一种合金镗刀及带涂层的合金镗刀的制作方法

本申请涉及金属加工设备技术领域，尤其涉及一种合金镗刀及带涂层的合金镗刀。

背景技术：

目前镗刀主要用于加工轧机中的轧辊，但是轧辊的工作条件非常恶劣，要求其具有较高的耐磨性和强韧性，还应具有优良的抗氧化性和热疲劳能力，所以轧辊本身硬度较高，加工难度大。现有的合金镗刀加工轧辊会有如下不足：1.合金镗刀的寿命低；2.合金镗刀加工的轧辊精度和表面光洁度不高，影响轧辊的使用寿命。

现在市场上存在的金刚石镗刀，虽然使用寿命和加工质量有很大的提高，但是加工难度大，加工成本也大幅提升，所以需要一种经济型的镗刀，既不会大幅的增加成本，还能获得品质较高的轧辊。

技术实现要素：

本申请提供了一种合金镗刀及带涂层的合金镗刀，通过涂层结构使得合金镗刀具有耐磨、抗冲击、摩擦系数低的功能，而且加工成本低。

第一方面，本申请提供一种合金镗刀，镗刀的端刃为凹槽端刃或凸起端刃。

第二方面，本申请还提供一种带涂层的合金镗刀，包括合金镗刀本体和涂覆在所述合金镗刀本体表面的涂层，所述涂层包括涂覆于合金镗刀本体表面的耐磨层、辅助层和润滑层；所述耐磨层的厚度大于所述润滑层的厚度。

优选地，所述合金镗刀本体为第一方面所述的合金镗刀。

优选地，所述涂层从内到外依次为第一耐磨层、第一辅助层和第一润滑层。

优选地，所述第一耐磨层为氮化铝钛层；所述第一辅助层为氮化钛层；所述第一润滑层为碳氮化钛层。

优选地，所述涂层从内到外依次为第二辅助层、第二耐磨层、和第二润滑层。

优选地，所述第二辅助层为氮化铝钛层；第二耐磨层为氮化硅钛层；第二润滑层为氮化铝钛层。

优选地，涂层的厚度范围是1.5-2.0um，所述涂层的晶粒尺寸为纳米级；所述耐磨层的厚度为所述润滑层的厚度1.5-2.0倍。

优选地，所述第一耐磨层的厚度范围是0.7-1.0um；所述第一辅助层的厚度范围是0.3-0.45um；所述第一润滑层的厚度范围是0.3-0.45um。

优选地，所述第一耐磨层的厚度为0.95um；所述第一辅助层的厚度范围为0.35um；所述第一润滑层的厚度范围为0.4um。

优选地，所述第二辅助层的厚度范围是0.3-0.45um；第二耐磨层的厚度范围是0.7-1.0um；第二润滑层的厚度范围是0.3-0.45um。

优选地，所述第二辅助层的厚度为0.4um；第二耐磨层的厚度为0.9um；第二润滑层的厚度为0.4um。

本申请所提供的合金镗刀的端刃为凹槽端刃或凸起端刃，可以使加工的轧辊的凹槽表面积增大，这样可以增加轧辊加工的螺纹钢的握紧力。另外本申请通过在合金镗刀的合金镗刀本体外表面上涂覆涂层，所述涂层包括耐磨层、辅助层和润滑层，涂层的成本要远低于金刚石材料，所以相对于金刚石镗刀，加工成本降低，具有更高的性价比。同时涂层具有耐磨、抗冲击、摩擦系数低等优点，所以刀具的使用寿命和加工品质都要优于传统的合金镗刀。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有合金镗刀的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的具有凹槽端刃的合金镗刀的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的具有凸起端刃的合金镗刀的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的带涂层的合金镗刀的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的涂层的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的另一个涂层的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的再一个涂层的结构示意图。

图示说明：

100-端刃；101-凹槽端刃；102-凸起端刃；

1-合金镗刀本体；2-涂层；31-第一耐磨层；41-第一辅助层；51-第一润滑层；32-第二耐磨层；42-第二辅助层；52-第二润滑层。

具体实施方式

下面通过对本申请进行详细说明，本申请的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于本申请工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面结合附图，详细介绍本申请的具体实施例。

申请人发现，螺纹钢的需求一般是在满足工程设计所需握紧性能要求的基础上，以机械工艺性能或机械强度指标为主。螺纹钢是由上、下两个轧辊挤压成型，而镗刀正是加工轧辊凹槽里面的螺纹的工具，属于仿形加工。螺纹钢与混凝土接触时产生的握紧力与螺纹钢表面的螺纹有关系，螺纹的表面积越大，螺纹钢的与混凝土的接触面积也就越大，能产生的握紧力也会增加。传统的螺纹钢表面螺纹是规格截面，握紧力也是一定的，不可调节。传统的镗刀如图1所示，其端刃100也为规则截面。

图2为根据一优选实施例示出的具有凹槽端刃的合金镗刀的结构示意图；图3为根据一优选实施例示出的具有凸起端刃的合金镗刀的结构示意图。如图2、图3所示，所述合金镗刀的端刃为凹槽端刃101或凸起端刃102。所述凹槽端刃101或凸起端刃102在加工轧辊时，可以增加轧辊凹槽的表面积，这样就可以增加螺纹钢的螺纹的表面积，进而增加螺纹钢与混凝土接触时产生的握紧力。另外，金刚石镗刀加工难度大，很难加工出异型结构，而合金镗刀的加工要相对容易，这样可以增加合金镗刀的适用范围。所述的合金镗刀可以通过模具压制成型。申请人还发现，由于结构限制，合金镗刀通常直径在7-10mm，厚度在4-6mm，尺寸较小，所以要求涂层的厚度尽可能薄，同时达到改善镗刀耐磨性能和加工品质的要求。

镗刀在使用过程中属于高速轻载，所以涂层的磨损形式是冲蚀磨损，这就要求涂层刀具具有硬度和韧性的匹配性。

图4为根据一优选实施例示出的带涂层的合金镗刀的结构示意图，图5为根据一优选实施例示出的涂层的结构示意图如图4、图5所示，所述带涂层的合金镗刀包括合金镗刀本体1和涂覆在所述合金镗刀本体1表面的涂层2。以所述合金镗刀本体1为最内侧，所述涂层2包括涂覆于合金镗刀本体1表面的耐磨层3、辅助层4和润滑层5。其中，所述耐磨层3的厚度大于所述润滑层5的厚度。涂层2耐磨、抗冲击、摩擦系数低，加工产品的光洁度高，使用寿命和加工品质优于传统的合金镗刀。而且涂层2的成本远低于金刚石材料，加工成本低，具有更高的性价比。

进一步地，所述合金镗刀本体1可以为端刃为凹槽端刃101或凸起端刃102的合金镗刀。

受合金镗刀结构限制，要求所述涂层2的厚度尽可能薄，合金镗刀通常直径在7-10mm，厚度在4-6mm，尺寸较小，同时还要达到改善镗刀耐磨性能和切割品质的要求，所以本申请中的合金镗刀本体表面的涂层2总厚度范围是1.5-2.0um，所述涂层2的晶粒尺寸为纳米级；所述耐磨层3的厚度为所述润滑层5的厚度1.5-2.0倍，所述辅助层4的厚度约等于所述润滑层5的厚度。

如图6所示，在其中一个具体实施例中，所述涂层2从内到外依次为第一耐磨层31、第一辅助层41和第一润滑层51。

所述第一耐磨层31为氮化铝钛TiAlN层；所述第一辅助层41为氮化钛TiN层；所述第一润滑层51为碳氮化钛TiCN层。

第一耐磨层31为底层，氮化铝钛TiAlN层耐磨性高、热硬性好、附着力强、摩擦系数小和导热率低，而且与合金基体的结合力好，与合金基体接触能有效降低结合界面的表面能，防止涂层2脱落。

第一辅助层41作为中间的过渡层，可以防止氮化钛TiN与碳氮化钛TiCN结合界面碳化物的生成，这种碳化物具有高脆性，会破坏涂层性能。同时第一辅助层41能够降低涂层2的残余热应力，避免残余应力过大而导致所述涂层2从合金镗刀本体1上裂开甚至剥落，使得涂层-基体复合体系更为稳定。

所述第一润滑层51作为表层，碳氮化钛TiCN可以有效改善涂层刀片的表面光洁度，降低摩擦系数，使镗刀满足轧辊的要求。

在上述实施例中，所述第一耐磨层31的厚度范围是0.7-1.0um；所述第一辅助层41的厚度范围是0.3-0.45um；所述第一润滑层51的厚度范围是0.3-0.45um。

所述涂层2的厚度是根据镗刀轧辊的合格率和使用寿命共同决定的。将所述合金镗刀的涂层中的各个分层设置为不同的厚度，再进行相关测试实验，发现所述第一耐磨层31的厚度为0.95um时，磨损率最低，耐磨性最佳。所述第一辅助层41的厚度范围为0.35um时综合性能最佳，如果第一辅助层41的厚度太厚，涂层2的性能反而下降。所述第一润滑层51的厚度范围为0.4um时，涂层2的综合性能最佳。

如图7所示，在另一个具体实施例中，所述涂层2从内到外依次为第二辅助层42、第二耐磨层32和第二润滑层52。

所述第二辅助层42为氮化铝钛TiAlN层；第二耐磨层32为氮化硅钛TiSiN层；第二润滑层52为氮化铝钛TiAlN层。

底层为第二辅助层42，氮化铝钛TiAlN层与合金基体的结合力好，与合金基体接触有效降低结合界面处的表面能，防止涂层脱落。

中间层为第二耐磨层32，表层为第二润滑层52。氮化硅钛TiSiN层的硬度比氮化铝钛TiAlN层更高，所以可作为耐磨层。另外，氮化硅钛TiSiN层还具有优异的抗高温氧化性能和热稳定性能，其作为耐磨层，使镗刀能适用于轧辊的硬度高、光洁度要求高的加工中。

但是氮化硅钛TiSiN在涂覆的时候容易在表面形成液滴，表面粗糙度不好，所以在耐磨层上再涂覆一层氮化铝钛TiAlN层。氮化铝钛TiAlN与耐磨层的结合力较好，既可以有效改善涂层2的表面光洁度，降低摩擦系数，又可以保证涂层2的稳定性。

在上述实施例中，所述第二辅助层42的厚度范围是0.3-0.45um；第二耐磨层32的厚度范围是0.7-1.0um；第二润滑层52的厚度范围是0.3-0.45um。

具体的，所述第二辅助层42的厚度为0.4um时，涂层2的综合性能最佳。第二耐磨层32的厚度为0.9um时，磨损率最低，耐磨性最佳；第二润滑层52的厚度为0.4um时，涂层2的综合性能最佳。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。