CN108315706A - 一种对刀具进行pvd涂层的真空镀膜装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对刀具进行PVD涂层的真空镀膜装置，其包括靶材、镀膜室壳体、镀膜室门、加热管、工件架，其中，镀膜室壳体与镀膜室门结合形成镀膜室，镀膜室包括多个平行于所述镀膜室的中心轴线并且依次邻接的矩形面，靶材与靶材加热管间隔分布在镀膜室的多个矩形面上，靶材与镀膜室的外壁可拆卸式连接，加热管连接于所述镀膜室的内壁；镀膜室壳体内具有镀膜室底板，镀膜室底板上安装有与电机连接的齿轮轴，齿轮轴的两侧分别设有导轨，所述工件架底部设有滑轮和驱动杆，所述工件架通过所述滑轮滑动到所述导轨上从而进入所述镀膜室，并且所述镀膜室底板上的所述齿轮轴与所述工件架底部的所述驱动杆连接并传递动力，实现所述工件架的旋转运动。

Description

一种对刀具进行PVD涂层的真空镀膜装置

技术领域

本发明涉及刀具PVD涂层制备技术领域，具体地说是一种应用于刀具PVD涂层制备的真空镀膜装置。

背景技术

随着现代机械加工工业朝着高精度、高速、干式切削、环保以及低成本等方向发展，对刀具性能提出了更高的要求。高速钢或硬质合金作为传统的刀具材料，越来越难以满足现代机加工工业的发展需要。

PVD技术能够获得纳微米级涂层并且做到机械制造与绿色环保相结合，同时在不影响原来的关键尺寸的情况下，用来增加耐磨性，改善提高表面的外观，提高表面强度，最后还有很好的防腐蚀、自润滑、导热以及抗摩擦的能力，因此超硬纳微米物理气相沉积涂层是刀具表面理想的耐磨保护涂层，可以大大的提高金属切削刀具的使用寿命。

当前PVD涂层技术已普遍应用于硬质合金铣刀、钻头、油孔钻、阶梯钻、丝锥、铰刀、可转位铣刀片、车刀片、异型刀具、焊接刀具等表面。

随着我国国民经济的发展，真空镀膜设备在工业中的应用越来越广，各领域的不同需求对真空镀膜设备的设计提出了越来越严格的要求。虽然近年来我国真空镀膜设备的设计和制造水平有了长足的进步，但是总体来说，国内真空镀膜设备的整体设计能力和生产水平不高，在品种和质量上难于参与国际市场的竞争。国内装饰涂层厂家遍地都是，然而却很少能够生产刀具的厂家，因此，设计一种具有高真空、对刀具进行高质量涂层的真空镀膜装置势在必行。

发明内容

本发明提供一种对刀具进行PVD涂层的真空镀膜装置，它可以实现高真空，完成超细纳微米涂层的制备，制备的涂层具有高硬度、耐磨损、抗氧化、低摩擦等优良性能，因此显著提高金属切削刀具的使用寿命。

本发明采用的技术方案如下：

一种对刀具进行PVD涂层的真空镀膜装置，包括靶材(1)、镀膜室壳体(2)、镀膜室门(9)、加热管(6)、工件架(8)，其中，镀膜室壳体(2)与镀膜室门(9)结合形成镀膜室，所述镀膜室包括多个平行于所述镀膜室的中心轴线并且依次邻接的矩形面，且所述镀膜室的横截面为正多边形，所述靶材(1)与加热管(6)间隔分布在所述镀膜室的多个矩形面上，所述靶材(1)与所述镀膜室的外壁可拆卸式连接，所述加热管(6)连接于所述镀膜室的内壁；所述镀膜室壳体(2)内具有镀膜室底板(4)，所述镀膜室底板(4)上安装有与电机连接的齿轮轴(3)，所述齿轮轴(3)的两侧分别设有导轨(10)，所述工件架(8)底部设有滑轮(22)和驱动杆，所述工件架(8)通过所述滑轮(22)滑动到所述导轨(10)上从而进入镀膜室，并且镀膜室底板(4)上的齿轮轴(3)与工件架(8)底部的驱动杆连接并传递动力，实现工件架(8)的旋转运动。

在本发明的一实施例中，所述靶材(1)与镀膜室的外壁通过六角头螺栓(11)进行可拆卸式连接。

在本发明的一实施例中，所述加热管(6)通过加热管固定垫片(7)、多个内六角螺钉(5)连接于所述镀膜室的内壁。

在本发明的一实施例中，所述齿轮轴(3)通过齿轮传动连接一电机。

在本发明的一实施例中，所述镀膜室底板(4)上设有两条导轨(10)。

在本发明的优选实施例中，所述工件架(8)为行星齿轮传动工件架。

在本发明的一实施例中，所述工件架(8)包括顶盖(12)和盖板(16)以及设置在所述顶盖(12)和盖板(16)之间的多个用于夹持夹具(13)的夹具固定杆(14)，每个所述夹具固定杆(14)的不同高度处分别设有螺纹孔，每个螺纹孔的直径为8-10mm，相邻螺纹孔之间的距离为16-20mm。优选地，多个所述螺纹孔成线性等距排列。

优选地，多个所述夹具固定杆(14)沿所述顶盖(12)和盖板(16)的圆周均匀排列。

在本发明的一实施例中，所述工件架(8)还包括设置在所述顶盖(12)和盖板(16)之间的若干支撑杆(15)；

所述夹具(13)包括夹具底座(25)，所述夹具底座(25)上设有沿同一圆周排布的多个夹具套管(24)，每个夹具套管(24)相对于所述夹具底座(25)能够沿夹具套管(24)自身的轴转动；所述夹具底座(25)还连接有一拨叉件，所述拨叉件包括拨叉固定座(26)、设置在拨叉固定座(26)上面的拨叉(27)，所述支撑杆(15)到所述夹具固定杆(14)的距离小于所述拨叉(27)到所述夹具固定杆(14)的距离；其中，所述夹具底座(25)与所述拨叉固定座(26)可相对转动，同时所述夹具底座(25)与所述夹具固定杆(14)为固定设置，并且所述拨叉(27)设置在所述夹具套管(24)所组成的圆周内，以达到所述夹具底座(25)转动时，所述拨叉(27)能够拨动所述夹具套管(24)使其能够沿自身的轴转动。

更优选地，在本发明的一实施例中，所述夹具(13)中夹具底座(25)下面是拨叉固定座(26)，拨叉固定座(26)下面设一支撑板(28)，夹具底座(25)与支撑板(28)通过螺柱连接，同时支撑板(28)对拨叉固定座(26)起支撑作用，拨叉固定座(26)与夹具底座(25)有相对转动。拨叉固定座(26)与支撑板(28)的运动保持一致，夹具底座(25)与夹具固定杆(14)的运动保持一致，从而使拨叉(27)拨动套管(24)，使套管进行自转。

在本发明的一实施例中，所述行星齿轮传动工件架包括主动齿轮(17)、多个从动齿轮(18)、转盘(19)、固定盘(20)、保护罩(21)、滑轮(22)、轴承(23)，所述转盘(19)与固定盘(20)之间设有所述轴承(23)，所述转盘(19)内放置有所述主动齿轮(17)和从动齿轮(18)，且所述转盘(20)设有与从动齿轮(18)啮合的内齿轮，所述主动齿轮(17)底部设有所述驱动杆，所述驱动杆与所述齿轮轴(3)配合，传递动力给与所述主动齿轮(17)相啮合的从动齿轮(18)，同时，每个所述夹具固定杆(14)穿过盖板(16)与从动齿轮(17)的中心进行间隙配合，从而实现了夹具固定杆(14)的公转与自转。所述轴承(23)优选为推力球轴承。

在本发明的一实施例中，所述真空镀膜装置共设有四个靶材(1)与四个加热管(6)，所述镀膜室的横截面为正八边形，所述镀膜室包括八个平行于所述镀膜室的中心轴线并且依次邻接的矩形面，所述四个靶材(1)与四个加热管(6)间隔分布在镀膜室的八个矩形面上。更优选地，所述夹具固定杆(14)也设置为八个，且分别设置在正八边形的顶点上。进一步优选地，所示支撑杆(15)也设置为八个。除此之外，本领域技术人员也可根据本发明的设计原则改变靶材(1)、加热管(6)的数量，镀膜室的横截面的边数，夹具固定杆(14)和支撑杆(15)的数量。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

第一、本发明的真空镀膜装置耐腐蚀，可以实现高真空，容积利用率高，且便于加工制造和内部构件的组装，工作时便于操作，具有良好的刚度稳定性；

第二、本发明的工件架的旋转采用了行星齿轮传动，具有均匀平稳的运动速度，降低了刀具自身的各个位置以及同一工件架上的各个刀具之间的膜厚差，使得涂层的刀具表面质量好，可大大延长刀具的使用寿命，为企业提高效益。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明实施例的对刀具进行PVD涂层的真空镀膜装置的爆炸图；

图2为本发明实施例的对刀具进行PVD涂层的真空镀膜室壳体的结构图；

图3为本发明实施例的对刀具进行PVD涂层的真空镀膜室门的结构图；

图4为本发明实施例的对刀具进行PVD涂层的行星齿轮传动工件架的爆炸图；

图5为本发明实施例的对刀具进行PVD涂层的夹具的装配方式图；

图中：1、靶材；2、镀膜室壳体；3、齿轮轴；4、镀膜室底板；5、内六角螺钉；6、加热管；7、加热管固定垫片；8、工件架；9、镀膜室门；10、导轨；11、六角头螺栓；12、顶盖；13、夹具；14、夹具固定杆；15、支撑杆；16、盖板；17、主动齿轮；18、从动齿轮；19、转盘；20、固定盘；21、保护罩；22、滑轮；23、推力球轴承；24、套管；25、夹具底座；26、拨叉固定座；27、拨叉；28、支撑板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明采用的最佳实施方案作进一步的详细的描述。

如图1、图2所示，本发明提供一种对刀具进行PVD涂层的真空镀膜装置，包括：

靶材(1)、镀膜室壳体(2)、镀膜室门(9)、加热管(6)、工件架(8)；其中，

镀膜室壳体(2)的内侧具有镀膜室底板(4)，镀膜室底板(4)上安装有齿轮轴(3)，齿轮轴(3)的两侧分别设有导轨(10)，请参见图2；

具体地，镀膜室壳体(2)与镀膜室门(9)结合形成正八面体箱体结构；本实施例的真空镀膜装置共有四个靶材(1)与四个加热管(6)，靶材(1)与加热管(6)间隔分布在箱体的八个矩形面上；其中，所述靶材(1)与镀膜室壁用六角头螺栓(11)连接，所述加热管(6)与镀膜室壁用加热管固定垫片(7)、内六角螺钉(5)连接(请结合参见图3)；

具体地，镀膜室底板(4)上有两条导轨(10)，工件架(8)可通过底部的滑轮(22)滑动到导轨(10)上从而进入镀膜室，齿轮轴(3)通过齿轮传动连接一电机，并与工件架(8)底部的驱动杆(图中未示)连接，传递动力，实现工件架(8)的旋转运动。

在本实施例中，工件架(8)是行星齿轮传动工件架，如图4所示是行星齿轮传动工件架的结构，其包括顶盖(12)、夹具(13)、夹具固定杆(14)、支撑杆(15)、盖板(16)、主动齿轮(17)、从动齿轮(18)、转盘(19)、固定盘(20)、保护罩(21)、滑轮(22)、推力球轴承(23)，所述转盘(19)与固定盘(20)之间有推力球轴承(23)，所述转盘(19)内放置有主动齿轮(17)和多个从动齿轮(18)，且转盘(20)设有与从动齿轮(18)啮合的内齿轮，所述主动齿轮(17)底部设置的所述驱动杆(即工件架(8)底部的驱动杆)与真空镀膜机底部的齿轮轴(3)配合，传递动力给与主动齿轮(17)相啮合的从动齿轮(18)，同时所述夹具固定杆(14)穿过盖板(16)通过键与从动齿轮(17)的中心进行间隙配合，从而实现了夹具固定杆(14)的公转与自转。

并且，在本实施例中，所述盖板(16)上通过螺纹固定有支撑杆(15)，所述支撑杆(15)上端与顶盖(12)进行螺栓连接。所述夹具固定杆(14)与顶盖(12)用外六角螺钉连接，避免夹具固定杆在工作时晃动而影响涂层的均匀性。

在本实施例中，所述夹具固定杆(14)上设计有一排螺纹孔，方便夹具可以根据不同尺寸的刀具进行装夹，也达到节约空间资源的目的。

在本实施例中，所述盖顶(12)为中间镂空的圆形盖顶，结构简单，节省材料，减轻了自身重量。

所述保护罩(21)保护了齿轮传动系统的干净整洁。

在本实施例中，所述工件架(8)中设有八根夹具固定杆(14)和八根支撑杆(15)，既实现了美观得体的要求，又为其内部设计带来方便。

如图5所示是夹具的装配方式，所述夹具底座(25)通过螺钉固定在夹具固定杆(14)上的螺纹孔中，所述套管(24)底部可拆卸的套在夹具底座(25)的圆柱凸台(图中未示)上，所述夹具底座(25)通过螺柱与支撑板(28)连接，所述支撑板(28)支撑拨叉固定座(26)，所述拨叉固定座(26)与支撑杆(15)接触并被支撑杆(15)阻挡不能随所述夹具底座(25)一起转动，所述拨叉(27)通过与夹具固定杆(14)的相对运动控制夹具底座(25)上的套管(24)自转，实现了刀具的全方位涂覆。

使用本实施例的真空镀膜装置的工作步骤示例如下：

第一、根据刀具表面需要涂层的种类不同(如DLC、TiAlSiN、TiAlN等)，在真空室内的侧壁上安装需要的靶材，对真空室进行清理，确保涂层环境没有污染；

第二、然后将待涂层刀具的刀尖向上插入夹具体(13)的各个套管(24)内，将多套已装夹了待涂层刀具的夹具体(13)固定在夹具固定杆(14)上，待刀具全部装夹完成后，在支撑杆(15)和夹具固定杆(14)上盖上盖板(12)，拨动夹具固定杆(14)，保证刀具在拨叉正常工作下既能进行公转，又能进行自转；

第三、将装夹刀具的工件架(8)底部的滑轮(22)滑动到导轨(10)上进入真空镀膜室，确认能正常工作后，关闭镀膜室门(9)，开启设备，启动真空系统和加热系统，对炉腔进行抽真空和加热，使压强和温度达到一定条件，将靶材通电，通入氩气，氩气经电离后产生等离子场，利用离子轰击靶材对其进行表面刻蚀清洗，进一步清除表面的氧化污渍，氩离子清洗结束后，通过程序控制关闭氩气进入的开关，通入所需气体，开启所需靶材，使靶材表面和气体在高场强条件下产生电子、离子、中性原子和微颗粒，在外加电场和磁场作用下，使带电颗粒定向运动，最终沉积于工件表面成膜。

本发明的旋转炉架结构简单，夹具固定杆上设计有一排螺纹孔，夹具可根据刀具的长度不同选择适当的螺纹孔进行装夹，节约了空间资源，且装夹刀具数量较多，提高了生产效率。

本发明的刀具固定套管不是通过齿轮啮合传动旋转的，而是通过拨叉拨动套管，实现套管的自转，结构比较简单，且每个夹具可装夹的刀具数量多。

本发明的真空镀膜装置的靶材可以拆卸进行更换，且可控制真空室中通入不同的气体，不只能够进行Ti(C,N)薄膜的涂覆，还可以涂覆如DLC、TiAlSiN、TiAlN等薄膜。

本发明的真空镀膜装置便于加工制造和内部构建的组装，工作的时候便于操作，在热态工作条件下具有良好的刚度稳定性，且容积利用率高，可实现高真空。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种对刀具进行PVD涂层的真空镀膜装置，其特征在于，包括靶材、镀膜室壳体、镀膜室门、加热管、工件架，其中，所述镀膜室壳体与所述镀膜室门结合形成镀膜室，所述镀膜室包括多个平行于所述镀膜室的中心轴线并且依次邻接的矩形面，且所述镀膜室的横截面为正多边形，所述靶材与靶材加热管间隔分布在所述镀膜室的多个所述矩形面上，所述靶材与所述镀膜室的外壁可拆卸式连接，所述加热管连接于所述镀膜室的内壁；所述镀膜室壳体内具有镀膜室底板，所述镀膜室底板上安装有与电机连接的齿轮轴，所述齿轮轴的两侧分别设有导轨，所述工件架底部设有滑轮和驱动杆，所述工件架通过所述滑轮滑动到所述导轨上从而进入所述镀膜室，并且所述镀膜室底板上的所述齿轮轴与所述工件架底部的所述驱动杆连接并传递动力，实现所述工件架的旋转运动。

2.如权利要求1所述的对刀具进行PVD涂层的真空镀膜装置，其特征在于，所述加热管通过若干加热管固定垫片、多个内六角螺钉连接于所述镀膜室的内壁。

3.如权利要求1所述的对刀具进行PVD涂层的真空镀膜装置，其特征在于，所述镀膜室底板上设有两条所述导轨。

4.如权利要求1所述的对刀具进行PVD涂层的真空镀膜装置，其特征在于，所述工件架为行星齿轮传动工件架。

5.如权利要求4所述的对刀具进行PVD涂层的真空镀膜装置，其特征在于，所述工件架包括顶盖和盖板以及设置在所述顶盖和所述盖板之间的多个夹具固定杆，所述夹具固定杆能够夹持夹具，每个所述夹具固定杆的不同高度处分别设有螺纹孔，每个螺纹孔的直径为8-10mm，相邻螺纹孔之间的距离为16-20mm。

6.如权利要求5所述的对刀具进行PVD涂层的真空镀膜装置，其特征在于，多个所述夹具固定杆沿所述顶盖和所述盖板的圆周均匀排列。

7.如权利要求5所述的对刀具进行PVD涂层的真空镀膜装置，其特征在于，所述工件架还包括设置在所述顶盖和所述盖板之间的若干支撑杆；

所述夹具包括夹具底座，所述夹具底座上设有沿同一圆周排布的多个夹具套管，每个夹具套管相对于所述夹具底座能够沿夹具套管自身的轴转动；所述夹具底座还连接有一拨叉件，所述拨叉件包括拨叉固定座、设置在所述拨叉固定座上面的拨叉，其中，所述支撑杆到所述夹具固定杆的距离小于所述拨叉到所述夹具固定杆的距离；其中，

所述夹具底座与所述拨叉固定座可相对转动，同时所述夹具底座与所述夹具固定杆为固定设置，并且所述拨叉设置在所述夹具套管所组成的圆周内，以达到所述夹具底座转动时，所述拨叉能够拨动所述夹具套管使其能够沿自身的轴转动。

8.如权利要求7所述的对刀具进行PVD涂层的真空镀膜装置，其特征在于，所述夹具中，所述夹具底座下面是所述拨叉固定座，所述拨叉固定座下面设一支撑板，所述夹具底座与所述支撑板通过螺柱连接，同时所述支撑板对所述拨叉固定座起支撑作用，所述拨叉固定座与所述夹具底座有相对转动，所述拨叉固定座与所述支撑板的运动保持一致，所述夹具底座与所述夹具固定杆的运动保持一致。

9.如权利要求4所述的对刀具进行PVD涂层的真空镀膜装置，其特征在于，所述行星齿轮传动工件架包括主动齿轮、多个从动齿轮、转盘、固定盘、保护罩、滑轮、轴承，所述转盘与所述固定盘之间设有所述轴承，所述转盘内放置有所述主动齿轮和所述从动齿轮，且所述转盘设有与所述从动齿轮啮合的内齿轮，所述主动齿轮底部设有所述驱动杆，所述驱动杆与所述齿轮轴配合，传递动力给与所述主动齿轮相啮合的从动齿轮，同时，每个所述夹具固定杆穿过所述盖板与所述从动齿轮的中心进行间隙配合。

10.如权利要求1所述的对刀具进行PVD涂层的真空镀膜装置，其特征在于，所述真空镀膜装置共设有四个所述靶材与四个所述加热管，所述镀膜室的横截面为正八边形，所述镀膜室包括八个平行于所述镀膜室的中心轴线并且依次邻接的矩形面，四个所述靶材与四个所述加热管间隔分布在所述镀膜室的八个所述矩形面上。