DD156717A1

DD156717A1 - COATED TOOL

Info

Publication number: DD156717A1
Application number: DD22798781A
Authority: DD
Inventors: Stephanie Klose; Bertram Winde
Original assignee: Stephanie Klose; Bertram Winde
Priority date: 1981-03-03
Filing date: 1981-03-03
Publication date: 1982-09-15

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.The coated tool is mainly used in machine tool construction for cutting, drawing, pressing and folding tools made of steel, carbide and metal alloys. The aim and object of the invention is that a tool with improved surfaces is provided. According to the invention, the object is achieved in that the working surfaces of the tool, in particular the wear-stressed surfaces, are provided with a hard, closed, amorphous boron-nitrogen coating, preferably applied by ion plating at temperatures between 20 ° C and 200 ° C, having a Thickness of 0.3 my to 2.0 my. The boron-nitrogen coating contains up to 10% cubic boron nitride microcrystallites and an excess of boron is present.

Description

Beschichtetes WerkzeugCoated tool

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung findet vorwiegend Anwendung im Werkzeugmaschinenbau bei Schneid-, Zieh-, Preß- und Palzwerkzeugen aus Stahl, Hartmetall und Metallegierungen.The invention is mainly used in machine tool construction in cutting, drawing, pressing and Palzwerkzeugen steel, carbide and metal alloys.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Hochleistungsfähige Werkzeuge werden größtenteils aus hochlegierten Stählen bzw. Hartmetall hergestellt. Wenn es die Werkzeugform zuläßt, werden sie mit Hartmetallschneiden bestückt.High-performance tools are mostly made of high-alloy steel or carbide. If the tool shape allows, they are equipped with carbide cutting edges.

Eine weitere Steigerung der Leistungsfähigkeit kann erreicht v/erden durch das Aufbringen eines Überzuges oder gezieltes Verändern der oberflächennahen Bereiche.A further increase in performance can be achieved by applying a coating or deliberately altering the near-surface areas.

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.Changing the near-surface areas is z. B. by titration, boriding or carburizing achieved. However, the hardness values achieved are below those for so-called high speed steels and hard metals.

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.Another possibility is the ion implantation into the surface (КЗ-OS 2,703,392). The main content of this solution is that undesirable interactions between the hard metal substrate and the workpiece are prevented, but a hardness level is not achieved.

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 optimalAs coatings with great hardness come only a few substances in support, such. However, some carbides and liitride or mixtures thereof, their deposition. However, technically not 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).is realized. The coating of carbide cutting tools with titanium carbide by means of chemical vapor deposition is known. However, this means that only simply shaped tools can be uniformly coated. The process requires temperatures of 1200 G, where cutting tools made of steel lose their cutting edge. This method is therefore applicable only for carbide tools (DD-WP 132 594).

Ziel der ErfindungObject of the invention

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.The aim of the invention are tools of various forms of high-alloy steel or carbide with improved surface properties whose service lives are increased and the highest stresses can be exposed.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Werkzeuge mit einem Überzug herzustellen, der folgenden Anforderungen gerecht wird:The invention has for its object to produce tools with a coating that meets the following requirements:

1. Überzug besitzt Haftung auch bei höchster mechanischer und thermischer Belastung1. Coating has adhesion even under the highest mechanical and thermal stress

2. Überzug zeigt keine chemische Wechselwirkung mit dem Werkzeug und dem Werkstück, selbst bei hohen Arbeitstemperaturen2. Coating shows no chemical interaction with the tool and the workpiece, even at high working temperatures

3. Überzug hat gegenüber dem Werkzeug eine größere Härte3. Coating has a greater hardness compared to the tool

4. Überzug zeigt geringere Reibung als das Werkzeug.4. Coating shows less friction than the tool.

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,According to the invention the object is achieved by providing a tool whose working surfaces, in particular the wear-stressed surfaces, with a hard, closed amorphous, preferably by means of ion plating at temperatures between 20 ⁰ C and 200 ⁰ C applied boron-nitrogen coating is provided, the has a thickness of 0.3 / μm to 2.0 / μm. The cladding produced by ion plating has the merit of covering all surfaces of the tool,

selbst Hohlräume. Das gestattet es, auch kompliziert geformte Werkzeuge in einem Arbeitsgang mit einem überzug zu versehen, wie z. Б. Bohrer und Gewindeschneider.even cavities. This makes it possible to provide even complicated shaped tools in one operation with a coating, such. Б. Drills and taps.

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.The application of the coatings "can optionally be carried out at Y / mold temperatures between 20 ⁰ C and 200 ⁰ C. These compared to diffusion method (boriding, nitriding, carburizing) and CVD processes (working temperature doors between 550 ⁰ C and 1200 ⁰ C) relatively low temperatures, distortion of the tool or the loss of edge-is excluded.

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.The amorphous boron-nitrogen coating contains up to 10 % of cubic boron nitride microcrystallites. There may be an excess of boron compared to the nitrogen levels in the coating. This composite coating is very hard and has the material properties of boron nitride, namely enormous thermal and chemical resistance and low friction. This means that the thus-coated tools at high operating temperatures (between 500 ⁰ C and 900 ⁰ C and can work in aggressive Uedien.

Wenn es sich beim beschichteten Werkezug um ein Schneidwerkzeug handelt, so weist es zwei Vorteile auf:If the coated tool is a cutting tool, it has two advantages:

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.1. The reduced friction on all surfaces causes improved chip removal, so that the risk of damage to the processing surface is substantially reduced by chips clamped between the tool and the workpiece.

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.2. The lower friction on the free surfaces of the tool makes it possible to reduce the clearance angle during cutting, which in turn has the consequence that the rake angle is cheaper for the given tool and thus act at higher feed larger cutting forces.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments.

example 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.The working surface of a wire drawing die of cemented carbide is provided with an ion plating boron-nitrogen coating of 0.5 / um thickness at a Beschichtun ^ ture of 200 ⁰ C. In use, it is distinguished from dan wire drawing dies without coating by the fact that its service life is about twice as high. Only then will the permissible tolerance of the dimensional accuracy be fallen short of, and the stone must be replaced.

Außerdem kann aufgrund der verringerten Reibung an der durch den Überzug geschützten Arbeitsfläche die Ziehgeschwindigkeit erhöht werden.In addition, because of the reduced friction on the working surface protected by the coating, the pulling speed can be increased.

Es sind bei Vorhandensein des Bor-Stickstoff-Überzuges Wechselwirkungen des Ziehsteinmaterials mit dem Drahtmaterial ausgeschlossen, wie Pestfressen oder Verschweißerscheinungen.In the presence of the boron-nitrogen coating interactions of the die material with the wire material are excluded, such as pest feeding or welding phenomena.

Example 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.The surface of the tip of a high speed steel twist drill bit is provided with a boron-nitrogen coating of 1.0 μl thickness over a length approximately three times the diameter.

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-With the usually high stress of such drills, the blades made of high-speed steel are exposed after a short time because the coating abrades there. The leading of the coating on the adjacent surfaces protects the blades and keeps them sharp for longer. The coating also prevents breakage of grains from the tool surface near the cutting edges, which is often the cause of premature wear of the cutting edges. The service life of the coated spiral

bohrers ist eineinhalb bis zweimal höher als die eines unbeschichteten.The drill is one and a half to two times higher than an uncoated one.

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.Furthermore, the coated twist drill achieved in the same time a larger hole depth, the effect of the coating is based on the fact that is reduced by the reduced friction on the Preiflachen the clearance angle, d. h., that in the twist drill the feed can be selected larger. The cutting speed is also increased.

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.If a soft material is to be drilled at a very high feed rate, the coating prevents chips from getting caught between the chamfer of the drill and the hole wall, since the prevented friction in the rage improves the chip transport. Die.Lochv / andung is free of scratches after processing. As a result, an operation of the fine machining can be saved.

Claims

invention claim

1. Coated tool made of high-alloy steel, carbide or metal alloys, characterized in that all or individual work surfaces, in particular the wear surfaces, with a hard closed, amorphous, preferably by means of ion plating at temperatures of 20 ⁰ C to 200 ⁰ C applied boron nitrogen Coating having a thickness of 0.3 / μm to 2.0 / μm.

2. Tool according to item 1, characterized in that the amorphous boron-nitrogen coating contains up to 10 % microcrystallites of cubic boron nitride.

3. Tool according to item 1 and 2, characterized in that in boron-nitrogen coating, a boron excess is present.