[发明专利]涂层硬质合金端铣刀

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属切削刀具。更具体地，本发明涉及一种用于对硬化钢进行半精加工到精加工的PVD涂层硬质合金端铣刀。

发明背景

在钢铁的切削加工中，由于高生产率的要求，即需要高的切削速度和进给速度的同时还要提高刀具寿命，因此对刀具的性能提出了严格要求。具有硬度在HRC46到55之间的工件钢材当被硬化后通常可以具有高达HRC63或者更高的硬度。对于硬化钢的半精加工和精加工操作来说，可以使用一种所谓的整体硬质合金的刀具。这些刀具是通过以下方式生产的，例如，将一个圆柱形硬质合金坯料磨削成为一个所需形状的基底，或者通过挤压提供一个所需形状的坯料，随后通过例如物理气相沉积(PVD)的方式对其进行表面涂覆。整体硬质合金刀具一个非常普遍的应用就是对零件、冲模和铸模进行端铣，但是单一刀具等级并不能覆盖所有的硬度范围。

硬化钢的端铣会产生大量的热量，这将会导致切削刃温度的升高。所加工的零件的形状经常使得刀柄伸出部很长。这些因素都使得使用高等级硬质合金是必要的，它在温度升高的时候不会剧烈软化，而且具有足够的刚度从而可以忽略刀具的弯曲变形。但是，较高等级的需要必须与随后产生的降低的堆积韧性相平衡。对于通常的机加工来说，典型的基底硬度在1600HV3以下，然而其中较硬部位的典型的机加工HV3值从1700到1800以上。这里一个严重的问题是基底的脆性会导致锐利的切削刃发生破碎，这是不能轻易通过标准的PVD涂覆技术来补救的。任何由于机加工发生在涂层中的裂缝都可以穿透整个涂层厚度进行传播。在基底的界面处，这些裂缝可以作为基底块状断裂的开始点。

用于端铣应用的硬质合金等级通常包括细晶WC，通常是TiC、NbC，TaC和Wc的固溶体的γ相，和通常是Co或Ni的粘结相。细晶尺寸小于1μm的硬质合金是通过将晶粒成长抑制剂例如V、Cr、Ti、Ta及其组合添加到初始的粉末混合物中得到的。典型的抑制剂的添加量是粘结相的重量的0.5-5％。此外，为了进一步抑制晶粒粗化，烧结温度应该在大约1350-1390℃以下。为了产生晶粒尺寸为0.6μm的烧结基底，通常，WC粉末基本上是更细小的，通常在0.2-0.3μm。

端铣刀的PVD涂层通常是具有高硬度和耐磨性的(Ti，Al)N单层。通过在涂层成长过程中使用涂层的强离子轰击，PVD层具有高的残余应力水平，至少为2000MPa等级的压应力，通常为高于3000MPa的压应力。压应力通常认为是有利的，因为为了在涂层上产生一个裂纹，需要在刀具上施加一个相当大的机械载荷。同时，由于高应力和有限的涂层粘附力，施加了大约3μm的最大涂层厚度。

通过设计涂层，例如在欧洲专利EP983393中公开的非周期性TiN+(Ti，Al)N多层涂层可以提高刀具韧性。这些设计中，平均Al含量低于单层涂层中的Al含量，这将损害耐磨性。

发明内容

本发明的目的是提供一种有涂层的硬质合金端铣刀，其具有改进的耐磨性的并且不会牺牲其韧性和刃口安全性，这对于硬度在HRC46-63或以上的钢材的半精加工和精加工特别有利。

本发明的目的是通过以下方式实现的，即提供一种硬质合金刀片，包含有细晶粒WC+Co基底，并具有PVD涂层，由于这种层结构其可以达到优化的耐磨性并提高切削刃韧性。

附图说明

图1显示了本发明的示例性的端铣刀的裂纹部分的扫描电镜(SEM)的显微照片，其中

a-基底

b-涂层

c-第一层

d-第二层

e-低Al层；

图2显示了本发明的示例性基底的扫描电镜显微照片；

图3显示了本发明的示例性端铣刀的横截面的光学显微照片；

图4显示了本发明的示例性端铣刀的磨损刀刃的扫描电镜显微照片；

图5显示了现有技术中的端铣刀的磨损刀刃的扫描电镜的显微照片。

具体实施方式

意外地发现，通过在两个具有高压缩残余应力的高Al含量的(Ti，Al)N层之间夹入具有不期望的基本无应力属性的低Al含量(Ti，Al)N层，可以减少边缘破裂的发生。这样，通过使用高硬度等级的基底和较厚的涂层并因为该使用，可以得到更耐磨的涂层。

根据本发明提供一种具有涂层的整体硬质合金端铣刀，用于HRC46-63及以上的硬化钢的半精加工和精加工，其包含一个硬质合金基底和耐磨涂层，其中