一种复合织构PVD涂层刀具及其加工工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种复合织构PVD涂层刀具，所述刀具的刀‑屑接触区域内设有复合织构形貌，所述复合织构形貌表面涂覆涂层；所述涂层厚度至少小于0.1倍的复合织构形貌的深度。所述复合织构形貌包括凹坑和沟槽；若干所述凹坑阵列均布在刀‑屑接触区域，相邻每列所述凹坑之间设有沟槽。所述沟槽为线性沟槽或波浪形沟槽。本发明专利技术在刀‑屑接触区域加工凹坑与沟槽织构，在织构表面涂覆一层厚度较小的硬涂层，这样既能够实现复合织构的润滑性能，减小摩擦，又可以增加刀具的耐磨度，延长刀具的寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种复合织构PVD涂层刀具及其加工工艺
本专利技术涉及刀具处理领域或刀具强化技术或者激光刀具加工领域，特别涉及一种复合织构PVD涂层刀具及其加工工艺。
技术介绍
金属切削过程中，切屑在前刀面滑移路径长，切削温度高，易发生粘刀与冷硬，导致剧烈摩擦、磨损和粘附，影响刀具的使用寿命和工件的加工精度，一直是阻碍刀具向高端发展的一个难点。激光表面微织构技术是利用激光与材料相互作用，通过气化烧蚀去除多余材料，得到各种预设微观形貌的技术。通过该技术制造的凹坑织构阵列能储存润滑油，在刀-屑相对运动的过程中形成动压润滑效应，沟槽分布在刀-屑接触区域能够通过毛细效应，将润滑液传输并铺展到剧烈摩擦区域，起到导流布液降温的效果，并且两种织构都可以减少刀-屑接触长度，因此利用两种织构的性能特点并进行合理分布，能够更加有效的改善切削状态，延长刀具使用寿命。涂层技术是利用PVD或CVD等方法将涂层涂覆于刀具材料，由于涂层硬度高、耐磨性好等优点，常被用于刀具，作为刀具的化学屏障和热屏障，减少刀具切削过程中的磨损，增加刀具的耐磨度。因此将两项技术集成运用，既能够发挥复合织构的减摩润滑特性，也可以增加刀具的耐磨度。中国专利技术专利公开了通过在刀具材料制备三种相互配合的凹凸复合形貌，减少了刀-屑接触长度，降低了切削力和切削温度。该专利在粘结区域加入凸起织构，切削的过程中难以形成动压润滑效应，刀面易受到磨损。在加工的过程中易脱落，且润滑剂消耗以后硬涂层与切削之间摩擦系数较大，易产生剧烈摩擦，导致大量切削热量的产生。专利
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种复合织构PVD涂层刀具及其加工工艺，在刀-屑接触区域加工凹坑与沟槽织构，在织构表面涂覆一层厚度较小的硬涂层，这样既能够实现复合织构的润滑性能，减小摩擦，又可以增加刀具的耐磨度，延长刀具的寿命。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种复合织构PVD涂层刀具，所述刀具的刀-屑接触区域内设有复合织构形貌，所述复合织构形貌表面涂覆涂层；所述涂层厚度至少小于0.1倍的复合织构形貌的深度。进一步，所述复合织构形貌包括凹坑和沟槽；若干所述凹坑阵列均布在刀-屑接触区域，相邻每列所述凹坑之间设有沟槽。进一步，所述沟槽为线性沟槽或波浪形沟槽。进一步，所述沟槽的方向和每列所述凹坑分布的朝向均与所述刀具的主切削刃平行。进一步，所述凹坑的直径d1为70-100μm，所述凹坑的深度h1为20-50μm，每列中所述凹坑之间的间距a1为150-200μm；所述沟槽的宽度d2为50-80μm，所述沟槽的深度h2为20-50μm，相邻所述沟槽之间的间距a3为＝300-400μm，任一列所述凹坑与其相邻的沟槽之间的间距a2为＝150-200μm；所述沟槽的长度为1120-2000μm；所述复合织构形貌面积占有率为S1＝10％-30％；所述涂层厚度为t＝2-5μm。进一步，所述涂层材料为TiAlN或AlCrN。一种复合织构PVD涂层刀具的加工工艺，包括如下步骤：所述刀具的刀-屑接触区域预处理：将刀-屑接触区域抛光至粗糙度Ra<0.02的镜面，在超声波清洗机中使用无水酒精清洗，用吹风机吹干；激光加工复合织构形貌；在复合织构形貌表面沉积涂层材料。进一步，所述激光加工复合织构形貌的参数为：激光器为Nd:YAG固体激光器，脉冲宽度为15ps，脉冲频率500-1000KHz，离焦量0mm，标刻速度1000-2000mm/s。进一步，所述沉积涂层采的工艺为物理气相沉积或化学气相沉积。本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术所述的复合织构PVD涂层刀具及其加工工艺，通过在刀-屑接触区域加工凹坑与沟槽织构，凹坑织构阵列可以储屑存油，形成动压润滑效应，沟槽由于毛细效应可以将润滑油传输到刀-屑之间的咬合区，起到导液降温的效果，两种织构复合能有效改善刀-屑之间的接触状态。2.本专利技术所述的复合织构PVD涂层刀具及其加工工艺，将涂层技术与激光织构技术结合起来，既发挥织构的减摩润滑作用，又能够增强刀具的耐磨度，延长刀具使用寿命，降低生产成本。3.本专利技术可适用于不同刀具材料，如硬质合金、高速钢等高端刀具材料。附图说明图1为本专利技术所述的复合织构PVD涂层刀具三维图。图2为本专利技术所述的复合织构PVD涂层刀具的局部剖视图。图3为本专利技术所述的复合织构PVD涂层刀具的局部俯视图图4为本专利技术所述的复合织构PVD涂层刀具加工工艺的流程图。图中：1-刀-屑接触区域；2-凹坑；3-沟槽；4-涂层。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。如图1、图2和图3所示，本专利技术所述的复合织构PVD涂层刀具，所述刀具的刀-屑接触区域1内设有复合织构形貌，所述复合织构形貌表面涂覆涂层4；所述涂层4厚度至少小于0.1倍的复合织构形貌的深度。所述复合织构形貌包括凹坑2和沟槽3；若干所述凹坑2阵列均布在刀-屑接触区域1，相邻每列所述凹坑2之间设有沟槽3。所述沟槽3为线性沟槽或波浪形沟槽。通过在刀-屑接触区域加工凹坑与沟槽织构，凹坑织构阵列可以储屑存油，形成动压润滑效应，沟槽由于毛细效应可以将润滑油传输到刀-屑之间的咬合区，起到导液降温的效果，两种织构复合能有效改善刀-屑之间的接触状态。一般情况，所述沟槽3的方向和每列所述凹坑2分布的朝向均与所述刀具的主切削刃平行。所述凹坑2的直径d1为70-100μm，所述凹坑2的深度h1为20-50μm，每列中所述凹坑2之间的间距a1为150-200μm；所述沟槽3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合织构PVD涂层刀具，其特征在于，所述刀具的刀-屑接触区域(1)内设有复合织构形貌，所述复合织构形貌表面涂覆涂层(4)；所述涂层(4)厚度至少小于0.1倍的复合织构形貌的深度。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合织构PVD涂层刀具，其特征在于，所述刀具的刀-屑接触区域(1)内设有复合织构形貌，所述复合织构形貌表面涂覆涂层(4)；所述涂层(4)厚度至少小于0.1倍的复合织构形貌的深度。


2.根据权利要求1所述的复合织构PVD涂层刀具，其特征在于，所述复合织构形貌包括凹坑(2)和沟槽(3)；若干所述凹坑(2)阵列均布在刀-屑接触区域(1)，相邻每列所述凹坑(2)之间设有沟槽(3)。


3.根据权利要求2所述的复合织构PVD涂层刀具，其特征在于，所述沟槽(3)为线性沟槽或波浪形沟槽。


4.根据权利要求2所述的复合织构PVD涂层刀具，其特征在于，所述沟槽(3)的方向和每列所述凹坑(2)分布的朝向均与所述刀具的主切削刃平行。


5.根据权利要求2所述的复合织构PVD涂层刀具，其特征在于，所述凹坑(2)的直径d1为70-100μm，所述凹坑(2)的深度h1为20-50μm，每列中所述凹坑(2)之间的间距a1为150-200μm；所述沟槽(3)的宽度d2为50-80μm，所述沟槽(3)的深度h2为20-50μm，相邻所述沟槽(3)之间的间距a3为＝300-400μm，任一列所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：符永宏，周云，杨泽檀，何玉洋，杨杰，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32