涂布切削工具及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及涂布切削工具（coatedcuttingtool)，其由陶瓷、金屬陶瓷、硬質(zhì) 合金、多晶金剛石、立方氮化硼或高速鋼制成，適用于車削、銑削、鉆削或其它的切肩形成 (chipforming)機(jī)械加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常用硬質(zhì)涂層對(duì)由陶瓷、金屬陶瓷或硬質(zhì)合金制成的切削工具進(jìn)行涂布以改 進(jìn)耐磨性和切削性能。通常對(duì)于不同的應(yīng)用優(yōu)化所述涂層。這一優(yōu)化常常基于特定應(yīng)用 的主要磨損機(jī)制。例如，已知氧化錯(cuò)改進(jìn)前刀面（rakeside)上的耐凹坑磨損（crater wear)性，并且已知不同的難熔金屬氮化物、碳化物和碳氮化物如碳氮化鈦改進(jìn)后刀面 (clearanceside)的耐磨損性。通過形成包含具有不同性質(zhì)的不同層的涂層，可進(jìn)一步改 進(jìn)在切削工具的不同部分上的和由于不同的磨損機(jī)制造成的耐磨性，并且在對(duì)組成、微結(jié) 構(gòu)、層厚度等進(jìn)行精密制造的情況下，對(duì)于特定應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的性能。然而，對(duì)于切削工 具的不同部分，這一方法仍然在磨損和性能特性之間折衷。作為對(duì)此的解決方案，已經(jīng)使用 了不同的后處理。
[0003] US5861210公開了涂布有多層耐磨涂層的涂布工具，所述多層耐磨涂層包含沉積 在a-Al203層上的最外面的Ti(C，N，0)或Zr(C，N)層。為了同時(shí)改進(jìn)前刀面和后刀面的 耐磨性、和特別是耐片狀剝落性（flankingresistance)，借助于刷光、磨削、拋光或噴砂 (blasting)，僅從切削刃（cuttingedge)或從前刀面和切削刃兩者機(jī)械地去除最外層，從 而暴露（expose)下面的a-A1203層。
[0004]US5776588公開了涂布有多層耐磨涂層的切削工具，所述多層耐磨涂層包含例如 最里面的TiCN、中間A1203層和最外面的TiN層。為了改進(jìn)切削刃處涂層的耐崩裂性，通過 諸如振動(dòng)翻轉(zhuǎn)、刷光、噴丸處理、磨削的機(jī)械方法從切削刃去除TiN層和A1203層，從而暴露 最里面的TiCN層。
[0005] US7431747公開了涂布有多層耐磨涂層的切削工具，所述多層耐磨涂層包含沉積 在硬質(zhì)材料層上的氧化鋁層。借助于激光處理從后刀面的至少一部分選擇性去除氧化鋁 層，從而暴露下面的硬質(zhì)材料層，以消除在后刀面上具有氧化鋁層的缺點(diǎn)，且由此避免后刀 面上磨損標(biāo)記寬度的增加并且保留前刀面上的耐凹坑磨損性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的一個(gè)目的是能夠在涂層切削工具的耐凹坑磨損性、耐側(cè)面磨損性（flank wearresistance)、刃韌性、耐片狀剝落性和耐塑性變形（plasticdeformation)性中的一 個(gè)或多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)改進(jìn)，而不會(huì)顯著損害其余性質(zhì)中的一種或多種。
[0007] 本發(fā)明的另一目的是在鋼的切削、更特別是鋼的車削中改進(jìn)耐凹坑磨損性，而不 會(huì)由于片狀剝落和/或韌性不足損害刃安全性。
[0008] 本發(fā)明的又一目的是在鋼或不銹鋼的切削、更特別是鋼或不銹鋼的車削中通過降 低從后刀面和/或刃向基底的傳熱而改進(jìn)耐塑性變形性，而不會(huì)損害例如耐凹坑磨損性。
[0009] 本發(fā)明的又一目的是在在不銹鋼的切削、更特別是不銹鋼的車削中通過降低從前 刀面向基底的傳熱而改進(jìn)耐塑性變形性，而不會(huì)損害刃安全性。
[0010] 通過根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的涂布切削工具及其制造方法實(shí)現(xiàn)了這些目的。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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，所述切削刃具有由內(nèi)接橢圓（inscribedellipse)描述的倒角（edge rounding)，所述內(nèi)接橢圓具有沿所述前刀面的第一軸W和沿所述后刀面的第二軸H，從而 給予所述切削刃如下的輪廓，其對(duì)應(yīng)于在前刀面和后刀面的交會(huì)（intersection)處的一 個(gè)象限（quadrant)內(nèi)的橢圓部分；和涂層，所述涂層具有厚度T，包括第一層和沉積在所述 第一層上的第二層。所述第二層包含由內(nèi)部氧化鋁層、中間層和外部氧化鋁層組成的夾層 結(jié)構(gòu)，其中所述內(nèi)部氧化鋁層或所述中間層通過在所述外部氧化鋁層中的開口暴露，且所 述開口在所述切削刃的寬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延伸至少一部分的開口在此是指開口在與切削刃的寬度正交的方 向上沿切削刃延伸至少一部分。
[0012] 所述基底可由陶瓷、金屬陶瓷、硬質(zhì)合金、多晶金剛石、立方氮化硼或高速鋼制成。 所述涂布切削工具可適用于車削、銑削、鉆削或其它切肩形成機(jī)械加工方法。
[0013] 以此方式在所述刃上具有相對(duì)薄的涂層厚度的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，這減少在涂布切削工 具的該區(qū)域中通常與厚涂層相關(guān)的問題，例如片狀剝落或缺乏韌性。
[0014] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述開口至少在所述切削刃的全寬度上延伸。全寬 度在此是指如在圖2中指示的刃的寬度W。
[0015] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述開口延伸到所述后刀面中。這樣的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是 所述外層的邊緣從所述切削刃進(jìn)一步位移且因此不影響切削操作。此外，避免相對(duì)厚的涂 層由于例如塑性變形引起的片狀剝落。
[0016] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，如光學(xué)顯微法所測(cè)量的，所述開口在與所述后刀面 正交的方向從所述前刀面延伸到所述后刀面中至少H+T+2mm。對(duì)于切削工具刀片，這可通過 將所述切削工具刀片置于平面表面上并在與所述平面表面平行的方向觀察所述后刀面來 進(jìn)行。根據(jù)刀片類型，即負(fù)前角刀片、正前角刀片，該方向可不與后刀面完全正交。
[0017] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，如通過光學(xué)顯微法所測(cè)量的，所述開口在與所述前 刀面正交的方向上從所述后刀面延伸到所述前刀面中。對(duì)于切削工具刀片，這通過將所述 切削工具刀片置于平面表面上并在與所述平面表面垂直的方向觀察所述前刀面來進(jìn)行。根 據(jù)刀片類型，即負(fù)前角刀片、正前角刀片、斷肩（chipbreak)等，該方向可不與前刀面完全 正交。
[0018] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述開口延伸到所述前刀面中，在另一個(gè)實(shí)施方式 中，所屬開口部分地延伸到所述前刀面的主刃帶（primaryland)中，優(yōu)選延伸到所述前刀 面中至少6 =50ym，更優(yōu)選延伸到所述前刀面中至少8 =1〇〇ym，最優(yōu)選延伸到所述前 刀面中至少S=150ym?？赡苡欣氖撬鐾鈱拥倪吘墢乃銮邢魅幸崎_并進(jìn)入所述主 刃帶中。將所述外層的邊緣相對(duì)所述主刃帶進(jìn)一步移動(dòng)并不是優(yōu)選的，因?yàn)樵诮?jīng)受凹坑磨 損的表面區(qū)域中需要所述夾層結(jié)構(gòu)的厚雙層。經(jīng)受凹坑磨損的區(qū)域的位置通常取決于刀片 的幾何形狀、刀片的尺寸和切削參數(shù)。
[0019] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述開口應(yīng)優(yōu)選延伸到所述前刀面中不超過S= 400iim，更優(yōu)選延伸到所述前刀面中不超過8 = 300ym，最優(yōu)選延伸到所述前刀面中不超 過 5 = 250ym。
[0020] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述中間層通過在所述外部氧化鋁層中的開口暴 露。
[0021] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述內(nèi)部氧化鋁至少在所述切削刃的全寬度上暴 露。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述內(nèi)部氧化鋁層也在所述前刀面上暴露，優(yōu)選暴露到所述前刀面 中至少8 =50ym，更優(yōu)選暴露到所述前刀面中至少8 =l〇〇]im，最優(yōu)選暴露到所述前刀 面中至少S=150ym。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述內(nèi)部氧化鋁層在所述后刀面上暴露，優(yōu)選 暴露到所述后刀面中至少S=H+T+2mm。去除所述中間層的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是來自工件的材料可 粘附到所述中間層。
[0022] 如在下面進(jìn)一步解釋的，優(yōu)選通過使用激光以剝離一部分外層來完成開口。通過 具有對(duì)于激光束透明的外層和與所述外層相比具有更高的光吸收系數(shù)、優(yōu)選具有