DE102011076584A1

DE102011076584A1 - Schneidwerkzeug mit lasergeschärfter Diamantbeschichtung

Info

Publication number: DE102011076584A1
Application number: DE102011076584A
Authority: DE
Inventors: Hubert Karnasch
Original assignee: Karnasch Professional Tools GmbH
Current assignee: Karnasch Professional Tools GmbH
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2012-11-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug (1) zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken mit einem Grundkörper (3), der im Bereich seines freien Endes zumindest eine Schneide (2) aufweist, die mit einer Diamantschicht (4) überzogen ist. Erfindungsgemäß ist die Diamantschicht (4) zumindest teilweise derart nachbearbeitet, dass sie an ihrer dem Grundkörper (3) abgewandten Seite im Bereich der Schneide (2) eine scharfe Kante (6) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken mit einem Grundkörper, der an seinem freien Ende zumindest eine Schneide aufweist, die mit einer Diamantschicht überzogen ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein derartiges Schneidwerkzeug zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken.
Um insbesondere die Verschleißfestigkeit von Schneidwerkzeugen zu verbessern, ist es allgemein bekannt, diese mit diamantartigem Kohlenstoff (DLC) oder Diamantschichten zu beschichten. Mittels derart beschichteten Diamantwerkzeugen können die Ausfallkosten und Umrüstzeiten an entsprechenden Maschinen minimiert werden. Zwar wird somit aufgrund der Diamantbeschichtung die Verschleißfestigkeit des Schneidwerkzeugs erhöht, andererseits verliert die Schneide jedoch ihre Schärfe, da die Diamantschicht einen im Wesentlichen eine stumpfe Rundung im Bereich der Schneide des Schneidwerkzeugs ausbildet.
Aus der DE 102 16 408 A1 ist ein Schneidwerkzeug bekannt, das einen mit einem Tragteil verbundenen Schneideinsatz aus Diamant aufweist, dem eine Spanführung zugeordnet ist. Die Spanführung ist integraler Bestandteil des Schneideinsatzes und dieser Schneideinsatz besteht einstückig aus durch Diamantabscheidung mittels Diamant-CVD (Chemical Vapor Deposition) hergestellten Diamant. Zum Herstellen dieses einstückig aus einem Schneidkeil und einer Spanführung bestehenden Schneideinsatzes wird ein Substrat mit einer zu der Oberfläche des Schneideinsatzes komplementären Oberfläche geformt. Diese Formung wird dann durch Diamantabscheidung mittels Diamant-CVD überwachsen. Anschließend wird die Diamantschicht auf ihrer Wachstumsseite bearbeitet, insbesondere eingeebnet, und es wird dann das Diamantschneidwerkzeug, bestehend aus Schneidkeil und Spanführung, entformt. Schließlich wird dann noch zur Bildung einer Schneidkante des Schneidkeils eine äußere Fläche des Schneidkeils präpariert. Nachteilig hierbei ist, dass die Herstellung dieses Schneidwerkzeugs sehr aufwendig und kostenintensiv ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein verschleißfestes und zugleich scharfes Schneidwerkzeug zu schaffen, das in der Herstellung einfach und kostengünstig ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Schneidwerkzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Schneidwerkzeugs mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.
Erfindungsgemäß weist das Schneidwerkzeug zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken einen Grundkörper auf, der im Bereich seines freien Endes zumindest eine Schneide aufweist, die mit einer Diamantschicht überzogen ist. Die Diamantschicht ist zumindest teilweise derart nachbearbeitet, dass sie an ihrer dem Grundkörper abgewandten Seite im Bereich der Schneide eine scharfe Kante aufweist. Hierdurch wird vorteilhafterweise sichergestellt, dass das Schneiwerkzeug aufgrund der Diamantbeschichtung verschleißfest ist und zugleich aufgrund der Nachbearbeitung der Diamantschicht eine optimale Schärfe aufweist. Infolgedessen können somit insbesondere metallene und/oder faserverstärkte, vorzugsweise glasfaserverstärkte (GFK) oder kohlefaserverstärkte (CFK) Werkstücke über einen langen Zeitraum sehr gut bearbeitet werden.
Vorteilhaft ist es, wenn die Diamantschicht eine nachbearbeitete erste und/oder zweite Fläche aufweist. Hierdurch kann die Schärfe des Schneidwerkzeugs deutlich erhöht werden. Des Weiteren kann die ursprüngliche Geometrie des Grundkörpers, insbesondere im Hinblick auf seine Schneide, auf der Außenseite der Diamantschicht im Wesentlichen nachempfunden werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste und zweite Fläche derart winklig zueinander angeordnet sind, dass sie in ihrem Berührungsbereich die scharfe Kante ausbilden. Somit kann eine optimale Schärfe des Schneidwerkzeugs sichergestellt werden.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn zumindest im Bereich der Schneide die Außenkontur der Diamantschicht an ihrer vom Grundkörper abgewandten Seite, insbesondere mit der ersten Fläche, zweiten Fläche und/oder scharfen Kante, im Wesentlichen der Kontur des Grundkörpers, insbesondere der Schneide, entspricht. Somit können die Schneideigenschaften des ursprünglichen Grundkörpers bei zugleich optimaler Verschleißfestigkeit beibehalten werden.
Um eine schnelle und kostengünstige Herstellung des Schneidwerkzeugs sicherzustellen, ist es vorteilhaft, wenn der Grundkörper einteilig ausgebildet ist.
Eine optimale Verschleißfestigkeit sowie Nachbearbeitbarkeit wird gewährleistet, wenn die Diamantschicht eine CVD-Schicht (chemical vapour deposition) ist.
Wenn die Diamantschicht eine Dicke von 0,2 mm–3 mm, vorzugsweise von 0,05 bis 0,3 mm, aufweist, ist sie vorteilhafterweise dick genug um lediglich teilweise abgetragen zu werden. Das Schneidwerkzeug ist somit auch in den nachbearbeiteten Bereichen mit einer entsprechend dünneren Diamantschicht überzogen.
Vorteilhaft ist es, wenn der Grundkörper im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und/oder an seinem Außenumfang eine Spannut aufweist, die sich insbesondere spiralförmig vom Bereich der zumindest einen Schneide ausgehend erstreckt. Somit eignet sich das Schneidwerkzeug insbesondere zum Bohren und/oder Fräsen.
Vorteilhaft ist es, wenn das freie Ende in der Seitenansicht rund und/oder eckig ausgebildet ist und/oder sich die Schneide vom freien Ende ausgehend spiralförmig zumindest teilweise über den Außenumfang des Grundkörpers erstreckt. Hierdurch können die Schneideigenschaften des Schneidwerkzeugs für den entsprechenden Anwendungsfall, insbesondere zum Fräsen, optimiert werden.
Um den Schneidvorgang des Schneidwerkzeugs effektiver und effizienter zu gestalten, ist es vorteilhaft, wenn sich im Bereich des freien Endes mehrere Schneiden von der Mitte ausgehend radial nach Außen hin erstrecken.
In einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für ein Schneidwerkzeug zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken wird ein Grundkörper mit einer Schneide ausgebildet und anschließend zumindest in diesem Bereich mit einer Diamantschicht beschichtet, wobei mittels der Diamantschicht über der Schneide eine im Wesentlichen stumpfe Rundung ausgebildet wird. Anschließend wird im Bereich der Schneide die Diamantschicht an ihrer dem Grundkörper abgewandten Seite derart teilweise abgetragen, dass die Rundung zumindest teilweise entfernt wird und an der Diamantschicht eine scharfe Kante ausgebildet wird. Vorteilhafterweise kann somit ein Schneidwerkzeug sehr kostengünstig hergestellt werden, dass neben einer hervorragenden Verschleißfestigkeit zugleich eine sehr hohe Schärfe zum Schneiden von insbesondere metallenen und/oder faserverstärkte, vorzugsweise glasfaserverstärkte (GFK) oder kohlefaserverstärkte (CFK) Werkstücken aufweist.
Vorteilhaft ist es, wenn die Diamantschicht mittels eines Lasers abgetragen wird. Hierdurch wird eine qualitativ hochwertige sowie kostengünstige Nachbearbeitung der Diamantschicht sichergestellt.
Um die Schneideigenschaften des Schneidwerkzeugs zu optimieren, ist es vorteilhaft, wenn eine erste und/oder zweite Fläche ausgebildet wird.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die erste und zweite Fläche derart winklig zueinander ausgebildet werden, dass in ihrem Berührungsbereich die scharfe Kante ausgebildet wird. Somit kann sehr kostengünstig eine Schärfung des beschichteten Schneidwerkzeugs erfolgen.
Weitere Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch ein diamantbeschichtetes Schneidwerkzeug im Bereich einer Schneide,
2 ein an einer Fläche nachbearbeitetes diamantbeschichtetes Schneidwerkzeug,
3 ein an zwei Flächen nachbearbeitetes diamantbeschichtetes Schneidwerkzeug,
4a und 4b einen diamantbeschichteten und nachbearbeiteten Bohrer mit spitzem freien Ende,
5a und 5b einen diamantbeschichteten und nachbearbeiteten Fräser mit abgerundetem freien Ende und
6a und 6b einen diamantbeschichteten und nachbearbeiteten Fräser mit planem freien Ende.
1 zeigt einen Querschnitt durch ein Schneidwerkzeug 1, insbesondere einen Bohrer oder Fräser, im Bereich einer Schneide 2. Das Schneidwerkzeug 1 weist einen Grundkörper 3 auf, an dem die Schneide 2 ausgebildet ist. Der Grundkörper 3 ist zumindest im Bereich der Schneide 2 mit einer Diamantschicht 4 überzogen, wodurch das Schneidwerkzeug 1 verschleißbeständiger wird. Ein wesentlicher Nachteil besteht jedoch darin, dass durch das Beschichten mit der Diamantschicht 4 im Bereich der Schneide 2 des Grundkörpers 3 eine stumpfe Rundung 5 ausgebildet wird. Hierdurch verliert das Schneidwerkzeug 1 an Schärfe, so dass eine spanende Bearbeitung von Werkstücken verschlechtert wird.
Gemäß 2 wird das Schneidwerkzeug 1 im Bereich der Schneide 2 deshalb derart nachbearbeitet, dass eine scharfe Kante 6 ausgebildet wird. Hierzu wird insbesondere mittels eines Lasers 7 die Diamantschicht 4 teilweise derart nachbearbeitet bzw. abgetragen, dass die stumpfe Rundung 5 zumindest teilweise entfernt wird. Wie in 2 ersichtlich, weist die Diamantschicht 4 bzw. das Schneidwerkzeug 1 nunmehr eine nachbearbeitete erste Fläche 8a auf. Die nachbearbeitete erste Fläche 8a grenzt an die zumindest teilweise entfernte stumpfe Rundung 5 an, wobei im Berührungsbereich die scharfe Kante 6 ausgebildet ist. Bei dem in 2 abgebildeten Ausführungsbeispiel kann der Nachbearbeitungsaufwand durch die Bearbeitung lediglich einer Fläche 8a reduziert werden, wobei die Schärfe des Schneidwerkzeugs 1 durch die teilweise Entfernung der stumpfen Rundung 5 und somit Ausbildung der scharfen Kante 6 stark erhöht wird.
Die Schärfe des Schneidwerkzeugs 1 kann zusätzlich erhöht werden, indem gemäß 3 nicht nur die erste Fläche 8a, sondern auch eine zweite Fläche 8b nachbearbeitet wird. Die erste 8a und zweite Fläche 8b sind hierbei derart winklig zueinander angeordnet, dass sie in ihrem Berührungsbereich die scharfe Kante 6 ausbilden. Die stumpfe Rundung 5 (vergleiche 1 und 2) ist nunmehr vollständig entfernt. An deren Stelle ist nunmehr die scharfe Kante 6 mit ihren beiden benachbarten nachbearbeiteten Flächen 8a, 8b getreten. Die Diamantschicht 4 ist in Abhängigkeit des Verrundungsgrades der Rundung 5 in den nachbearbeiteten Bereichen um ca. 50% dünner als in den nicht nachbearbeiteten Bereichen.
Die Diamantschicht 4 ist sowohl im Bereich der ersten 8a als auch der zweiten Fläche 8b lediglich teilweise entfernt. Infolgedessen ist der Grundkörper 3 auch in dem nachbearbeiteten Bereich immer noch mit einer dünneren Diamantschicht 4 überzogen, so dass das Schneidwerkzeug 1 trotz der Nachbearbeitung immer noch eine erhöhte Verschleißfestigkeit aufweist.
Die Außenkontur der Diamantschicht 4 entspricht gemäß 3 zumindest im Bereich der scharfen Kante 6 der Kontur des Grundkörpers 3 im Bereich der Schneide 2. Somit kann eine Verfälschung der Schneideigenschaften des Schneidwerkzeuges 1 vermieden werden, die vor der Beschichtung durch die Kontur des Grundkörpers 3 definiert sind.
In den 4a–6b sind exemplarisch drei unterschiedliche Ausführungsformen des Schneidwerkzeugs 1 dargestellt, wobei die Erfindung auf diese nicht beschränkt ist. Vielmehr kann das Schneidwerkzeug 1 jede beliebige Form aufweisen.
In dem in 4a und 4b dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist das Schneidwerkzeug 1 als Bohrer bzw. Lochschneider ausgebildet. Im Bereich seines freien Endes 9 weist der Bohrer zwei Schneiden 2a, 2b auf, die zueinander derart winklig angeordnet sind, dass das Schneidwerkzeug 1 im Bereich seines freien Endes 9 eine Spitze 10 ausbildet. Das Schneidwerkzeugs 1 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weist an seinem Außenumfang 11 zwei Spannuten 12a, 12b auf, die sich spiralförmig vom Bereich des freien Endes 9 ausgehend zumindest teilweise in Längsrichtung des Schneidwerkzeugs 1 erstrecken.
Die beiden Schneiden 2a, 2b erstrecken sich benachbart zur jeweiligen Spannut 12a, 12b ebenfalls spiralförmig am Außenumfang 11 des Schneidwerkzeugs 1 vom freien Ende 9 ausgehend in Längsrichtung des Schneidwerkzeugs 1. Beide Schneiden 2a, 2b sind mit einer nachbearbeiteten Diamantschicht 4 gemäß 2 und/oder 3 versehen.
Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß 5a und 5b zeigt ein als Fräser, insbesondere Radiusfräser, ausgebildetes Schneidwerkzeug 1. Das freie Ende 9 des Schneidwerkzeugs 1 ist in der Seitenansicht rund ausgebildet.
Das freie Ende 9 des Schneidwerkzeugs 1 kann aber auch gemäß 6a und 6b in der Seitenansicht im Wesentlichen plan ausgebildet sein und abgerundete Ecken aufweisen. 6a zeigt demnach einen Eckradiusfräser.
Das Schneidwerkzeug 1 kann gemäß dem Ausführungsbeispiel in 4a vollständig mit einer Diamantschicht überzogen sein. Alternativ kann es aber auch nur teilweise beschichtet sein. Demnach sind die in 5a und 6a gezeigten Schneidwerkzeuge 1 nur an der Spitze, also im Bereich des Freien Endes 9, mit einer Diamantschicht 4 überzogen.
Bei allen drei als Lochschneider bzw. Bohrer oder Fräser ausgebildeten Ausführungsbeispielen kann die Diamantschicht 4 entweder lediglich im Bereich des freien Endes 9 nachbearbeitet sein, oder auch im Bereich der gesamten über die Längsrichtung des Schneidwerkzeugs 1 erstreckenden Schneiden 2a, 2b.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn sie in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
Bezugszeichenliste

1: Schneidwerkzeug
2: Schneide
3: Grundkörper
4: Diamantschicht
5: stumpfe Rundung
6: scharfe Kante
7: Laser
8: nachbearbeitete Fläche
9: freies Ende
10: Spitze
11: Außenumfang
12: Spannut

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10216408 A1 [0003]

Claims

Schneidwerkzeug (1) zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken mit einem Grundkörper (3), der im Bereich seines freien Endes (9) zumindest eine Schneide (2) aufweist, die mit einer Diamantschicht (4) überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Diamantschicht (4) zumindest teilweise derart nachbearbeitet ist, dass sie an ihrer dem Grundkörper (3) abgewandten Seite im Bereich der Schneide (2) eine scharfe Kante (6) aufweist.
Schneidwerkzeug nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Diamantschicht (4) eine nachbearbeitete erste (8a) und/oder zweite Fläche (8b) aufweist.
Schneidwerkzeug nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (8a) und zweite Fläche (8b) derart winklig zueinander angeordnet sind, dass sie in ihrem Berührungsbereich die scharfe Kante (6) ausbilden.
Schneidwerkzeug nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Bereich der Schneide (2) die Außenkontur der vom Grundkörper (3) abgewandten Seite der Diamantschicht (4), insbesondere mit der ersten Fläche (8a), zweiten Fläche (8b) und/oder scharfen Kante (6), im Wesentlichen der Kontur des Grundkörpers (3), insbesondere der Schneide (2), entspricht.
Schneidwerkzeug nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) einteilig ausgebildet ist.
Schneidwerkzeug nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diamantschicht (4) eine CVD-Schicht ist.
Schneidwerkzeug nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diamantschicht (4) eine Dicke von 0,001 bis 3 mm, vorzugsweise von 0,05 bis 0,3 mm, aufweist.
Schneidwerkzeug nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und/oder an seinem Außenumfang (11) eine Spannut (12) aufweist, die sich insbesondere spiralförmig vom Bereich der zumindest einen Schneide (2) ausgehend erstreckt.
Schneidwerkzeug nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende (9) in der Seitenansicht rund und/oder eckig ausgebildet ist und/oder sich die Schneide (2) vom freien Ende (9) ausgehend spiralförmig zumindest teilweise über den Außenumfang (11) des Grundkörpers (3) erstreckt.
Schneidwerkzeug nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Bereich des freien Endes (9) mehrere Schneiden (2a; 2b) von der Mitte ausgehend radial nach außen erstrecken.
Herstellungsverfahren für ein Schneidwerkzeug (1) zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken, gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, bei dem ein Grundkörper (3) mit einer Schneide (2) ausgebildet wird und anschließend zumindest in diesem Bereich mit einer Diamantschicht (4) beschichtet wird, wobei mittels der Diamantschicht (4) über der Schneide (2) eine im Wesentlichen stumpfe Rundung (5) ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Schneide (2) die Diamantschicht (4) an ihrer dem Grundkörper (3) abgewandten Seite derart teilweise abgetragen wird, dass die Rundung (5) zumindest teilweise entfernt wird und an der Diamantschicht (4) eine scharfe Kante (6) ausgebildet wird.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Diamantschicht (4) mittels eines Lasers (7) abgetragen wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste (8a) und/oder zweite Fläche (8b) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (8a) und zweite Fläche (8b) derart winklig zueinander ausgebildet werden, dass in ihrem Berührungsbereich die scharfe Kante (6) ausgebildet wird.