專利名稱:用于深孔鉆削的涂覆刀片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于深孔鉆削，尤其是與基于Ejector系統(tǒng)的刀具一起使用的涂覆硬質(zhì)合金切削刀片。
背景技術(shù)：
在金屬中鉆孔通常分成兩種類型深孔鉆削和淺孔鉆削。淺孔鉆削通常是指鉆至達(dá)到鉆孔直徑的3-5倍的深度。
淺孔鉆削的需求不如固體工具鋼大，因此只使用裝有硬質(zhì)合金刀片的固體硬質(zhì)合金或工具鋼的簡(jiǎn)單的螺紋鉆。
然而，深孔鉆削極大地需要良好的切屑破裂(chipbreaking)、潤(rùn)滑、冷卻而不只起碼的切屑運(yùn)送。這些要求通過特別研發(fā)的鉆孔系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)，該鉆孔系統(tǒng)具有連接到滿足上述要求的鉆桿上的特殊設(shè)計(jì)的鉆頭。所述鉆頭可以為固體(solid)硬質(zhì)合金的，但是通常為工具鋼或鑄鋼的，其具有多個(gè)硬質(zhì)合金刀片，這些刀片放置為使它們一起形成希望的切削刃。
US5,945,207公開了一種尤其用于切削鑄鐵材料的涂覆切削刀片。該刀片的特征在于直的WC-Co硬質(zhì)合金主體，其具有高W合金的Co粘結(jié)相，明確規(guī)定的Co表面含量和一涂層，所述涂層包括具有柱狀晶粒的TiCxNyOz最內(nèi)層，細(xì)粒結(jié)構(gòu)的Al2O3層和已經(jīng)沿切削刃邊移除的TiCxNyOz頂層。
US6,638,609公開了涂覆銑削刀片，其尤其用于在濕條件下以低和中等切削速度銑削具有或不具有鑄造表皮的灰口鑄鐵，以及在濕條件下以中等切削速度銑削具有或不具有鑄造表皮的球墨鑄鐵和致密石墨鑄鐵。所述刀片的特征在于具有低含量立方碳化物、高W合金粘結(jié)相的WC-Co硬質(zhì)合金和一涂層，所述涂層包括具有柱狀晶粒的TiCxNy內(nèi)層，其上具有k-Al2O3層和TiN頂層。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供涂覆硬質(zhì)合金切削刀片，其尤其用于驅(qū)動(dòng)軸的深孔鉆削。
令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，通過使用以下涂覆切削刀片可以獲得用于驅(qū)動(dòng)軸的深孔鉆削的基本雙倍的刀具壽命，所述刀片包括硬質(zhì)合金主體，其具有較高的W合金粘結(jié)相和良好平衡的化學(xué)組成和WC粒度，柱狀TiCxNy層，k-Al2O3層，TiN層和可選擇地具有光滑切削刃。
根據(jù)本發(fā)明，涂覆切削刀片具有硬質(zhì)合金主體，其具有8-11wt％Co，優(yōu)選地9.5-10.5wt％Co，最優(yōu)選地9.9-10.1wt％Co，0.1-0.5wt％Cr，優(yōu)選地0.38-0.40wt％Cr和余量的WC的組成。硬質(zhì)合金主體還可以包含相當(dāng)于工藝雜質(zhì)水平的較少量的其他元素。根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)60404-7測(cè)量的極化矯頑力，HcJ，是WC粒度的間接測(cè)量，并且應(yīng)當(dāng)具有18-22kA/m，優(yōu)選地19-21kA/m，最優(yōu)選地19.8-20.2kA/m的值。鈷粘結(jié)相與一定量的W和Cr形成合金，使本發(fā)明硬質(zhì)合金切削刀片具有其希望的特性。粘結(jié)相中的W和Cr影響鈷的磁性并因此與值CW相關(guān)，CW定義為CW＝磁性％Co/wt％Co其中，磁性％Co是樣品中磁性材料的重量百分比，wt％是樣品中Co的重量百分比。
CW值取決于粘結(jié)相的合金度。較低的CW值對(duì)應(yīng)于較高的W和Cr含量，并且CW＝1實(shí)際上相當(dāng)于粘結(jié)相沒有W和Cr。
CW值可以在1和約0.75之間變化，取決于合金度。較低的CW值對(duì)應(yīng)于較高的W和Cr含量，并且CW＝1實(shí)際上相當(dāng)于粘結(jié)相沒有W和Cr。
根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果硬質(zhì)合金主體具有0.78-0.90，優(yōu)選地0.80-0.89，最優(yōu)選地0.83-0.87范圍之內(nèi)的CW值的話，可以獲得改進(jìn)的切削性能。該硬質(zhì)合金還可以包括少量(＜1vol％)的η相(M6C)，而沒有任何有害的影響。由于特定的CW值(＜1)，還遵循，不允許在根據(jù)本發(fā)明的硬質(zhì)合金中具有游離石墨。
未涂覆切削刃的半徑為5-30μm，優(yōu)選地10-20μm。
該涂層包括第一(最內(nèi))TiCxNyOz層，其中x+y+z＝1，y＞x且z＜0.2，優(yōu)選地y＞0.8且z＝0，其中所述層具有尺寸＜0.5μm的等軸晶粒，并且總厚度＜1.5μm，優(yōu)選地＞0.1μm，TiCxNy層，其中x+y＝1，x＞0.3且y＞0.3，優(yōu)選地x≥0.5，所述層厚度為2-3μm，并具有平均直徑＜5μm，優(yōu)選地0.1-2μm的柱狀晶粒，光滑、細(xì)粒(平均粒度大約0.5-2μm)的Al2O3層，基本上由k相構(gòu)成。然而，如由XRD測(cè)量所確定的，該層可以包含少量(＜5vol％)其他相，例如θ相或α相。所述Al2O3層具有1-2μm，優(yōu)選地1.2-1.7μm的厚度，以及另一厚度為0.1-1.0μm的TiN層。該TiN最外層至少在切削刃的作用部分上在10μm的長(zhǎng)度范圍上具有Rmax≤0.4μm的表面粗糙度。TiN層優(yōu)選地沿切削刃去除并且下面的氧化鋁層可以沿切削刃部分或完全地去除。
本發(fā)明還涉及一種制造尤其用于深孔鉆削的切削刀片的方法，所述刀片包括硬質(zhì)合金主體和涂層。所述硬質(zhì)合金主體包括WC，8-11wt％Co，更優(yōu)選地9.5-10.5wt％Co，最優(yōu)選地9.9-10.1wt％Co和0.1-0.5wt％Cr，更優(yōu)選地0.38-0.40wt％Cr，具有18-22kA/m，更優(yōu)選地19-21kA/m，最優(yōu)選地19.8-20.2kA/m的HcJ，和位于0.78-0.90，優(yōu)選地0.80-0.89，最優(yōu)選地0.83-0.87范圍之內(nèi)的CW值。
未涂覆切削刃具有5-30μm，優(yōu)選地大約10-20μm的刃半徑。
該涂層包括第一(最內(nèi))TiCxNyOz層，其中x+y+z＝1，y＞x且z＜0.2，優(yōu)選地y＞0.8且z＝0，其中所述層具有尺寸＜0.5μm的等軸晶粒，并且總厚度＜1.5μm，優(yōu)選地＞0.1μm，所述層使用已知CVD方法形成，TiCxNy層，其中x+y＝1，x＞0.3和y＞0.3，優(yōu)選地x≥0.5，所述層具有1-3μm，優(yōu)選地2-2.7μm的厚度，具有柱狀晶粒，平均直徑為＜5μm，優(yōu)選地0.1-2μm，所述層優(yōu)選地使用MTCVD技術(shù)(使用氰化甲烷作為碳和氮源，用于在700-900℃的溫度范圍內(nèi)形成所述層)形成。然而，精確的條件在一定程度上取決于所用設(shè)備的設(shè)計(jì)，光滑的Al2O3層，其基本上由k-Al2O3構(gòu)成，并且在例如US5,674,564所公開的條件下沉積而成。所述Al2O3層具有0.5-2.5μm，優(yōu)選地1-2μm的厚度，以及0.5-1.0μm厚的TiN層，至少在切削刃的作用部分上在10μm的長(zhǎng)度范圍具有Rmax≤0.4μm的表面粗糙度。
所述光滑涂層表面通過利用細(xì)顆粒的(400-150目)氧化鋁粉末輕輕濕噴砂涂層表面或利用基于如US5,861,210中公開的例如SiC的刷子刷刃邊而獲得。TiN層優(yōu)選地沿切削刃去除并且下面的氧化鋁層可以沿切削刃部分或完全地去除。
本發(fā)明還涉及根據(jù)上文的切削刀片的應(yīng)用，用于在80-160m/min的切削速度，0.1-0.3mm/rev的進(jìn)給速度，16-65mm的鉆孔直徑和＜1500mm的鉆孔長(zhǎng)度的情況下對(duì)鋼制驅(qū)動(dòng)軸進(jìn)行深孔鉆削。
本發(fā)明還結(jié)合下列實(shí)例來說明，所述實(shí)例對(duì)本發(fā)明是示例性的。但是，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不局限于所述實(shí)例的細(xì)節(jié)。
具體實(shí)施方式實(shí)例1硬質(zhì)合金刀片具有10wt％Co，0.4wt％Cr和余量WC的組成，在經(jīng)過傳統(tǒng)的ER處理至15μm的刃半徑后具有20.2kA/m的HcJ值和0.85的CW值，如以Foerster Instruments Inc的FORSTER KOERZIMAT CS 1.096測(cè)量的那樣，所述刀片涂覆有0.5μm的等軸TiC0.05N0.95層(具有對(duì)應(yīng)于0.05的估計(jì)C/N比的高氮含量)，后面是2.6μm厚的TiC0.54N0.46層，所述涂層具有柱狀晶粒，通過使用MTCVD技術(shù)(溫度為850-885℃，并且CH3CN作為碳/氮源)形成。在同一涂覆周期內(nèi)的后續(xù)步驟中，利用如US5,674,564中公開的溫度為970℃和濃度為0.4％H2S摻雜劑沉積1.3μm厚的Al2O3層。根據(jù)已知的CVD技術(shù)在頂上沉積TiN薄層(0.5μm)。XRD測(cè)量顯示出Al2O3層由100％k相構(gòu)成。
使用包含SiC顆粒的尼龍刷毛刷子刷所述涂覆刀片。在光學(xué)顯微鏡下對(duì)被刷刀片的檢測(cè)顯示出，最外面的薄TiN層和一部分Al2O3層已經(jīng)沿切削刃刷掉，在那里露出光滑的Al2O3表面。在橫截面上測(cè)量涂層厚度，被刷刀片顯示出，最外面的TiN層和大致一半的Al2O3層已經(jīng)沿刃邊移除。
實(shí)例2根據(jù)本發(fā)明的刀片在對(duì)Ovako 528E鋼軸進(jìn)行深孔鉆削的情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
刀具 Sandvik Coromant噴射鉆800.20-03D標(biāo)準(zhǔn) 側(cè)面磨損，表面光潔度。
參考 具有等級(jí)為GC1025的刀片800-060308H-P-G的Sandvik Coromant噴射鉆800.20-03D。
切削數(shù)據(jù)切削速度 Vc＝112m/min每圈進(jìn)給 fn＝0.22mm鉆孔直徑 25.5mm鉆孔長(zhǎng)度 1160mm冷卻劑 乳液參考刀具壽命 15根軸。
本發(fā)明刀具壽命 35根軸。
四次實(shí)驗(yàn)的平均值。
根據(jù)本發(fā)明的刀具顯示出側(cè)面磨損減少，表面光潔度提高，并且刀具壽命提高133％。
實(shí)例3根據(jù)本發(fā)明的刀片在對(duì)Ovako 528E鋼軸進(jìn)行深孔鉆削的情況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
刀具 Sandvik Coromant噴射鉆800.20-03D標(biāo)準(zhǔn) 側(cè)面磨損，表面光潔度。
參考 具有等級(jí)為GC4025的刀片800-060308H-P-G的Sandvik Coromant噴射鉆800.20-03D。
切削數(shù)據(jù)切削速度 Vc＝137m/min
每圈進(jìn)給 fn＝0.26mm鉆孔直徑 25.5mm鉆孔長(zhǎng)度 1160mm冷卻劑 乳液參考刀具壽命 13根軸。
本發(fā)明刀具壽命 35根軸。
四次實(shí)驗(yàn)的平均值。
根據(jù)本發(fā)明的刀具顯示出側(cè)面磨損減少，表面光潔度提高，并且刀具壽命提高169％。
盡管本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，在不脫離由所附權(quán)利要求
限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行未具體描述的增加、減少、變形和替換。
權(quán)利要求
1.一種包括硬質(zhì)合金主體和涂層的切削刀片，其特征在于，所述硬質(zhì)合金主體包括WC，8-11wt％Co，更優(yōu)選地9.5-10.5wt％Co，最優(yōu)選地9.9-10.1wt％Co和0.1-0.5wt％Cr，更優(yōu)選地0.38-0.40wt％Cr，其極化矯頑力HcJ為18-22kA/m，更優(yōu)選地19-21kA/m，最優(yōu)選地19.8-20.2kA/m，并且CW值在0.78-0.90，優(yōu)選地0.80-0.89，最優(yōu)選地0.83-0.87范圍之內(nèi)，并且其中所述涂層包括第一、最內(nèi)TiCxNyOz層，其中x+y+z＝1，y＞x且z＜0.2，優(yōu)選地y＞0.8且z＝0，其具有尺寸＜0.5μm的等軸晶粒，并且總厚度為0.1-1.5μm，TiCxNy層，其中x+y＝1，x＞0.3且y＞0.3，優(yōu)選地x＞0.5，厚度為2-3μm，并具有平均直徑＜5μm的柱狀晶粒，光滑、細(xì)粒、0.5-2μm的k-Al2O3層，具有1-2.5μm的厚度，以及最外面的TiN層，具有0.5-1.0μm的厚度，其中，所述最外面的TiN層沿切削刃去除，并且優(yōu)選地下面的氧化鋁層沿切削刃部分或完全地去除。
2.如權(quán)利要求
1所述的切削刀片，其特征在于，所述最外面的TiN層至少在切削刃的作用部分上在10μm的長(zhǎng)度范圍具有Rmax≤0.4μm的表面粗糙度。
3.制造切削刀片的方法，所述切削刀片包括硬質(zhì)合金主體和涂層，其特征在于，所述硬質(zhì)合金主體包括WC，8-11wt％Co，更優(yōu)選地9.5-10.5wt％Co，最優(yōu)選地9.9-10.1wt％Co和0.1-0.5wt％Cr，更優(yōu)選地0.38-0.40wt％Cr，其極化矯頑力HcJ為18-22kA/m，更優(yōu)選地19-21kA/m，最優(yōu)選地19.8-20.2kA/m，并且CW值在0.78-0.90，優(yōu)選地0.80-0.89，最優(yōu)選地0.83-0.87范圍之內(nèi)，涂覆有涂層，包括第一、最內(nèi)的TiCxNyOz層，其中x+y+z＝1，y＞x且z＜0.2，優(yōu)選地y＞0.8且z＝0，其具有尺寸＜0.5μm的等軸晶粒，并且總厚度為0.1-1.5μm，使用已知CVD方法形成，TiCxNy層，其中x+y＝1，x＞0.3和y＞0.3，優(yōu)選地x＞0.5，其具有2-3μm的厚度，具有柱狀晶粒，所述柱狀晶粒的平均直徑為＜5μm，優(yōu)選地0.1-2μm，優(yōu)選地使用利用氰化甲烷作為碳和氮源的MTCVD技術(shù)在700-900℃的溫度范圍內(nèi)形成所述層，基本上由k-Al2O3構(gòu)成的光滑Al2O3層，使用已知的CVD方法沉積，由此，Al2O3層具有1-2.5μm的厚度，以及另一厚度為0.5-1.0μm的TiN層，使用CVD或PVD方法形成，其中所述TiN層沿切削刃移除，并優(yōu)選地使下面的氧化鋁層沿切削刃部分或完全地移除。
4.如權(quán)利要求
3所述的方法，其特征在于，通過利用400-150目的細(xì)顆粒氧化鋁粉末輕輕濕噴砂涂層表面或利用基于例如SiC的刷子刷刃邊，從而至少在切削刃的作用部分上在10μm的長(zhǎng)度范圍獲得Rmax≤0.4μm的表面粗糙度。
5.如權(quán)利要求
1-2所述的刀片的應(yīng)用，用于在80-160m/min的切削速度，0.1-0.3mm/rev的進(jìn)給速度，16-65mm的鉆孔直徑以及＜1500mm的鉆孔長(zhǎng)度的情況下對(duì)用于換熱器的鋼制驅(qū)動(dòng)軸進(jìn)行深孔鉆削。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種制造尤其用于深孔鉆削的切削刀片，所述刀片包括硬質(zhì)合金主體和涂層。所述硬質(zhì)合金主體包括WC，8－11wt％Co和0.1－0.5wt％Cr，具有18－22kA/m的HcJ值和0.78－0.90的CW值。該涂層包括第一、最內(nèi)TiC
文檔編號(hào)B23Q15/013GK1990230SQ200610156720
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2006年12月28日
發(fā)明者英厄馬爾·赫斯曼 申請(qǐng)人:山特維克知識(shí)產(chǎn)權(quán)股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan