处理涂层切削工具的方法技术

本发明专利技术涉及一种使用激光冲击强化(LSP)处理涂层切削工具的方法，所述涂层切削工具由基材和涂层组成，其中所述基材为硬质合金或金属陶瓷，优选硬质合金，并且其中所述涂层包含CVD层和/或PVD层。所述方法包括将LSP施加于所述切削工具的至少一部分的步骤，其中所述LSP能量密度在0.4J/mm2至1.6J/mm2内，并且其中所述LSP包括将激光脉冲施加至所述切削工具的所述至少一部分。至少一部分。至少一部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】处理涂层切削工具的方法


[0001]本专利技术涉及涂层切削工具的激光冲击强化(laser shock peening)处理，其中所述切削工具具有金属陶瓷或硬质合金的基材以及包含由CVD和/或PVD制成的层的涂层。

技术介绍

[0002]金属陶瓷和硬质合金是由金属粘结剂中的硬质成分构成的材料。这些材料是切削工具中常见的基材，具有高硬度、高耐磨性、高韧性等特性。这些基材通常涂有耐磨涂层，诸如例如TiCN和氧化铝层的CVD涂层或者是例如TiN和TiAlN层的PVD涂层。
[0003]所述涂层切削工具通常被表面处理，以进一步改善其切削寿命。常用的表面处理方法是刷光以使外表面光滑或使切削刃成形，喷丸处理(shot blasting)以使表面光滑，并影响硬质合金表面区域或涂层中的残余应力水平。
[0004]激光冲击强化是一种利用激光影响表面区域特性的方法。短持续时间和高强度的激光脉冲在表面上扫描。每一个激光脉冲产生在表面形成的局部等离子体，从而产生传播到被处理的对象物内的冲击波。所述冲击波影响表面区域的材料，从而增加硬度、韧性，并改变残余应力水平。
[0005]WO 2018/215996 A1公开了一种用激光冲击强化处理硬质合金切削工具的方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种改善的处理涂层切削工具的方法，该涂层切削工具包含金属陶瓷或硬质合金的基材。
[0007]根据项1的方法实现了这些目的中的至少一个。优选实施方式列举在从属项中。
[0008]本专利技术涉及一种使用激光冲击强化(LSP)处理涂层切削工具的方法，所述涂层切削工具由基材和涂层组成，其中所述基材为硬质合金或金属陶瓷，优选硬质合金，并且其中所述涂层包含CVD层和/或PVD层，其中，所述方法包括将LSP施加于所述切削工具的至少一部分的步骤，其中所述LSP能量密度在0.4J/mm2至1.6J/mm2内，优选在0.9J/mm2至1.4J/mm2内，更优选在1.1J/mm2至1.3J/mm2内。
[0009]令人惊讶地发现，如果在所述LSP能量密度设置在0.4J/mm2至1.6J/mm2内(优选在0.9J/mm2至1.4J/mm2内)进行激光冲击强化，则切削工具的性能最佳。如果所述LSP能量密度过低，则LSP的冲击力过低，无法得到改善的刃线(edge line)韧性或耐磨性。如果所述LSP能量密度过高，则表面区域应力降低的风险更高，从而刃线抗崩裂性(chipping resistance)降低。
[0010]在本专利技术的一个实施方式中，所述LSP包括向所述切削工具的所述至少一部分施加激光脉冲，并且其中激光脉冲能量密度为0.04J/mm2至1.0J/mm2，优选0.04J/mm2‑
0.5J/mm2，更优选0.04J/mm2‑
0.1J/mm2，甚至更优选0.05J/mm2‑
0.07J/mm2。
[0011]在本专利技术的一个实施方式中，在施加LSP之前，将黑色漆料或黑色胶带施加至涂层切削工具上。使用黑色漆料或黑色胶带的一个优点在于能够在没有任何厚度减少或外观改
变的情况下保持下方的涂层。
[0012]在本专利技术的一个实施方式中，所述涂层包含TiN、TiCN、TiC、TiB2、ZrCN、TiAlN或TiSiN中的一种以上的外层。这些层能够用作吸收层，代替漆料或胶带。这些层的优点在于它们能够作为CVD或PVD涂层的一部分沉积，由此能够避免施加黑色胶带或漆料的额外步骤。另一个优点是，使用这些层使得LSP的效果似乎更明显，从而在基材的表面区域中诱导更高水平的残余应力。
[0013]在本专利技术的一个实施方式中，所述外层的厚度优选为2μm
‑
5μm。如果所述外层的厚度过薄，则在所述LSP期间，下方的耐磨层的厚度将减小。如果厚度大于5μm，则在基材中引起的残余应力较小，因此所述LSP对工具寿命的改善不太明显。
[0014]在本专利技术的一个实施方式中，所述涂层切削工具还包含位于所述基材和所述外层之间的Al2O3层。该Al2O3层优选为α
‑
Al2O3层。这是有利的，因为它是非常耐磨的层。
[0015]在本专利技术的一个实施方式中，所述涂层切削工具还包含位于所述基材和所述外层之间的TiCN层。
[0016]在本专利技术的一个实施方式中，所述涂层切削工具还包含位于所述基材和所述外层之间的TiAlN层。
[0017]在本专利技术的一个实施方式中，所述涂层的总厚度为2μm
‑
20μm。
[0018]在本专利技术的一个实施方式中，所述涂层的总厚度为2μm
‑
10μm。
[0019]在本专利技术的一个实施方式中，所述切削工具包含前刀面和后刀面以及它们之间的切削刃，并且其中所述LSP施加于切削刃的一部分和前刀面的至少一部分上。
[0020]在本专利技术的一个实施方式中，在所述LSP步骤之后进行喷砂、抛光和/或刷光步骤，优选喷砂步骤，例如喷丸。喷砂、抛光和刷光的优点在于切削工具的表面能够通过这些技术中的任意者进行精整，从而能够改善切削工具的切削性能。喷丸是有利的，因为涂层中的表面粗糙度和残余应力水平都能够被影响，在涂层中能够实现较低的表面粗糙度和降低的拉伸应力水平或较高的压缩应力水平，从而能够延长切削工具寿命。
[0021]在本专利技术的一个实施方式中，所述切削工具包含前刀面和后刀面以及它们之间的切削刃，并且其中所述LSP仅施加于所述切削工具的切削刃的一部分以及前刀面和/或后刀面的一部分，其中所述区域的宽度(b)为从切削刃起至多5mm，优选地，所述区域的宽度(b)为从切削刃起1mm
‑
5mm。至少在涉及切削的区域上施加LSP是有利的。在施加中，从刃起在前刀面上的延伸应至少为切削深度a
p
。
[0022]在本专利技术的一个实施方式中，沿着所述切削工具的整个切削刃施加LSP。
[0023]在本专利技术的一个实施方式中，所述LSP施加于所述切削工具的整个前刀面上。
[0024]在本专利技术的一个实施方式中，所述LSP施加于所述切削工具的整个前刀面、整个刃以及整个后刀面上。
[0025]在本专利技术的一个实施方式中，在所述LSP步骤期间所述激光的波长在1000nm至1100nm内，优选在1050nm至1070nm内，更优选约1064nm。
[0026]在本专利技术的一个实施方式中，在所述LSP步骤期间所述激光的频率在150 000Hz至250 000Hz内，优选约200 000Hz。
[0027]在本专利技术的一个实施方式中，在所述LSP步骤期间所述激光的脉冲持续时间在0.005ns至0.02ns内，优选约0.01ns至0.02ns。
[0028]在本专利技术的一个实施方式中，在所述LSP步骤期间所述激光的平均效应(average effect)在13W至16W内，优选约15W。
[0029]在本专利技术的一个实施方式中，在所述LSP步骤期间所述激本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种使用激光冲击强化(LSP)处理涂层切削工具(1)的方法，所述涂层切削工具由基材和涂层组成，其中所述基材为硬质合金或金属陶瓷、优选硬质合金，并且其中所述涂层包含CVD层和/或PVD层，其中所述方法包括将LSP施加于所述切削工具(1)的至少一部分的步骤，其中所述LSP能量密度在0.4J/mm2至1.6J/mm2内，优选在0.9J/mm2至1.4J/mm2内，更优选在1.1J/mm2至1.3J/mm2内。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述LSP包括向所述切削工具的所述至少一部分施加激光脉冲，并且其中所述激光脉冲能量密度为0.04J/mm2至1.0J/mm2，优选0.04J/mm2‑
0.1J/mm2，更优选0.05J/mm2‑
0.07J/mm2。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述LSP步骤期间所述激光的波长在1000nm至1100nm、优选1050nm至1070nm内。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中在施加LSP之前，将黑色漆料或黑色胶带施加至涂层切削工具(1)上。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中所述涂层包含TiN、TiCN、TiC、TiB2、ZrCN、TiAlN或TiSiN中的一种以上的外层，所述外层的厚度优选为2μm
‑
20μm，更优选为2μm
‑
5μm。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述涂层切削工具(1)还包含位于所述基材和所述外层之间的Al2O3层。7.根据权利要求5或6所述的方法，其中所述涂层切削工具(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：瓦卡，
申请(专利权)人：山特维克科洛曼特公司，
类型：发明
国别省市：