Claims (2)
PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS
1. Verwendung von Werkzeugen aus Stahl oder Hartmetall zur spanabhebenden Bearbeitung von Zahnrädern nach dem Abwälzverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass sie an den auf Verschleiss beanspruchten Stellen mit einem Überzug aus Hartstoffen beschichtet sind, die aus Verbindungen von Elementen der III. bis VI. Gruppe des Periodensystems mit Kohlenstoff und/oder Stickstoff und/oder Bor und/oder Silizium in einer oder mehreren Schichten bestehen.1. Use of tools made of steel or hard metal for the machining of gears according to the rolling process, characterized in that they are coated on the wear-stressed areas with a coating of hard materials, which consists of compounds of elements of III. to VI. Group of the periodic table with carbon and / or nitrogen and / or boron and / or silicon exist in one or more layers.
2. Verwendung gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine, vorwiegend die äusserste Schicht aus einem Nitrid oder aus einem überwiegend nitrid-haltigen Hartstoff besteht.2. Use according to Patent Claim 1, characterized in that at least one, predominantly the outermost layer, consists of a nitride or of a hard material predominantly containing nitride.
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von Werkzeugen aus Stahl oder Hartmetall zur spanabhebenden Bearbeitung von Zahnrädern nach dem Abwälzverfahren, die an den auf Verschleiss beanspruchten Stellen mit speziellen Hartstoffen beschichtet sind.The invention relates to the use of tools made of steel or hard metal for machining gears using the rolling process, which are coated with special hard materials at the points subjected to wear.
Die Herstellung von Zahnrädern wird vielfach durch spanabhebende Bearbeitung eines Rohlings durch Abwälzfräser vorgenommen. Wegen der komplizierten Form der erforderlichen Fräswerkzeuge werden diese zumeist aus Stahl hergestellt. Damit sie den an sie gestellten Anforderungen gewachsen sind, hat man auch schon daran gedacht, sie mit gelöteten oder geklemmten Hartmetalleinsätzen auszustatten. Trotz dieser Massnahme hat sich aber herausgestellt, dass wegen der besonderen Beanspruchungsverhältnisse die Herstellung von Zahnrädern noch immer sehr kostspielig ist. Jeder einzelne Zahn des Abwälzfräsers trägt zwar nur einen kleinen Span ab, der jedoch wegen seiner unregelmässigen Formen einen hohen Verschleiss des Werkzeuges verursacht. An den Bogenschneiden der Schneidzähne besteht in hohem Mass die Gefahr einer Aufbauschneidenbildung durch Pressschweissung zwischen den Spänen und dem Schneidwerkstoff. Für die Pressschweissung sind bei Stahl die weichen Phasen der Matrix und bei Hartmetall die Hilfsmetallphasen verantwortlich.Gears are often manufactured by machining a blank with hobs. Because of the complicated shape of the required milling tools, they are usually made of steel. To ensure that they can meet the demands placed on them, consideration has already been given to equipping them with brazed or clamped carbide inserts. Despite this measure, however, it has turned out that the production of gears is still very expensive because of the special stress conditions. Each individual tooth of the hob removes only a small chip, but due to its irregular shape, this causes a high level of wear on the tool. There is a high risk of built-up edges forming on the arcuate edges of the cutting teeth due to pressure welding between the chips and the cutting material. The soft phases of the matrix are responsible for the pressure welding in the case of steel and the auxiliary metal phases in the case of hard metal.
Es ist nun bereits bekannt, Werkzeuge aus Stahl oder Hartmetall mit einem dünnen Überzug aus Hartstoffen zu versehen, um die Verschleissfestigkeit der Werkzeuge zu erhöhen. Für diese Überzüge haben sich Hartstoffe bewährt, die aus Verbindungen von Elementen der II. bis VI. Gruppe des Periodensystems mit Kohlenstoff und/oder Stickstoff und/oder Bor und/oder Silizium bestehen. Beispiele hierfür sind Karbide, Nitride und Boride des Titans, Zirkons, Hafniums, Vanadiums, Tantals, Niobs usw. Die Überzüge können auch aus mehreren Schichten mit verschiedenen Zusammensetzungen bestehen.It is now already known to provide tools made of steel or hard metal with a thin coating of hard materials in order to increase the wear resistance of the tools. Hard materials have proven themselves for these coatings, which consist of compounds of elements II. to VI. Group of the periodic table with carbon and / or nitrogen and / or boron and / or silicon exist. Examples of these are carbides, nitrides and borides of titanium, zirconium, hafnium, vanadium, tantalum, niobium, etc. The coatings can also consist of several layers with different compositions.
Im allgemeinen genügt es, wenn die Überzüge nur eine Dicke zwischen 4 und 10 u aufweisen. In Sonderfällen kann es aber auch zweckmässig sein, dünnere und dickere Überzüge zu verwenden, so dass Überzüge mit einer Gesamtdicke von 1,0 bis 50 /t für diese Anwendung in Frage kommen. Eine einfache Art der Schichtherstellung besteht darin, sie aus gasförmigen Verbindungen, in denen die metallischen Komponenten in Form von gasförmigen Halogeniden enthalten sind, abzuschneiden.In general, it is sufficient if the coatings only have a thickness of between 4 and 10 µ. In special cases, however, it can also be expedient to use thinner and thicker coatings, so that coatings with a total thickness of 1.0 to 50 /t come into consideration for this application. A simple way of producing layers is to cut them off from gaseous compounds in which the metal components are contained in the form of gaseous halides.
Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, dass Abwälzfräser aus Stahl oder Hartmetall, die an den auf Verschleiss beanspruchten Stellen mit Hartstoffüberzügen versehen sind, den bei der Herstellung von Zahnrädern auftretenden Beanspruchungen hervorragend gewachsen sind. Durch das Fehlen jeglicher Phasen, die zur Pressschweissung neigen,The invention is now based on the finding that hobbing cutters made of steel or hard metal, which are provided with hard material coatings at the points subjected to wear, are excellently able to withstand the stresses that occur during the production of gears. Due to the absence of any phases that tend to pressure weld,
wird an der Oberfläche des Schneidstoffes eine Pressschweissung zwischen Werkstoff und Schneidstoff weitgehend vermieden. Derartige Überzüge bewirken deshalb nicht nur eine längere Standzeit der Werkzeuge, sondern gestatten auch eine Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit, wodurch die Wirtschaftlichkeit beim Einsatz der Werkzeuge wesentlich verbessert wird.pressure welding between the material and the cutting material is largely avoided on the surface of the cutting material. Coatings of this type therefore not only result in a longer service life for the tools, but also allow the cutting speed to be increased, as a result of which the cost-effectiveness when using the tools is significantly improved.
Die erfindungsgemässe Verwendung von Werkzeugen aus Stahl oder Hartmetall zur spanabhebenden Bearbeitung von Zahnrädern nach dem Abwälzverfahren, die an den auf Verschleiss beanspruchten Stellen mit einem Überzug aus Hartstoff beschichtet sind, ist im Patentanspruch 1 definiert.Patent claim 1 defines the use, according to the invention, of tools made of steel or hard metal for machining gears by the rolling process, which are coated with a coating of hard material at the points subjected to wear.
Als besonders widerstandsfähig gegen Pressschweissung haben sich Nitride, zum Beispiel Titannitride, erwiesen. Vorteilhaft ist es auch, mehrere Schichten mit unterschiedlicher Zusammensetzung vorzusehen, weil dies zu einem sehr zähen Schichtaufbau führt. Zum Beispiel kann an den auf Verschleiss beanspruchten Stellen des Werkzeuges zunächst eine Schicht aus Titankarbid und darüber eine Schicht aus Titankarbonitrid mit hohem Stickstoffgehalt aufgebracht werden.Nitrides, such as titanium nitrides, have proven to be particularly resistant to pressure welding. It is also advantageous to provide several layers with different compositions because this leads to a very tough layer structure. For example, a layer of titanium carbide and then a layer of titanium carbonitride with a high nitrogen content can be applied to the areas of the tool subject to wear.
In einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert:In one embodiment, the invention is explained in more detail:
Ein Abwälzfräser ist mit geklemmten Hartmetall-Schneidplatten ausgestattet. Um die Standzeit des Werkzeuges zu erhöhen und um mit höheren Schnittgeschwindigkeiten arbeiten zu können, werden die Schneidplatten mit einem Hartstoffüberzug beschichtet. Zu diesem Zwecke werden die mit einem Überzug zu versehenden Schneidplatten zuerst gereinigt und können anschliessend karburiert werden, um etwas Kohlenstoff an ihrer Oberfläche anzureichern. Die Hartmetall-Schneid-platten oder Formteile werden dann bei ca. 850 bis 1200° C in einem Gasgemisch, bestehend aus Wasserstoff, Titantetrachlorid, Methan und etwas Stickstoff, geglüht. Das Gasgemisch reagiert an der Oberfläche der Hartmetallteile und es scheidet sich ein stark kohlenstoffhaltiges Titankarbonitrid ab. Nach 3 bis 20 Minuten wird das Methan langsam abgestellt und der Stickstoffanteil langsam erhöht. Dann werden die Teile noch ca. 20 bis 60 Minuten mit dem Gasgemisch, das nun aus Titantetrachlorid, Wasserstoff und Stickstoff besteht, weiter beschichtet, wobei sich jetzt reines Titannitrid abscheidet.A hob is equipped with clamped carbide inserts. In order to increase the service life of the tool and to be able to work with higher cutting speeds, the inserts are coated with a hard coating. To this end, the inserts to be coated are first cleaned and can then be carburized to add some carbon to their surface. The hard metal cutting plates or shaped parts are then annealed at approx. 850 to 1200°C in a gas mixture consisting of hydrogen, titanium tetrachloride, methane and some nitrogen. The gas mixture reacts on the surface of the hard metal parts and a highly carbon-containing titanium carbonitride is deposited. After 3 to 20 minutes, the methane is slowly turned off and the proportion of nitrogen is slowly increased. The parts are then coated for another 20 to 60 minutes with the gas mixture, which now consists of titanium tetrachloride, hydrogen and nitrogen, with pure titanium nitride now being deposited.
Die metallographische Untersuchung des Überzuges zeigte, dass der Überzug je nach den eingestellten Bedingungen (Temperatur, Zeit und Gaszusammensetzung) aus einer 0,5 bis 3 u dicken, hoch kohlenstoffhaltigen Titankarbonitridschicht besteht, die kontinuierlich in eine ca. 3 bis 20 u dicke Titannitridschicht übergeht. Da Titankarbid und Titannitrid in jedem Verhältnis miteinander mischbar sind, sind innerhalb des Überzuges keine scharfen Schichtgrenzen festzustellen.The metallographic examination of the coating showed that, depending on the set conditions (temperature, time and gas composition), the coating consists of a 0.5 to 3 µ thick, high-carbon titanium carbonitride layer, which continuously merges into an approx. 3 to 20 µ thick titanium nitride layer . Since titanium carbide and titanium nitride can be mixed with one another in any ratio, no sharp layer boundaries can be identified within the coating.
Bei Abwälzfräsern, die durchgehend aus Stahl bestehen, so ist es natürlich nur erforderlich, die auf Verschleiss beanspruchten Stellen des Werkzeuges zu beschichten. Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, dass die nicht zu beschichtenden Stellen durch eine Schutzschicht, zum Beispiel aus geeigneten Lacken, die nachträglich wieder entfernt werden können, während des Beschichtungsvorganges abgedeckt werden.In the case of hobs that consist entirely of steel, it is of course only necessary to coat the areas of the tool that are subject to wear. This can be accomplished by covering the areas that are not to be coated with a protective layer during the coating process, for example made of suitable paints that can be removed later.
Sowohl für die Zusammensetzung der Schutzschicht als auch für die Art der Aufbringung gibt es die verschiedensten Möglichkeiten. Geeignet sind vor allem Hartstoffschichten die aus Verbindungen des Titans, Zirkoniums, Hafniums, Vanadiums, Tantals, Niobs mit Kohlenstoff und/oder Stickstoff und/oder Bor bestehen. Die einzelnen Schichten können natürlich auch in verschiedenster Weise miteinander kombiniert werden. Die Aufbringung der Schichten kann ausser durch Abscheidung aus gasförmigen Verbindungen auch durch beliebige andere Beschichtungsverfahren, wie Plasmaspritzen, Sputtern usw., vorgenommen werden.There are a wide variety of options both for the composition of the protective layer and for the type of application. Particularly suitable are hard material layers consisting of compounds of titanium, zirconium, hafnium, vanadium, tantalum, niobium with carbon and/or nitrogen and/or boron. The individual layers can of course also be combined with one another in a wide variety of ways. The layers can also be applied by any other coating method, such as plasma spraying, sputtering, etc., in addition to deposition from gaseous compounds.
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