来评价耐片状剥落性。实施例1和4的涂布切削工具根本没有显示任何片状剥落，而实施例3的用于个别刀片的切削工具根本没有显示片状剥落或显示从19％至高达45％的片状剥落。实施例2的涂布切削工具显示从47％至高达85％的片状剥落度。

实施例7

如下制造根据本发明的几个实施方式以及比较参考例的涂布切削工具。首先，通过压制粉末并烧结压制体，来制造如下的硬质合金CNMG120408-KM基底，其具有4.1重量％的Co和余量WC的组成、16kA/m的Hc值(使用Foerster Koerzimat CS1.096，根据DIN IEC60404-7)和HV3＝16GPa的硬度。在涂层沉积之前，通过刷光且，接着用水中的氧化铝砂在低压下进行喷砂以从刷光过程中去除任何塑性残余物，而将基底的刃圆化到如测量为圆半径的约45μm(H≈W≈45μm)。喷砂压力为1.8巴且氧化铝砂为F150目(FEPA 42-1:2006)。

以三种不同的CVD方法对所述基底进行涂布，从而限定两个参考例以及本发明的实施方式，并且它们全部描述在下文中。

通过CVD将由第一层和第二层组成的涂层1沉积在基底上。第一层为具有11.3μm的总厚度的Ti(C,N,O)层，其由层顺序0.4μm TiN、10.1μm MTCVD Ti(C,N)、0.2μm HTCVD Ti(C,N)和0.6μm Ti(C,O)组成。第二层为11.0μmα-Al₂O₃层。

示意性示于图1中的涂层2为通过CVD沉积在基底上的由第一层和第二层组成的涂层。第一层为具有11.0μm的总厚度的Ti(C,N,O)层，其由层顺序0.4μm TiN、9.8μm MTCVD Ti(C,N)、0.2μm HTCVDTi(C,N)和0.6μm Ti(C,O)组成。第二层为由内部2.9μmα-Al₂O₃层、中间1.2μm Ti(C,O)/TiN/Ti(C,O)层和外部6.7μmα-Al₂O₃层组成的夹层结构。

通过CVD将由第一层和第二层组成的涂层3沉积在基底上。第一层为具有11.7μm的总厚度的Ti(C,N,O)层，其由层顺序0.4μm TiN、10.5μm MTCVD Ti(C,N)、0.2μm HTCVD Ti(C,N)和0.6μm Ti(C,O)组成。第二层为3.0μmα-Al₂O₃层。

在具有径向气流的CVD反应器中使用用于生长MTCVD Ti(C,N)层和α-Al₂O₃层的沉积条件来沉积这三种涂层变体1、2和3。在MTCVDTi(C,N)层生长之前进行成核步骤。在该α-氧化铝层生长之前进行氧化和成核步骤。

在CVD沉积之后，对涂布切削工具进行后处理，其中对1b和2b在后刀面进行激光操作，对涂布切削工具2c、2d在后刀面进行第一激光处理且在前刀面上存在掩模的情况下进行第二激光处理，而不对工具1a、2a、3a进行激光处理。

所使用的激光器为在10W、1064nm、6ns的脉冲长度(在10kHz下测量)和20kHz的重复频率下操作的二极管泵浦YAG激光器(Violine3，得自Laservall)。使用具有254mm焦距的聚焦镜头，产生100μm的光斑大小。如在图2中用箭头示意性示出的，激光束以正交方向指向在切削工具的刀鼻处的后刀面，并且在具有0.1mm宽度的扫描线的光栅扫描中，以平行或正交于切削刃的方式对6×2mm的区域进行照射。该光束以750mm/s的速度位移，并进行两次。该激光操作去除外部α-Al₂O₃层并在从后刀面经切削刃延伸到前刀面中的开口中暴露中间层。图2还示意性图示具有2W轴和2H轴及总涂层厚度T的内接椭圆。在图2中还示出了距离δ，其被定义为如从前刀面观察时从暴露的切削刃到保留的外部α-Al₂O₃层的边缘的距离δ。当切削工具停留在与前刀面相对的平坦表面上时，通过光学显微法在与前刀面正交的方向测量距离δ。方向R是与切削刃的宽度正交的方向。在与δ相同的平面和方向上测量该宽度。

在后刀面上的激光剥离处理去除在涂布切削工具的刃的全宽度上的外部α-Al₂O₃层以及对于工具1b到前刀面中距离δ约50μm的外部α-Al₂O₃层和对于工具2b到前刀面中距离δ约60μm的外部α-Al₂O₃层。

作为控制在工具2c和2d上的前刀面上去除外部α-Al₂O₃层的程度的手段，使用硬质合金掩模来以受控制的方式限定这种去除的延伸。该掩模保护掩模下面的层不会暴露于激光且由此不会从掩模下面的区域中去除外部α-Al₂O₃层。使用不同的掩模从而能够在对前刀面的激光处理中去除从刃到前刀面中不同距离δ的外部α-Al₂O₃层。如上所公开的，距离δ被测量为从前刀面观察时从暴露的切削刃到保留外部α-Al₂O₃层的边缘的距离。

对于所有实施例，激光处理都在切削刃的方向上延伸到切削深度以外的位置。

这样制造从刃到前刀面的四种不同的暴露距离δ：约50μm、约60μm、约130μm和约200μm。对提供有涂层1的工具进行激光操作，将在前刀面上的外部α-Al₂O₃层从刃去除约50μm的距离δ。对提供有涂层2的工具进行激光操作，将在前刀面上的外部α-Al₂O₃层从刃分别去除约60μm、约130μm和约200μm的距离δ。激光处理的工具1b、2b、2c和2d的所得平均距离δ示于表2中。

表2.

工具	1b	2b	2c	2d
					平均距离δ(μm)	50	60	130	200

最后，对所有切削工具的前刀面进行湿法喷砂，在此称为最后的顶喷砂。该处理的目的是将压缩应力引入最外面的涂层中且从而增加工具的刃韧性。该目的还是使保留的外部α-Al₂O₃层的边缘光滑并在暴露的表面区域中去除中间层。喷砂器浆料由在水中的20体积％的氧化铝砂组成且在切削刀片的前刀面与喷砂器浆料的方向之间的角度为90°。在枪嘴和刀片表面之间的距离为约145mm。对于所有样品，浆料对枪的压力为1.8巴，而对于所有工具，空气对枪的压力为2.1巴。氧化铝砂为F220目(FEPA 42-1:2006)。每单位面积的喷砂时间为约4秒。将在实施例7中制造的涂布切削工具1a、1b、2a、2b、2c、2d和3a的总结给出在表3中。

涂布切削工具1b的横截面图像示于图6中且涂布切削工具2d的相应图像示于图7中。

表3.

实施例8-韧性试验

在韧性试验中，对实施例7的涂布切削工具1a、2a、2b、2c、2d、3a进行试验。

工件材料由在其间具有一定距离的彼此平行安装的两个碳钢棒(Fe 360BFN)组成。在该工件的纵向车削中，切削工具将每转暴露于两个障碍物。在该试验中，已经显示切削工具的韧性对于其寿命是关键性的。使用以下切削数据；

切削速度v_c：130m/分钟

切削深度a_p：1.5mm

使用水溶性金属加工液。

在该试验期间不断地增加切削进给率。开始值为0.15毫米/转。在切削1分钟之后，进给值为0.20毫米/转，且在切削2分钟之后，进给值为0.25毫米/转，且在切削3分钟之后，进给值为0.30毫米/转。

使用用于测量切削力的设备。当发生刀片破裂时，切削力明显增加，并且停止机器。对每一种切削工具变体的25个切削刃进行评价。对于25个切削刃中的每个，记录断裂时切削进给率的实际值。对于每种切削工具变体，从最低断裂进给率值到最高断裂进给率值对所述值进行分类。磨损性能示于表4中，其给出了6号刃断裂时的进给率，所有25个刃的中值和20号刃的值。

表4

如在表4中可以看出的，包含相对薄的外部α-Al₂O₃层的工具3a在该试验中显示最好的性能，且包含相对厚的外部α-Al₂O₃层的工具2a显示较短的断裂时间。激光处理的工具2d显示在工具3a和工具2a的性能之间的刃韧性性能。因此，与在刃上具有相对厚的外部α-Al₂O₃层的工具2a相比较，激光处理的工具2d的刃线韧性略微较好。在该试验中，工具2d的性能比工具2b和1a略微较好。

实施例9-凹坑磨损试验

在滚珠轴承钢(100CrMo7-3)中的纵向车削中，使用以下切削数据对根据实施例7中表3的涂布切削工具即工具1a、1b、2a、2b、2c、2d、3a进行试验；

切削速度v_c：240m/分钟

切削进给率，f：0.3毫米/转

切削深度，a_p：2mm

刀片类型：CNMG120408-PM

使用水溶性金属加工液。

对每个切削工具的一个切削刃进行评价。

在分析凹坑磨损时，使用光学显微镜对在前刀面上的去除的材料面积(凹坑磨损)进行测量。在2分钟切削之后在光学显微镜中评价各切削工具的磨损。然后，以每运行2分钟后测量的方式继续切削过程。除了凹坑磨损外，还观察侧面磨损和积屑瘤(build up edge)。将结果示于表5中。

表5

*在刃线中没有α-Al₂O₃的工具1b由于在16分钟之后的过度侧面磨损而达到其寿命。

如在表5中可以看出的，仅切削工具3a显示出凹坑磨损。在16分钟切削之后，切削工具1b由于过度侧面磨损而达到其寿命。切削工具1b为在该试验中在切削刃和后刀面处不包含氧化铝层作为最外层的唯一切削工具。在前刀面上的凹坑区域处具有相对厚氧化铝的所有切削工具在该试验中都显示出对凹坑磨损的良好抗性。

在该试验中的凹坑磨损区域在距暴露的切削刃约300μm的距离处开始，这通过光学显微镜测量为在前刀面的平面中的最短距离。

实施例10-侧面和凹坑磨损试验

切削速度v_c：255m/分钟

切削进给率，f：0.3毫米/转

切削深度，a_p：2mm

刀片类型：CNMG120408-PM

使用水溶性金属加工液。

对每个切削工具的一个切削刃进行评价。

在分析侧面磨损时，使用光学显微镜测量如垂直于后刀面所见的从刃线到侧面磨损图案底部的距离。在分析凹坑磨损时，使用光学显微镜测量在前刀面上去除的材料面积(凹坑磨损)。在4分钟切削之后，在光学显微镜中评价各切削工具的磨损。然后，以每运行4分钟后测量的方式继续切削过程。除了凹坑磨损外，还观察侧面磨损和积屑瘤。将结果示于表6中。

表6

*在整个刀片处具有相对薄α-Al₂O₃的切削工具3a由于凹坑磨损而达到寿命。

如在表6中可以看出的，切削工具1a和2a，即在刃上具有相对最厚的氧化铝的工具，显示最高的耐侧面磨损性。在刃上没有氧化铝的切削工具1b显示最低的耐侧面磨损性。与切削工具1b相比，切削工具2b、2c、2d显示较高的耐侧面磨损性。具有覆盖整个工具的相对薄的氧化铝层的切削工具3a在该试验中显示出凹坑磨损，且在达到侧面磨损标准0.4mm之前停止该试验。与2b相比，切削工具2d显示较高的耐磨性。

并且，在该试验中，凹坑磨损区域在距暴露的切削刃约300μm的距离处开始，该距离测量为在前刀面的平面中的最短距离。

实施例11-侧面和凹坑磨损试验

在滚珠轴承钢(100CrMo7-3)中的纵向车削中，使用以下切削数据对在根据实施例7中表3的涂布切削工具即样品1a、1b、2a、2b、2c、2d、3a进行试验；

切削速度v_c：270m/分钟

切削进给率，f：0.3毫米/转

切削深度，a_p：2mm

刀片类型：CNMG120408-PM

使用水溶性金属加工液。

对每种切削工具的一个切削刃进行评价。

在分析侧面磨损时，使用光学显微镜测量如垂直于后刀面所见的从刃线到侧面磨损图案底部的距离。在分析凹坑磨损时，使用光学显微镜测量在前刀面上去除的材料面积(凹坑磨损)。在4分钟切削之后，在光学显微镜中评价各切削工具的磨损。然后，以每运行4分钟后测量的方式继续切削过程。除凹坑磨损外，还观察侧面磨损和积屑瘤。将22分钟后的结果示于表7中。

表7

*在整个刀片处具有薄α-Al₂O₃的切削工具3a由于凹坑磨损而达到其寿命。

如在表7中所示的，与切削工具2b和2c相比，切削工具2d的耐侧面磨损性略微较高。该原因可能是靠近刃的激光剥离影响切削刃的形状和微几何结构。

在该试验中的凹坑磨损区域在距暴露的切削刃约300μm的距离处开始，该距离测量为在前刀面的平面中的最短距离。

虽然已经结合各种示例性实施方式描述了本发明，但是要理解本发明不限于所公开的示例性实施方式，相反地，旨在涵盖在所附权利要求书内的各种修改和等价布置。

Claims

1.一种涂布切削工具，其包含：

基底，所述基底具有前刀面、后刀面和在所述前刀面和所述后刀面的交会处的切削刃，所述切削刃具有由内接椭圆描述的倒角，所述内接椭圆具有沿所述前刀面的第一轴W和沿所述后刀面的第二轴H，和

涂层，所述涂层具有厚度T，包含第一层和沉积在所述第一层上的第二层，

其特征在于所述第二层包含由内部氧化铝层、中间层和外部氧化铝层组成的夹层结构，其中所述内部氧化铝层通过在所述外部氧化铝层中的开口暴露，且所述开口在所述切削刃的宽度的至少一部分上延伸和在正交方向上沿所述切削刃的至少一部分延伸。

2.根据权利要求1所述的涂布切削工具，其中所述开口在至少所述切削刃的全宽度上延伸。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的涂布切削工具，其中所述开口延伸到所述后刀面中。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的涂布切削工具，其中所述开口从所述前刀面延伸到所述后刀面中至少H+T+2mm。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的涂布切削工具，其中所述开口延伸到所述前刀面中。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的涂布切削工具，其中所述开口部分地延伸到所述前刀面的主刃带中。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的涂布切削工具，其中所述开口延伸到所述前刀面中至少50μm。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的涂布切削工具，其中所述开口延伸到所述前刀面中至少100μm。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的涂布切削工具，其中所述中间层比所述外层具有更高的光吸收系数。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的涂布切削工具，其中所述中间层通过在所述外部氧化铝层中的开口暴露。

11.根据权利要求2～10中的任一项所述的涂布切削工具，其中所述内部氧化铝至少在所述切削刃的全宽度上暴露。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的涂布切削工具，其中所述氧化铝层由α-Al₂O₃制成。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的涂布切削工具，其中所述氧化铝层的厚度为2～10μm。

14.根据权利要求1～12中的任一项所述的涂布切削工具，其中所述内部氧化铝层的厚度为1～10μm，优选为2～5μm，且所述外部氧化铝层的厚度为2～20μm，优选为4～10μm。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的涂布切削工具，其中所述第一层由选自碳化钛、氮化钛、碳氮化钛、氧碳化钛和氧碳氮化钛中的一层或多层组成且具有2～15μm的厚度。

16.一种制造的方法，包含基底和涂层，所述基底具有前刀面、后刀面和在所述前刀面和所述后刀面的交会处的切削刃，所述涂层包含第一层和沉积在所述第一层上的第二层，其中所述方法包括以下步骤：

-在由所述第一层覆盖的表面区域上沉积包含夹层结构的所述第二层，所述夹层结构由内部氧化铝层、中间层和氧化铝外层组成，

-通过剥离[选择性地]去除所述外层，其中将所述夹层结构暴露于激光，将所述激光布置为穿过所述外层照射所述中间层并被所述中间层吸收，

-由此通过在所述外部氧化铝层中的开口暴露所述内部氧化铝层，其中所述开口在所述切削刃的宽度的至少一部分上延伸和在正交方向上沿着所述切削刃的至少一部分延伸。

17.根据权利要求16所述的方法，所述方法还包括在去除所述外层的步骤之后对所述涂布切削工具进行喷砂。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述喷砂至少在所述刃处去除暴露的中间层。

19.根据权利要求16所述的方法，所述方法还包括在去除所述外层的步骤之前对所述涂布切削工具进行喷砂。