切削刀具制造技术

本实用新型专利技术提供一种切削刀具。该切削刀具包括切削刃和形成在切削刃上的涂层。该切削刃包括前刀面，后刀面和连接于前刀面和后刀面之间的刃口。该刃口包括一不被上述涂层覆盖的裸露部分。该涂层包括厚度渐变部分。该厚度渐变部分越靠近该裸露部分的厚度越薄，越远离该裸露部分的厚度越厚，该厚度渐变部分满足Tmin/Tmax≤0.58，其中，Tmin为涂层厚度渐变部分中涂层厚度较薄一端最薄处的厚度，Tmax为涂层厚度渐变部分中涂层厚度较厚一端最厚处的厚度。该裸露部分的宽度W＝k*Tmax，0.2≤k≤20。

【技术实现步骤摘要】
切削刀具
本技术涉及机械精加工领域，尤其涉及一种可以实现超精加工的切削刀具。
技术介绍
随着科学技术的不断发展，对各类工件的精度加工需求越来越高。例如，金属切削加工已经从普通的粗、精加工逐渐发展至超精加工、纳米级加工阶段。金属工件表面的切削加工甚至也期望能够不需经后续抛光处理，直接就达到镜面效果的要求。以往，对于加工精度和表面粗糙度要求比较低的金属工件的切削，也可以采用无涂层的裸刀具进行加工。但是，对于高光洁度、切削表面高亮度，或者超精加工要求时，则必须采用硬质涂层保护的刀具进行加工。因为用无涂层裸刀具加工金属材料，刀具刃口容易粘屑，在快速铣削时，刃口会快速磨损，从而使切削出的金属表面发雾发蒙，不光亮，甚至产生横纹，所以无涂层裸刀具完全无法在金属的高精切削加工中应用。硬质涂层具备高硬、抗氧化、耐磨损等特性，在刀具、模具及机械耐磨零件上有着广泛的应用，可有效解决刀具的性能及寿命需求。但是现有技术中使用涂层保护的切削刀具，也往往具有如下缺陷：刀具刃口涂层表面光洁度低及一致性较差，刃口处有液滴、凹坑、锯齿等缺陷；在切削加工过程中刃口涂层往往有微米及以上的大小的碎崩膜，易导致粘屑。在实际对各种涂层刀具的试用中发现，现有的各种涂层刀具良率较低，性能随机性大，上机良率低，还无法被大量应用。针对这一难题，国内外许多企业、研究机构也一直在展开对涂层工艺的优化和改善，主要方向是以下两个方面：一、针对溅射沉积工艺，其主要缺陷是沉积粒子能量低导致涂层与基底、涂层晶粒与晶粒的结合强度低，导致其难以避免刃口碎崩膜、切削加工时粘屑的现象。于是改进的方向为采用高能脉冲溅射，高能脉冲溅射在粒子结合强度方面有所改善，但随之会带来新的问题，炉腔落灰严重以及点状颗粒出现在涂层表面导致表面光洁度变差，同时涂层的内应力也增大，刃口出现涂层碎崩。目前，在应用上还未有合适的涂层工艺来解决上述问题。二、针对阴极电弧沉积工艺，其主要问题是液滴导致的表面光洁度差，以及由于膜层应力大在切削时会导致局部碎崩膜。于是改善的方向为降低液滴和应力，其方法有工艺上调整弧流及弧斑速度、磁过滤、涂层时间等减少液滴以及降低应力，以及增加涂层后抛光处理减少刃口液滴。这种方案对液滴以及应力导致的碎崩膜有所改善，但均仍存在较大的上机良率及寿命问题，没有显著的效果，所以液滴和应力导致的碎崩膜问题仍旧存在极大的改善空间。另外，为解决上述涂层中的液滴对加工产品表面的影响，改善涂层刀具的加工效果，业界在近十几年也探索了各种方法对刀具涂层进行后处理。例如：日本专利，专利号2105396，专利号2825693揭露了对刃口处涂层进行机械抛光的方法。例如：中国技术专利200210082479.9揭露了一种通过对形成有涂层的刀刃的前刀面进行喷丸操作，实现对涂层进行钝化的方法。例如：中国技术专利申请公开申请号201910133238.4揭露了另一种刀具涂层钝化处理方法。该方法是选用160-1000#的核桃砂，转速10-80r/min进行时长在10-15min的涂层钝化。例如：中国技术专利申请公开申请号201711443229.2也揭露了使用拖曳式抛光钝化机对涂层部位进行正转30min，反转30min抛光的方式去除涂层颗粒的方法。例如：美国专利US7090914B2还揭露了涂层的表面粗糙度最好限制在有0.2微米或更小。虽然通过上述种种涂层后处理工艺可以对涂层上的液滴进行减少或去除，或者将涂层的表面粗糙度优化至预定范围，但是无论采用哪种涂层钝化工艺，上述经过涂层钝化处理后的刀具，其刃口处的涂层在刀具使用一段时间后还是极其容易发生局部剥落，从而导致被加工的表面形成划伤或切削纹路，且容易导致刀尖粘屑。总而言之，上述各类涂层工艺优化方法，以及涂层后处理的涂层刀具在性能上都还难以满足现实的要求，上机良率都非常低，根本无法进行大量生产应用。
技术实现思路
有鉴于此，有必要提供一种具有较低涂层内应力，刃口一致性好，不易粘屑，可实现超精加工的切削刀具。本技术提供一种切削刀具。该切削刀具包括切削刃和形成在切削刃上的涂层。该切削刃包括前刀面，后刀面和连接于前刀面和后刀面之间的刃口。该刃口包括一不被上述涂层覆盖的裸露部分。该涂层包括厚度渐变部分。该厚度渐变部分越靠近该裸露部分的厚度越薄，越远离该裸露部分的厚度越厚，该厚度渐变部分满足Tmin/Tmax≤0.58，其中，Tmin为涂层厚度渐变部分中涂层厚度较薄一端最薄处的厚度，Tmax为涂层厚度渐变部分中涂层厚度较厚一端最厚处的厚度。该裸露部分的宽度W＝k*Tmax，0.2≤k≤20。优选地，该涂层厚度渐变部分的长度L＝m*Tmax，其中，cot60°≤m≤cot3°。优选地，该涂层包括厚度均一部分与厚度渐变部分中涂层厚度较厚的一端相连，该厚度均一部分的厚度等于上述涂层厚度较厚一端最厚处的厚度。优选地，该涂层厚度渐变部分中涂层厚度较薄一端涂层的厚度为0。优选地，该厚度渐变部分包括位于前刀面侧的厚度渐变部分和位于后刀面侧的厚度渐变部分，位于后刀面侧的厚度渐变部分涂层的长度Lrear大于位于前刀面侧的厚度渐变部分涂层的长度Lfront。优选地，该厚度渐变部分包括位于前刀面侧的厚度渐变部分和位于后刀面侧的厚度渐变部分，位于后刀面侧的厚度渐变部分涂层的较厚一端最厚处的厚度Tmax_rear与位于前刀面侧的厚度渐变部分涂层的较厚一端最厚处的厚度Tmax_front满足|Tmax_rear/Tmax_front-1|≤0.15。优选地，位于后刀面侧的厚度渐变部分涂层的Lrear/Tmax_rear大于位于前刀面侧的厚度渐变部分涂层的Lfront/Tmax_front。优选地，该刃口包括一中间区域。该刃口中间区域包括一外凸曲面。该外凸曲面的曲率大于前刀面和后刀面的曲率。该刃口中间区域包括上述裸露部分。习知技术通常认为，由于切削刃越靠近刃口处，角度越小，结构也越单薄，在高速切削中更易于磨损，因此必须使用硬质涂层覆盖在刃口处，并且要保证刃口涂层经过后续钝化处理之后还要满足一定的厚度，这样才能给予″脆弱″的刃口足够的保护。但本申请人发现，刃口处如果被涂层覆盖，则在切削刃的刃口处便构成了刃口基材与涂层材质的二相结构。这就从根本上决定了无论采用何种涂层沉积工艺，选用何种涂层材料，刀具刃口微观结构上的一致性是很难保证的。因此，刀具良率也就很低，性能随机性也很大。本技术克服了本领域长此以往的固有技术偏见，使刃口中间区域部分区域裸露，并设置厚度渐变涂层。由于在裸露刃口处完全是刃口基材的一相材质，自然就确保了刃口的一致性，还彻底规避了现有技术中刃口涂层的薄厚不一、液滴，应力集中等问题。在切削时，主要利用裸露出来的刃口基材对工件进行切削，因为裸露刃口处完全是单一材质，具有更好的一致性，所以使切削性能得到显著提升。同时，本技术不是主要利用硬质涂层的增加耐磨、辅助切削作用，而是通过主要利用厚度渐变涂层的润滑、导屑、排屑作用，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种切削刀具，包括切削刃和形成在切削刃上的涂层，其特征在于：该切削刃包括前刀面，后刀面和连接于前刀面和后刀面之间的刃口，该刃口包括一不被上述涂层覆盖的裸露部分，该涂层包括厚度渐变部分，该厚度渐变部分越靠近该裸露部分的厚度越薄，越远离该裸露部分的厚度越厚，该厚度渐变部分满足Tmin/Tmax≤0.58，其中，Tmin为涂层厚度渐变部分中涂层厚度较薄一端最薄处的厚度，Tmax为涂层厚度渐变部分中涂层厚度较厚一端最厚处的厚度，该裸露部分的宽度W＝k*Tmax，0.2≤k≤20。/n

【技术特征摘要】
1.一种切削刀具，包括切削刃和形成在切削刃上的涂层，其特征在于：该切削刃包括前刀面，后刀面和连接于前刀面和后刀面之间的刃口，该刃口包括一不被上述涂层覆盖的裸露部分，该涂层包括厚度渐变部分，该厚度渐变部分越靠近该裸露部分的厚度越薄，越远离该裸露部分的厚度越厚，该厚度渐变部分满足Tmin/Tmax≤0.58，其中，Tmin为涂层厚度渐变部分中涂层厚度较薄一端最薄处的厚度，Tmax为涂层厚度渐变部分中涂层厚度较厚一端最厚处的厚度，该裸露部分的宽度W＝k*Tmax，0.2≤k≤20。


2.如权利要求1所述的切削刀具，其特征在于：该涂层厚度渐变部分的长度L＝m*Tmax，其中，cot60°≤m≤cot3°。


3.如权利要求1所述的切削刀具，其特征在于：该涂层包括厚度均一部分与厚度渐变部分中涂层厚度较厚的一端相连，该厚度均一部分的厚度等于上述涂层厚度较厚一端最厚处的厚度。


4.如权利要求1所述的切削刀具，其特征在于：该涂层厚度渐变部分中涂层厚度较薄一端涂层的厚度逐渐减少至0。


5.如权利要求1所述的切削刀具，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋益民，徐龙，安彦杰，龚学武，王文宝，邹淋合，杨海涛，李军旗，
申请(专利权)人：深圳精匠云创科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44