CN106363200A - 用于生产加工工具的方法以及加工工具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于生产加工工具的方法以及加工工具。为了实现该加工工具(2)、尤其是实心碳化物钻具的较长使用寿命，该加工工具设置有特殊防磨涂层(18)。在该方法中，第一步，为了形成该涂层，在切削刃(10)区域和邻接表面区域(具体为后刀面(22)和前刀面(24))中施加由第一材料制成的第一层(18A)。第二步，仅在切削刃(10)区域中，选择性地至少部分、优选地完全去除所施加的该第一层(18B)的第一材料。第三步，最后将由第二耐磨材料制成的第二层(18B)施加到切削刃(10)和面区域(22,24)两者。这样，使在面区域(22,24)中形成总厚度(D)较高的涂层(18)成为可能，而不存在破裂风险。

Description

用于生产加工工具的方法以及加工工具
技术领域
本发明涉及用于生产加工工具(尤其是旋转工具，诸如钻具或铣刀)的方法，所述加工工具包括具有切削刃的主体，还包括邻接切削刃的面区域(具体为后刀面和/或前刀面)，其中防磨涂层被施加到切削刃和面区域。本发明还涉及包括通过所述方法生产的防磨涂层的加工工具。
背景技术
通常将涂层施加到至少刀片区域中的加工工具，以便增加耐磨性。所施加的涂层可在各种实施方案中出现。经常施加的是氮化物涂层(诸如，TiN、TiAlN、TiSiN、TiCN)、金属氧化物层(诸如，Al2O3)或硼化物涂层(具体为TiB2)。
要施加这些层，采用化学气相沉积(CVD)法或物理气相沉积(PVD)法。
DE 10 2009 001 765 A1、EP 1 762 637 B1和DE 10 2008 009 487 A1中介绍了用于加工工具的多层涂层。
通常通过PVD法将涂层施加到碳化物加工工具，尤其是施加到实心碳化物钻具或铣刀。CVD法不太适用于该目的，因为CVD法所需的较高温度可能会导致碳化物脆化。PVD涂层的厚度通常大于1μm，很少厚于10μm。层厚度通常在3μm和6μm之间的范围内。
原则上，期望最大可能的层厚度，以便获得加工工具的较长使用寿命。然而，当施加涂层时，涂层内出现残余应力，随着层厚度的增加，这可能会导致破裂。因此，层厚度是有限制的。
这个问题在使用PVD法、尤其是在切削刃区域中更加严重，因为在该过程中更多涂层颗粒沉积在切削刃上，结果形成增厚区域。因此，切削刃区域尤其存在破裂风险。
DE 10 2009 001 765 A1中介绍了由TiAlN层和氧化铝层组成用于防止梳状裂缝的特殊多层涂层，其中这些层可交替施加。施加有涂层的工具主体由具有高含量钴的碳化物制成。
DE 10 2008 009 487 A1描述了刷涂或喷砂的机械后处理，以便减小涂覆过程中引入的残余应力。该文献提出，使用压缩空气将粒度高达约600μm的细粒刷涂磨料推进到表面上。
此外，PVD涂覆的碳化物插件可见于EP 1 762 637 B2中，所述碳化物插件包括由(Ti,Al)N制成的第一层，加上氧化铝层，最后为ZrN层。在前刀面区域和切削刃区域中，借助于后处理、优选地通过刷涂或喷砂再次去除外部ZrN层。
发明内容
本发明的任务
由此出发，本发明的任务是提供一种方法和一种加工工具，所述加工工具施加有使用寿命尤其长的防磨涂层。
任务解决方案
本任务根据本发明通过用于产生具有根据权利要求1所述的特征的加工工具(尤其是旋转工具，具体为钻具、绞刀或铣刀)的方法得以解决。
所述方法用于将防磨涂层施加到加工工具的主体。主体包括切削刃，其邻接面区域，具体为后刀面和/或前刀面。具体地讲，切削刃为主刀片，例如，钻具上的该主刀片定位在端面上。作为另外一种选择或除此之外，切削刃还可为副刀片，例如，在加工工具为钻具的情况下，该副刀片被设计成沿凹槽延伸。
为了施加防磨涂层，工序为：第一步，首先将由第一材料制成的第一层施加到切削刃区域和施加到面区域，第二步，然后仅从切削刃区域中的选择性点中至少部分地再次去除第一层。第三步，最后将由第二材料制成的第二层施加到切削刃区域和施加到面区域。这两个单独层所施加(涂覆)的材料中的每一者均为耐磨材料。因此，每一层均形成防磨层。
总的来说，此实施方案的目的在于能够在面区域中(具体在前刀面和/或后刀面区域中)施加尤其厚的涂层，同时防止尤其在切削刃区域中发生破裂。此方法利用了裂缝形成问题尤其在切削刃处发生这一事实。该方法第二步的措施(去除切削刃区域中的第一层)有利地导致在切削刃区域中形成在成品状态下相对较薄的涂层，使得最大程度降低了在切削刃区域中的破裂风险。
此外，此实施方案假设直接在切削刃处的负载低于后续的面区域中的负载，使得切削刃区域中的较薄涂层不会对使用寿命产生不利影响。其原因可从以下事实得出：在加工过程中，切削刃的楔塞作用已使切削刃前方待去除的材料略微裂开，使得直接在切削刃处的负载低于邻接面区域中的负载，碎屑滑过所述邻接面区域(前刀面)，或换句话讲其中加工工具支撑在工件上的所述邻接面区域(后刀面)上。
“仅在切削刃区域中”是指仅在切削刃处以及在相应邻接面区域的直接邻接区域中去除第一层。尤其在邻接面区域的方向上，仅在切削刃处将第一层去除不超过500μm、优选地不超过100μm。
优选地，所施加的第二层形成最终端层，因此不再施加另外的涂层。原则上，可提供多层结构。在第二步中，至少部分地去除一组层也是可能的。
为了实现优选较大的总层厚度，在相应面区域中的两层中的每一层各自均具有在2μm至10μm范围内、尤其是在4μm至8μm范围内的相应层厚度。具体地讲，第二层具有类似的层厚度，例如，在3μm至9μm的范围内。总之，在面区域中的总层厚度大于8μm。这种层厚度(尤其通过PVD法生产时)通常会导致在切削刃处发生破裂。由于本文所引入的方法，在后刀面和/或前刀面区域中实现相对较薄的涂层，而不用担心存在破裂风险。
作为其中所述两层具有相当层厚度的实施方案的替代形式，这两层的层厚度可彼此不同。具体地讲，在这种情况下，例如第一层比第二层厚达75％，反之亦然。例如，一层的层厚度为约3μm，另一层的层厚度为约5μm。
然而优选地，在面区域中这两层的层厚度至少大致相同。这意味着，层的两个厚度相差不超过20％，优选地不超过5％。这种措施导致最大可能的总厚度，而不存在通常预计在某个层厚度下开始发生的破裂风险。优选地，每个单独层的层厚度略小于这种关键层厚度。
根据有利的实施方案，在第二步中，在切削刃区域中完全去除第一层。因此，将第二层重新施加到主体的基材。这确保了涂层与主体之间特别良好的结合。有利地，在第二步中，确切地说，仅完全去除第一层，而不去除主体的材料。
优选以机械方式、尤其(例如)通过刷涂或通过研磨、具体借助于研磨膏进行该去除过程。通过设置适当的工艺参数，可能高精准度地去除第一层。
根据有利的实施方案，这两层由相同的材料形成。因此，将相同的防磨材料施加到这两层。从而生成由相同材料制成的均匀涂层。
根据优选的替代形式，多层结构由不同的材料构成。
原则上，涂层材料可为改善防磨性并增加使用寿命的任何常规涂层材料。具体地讲，可以形成氮化物层(诸如，TiN、TiAlN、TiSiN、TiCrN、TiCN或TiAlSiN)用于该涂层。除了氮化物层之外，优选地，还形成金属氧化物层(诸如，氧化铝层)，或最终作为另外的替代形式，还形成了硼化物层(具体为TiB2层)。
在优选的实施方案中，施加有涂层的主体由碳化物制成。或者，其为陶瓷或金属陶瓷主体。
通过PVD法施加至少一个层，优选两个层。因此，由于在涂覆过程中相较于CVD法较低的温度负载，例如在较大程度上防止发生脆化，当使用碳化物主体时尤其如此。
加工工具尤其为旋转工具。这是指：操作过程中绕其中心轴或其旋转轴旋转的工具。具体地讲，加工工具为钻具、绞刀或铣刀。优选的应用领域为钻具。
此外，在优选的实施方案中，加工工具为实心碳化物加工工具，具体为整个工具由碳化物制成的加工工具。具体地讲，“整个工具”在本文是指其包括用于夹紧到机床中的刀柄部分以及邻接刀片。在优选的实施方案中，整个工具(具体为刀柄部分和刀片)由碳化物制成。
具体地讲，将涂层施加到主刀片区域中，在加工工具为钻具的情况下，所述主刀片区域在刀片的端面处。此外，还将特殊涂层有利地施加到副刀片区域中，所述副刀片区域通常沿凹槽延伸。
在优选的替代形式中，除了将涂层施加到实心碳化物钻具之外，还将涂层施加到模块化旋转工具的刀头。模块化旋转工具为其中刀头可更换地紧固在工具架主体中的工具。通常将刀头(也被称为钻头)插入工具架用具的端面中。具体地讲，刀头通常被居中地夹紧在工具架用具的两个夹条之间。这种可更换的刀头继而优选地由碳化物、金属陶瓷或陶瓷切割材料制成。
或者，原则上还可将涂层施加到可更换的切割插件，尤其是施加到可转位的切割插件。
此外，本发明通过具有根据权利要求13所述的特征的加工工具得以实现。加工工具设置有尤其通过上述方法形成的涂层。关于所述方法的优选实施方案所呈现的优点也相应地适用于加工工具。
因此，加工工具在其成品状态下包括在面区域中(具体为在前刀面和/或后刀面区域中)由两层耐磨材料制成的多层结构。由于所述方法，与在邻接面区域中第一层的厚度相比，在切削刃区域中第一层的厚度有所降低，优选地去除在切削刃区域中第一层，这意味着将其厚度降为0。
在最简单的情况下，加工工具为切割元件，诸如可更换的刀头或可更换的切割插件。然而具体地讲，加工工具优选地为包括用于夹紧到机床中的夹紧部分(具体为夹紧刀柄)以及邻接刀片的整个工具。
此外，在切削刃区域中涂层的总厚度有利地低于在邻接面区域中涂层的总厚度。
总之，在面区域中涂层的总厚度大于6μm或大于8μm，尤其大于10μm，尤其高达16μm。这样，形成了极厚防磨涂层，这确保了较长的使用寿命。
通常优选的情况是，假设在前刀面和后刀面两者上均由第一层和第二层形成涂层，并且假设仅从切削刃中去除第一层。
附图说明
本发明的示例性实施方案基于附图更详细地阐述。在简化图示中：
图1示出了实心碳化物钻具的侧视图；
图2A示出了包括所施加的第一涂层的在切削刃区域中的示意性剖视图；
图2B示出了在切削刃区域中去除第一层后的根据图2A所示的图示；以及
图2C示出了完成所述方法第三步(施加第二涂层)后的根据图2A、图2B所示的图示。
附图中具有相同的功能的部分用相同参考标号标记。
具体实施方式
图1示出了尤其被设计为钻具2的旋转工具。钻具2沿中心轴或旋转轴5在纵向方向4上延伸，操作过程中钻具2绕该中心轴或旋转轴旋转。钻具2包括在后子区域中的刀柄部分6和在前部区域中的刀片8。钻具向上延伸到在端面上形成的钻头，所述钻头通常由特殊的点几何形状形成并且包括主刀片，所述主刀片形成切削刃10。刀片8具有整体凹槽式设计，并且在示例性实施方案中，其包括螺旋凹槽14。副刀片通常沿这些凹槽14形成。在示例性实施方案中，钻具2被设计有内部冷却通道，所述内部冷却通道在出口孔16处的端面处离开。
为了增加稳定性和耐磨性，将防磨涂层18施加到钻具2，尤其施加在切削刃10区域中，优选施加在整个刀片8中。用于施加该涂层18的特殊制造方法将基于图2A至图2C更详细地描述。
一般将涂层18施加到主体20。该主体尤其由钻具2的主体形成，具体由碳化物制成。钻具2尤其为实心碳化物钻具。
在所述方法第一步中，首先将涂层18的第一层18A施加到在切削刃10区域和邻接面区域两者中的主体20，具体施加到后刀面22和施加到前刀面24。通过PVD法施加第一耐磨材料。前刀面24尤其为槽面，具体为凹槽14的至少一个子区域。
PVD施加法在切削刃10处形成增厚区域，这促成裂缝26的形成。
在所述方法第二步中，如图2B所示，然后仅在切削刃10区域中再次完全去除第一层18A，使得切削刃10本身再次暴露。
最后，在接下来的所述方法第三步中，如图2C所示，施加第二层18B。此处，同样通过PVD法重新施加第二耐磨材料。这两种材料优选为相同的耐磨材料。
第一层18A具有层厚度d1，第二层18B具有层厚度d2。在示例性实施方案中，d1略微小于d2。优选地，第一层18A的厚度d1和第二层18B的厚度d2一般在4μm和8μm之间的范围内。总之，涂层18的总厚度D大于8μm，优选地大于10μm，至多为16μm。出于此目的，在后刀面22区域或前刀面24区域中与切削刃10间隔一定距离处(具体地讲，在形成层18A,18B两者的区域中)测量总厚度D。
本文所述的措施尤其还防止在切削刃10的关键区域中发生破裂，同时在面区域22,24中实现相对较高的层厚度，使得可实现较长的使用寿命。
本文所述的概念并不限于示例性实施方案。专门设计的涂层不仅可用于旋转工具，而且可用于其中需要锋利的涂覆切削刃的所有加工工具。除了钻具/铣刀之外，涂层概念尤其用于超精加工工具，诸如绞刀、钻杆或挖空工具。

Claims (16)

1.一种用于生产加工工具(2)、尤其是旋转工具的方法，所述加工工具包括具有切削刃(10)的主体(20)，还包括邻接所述切削刃的面区域，具体为后刀面(22)和/或前刀面(24)，其中防磨涂层(18)被施加到所述切削刃和施加到所述面区域(22,24)，
其特征在于：
为了形成所述防磨涂层(18)，
-第一步，首先将由耐磨材料制成的第一层(18A)施加到所述切削刃(10)和施加到所述面区域(22,24)；
-第二步，然后从所述切削刃(10)中选择性地至少部分再次去除所施加的所述第一层(18A)材料；并且
-第三步，最后将由耐磨材料制成的第二层(18B)施加到所述切削刃(10)和施加到所述面区域(22,24)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述面区域(22,24)中的所述两层(18A,18B)各自具有的层厚度(d1,d2)为在2μm至10μm范围内、尤其是在4μm至8μm范围内。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述面区域(22,24)中的所述两层(18A,18B)的总层厚度(D)大于8μm。
4.根据前述权利要求之一所述的方法，其中在所述面区域(22,24)中的所述两层(18A,18B)具有相同的层厚度(d1,d2)。
5.根据前述权利要求之一所述的方法，其中在所述第二步中，完全去除在所述切削刃(10)区域中的所述第一层(18A)。
6.根据前述权利要求之一所述的方法，其中在所述第二步中，以机械方式去除在所述切削刃(10)区域中的所述第一层(18A)材料。
7.根据前述权利要求之一所述的方法，其中选择相同的材料用于所述第一层(18A)和用于所述第二层(18B)。
8.根据前述权利要求之一所述的方法，其中选择不同的材料用于所述第一层(18A)和用于所述第二层(18B)。
9.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述层(18A,18B)选择性地形成为：氮化物层，诸如TiN层、TiAlN层、SiN层、TiCrN层、TiCN层、TiAlSiN层；形成为金属氧化物层，诸如Al2O3层；或形成为硼化物层。
10.根据前述权利要求之一所述的方法，其中所述主体(20)由碳化物制成。
11.根据前述权利要求之一所述的方法，其中通过PVD法施加两层(18A,18B)。
12.根据前述权利要求之一所述的方法，其中将所述涂层施加到旋转工具的主体(20)，尤其是施加到实心碳化物工具或施加到模块化旋转工具的刀头。
13.一种尤其根据前述权利要求之一生产的加工工具(2)，包括具有切削刃(10)的主体(20)以及邻接所述切削刃(10)的面区域，具体为后刀面(22)和/或前刀面(24)，其中防磨涂层(18)被施加到所述切削刃和施加到所述面区域(22,24)，所述涂层包括被施加到所述主体的第一层(18A)和被施加到所述第一层的外部第二层(18B)，其特征在于，与在所述面区域中的所述第一层的厚度(d2)相比，在所述切削刃区域中的所述第一层的厚度(d1)至少有所降低。
14.根据前一项权利要求所述的加工工具(2)，其中在所述切削刃(10)区域中的所述涂层(18)的总厚度(D)小于在所述面区域(22,24)中的所述涂层的总厚度。
15.根据前述两项权利要求之一所述的加工工具(2)，其中在所述面区域(22,24)中的所述涂层(18)的总厚度(D)大于8μm，尤其大于10μm，尤其高达16μm。
16.根据权利要求13至15之一所述的加工工具(2)，其中将所述涂层(18)施加到旋转工具的主体(20)，尤其是施加到实心碳化物工具或者替代地施加到模块化旋转工具的刀头。
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