[发明专利]表面被覆切削工具及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面被覆切削工具、以及该表面被覆切削工具的制造方法，其中该表面被覆切削工具包括基材和形成在该基材上的覆膜。

背景技术

通常使用由诸如烧结硬质合金等材料制成的切削工具对钢和铸件进行切削。在切削过程中，这些切削工具的刀头暴露于高温(也就是800℃以上)之下。切削过程中所产生的热量会引发许多问题，例如切削工具的塑性变形和后刀面磨损增加。

为了改善高温下的切削性能，已经提出了包括各种覆膜的表面被覆切削工具，所述覆膜形成在由诸如烧结硬质合金等材料制成的基材上。作为一个例子，专利文献1公开了一种被覆工具，其包括形成在氧化铝覆膜之上的含硼覆膜。作为另一个例子，专利文献2公开了一种包括在基材上形成的二硼化钛层的切削工具。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本未审查的专利申请公开No.2003-266213

专利文献2:日本未审查的专利申请公开(PCT申请的译文)No.2011-505261

发明内容

技术问题

这些覆膜通过化学气相沉积法(例如，化学气相沉积(CVD))和物理气相沉积法(例如离子镀和离子溅射)而形成。

在由这些方法形成的覆膜中，由化学气相沉积形成的覆膜对烧结硬质合金基材具有高粘着强度，并且其还具有高耐磨性。随着对于更高的切削速度和效率的需求日益增长，趋向于形成更厚的覆膜；由此，基材和覆膜之间的粘着强度十分重要。鉴于此，优选的是通过化学气相沉积形成覆膜。

然而，如果通过化学气相沉积形成覆膜，则在沉积过程中，覆膜将暴露于高温下，即约1,000℃。当沉积后覆膜冷却到室温时，由于烧结硬质合金基材和覆膜之间的热膨胀系数存在差异，因此导致覆膜内残留有拉伸应力。

如果在切削过程中由覆膜的表面处出现裂缝，则残留在覆膜中的拉伸应力会促进裂缝扩大。这样的切削工具不足以抵抗覆膜剥落和碎裂。

尽管更厚的覆膜具有更高的耐磨性，但是覆膜中趋向于残留更高的拉伸应力。这增加了异常工具损伤的频率，由此降低了抗断裂性。因此，通过化学气相沉积难以形成同时具有高耐磨性和高抗断裂性的覆膜。

诸如车削工具和铣削工具之类的切削工具配有一个或多个表面被覆切削工具。这些表面被覆切削工具的刀头在其使用寿命结束时需要被替换。仅具有一个切削刃的表面被覆切削工具自身需要被替换，而具有多个切削刃的切削工具能够在相同的座面处以不同的位置重复利用。即，通过将这些切削工具中未使用的切削刃安装在切削位置处，则可在不同切削位置处利用这些切削工具。也可以通过将切削刃重新安装在不同的座面上从而使用未经使用的切削刃。

然而，在实际的切削情况中，即使表面被覆切削工具的切削刃未经使用，也常常会替换表面被覆切削工具或者改变方向。这是因为在替换刀头或将刀头转向不同的切削刃时，操作者无法容易地确定切削刃是否已被使用。因此，在替换操作之前，操作者需要细心且充分地检查切削刃以确保切削刃已被使用。

专利文献1公开的被覆工具包括作为工具最外层的有色的含硼覆膜，从而可以容易地确定该工具是否已经使用过。该被覆工具的含硼覆膜中具有拉伸残余应力，其提高了含硼覆膜和下层覆膜间的粘合性，由此改善了耐磨性。遗憾的是，如上所述，这样的工具在最外层中具有拉伸残余应力，因此其存在抗断裂性不足的问题。

如果对这样的被覆工具的表面进行加工处理以消除拉伸残余应力，则最外层的颜色可能消失，使得难以确定工具的使用情况。

对于上述问题，即确定工具使用情况的难点，专利文献2公开的切削工具也不是令人满意的技术方案。

如果对专利文献1和2公开的工具表面进行加工处理，则由于最外层的损耗，也可能降低工具的耐磨性。

鉴于上述内容，本发明的目的在于提供一种同时具有高耐磨性和高抗断裂性的表面被覆切削工具，并且该工具具有十分易于确定切削刃使用情况的指示功能。

问题的解决方案。

本发明的发明人为了解决上述问题进行了广泛研究，结果发现，可在比常规已知条件更苛刻的条件下对由多个层构成的覆膜进行后加工，从而保留易于确定工具使用情况的层，同时改善诸如耐磨性之类的性能，其中所述多个层包括由特定化合物制成的最外层。基于该发现的进一步研究使得本发明人完成了本发明。