CN118407045B - 一种制备具有均匀涂层刀片的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备具有均匀涂层刀片的方法，该方法包括以下步骤：S1、将待涂层刀片装配至第一定位夹持装置上；S2、将第一定位夹持装置和待涂层刀片送入涂层炉并进行调整，使待涂层刀片的刀片底面与涂层炉的水平方向形成夹角α；S3、启动涂层炉完成对待涂层刀片的第一涂层的制备；S4、取出第一定位夹持装置和待涂层刀片，清洗待涂层刀片，随后将待涂层刀片装配至第二定位夹持装置上；S5、将第二定位夹持装置和待涂层刀片送入涂层炉并进行调整，使待涂层刀片的刀片底面与涂层炉的竖直方向形成夹角β；S6、启动涂层炉完成对待涂层刀片的第二涂层的制备，具有稳定可靠、涂层均匀、可显著提高刀片切削性能等优点。

Description

一种制备具有均匀涂层刀片的方法

技术领域

本发明主要涉及金属切削刀具成型领域，尤其涉及一种制备具有均匀涂层刀片的方法。

背景技术

采用硬质合金材质制作的金属切削刀片，切削时摩擦力较大，切削时易产生积屑瘤，只能应用于切削速度不高的参数工况，且寿命较短。现有技术中，通常在硬质合金刀片表面使用涂层工艺，即涂覆一定厚度的碳化物、氮化物、氧化物等难熔化合物充当保护者，从而使切削刀片表面具有高硬度、高耐磨性、高耐热性、低摩擦系数特点，并消除了积屑瘤，可大幅提高切削刀片的切削性能和使用寿命。

但在实际切削加工应用中，切削刀片的前刀面和后刀面的磨损量是不一样的，有时是前刀面磨损过大导致刀片切削刃失效，有时是后刀面的磨损过大导致切削刃失效；导致上述问题的主要原因有两个：一方面是受被加工件的材料属性影响；另一方面是因为切削刀片的前刀面和后刀面的涂层厚度不均匀。

现有技术中，制备刀片涂层的操作通常是采用定位装置对多组切削刀片进行固定，再将刀片传送至涂层炉中进行涂层制备，若需要制备具有各层材质不同的多层涂层，现有技术中的做法是：改变涂层炉喷射的涂层材质，逐层进行涂层制备。由于物理涂层炉的涂层材料喷射源位于涂层炉的侧壁，涂层材质的喷射方向水平，而涂层刀片的前刀面、后刀面不在一个同平面上，前刀面、后刀面与涂层材料喷射方向的角度不同，完成某一层涂层制备时，前刀面与后刀面上的该涂层厚度明显不均匀，而若进行多层涂层的制备，完成时前刀面、后刀面的涂层整体厚度差异更加明显，即前刀面和后刀面涂层厚度不均匀从而影响切削刀片的切削性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种稳定可靠、涂层均匀、可显著提高刀片切削性能的制备具有均匀涂层刀片的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种制备具有均匀涂层刀片的方法，包括以下步骤：

S1、将待涂层刀片装配至第一定位夹持装置上；

S2、将第一定位夹持装置和待涂层刀片送入涂层炉并进行调整，使待涂层刀片的刀片底面与涂层炉的水平方向形成夹角α；

S3、启动涂层炉完成对待涂层刀片的第一涂层的制备；

S4、取出第一定位夹持装置和待涂层刀片，清洗待涂层刀片，随后将待涂层刀片装配至第二定位夹持装置上；

S5、将第二定位夹持装置和待涂层刀片送入涂层炉并进行调整，使待涂层刀片的刀片底面与涂层炉的竖直方向形成夹角β；

S6、启动涂层炉完成对待涂层刀片的第二涂层的制备；

其中，步骤S2、S5中所述夹角α、夹角β应满足：0≤α≤30°且0≤β≤30°，或满足：60°≤α≤90°且60°≤β≤90°，还应满足：0.8β≤α≤1.2β。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述夹角α、夹角β应满足：α=0，β=0。

在所述步骤S4中，在清洗待涂层刀片之前，对待涂层刀片的刃口进行射流处理，采用刚玉颗粒，粒度为120～150目，射流时间1～3分钟。

在所述步骤S3中，在所述待涂层刀片的前刀面和后刀面上均形成第一涂层，在所述步骤S6中，在所述待涂层刀片的前刀面和后刀面上均形成第二涂层。

所述前刀面上的涂层最大总厚度为Y1，所述后刀面上的涂层最大总厚度为Y2，应满足：0≤Y1 -Y2≤1µm。

所述前刀面上的涂层最小总厚度为Y1’，所述后刀面上的涂层最小总厚度为Y2’，应满足：0≤Y1 -Y1’≤1µm，0≤Y2-Y2’≤1µm。

所述前刀面上第一涂层的最大厚度为X1，第二涂层的最大厚度为X2，所述后刀面上第一涂层的最大厚度为X1’，第二涂层的最大厚度为X2’，应满足：1µm≤X1 - X2≤3µm，1µm≤X2’- X1’≤3µm。

所述前刀面上第一涂层的最大厚度为X1，第二涂层的最大厚度为X2，所述后刀面上第一涂层的最大厚度为X1’，第二涂层的最大厚度为X2’，应满足：1µm≤X2 - X1≤3µm，1µm≤X1’- X2’≤3µm。

所述第一定位夹持装置和/或第二定位夹持装置包括可形成后刀面不完全覆盖涂层的底盘和可形成前刀面不完全覆盖涂层的盖板。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的制备具有均匀涂层刀片的方法，采用第一定位夹持装置对待涂层刀片进行夹持定位，从而可以调整待涂层刀片在涂层炉中的位置和角度，使待涂层刀片的刀片底面与涂层炉的水平方向形成夹角α，首先在前刀面和后刀面上形成均匀的第一涂层，由于前刀面、后刀面与水平的涂层喷射方向的夹角不相同，该第一涂层在前刀面和后刀面上的厚度也有差异（前刀面上第一涂层的厚度为X1，后刀面上第一涂层的厚度为X1’），再采用第二定位夹持装置对待涂层刀片进行夹持定位，使待涂层刀片的刀片底面与涂层炉的竖直方向形成夹角β，在前刀面和后刀面上形成的第二涂层，单独第二涂层在前刀面和后刀面上的厚度也有差异（前刀面上第二涂层的厚度为X2，后刀面上第一涂层的厚度为X2’），由于夹角α、夹角β满足：0≤α≤30°且0≤β≤30°，或满足：60°≤α≤90°且60°≤β≤90°，且满足0.8β≤α≤1.2β（即α与β数值较为接近，相当于两次涂层制备时的前刀面11与后刀面12位置互换），可以实现前刀面上的两层涂层的整体厚度（X1+X2）与后刀面上的两层涂层的整体厚度（X1’+X2’）基本相同，且由于制备第一涂层时，待涂层刀片的刀片底面与涂层炉的水平方向具有夹角α，涂层炉喷射出的同等数量的涂层粒子沉积于前刀面、后刀面的粒子密度降低，在第一涂层厚度达到设定值时，前刀面上的第一涂层厚度更加均匀，后刀面上的第一涂层厚度也更加均匀，同理，前刀面上的第二涂层厚度更加均匀，后刀面上的第二涂层厚度也更加均匀，由此，前刀面各处的涂层整体厚度更加均匀，后刀面各处的涂层整体厚度也更加均匀。从而消除了现有技术中因前刀面、后刀面与涂层喷射方向的角度不同而导致的涂层厚度不均匀问题，最终在前刀面上形成的涂层更加均匀稳定，后刀面上形成的涂层也更加均匀稳定，同时，前刀面和后刀面的涂层厚度也能保持均匀一致，刀片涂层间的拉、压应力小，还能实现不同涂层的组合，所制备的刀片涂抗冲击和耐磨性好，提高了刀片的切削性能。

附图说明

图1是本发明制备具有均匀涂层刀片的方法所采用的涂层装置的示意图；

图2是本发明制备具有均匀涂层刀片的方法的第一定位夹持装置的示意图；

图3是本发明制备具有均匀涂层刀片的方法的第二定位夹持装置的示意图；

图4是本发明制备具有均匀涂层刀片的方法制备第一涂层的示意图；

图5是本发明制备具有均匀涂层刀片的方法制备的第一涂层（放大）的示意图；

图6是本发明制备具有均匀涂层刀片的方法制备第二涂层的示意图；

图7是本发明制备具有均匀涂层刀片的方法制备的第一涂层（放大）的示意图；

图8是本发明制备具有均匀涂层刀片的方法制备前后刀面具有完全覆盖涂层的示意图；

图9是图8中A处放大图；

图10是本发明制备具有均匀涂层刀片的方法制备前后刀面具有不完全覆盖涂层的示意图；

图11是本发明制备具有均匀涂层刀片的方法采用的涂层装置的底盘和盖板的示意图。

图中各标号表示：

1、待涂层刀片；11、前刀面；12、后刀面；13、刀片底面；2、第一定位夹持装置；3、第二定位夹持装置；51、第一涂层；52、第二涂层；6、底盘；61、侧面凹进；7、盖板；71、顶面凹进；8、涂层炉；81、涂层炉侧壁。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、 “下”、“水平”、 “内”、 “外”、“顶”、“底”等指示方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

图1至图11示出了本发明的制备具有均匀涂层刀片的方法所使用的涂层装置，该装置主要包括涂层炉8、第一定位夹持装置2和第二定位夹持装置3，本发明的制备具有均匀涂层刀片的方法包括以下步骤：

S1、将待涂层刀片1装配至第一定位夹持装置2上；

S2、将第一定位夹持装置2和待涂层刀片1送入涂层炉并进行调整，使待涂层刀片1的刀片底面13与涂层炉的水平方向形成夹角α；

S3、启动涂层炉完成对待涂层刀片1的第一涂层51的制备；

S4、取出第一定位夹持装置2和待涂层刀片1，清洗待涂层刀片1，随后将待涂层刀片1装配至第二定位夹持装置3上；

S5、将第二定位夹持装置3和待涂层刀片1送入涂层炉并进行调整，使待涂层刀片1的刀片底面13与涂层炉的竖直方向形成夹角β；

S6、启动涂层炉完成对待涂层刀片1的第二涂层52的制备；

其中，步骤S2、S5中的夹角α、夹角β应满足：0≤α≤30°且0≤β≤30°，还应满足：0.8β≤α≤1.2β。

本发明的制备具有均匀涂层刀片的方法，首先采用第一定位夹持装置2对待涂层刀片1进行夹持定位，从而可以调整待涂层刀片1在涂层炉8中的位置和角度，使待涂层刀片1的刀片底面13与涂层炉8的水平方向形成夹角α，首先在前刀面11和后刀面12上形成均匀的第一涂层51，由于前刀面11、后刀面12与水平的涂层喷射方向的夹角不相同，所形成的第一涂层51在前刀面11和后刀面12上的厚度也有差异（前刀面上第一涂层的厚度为X1，后刀面上第一涂层的厚度为X1’），再采用第二定位夹持装置3对待涂层刀片1进行夹持定位，使待涂层刀片1的刀片底面13与涂层炉8的竖直方向形成夹角β，在前刀面11和后刀面12上形成第二涂层52，基于上述相同的原因，第二涂层52在前刀面11和后刀面12上的厚度也有差异（前刀面上第二涂层的厚度为X2，后刀面上第一涂层的厚度为X2’），由于夹角α、夹角β满足0.8β≤α≤1.2β（即α与β数值较为接近，相当于两次涂层制备时的前刀面11与后刀面12位置互换），可以实现前刀面11上的两层涂层的整体厚度（X1+X2）与后刀面12上的两层涂层的整体厚度（X1’+X2’）基本相同，且由于制备第一涂层51时，待涂层刀片1的刀片底面13与涂层炉8的水平方向具有夹角α，0≤α≤30°，因而，相对于现有技术，涂层炉8喷射出的同等数量的涂层粒子沉积于前刀面11、后刀面12的粒子密度降低，在第一涂层51厚度达到设定值时，前刀面11上的第一涂层51厚度更加均匀，后刀面12上的第一涂层51厚度也更加均匀，同理，前刀面11上的第二涂层52厚度更加均匀，后刀面12上的第二涂层52厚度也更加均匀，由此，前刀面11各处的涂层整体厚度更加均匀，后刀面12各处的涂层整体厚度也更加均匀。从而消除了现有技术中因前刀面11、后刀面12与涂层喷射方向的角度不同而导致的涂层厚度不均匀问题，最终在前刀面11上形成的涂层更加均匀稳定，后刀面12上形成的涂层也更加均匀稳定，同时，前刀面11和后刀面12的涂层厚度也能保持均匀一致，刀片涂层间的拉、压应力小，还能实现不同涂层的组合，所制备的刀片涂层抗冲击和耐磨性好，提高了刀片的切削性能。

如图2、图4和图5所示，采用第一定位夹持装置2对待涂层刀片1进行夹持定位制备第一涂层51：在涂层炉侧壁81上设置有多个涂层喷射装置，水平喷射涂层材料，图2中第一定位夹持装置2处于状态B、C、D时均符合本申请的“待涂层刀片1的刀片底面13与涂层炉8的水平方向形成夹角α”，如图4、5所示（图中箭头代表涂层喷射方向），完成第一涂层51的制备后，在前刀面11上的第一涂层51的厚度为X1，后刀面12上的第一涂层的厚度为X1’，且由于设置有满足0≤α≤30°的夹角α（本实施中的α=13°），涂层喷射装置喷射出的同等数量的涂层粒子沉积于前刀面11、后刀面12的粒子密度降低，在第一涂层51厚度达到设定值时，前刀面11上的第一涂层51厚度更加均匀，后刀面12上的第一涂层51厚度也更加均匀。

如图3、图6和图7所示，采用第二定位夹持装置3对已完成第一涂层51制备的待涂层刀片1进行夹持定位制备第二涂层52：图3中第二定位夹持装置3处于状态E、F、G时均符合本申请的“待涂层刀片1的刀片底面13与涂层炉8的水平方向形成夹角β”，如图6、7所示（图中箭头代表涂层喷射方向），完成第二涂层52的制备后，在前刀面11上的第二涂层52的厚度为X2，后刀面12上的第二涂层的厚度为X2’，由于即α与β数值较为接近，相当于两次涂层制备时的前刀面11与后刀面12位置互换（参见图4和图6中前刀面与后刀面）位置，可以实现前刀面11上的两层涂层的整体厚度（X1+X2）与后刀面12上的两层涂层的整体厚度（X1’+X2’）基本相同；且由于设置有满足0≤β≤30°的夹角β（本实施中的β=13°），涂层喷射装置喷射出的同等数量的涂层粒子沉积于前刀面11、后刀面12的粒子密度降低，在第二涂层52厚度达到设定值时，前刀面11上的第二涂层52厚度更加均匀，后刀面12上的第二涂层52厚度也更加均匀。

除本实施例外，也可以将夹角α、夹角β设置为满足60°≤α≤90°，60°≤β≤90°，也能实现上述技术效果。

若将夹角α、夹角β设置为α=0，β=0，在涂层炉8内部涂层制备区空间有限的前提下，可以最大限度地提高单次涂层制备的刀片的数量，且降低了刀片和定位夹持装置的定位难度，大幅提高刀片生产效率，且通过两次涂层制备，也能实现前刀面11上和后刀面12上的涂层整体厚度基本相同，涂层均匀稳定。

本实施例中，在步骤S4中，在清洗待涂层刀片1之前，对待涂层刀片1的刃口进行射流处理，采用刚玉颗粒，粒度为120～150目，射流时间1～3分钟。

本实施例中，在步骤S3中，在待涂层刀片1的前刀面11和后刀面12上均形成第一涂层51，在步骤S6中，在待涂层刀片1的前刀面11和后刀面12上均形成第二涂层52。

为了保证涂层性能，前刀面11上的涂层最大总厚度为Y1，后刀面12上的涂层最大总厚度为Y2，前刀面11上的涂层最小总厚度为Y1’，后刀面12上的涂层最小总厚度为Y2’应满足：0≤Y1 -Y2≤1µm，0≤Y1 -Y1’≤1µm，0≤Y2-Y2’≤1µm，本实施例中，Y1 =Y2=5µm，Y1’=4.9µm，Y2’=4.9µm。

本实施例中，前刀面11上第一涂层51的厚度为X1，第二涂层52的厚度为X2，后刀面12上第一涂层51的厚度为X1’，第二涂层52的厚度为X2’，为了保证涂层性能，应满足：1µm≤X1 - X2≤3µm，1µm≤X2’- X1’≤3µm，本实施例中，X1=3µm，X2=2µm，X2’=3µm，X1’=2µm。

除上述实施例外，还可以是：前刀面11上第一涂层51的厚度为X1，第二涂层52的厚度为X2，后刀面12上第一涂层51的厚度为X1’，第二涂层52的厚度为X2’，应满足：1µm≤X2 -X1≤3µm，1µm≤X1’- X2’≤3µm。

本实施例中的制备具有均匀涂层刀片的方法所使用的涂层装置中，第一定位夹持装置2可以是带磁性的，也可是挂钩固定待涂层刀片1。

本实施例中，第一定位夹持装置2和第二定位夹持装置3包括可形成后刀面12不完全覆盖涂层的底盘6和可形成前刀面11不完全覆盖涂层的盖板7，底盘6上开设有侧面凹进61，盖板7上开设有顶面凹进71。可以通过将待涂层刀片1装设于底盘6内在待涂层刀片1的后刀面12上形成不完全覆盖涂层，将盖板7盖设至待涂层刀片1的前刀面11上以在前刀面11上形成不完全覆盖涂层。第一涂层51和第二涂层52均可以设置为不完全覆盖涂层。

除本实施例外，还可以设置为第一定位夹持装置2包括可形成后刀面12不完全覆盖涂层的底盘6和可形成前刀面11不完全覆盖涂层的盖板7，或者第二定位夹持装置3包括可形成后刀面12不完全覆盖涂层的底盘6和可形成前刀面11不完全覆盖涂层的盖板7。

本实施例中，为了便于涂层材质喷射方向的控制且可制备不完全覆盖涂层，涂层炉8为物理涂层炉。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种制备具有均匀涂层刀片的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将待涂层刀片（1）装配至第一定位夹持装置（2）上；

S2、将第一定位夹持装置（2）和待涂层刀片（1）送入涂层炉并进行调整，使待涂层刀片（1）的刀片底面（13）与涂层炉的水平方向形成夹角α；

S3、启动涂层炉完成对待涂层刀片（1）的第一涂层（51）的制备；

S4、取出第一定位夹持装置（2）和待涂层刀片（1），清洗待涂层刀片（1），随后将待涂层刀片（1）装配至第二定位夹持装置（3）上；

S5、将第二定位夹持装置（3）和待涂层刀片（1）送入涂层炉并进行调整，使待涂层刀片（1）的刀片底面（13）与涂层炉的竖直方向形成夹角β；

S6、启动涂层炉完成对待涂层刀片（1）的第二涂层（52）的制备；

其中，步骤S2、S5中所述夹角α、夹角β应满足：0≤α≤30°且0≤β≤30°，或满足：60°≤α≤90°且60°≤β≤90°，还应满足：0.8β≤α≤1.2β。

2.根据权利要求1所述的制备具有均匀涂层刀片的方法，其特征在于：所述夹角α、夹角β满足：α=0，β=0。

3.根据权利要求1或2所述的制备具有均匀涂层刀片的方法，其特征在于：在所述步骤S4中，在清洗待涂层刀片（1）之前，对待涂层刀片（1）的刃口进行射流处理，采用刚玉颗粒，粒度为120～150目，射流时间1～3分钟。

4.根据权利要求1或2所述的制备具有均匀涂层刀片的方法，其特征在于：在所述步骤S3中，在所述待涂层刀片（1）的前刀面（11）和后刀面（12）上均形成第一涂层（51），在所述步骤S6中，在所述待涂层刀片（1）的前刀面（11）和后刀面（12）上均形成第二涂层（52）。

5. 根据权利要求4所述的制备具有均匀涂层刀片的方法，其特征在于：所述前刀面（11）上的涂层最大总厚度为Y1，所述后刀面（12）上的涂层最大总厚度为Y2，应满足：0≤Y1-Y2≤1µm。

6. 根据权利要求5所述的制备具有均匀涂层刀片的方法，其特征在于：所述前刀面（11）上的涂层最小总厚度为Y1’，所述后刀面（12）上的涂层最小总厚度为Y2’，应满足：0≤Y1 -Y1’≤1µm，0≤Y2-Y2’≤1µm。

7. 根据权利要求6所述的制备具有均匀涂层刀片的方法，其特征在于：所述前刀面（11）上第一涂层（51）的最大厚度为X1，第二涂层（52）的最大厚度为X2，所述后刀面（12）上第一涂层（51）的最大厚度为X1’，第二涂层（52）的最大厚度为X2’，应满足：1µm≤X1 - X2≤3µm，1µm≤X2’- X1’≤3µm。

8. 根据权利要求6所述的制备具有均匀涂层刀片的方法，其特征在于：所述前刀面（11）上第一涂层（51）的最大厚度为X1，第二涂层（52）的最大厚度为X2，所述后刀面（12）上第一涂层（51）的最大厚度为X1’，第二涂层（52）的最大厚度为X2’，应满足：1µm≤X2 - X1≤3µm，1µm≤X1’- X2’≤3µm。

9.根据权利要求1或2所述的制备具有均匀涂层刀片的方法，其特征在于：所述第一定位夹持装置（2）和/或第二定位夹持装置（3）包括可形成后刀面（12）不完全覆盖涂层的底盘（6）和可形成前刀面（11）不完全覆盖涂层的盖板（7）。

10.根据权利要求1或2所述的制备具有均匀涂层刀片的方法，其特征在于：所述涂层炉为物理涂层炉。