CN106825640A - 切削刀具及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了切削刀具及其制造方法。切削刀具(2)具有切削部(4)，其具有基底(12)，在所述基底上涂敷涂层(10)，所述涂层接受再处理，由此形成锐利的刀刃(8)。此外还涉及一种用于制造切削刀具(2)的相应方法。通过在涂覆之后而非在其之前将所述刀刃(8)磨锐，形成十分锐利的所述刀刃(8)，由此提高所述切削刀具(2)的精度及其使用寿命。

Description

切削刀具及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种切削刀具及其制造方法。

背景技术

切削刀具通常用于对工件进行切削加工，将材料以切屑的方式从工件上剥离。对此，切削刀具具有数个作用于材料的刀刃。于是，通常通过排屑槽运走所产生的切屑。

在加工工件时刀刃会发生磨损，并且切削刀具在刀刃的区域内报废。为提高刀刃的稳固性、其切削性能及切削刀具的使用寿命，原则上可以对其加以额外的涂覆，即形成具有由硬质材料制成的涂层的刀刃。然而，在这种硬质材料的涂层中存在的问题在于，裂纹敏感性随层厚的增加而增大，特别是在锐缘刀刃的区域内。因此，经常只能涂敷有限的层厚。此外，在刀刃区域内的层厚过大会导致不理想的变圆，这是因为通常借助PVD或CVD工艺涂敷的材料会大量沉积于边缘处。因此，特别是在刀刃的区域内，还存在涂层出现微小裂纹以及涂层从基底剥落的风险。

为高度准确地生产或精加工钻孔，使用被称作精加工刀具或通常还被称作铰孔锥的铰孔刀具。这种铰孔刀具需参阅例如WO 2014 197000 A、WO 2014 127105 A或US 2014169 896 A。这种铰孔刀具在其圆周上具有至少一个、通常多个绕其圆周分布的(铰孔)刀刃。在精加工刀具的情形下，精确调整刀刃的径向位置十分重要。

发明内容

本发明的目的是，提供一种改进的切削刀具，特别是一种使用寿命更长的精加工刀具，并且提供一种用于制造这种切削刀具的方法。

解决方案

按照本发明，该目的通过具有权利要求1所述特征的切削工具以及通过具有权利要求11所述特征的方法得以实现。优选实施方案、改进方案及变型方案是从属权利要求的主题。在此，与所述切削刀具相关的实施方式及优势同样也适用于所述方法，反之亦然。

所述切削刀具用于以切削方式加工工件并且具有一个切削部，所述切削部具有一个基底，所述基底上涂敷有涂层，所述涂层接受再处理，由此形成锐利的刀刃。在此情形下，所述刀刃是切削刃，其在工作中作用于工件并且自工件剥离切屑。所述基底特别是指所述切削刀具的基体或用于组装式或模块化切削刀具的切削刀片的基体。

为制造所述切削刀具，在切削部内，在所述切削刀具的基底上涂敷(硬质材料的)涂层，随后对该涂层进行再处理，具体方式是，将所述涂层磨锐，从而形成锐利的刀刃。在此情形下，特别地是，所述基底本身已具有刀刃亦或粗坯刀刃，在之后的工序中为所述刀刃涂敷涂层，随后再通过再处理过程将其磨锐而形成锐利的刀刃。

本发明的主要优势特别在于，涂覆后才形成刀刃，即锐利的轮廓，由此使刀刃的形成并不取决于涂覆的工序。这样做的优势是，可以形成比常规制造方法中更加锐利的刀刃。根据本发明，特别地是，由于事后才对刀刃进行磨锐并借此对刀刃加以定义，因此有利地是，刀刃的品质，即其锐利度，不依赖于基底的基本形状。与此同时，还特别地确保了对所述刀刃径向位置的准确调整。

上述做法基于这样的认知，即涂层通常大致均匀地涂敷并由此基本上遵循基底的外轮廓。因此，在常规刀具中要相应地预备且预磨削或预磨锐基底，以便在涂覆之后也能获得足够锐利的刀刃。而在本发明中，有利地是，对基底预先进行的磨锐工作可以在一定程度上省去，至少不必将基底完全磨锐。然而，适当地是，在涂覆之前对基底进行预磨锐，以便在后续提高涂覆和定位刀刃时的准确度，这样做，特别地是，在通常无法构造成任意厚度的涂层之内也能确切得到预期的最终轮廓，最终轮廓特别是指锐利的刀刃。因而根据本发明，仅仅或至少主要地通过最后的磨锐步骤并且直接在涂层上形成所述刀刃。由此，与预先磨锐并随后涂覆的做法相比，所述刀刃的锐利度及品质更佳。相应制得的切削刀具以明显更加精确的方式制成并且还因刀刃更佳而具有更长的使用寿命。

本发明的另一优势特别在于，切削刀具在制造时的容差问题得以改善。在这个问题上特别要理解到，所述切削刀具具有带容差的标称直径，并且所述涂层具有层厚，而所述容差并不取决于所述层厚。通常，在制造过程中，磨锐基底以及涂敷涂层都会增加容差。而根据本发明，特别地是，通过磨锐所述涂层对其进行再处理是最后的步骤，至少在塑造所述切削刀具的外轮廓方面是最后的步骤，因而有利地是，标称直径的容差仅由再处理决定，即由形成锐利刀刃的过程决定。

此外，这样做能获得较大的层厚，因为常规上由于层厚较大而致使切削刃发生不理想的变圆的情况不会发生。另外，特别是层厚容差也会随层厚本身的增大而增加，即涂层越厚的刀具在直径上越不准确。而这种不准确性同样通过再加工有利地减弱。而且，这样做还能降低切削刃区域内出现微小裂纹的风险，因而同样有助于实现较厚的层厚并起到延长使用寿命的作用。

在优选的实施方案中，制造具有标称直径的切削刀具，具体方式是，首先，提供具有基底直径的基体，所述基底直径小于所述标称直径。随后，在涂覆所述基底后削减所述切削部内的涂层，特别是部分地磨掉涂层，从而对标称直径加以调整。所述涂层要通过去除或削减，特别是在径向方向上减少，最终使所述切削刀具具有预定且所需的标称直径。通过后期的削减，所述切削刀具便特别准确地制作而成并且容差得到相应改善。

由于容差改善以及制造准确度普遍提高，所述切削刀具特别适于最终加工工件，即在所谓的精加工时例如用于表面调质。在优选的实施方案中，所述切削刀具由此构造为精加工刀具，特别是构造为铰孔锥。所述铰孔锥通常具有一个基体，基体包括数个刀刃，所述刀刃特别地在周向上绕所述基体分布。铰孔锥主要用于钻孔或内表面的精加工。因此，所述刀刃通常在纵向上沿所述基体延伸且延伸至端面，在所述端面处时常还分别布置有斜角或切角，以确保从侧部区域到端部区域形成一定过渡。

一般而言，所述切削刀具包括基体或载体，所述切削部安装或构造于其上。在第一种变型方案中，所述切削刀具一体成型，并且所述基体便是待涂覆的基底。于是，在进行涂覆之前，在该基体中采用例如研磨的方式加工出常见的切削部。在第二种变型方案中，一个或多个切削部固定于基体上，例如固定地焊接或粘接，或者替选地，采用模块化刀具的形式，作为切削刀片或切削刀板以可拆卸的方式固定于载体上。此后，所述切削部在安装至载体或基体前后被涂覆并且在安装前后被磨锐。

所述切削部同样也是所述切削刀具中形成所述刀刃的那一部分。在此情形下，切削刀具还可包括多个切削部，每个切削部分别布置至少一个刀刃。

所述基底通常具有边棱，特别是粗坯刀刃，其具有边棱半径并且被所述涂层覆盖以形成所述刀刃，其中，所述刀刃具有刀刃半径，在优选的实施方案中，所述刀刃半径小于所述边棱半径。换言之，所述刀刃比所述基底更加锐利，更准确地说，比所述边棱或粗坯刀刃更加锐利。如果所述涂层未经再处理，则由所述边棱半径与所述涂层的层厚之和得出所述刀刃半径。在涂覆之后，所述刀刃半径在原则上大于其上涂敷有涂层的边棱半径，因此所述刀刃半径的缩小主要通过再处理实现。所述涂层还如此被磨锐，即使得所述刀刃半径小于所述边棱半径。这一做法是基于这样的考虑，即尽量大的边棱半径能确保涂层的粘附性更佳，由此也特别地减低了涂层中形成微小裂纹的风险以及涂层剥落的风险。但在常规制成的刀具中，较大的边棱半径只会对刀刃半径产生不利影响。然而，在现在的做法中，所述刀刃半径由再处理决定，故而不再取决于边棱半径，因此有利地是，在选取所述刀刃半径时，首要考虑所述涂层能否以最佳方式粘附于所述基底。

为确保特别良好的粘附，有利地是，将所述边棱整圆。对此，所述边棱在涂覆之前特别地被额外整圆，例如被磨削、擦刷或喷丸，并且通常扩大所述边棱半径。

在特别优选的实施方案中，所述边棱半径为5至20μm之间，由此为正常的涂层确保适当的粘附。

优选地，所述刀刃具有从1至5μm范围内的刀刃半径，由此特别地构造成锐利的刀刃。换言之，“锐利”特别理解成刀刃半径在1至5μm的范围内。然而，优选的范围能够根据切削刀具的使用目的以及根据待加工工件的材料而有所改变。从1至5μm的刀刃半径特别适用于延性材料并且一般适用于长切屑的材料，由此也优选地被选择用于加工这类材料的切削刀具。

优选地，所述涂层具有大于所述边棱半径的层厚。由此，所述涂层特别构造为足够厚的层，其稳定性更佳。

在适当的实施方案中，所述涂层具有至少5μm的层厚。在另一特别适当的实施方案中，所述涂层具有至少10μm的层厚。在此，所述层厚优选厚达15μm，乃至20μm。

所述层厚通常并非在所述刀刃的附近测得，而优选在所述基底基本上笔直延展的区段内测得。再则，在所述刀刃的区域内，所述涂层常具有较大的层厚。该层厚主要源自于再处理，即用于形成刀刃的后期磨锐。也就是说，所述涂层的一部分被去除，由此从初始层厚开始削减。于是，为加以磨锐，在所述刀刃之外进行强力去除，以便减小所述刀刃半径并且获得相对较锐利的刀刃。因而，在制造所述切削刀具的过程中，原则上涂敷略厚的层厚，然后再逐步削减，这样就能达成所需的标称直径，特别是获得铰孔锥的直径并磨锐刀刃。特别地是，所述层厚只要足够大，就能实现更长的使用寿命。而主要目标特别是为了解决所述的特别低的标称直径容差。

涂层特别构造为多层涂层，即一层层涂敷，从而在多道工序中并且从多个与之相比较薄的部分涂层中建立起相应厚度的涂层。由此，特别地是，通过常规的涂覆过程就能实现理想的层厚，具体方式是，多次实施涂覆工艺，例如两次到五次。

优选地，借助沉淀工艺来涂敷所述涂层，特别是借助于PVD，即物理气相沉积。由此，可特别地实现上述层厚。这种沉淀工艺主要是以原子或分子形式产生涂层，具有特别高的准确度，并且确保最初特别均匀的涂层。原则上，替代PVD，也可采用CVD(即化学气相沉积)沉淀工艺。

特别地是，所述涂层具有最大20μm的层厚。较大的层厚通常会导致涂层的稳定性降低，于是在工作中存在部分涂层剥落或剥离的风险。在本发明中，最大20μm的限制在尽可能大的层厚及同时尽可能稳定的涂层之间取得最佳妥协。

所述涂层优选地比所述基底更硬并且主要由陶瓷组成。优选地，所述涂层是基于钛的涂层或者金属氮化物涂层，例如由氮化钛或氮化铝铬制成。这种硬质的涂层确保使用寿命更长。

所述基底优选地由硬质合金或金属陶瓷组成。重点主要在于涂层的良好粘性，即用于基底和涂层的材料适宜彼此相称，以确保彼此稳定粘合。

在制造所述切削刀具的过程中，所述涂层在优选的实施方案中借助于激光来加以磨锐。这种磨锐的特征在于高度准确，因此特别适用于制造用来精加工的切削刀具，例如适用于铰孔锥。此外，激光加工还能够对刀刃进行特别具体的配置并且根据切削刀具的应用领域来进行配置。

在适当的替选方案中，所述涂层借助于磨削过程来加以磨锐。对此，例如使用磨轮。

附图说明

下面参照附图详细阐述本发明的实施例。图中分别示意性示出：

图1示出构造为铰孔锥的切削刀具的透视图；以及

图2示出铰孔锥的切削部的剖视图。

具体实施方式

在图1中示出切削刀具2的局部透视图，该切削刀具构造为铰孔锥并且在前侧具有多个、在该图中为六个切削部4，这些切削部在轴向U上绕切削刀具2的基体6分布。为形成刀刃8，在基体6上涂敷涂层10。在所示的实施例中，基体6用作涂层10的基底12。此外，在该图中所示的切削刀具2还一体成型，即切削部4是基体6的固有部分。在未示出的变型方案中，切削部4作为独立的部分固定在基体上，例如以钎焊或可拆卸的方式固定，例如作为切削刀板旋紧在基体上。

在工作中，切削刀具2绕旋转轴R旋转并且还构造为旋转式刀具。刀刃8则作用于图中未示的工件。此外，在相应两个轴向U上毗邻的刀刃8之间，分别构造未详示的排屑槽，以便在工作中排掉产生的切屑。

在图2中示出图1的切削部4横向于旋转轴R的局部剖视图。明显可以看出，一方面通过涂层10构成刀刃8，另一方面则是将涂层10涂敷于基底12上。此外还十分明显的是，涂层10特别构造成锐利的刀刃8。这是通过再处理来实现的，更准确地说，在涂敷之后将涂层10加以磨锐，优选采用激光来进行加工，替选地通过磨削过程。

在涂敷过程中，涂层10在切削部4中首先遵循基底12轮廓，于是具有相对较大的刀刃半径RS。该刀刃半径RS通常略大于基底12在切削部4中的边棱半径RK。为实现尽可能锐利的刀刃8，故首先通过常规方式将基底12加以磨锐，以便减小边棱半径RK，随后再涂敷涂层10。与之相对，在该图中所示的切削刀具2中，首先只是将基底12加以预磨砺，此后进行涂覆，最后再将涂层10磨锐，即减小刀刃半径RS，而非边棱半径RK。大小不变的边棱半径RK则有助于提高涂层10在基底12上的粘附性。反之，锐利的刀刃8让切削刀具2能进行精确的切削，此外该切削刀具还具有更长的使用寿命。

边棱半径RK在图2中约为10μm，刀刃半径RS相对较为锐利并且在图2中约为3μm。此外，涂层具有层厚D，其在图2中约为15μm。在刀刃8的区域内，层厚D较大。这一点主要源自于再处理。亦即，首先将涂层10构造得较厚，然后再对其进行适当削减，以便获得如图2所示的形状并且形成锐利的刀刃8。

如图1所示，通过这种在后期部分去除涂层10，还能为切削刀具2设定某一所需的标称直径。这表示，切削刀具2的容差仅由后期加工决定，而不再由基底12的加工质量或层厚D的精度来决定。通过后期进行磨锐，简单地去除涂层10，以便获得所需的标称直径N。于是，容差仅取决于再处理的质量。

Claims (16)

1.一种切削刀具(2)，具有切削部(4)，其具有基底(12)，在所述基底上涂敷有涂层(10)，所述涂层接受再处理，由此形成锐利的刀刃(8)。

2.根据前述权利要求所述的切削刀具(2)，其特征在于，所述基底(12)具有边棱，其具有边棱半径(RK)并且被所述涂层(10)所覆盖以形成所述刀刃(8)，其中，所述刀刃(8)具有刀刃半径(RS)，所述刀刃半径小于所述边棱半径(RK)。

3.根据前述权利要求所述的切削刀具(2)，其特征在于，所述边棱被整圆。

4.根据权利要求2或3中任一项所述的切削刀具(2)，其特征在于，所述边棱半径(RK)介于5至20μm。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的切削刀具(2)，其特征在于，所述涂层(10)具有层厚(D)，所述层厚大于所述边棱半径(RK)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的切削刀具(2)，其特征在于，所述刀刃(8)具有从1至5μm范围内的所述刀刃半径(RS)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的切削刀具(2)，其特征在于，所述涂层(10)具有至少5μm的所述层厚(D)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的切削刀具(2)，其特征在于，所述涂层(10)具有至少10μm的所述层厚(D)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的切削刀具(2)，其特征在于，所述涂层(10)比所述基底(12)更硬且主要采用陶瓷，并且尤其是基于钛的所述涂层(10)或者是金属氮化物涂层。

10.根据前述权利要求中任一项所述的切削刀具(2)，其特征在于，所述切削刀具构造为铰孔锥，具有基体(6)以及数个所述刀刃(8)，所述刀刃尤其在周向(U)上绕所述基体(6)分布。

11.一种用于制造根据前述权利要求中任一项所述的切削刀具(2)的方法，其中，在所述切削部(4)内，在所述切削刀具(2)的所述基底(12)上涂敷有所述涂层(10)，所述涂层在之后接受再处理，具体方式是，将所述涂层(10)如此磨锐，使其形成锐利的所述刀刃(8)。

12.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于，制造具有标称直径(N)的所述切削刀具(2)，具体方式是，提供具有基底直径的所述基体(12)，所述基底直径小于所述标称直径(N)，并且调整所述标称直径(N)，具体方式是，在涂覆所述基底(12)后削减所述切削部(4)内的所述涂层(10)，特别是将其部分磨掉。

13.根据权利要求11或12中任一项所述的方法，其特征在于，所述涂层(10)借助于激光来加以磨锐。

14.根据权利要求11或12中任一项所述的方法，其特征在于，所述涂层(10)借助于磨削过程来加以磨锐。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述基底(12)在所述切削部(4)内具有所述边棱，在涂敷所述涂层(10)之前将所述边棱整圆。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其特征在于，所述涂层(10)借助于沉淀过程来加以涂敷，特别是借助PVD。