CN109482914A - 一种涂层后处理的可转位刀片及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种涂层后处理的可转位刀片及其制作方法，可转位刀片包括基体和基体上的涂层；涂层包括涂在定位面、倾斜面、间隙面、切削刃的第一涂层，涂在余隙面的第二涂层，和涂在定位孔的第三涂层；该第一涂层为CVD涂层，该第二涂层包括CVD涂层和PVD涂层，该第三涂层为CVD涂层。本发明，一方面，能够对高进给高速的加工工况起到提高可转位刀片的耐磨性，另一方面，能提高低速非连续加工工况下可转位刀片的韧性。

Description

一种涂层后处理的可转位刀片及其制作方法
技术领域
本发明涉及金属的切削成型加工的涂层刀具及其生产方法，特别是涉及一种涂层后处理的可转位刀片及其制作方法。
背景技术
现代高生产效率的金属切削成型加工需要兼备出色的耐磨性能和抗冲击性能的可靠工具，为了提高切削工具的耐磨性能，现有技术通常是在基体上涂耐磨性涂层，耐磨损涂层一般为多层类型，最常见的包括具有较好耐磨性的TiC(碳化钛)、TiCN(碳氮化钛)、TiN(氮化钛)和Al2O3(氧化铝)等，制作涂层时一般是使用CVD(化学气相淀积)的方式向基体(比如烧结碳化物)上沉积不同的层。提升抗冲击方式一般是采用抗冲击强度高的基体或钝化值大的刃口来实现。但是，现有技术的这种涂层切削工具存在着由于涂层具有良好隔热性而使得刀片过快地升温而降低硬度，以及低速和非连续加工工况时容易出现崩刃失效的弊端。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种涂层后处理的可转位刀片及其制作方法，通过对刀具的基体采用特殊的涂层结构、特殊的PVD的方法降低CVD涂层的拉应力，并再采用喷砂或毛刷抛光的方式进一步降低拉应力，一方面，能够对高进给高速的加工工况起到提高可转位刀片的耐磨性，另一方面，能提高低速非连续加工工况下可转位刀片的韧性。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种涂层后处理的可转位刀片，包括基体和基体上的涂层；所述基体包括正面、背面和至少一个余隙面，该余隙面与所述的正面及背面相交形成切削刃，所述正面和背面分别包括处于中间位置的定位面和定位面至切削刃之间的倾斜面、间隙面，正面和背面之间至少有一个定位孔；所述涂层包括涂在定位面、倾斜面、间隙面、切削刃的第一涂层，该第一涂层为CVD涂层，包括选自碳化钛、碳氮化钛、氧化铝、羰基化钛、氮化钛的至少一种层，和处于表面的氧化铝层；所述涂层还包括涂在余隙面的第二涂层，该第二涂层包括CVD涂层和PVD涂层，第二涂层的CVD涂层包括选自碳化钛、碳氮化钛、氧化铝、羰基化钛、氮化钛的至少一种层，和处于次表面的氮化钛层，第二涂层的PVD涂层处于表面，该第二涂层的PVD涂层包括选自氮铝化钛、氮硅钛、氮铬铝、氮硼钛、氮化钛、氮化硅、氮化锆的至少一种层；所述涂层还包括涂在定位孔的第三涂层，该第三涂层为CVD涂层，包括选自碳化钛、碳氮化钛、氧化铝、羰基化钛、氮化钛的至少一种层，和处于表面的氮化钛层。
所述涂层的总厚度为5～40um；其中，氧化铝涂层的厚度为1～10um，氮化钛涂层的厚度为0.1～3um，处于最外层的PVD涂层的厚度为0.5～3um。
在基体的表面中，其中，涂层的区域占基体的总表面的100％，涂层表面为PVD涂层的区域占基体的总表面的20％～50％，涂层表面为氮化钛层的区域占基体的总表面的10％～20％，涂层表面为氧化铝层的区域占基体的总表面的30％～70％。
所述基体为烧结碳化物或陶瓷。
一种涂层后处理的可转位刀片的制作方法，包括在基体上制作CVD涂层和PVD涂层；基体包括正面、背面和至少一个余隙面，该余隙面与所述的正面及背面相交形成切削刃，所述正面和背面分别包括处于中间位置的定位面和定位面至切削刃之间的倾斜面、间隙面，正面和背面之间至少有一个定位孔；基体上制作涂层时，是通过CVD方法向基体表面沉积下列物质：总厚度为5～40um的硬层体系，该CVD涂层包括选自碳化钛、碳氮化钛、氧化铝、羰基化钛、氮化钛的至少一种层，和1～10um厚的处于CVD涂层次表面的氧化铝层，以及0.1～3um厚的处于CVD涂层表面的氮化钛层；再采用PVD的涂层的方法在除定位孔外的区域涂覆上0.5～3um厚的PVD涂层，该PVD涂层为选自氮铝化钛、氮硅钛、氮铬铝、氮硼钛、氮化钛、氮化硅、氮化锆的至少一种层；然后再除去定位面、切削刃、间隙面和倾斜面上的氮化钛层和所述PVD涂层。
所述刀片中，余隙面区域的表面呈灰色，灰色部分的面积占涂层总面积的20％～50％，定位孔区域的表面呈黄色，黄色部分的面积占涂层总面积的10％～20％，定位面、切削刃、间隙面和倾斜面区域的表面呈黑色，黑色部分的面积占涂层总面积的30％～70％。
采用PVD的方法降低CVD涂层存在的拉应力。
所述氮化钛层和PVD涂层去除是采用1～3Bar压力下进行喷砂去除或采用100～
400r/min转速、0～5mm下压量进行抛光去除。
与现有技术相比较，本发明的有益效果是：
本发明根据已有技术结合产品的失效形式分析出产品耐磨损或韧性的不足，分析出刀片在切削过程中不同部位的受力情况，得出CVD涂层的刀片除余隙面和定位孔外的部位均需要降低涂层的拉应力用于适应更大的受力情况。本发明将刀片的余隙面除外处设计成CVD涂层，因为该结构的功能仅需满足识别是否使用过的非功能作用，无需降低CVD涂层的拉应力；本发明通过PVD的方法将切削过程受力情况不同于余隙面的部位的CVD涂层的拉应力显著降低后，更好的适用于更大的受力工况。特别的，在刀片上形成余隙面灰色、定位孔黄色、其余部位黑色的三种不同颜色，让使用者能够一眼区分出这款特殊颜色的刀片。因此，先采用PVD涂层的方法降低CVD涂层的拉应力，通过对涂层刀片进行电弧离子镀来实现，再除去除余隙面外的最外层的PVD和TiN以暴露Al2O3，通过对涂层刀片的后处理如喷砂或毛刷抛光来实现。
本发明通过特殊的PVD方法向涂有CVD的基体表面沉积下列物质：总厚度为5～40um；其中，氧化铝涂层的厚度为1～10um，氮化钛涂层的厚度为0.1～3um；再采用PVD的涂层的方法涂覆上一层0.5～3um厚的涂层，并降低CVD涂层的拉应力，然后通过后处理至少除去定位面、刃线上和倾斜面上的氮化钛层和上述的PVD涂层；一方面，能够对高进给高速的加工工况起到提高可转位刀片的耐磨性，另一方面，能提高低速非连续加工工况下可转位刀片的韧性。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种涂层后处理的可转位刀片及其制作方法不局限于实施例。
附图说明
图1是实施例本发明的可转位刀片立体构造示意图；
图2-1是实施例本发明(余隙面处)的200X光学显微镜显微照片；
图2-2是实施例本发明(余隙面处)的500X扫描电子显微镜显微照片；
图3-1是实施例本发明(定位孔处)的200X光学显微镜显微照片；
图3-2是实施例本发明(定位孔处)的500X扫描电子显微镜显微照片
图4-1是实施例本发明(3.0Bar下喷砂去除氮铝化钛和氮化钛涂层后)的200X光学显微镜显微照片；
图4-2是实施例本发明(3.0Bar下喷砂去除氮铝化钛和氮化钛涂层后)的500X扫描电子显微镜显微照片；
图5-1是比较例(1.8Bar下喷砂去除涂层后)的200X光学显微镜显微照片；
图5-2是比较例(2.0Bar下喷砂去除涂层后)的200X光学显微镜显微照片；
图5-3是比较例(2.2Bar下喷砂去除涂层后)的200X光学显微镜显微照片。
具体实施方式
参见图1所示，本发明的一种涂层后处理的可转位刀片，包括基体和基体上的涂层；所述基体包括正面1、背面2和至少一个余隙面3，该余隙面3与所述的正面1及背面2相交形成切削刃4，所述正面和背面分别包括处于中间位置的定位面5和定位面至切削刃之间的倾斜面6、间隙面7，正面和背面之间至少有一个定位孔8；所述涂层包括涂在定位面5、倾斜面6、间隙面7、切削刃4的第一涂层，该第一涂层为CVD涂层，包括选自碳化钛、碳氮化钛、氧化铝、羰基化钛、氮化钛的至少一种层，和处于表面的氧化铝层；所述涂层还包括涂在余隙面3的的第二涂层，该第二涂层为CVD涂层和PVD涂层，第二涂层的CVD涂层包括选自碳化钛、碳氮化钛、氧化铝、羰基化钛、氮化钛的至少一种层，和处于次表面的氮化钛层，第二涂层的PVD涂层处于表面，该第二涂层的PVD涂层包括选自氮铝化钛、氮硅钛、氮铬铝、氮硼钛、氮化钛、氮化硅、氮化锆的至少一种层；所述涂层还包括涂在定位孔8的第三涂层，该第三涂层为CVD涂层，包括选自碳化钛、碳氮化钛、氧化铝、羰基化钛、氮化钛的至少一种层，和处于表面的氮化钛层。
本发明的涂层的厚度为5～40um；其中，氧化铝涂层的厚度为1～10um，氮化钛涂层的厚度为0.1～3um，氮铝化钛涂层的厚度为0.5～3um。
在基体的表面中，其中，涂层的区域占基体的总表面的100％，涂层表面为氮铝化钛层的区域占基体的总表面的20％～50％，涂层表面为氮化钛层的区域占基体的总表面的10％～20％，涂层表面为氧化铝层的区域占基体的总表面的30％～70％。
所述基体为烧结碳化物或陶瓷。
一种涂层后处理的可转位刀片的制作方法，包括在基体上制作CVD涂层和PVD涂层；基体包括正面、背面和至少一个余隙面，该余隙面与所述的正面及背面相交形成切削刃，所述正面和背面分别包括处于中间位置的定位面和定位面至切削刃之间的倾斜面、间隙面，正面和背面之间至少有一个定位孔；基体上制作涂层时，是通过CVD方法向基体表面沉积下列物质：总厚度为5～40um的硬层体系，该涂层包括选自碳化钛、碳氮化钛、氧化铝、羰基化钛、氮化钛的至少一种层，和1～10um厚的处于CVD涂层次表面的氧化铝层，以及0.1～3um厚的处于CVD涂层表面的氮化钛层；再采用PVD的涂层的方法在除定位孔外的区域涂覆上0.5～3um厚的PVD涂层，该PVD涂层为选自氮铝化钛、氮硅钛、氮铬铝、氮硼钛、氮化钛、氮化硅、氮化锆的至少一种层；然后再除去定位面、切削刃、间隙面和倾斜面上的氮化钛层和所述PVD涂层。。
所述刀片中，余隙面区域的表面呈灰色，灰色部分的面积占涂层总面积的20％～50％，定位孔区域的表面呈黄色，黄色部分的面积占涂层总面积的10％～20％，定位面、切削刃、间隙面和倾斜面区域的表面呈黑色，黑色部分的面积占涂层总面积的30％～70％。
本发明是采用PVD的方法降低CVD涂层存在的拉应力。
所述氮化钛层和PVD涂层去除是采用1～3Bar压力下进行喷砂去除或采用100～
400r/min转速、0～5mm下压量进行抛光去除。
本发明的一种涂层后处理的可转位刀片及其制作方法，是根据已有技术结合产品的失效形式分析出产品耐磨损或韧性的不足，分析出刀片在切削过程中不同部位的受力情况，得出CVD涂层的刀片除余隙面和定位孔外的部位均需要降低涂层的拉应力用于适应更大的受力情况。本发明将刀片的余隙面除外处设计成CVD涂层，因为该结构的功能仅需满足识别是否使用过的非功能作用，无需降低CVD涂层的拉应力；本发明通过PVD的方法将切削过程受力情况不同于余隙面的部位的CVD涂层的拉应力显著降低后，更好的适用于更大的受力工况。特别的，在刀片上形成余隙面灰色、定位孔黄色、其余部位黑色的三种不同颜色，让使用者能够一眼区分出这款特殊颜色的刀片。因此，先采用PVD涂层的方法降低CVD涂层的拉应力，通过对涂层刀片进行电弧离子镀来实现，再除去除余隙面外的最外层TiAlN涂层和TiN以暴露Al2O3，通过对涂层刀片的后处理如喷砂或毛刷抛光来实现。
本发明通过特殊的PVD方法向涂有CVD的基体表面沉积下列物质：总厚度为5～40um；其中，氧化铝涂层的厚度为1～10um，氮化钛涂层的厚度为0.1～3um；再采用PVD的涂层的方法涂覆上一层0.5～3um厚的氮铝化钛涂层，并降低CVD涂层的拉应力，然后通过后处理至少除去定位面、刃线上和倾斜面上的氮化钛层和上述的PVD涂层；一方面，能够对高进给高速的加工工况起到提高可转位刀片的耐磨性，另一方面，能提高低速非连续加工工况下可转位刀片的韧性。
本发明的外观采用灰色、黑色、黄色，功能上能够提升CVD涂层的钢车类产品抗冲击性和稳定性，在性能上因其特有的PVD方法去拉应力的处理技术并同时能达到更好的涂层结合力效果从而能有效提高产品的切削寿命。
以下，通过本发明的一个具体实例与比较例的比较，来进一步说明本发明的一种涂层后处理的可转位刀片及其制作方法。
本发明实例
图2-1为200X光学显微镜显微照片，显示了根据本发明的刀片的余隙面采用PVD的方法涂覆在CVD涂层上的最外层，在图2-1中：A1—TiAlN；
图2-2为500X扫描电子显微镜显微照片，显示了根据本发明的刀片的余隙面采用PVD的方法涂覆在CVD涂层上的最外层，在图2-2中：A2—TiAlN；
图3-1为200X光学显微镜显微照片，显示了根据本发明的刀片的定位孔的TiN最外层，在图3-1中：A3—TiN；
图3-2为500X扫描电子显微镜显微照片，显示了根据本发明的刀片的定位孔的TiN最外层，在图3-2中：A4—TiN；
图4-1为200X光学显微镜显微照片，其中显示了根据本发明的刀片的Al2O3最外层，其不存在经过喷砂工序后的任何残余物，其中，在图4-1中：A5—Al2O3；
图4-2为500X扫描电子显微镜显微照片，其中显示了根据本发明的刀片的Al2O3最外层，其不存在经过喷砂工序后的任何残余物，其中，在图4-2中：A6—Al2O3；
样品A(本发明)：通过CVD技术按照下列顺序涂层烧结碳化物切削刀片WNMG080408-QM，其组分为7.0Wt-％Co、9.0wt-％立方碳化物(TiC+TaC+NbC)和余量WC，所述顺序为0.8μmTiN、3.0μmTi(CN)、4.0μm a-Al2O3和1.2μmTiN；
采用CVD方法沉积上述涂层；
通过PVD技术涂层涂覆TiAlN至所述涂层刀片；
通过使用Al2O3砂粒，在喷砂压力3.0Bar下后处理所述的涂层刀片。
比较例
样品B(现有技术)：通过CVD技术按照下列顺序涂层烧结碳化物切削刀片CNMG120408-PM，其组分为5.5Wt-％Co、8.6wt-％立方碳化物(TiC+TaC+NbC)和余量WC，所述顺序为0.7μmTiN、4.0μmTi(CN)、5.0μm a-Al2O3和0.7μm氧化钛Ti2O3和0.7umTiN；
通过CVD技术沉积Ti2O3层，通过CVD方法沉积其他层；
通过使用Al2O3砂粒，在不同的喷砂压力即1.8、2.0和2.2Bar下喷砂来后处理所述的涂层刀片。
用光学显微镜(200X)研究A型和B型刀片以发现氧化铝表面上的任何TiN残余物，并进一步用扫描电子显微镜(500X)来检测除Al2O3以外残余物。采用图像分析(leicaQuantimet 500)或能谱分析确定残余物的量。结果总结于下表中。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种涂层后处理的可转位刀片，包括基体和基体上的涂层；所述基体包括正面、背面和至少一个余隙面，该余隙面与所述的正面及背面相交形成切削刃，所述正面和背面分别包括处于中间位置的定位面和定位面至切削刃之间的倾斜面、间隙面，正面和背面之间至少有一个定位孔；其特征在于：所述涂层包括涂在定位面、倾斜面、间隙面、切削刃的第一涂层，该第一涂层为CVD涂层，包括选自碳化钛、碳氮化钛、氧化铝、羰基化钛、氮化钛的至少一种层，和处于表面的氧化铝层；所述涂层还包括涂在余隙面的第二涂层，该第二涂层包括CVD涂层和PVD涂层，第二涂层的CVD涂层包括选自碳化钛、碳氮化钛、氧化铝、羰基化钛、氮化钛的至少一种层，和处于次表面的氮化钛层，第二涂层的PVD涂层处于表面，该第二涂层的PVD涂层包括选自氮铝化钛、氮硅钛、氮铬铝、氮硼钛、氮化钛、氮化硅、氮化锆的至少一种层；所述涂层还包括涂在定位孔的第三涂层，该第三涂层为CVD涂层，包括选自碳化钛、碳氮化钛、氧化铝、羰基化钛、氮化钛的至少一种层，和处于表面的氮化钛层。
2.根据权利要求1所述的涂层后处理的可转位刀片，其特征在于：所述涂层的总厚度为5～40um；其中，氧化铝涂层的厚度为1～10um，氮化钛涂层的厚度为0.1～3um，处于最外层的PVD涂层的厚度为0.5～3um。
3.根据权利要求1所述的涂层后处理的可转位刀片，其特征在于：在基体的表面中，其中，涂层的区域占基体的总表面的100％，涂层表面为PVD涂层的区域占基体的总表面的20％～50％，涂层表面为氮化钛层的区域占基体的总表面的10％～20％，涂层表面为氧化铝层的区域占基体的总表面的30％～70％。
4.根据权利要求1所述的涂层后处理的可转位刀片，其特征在于：所述基体为烧结碳化物或陶瓷。
5.一种涂层后处理的可转位刀片的制作方法，包括在基体上制作CVD涂层和PVD涂层；基体包括正面、背面和至少一个余隙面，该余隙面与所述的正面及背面相交形成切削刃，所述正面和背面分别包括处于中间位置的定位面和定位面至切削刃之间的倾斜面、间隙面，正面和背面之间至少有一个定位孔；其特征在于：基体上制作涂层时，是通过CVD方法向基体表面沉积下列物质：总厚度为5～40um的硬层体系，该CVD涂层包括选自碳化钛、碳氮化钛、氧化铝、羰基化钛、氮化钛的至少一种层，和1～10um厚的处于CVD涂层次表面的氧化铝层，以及0.1～3um厚的处于CVD涂层表面的氮化钛层；再采用PVD的涂层的方法在除定位孔外的区域涂覆上0.5～3um厚的PVD涂层，该PVD涂层为选自氮铝化钛、氮硅钛、氮铬铝、氮硼钛、氮化钛、氮化硅、氮化锆的至少一种层；然后再除去定位面、切削刃、间隙面和倾斜面上的氮化钛层和所述PVD涂层。
6.根据权利要求5所述的涂层后处理的可转位刀片的制作方法，其特征在于：所述刀片中，余隙面区域的表面呈灰色，灰色部分的面积占涂层总面积的20％～50％，定位孔区域的表面呈黄色，黄色部分的面积占涂层总面积的10％～20％，定位面、切削刃、间隙面和倾斜面区域的表面呈黑色，黑色部分的面积占涂层总面积的30％～70％。
7.根据权利要求5所述的涂层后处理的可转位刀片的制作方法，其特征在于：采用PVD的方法降低CVD涂层存在的拉应力。
8.根据权利要求5所述的涂层后处理的可转位刀片的制作方法，其特征在于：所述氮化钛层和PVD涂层去除是采用1～3Bar压力下进行喷砂去除或采用100～400r/min转速、0～5mm下压量进行抛光去除。
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