[發(fā)明專利]表面包覆切削工具及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410041399.8
• 申請日: 2014-01-28
• 公開（公告）號: CN103962590B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 仙北屋和明;大上強(qiáng);橋本達(dá)生
• 申請（專利權(quán)）人: 三菱綜合材料株式會社
• 主分類號: B23B27/00
• 分類號: B23B27/00;B23B51/00;B23C5/00;B32B33/00;C23C14/06;C23C14/32
• 代理公司: 北京德琦知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11018
• 代理人: 康泉,宋志強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種表面包覆切削工具（以下，稱為包覆工具）及其制造方法，該表面包覆切削工具的硬質(zhì)包覆層在不銹鋼等切削加工中發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性、耐磨損性。

背景技術(shù)

通常，包覆工具中已知有如下工具：在各種鋼和鑄鐵等工件的車削加工和平面銑削加工中所使用的裝卸自如地安裝在車刀前端部的可轉(zhuǎn)位刀片、使用于所述工件的鉆孔切削加工等的鉆頭、以及使用于所述工件的端面切削加工、槽加工及臺肩加工等的實(shí)心式立銑刀等，并且，已知有裝卸自如地安裝所述可轉(zhuǎn)位刀片且與所述實(shí)心式立銑刀同樣地進(jìn)行切削加工的可轉(zhuǎn)位立銑刀工具等。

例如，如專利文獻(xiàn)1、2所示，作為包覆工具已知有在由碳化鎢（以下，用WC表示）基硬質(zhì)合金構(gòu)成的基體（以下，稱為工具基體）的表面蒸鍍形成由Al、Ti及Si的復(fù)合氮化物[以下，用（Al，Ti，Si）N表示]層構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層而成的包覆工具，已知這種以往的包覆工具中，構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的所述（Al，Ti，Si）N層具有優(yōu)異的高溫硬度、耐熱性、高溫強(qiáng)度及高溫抗氧化性等，因此發(fā)揮優(yōu)異的切削性能。

并且，已知有能夠通過如下方法制造上述以往的包覆工具：例如，如圖1所示，將工具基體裝入電弧離子鍍裝置中，并在由加熱器將工具基體加熱至500℃的溫度的狀態(tài)下，在陽極電極與設(shè)置有具有預(yù)定組成的Al-Ti-Si合金的陰極電極之間，在電流：90A的條件下發(fā)生電弧放電，同時向裝置內(nèi)導(dǎo)入氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)氣體，并設(shè)為2Pa的反應(yīng)氣氛，另一方面，在對上述工具基體施加-100V的偏置電壓的條件下，在所述工具基體的表面蒸鍍形成上述（Al，Ti，Si）N層。

然而，包覆工具中，為了實(shí)現(xiàn)其切削性能，尤其為了改善耐崩刀性、耐磨損性等，而對硬質(zhì)包覆層的組織結(jié)構(gòu)提出有各種建議。

例如，專利文獻(xiàn)3中，作為抑制前刀面上的包覆層的缺損而提高了耐缺損性、并且提高了后刀面上的耐磨損性的包覆工具，記載有如下包覆工具（立銑刀），即由柱狀結(jié)晶構(gòu)成包覆層，且前刀面上的包覆層厚比后刀面上的包覆層厚薄，且由包覆層表面?zhèn)鹊纳蠈訁^(qū)域的平均結(jié)晶寬度比包覆層基體側(cè)的下層區(qū)域的平均結(jié)晶寬度更大的兩個層區(qū)域構(gòu)成，且上層區(qū)域的厚度相對于前刀面上的包覆層厚的比率小于上層區(qū)域的厚度相對于后刀面上的包覆層厚的比率，且前刀面上的柱狀結(jié)晶的平均結(jié)晶寬度小于后刀面上的柱狀結(jié)晶的平均結(jié)晶寬度。

并且，例如，專利文獻(xiàn)4中，作為具備兼顧耐磨損性和韌性，并且與基材的粘附性也優(yōu)異的被膜的包覆工具，記載有如下包覆工具：形成于基材上的被膜包含第1被膜層，該第1被膜層包括微細(xì)組織區(qū)域和粗大組織區(qū)域，該微細(xì)組織區(qū)域中，構(gòu)成該微細(xì)組織區(qū)域的化合物的平均晶體粒徑為10～200nm，并且自該第1被膜層的表面?zhèn)日紦?jù)相對于該第1被膜層的整體厚度成為50%以上的厚度的范圍而存在，并且具有作為-4GPa以上-2GPa以下的范圍的應(yīng)力的平均壓縮應(yīng)力，且該第1被膜層在其厚度方向上具有應(yīng)力分布，在該應(yīng)力分布中具有兩個以上的極大值或極小值，它們的極大值或極小值具有相當(dāng)于位于厚度方向表面?zhèn)鹊谋荒つ敲锤叩膲嚎s應(yīng)力。

專利文獻(xiàn)1：日本專利第2793773號公報

專利文獻(xiàn)2：日本專利公開2009-39838號公報

專利文獻(xiàn)3：日本專利公開2008-296290號公報

專利文獻(xiàn)4：日本專利公開2011-67883號公報

近年來切削加工裝置的高性能化顯著，另一方面，隨著對切削加工的節(jié)省勞力化及節(jié)能化以及低成本化的要求強(qiáng)烈，將在更加苛刻的切削條件下進(jìn)行切削加工。

上述以往的包覆工具中，能夠?qū)崿F(xiàn)一定程度的耐崩刀性、耐缺損性及耐磨損性的改善，但現(xiàn)狀是當(dāng)將其使用于不銹鋼等更加苛刻的切削加工中時，容易產(chǎn)生崩刀、或磨損損傷變大，因此在比較短的時間內(nèi)達(dá)到使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明人等為了提供一種在不銹鋼等切削加工中，耐崩刀性及耐磨損性優(yōu)異，且在長期使用中發(fā)揮優(yōu)異的切削性能的包覆工具及其制造方法，對硬質(zhì)包覆層的結(jié)晶組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究的結(jié)果，得到了以下見解。

以往，制作包覆工具時，作為硬質(zhì)包覆層的形成方法一般采用CVD法、PVD法等，并且，例如通過作為PVD法的一種的電弧離子鍍法（以下，稱為AIP法）成膜由（Al，Ti，Si）N層構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層時，將工具基體裝入裝置內(nèi)，并施加預(yù)定的偏置電壓的同時將裝置內(nèi)加熱至預(yù)定溫度的狀態(tài)下，在陽極電極與預(yù)定組成的Al-Ti-Si合金靶之間發(fā)生電弧放電，同時向裝置內(nèi)導(dǎo)入氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)氣體，并在預(yù)定壓力的反應(yīng)氣氛中進(jìn)行蒸鍍，由此來成膜硬質(zhì)包覆層（參考圖1）。