AT413036B

AT413036B - Hartmetallwendeschneidplatte mit diamantschicht

Info

Publication number: AT413036B
Application number: AT9552004A
Authority: AT
Inventors: Arno Dr Koepf; Stefan Dr Feistritzer; Klaus Ing Udier
Original assignee: Boehlerit Gmbh & Co Kg
Priority date: 2004-06-02
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2005-10-15
Also published as: DE202004014495U1; ATA9552004A; WO2005118909A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wendeschneidplatte oder einen Schneideinsatz für eine Abspanung von Teilen, beispielsweise aus Leichtmetall oder faserverstärktem Kunststoff, insbesondere von Teilen aus Aluminium und Aluminium enthaltenden Legierungen, gebildet aus einem Grundkörper aus Hartmetall, vorzugsweise mit einer Form gemäss AT 406 241, welcher Hartmetallgrundkörper gemäss WO 03/020 997 A1 zusammengesetzt ausgebildet und mit Diamant beschichtet ist.

Hartmetall wird im Wesentlichen aus Nichtoxidkeramikteilchen, eingelagert in Metall, durch Sintern hergestellt und kann der hohen Härte wegen für Schneidwerkzeugteile bei einer spanabhebenden Bearbeitung von Werkstoffen verwendet werden.

Die mit Vorteil vorzusehende geometrische Ausformung von Schneideinsätzen oder Wendeschneidplatten ist im Hinblick auf die jeweilig zu zerspanenden Werkstoffe und die gewünschte Güte der bearbeiteten Oberfläche weitgehend Wissen des Fachmannes.

Für eine Abspanung von gegebenenfalls aushärtbaren Aluminium-Knetlegierungen sowie Aluminium-Silizium-Gusslegierungen hat sich beispielsweise eine Schneidengeometrie und Spanflächengestaltung gemäss AT 406 241 B als günstig gezeigt, wobei die Schneide möglichst scharfkantig ausgebildet werden soll.

Es ist seit langem bekannt, zur Verbesserung der Abspanleistung die Schneideinsätze mit einer Oberflächen- bzw. Hartstoffschicht zu versehen. Zu den Schichtwerkstoffen zählen Nitride, Oxide, Karbide sowie Mischformen dieser Verbindungen und Diamant, wobei die Schichten mehrlagig und abwechselnd auf das Substrat bzw. den Schneideinsatz aufgebracht sein können.

Die gewünschte Wirkung der Beschichtung in der praktischen Anwendung des Hartmetallschneidteiles, zum Beispiel einer Wendeschneidplatte, ist wesentlich von der Haftfestigkeit der Schicht auf dem Substrat abhängig, sodass eine Vielzahl von Beschichtungstechnologien entwickelt und eingesetzt werden.

Für eine hochwertige Beschickung mit Diamant (WO 03/020 997 A1) wurde gefunden, dass auch der Sinterwerkstoff bzw. der Hartmetallkörper mit einer besonderen Zusammensetzung und einer günstigen Oberflächenbeschaffenheit ausgeführt sein muss, um eine Haftgüte der Diamantschicht zu verbessern.

Unbestrittenerweise haben die Entwicklungen der Fachleute Wege aufgezeigt, die Hartmetallgüte, die Schneidengeometrie, die Spanflächenfrom und die Beschichtungstechnologie derart zu verbessern, dass die Werkzeuglebensdauer und die Qualität sowie die Wirtschaftlichkeit der Abspanung gesteigert sind. Allerdings besteht nach wie vor der Wunsch der Bearbeiter von Werkstücken, insbesondere aus Leichtmetallbasiswerkstoffen, wie beispielsweise G-AISi 11 Mg, die Schneidhaltigkeit der Wendeschneidplatten in den Werkzeugen zu erhöhen.

Hier ortet die Erfindung ihr Ziel und will eine Wendeschneidplatte oder einen Schneideinsatz für eine Abspanung von Teilen der eingangs genannten Art schaffen, welche bzw. welcher eine Steigerung der Einsatz- bzw. Einbauzeit im laufenden Betrieb des Werkzeuges bei erhöhter Wirtschaftlichkeit ermöglicht.

Dieses Ziel wird gemäss der Erfindung durch eine neue Schneidengeometrie des Grundkörpers und durch eine verbesserte Haftfähigkeit einer neuartigen hochzähen Diamantauflage auf diesem in allen Beanspruchungsbereichen des Schneidteiles erreicht und ist dadurch gekennzeichnet, dass am Grundkörper die Schneidkante mit einem Radius von grösser 0,025 mm ausgeformt ist und die Diamantauflage eine Gesamtstärke von 4 um bis 35 um aufweist, welche Auflage als Mehrfachschicht abwechselnd mit mikrokristalliner und mit nanokristalliner Diamantstruktur gebildet ist.

Die mit der Erfindung erreichten Vorteile sind im Wesentlichen in einer unerwartet erhöhten Standzeit des Werkzeuges zu sehen. Untersuchungen und Vergleichsversuche habe gezeigt, dass eine runde Schneidkante an einer unbeschichteten Schneidplatte standzeitverschlechternd wirkt, jedoch bei einer erfindungsgemässen Beschichtung deren Lebensdauer auch im unterbrochenen Schnitt mehrfach erhöht ist. Voraussetzung für eine Leistungserhöhung ist jedoch einerseits die Zusammensetzung und die Oberfläche des Substrates, die gemäss WO 03/020 997 A1 ausgebildet ist. Andererseits, wie neueste wissenschaftliche Untersuchungen jetzt nahelegen, ist die Abscheidungskinetik und der Aufbau der Diamantbeschichtung für die Zähigkeit und Festigkeit der Schicht massgebend.

Zeigen übliche Diamantschichten bei einer Rissinitiation durch Schlag, beispielsweise im unterbrochenen Schnitt, eine Rissbildung bis zum Substrat sowie ein Absplittern oder Abplatzen von diesem auf Grund der hohen Schichthärte, wird erfindungsgemäss bei, einer Mehrfachschicht auch im Bereich der gerundeten Schneide zusätzlich zur Härte eine hohe Zähigkeit der Diamantauflage bzw. Beschichtung erreicht.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schneidkante am Grundkörper mit einem Radius von grösser 0,03 mm, insbesondere von grösser 0,04 mm, ausgeformt und es weist die Diamantauflage eine Gesamtstärke von 5 um bis 30 um, insbesondere von 10 um bis 26 um. auf, welche Auflage als Mehrfachschicht abwechselnd mit mikrokristalliner und mit nanokristalliner Diamantstruktur gebildet ist.

Durch diese Schneidkanten- und Schichtausbildung werden, wie gefunden wurde, die Spannungen in der Schicht minimiert und eine Rissbildung weitgehend unterdrückt.

Eine besonders hohe Haftfestigkeit der Diamantauflage bzw. der Diamantmehrfachschicht kann erreicht werden, wenn die Oberfläche des Grundkörpers eine Rauhtiefe von grösser 3 um. jedoch kleiner von 20 um. insbesondere von 8 um bis 18 um, aufweist und durch sogenanntes Nachsintern gebildet ist.

S = 2 m < S < 20 m Eine Rissgefahr in der Beschichtung kann weiters vermindert werden, wenn die Diamantauflage aus mindestens zwei, insbesondere aus mindestens vier Schichten gebildet ist.

Eine günstige Gleiteigenschaft für den vom Werkstück abgenommenen Span am Werkzeug kann erreicht werden, wenn die Deckschicht der Diamantauflage eine nanokristalline Diamantstruktur aufweist.

Die Schichthaftung insgesamt am Substrat ist gesteigert, wenn die mit dem Grundkörper verbundene Schicht der Diamentauflage eine mikrokristalline Diamantstruktur aufweist.

Weiters, gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die mikrokristallinen und/oder insbesondere die nanokristallinen Schichten der Diamantauflage im Wesentlichen ungleiche Dicke aufweisen. Derart ist es möglich, Schichtspannungen auch bei erschwertem Einsatz des Werkzeuges gering zu halten.

Wenn, wie in günstige Weise vorgesehen sein kann, im Vergleich mit den übrigen Schichten eine nanokristallline Schicht der Diamantauflage, insbesondere eine innere nanokristalline Schicht, eine grössere Dicke aufweist, wird die Zähigkeit der Beschichtung weiter erhöht und deren Rissempfindlichkeit bei Schlagbeanspruchung erniedrigt.

Die Oberschichten der Beschichtung, welche den höchsten Belastungen widerstehen müssen, sind insbesondere gegen thermische Anforderungen besonders stabil, wenn die Deckschicht der Diamantauflage mit einer Dicke von 1,0 um bis 6,0 um. insbesondere von 1,2 um bis 3,7 um, ausgebildet ist.

Eine überaus langzeitige Verwendung bei gleichmässiger Abnützung aller Schneidbereiche der Wendeschneidplatte ist gegeben, wenn die Eckenkrümmung, das ist die Krümmung der Schneidkante gebildet durch die Spanfläche und zwei Seitenflächen, einen Radius von grösser als 0,01 mm aufweist.

Anhand von schematischen Darstellungen wird im Folgenden die Erfindung beispielhaft nur einen Ausführungsweg darstellend näher beschrieben.

Es zeigt jeweils schematisch : Fig. 1 einen Schnitt durch eine Wendeschneidplatte im Bereich einer Schneidkante Fig. 2 einen Aufbau einer Diamantauflage auf einem Hartmetallgrundkörper In Fig. 1 ist eine Wendeschneidplatte für eine Aluminium-Gusslegierung in einem Schnitt dargestellt. Ein Hartmetallgrundkörper 1 besitzt eine Schneidkante 2, welche erfindungsgemäss eine Rundung R aufweist. Die Schneidkante 2 sowie eine Spanfläche und die Seitenflächen des Hartmetallgrundkörpers 1 tragen eine Diamantauflage 3.

Eine erfindungsgemässe Diamantauflage 3 auf einem Hartmetallgrundkörper 1, wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist als Mehrfachschicht 3 gebildet, wobei die Einzelschichten 31,32,33,34 jeweils abwechselnd eine mikrokristalline und eine nanokristalline Diamantstruktur besitzen.

Einer verbesserten Haftung wegen weist eine auf dem Hartmetallgrundkörper 1 aufgebrachte Erstschicht 31 bevorzugt eine mikrokristalline Diamantstruktur auf, gefolgt von einer nanokristallinen Zwischenschicht 32 mit grösserer Dicke. Auf eine zähigkeitsfördernde dickere nanokristalline Zwischenschicht 32 folgt nach aussen hin widerum eine mikrokristalline Diamantschicht 33, welche selbst eine Deckschicht 34 mit nanokristalliner Diamantstruktur trägt.

Erfindungsgemäss können mit Vorteil zwischen einer Erstschicht 31 mit mikrokristalliner Diamantstruktur, welche Struktur mit derjenigen der Oberfläche eines Hartmetallgrundkörpers nach WO 03/020 997 A1 haftungsverbessernd wirkt, und einer Deckschicht 34 mit nanokristalliner Diamantstruktur eine Vielzahl von Zwischenschichten liegen, allerdings erhöht sich bei einem Überschreiten der Gesamtstärke der Diamantauflage von 30 um die Bruchgefahr derselben.

Patentansprüche : 1. Wendeschneidplatte oder Schneideinsatz für eine Abspanung von Teilen, beispielsweise aus Leichtmetall oder faserverstärktem Kunststoff, insbesondere von Teilen aus Aluminium und Aluminium enthaltenden Legierungen, gebildet aus einem Grundkörper aus Hartmetall, vorzugsweise mit einer Form gemäss AT 406 241, welcher Hartmetallgrundkörper gemäss
WO 03/020 997 A1 zusammengesetzt ausgebildet und mit Diamant beschichtet ist, da- durch gekennzeichnet, dass am Grundkörper (1) die Schneidkante (2) mit einem Radius (R) von grösser 0,025 mm ausgeformt ist und die Diamantauflage (3) eine Gesamtstärke von 4 um bis 35 um aufweist, welche Auflage als Mehrfachschicht (31-34) abwechselnd mit mikrokristalliner (31,33) und mit nanokristalliner (32,34) Diamantstruktur gebildet ist.

Claims

2. Wendeschneidplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Grundkörper (1) die Schneidkante (2) mit einem Radius (R) von grösser 0,03 mm, insbesondere von grösser 0,04 mm ausgeformt ist und die Diamantauflage (3) eine Gesamtstärke von 5 m bis 30 um, insbesondere von 10 m bis 26 m aufweist, welche Auflage als Mehrfachschicht (31-34) abwechselnd mit mikrokristalliner (31,33) und mit nanokristalliner (32,34) Diamant- struktur gebildet ist.

3. Wendeschneidplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflä- <Desc/Clms Page number 4> che des Grundkörpers (1) eine Rauhtiefe (S) von grösser 3 um. jedoch kleiner von 20 m, insbesondere von 8 um bis 18 um. aufweist und durch sogenanntes Nachsintern gebildet ist.

S = 2 um < S < 20 um 4. Wendeschneidplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Diamantauflage (3) aus mindestens zwei, insbesondere aus mindestens vier Schichten ge- bildet ist.

5. Wendeschneidplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (34) der Diamantauflage (3) eine nanokristalline Diamantstruktur aufweist.

6. Wendeschneidplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Grundkörper (1) verbundene Schicht (31) der Diamantauflage (3) eine mikrokri- stalline Diamantstruktur aufweist.

7. Wendeschneidplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mikrokristallinen (31,33) und/oder insbesondere die nanokristallinen (32,34) Schichten der Diamantauflage im Wesentlichen ungleiche Dicke aufweisen.

8. Wendeschneidplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Vergleich mit den übrigen Schichten eine nanokristalline (32,34) Schicht der Diamantaufla- ge, insbesondere eine innere nanokristalline Schicht, eine grössere Dicke aufweist.

9. Wendeschneidplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (34) der Diamantauflage mit einer Dicke von 1,0 m bis 6,0 um, insbesondere von 1,2 m bis 3,7 m ausgebildet ist.

10. Wendeschneidplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, die Eckenkrümmung (K), dass ist die Krümmung der Schneidkante gebildet durch die Spanflä- che und zwei Seitenflächen, einen Radius von grösser als 0,01 mm aufweist.