DD156717A1 - Beschichtetes werkzeug - Google Patents

Abstract

Das beschichtete Werkzeug findet vorwiegend Anwendung im Werkzeugmaschinenbau bei Schneid-, Zieh-, Press- und Falzwerkzeugen aus Stahl, Hartmetall und Metallegierungen. Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, dass ein Werkzeug mit verbesserten Oberflaechen bereitgestellt wird. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass die Arbeitsflaechen des Werkzeuges, insbesondere die verschleissbeanspruchten Flaechen, mit einem harten, geschlossenen, amorphen, vorzugsweise mittels Ionenplattieren bei Temperaturen zwischen 20 Grad C und 200 Grad C aufgebrachten Bor-Stickstoff-Ueberzug versehen sind, der eine Dicke von 0,3 my bis 2,0 my aufweist. Der Bor-Stickstoff-Ueberzug enthaelt bis zu 10% Mikrokristallite von kubischem Bornitrid, und es ist ein Borueberschuss vorhanden.

Description

Beschichtetes Werkzeug

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung findet vorwiegend Anwendung im Werkzeugmaschinenbau bei Schneid-, Zieh-, Preß- und Palzwerkzeugen aus Stahl, Hartmetall und Metallegierungen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Hochleistungsfähige Werkzeuge werden größtenteils aus hochlegierten Stählen bzw. Hartmetall hergestellt. Wenn es die Werkzeugform zuläßt, werden sie mit Hartmetallschneiden bestückt.

Eine weitere Steigerung der Leistungsfähigkeit kann erreicht v/erden durch das Aufbringen eines Überzuges oder gezieltes Verändern der oberflächennahen Bereiche.

Ein Verändern der oberflächennahen Bereiche wird z. B. durch das !Titrieren, Borieren oder Carburieren erzielt. Die dabei erreichten Härtewerte liegen jedoch unter denen für sogenannte Schnellarbeitsstähle und für Hartmetalle.

Eine weitere I.löglichkeit ist die Ionenimplantation in die Oberfläche (КЗ-OS 2.703.392). Der Hauptinhalt dieser Lösung besteht darin, daß unerwünschte Wechselwirkungen zwischen Hartnetallv.-erkzoug und Werkstück verhindert v/erden, ein Härteauuachs wird jedoch nicht erreicht.

Als Überzüge mit großer Härte kommen nur einige wenige Stoffe in Trage, so z. B. einige Carbide und liitride oder Gemische daraus, deren Abscheidung .jedoch technisch nicht optimal

realisiert ist. Bekannt ist das Beschichten von Schneidwerkzeugen aus Hartmetall mit Titancarbid mittels chemischer Gasphasenabscheidung. Dadurch können jedoch nur einfach geformte Werkzeuge gleichmäßig beschichtet v/erden. Die Prozeßführung macht Temperaturen von 1200 G erforderlich, bei denen Schneidwerkzeuge aus Stahl ihre Schneidhaltigkeit verlieren. Dieses Verfahren ist demnach nur für Werkzeuge aus Hartmetall anwendbar (DD-WP 132 594).

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung sind Werkzeuge unterschiedlichster Form aus hochlegiertem Stahl oder Hartmetall mit verbesserten Oberflächeneigenschaften, deren Standzeiten erhöht sind und die höchsten Beanspruchungen ausgesetzt werden können.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Werkzeuge mit einem Überzug herzustellen, der folgenden Anforderungen gerecht wird:

1. Überzug besitzt Haftung auch bei höchster mechanischer und thermischer Belastung

2. Überzug zeigt keine chemische Wechselwirkung mit dem Werkzeug und dem Werkstück, selbst bei hohen Arbeitstemperaturen

3. Überzug hat gegenüber dem Werkzeug eine größere Härte

4. Überzug zeigt geringere Reibung als das Werkzeug.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem ein Werkzeug bereitgestellt wird, dessen Arbeitsflächen, insbesondere die verschleißbeanspruchten Flächen, mit einem harten,geschlossenen amorphen, vorzugsweise mittels Ionenplattieren bei Temperaturen zwischen 20 ⁰C und 200 ⁰C aufgebrachten Bor-Stickstoff-Überzug versehen ist, der eine Dicke von 0,3/um bis 2,0/Um aufweist. Der durch Ionenplattieren erzeugte Überzug hat den Vorzug, daß er alle Flächen des Werkzeuges bedeckt,

selbst Hohlräume. Das gestattet es, auch kompliziert geformte Werkzeuge in einem Arbeitsgang mit einem überzug zu versehen, wie z. Б. Bohrer und Gewindeschneider.

Das Aufbringen des Überzüge« kann wahlweise bei Y/erkzeugtemperaturen zwischen 20 ⁰C und 200 ⁰C erfolgen. Bei diesen im Vergleich zu Diffusionsverfahren (Borieren, Nitrieren, Carburieren) und CVD-Verfahren (Arbeitstemperatüren zwischen 550 ⁰C und 1200 ⁰C) relativ niedrigen Temperaturen ist ein Verziehen des Werkzeuges bzw. der Verlust der Schneidhaltigkeit ausgeschlossen.

Der amorphe Bor-Stickstoff-Überzug enthält bis zu 10 % Mikrokristallite von kubischem Bornitrid. Es kann ein Überschuß an Bor im Vergleich zu den Stickstoffanteilen im Überzug vorhanden sein. Dieser so zusammengesetzte Überzug ist sehr hart und weist die Stoffeigenschaften des Bornitrids auf, nämlich enorme thermische und chemische Beständigkeit sowie geringe Reibung. Das bedeutet, daß die derartig überzogenen Werkzeuge bei hohen Arbeitstemperaturen (zwischen 500 ⁰C und 900 ⁰C und in aggressiven Uedien arbeiten können.

Wenn es sich beim beschichteten Werkezug um ein Schneidwerkzeug handelt, so weist es zwei Vorteile auf:

1. Die verminderte Reibung auf allen Oberflächen bewirkt einen verbesserten Spantransport, so daß die Gefahr einer Beschädigung der Bearbeitungsfläche durch zwischen Werkzeug und Werkstück eingeklemmte Späne wesentlich vermindert wird.

2. Die geringere Reibung auf den Freiflächen des Werkzeuges erlaubt es, den Freiwinkel beim Schneiden zu vermindern, was wiederum zur Folge hat, daß der Spanwinkel beim gegebenen Werkzeug günstiger wird und somit bei größerem Vorschub größere Schneidkräfte wirken.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Die Arbeitsfläche eines Drahtziehsteines aus Hartmetall wird mit einem ionenplattierten Bor-Stickstoff-Überzug von 0,5 /um Dicke bei einer Beschichtun^stemperatur von 200 ⁰C versehen. Im Einsatz zeichnet er sich gegenüber dan Drahtziehsteinen ohne Überzug dadurch aus, daß seine Standzeit etwa doppelt so hoch ist. Erst dann wird die zulässige Toleranz der Maßhaltigkeit unterschritten, und der Stein muß ausgewechselt werden.

Außerdem kann aufgrund der verringerten Reibung an der durch den Überzug geschützten Arbeitsfläche die Ziehgeschwindigkeit erhöht werden.

Es sind bei Vorhandensein des Bor-Stickstoff-Überzuges Wechselwirkungen des Ziehsteinmaterials mit dem Drahtmaterial ausgeschlossen, wie Pestfressen oder Verschweißerscheinungen.

Beispiel 2

Die Oberfläche der Spitze eines Spiralbohrers aus Schnellarbeit sstahl ist auf einer Länge, die etwa das Dreifache des Durchmessers beträgt, mit einem Bor-Stickstoff-Überzug von 1,0 лип Dicke versehen.

Bei der gewöhnlich hohen Beanspruchung derartiger Bohrer liegen nach kurzer Zeit die Schneiden aus Schnellarbeitsstahl frei, weil sich dort der Überzug abschleift. Durch die führende Gleitung des Überzugs auf den angrenzenden Flächen werden die Schneiden geschützt und bleiben länger scharf. Der Überzug verhindert auch ein Herausbrechen von Körnern aus der Werkzeugoberfläche in der Nähe der Schneiden, was häufig die Ursache für einen vorzeitigen Verschleiß der Schneiden ist. Die Standzeit des beschichteten Spiral-

bohrers ist eineinhalb bis zweimal höher als die eines unbeschichteten.

Desweiteren erreicht der beschichtete Spiralbohrer in gleicher Zeit eine größere Lochtiefe, Dabei beruht die Wirkung des Überzuges darauf, daß durch die verminderte Reibung an den Preiflachen der Freiwinkel verringert wird, d. h., daß be'im Spiralbohrer der Vorschub größer gewählt v/erden kann. Die Schnittgeschwindigkeit wird ebenfalls erhöht.

Wenn ein weicher Werkstoff mit sehr hohem Vorschub gebohrt werden soll, so verhindert dor Überzug ein Einklemmen von Spänen zwischen der Fase des Bohrers und der Lochwandung, da die verhinderte Reibung in der Wut den Spänetransport verbessert. Die.Lochv/andung ist nach der Bearbeitung frei von Riefen. Dadurch kann ein Arbeitsgang der Feinbearbeitung eingespart werden.

Claims (3)

1. Erfindungsanspruch

   1. Beschichtetes Werkzeug aus hochlegiertem Stahl, Hartmetall oder Metallegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß alle oder einzelne Arbeitsflächen, insbesondere die verschleißbeanspruchten Flächen, mit einem harten geschlossenen, amorphen, vorzugsweise mittels Ionenplattieren bei Temperaturen von 20 ⁰C bis 200 ⁰C aufgebrachten Bor-Stickstoff-Überzug versehen sind, der eine Dicke von 0,3/um bis 2,0/um aufweist.
2. 2. Werkzeug nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der amorphe Bor-Stickstoff-Überzug bis zu 10 % Mikrokristallite von kubischem Bornitrid enthält.
3. 3. Werkzeug nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bor-Stickstoff-Überzug ein Borüberschuß vorhanden ist.