DE112015000427T5

DE112015000427T5 - Schneidwerkzeug mit teilweise entfernter Schicht darauf

Info

Publication number: DE112015000427T5
Application number: DE112015000427.0T
Authority: DE
Inventors: Seung-Su Ahn; Je-Hun Park; Kyung-Il Kim; Sung-Hyun Kim; Sung-Gu LEE; Sun-Yong Ahn
Original assignee: Korloy Inc
Current assignee: Korloy Inc
Priority date: 2014-04-23
Filing date: 2015-04-17
Publication date: 2016-10-13
Anticipated expiration: 2035-04-18
Also published as: CN105980092A; WO2015163644A1; CN105980092B; US11141801B2; KR101537718B1; US20200238403A1; US20160325363A1; DE112015000427B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug, das wie ein Bohrer oder ein Kugelkopffräser einen Zerspanungsvorgang durchführt, während es in einem Zustand gedreht wird, in dem die Mitte des Spitzenendes in Kontakt mit einem Werkstück steht, und das eine verschleißfeste Schicht aufweist, die an dem Spitzenende ausgebildet ist, wobei ein Teil der verschleißfesten Schicht durch Spitzenendpolieren selektiv von der Mitte des Spitzenendes des Bohrers oder Kugelfräsers bis zu einem vorgegebenen Bereich entfernt wird, um mikrobrüchigen Verschleiß einzuschränken, der in einem Bereich mit ultralangsamer Geschwindigkeit entsteht, und dadurch die Zerspanungslebensdauer des Schneidwerkzeugs wie beispielsweise des Bohrers oder des Kugelfräsers deutlich zu verbessern.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug mit einer Schicht, die durch Spitzenendpolieren teilweise entfernt wird, und insbesondere ein Schneidwerkzeug, das wie ein Bohrer oder ein Kugelkopffräser einen Zerspanungsvorgang durchführt, während es in einem Zustand gedreht wird, in dem die Mitte des Spitzenendes in Kontakt mit einem Werkstück steht, und das eine verschleißfeste Schicht aufweist, die an dem Spitzenende ausgebildet ist, wobei ein Teil der verschleißfesten Schicht durch Spitzenendpolieren selektiv von der Mitte des Spitzenendes des Bohrers oder Kugelfräsers bis zu einem vorgegebenen Bereich entfernt wird, um mikrobrüchigen Verschleiß einzuschränken, der in einem Bereich mit ultralangsamer Geschwindigkeit entsteht, und dadurch die Zerspanungslebensdauer des Schneidwerkzeugs wie beispielsweise des Bohrers oder des Kugelfräsers deutlich zu verbessern.
STAND DER TECHNIK
Ein Bohrer ist ein Schneidwerkzeug, das zum Schneiden von runden Löchern in einem Werkstück verwendet wird. Die Schneidklingen des Bohrers sind spiralförmig an einem Außenumfangsabschnitt eines stabförmigen Materials ausgebildet, das aus Stahl oder einer superharten Legierung besteht, und das Spitzenende des Bohrers ist mit einer konischen Form ausgebildet.
Ein Kugelfräser weist eine ähnliche Form wie der Bohrer auf und hat ein kugelförmige Spitzenende, so dass er als Werkzeug hauptsächlich zum Schneiden einer gebogenen Fläche verwendet wird.
Solche Werkzeuge, wie Bohrer oder Kugelfräser, weisen ein konisches Spitzenende oder ein kugelförmiges Spitzenende auf, dessen Mittelteil während des Schneidprozesses in Kontakt mit einem Werkstück steht und die Zerspanung durchführt, während es um den Mittelteil herum gedreht wird.
Zur Verbesserung der Zerspanungslebensdauer wird eine einfache Schicht oder eine mehrlagige verschleißfeste Schicht, die aus einem harten Material wie beispielsweise TiCN, TiAlN, TiAlCrN oder Al₂O₃ besteht, an einem Abschnitt ausgebildet, an dem der Zerspanungsvorgang in dem Bohrer oder Kugelfräser tatsächlich durchgeführt wird.
Wenn ein Werkzeug, wie beispielsweise ein Bohrer oder Kugelfräser gedreht wird, steht der Mittelpunkt mit dem Werkstück mit einer langsamen Geschwindigkeit in Kontakt, da das Spitzenende und eine Schneidklinge, die das Werkstück kontaktieren, Geschwindigkeiten aufweisen, die proportional zu einem Wert eines Radius R von einem Mittelpunkt, der ein Basispunkt ist, zunehmen, und je weiter ein Teil von den Mittelpunkten entfernt ist, desto größer ist die Geschwindigkeit des Abschnitts, der mit dem Werkstück in Kontakt steht.
Ferner stehen die Mittelpunkte eines Bohrers und eines Kugelfräsers mit einem Werkstück mit einer ultraniedrigen Geschwindigkeit in Kontakt, doch tritt in diesem Bereich der ultraniedrigen Geschwindigkeit ein sogenannter ultrabrüchiger Verschleiß aufgrund von Ermüdung und insbesondere durch hohen Druck auf, der durch die hohe Vorschubgeschwindigkeit bei Hochgeschwindigkeitsbohrfunktionen entsteht, was den mikrobrüchigen Verschleiß des Mittelteils einer unteren Schneidkante beschleunigt, und dies wird zu einer Hauptursache der Verkürzung einer Werkzeuglebensdauer eines Bohrers oder Kugelfräsers.
Außerdem wird für zusätzliche Dekoration oder zur Identifizierung, ob das Werkzeug verwendet werden kann, eine Deckschicht auf einer verschleißfesten Schicht des Schneidwerkzeugs ausgebildet, auf dem eine verschleißfeste Schicht ausgebildet ist, und wenn die Deckschicht auf solche Art gebildet wird, sollte sich die ausgebildete Deckschicht ohne Beschädigung an der verschleißfesten Schicht mühelos entfernen lassen. In der koreanischen Patentanmeldung Nr. 2006-0130196 ist ein technisches Merkmal offenbart, bei dem eine zusätzliche Trennschicht zwischen der verschleißfesten Schicht und der Deckschicht ausgebildet ist, so dass sich die Deckschicht leicht ablöst.
Allerdings ist dieses technische Merkmal vorgesehen, um Beschädigungen an der verschleißfesten Schicht zu entfernen, wenn die Deckschicht entfernt wird, vor der Durchführung eines Hauptzerspanungsvorgangs, nicht um ein Konzept zur Verbesserung einer Zerspanungslebensdauer durch Ablösen der verschleißfesten Schicht selbst zu offenbaren.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHE AUFGABE
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Schneidwerkzeug bereitzustellen, mit Hilfe dessen die Verkürzung der Zerspanungslebensdauer eines Schneidwerkzeugs verhindert werden kann, die durch mikrobrüchigen Verschleiß verursacht wird, der in einem Schneidwerkzeug, wie beispielsweise einem Bohrer oder einem Kugelfräser, entsteht.
TECHNISCHE LÖSUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Schneidwerkzeug mit einer säulenartigen Form vorgesehen, um ein Werkstück zu zerspanen, während es um eine Mitte eines Spitzenendes gedreht wird, das mit dem Werkstück in Kontakt steht, wobei das Basismaterial für das Spitzenende des Schneidwerkzeugs eine Sinterlegierung ist, eine verschleißfeste Schicht auf dem Spitzenende ausgebildet ist, und ein Teil oder die gesamte verschleißfeste Schicht, die innerhalb eines Abstands von 0,01 R bis 0,8 R (R: ein Radius des säulenartigen Werkzeugs) von einer Mitte des Spitzenendes ausgebildet ist, entfernt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Schneidwerkzeug mit einer säulenartigen Form vorgesehen, um ein Werkstück zu zerspanen, während es um eine Mitte eines Spitzenendes gedreht wird, das mit dem Werkstück in Kontakt steht, wobei das Spitzenende eine oder mehrere lösbare Wendeschneidplatten umfasst, die Schneidplatten jeweils eine Sinterlegierung als Basismaterial aufweisen, eine verschleißfeste Schicht auf einer Fläche der einzelnen Schneidplatten ausgebildet ist, und ein Teil oder die gesamte verschleißfeste Schicht, die auf einer Freifläche der Schneidplatte ausgebildet ist, die innerhalb eines Abstands von 0,01 R bis 0,8 R (wobei R ein Radius des säulenartigen Werkzeugs ist) von einer Mitte des Spitzenendes befestigt ist, entfernt wird.
VORTEILHAFTE EFFEKTE
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Teil einer verschleißfesten Schicht, die an einem Spitzenende eines Werkzeugs, wie beispielsweise eines Bohrers oder eines Kugelfräsers ausgebildet ist, selektiv in einem Abstand von 0,01 R bis 0,8 R (wobei R der Radius des säulenartigen Werkzeugs ist) von einer Mitte des Spitzenendes entfernt, so dass Verschleiß und die Ausbreitung des Verschleißes, der durch mikrobrüchigen Verschleiß verursacht wird, welcher üblicherweise bei einem Bohrer oder Kugelfräser entsteht, verhindert werden, und die Zerspanungslebensdauer eines Bohrers oder eines Kugelfräsers dadurch entscheidend verbessert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird außerdem ein Teil einer verschleißfesten Schicht, die auf einer Freifläche einer Schneidplatte ausgebildet und lösbar an einem Spitzenende eines Werkzeugs, wie beispielsweise eines Bohrers oder eines Kugelfräsers befestigt ist, selektiv in einem Abstand von 0,01 R bis 0,8 R (wobei R der Radius des säulenartigen Werkzeugs ist) von einer Mitte des Spitzenendes entfernt, so dass Verschleiß und die Ausbreitung des Verschleißes, der durch mikrobrüchigen Verschleiß verursacht wird, welcher während des Zerspanens entsteht, verhindert werden, und die Standzeit einer Schneidplatte dadurch deutlich verbessert werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Darstellung des „Werkzeugradius R“ in einem Bohrer mit einer oder mehreren festen Wendeschneidplatten, die an einem Schaftabschnitt und einem Spitzenende eines säulenartigen Bohrerkörpers befestigt/davon gelöst werden können.
2 ist eine schematische Darstellung eines Spitzenendes, auf dem eine verschleißfeste Schicht optional gemäß der vorliegenden Erfindung entfernt wird.
3 ist eine schematische Darstellung eines Zustandes (schraffierter Abschnitt in der Zeichnung), bei dem eine verschleißfeste Schicht, die auf einer Freifläche einer Schneidplatte ausgebildet ist, welche wie eine Wendeschneidplatte an einem Bohrer befestigt ist, entfernt wurde.
4 ist eine Fotografie, die eine Mitte und einen Rand eines Spitzenendes eines Bohrers nach Durchführung eines Bohrvorgangs mithilfe eines Bohrers zeigt, bei dem eine verschleißfeste Schicht gemäß einem Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung teilweise entfernt wurde.
5 ist eine Fotografie, die eine Mitte und einen Rand eines Spitzenendes eines Bohrers nach Durchführung eines Bohrvorgangs mithilfe eines Bohrers zeigt, bei dem eine verschleißfeste Schicht gemäß einem Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung teilweise entfernt wurde.
6 ist eine perspektivische Darstellung eines Prozesses zum Fixieren von zwei oder mehr lösbaren Wendeschneidplatten an einem Spitzenende eines Schaftabschnitts und einem säulenartigen Bohrerkörper.
7 zeigt Fotografieren der Zustände von Schneidplatten nach Durchführung von Zerspanungstests (130 Löcher) mithilfe von Bohrern, die mit Schneidplatten gemäß Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung ausgestattet waren.
8 zeigt Fotografieren einer Reihe von gebohrten Löchern bis zu einem Ende der Standzeit, Ursachen für das Ende der Standzeit und die Zustände der Schneidplatten nach Durchführung der Zerspanungstests unter einer anderen Zerspanungsbedingung mithilfe von Bohrern, die mit Schneidplatten gemäß Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung ausgestattet waren.
9 ist eine Fotografie, die eine Mitte und einen Rand eines Spitzenendes eines Bohrers nach Durchführung eines Bohrvorgangs mithilfe eines Bohrers zeigt, bei dem eine verschleißfeste Schicht gemäß Vergleichsbeispiel 1 ausgebildet ist.
10 ist eine Fotografie, die eine Mitte und einen Rand eines Spitzenendes eines Bohrers nach Durchführung eines Bohrvorgangs mithilfe eines Bohrers zeigt, bei dem eine verschleißfeste Schicht gemäß Vergleichsbeispiel 2 ausgebildet ist.
11 ist eine Fotografie, die eine Mitte und einen Rand eines Spitzenendes eines Bohrers nach Durchführung eines Bohrvorgangs mithilfe eines Bohrers zeigt, bei dem eine verschleißfeste Schicht gemäß Vergleichsbeispiel 3 ausgebildet ist.
12 ist eine Fotografie, die eine Mitte und einen Rand eines Spitzenendes eines Bohrers nach Durchführung eines Bohrvorgangs mithilfe eines Bohrers zeigt, bei dem eine verschleißfeste Schicht gemäß Vergleichsbeispiel 4 ausgebildet ist.
AUSFÜHRUNGSMODUS DER ERFINDUNG
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. Allerdings können die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, die unten beschrieben werden, in verschiedenen unterschiedlichen Formen modifiziert werden, und der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung ist nicht als auf die unten beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt aufzufassen. Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind dafür vorgesehen, dass diese Offenlegungsschrift für Fachleute eine vollständigere Beschreibung liefert.
In der vorliegenden Erfindung ist ein „Werkzeugradius R“ eines gewöhnlichen Bohrers oder eines gewöhnlichen Schaftfräsers ein Radius eines Säulenteils eines säulenartigen Werkzeugs und bedeutet einen Radius im Fall einer runden Form, und bedeutet einen Radius eines einbeschriebenen Kreises im Falle einer polygonalen Form.
Insbesondere bezeichnet im Falle eines Bohrers oder eines Schaftfräsers, die mit einer Wendeschneidplatte versehen sind, wie in 1 dargestellt, der „Werkzeugradius R“ den Radius eines säulenartigen Spitzenendes, einen Radius im Fall einer runden Form, und einen Radius eines einbeschriebenen Kreises im Falle einer polygonalen Form.
Als Ergebnis von Forschungen zu einer Lösung für die Verschlechterung einer Werkzeugstandzeit aufgrund des mikrobrüchigen Verschleißes, der in einem Bereich mit ultraniedriger Geschwindigkeit an einem mittleren Teil während eines Schneidvorgangs unter Verwendung eines Bohrers oder Kugelfräsers entsteht, und aufgrund eines hohen Drucks, der durch die hohe Vorschubgeschwindigkeit entsteht, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass die Zerspanungslebensdauer durch Einschränken des mikrobrüchigen Verschleißes verbessert werden kann, wenn ein Spitzenendpolieren, bei dem ein Teil einer verschleißfesten Schicht, die an einem unteren Schneidkantenteil ausgebildet ist, der einen Bereich mit ultraniedriger Geschwindigkeit des mittleren Spitzenendenteils des Bohrers einschließt, teilweise innerhalb eines Bereichs von 0,01 R bis 0,8 R im Radius (1,6 R im Durchmesser) von der Mitte des Spitzenendes entfernt wird, durch einen Prozess wie beispielsweise Läppen durchgeführt wird, wie in 2 dargestellt.
Außerdem wurde, wie in 3 dargestellt, festgestellt, dass, wenn ein Teil oder die gesamte verschleißfeste Schicht, die auf einer Freifläche ausgebildet ist, welche zu einem Bereich mit ultraniedriger Geschwindigkeit beim drehenden Zerspanen bei einer Schneidplatte gehört, die lösbar an einem Spitzenende eines Bohrers befestigt ist, entfernt wird, und noch genauer, wenn eine verschleißfeste Schicht, die auf Freiflächen von einer oder mehreren Schneidplatten ausgebildet ist, die an einem säulenartigen Mittelteil eines Bohrers befestigt sind, in einem Bereich von 0,01 R bis 0,8 R im Radius von einem Rotationszentrum durch einen Prozess wie Polieren oder Läppen teilweise oder vollständig entfernt wird, der mikrobrüchige Verschleiß eingeschränkt und die Zerspanungslebensdauer der Schneidplatten dadurch verbessert werden kann.
Wenn die wasserfeste Schicht in einer einzigen Lage ausgebildet ist, kann ein Teil davon entfernt werden, oder wenn sie mehrlagig ausgebildet ist, kann ein Teil oder die Gesamtheit jeder einzelnen Lage entfernt werden, die die mehrlagige Schicht bilden. Wenn dabei das Verhältnis der Dicke der entfernten Dünnschicht zur Gesamtdicke der verschleißfesten Schicht etwa 1–90 % an einer Position beträgt, an der die Dünnschicht maximal entfernt wird, kann der Effekt der vorliegenden Erfindung erzielt werden, doch wird die Dicke vorzugsweise um 5 % bis 30 % entfernt.
Auch im Fall einer Freifläche, die lösbar an dem Spitzenende des Bohrers befestigt ist, kann der Effekt der vorliegenden Erfindung erzielt werden, wenn etwa 1 bis 100 % der Gesamtdicke der verschleißfesten Schicht entfernt wird, doch wird die Dicke der Dünnschicht vorzugsweise um 5 % bis 30 % entfernt.
Die entfernte Region der verschleißfesten Schicht sollte in einem Bereich von 0,01 R bis 0,8 R von der Mitte des Spitzenendes liegen. Dies liegt daran, dass, wenn die entfernte Region der verschleißfesten Schicht 0,8 R überschreitet, die Standzeit eines Schneidwerkzeugs aufgrund der Abnahme der Verschleißfestigkeit verkürzt wird, und wenn eine Region von weniger als 0,01 R entfernt wird, ist es schwierig, den mikrobrüchigen Verschleiß ausreichend einzuschränken. Ein erwünschter Bereich zum Entfernen der verschleißfesten Schicht beträgt 0,02 R bis 0,6 R, und ein besonders erwünschter Bereich zum Entfernen der verschleißfesten Schicht beträgt 0,02 R bis 0,5 R.
Das Schneidwerkzeug kann ein Bohrer oder ein Kugelfräser sein, doch schließt die erfinderische Idee der vorliegenden Erfindung das Entfernen eines vorgegebenen Bereichs um einen mittleren Kontaktabschnitt in einem Schneidwerkzeug ein, das einen Zerspanungsprozess ähnlich dem Bohrer oder dem Kugelfräser durchführt, und bei dem der Verschleiß und die Ausbreitung des Verschleißes in ähnlichen Mechanismen entstehen.
Die verschleißfeste Schicht kann aus einer einlagigen Dünnschicht oder einer mehrlagigen Dünnschicht bestehen, und die einlagige Schicht oder die mehrlagige Schicht beinhalten mindestens eine Dünnschicht, die mindestens eine Art eines Elementes enthält, das aus metallischen Elementen der Gruppen IVa, Va oder VIa im Periodensystem, Al oder Si gewählt wird, und mindestens eine Art eines nicht metallischen Elements, das aus N, C oder O gewählt wird. Die verschleißfeste Schicht kann beispielsweise TiCN, TiAlN, TiAlCrN, oder Al₂O₃ enthalten.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung ausführlicher anhand von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung und Vergleichsbeispielen davon beschrieben.
[Beispiel 1]
Eine superharte Legierung, die 10 % Co enthielt, wurde als Basismaterial verwendet, wurde dann zu einer Bohrerform der Modellnummer TPD150B von Korloy Inc. zerspant, und eine verschleißfeste Schicht wurde auf einer Fläche des Bohrers durch Abscheiden einer TiAlCrN-Dünnschicht mit einer Dicke von etwa 5 μm unter Verwendung eines TiAlCr-Targets mithilfe eines Lichtbogenionenplattierungsverfahrens ausgebildet, bei dem es sich um ein Vakuumaufdampfverfahren handelt.
Anschließend wurde Spitzenendpolieren bezüglich der TiAlCrN-Dünnschicht bis zu etwa 0,2 R von dem Mittelteil durch Aufstrahlen eines Mediums (eines Verbundschleifmittels mit Diamantpartikeln und Polymerpartikeln) mit einem Druck von 2 bar für 10 Sekunden unter Verwendung einer Mikrostrahlvorrichtung durchgeführt, wodurch die verschleißfeste Schicht teilweise entfernt wurde, wie in 2 dargestellt.
Anschließend werden 336 Löcher unter Verwendung eines Bohrers gebohrt, an dem das oben genannte Spitzenendpolieren durchgeführt wurde, bei einer Schnittgeschwindigkeit von 100 m/min, einem Vorschub pro Klinge von 0,25 mm/Zahn, einer Lochtiefe von 50 mm und nassen Bearbeitungsbedingungen unter Verwendung von SCM440 als Werkstück.
4 ist eine Fotografie, die eine Mitte und einen Rand eines Spitzenendes eines Bohrers nach Durchführung eines Bohrvorgangs mithilfe eines Bohrers zeigt, bei dem eine verschleißfeste Schicht gemäß einem Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung teilweise entfernt wurde.
Wie in 4 dargestellt, werden Risse oder Beschädigungen der Dünnschicht an dem Spitzenende oder dem Bohrer in Beispiel 1 selten beobachtet, und auch in dem umgebenden Randabschnitt ist selten eine uneinheitliche Beschädigung der Dünnschicht zu beobachten.
[Beispiel 2]
Das Spitzenendpolieren wurde bis zu etwa 0,2 R an einem mittleren Abschnitt bezüglich eines handelsüblichen Bohrers von Korloy Inc. (Modellnummer TPD130B und Beschichtung PC5300 (TiAlN-System und Dünnschichtdicke von etwa 3 μm)) durch Aufstrahlen eines Mediums (eines Verbundschleifmittels mit Diamantpartikeln und Polymerpartikeln) mit einem Druck von 2 bar für 10 Sekunden unter Verwendung einer Aero-Läppvorrichtung durchgeführt, wodurch die verschleißfeste Schicht teilweise entfernt wurde, wie in 2A dargestellt.
Dann wurden 570 Löcher unter Verwendung eines Bohrers gebohrt, an dem das oben genannte Spitzenendpolieren durchgeführt wurde, bei einer Schnittgeschwindigkeit von 100 m/min, einem Vorschub pro Klinge von 0,25 mm/Zahn, einer Lochtiefe von 50 mm und nassen Bearbeitungsbedingungen unter Verwendung von SCM440 als Werkstück.
5 ist eine Fotografie, die eine Mitte und einen Rand eines Spitzenendes eines Bohrers nach Durchführung eines Bohrvorgangs mithilfe eines Bohrers zeigt, bei dem eine verschleißfeste Schicht gemäß einem Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung teilweise entfernt wurde.
Wie in 5 dargestellt, wurden selten Risse oder Beschädigungen der Dünnschicht in dem Spitzenende des Bohrers gemäß Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung beobachtet, und es zeigte sich ein relativ stabiles Verschleißverhalten im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 4, bei dem die verschleißfeste Schicht nicht teilweise von demselben Produkt entfernt wurde, auch in einem umgebenden Randteil.
[Beispiel 3]
Eine Freifläche (ein schraffierter Teil in der Zeichnung) einer Schneidplatte, wie in 3 dargestellt, wurde bezüglich eines Produktes von Korloy Inc. mit einer Modellnummer XOMT07T205-LD und einer Beschichtungsart PC5335, auf die eine TiAlCrN-Dünnschicht aufgebracht wurde, durch Bestrahlen mit einem Druck von 2 bar für 10 Sekunden unter Verwendung einer Aero-Läppvorrichtung durchgeführt, wodurch die verschleißfeste Schicht auf einer Seitenfläche der Schneidplatte teilweise entfernt wurde. Durch diesen Prozess wurde die Dicke der Dünnschicht auf der Freifläche der Schneidplatte um etwa 3 bis 10 % entfernt.
Die wie oben vorbereitete Schneidplatte nach Beispiel 3 wurde in einem Bohrerhalter mit einem Durchmesser von 20 mm montiert, wie in 6 dargestellt, und ein Zerspanungstest wurde unter folgenden Schnittbedingungen durchgeführt: eine Geschwindigkeit von 150 m/min, ein Vorschub pro Umdrehung von 0,1 mm/U, eine Eindringungstiefe von 90 mm und eine nasse Arbeitsbedingung, unter Verwendung von SCM440 als Werkstück.
Wie auf der linken Seite von 7 dargestellt, ist anhand des Zustands der Schneidplatte nach dem Bohren von 130 Löchern zu erkennen, dass die Schneidplatte gemäß Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Kantenfestigkeit und Verschleißfestigkeit der Freifläche im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 5 unter den oben genannten Schnittbedingungen aufweist.
Anschließend wurde die Schneidplatte gemäß Beispiel 3 in einem Bohrerhalter mit dem Durchmesser von 20 mm montiert, und ein Zerspanungstest wurde dann unter folgenden Schnittbedingungen durchgeführt: eine Geschwindigkeit von 120 m/min, ein Vorschub pro Umdrehung von 0,08 mm/U, eine Eindringungstiefe von 90 mm und eine nasse Arbeitsbedingung, unter Verwendung von STS304 als Werkstück.
Wie in 8 dargestellt, endete die Standzeit bei durchschnittlich 140 Löchern oder mehr im Falle der Schneidplatte gemäß Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung, wogegen die Standzeit bei durchschnittlich 40 Löchern im Falle der Schneidplatte gemäß Vergleichsbeispiel 5 endete, so dass sich sagen lässt, dass die Standzeit in Beispiel 3 gegenüber der in Vergleichsbeispiel 5 erheblich verbessert ist.
[Vergleichsbeispiel 1]
Eine superharte Legierung, die 10 % Co enthielt, wurde als Basismaterial verwendet, wurde dann zu einer Bohrerform der Modellnummer TPD150B von Korloy Inc. geschnitten, und eine verschleißfeste Schicht wurde auf der Fläche des Bohrers durch Abscheiden einer TiAlCrN-Dünnschicht mit einer Dicke von etwa 5 μm unter Verwendung eines TiAlCr-Targets mithilfe eines Lichtbogenionenplattierungsverfahrens ausgebildet, bei dem es sich um ein Vakuumaufdampfverfahren handelt.
Mithilfe des Bohrers, an dem die verschleißfeste Schicht wie oben beschrieben ausgebildet war, wurden 336 Löcher unter derselben Bedingung wie in den Beispielen gebohrt.
9 ist eine Fotografie, die eine Mitte und einen Rand eines Spitzenendes eines Bohrers nach Durchführung eines Bohrvorgangs mithilfe des Bohrers zeigt, bei dem eine verschleißfeste Schicht gemäß Vergleichsbeispiel 1 ausgebildet ist.
Wie in 9 dargestellt, wird eine Dünnschicht an dem Spitzenende des Bohrers gemäß Vergleichsbeispiel 1 spiralförmig abgetragen, eine substantielle Verformung ist außerdem in einem Basismaterial auf einer Schicht unter der Dünnschicht zu beobachten, und die beschädigte Dünnschicht breitet sich zudem im Wesentlichen zu einem Rand hin aus.
Beim Vergleichen dieses Ergebnisses mit dem in den Beispielen der vorliegenden Erfindung zeigt sich, dass ein beachtlicher Unterschied in der Schneidleistung besteht, obwohl Vergleichsbeispiel 1 dieselben Bedingungen wie Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung mit der Ausnahme hat, dass lediglich das Spitzenendpolieren nicht durchgeführt wurde.
[Vergleichsbeispiel 2]
Eine superharte Legierung, die 10 % Co enthielt, wurde als Basismaterial verwendet, wurde dann zu einer Bohrerform der Modellnummer TPD150B von Korloy Inc. geschnitten, und eine verschleißfeste Schicht wurde auf der Fläche des Bohrers durch Abscheiden einer TiAlN-Dünnschicht mit einer Dicke von etwa 3 μm unter Verwendung eines TiAl-Targets mithilfe eines Lichtbogenionenplattierungsverfahrens ausgebildet, bei dem es sich um ein Vakuumaufdampfverfahren handelt.
Mithilfe des Bohrers, an dem die verschleißfeste Schicht wie oben beschrieben ausgebildet war, wurde das Bohren unter derselben Bedingung wie in den Beispielen durchgeführt.
10 ist eine Fotografie, die eine Mitte und einen Rand eines Spitzenendes eines Bohrers nach Durchführung eines Bohrvorgangs mithilfe des Bohrers zeigt, bei dem eine verschleißfeste Schicht gemäß Vergleichsbeispiel 2 ausgebildet ist.
Wie in 10 dargestellt, wird kein spiralförmiges Ablösen einer Dünnschicht an dem Spitzenende des Bohrers gemäß Vergleichsbeispiel 2 beobachtet, doch ist zu beobachten, dass unregelmäßiger Verschleiß an den Randkantenabschnitten entstand.
[Vergleichsbeispiel 3]
Eine superharte Legierung, die 10% Co enthielt, wurde als Basismaterial verwendet, wurde dann zu einer Bohrerform der Modellnummer TPD150B von Korloy Inc. geschnitten, und eine verschleißfeste Schicht mit einer Gesamtdicke von etwa 8 μm wurde auf der Oberfläche des Bohrers durch Ausbilden einer MT-TiCN-Dünnschicht von 4 μm und einer Al₂O₃-Dünnschicht von 4 μm durch chemische Aufdampfung gebildet.
Mithilfe des Bohrers, an dem die verschleißfeste Schicht wie oben beschrieben ausgebildet war, wurde das Bohren unter derselben Bedingung wie in den Beispielen durchgeführt.
11 ist eine Fotografie, die eine Mitte und einen Rand eines Spitzenendes eines Bohrers nach Durchführung eines Bohrvorgangs mithilfe des Bohrers zeigt, bei dem eine verschleißfeste Schicht gemäß Vergleichsbeispiel 3 ausgebildet ist.
Wie in 11 dargestellt, wird außerdem ein wirbelförmiges Ablösen einer Dünnschicht an dem Spitzenende des Bohrers gemäß Vergleichsbeispiel 3 beobachtet, und dass unregelmäßiger Verschleiß an den Randkantenabschnitten entstand.
[Vergleichsbeispiel 4]
Das Bohren erfolgte unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 2 mithilfe eines handelsüblichen Bohrers (Modellnummer TPD130B, Beschichtungstyp PC5300 (TiAlN, Dünnschichtdicke von etwa 3 μm) von Korloy Inc.
12 ist eine Fotografie, die eine Mitte und einen Rand eines Spitzenendes eines Bohrers nach Durchführung eines Bohrvorgangs mithilfe des Bohrers zeigt, bei dem eine verschleißfeste Schicht gemäß Vergleichsbeispiel 4 ausgebildet ist.
Wie in 12 dargestellt, zeigt das Spitzenende des Bohrers gemäß Vergleichsbeispiel 4 eine beschädigte Form der originalen Form aufgrund des Fortschritts von Verschleiß, und außerdem ist auch weitgehend Verschleiß an den Randkantenabschnitten zu beobachten.
[Vergleichsbeispiel 5]
Der Zerspanungstest erfolgte unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 3, um Vergleichsbeispiel 5 mit Beispiel 3 zu vergleichen, unter Verwendung eines Produktes von Korloy Inc. mit der Modellnummer XOMT07T205-LD und einem Materialtyp PC5335, an dem das Polieren bezüglich der Freifläche einer Schneidplatte wie in Beispiel 3 nicht durchgeführt wurde, und wie in 7 und 8 dargestellt, zeigt sich, dass die Schneidleistung im Vergleich zu der in Beispiel 3 deutlich verschlechtert ist.
Aus den oben genannten Ergebnissen geht hervor, dass, wenn das Spitzenendpolieren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, der mikrobrüchige Verschleiß, der in einem Bereich mit ultraniedriger Geschwindigkeit in einem mittleren Teil während eines Schneidvorgangs durch einen Bohrer oder einen Kugelfräser entsteht, verringert werden kann, so dass die Standzeit eines Werkzeugs, wie beispielsweise eines Bohrers oder eines Kugelfräsers, der ein Werkstück zerspant, während die Mitte des Spitzenendes des Werkzeugs mit dem Werkstück in Kontakt steht, verbessert werden kann.
Außerdem zeigt sich, dass, wenn die verschleißfeste Schicht durch das teilweise Polieren einer Freifläche einer Schneidplatte, welche lösbar an einem Spitzenende befestigt ist, teilweise entfernt wird, der mikrobrüchige Verschleiß, der in einem Bereich mit ultraniedriger Geschwindigkeit in einem Mittelteil während des drehenden Zerspanens entsteht, verringert werden kann, so dass die Standzeit des Schneidwerkzeugs, welches ein Werkstück zerspant, während die Mitte des Spitzenendes des Werkzeugs mit dem Werkstück in Kontakt steht, deutlich verbessert werden kann.

Claims

Schneidwerkzeug mit einer säulenartigen Form zum Zerspanen eines Werkstücks durch Drehen, während eine Mitte eines Spitzenendes mit dem Werkstück in Kontakt steht, wobei das Basismaterial für das Spitzenende des Schneidwerkzeugs eine Sinterlegierung ist, eine verschleißfeste Schicht an dem Spitzenende ausgebildet ist, und ein Teil oder die gesamte verschleißfeste Schicht, die in einem Abstand von 0,01 R bis 0,8 R (R: Radius des säulenartigen Werkzeugs) von einer Mitte des Spitzenendes ausgebildet ist, entfernt wird.
Schneidwerkzeug mit einer säulenartigen Form zum Zerspanen eines Werkstücks durch Drehen, während eine Mitte eines Spitzenendes mit dem Werkstück in Kontakt steht, wobei das Spitzenende eine oder mehrere entfernbare Wendeschneidplatten umfasst, die Schneidplatten jeweils eine Sinterlegierung als Basismaterial aufweisen, eine verschleißfeste Schicht an einer Oberfläche jeder Schneidplatte ausgebildet ist, und ein Teil oder die gesamte verschleißfeste Schicht, die auf einer Freifläche der Schneidplatte ausgebildet ist, die in einem Abstand von 0,01 R bis 0,8 R (wobei R ein Radius des säulenartigen Werkzeugs ist) von dem Rotationszentrum des Spitzenendes befestigt ist, entfernt wird.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Schneidwerkzeug ein Bohrer oder ein Kugelfräser ist.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei die verschleißfeste Schicht in einer einlagigen oder mehrlagigen Dünnschicht ausgebildet ist.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei die verschleißfeste Schicht eine oder mehrere Schichten der Dünnschicht umfasst, die umfasst mindestens ein metallisches Element, das aus Elementen der Gruppen IVa, Va oder VIa im Periodensystem, Al oder Si gewählt wird, und mindestens ein nicht metallisches Element, das aus N, C oder O gewählt wird.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei die verschleißfeste Schicht eine TiCN-Schicht oder eine Al₂O₃-Schicht umfasst.