專利名稱：切削工具及處理其表面的方法
技術領域：
本發明總的來說涉及切削工具及處理其表面的方法，更具體的說涉及切削工具及處理其表面的方法，其中首先對切削工具的表面(涂層)進行噴砂，然后進行刷磨，以便通過改善耐磨性和韌性使所述切削工具在切削工件時具有優秀的抗碎裂性能以及具有優秀的耐用性。
背景技術：
切削工具用于處理鑄鐵、碳鋼、合金鋼等。切割工具，例如為插入件，當與工件接觸時進行切削。通常，切削工具，例如插入件，使用通過混合鈷(Co)與碳化鎢(WC)并燒結該混合物而制成的硬質合金、或者碳氮化鈦基金屬陶瓷作為其基礎材料，在該基礎材料的表面上具有耐磨的硬涂層。涂層是由使用化學氣相沉積(CVD)方法或者物理氣相沉積(PVD) 方法涂例如為金屬氧化物(例如Al2O3)、碳化物(例如TiC)等的化合物而形成的。例如，美國專利No. 6，007，909建議一種切削工具，其中厚度為1_20μπι的涂層形成于碳氮化鈦基金屬陶瓷基礎材料上，美國專利No. 6，183，846建議一種切削工具，其中在硬質合金或者金屬陶瓷基礎材料的表面形成厚度為0. 1-5 μ m的由Ti的碳化物、氮化物、碳氮化物、碳氧化物、碳氮化氧化物或者硼氮化物組成的內層、厚度為5-50 μ m的包含Al2O3的中間層和厚度為5-100 μ m的包含Ti的碳化物、氮化物、碳氮化物、碳氧化物、碳氮化氧化物或者硼氮化物的外層。韓國專利登記No. 0847715建議包含涂層的切削工具，其中碳化物、 氮化物或者氧化物的單層、其多層、和/或其交叉層被噴射在包含Co和/或Ni粘結相的金屬陶瓷基礎材料上。韓國專利公開No. 10-2004-009760公開了一種涂層切削插入件，其中在硬質合金基礎材料上形成有TiCxNyOz層(0. 7 = x+y+z = 1)和Al2O3層。涂層是通過噴射晶體顆粒形成的，一些顆粒突出形成粗糙表面。因此，由于點狀突出物的形成，切削工具的最外層變得粗糙。當涂層的厚度增加時，這一現象變得更嚴重。在例如為Al2O3的陶瓷涂層中這一現象特別嚴重。此外，這一現象在涂層中很普遍，無論形成該涂層的材料是哪種類型。當切削工件時，具有粗糙表面的切削工具經受不均勻的應力，并因此碎裂可能會在切削部分發生，涂層或者基礎材料可能被損壞，導致工具的效率下降。為了改善切削工具的粗糙表面，已經嘗試了用于對涂層進行表面處理的技術。例如，韓國專利登記No. 0187564公開了一種表面處理方法，其中涂層切削工具的表面(涂層) 被用砂布磨或者刷珩磨。然而，上述公開的表面處理方法可以提供一定程度的平坦表面，但是所提供的表面具有差的抗碎裂性、低耐磨性和低韌性，因為其不夠光滑和平坦。(在先專利文獻1)美國專利No.6，007, 909(在先專利文獻2)美國專利No.6，183，846(在先專利文獻幻韓國專利登記No.0847715(在先專利文獻4)韓國專利公開No.10-2004-0084760(在先專利文獻幻韓國專利登記No.018756
發明內容
技術問題本發明的目的是解決現有技術的前述問題，并提供用于處理切削工具的表面的方法，使得切削工具當切削工件時具有優秀的抗碎裂性、以及通過改善耐磨性和韌性而具有優秀的耐用性。本發明還提供表面被使用上述方法處理過的切削工具。技術方案為了實現前述目的，本發明提供用于處理切削工具的表面的方法，該方法包括使用粒狀磨料對該切削工具的表面進行噴砂處理，和對該切削工具的被噴砂處理過的表面進行刷磨處理。磨料可以包含一個或多個選自于下列組的成分礦物顆粒、陶瓷顆粒和金屬顆粒。 根據本發明的優選實施方式，可以通過以1.0-2.5巴的壓力噴射磨料至所述切削工具的表面上5-30秒來進行噴砂處理。噴砂處理還可以通過噴射粒狀磨料與水的混合物至所述切削工具的表面來進行。優選的，磨料的密度為0. 8-1. 5kg/L·刷磨可以進行50-200秒，同時刷和切削工具這兩者中的一個或兩者都以 60-120rpm的速度旋轉。優選的，應用潤滑劑至所述刷。潤滑劑可以包含大小為0. 5-10 μ m 的固體顆粒。此外，本發明還提供表面被上述方法處理過的切削工具。有益效果根據本發明，通過包括噴砂處理(第一表面處理)和刷磨處理(第二表面處理) 的兩步表面處理改善了切削工具的表面條件。因此切削工具在切削工件時具有優秀的抗碎裂性，以及通過改善耐磨性和韌性而具有優秀的耐用性。此外，與其他傳統表面處理方法相比，產生相同表面質量所需的表面處理時間顯著降低。
圖1是用在本發明中的刷磨裝置的示例性的透視圖。圖2和3說明了根據比較實施例和本發明的實施方式表面處理過的切削工具樣品的棱角部分的表面的放大圖片。圖4和5說明了根據比較實施例和本發明的實施方式表面處理過的切削工具樣品的坑狀部分的表面的放大圖片。圖6和7說明了根據比較實施例和本發明的實施方式被表面處理過的切削工具樣品的磨削部分的表面的放大圖片。圖8說明了根據比較實施例5和6的切削工具的表面的橫截面圖片。圖9說明了使用根據本發明的實施方式表面處理過的切削工具樣品切削過的工件的表面的圖片。圖10說明了根據本發明的工件的表面粗糙度的測量標準。
具體實施例方式下文中，將更詳細的描述本發明。
本發明中，經過表面處理過的切削工具典型的為安裝在刀架上的切削插入件。切削工具接觸例如為鑄鐵、碳鋼、合金鋼等的工件，并包含涂在基礎材料上的用于耐磨的硬涂層。基礎材料和涂層包括常用材料。例如，基礎材料可以選自于由混合鈷(Co)和碳化鎢 (WC)并燒結該混合物而制成的硬質合金、和包含碳氮化鈦基相或者Co、Ni、W和/或Mo的金屬陶瓷。該金屬陶瓷可以包括一種或多種選自于Ta、Nb、V、Zr、Hf、Cr等的另外的元素。涂層可以通過化學氣相沉積(CVD)或者物理氣相沉積(PVD)涂在基礎材料的表面上，并可以包含含有選自于Al、Ti、Zr和Hf或其混合物的一種或多種元素的氧化物、碳化物、氮化物、碳氮化物、氮氧化物或者氮化物碳酸鹽。更具體的，例如，涂層可以包括選自于(a )-Al203、TiN、A10xNy(0 彡 χ 彡 1,0 ^ y ^ 1) ,HfN,TiCxNy(0 ^ χ ^ 1,0 ^ y ^ 1)、禾口 TiCxNyOz(0彡χ彡1，0彡y彡1，0彡ζ彡1)的一種或多種組分。涂層可以是單層或者包含兩個或兩個以上的層的多層。盡管不是特別的限制，在多層涂層的情況下，涂層包括例如形成在基礎材料表面上的TiN層和形成在TiN層上的(Q)-Al2O3層，其中(Ci)-Al2O3層是最外層。涂層的厚度可以為3.0-50μπι，但是優選為10-30μπι。通過下文中描述的根據本發明的處理切削工具的表面的方法蝕刻涂層，優選的蝕刻厚度為0. 5-2. 0 μ m。根據本發明的處理切削工具的表面的方法包括至少噴砂處理切削工具的表面即涂層的表面(最外層)的第一表面處理步驟、和刷磨處理所述切削工具的被噴砂處理過的表面的第二表面處理。噴砂處理步驟(第一表面處理)和刷磨處理步驟(第二表面處理) 連續進行。即，切削工具的表面(涂層)首先被噴砂處理，之后再刷磨處理該被噴砂處理過的表面。本發明中，噴砂處理步驟是通過高壓噴射粒狀磨料至所述切削工具的表面(涂層)進行的，并可以包括干法和濕法。更具體的，破壞步驟可以通過干法進行，其中使用高壓空氣作為推進劑將粒狀磨料噴射至切削工具的表面；或者通過濕法進行，其中粒狀磨料和水的混合物被高壓噴射至所述切削工具的表面。優選的，噴砂處理步驟是通過濕法進行的，因為其在工作環境、粗糙度和均一性方面有優勢。磨料可以是選自于如下組的一種物質或至少兩種物質的混合物礦物顆粒(天然砂、硅土等)、陶瓷顆粒(氧化鋁顆粒等)、金屬顆粒(鑄鐵、合金鋼顆粒等)等。粒狀磨料顆粒的大小(粒度分布)優選為30 μ m-900 μ m。如果磨料顆粒太小，例如它們的大小小于30 μ m,不能獲得良好的平面度，并且需要對工具處理太多次。另一方面， 如果磨料顆粒太大，例如，它們的大小超過900 μ m，表面粗糙度將變得嚴重，涂層可能破裂或損壞。切削工具，例如為插入件，具有突出的部分(棱角、刃部分等)，如果磨料的尺寸大， 那么所述突出的部分可能不利的被蝕刻。而且，粒狀磨料可以是30-75 μ m的小尺寸的顆粒與75-900 μ m的大尺寸的顆粒以1 0. 5-2的比率的混合物。當噴砂處理步驟是通過濕法進行時，磨料的密度優選為1. 0-1. 5Kg/l (被包括在 11的磨料與水的混合物中的磨料的量)。如果磨料密度小于1. okg/l，研磨效率將降低，可能需要太多次的對工具的處理，而如果磨料密度超過1. ^g/l，不能獲得優秀的噴射。磨料的密度優選為1.0-lJkg/l。對于濕法噴砂處理步驟，磨料的噴射壓力優選為1. 0-2. 5巴，更優選的為1. 4-2. O 巴。如果噴射壓力小于1.0巴，難于進行蝕刻。另一方面，如果噴射壓力超過2. 5巴，則蝕刻率增加，由此移除涂層或者導致涂層的損壞。在這樣的壓力條件下，噴砂處理步驟(高壓磨料噴射)優選進行5-30秒。例如，如果是通常使用的CNMG 12型切削插入件，合適的是以1. 4-2. 0巴的噴射壓力進行噴砂處理步驟10-15秒。通過從以預設角度安裝在傳送裝置上的噴射槍噴射磨料至多個被布置在傳送裝置上的切削工具進行噴砂處理步驟，其中傳送裝置水平移動(在χ-y平面上的χ方向)而噴射槍重復的垂直移動(在x_y平面上的y方向)。傳送裝置的速度優選為120-200mm/min。 對于傳送裝置的速度小于120mm/min的情況而言，蝕刻過度，但是在傳送裝置的速度超過 200mm/min情況下，蝕刻不足。噴射槍可以重復的以4500-5500mm/min的速度移動。換句話說，切削工具以傳送裝置的120-200mm/min的速度水平移動(在χ-y平面上的χ方向)，而安裝在傳送裝置上方的噴射槍以4500-5500mm/min的速度垂直重復移動(在χ-y平面上的 y方向)。在這樣的操作條件下進行噴砂處理步驟，能夠獲得優秀的平面度。噴射可以利用噴射槍以45士20度的范圍的角度進行。通過以這樣的方式噴射磨料，切削工具的上表面和端面能夠被均勻的噴砂處理。其后，切削工具被翻轉以噴砂處理切削工具的底面。當噴砂處理步驟是通過干法進行的時候，空氣和磨料的噴射壓力優選為1. 0-2. 5 巴，更優選的為1. 8-2. 0巴。在這樣的壓力條件下，噴砂處理步驟優選進行5-30秒。傳送裝置的速度優選為15-500mm/min。如果噴射壓力太低或者傳送裝置移動太慢，則難于進行蝕刻。另一方面，如果噴射壓力太高或者傳送裝置移動太快，則蝕刻率過度，由此移除涂層或者導致涂層損壞至難以接收的程度。可以通過通常的刷磨方法(刷珩磨)進行刷磨處理步驟。可以通過使用如圖1所示的刷磨裝置進行刷磨處理步驟。盡管可以使用下文中描述的刷磨裝置通過旋轉刷和切削插入件這兩者中的至少一個來進行刷步驟，期望通過同時旋轉刷和切削插入件來進行刷磨處理步驟。參見圖1，刷磨裝置包括支持板10、和安裝在支持板10上的圓盤形支撐20。多個支撐20可以安裝在支持板10上，并且順時針(前向旋轉)和/或逆時針旋轉(反向旋轉)。 圖1表示安裝在支持板10上的8個支撐20逆時針和順時針旋轉的狀態。多個切削插入件被安裝在支撐20上。例如，36個切削插入件可以被安裝在一個支撐20上。刷磨裝置還包括安裝在所述支撐20的上方的圓盤形的刷板30。多個刷32被布置在刷板30下方。刷板 30的直徑可以為500mm，支撐20的直徑可以為138mm。刷板30可旋轉安裝，并且優選的被安裝以便逆時針方向(反向旋轉)以及順時針方向(前向旋轉)旋轉。例如，支撐20可以重復順時針旋轉(前向旋轉)和逆時針旋轉(反向旋轉)，安裝在傳送裝置20的上方的刷板30可以以一個方向旋轉(例如順時針)，由此改善刷磨處理效率。在優選的實施方式中，應用潤滑劑至所述刷32以高效刷磨。潤滑劑優選的為包括油和固體顆粒(磨料)的膏狀組合物。例如，固體顆粒可以是硅土或金剛石。固體顆粒的大小可以為0. 5-10 μ Hi0固體顆粒可以按重量百分比計以0. 2-5%的比例被包括在膏狀潤滑劑中，例如2-50g的固體顆粒被混合在IKg的潤滑劑中。可以通過以60-120rpm的速度旋轉刷32進行刷磨處理步驟。換句話說，刷板30 的旋轉速度為60-120rpm。如果刷32的旋轉速度小于60rpm，需要進行太多次以平滑表面， 而如果刷的旋轉速度超過120rpm，刷32可能會被過早的用壞。刷磨處理步驟優選的在刷 32的轉速下進行50-200秒。刷磨處理時間小于50秒難于獲得平滑的表面。在另一方面， 刷磨處理時間超過200秒，表面變得光滑，但是由于刷磨而導致涂層的過度磨損以及可能需要太多的能量。優選的，安裝在刷板30下方的支撐20在刷板30的旋轉期間重復前向旋轉和反向旋轉，而支撐20前向旋轉一次25-100秒，然后反向旋轉一次25-100秒。支撐20 的旋轉速度，即切削工具的旋轉速度優選為60-120rpm。根據本發明，通過上述的兩步連續表面處理(噴砂和刷磨)改善了切削工具的表面條件。更具體的，通過首先進行的噴砂處理改善了切削工具的表面的平面度(粗糙度)， 通過在首先進行的噴砂處理之后接著進行的刷磨處理使得被噴砂處理過的表面變得平滑。 如果僅進行噴砂處理，平面度可以被改善，但是表面不光滑。如果僅進行刷磨處理，表面變得光滑，但是平面度下降，并且需要進行太多次。這里，如果僅利用刷磨處理對表面長時間處理以獲得同等的平面度，帶來的問題是由于過度蝕刻而移除了最外部的涂層。如果進行刷磨處理，然后進行噴砂處理，不能獲得光滑表面。因此，噴砂處理首先進行，然后進行刷磨處理。如此，切削工具的表面條件被改善，由此通過改善耐磨性和韌性而制造了在切削工件時具有優秀的抗碎裂性和優秀的耐用性的切削工具。此外，用于改善表面的處理時間能夠被顯著的降低，表面質量例如表面粗糙度被大幅度的改善。切削工具通常在被插入到切削工具固定器時被使用。根據本發明，通過表面改善，增強了與工具固定器的緊密接觸，由此防止了對切削工具或工具固定器的損害。下文中，將更詳細的描述本發明的實施方式。下面的實施方式僅用于方便理解本發明，而不限制本發明的技術范圍。實施方式1-3常用的具有15 μ m的涂在硬質合金基礎材料上的Al2O3層的CNMG 12型切削插入件被用作目標樣品，在其上連續進行噴砂處理和刷磨處理。濕法噴砂處理通過使用濕法噴砂裝置，在表1所示的條件下對切削插入件(CNMG 12型)的表面進行濕法噴砂處理。被稱為阿魯德(Alodur)的特里巴赫(Treibather)產品的氧化鋁顆粒被用做磨料，其為170目(90μπι)的氧化鋁顆粒與230目(63 μ m)的氧化鋁顆粒以1 1 重量比混合的混合物的形式。磨料的密度是1. 01kg/l (被包含在11的氧化鋁和水的混合物中的氧化鋁的量)。表1濕法噴砂處理條件
權利要求
1.一種處理切削工具的表面的方法，該方法包括使用粒狀磨料對所述切削工具的表面進行噴砂處理；以及對所述切削工具的被噴砂處理過的表面進行刷磨處理。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述切削工具包括涂在基礎材料上的涂層。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述磨料包含一種或多種選自于下列組的成分 礦物顆粒、陶瓷顆粒和金屬顆粒。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述磨料的顆粒的大小為30-900μ m。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，所述噴砂處理是通過將磨料以1.0-2. 5巴的壓力噴射到所述切削工具的表面上進行的。
6.根據權利要求1所述的方法，其中所述噴砂處理是通過噴射粒狀磨料和水的混合物至所述切削工具的表面上進行的。
7.根據權利要求6所述的方法，其中所述磨料的密度為0.8-1. 5kg/L·
8.根據權利要求1所述的方法，其中所述刷磨處理進行50-200秒，同時刷和所述切削工具這兩者中的一個或者這兩者都以60-120rpm的速度旋轉。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，應用潤滑劑至所述刷。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述潤滑劑包含大小為0.5-10 μ m的固體顆粒。
11.一種表面被根據權利要求1至10中任一所述的方法處理過的切削工具。
全文摘要
本發明涉及切削工具及處理其表面的方法。本發明提供了用于處理切削工具的表面的方法，該方法包括使用粒狀磨料噴射該切削工具的表面和刷磨該切削工具的被噴射過的表面。本發明還提供了表面被該方法處理過的切削工具。根據本發明，切削工具的表面條件被改善，因此通過改善耐磨性和韌性而獲得了在切削工件時的優秀的抗碎裂性和優秀的耐用性。
文檔編號B24B3/36GK102202833SQ200880131656
公開日2011年9月28日 申請日期2008年10月23日 優先權日2008年10月21日
發明者宋時勳, 金鐘聲 申請人:特固克有限會社