DE112017001594T5

DE112017001594T5 - Rotationswerkzeug

Info

Publication number: DE112017001594T5
Application number: DE112017001594.4T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Waki; Masahiko Kuroda
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-03-28
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2018-12-13
Also published as: KR102178428B1; JPWO2017170406A1; JP6646137B2; US10953472B2; CN108883480A; CN108883480B; WO2017170406A1; KR20180119624A; US20190105716A1

Abstract

Ein Rotationswerkzeug weist einen Hauptkörper auf, welcher eine Stangengestalt hat, die sich ausgehend von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende erstreckt. Der Hauptkörper weist einen Schneidkantenteil an einer Seite des ersten Endes und einen Schaftteil an einer Seite des zweiten Endes auf. Der Schneidkantenteil weist ein Basiselement, welches eine Mehrzahl von Kämmen aufweist, und eine Beschichtungsschicht auf, welche zumindest an den Kämmen angeordnet ist. Die Beschichtungsschicht weist eine Schicht auf, welche Si_xM_1-x(C_1-yN_y) enthält (wobei M zumindest eine Art ist, welche aus Ti, Al, Cr, W, Mo, Ta, Hf, Nb, Zr und Y ausgewählt ist, 0,01 ≤ x ≤ 0,55 und 0 ≤ y ≤ 1 ist). Wenn in der Beschichtungsschicht ein Bereich, welcher zum ersten Ende nahe ist, als ein erster Bereich bezeichnet ist, und ein Bereich, welcher vom ersten Ende weiter entfernt ist als der erste Bereich, als ein zweiter Bereich bezeichnet ist, ist ein Gehalt von Si, welches im ersten Bereich enthalten ist, geringer ist als ein Gehalt von Si, welches im zweiten Bereich enthalten ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Ausführungsform betrifft ein Rotationswerkzeug, welches eine Beschichtungsschicht aufweist, die auf einer Oberfläche eines Basiselements abgelagert ist.
Hintergrund
Als ein Beispiel von Rotationswerkzeugen, wie beispielsweise Bohrer, Schaftfräser und Reibahlen, ist ein Rotationswerkzeug bekannt, welches eine langgestreckte Gestalt, die eine Rotationsachse aufweist, und ein Basiselement und eine Beschichtungsschicht aufweist, welche eine Oberfläche des Basiselements beschichtet. Beispielsweise offenbaren die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2003-48107 (Patentdokument 1) bzw. die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2003-170303 (Patentdokument 2) TiAlSiN-Schichten als eine Beschichtungsschicht.
Wenn ein Schneidvorgang unter Verwendung eines Rotationswerkzeugs ausgeführt wird, muss das Rotationswerkzeug eine hohe Haltbarkeit und eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit haben.
Kurzbeschreibung
Ein Rotationswerkzeug in einer der Ausführungsformen weist einen Hauptkörper auf, welcher eine Stangengestalt hat, die sich ausgehend von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende erstreckt. Der Hauptkörper weist einen Schneidkantenteil an einer Seite des ersten Endes und einen Schaftteil an einer Seite des zweiten Endes auf. Der Schneidkantenteil weist ein Basiselement, welches eine Mehrzahl von Kämmen aufweist, und eine Beschichtungsschicht auf, welche an bzw. auf zumindest den Kämmen angeordnet ist. Die Beschichtungsschicht weist eine Schicht auf, welche Si_xM_1-xC_1-yN_y enthält (wobei M zumindest eine Art ist, welche aus Ti, Al, Cr, W, Mo, Ta, Hf, Nb, Zr und Y ausgewählt ist, 0,01 ≤ x ≤ 0,55 und 0 ≤ y ≤ 1 ist). Wenn in der Beschichtungsschicht ein Bereich, welcher zum ersten Ende nahe ist, als ein erster Bereich bezeichnet ist, und ein Bereich, welcher vom ersten Ende weiter entfernt ist als der erste Bereich, als ein zweiter Bereich bezeichnet ist, ist ein Gehalt von Si, welches im ersten Bereich enthalten ist, geringer als ein Gehalt von Si, welches im zweiten Bereich enthalten ist.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, welche einen Bohrer zeigt, der eine Ausführungsform von Rotationswerkzeugen in den vorliegenden Ausführungsformen ist,
2 ist eine Vorderansicht, welche nur einen Schneidkantenteil des Bohrers in der 1 zeigt,
3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-X der 1,
4 ist eine Seitenansicht, welche einen Schaftfräser zeigt, welcher eine weitere Ausführungsform der Rotationswerkezeuge in den vorliegenden Ausführungsformen ist,
5 ist eine Vorderansicht des Schaftfräsers in der 4,
6 ist eine schematische Darstellung zum Erläutern einer Ausführungsform von Verfahrenseinstellungen, wenn eine Beschichtungsschicht auf einer Oberfläche eines Basiselements abgelagert wird, und
7 ist eine schematische Darstellung zum Erläutern einer weiteren Ausführungsform von Verfahrenseinstellungen, wenn eine Beschichtungsschicht auf einer Oberfläche eines Basiselements abgelagert wird.

Ausführungsformen
Rotationswerkzeuge in einer Mehrzahl von Ausführungsformen sind nachfolgend im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Zum Zwecke der Beschreibung zeigen die Zeichnungen, auf welche im folgenden Bezug genommen wird, in vereinfachter Form Hauptelemente von Elementen, welche eine jede der Ausführungsformen bilden. Die Rotationswerkzeuge sind deshalb in der Lage, irgendwelche willkürlichen strukturellen Elemente aufzuweisen, welche in den bezogenen Zeichnungen nicht dargestellt sind. Größen der Elemente in einer jeder der Zeichnungen repräsentieren nicht wahrheitsgetreu Größen und Größenverhältnisse von tatsächlichen strukturellen Elementen.
Als erstes ist das Rotationswerkzeug 101 in einer ersten Ausführungsform beschrieben. Obwohl Beispiele des Rotationswerkzeugs Bohrer, Schaftfräser und Reibahlen aufweisen, zeigen die 1-3 den Bohrer 101 als ein Rotationswerkzeug.
Der Bohrer 101, welcher in der 1 gezeigt ist, ist vom Volltyp und weist einen Hauptkörper 2 auf. Der Hauptkörper 2 hat eine Stangengestalt, welche sich ausgehend von einem ersten Ende P zu einem zweiten Ende Q erstreckt und ist um eine Rotationsachse O herum drehbar. Das erste Ende P ist solch ein Teil, welcher als erstes mit einem Werkstück während eines Schneidvorgangs in Kontakt gelangt. Das zweite Ende Q ist in einer Longitudinalrichtung ein vom ersten Ende P am weitesten entfernter Teil. Im Allgemeinen wird das erste Ende P als ein vorderes Ende und wird das zweite Ende Q als ein hinteres Ende des Bohrers bezeichnet.
Der in der 1 gezeigte Hauptkörper 2 weist einen Schneidkantenteil 3 (Nutteil), welcher an einer Seite des ersten Endes P angeordnet ist, und einen Schaftteil 4 auf, welcher an einer Seite des zweiten Endes Q angeordnet ist. In den vorliegenden Ausführungsformen ist das erste Ende P am Schneidkantenteil 3 angeordnet und ist das zweite Ende Q am Schaftteil 4 angeordnet. Alternativ können der Schneidkantenteil 3 und der Schaftteil 4 separat oder integral geformt sein. Die vorliegenden Ausführungsformen zeigen, dass der Hauptkörper 2 weiter, zusätzlich zum Schneidkantenteil 3 und zum Schaftteil 4, einen sich verjüngenden Teil 5 aufweist, welcher zwischen dem Schneidkantenteil 3 und dem Schaftteil 4 angeordnet ist.
Der Schneidkantenteil 3 weist ein Basiselement 6, welches eine Mehrzahl von Kämmen hat, und eine Beschichtungsschicht 7 auf, welche diese Kämme bedeckt, wie es in der 3 dargestellt ist. Der Schneidkantenteil 3 in den vorliegenden Ausführungsformen weist weiter eine Schneidkante 8, welche an einer Seite des ersten Endes P angeordnet ist, und eine Spanausgabenut (nachfolgend einfach als „Nut“ bezeichnet) 9 auf, welche sich ausgehend von einer Seite des ersten Endes P zu einer Seite des zweiten Endes Q zwischen den Kämmen erstreckt und welche an der Beschichtungsschicht 7 angeordnet ist.
Der Schneidkantenteil 3 weist zwei Schneidkanten 8 und Frei- bzw. Flankenflächen 10 auf, welche in einer Vorderansicht, wenn der Schneidkantenteil 3 in Richtung des ersten Endes P betrachtet wird, wie es in der 2 gezeigt ist, jeweilig zu diesen Schneidkanten 8 benachbart sind. Die Nut 9 ist zu den Schneidkanten 8 benachbart und an einer entgegengesetzten Seite der Freiflächen 10 mit den dazwischen angeordneten Schneidkanten 8 angeordnet. Mit anderen Worten sind in den Ausführungsformen die Schneidkanten 8 entlang zumindest eines Teils einer Kamm-Schnittlinie der Nut 9 und der Freiflächen 10 angeordnet. Der Buchstabe R, welcher in der 2 gezeigt ist, gibt eine Rotationsrichtung des Bohrers 101 an. Die Rotationsachse O überlappt mit dem ersten Ende P in der 2.
Die 3 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie X-X der 1. Der Schneidkantenteil 3 weist das Basiselement 6 und die Beschichtungsschicht 7 auf, welche die Oberfläche des Basiselements bedeckt, wie es in der 3 gezeigt ist. Dieses Basiselement 6 ist aus einem Hartmaterial gebildet, wie beispielsweise Hartmetall, Cermet, cBN oder Schnellarbeitsstahl. Obwohl der Schneidkantenteil 3 die Beschichtungsschicht 7 aufweist, welche in den vorliegenden Ausführungsformen das Basiselement 6 bedeckt, kann eine Oberfläche des Schaftteils 4 mit der Beschichtungsschicht 7 beschichtet sein, oder auch nicht.
Die Beschichtungsschicht 7 in den vorliegenden Ausführungsformen weist eine Schicht auf, die Si_xM_1-x(C_1-yN_y) enthält (wobei M zumindest eine Art ist, welche aus Ti, Al, Cr, W, Mo, Ta, Hf, Nb, Zr und Y ausgewählt ist, 0,01 ≤ x ≤ 0,55 und 0 ≤ y ≤ 1). Die Beschichtungsschicht 7 hat eine exzellente Härte und Abnutzungswiderstandsfähigkeit durch Enthalten, als M, zumindest einer Art, welche aus Ti, Al, Cr, W, Mo und Nb ausgewählt ist. Wenn M zumindest eine Art enthält, die aus Ti, Al, Mo und Nb ausgewählt ist, hat die Beschichtungsschicht eine exzellente Hochtemperaturoxydationswiderstandsfähigkeit, und beispielsweise ist es während eines Hochgeschwindigkeitsschneidens weniger wahrscheinlich, dass ein Kolkverschleiß auftritt.
Eine spezifischere Zusammensetzung der Beschichtungsschicht 7 ist Si_xTi_bAl_cNb_dW_e(C_1-yN_y) (0,01 ≤ x ≤ 0,55, 0,13 ≤ b ≤ 0,8, 0 ≤ c ≤ 0,65, 0 ≤ d ≤ 0,25, 0 ≤ e ≤ 0,3, a + b + c + c + d + e = 1, und 0 ≤ y ≤ 1). Hier kann die Beschichtungsschicht 7 eine geringe Menge, insbesondere weniger als 1 Atom-%, von zumindest einer Art aufweisen, welche aus Cr, Mo, Ta, Hf, Zr und Y ausgewählt ist.
Wenn die Beschichtungsschicht 7 die oben aufgeführte Zusammensetzung hat, wird eine Oxidationsstarttemperatur in der Beschichtungsschicht 7 gesteigert, was zu einer verbesserten Oxidationswiderstandsfähigkeit der Beschichtungsschicht 7 führt. Die Bruchwiderstandsfähigkeit der Beschichtungsschicht 7 ist ebenfalls verbessert, da Eigenspannungen, welche darin vorliegen, in einem angemessenen Bereich liegen.
Wenn die Beschichtungsschicht 7 die oben aufgeführte Zusammensetzung hat, hat die Beschichtungsschicht 7 eine große Härte, was zu einer verbesserten Adhäsion am Basiselement 6 führt. Dies stellt eine exzellente Abnutzungs- und Bruchwiderstandsfähigkeit der Beschichtungsschicht 7 sogar unter schweren Schneidbedingungen sicher, wie beispielsweise einem Bearbeiten von schwer zu bearbeitendem Material, Trockenschneiden und Hochgeschwindigkeitsschneiden.
Wenn die Beschichtungsschicht 7 die oben dargestellte Zusammensetzung hat, hat die Beschichtungsschicht 7 die große Abnutzungswiderstandsfähigkeit, da es für die Härte weniger wahrscheinlich ist, sich aufgrund einer Kristallstrukturänderung von einem kubischen Kristall zu einem hexagonalen Kristall in der Beschichtungsschicht 7 zu verschlechtern, wenn „b“ (Ti-Gehalt) 0,13 oder mehr ist. Die Beschichtungsschicht 7 hat eine verbesserte Oxidationswiderstandsfähigkeit und Wärmewiderstandsfähigkeit, wenn „b“ (Ti-Gehalt) 0,8 oder weniger ist. Ein besonders bevorzugter Bereich von „b“ ist 0,2 ≤ b ≤ 0,5.
Wenn die Beschichtungsschicht 7 die wie oben aufgeführte Zusammensetzung hat, hat die Beschichtungsschicht 7 die große Abnutzungswiderstandsfähigkeit, da es für die Härte weniger wahrscheinlich ist, sich aufgrund einer Kristallstrukturänderung von einem kubischen Kristall zu einem hexagonalen Kristall in der Beschichtungsschicht 7 zu verschlechtern, wenn „c“ (Al-Gehalt) 0,65 oder weniger ist. Ein bevorzugter Bereich von „c“ ist 0,45 ≤ c ≤ 0,65, insbesondere bevorzugt 0,5 ≤ c ≤ 0,63.
Wenn die Beschichtungsschicht 7 die wie oben aufgeführte Zusammensetzung hat, hat die Beschichtungsschicht 7 die große Abnutzungswiderstandsfähigkeit, da es für die Oxidationswiderstandsfähigkeit und die Härte der Beschichtungsschicht 7 weniger wahrscheinlich ist, sich zu verschlechtern, wenn „d“ (Nb-Gehalt) 0,25 oder weniger ist. Ein besonders bevorzugter Bereich von „d“ ist 0,02 ≤ d ≤ 0,22.
Wenn die Beschichtungsschicht 7 die wie oben aufgeführte Zusammensetzung hat, hat die Beschichtungsschicht 7 die große Abnutzungswiderstandsfähigkeit, da es für die Oxidationswiderstandsfähigkeit und die Härte der Beschichtungsschicht 7 weniger wahrscheinlich ist, sich zu verschlechtern, wenn „e“ (W-Gehalt) 0,3 oder weniger ist. Ein besonders bevorzugter Bereich von „e“ ist 0,02 ≤ d ≤ 0,22.
Im Hinblick auf die Härte und die Zähigkeit, welche für das Rotationswerkzeug erforderlich sind, haben nicht-metallische Bestandteile C und N der Bestandteile, welche in der Beschichtungsschicht 7 enthalten sind, „y“ (N-Gehalt), welches 0 ≤ y ≤ 1 ist, insbesondere 0,8 ≤ y ≤1. Mit den vorliegenden Ausführungsformen ist die Zusammensetzung der Beschichtungsschicht 7 messbar durch ein energiedispersives Röntgenspektroskopieanalyseverfahren (EDX) oder ein Röntgenphotoelektronenspektroskopieanalyseverfahren (XPS).
Obwohl eine Dicke tf der Beschichtungsschicht 7 in der Flanken- bzw.-Freifläche 10 nicht auf einen besonderen Wert beschränkt ist, ist die Dicke tf auf zum Beispiel 0,5 bis 3 µm festlegbar. Wenn tf diesen Wert hat, kann eine Werkzeuglebensdauer verlängert werden durch Beibehalten eines Gleichgewichts zwischen der Abnutzungswiderstandsfähigkeit der Schneidkante 8 und einer Steifigkeitsverbesserung des Bohrers 101.
Die Beschichtungsschicht 7 muss nicht notwendigerweise nur aus der Schicht zusammengesetzt sein, welche die oben genannte Zusammensetzung hat, sondern kann eine Struktur haben. welche durch Laminieren einer weiteren Schicht geformt ist, welche eine Zusammensetzung hat, die von der der Schicht verschieden ist, welche die oben genannte Zusammensetzung hat. In Fällen, in welchen die Beschichtungsschicht 7 aus einer Mehrzahl von Schichten zusammengesetzt ist, kann ein Teil der Schichten kein Si enthalten. Alternativ können Si-Gehalte voneinander verschieden sein. Weiter alternativ kann die Beschichtungsschicht 7 eine Struktur haben, welche geformt ist durch alternierendes Laminieren zweier Schichten, deren Zusammensetzung voneinander verschieden sind.
Die Beschichtungsschicht 7, welche eine Mehrschichtstruktur von zwei oder mehr Arten von Schichten haben kann, deren Zusammensetzung voneinander verschieden sind, kann beispielsweise hergestellt werden durch Ausführen eines Ablagerns bzw. Abscheidens, während die Probe, welche der Ablagerung unterzogen wird, in einem Zustand rotiert wird, in welchem Targets, deren Zusammensetzungen voneinander verschieden sind, mit einem vorbestimmten Intervall an einer inneren Wandseitenfläche einer Kammer einer Ablagerungsvorrichtung angeordnet sind. In den vorliegenden Ausführungsformen ist eine Zusammensetzung der Beschichtungsschicht 7 eine, welche erhalten wird durch Analysieren einer Gesamtzusammensetzung der Beschichtungsschicht 7 von der Oberfläche der Beschichtungsschicht 7 durch folgendes Verfahren.
Insbesondere, wenn eine Messfläche beispielsweise die Freifläche 10 ist, welche zur Schneidkante 8 benachbart ist, wird eine Oberfläche der Freifläche 10 durch eine Elektronenstrahlmikroanalysevorrichtung (EPMA) gemessen, und eine erhaltene Zusammensetzung wird als die Zusammensetzung der Beschichtungsschicht 7 angesehen. Sogar wenn die Beschichtungsschicht 7 die Mehrlagenstruktur hat, wird eine Zusammensetzung, welche von der Oberflächenmessung durch die EPMA erhalten worden ist, als die Zusammensetzung der Beschichtungsschicht 7 angesehen.
Wenn in der Beschichtungsschicht 7 im Bohrer 101 der ersten Ausführungsform ein Bereich nahe zum ersten Ende P als ein erster Bereich 7a bezeichnet ist und ein Bereich weiter weg vom ersten Ende P als der erste Bereich 7a als ein zweiter Bereich 7b bezeichnet ist, ist ein Gehalt von Si, welches im ersten Bereich 7a enthalten ist, von einem Gehalt von Si verschieden, welches im zweiten Bereich 7b enthalten ist. Insbesondere ist der Gehalt von Si, welches im ersten Bereich 7a enthalten ist, niedriger als der Gehalt von Si, welches im zweiten Bereich 7b enthalten ist.
Die Haltbarkeit des Bohrers 101 kann verbessert sein und eine Bearbeitungsgenauigkeit während eines Schneidvorgangs kann ebenfalls verbessert sein, da in dem Bohrer 101 der ersten Ausführungsform der Gehalt von Si, welches im ersten Bereich 7a enthalten ist, niedriger ist als der Gehalt von Si, welches im zweiten Bereich 7b enthalten ist.
Insbesondere kann die Bruchwiderstandsfähigkeit der Schneidkante 8, welche an einer Seite des ersten Endes P angeordnet ist, verbessert sein, da es für die Beschichtungsschicht 7 weniger wahrscheinlich ist, sich in der Nähe der Rotationsachse O in einem jeden der Fälle des Bearbeitens eines Werkstücks zu separieren, bei welchen Materialien mit verschiedenen Härten gleichzeitig vorliegen, wie beispielsweise Kohlenfaser und Harz in einem CFRP-Material, welches dazu neigt, zu brechen, dem Fall des Bearbeitens eines Werkstücks, wie beispielsweise einem Laminatmaterial, welches erhalten wird durch Laminieren einer Mehrzahl von Materialien, welche verschiedene Härten haben, und dem Fall des Bearbeitens durch Schneiden, während dem Zwischenstöße ausgeübt werden, wie beispielsweise einem Schulterbearbeitungsvorgang.
Der Gehalt von Si in dem zweiten Bereich 7b ist groß. Die Steifigkeit des Basiselements 6 ist verbessert, da eine Druckspannung durch den zweiten Bereich 7b auf das Basiselement 6 an einer Seite des zweiten Endes Q in dem Schneidkantenteil 3 aufbringbar ist. Da die Steifigkeit des Basiselements 6 verbessert ist, ist es für den Bohrer 101 weniger wahrscheinlich, während eines Schneidvorgangs zu schwingen, was zu einer verbesserten Bearbeitungsgenauigkeit führt.
Die Steifigkeit des Basiselements 6 ist angemessener und die Bearbeitungsgenauigkeit des Bohrers 101 ist verbessert, wenn der Gehalt von Si, welches in der Beschichtungsschicht 7 enthalten ist, gestaltet ist, um ausgehend von einer Seite des ersten Endes P in Richtung zu einer Seite des zweiten Endes Q graduell anzusteigen. Der Begriff „graduell ansteigen“ bezeichnet, dass, wenn der Gehalt von Si an einem jeden von fünf Punkten gemessen wird, welche mit gleichen Intervallen festgelegt sind, inklusive eines Endabschnitts an einer Seite des ersten Endes P und eines Endabschnitts an einer Seite des zweiten Endes Q in der Beschichtungsschicht 7, der Gehalt von Si ausgehend von dem Endabschnitt an der Seite des ersten Endes P zum Endabschnitt an der Seite des zweiten Endes Q monoton ansteigt.
Wenn die Beschichtungsschicht 7 Ti enthält und ein Gehalt von Ti, welches im ersten Bereich 7a enthalten ist, größer ist als ein Gehalt von Ti, welches im zweiten Bereich 7b enthalten ist, kann die Haltbarkeit des Bohrers 101 weiter verbessert sein und kann die Bearbeitungsgenauigkeit während des Schneidvorgangs weiter verbessert sein.
Wenn die Beschichtungsschicht 7 Al enthält und ein Gehalt von Al, welches im ersten Bereich 7a enthalten ist, größer ist als ein Gehalt von Al, welches im zweiten Bereich 7b enthalten ist, kann die Haltbarkeit des Bohrers 101 weiter verbessert sein und kann die Bearbeitungsgenauigkeit während des Schneidvorgangs weiter verbessert sein.
Wenn die Beschichtungsschicht 7 Nb enthält und ein Gehalt von Nb, welches im ersten Bereich 7a enthalten ist, kleiner ist als ein Gehalt von Nb, welches im zweiten Bereich 7b enthalten ist, kann die Haltbarkeit des Bohrers 101 weiter verbessert sein und kann die Bearbeitungsgenauigkeit während des Schneidvorgangs weiter verbessert sein.
Feststoff, welcher als eine Mehrzahl von Tröpfchen bezeichnet ist, die von der Beschichtungsschicht 7 in der Zusammensetzung verschieden sind, können in einer Fläche bzw. Oberfläche des ersten Bereichs 7a und einer Fläche bzw. Oberfläche des zweiten Bereichs 7b im Schneidkantenteil 3 vorliegen. Wenn ein Mengenverhältnis der Tröpfchen im ersten Bereich 7a kleiner ist als ein Mengenverhältnis der Tröpfchen im zweiten Bereich 7b, ist es für die Schneidkante 8 weniger wahrscheinlich, anzuschweißen, und ist es möglich, eine Menge von Schneidflüssigkeit zu steigern, welche durch den Schneidkantenteil 3 während der Bearbeitung unter Verwendung der Schneidflüssigkeit zurückhaltbar ist.
Der Begriff, dass das Mengenverhältnis der Tröpfchen im ersten Bereich 7a kleiner ist als das Mengenverhältnis der Tröpfchen im zweiten Bereich 7b kann umformuliert werden, dass eine Dichte der Tröpfchen im ersten Bereich 7a kleiner ist als eine Dichte der Tröpfchen im zweiten Bereich 7b.
Ebenfalls, wenn die Tröpfchen im zweiten Bereich 7b eine größere Größe haben als die Tröpfchen im ersten Bereich 7a, ist es für die Schneidkante 8 weniger wahrscheinlich, anzuschweißen, und ist es möglich, eine Menge von Schneidflüssigkeit zu steigern, welche durch den Schneidkantenteil 3 während der Bearbeitung unter Verwendung der Schneidflüssigkeit zurückgehalten wird.
Wenn das Mengenverhältnis von Tröpfchen ausgehend vom zweiten Ende Q in Richtung zum ersten Ende P abnimmt, insbesondere, wenn das Mengenverhältnis der Tröpfchen in drei oder mehr Bereichen einer Richtung ausgehend vom zweiten Ende Q in Richtung zum ersten Ende P monoton abnimmt, ist es für die Schneidkante 8 weniger wahrscheinlich, anzuschweißen.
Das Mengenverhältnis der Tröpfchen ist erhaltbar durch identifizieren der Tröpfchen von einer SEM-Aufnahme der Fläche bzw. Oberfläche der Beschichtungsschicht 7 und durch Zählen der Anzahl der Tröpfchen in einem Bereich von beispielsweise 10 µm × 10 µm. Hier werden Partikel, welche einen Durchmesser von 0,2 µm oder mehr haben, als ein Tröpfchen identifiziert. Ein Aufnahmepunkt der SEM-Aufnahme ist für sowohl eine Seite des ersten Endes P wie auch eine Seite des zweiten Endes Q gleich, beispielsweise durch Festlegen als ein Außenrandabschnitt der Nut 9.
Wenn ein Gehalt von M in den Tröpfchen größer ist als ein Gehalt von M in der Beschichtungsschicht 7, kann ein Gehalt von Si in den Tröpfchen relativ gering ausgeführt werden, und deshalb ist es für die Schneidkante 8 weniger wahrscheinlich, anzuschweißen.
Hier wird die Beschichtungsschicht 7, welche an der Nut 9 angeordnet ist, als ein dritter Bereich 7c bezeichnet, und wird die Beschichtungsschicht 7, welche an einer Außenrandfläche des Schneidkantenteils 3 angeordnet ist, als ein vierter Bereich 7d bezeichnet. Wenn ein Gehalt von Si in zumindest einem Teil des dritten Bereichs 7c geringer ist als ein Gehalt von Si, welches im vierten Bereich 7d enthalten ist, kann eine Wärmewiderstandsfähigkeit in einer Außenrandschneidkante 23 verbessert sein und kann eine Gleitfähigkeit in der Nut 9 verbessert sein. Der Gehalt von Si, welches in dem dritten Bereichs 7c enthalten ist, und das im vierten Bereich 7d müssen jeweilig an der gleichen Position in einer Richtung entlang der Rotationsachse O im Schneidkantenteil 3 gemessen werden.
Die Wärmewiderstandsfähigkeit in der Außenrandschneidkante 23 kann weiter verbessert sein und die Gleitfähigkeit in der Nut 9 kann weiter verbessert sein, wenn die Beschichtungsschicht 7 Ti enthält und ein Gehalt von Ti in zumindest einem Teil des dritten Bereichs 7c größer ist als ein Gehalt von Ti, welches im vierten Bereich 7d enthalten ist. Gleich zum Gehalt von Si muss der Gehalt von Ti, welches in einem jeden vom dritten Bereich 7c und vom vierten Bereich 7d enthalten ist, an der gleichen Position in der Richtung entlang der Rotationsachse O im Schneidkantenteil 3 gemessen werden.
Die Wärmewiderstandsfähigkeit in der Außenrandschneidkante 23 kann weiter verbessert sein und die Gleitfähigkeit in der Nut 9 kann weiter verbessert sein, wenn die Beschichtungsschicht 7 Al enthält und ein Gehalt von Al in zumindest einem Teil des dritten Bereichs 7c größer ist als ein Gehalt von Al, welches im vierten Bereich 7d enthalten ist. Gleich zum Gehalt von Si muss der Gehalt von Al, welches in einem jeden von dritten Bereich 7c und vom vierten Bereich 7d enthalten ist, an der gleichen Position in der Richtung entlang der Rotationsachse O im Schneidkantenteil 3 gemessen werden.
Beispiele des Materials, welches das Basiselement 6 bilden, weisen Metall, Hartmetall, Cermet und Keramik auf. Beispiele des Metalls weisen rostfreien Stahl und Titan auf. Beispiele der Zusammensetzung des Hartmetalls weisen WC(Wolframcarbid)-Co(Cobalt), WC-TiC(Titancarbid)-Co, WC-TiC-TaC(Tantalcarbid)-Co und WC-TiC-TaC-Cr₃C₂(Chromcarbid)-Co auf. Hier sind WC, TiC, TaC und Cr₃C₂ Hartpartikel und ist Co eine Binderphase.
Das Cermet ist ein gesintertes Verbundmaterial, welches erhalten wird durch Zusammensetzen von Metall mit einem keramischen Bestandteil. Ein spezifisches Beispiel des Cermets ist eines, welches hauptsächlich aus einem Titanverbund zusammengesetzt ist, wie beispielsweise TiC und TiN (Titannitrid). Beispiele der Keramiken weisen Al₂O₃ (Aluminiumoxid), Si₃N₄ (Siliziumnitrid) und cBN (kubisches Bornitrid) auf.
Ein Rotationswerkzeug in den vorliegenden Ausführungsformen ist der Schaftfräser 201, welcher in den 4 und 5 gezeigt ist, obwohl die erste Ausführungsform den Bohrer 101 als ein Rotationswerkzeug darstellt. Komponenten des Schaftfräsers 201 in den vorliegenden Ausführungsformen, welche zu denen des Bohrers 101 in der ersten Ausführungsform gleich sind, tragen in den 4 und 5 die gleichen Bezugszeichenfiguren, und deren Beschreibungen werden hier ausgelassen.
Der Schaftfräser 201 in der 4 ist ein Volltyp-Schaftfräser und weist einen Hauptkörper 2 auf, welcher um eine Rotationsachse O herum drehbar ist. Ein Hauptkörper 2, welcher in der 4 gezeigt ist, weist einen Schneidkantenteil 3 und einen Schaftteil 4 wie in dem Fall des Bohrers 101 der ersten Ausführungsform auf, aber weist keine Konfiguration auf, welche zum sich verjüngten Teil 5 in der ersten Ausführungsform korrespondiert.
Der Schneidkantenteil 3 weist ein Basiselement 6, eine Beschichtungsschicht 7 und eine Endschneidkante 21 auf, welche an einer Seite eines ersten Endes P angeordnet ist. Der Schneidkantenteil 3 in den vorliegenden Ausführungsformen weist eine Außenrandschneidkante 23, eine Spanausgabenut (Nut) 9 und eine Kerbe bzw. einen Schlitz 25 auf. Die Außenrandschneidkante 23 ist entlang einer Außenrandfläche des Schneidkantenteil 3 angeordnet und erstreckt sich ausgehend von einer Seite des ersten Endes P in Richtung einer Seite eines zweiten Endes Q. Die Nut 9 erstreckt sich entlang der Außenrandschneidkante 23 und erstreckt sich ausgehend von einer Seite des ersten Endes P in Richtung zu einer Seite des zweiten Endes Q. Die Kerbe 25 erstreckt sich entlang der Endschneidkante 21 an einer Seite des ersten Endes P und ist zwischen der Endschneidkante 21 und der Nut 9 angeordnet. Die Außenrandschneidkante 23 kann mit der Endschneidkante 21 an einer Seite des ersten Endes P verbunden sein. In diesem Fall kann sich die Nut 9 mit der Endschneidkante 21 an der Seite des ersten Endes P in Kontakt befinden.
Eine Mehrzahl von Kämmen fungieren als die Außenrandschneidkante 23 in den vorliegenden Ausführungsformen. Mit anderen Worten ist die Nut 9 ausgehend von einer Seite des ersten Endes P in Richtung zu einer Seite des zweiten Endes Q zwischen den Außenrandschneidkanten 23 gerichtet und ist an der Beschichtungsschicht 7 angeordnet.
Mit Bezug auf eine Vorderansicht des Schaftfräsers 201, welche in der 5 gezeigt ist (eine Darstellung, welche in Richtung zu einem ersten Ende P betrachtet ist), ist ein Teil der Nut 9 an einer vorderen Seite in einer Rotationsrichtung des Schaftfräser 201 mit Bezug auf eine jede der Schneidkanten 21 im Schaftfräser 201 angeordnet. Eine Endflanken- bzw. Endfreifläche 27 ist zu einer jeden der Endschneidkanten 21 an einer hinteren Seite in der Rotationsichtung angeordnet. Der Buchstabe „D“ in der 5 bezeichnet einen Durchmesser eines Kreises, welcher gezeichnet wird, wenn ein Außenrandende einer jeden der Schneidkanten 21 rotiert wird, insbesondere einen Fräserdurchmesser des Schaftfräsers 201.
Gleich zum Bohrer 101 der ersten Ausführungsform weist die Beschichtungsschicht 7 des Schaftfräser 201 in den vorliegenden Ausführungsformen eine Schicht auf, die Si_xM_1-x(C_1-yN_y) enthält (wobei M zumindest eine Art ist, welche aus Ti, Al, Cr, W, Mo, Ta, Hf, Nb, Zr und Y ausgewählt ist, 0,01 ≤ x ≤ 0,55 und 0 ≤ y ≤ 1).
Hier ist ein Gehalt von Si, welches im ersten Bereich 7a enthalten ist, von einem Gehalt von Si verschieden, welches im zweiten Bereich 7b enthalten ist. Insbesondere ist der Gehalt von Si, welches im ersten Bereich 7a enthalten ist, geringer als der Gehalt von Si, welches im zweiten Bereich 7b enthalten ist.
Der Schaftfräser 201 in der zweiten Ausführungsform ist für einen Schneidvorgang verwendbar, während dessen ein starker Aufprall auf die Schneidkanten 21 ausgeübt wird. Gleich zur ersten Ausführungsform ist es für die Beschichtungsschicht 7 weniger wahrscheinlich, sich zu separieren, da der Gehalt von Si, welches in der Beschichtungsschicht 7 enthalten ist, wie oben beschrieben im Schaftfräser 201 gestaltet ist, welcher für diesen Zweck verwendet wird. Es ist folglich möglich, die Haltbarkeit des Schaftfräsers 201 zu verbessern und die Bearbeitungsgenauigkeit während des Schneidvorgangs zu verbessern. Für eine Randabnutzung, welche am Kontaktende auftritt, an welchem die Außenrandschneidkante 23 mit einem Werkstück in Kontakt gelangt, ist es weniger wahrscheinlich, sich während einer End- bzw. Stirnflächenbearbeitung beim Schaftfräser 201 zu entwickeln.
Gleich zur ersten Ausführungsform kann der Schneidkantenteil 3 in den vorliegenden Ausführungsformen eine Mehrzahl von Tröpfchen aufweisen. Wenn ein Mengenverhältnis der Tröpfchen im ersten Bereich 7a kleiner ist als ein Mengenverhältnis der Tröpfchen im zweiten Bereich 7b, ist es für die Endschneidkanten 21 weniger wahrscheinlich, dass Späne anschweißen, und ist es möglich, eine Menge von Schneidflüssigkeit zu steigern, welche durch den Schneidkantenteil 3 während einer Bearbeitung unter Verwendung der Schneidflüssigkeit zurückgehalten wird.
Herstellungsverfahren
Ein Verfahren des Herstellens eines Rotationswerkzeugs in einer der Ausführungsformen ist nachfolgend beschrieben. Die vorliegenden Ausführungsformen verwenden den Schaftfräser 201, welcher in der zweiten Ausführungsform gezeigt ist, als das Rotationswerkzeug.
Zuerst wird ein Basiselement 6 erhalten durch Herstellen eines säulenförmigen Körpers, welcher aus Metall, Hartmetall, Cermet oder Keramik gebildet ist, und durch Bringen des säulenförmigen Körpers in eine gewünschte Gestalt unter Verwendung einer Bearbeitungsmaschine. Eine Beschichtungsschicht 7 wird dann auf einer Oberfläche des Basiselements 6 abgelagert bzw. abgeschieden. Ein Physische-Dampfphasenabscheidung-Verfahren (PVD-Verfahren), wie beispielsweise ein lonenplattierungsverfahren und ein Sputter-Verfahren, ist geeignet anwendbar als ein Abscheidungs- bzw. Ablagerungsverfahren für die Beschichtungsschicht 7.
Ein Abscheidungsverfahren, welches eine Lichtbogenlonenplattierungsabscheidungsvorrichtung (nachfolgend einfach als eine AIP-Vorrichtung 40 bezeichnet) verwendet, die in der 6 dargestellt ist, ist als eine Ausführungsform der Abscheidungsverfahren beschrieben.
Ein Anordnen des Basiselements 6 wird zuerst ausgeführt, und Gas, wie beispielsweise N₂ und Ar, wird durch einen Gaseinlass 42 in eine Vakuumkammer eingeleitet (nachfolgend einfach als eine Kammer bezeichnet) 41. Nachfolgend wird ein Plasma erzeugt durch Anlegen einer hohen Spannung zwischen einer Kathode-Elektrode 43 und einer Anode-Elektrode 44, welche in der Kammer 41 angeordnet sind.
Ein Hochenergiezustand wird erhalten durch Verdampfen und Ionisieren von gewünschtem Metall oder Keramik von den Haupttargets 45 (45a und 45b) durch das Plasma. Die Beschichtungsschicht 7 kann auf der Oberfläche einer Probe (das Basiselement 6) beschichtet werden durch Verursachen, dass das ionisierte Metall an der Oberfläche des Basiselements 6 anhaftet.
Mit Bezug auf die 6 wird ein Turm 47 erstellt durch Einsetzen des Basiselements 6 auf einer Probenstützbasis 46, und eine Mehrzahl von Türmen 47 sind eingerichtet, um auf einem Tisch 48 angebracht zu sein. Mit weiterem Bezug auf die 6 sind eine Heizvorrichtung 49 zum Heizen des Basiselements 6, ein Gasauslass 50 zum Ausgeben von Gas zur Außenseite eines Systems und eine Bias-Energiequelle 51 zum Aufbringen einer Bias-Spannung auf das Basiselement 6 in der Kammer 41 angeordnet. Das Basiselement 6 in der 6 ist ein Basiselement in der Gestalt des Schaftfräsers 201, wie er in den 4 und 5 gezeigt ist.
Zumindest zwei Targets (45a und 45b), welche einen unterschiedlichen Si-Gehalt haben, werden an einer Seitenwandfläche der Kammer 41 platziert. Hier wird das erste Target 45a, welches einen hohen Si-Gehalt hat, an einer unteren Seite der Seitenwandfläche der Kammer 41 platziert und wird das zweite Target 45b, welches kein Si oder einen geringen Si-Gehalt hat, an einer oberen Seite der Seitenwandfläche der Kammer 41 platziert.
Das erste Target 45a enthält metallisches Silizium (Si) und ein vorbestimmtes Metall M (wobei M zumindest eine Art ist, welche aus Ti, Al, Cr, W, Mo, Ta, Hf, Nb, Zr und Y ausgewählt ist). Das zweite Target 45b enthält ein vorbestimmtes Metall M (wobei M zumindest eine Art ist, welche aus Ti, Al, Cr, W, Mo, Ta, Hf, Nb, Zr und Y ausgewählt ist) und enthält kein metallisches Silizium (Si) oder hat einen geringeren Gehalt von metallischem Silizium als das erste Target 45a.
Mit den vorliegenden Ausführungsformen, wenn das Basiselement 6 in der Kammer platziert wird, wird das Basiselement 6 platziert, sodass ein erstes Ende P aufwärts gerichtet ist und dass ein zweites Ende Q abwärts gerichtet ist, wie es in der 6 gezeigt ist. Nachfolgend wird das zweite Target 45b an einer relativ betrachtet oberen Seite und wird das erste Target 45a an einer relativ betrachtet unteren Seite der Seitenwandfläche der Kammer 41 angebracht. Dies ermöglicht es, ein Verhältnis eines jeden Metalls in der Beschichtungsschicht 7, welche auf der Oberfläche des Basiselements 6 abgelagert wird, zu ändern, und ebenfalls einen Zustand des Vorliegens der Tröpfchen zu ändern.
In den vorliegenden Ausführungsformen kann das erste Target 45a an einer relativ betrachtet oberen Seite der Seitenwandfläche der Kammer 41 platziert sein und kann das zweite Target 45b an einer relativ betrachtet unteren Seite der Seitenwandfläche der Kammer 41 platziert sein. Darüber hinaus kann eine Einstellung vorgenommen werden, dass das erste Ende P des Basiselements 6 abwärtsgerichtet ist und dass das zweite Ende Q davon aufwärtsgerichtet ist.
Ebenfalls, wenn der Bohrer 101, welcher in der ersten Ausführungsform gezeigt ist, als das Rotationswerkzeug verwendet wird, müssen das erste Target 45a und das zweite Target 45b das obige Positionsverhältnis haben. Wenn jedoch der Bohrer 101, welcher in der dritten Ausführungsform gezeigt ist, als das Rotationswerkzeug verwendet wird, muss das erste Target 45a relativ betrachtet an einer unteren Seite der Seitenwandfläche der Kammer 41 platziert sein und muss das zweite Target 45b an einer relativ betrachtet oberen Seite der Seitenwandfläche der Kammer 41 platziert sein. Darüber hinaus muss eine Einstellung vorliegen, so dass das erste Ende P des Basiselements 6 aufwärtsgerichtet ist und dass das zweite Ende Q davon abwärtsgerichtet ist.
Wenn ein Schaftfräser hergestellt wird, bei welchem ein Gehalt von Si, welches im ersten Bereich 7a enthalten ist, größer ist als ein Gehalt von Si, welches im zweiten Bereich 7b enthalten ist, müssen das Basiselement 6, das erste Target 45a und das zweite Target 45b beispielsweise wie in der 7 platziert sein, wie es für den Bohrer 101 der Fall ist, welcher in der dritten Ausführungsform gezeigt ist.
Die Beschichtungsschicht 7 wird durch ein lonenplattierungsverfahren oder ein Sputter-Verfahren abgelagert bzw. abgeschieden, bei welchen eine Metallquelle mit einem Stickstoffgas (N₂) einer Stickstoffquelle und/oder einem Methan(CH₄)-/ Acetylen(C₂H₂)-Gas einer Kohlenstoffquelle zur gleichen Zeit reagiert, wie die obigen Targets verwendet werden, und eine Metallquelle wird verdampft und ionisiert, beispielsweise durch eine Lichtbogenentladung und eine Glimmentladung. Eine Bias-Spannung von 35 bis 300 V muss während des Ablagerns der Beschichtungsschicht 7 angelegt werden, um die Härte der Beschichtungsschicht 7 zu verbessern, und um ebenfalls die Adhäsion am Basiselement 6 zu verbessern.
Beispiel 1
Ein Basiselement, welches aus Hartmetall zusammengesetzt ist, wurde wie folgt hergestellt. Eine Menge von 10 Gew.-% von metallischem Kobalt(Co)-Pulver, welches einen mittleren Partikeldurchmesser von 1,2 µm hat, eine Menge von 0,1 Gew.-% von Vanadiumcarbid(VC)-Pulver, welches einen mittleren Partikeldurchmesser von 1 µm hat, und eine Menge von 0,3 Gew.-% von Chromcarbid(Cr₂C₃)-Pulver, welches einen mittleren Partikeldurchmesser von 1 µm hat, wurden zu einer Hauptkomponente hinzugegeben, welche Wolframcarbid(WC)-Pulver war, das einen mittleren Partikeldurchmesser von 0,8 µm hat. Diese wurden zusammengemischt, gefolgt von Formen und Sintern. Das Basiselement wurde in die Gestalt des Schaftfräsers gebracht, welcher in den 4 und 5 gezeigt ist, durch Unterziehen des Basiselements einem Schleifvorgang.
Das so hergestellte Basiselement und die Targets, welche in der Tabelle 1 dargestellt sind, wurden individuell in einer Kammer platziert. Hier wurde das Basiselement in der Kammer platziert, sodass ein erstes Ende aufwärtsgerichtet war und ein zweites Ende abwärtsgerichtet war. Jede der Beschichtungsschichten, welche jeweilig Zusammensetzungen haben, die in den Tabellen 2 und 3 gezeigt sind, wurde abgelagert bzw. abgeschieden durch Festlegen einer Ablagerungstemperatur auf 540°C durch jeweiliges Anlegen von Bias-Spannungen, welche in der Tabelle 1 gezeigt sind, und durch Fließen-lassen eines Lichtbogenstroms von 150 A.
Willkürliche drei Punkte an einer jeden Position in einer jeden der erhaltenen Proben, und Tröpfchen, welche an einer Fläche bzw. Oberfläche an einer jeden dieser Positionen geformt worden sind, wurden ausgehend von einer Oberfläche der Beschichtungsschicht durch ein Rasterelektronenmikroskop (SEM) beobachtet, und eine Zusammensetzung an einer jeden der Positionen wurde analysiert. Die oben genannten Positionen waren wie folgt: eine Endfreifläche einer Endschneidkante (in den Tabellen als eine erste Endseite angegeben), eine Außenrandfläche an einer Position 20 mm hinter der Endschneidkante (in den Tabellen als eine zweite Endseite angegeben), eine Außenrandfläche an einer Position 10 mm hinter der Endschneidkante (in den Tabellen als ein zweiter Bereich angegeben) und ein Nutboden an einer Position 10 mm hinter der Endschneidkante (in den Tabellen als ein erster Bereich angegeben). Eine durchschnittliche Zusammensetzung an den drei Punkten wurde als eine Zusammensetzung der Beschichtungsschicht angegeben. Die Anzahl der Tröpfchen, welche einen Durchmesser von 0,2 µm oder mehr in einem beliebigen Bereich von 10 µm × 10 µm in einem Sichtfeld hatten, wurden gemessen, und eine durchschnittliche Anzahl in fünf Messabschnitten wurde berechnet. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 dargestellt.

Ein Querschnitt, welcher die Beschichtungsschicht in einer jeden der Proben enthält, wurde einer SEM-Beobachtung unterzogen, und ein Querschnitt vertikal zur Rotationsachse O wurde als eine Position 10 mm hinter der Endschneidkante herangezogen. Eine Dicke der Beschichtungsschicht im vierten Bereich wurde als 2 µm gemessen. Tabelle 1

Probe Nr.	erstes Target	zweites Target	Bias-Spannung (V)	erster Bereich	zweiter Bereich
I- 1	AlTiNbSi	AlTiNb	75	Si_0.01Ti_0.33Al_0.56Nb_0.1N	Si_0.03Ti_0.22Al_0.6Nb_0.15N
I- 2	TiAlSiNb	TiAlNb	75	Si_0.06Ti_0.29Al_0.61Nb_0.04N	Si_0.08Ti_0.25Al_0.63Nb_0.04N
I- 3	AlTiCrSi	AlTiCr	75	Si_0.02Ti_0.42Al_0.51Cr_0.05N	Si_0.04Ti_0.4Al_0.52Cr_0.04N
I- 4	AlTiSiNb	AlTiNb	150	Si_0.16Ti_0.3Al_0.5Nb_0.04N	Si_0.18Ti_0.25Al_0.52Nb_0.05N
I- 5	AlSiTiW	AlTiWSi	75	Si_0.26Ti_0.2Al_0.5,W_0.03N	Si_0.28Ti_0.17I_0.53W_0.02N
I- 6	AlTiWSiY	AlTiWY	100	Si_0.06W_0.24Ti_0.24Al_0.45Y_0.01N	Si_0.08W_0.26Ti_0.18Al_0.47Y_0.01N
I- 7	TiNbSi	TiNb	150	Si_0.52Ti_0.38Nb_0.1(C_0.2N_0.8)	Si_0.55Ti_0.32Nb_0.13(C_0.2N_0.8)
I- 8	AlTiSiNb	AlTiSiNb	75	Si_0.04Ti_0.31Al_0.61Nb_0.04N	Si_0.04Ti_0.31Al_0.61Nb_0.04N
I- 9	AITiSiCr	AITiCr	100	Si_0.18Ti_0.3Al_0.38Cr_0.14N	Si_0.18Ti_0.3Al_0.38Cr_0.14N

Tabelle 2

Probe Nr.	Zusammensetzung der Beschichtungsschicht		Anzahl der Tröpfchen
Probe Nr.	vierter Bereich	dritter Bereich	erste Endseite	zweite Endseite	zweiter Bereich	erster Bereich
I- 1	Si_0.02Ti_0.28Al_0.58Nb_0.12N	Si_0.01Ti_0.2Al_0.62Nb_0.17N	30	40	34,5	25
I- 2	Si_0.07Ti_0.27aI_0.62Nb_0.04N	Si_0.07Ti_0.26Al_0.63Nb_0.04N	27,8	35	31,2	23
I- 3	Si_0.03Ti_0.41Al_0.52Cr_0.04	Si_0.04Ti_0.4Al_0.5Cr_0.05N	43,4	50	48,4	37
I- 4	Si_0.17Ti_0.27aI_0.51Nb_0.05N	Si_0.16Ti_0.23Al_0.55Nb_0.06N	25,5	30,5	28,6	24
I- 5	Si_0.27Ti_0.18Al_0.53W_0.02N	Si_0.25Ti_0.23Al_0.5W_0.02N	24,6	29,7	26,6	22,4
I- 6	Si_0.07W_0,25Ti_0.21Al_0.46Y_0.01N	Si_0.05W_0.25Ti_0.24Al_0.44Y_0.02N	17,2	22	19,9	15,3
I- 7	Si_0.53Ti_0.36Nb_0.11(C_0.2N_0.8)	Si_0.52Ti_0.38Nb_0.1(C_0.2N_0.8)	42,4	42,4	42,4	42,4
I- 8	Si_0.04Ti_0.31Al_0.61Nb_0.04N	Si_0.04Ti_0.29Al_0.62Nb_0.05N	26,9	26,9	26,9	26,9
I- 9	Si_0.18Ti_0.3Al_0.38Cr_0.14N	Si_0.19Ti_0.27aI_0.41Cr_0.13N	44,3	44,3	44,3	44,3

Ein Schnitttest wurde ausgeführt unter Verwendung eines jeden der erhaltenen Schaftfräser unter den folgenden Schnittbedingungen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 dargestellt.
(Schnittbedingungen)

Schneidverfahren:	Seitenschnitt
Werkstück:	Titanlegierung (Ti-6Al-4V)
Schnittgeschwindigkeit (Zustellung):	79 m/min
Zustellerrate:	0,06 mm/Schneidkante
Schnitttiefe:	20 mm tief, 1 mm breit und ϕ 10 mm Bearbeitungsdurchmesser
Schneidzustand:	nass

Evaluationsverfahren: Zuerst wurde ein Schneidvorgang für 20 m ausgeführt, und ein Neigungsmaß der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks wurde mittels einer Messuhr gemessen. Nachfolgend wurde der Schneidvorgang fortgesetzt, um die Schnittlänge zu ermitteln, bei welcher der Schaftfräser die Lebensdauer erreicht hat. Ein Schneidkantenzustand des Schaftfräsers, der die Lebensdauer erreicht hat, wurde beobachtet. Der Begriff „Neigungsmaß“ bezeichnet eine Änderung in einer Vertikalrichtung zu einer Bodenfläche des Werkstücks mit Bezug auf ein oberes Ende und ein unteres Ende einer Wandfläche des Werkstücks.

Tabelle 3

Probe Nr.	Schnittleistung
Probe Nr.	Bearbeitungslänge (m)	Neigungsmaß (µm)	Zustand der Schneid kante
I- 1	74	15	konstante Abnutzung
I- 2	72	16	konstante Abnutzung
I- 3	68	18	konstante Abnutzung
I- 4	63	19	konstante Abnutzung
I- 5	57	20	Kleine Abplatzungen
I- 6	50	22	Kleine Abplatzungen
I- 7	47	24	Kleine Abplatzungen
I- 8	30	30	Bruch
I- 9	40	29	Gesteigerte Abplatzungen

Von den Ergebnissen, welche in den Tabellen 1 bis 3 angegeben sind, wurde bei jeder der Proben Nr. I-1 bis I-7, bei welchen ein Gehalt von Si, welches in einem Teil der ersten Schicht enthalten ist, die an einer Seite des ersten Endes angeordnet war, geringer war als ein Gehalt von Si, welches in einem Teil der ersten Schicht enthalten ist, die an einer Seite des zweiten Endes angeordnet war, weniger Abplatzen bzw. Absplittern an der Schneidkante verursacht und wurde eine Schnittleistungsfähigkeit erzielt, welche ein geringes Neigungsmaß einer bearbeiteten Oberfläche hat und welche eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit hat.
Beispiel 2
Ein Schaftfräser wurde in der gleichen Art wie im Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine Beschichtungsschicht erhalten wurde durch Laminieren von zwei Schichten in der Probe Nr. 1 des Beispiels 1. Eine der zwei Schichten war eine Schicht mit 1 µm als eine untere Schicht der Beschichtungsschicht, deren Zusammensetzung an einer Seite eines ersten Endes Si_0,01Ti_0,53Al_0,43W_0,01Nb_0,02N war, und die andere Schicht war eine Schicht mit 1 µm als eine obere Schicht, deren Zusammensetzung an einer Endfreifläche Si_0,01Ti_0,33Al_0,56Nb_0,1N war.
Eine Gesamtzusammensetzung der Beschichtungsschicht war wie folgt. Eine Zusammensetzung an der Seite des ersten Endes war Si_0,01Ti_0,43Al_0,49W_0,01Nb_0,06N, eine Zusammensetzung an einer Seite des zweiten Endes war Si_0,03Ti_0,4Al_0,56W_0,01Nb_0,1N eine Zusammensetzung in einem zweiten Bereich war Si_0,02Ti_0,36Al_0,53W_0,01Nb_0,08N und eine Zusammensetzung in einem ersten Bereich war Si_0,01Ti_0,32Al_0,55W_0,01Nb_0,11N.
Eine Schnittevaluation wurde in der gleichen Art wie im Beispiel 1 ausgeführt. Als ein Ergebnis war eine Bearbeitungslänge 80 m, war ein Neigungsmaß 25 µm und wurde eine konstante Abnutzung an einer Schneidkante beobachtet, wenn der Vorgang beendet war.
Beispiel 3
Ein Basiselement, welches in der Gestalt des Schaftfräsers umgesetzt war, der in den 4 und 5 gezeigt ist, wurde in dem Fall des Beispiels 1 verwendet. Das Basiselement, welches in der gleichen Art wie Beispiel 1 hergestellt wurde, und Targets, welche in der Tabelle 4 angegeben sind, wurden individuell in eine Kammer gegeben. Hier wurde das Basiselement in die Kammer gegeben, sodass ein erstes Ende aufwärtsgerichtet war und ein zweites Ende abwärtsgerichtet war, wie im Fall des Beispiels 1. Jede der Beschichtungsschichten, welche jeweilig Zusammensetzungen haben, die in den Tabellen 5 und 6 angegeben sind, wurde abgelagert durch Einstellen einer Ablagerungstemperatur auf 540°C, durch jeweiliges Anlegen von Bias-Spannungen, welche in der Tabelle 4 angegeben sind, und durch Fließen-lassen eines Bogenstroms von 150 A
Gleich dem Beispiel 1 wurde die Charakteristiken der Schaftfräser in den erhaltenen Proben analysiert. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 5 und 6 angegeben. Eine Dicke einer jeder der Beschichtungsschichten in einem vierten Bereich wurde als 2 µm gemessen.

Tabelle 4

Probe Nr.	erstes Target	zweites Target	Bias-Spannung (V)	erster Bereich	zweiter Bereich
II- 1	AlTiNbSi	AlTiNb	75	Si_0.03Ti_0.22Al_0.6Nb_0.15N	Si_0.01Ti_0.33Al_0.56Nb_0.1N
II- 2	TiAlSiNb	TiAlNb	75	Si_0.08Ti_0.25Al_0.63Nb_0.04N	Si_0.06Ti_0.29Al_0.61Nb_0.04N
II- 3	AlTiCrSi	AlTiCr	75	Si_0.04Ti_0.4Al_0.52Cr_0.04N	Si_0.02Ti_0.42Al_0.51 Cr_0.05N
II- 4	AlTiSiNb	AlTiNb	150	Si_0.18Ti_0.25Al_0.52Nb_0.05N	Si_0.16Ti_0.3Al_0.5Nb_0.04N
II- 5	AlSiTiW	AlTiWSi	75	Si_0.28Ti_0.17Al_0.53W_0.02N	Si_0.26Ti_0.2Al_0.51W_0.03N
II- 6	ALTiWSiY	AlTiWY	100	Si_0.08W_0.26Ti_0.18Al_0.47Y_0.01N	Si_0.06W_0.24Ti_0.24Al_0.45Y_0.01N
II- 7	TiNbSi	TiNb	150	Si_0.55Ti_0.32Nb_0.13(C_0.2N_0.8)	Si_0.52Ti_0.38Nb_0.1(C_0.2N_0.8)
II- 8	AlTiSiNb	AlTiSiNb	75	Si_0.04Ti_0.31Al_0.61Nb_0.04N	Si_0.04Ti_0.31Al_0.61Nb_0.04N
II- 9	AlTiSiCr	AITiCr	100	Si_0.18Ti_0.3Al_0.38Cr_0.14N	Si_0.18Ti_0.3Al_0.38Cr_0.14N

Tabelle 5

Probe Nr.	Zusammensetzung der Beschichtungsschicht		Anzahl der Tröpfchen
Probe Nr.	vierter Bereich	dritter Bereich	erste Endseite	zweite Endseite	zweiter Bereich	erster Bereich
II- 1	Si_0.02Ti_0.28Al_0.58Nb_0.12N	Si_0.01Ti_0.2Al_0.62Nb_0.17N	42,5	31,4	46,4	28,5
II- 2	Si_0.07Ti_0.27aI_0.62Nb_0.04N	Si_0.07Ti_0.26Al_0.63Nb_0.04N	39,4	25,7	41,5	24,5
II- 3	Si_0.03Ti_0.41Al_0.52Cr_0.04N	Si_0.04Ti_0.41Al_0.5Cr_0.05N	46,4	30,7	52,1	41,5
II- 4	Si_0.17Ti_0.27aI_0.51Nb_0.05N	Si_0.16Ti_0.23Al_0.55Nb_0.06N	26,8	21,5	29,9	25,6
II- 5	Si_0.27Ti_0.18Al_0.53W_0.02N	Si_0.25Ti_0.23Al_0.5W_0.02N	35,2	24,5	38,5	31,5
II- 6	Si_0.07W_0.25Ti_0.21Al_0.46Y_0.01N	Si_0.05W_0.25Ti_0.24Al_0.44Y_0.02N	19,6	16,8	24,2	18,5
II- 7	Si_0.53Ti_0.36Nb_0.11(C_0.2N_0.8)	Si_0.52Ti_0.38Nb_0.1(C_0.2N_0.8)	36,6	36,6	36,6	36,6
II- 8	Si_0.04Ti_0.3Al_0.61Nb_0.04N	Si_0.04Ti_0.29Al_0.62Nb_0.05N	26,9	26,9	26,9	26,9
II- 9	Si_0.18Ti_0.3Al_0.38Cr_0.14N	Si_0.19Ti_0.27I_0.41Cr_0,3N	44,3	44,3	44,3	44,3

Schneidverfahren:	Nutschnitt
Werkstück:	SCM440
Schnittgeschwindigkeit (Zustellung):	78 m/min
Zustellerrate:	0,035 mm/Schneidkante
Schnitttiefe:	15 mm tief, 10 mm breit und ϕ 10 mm Bearbeitungsdurchmesser
Schneidzustand:	trocken

Evaluationsverfahren: Ein Abnutzungsmaß bei einer Schnittdistanz von 50 m wurde beobachtet. Vergleiche hinsichtlich einer Schnittdistanz bis zum Ende der Werkzeughaltbarkeit und eines Schneidkantenzustands des Schaftfräsers, welcher das Ende der Werkzeuglebensdauer erreicht hat, wurden beobachtet.

Tabelle 6

Probe Nr.	Schnittleistung
Probe Nr.	Abnutzungslänge (mm)	Bearbeitungslänge (m)	Zustand der Schneid kante
II- 1	0,04	80	konstante Abnutzung
II- 2	0,05	76	konstante Abnutzung
II- 3	0,06	73	konstante Abnutzung
II- 4	0,06	70	konstante Abnutzung
II- 5	0,08	68	kleine Abplatzungen
II- 6	0,1	64	gesteigerte Abnutzung
II- 7	0,11	60	Abplatzungen
II- 8	0,15	50	gesteigerte Abnutzung
II- 9	0,13	53	gesteigerte Abnutzung

Von den Ergebnissen, welche in den Tabellen 4 bis 6 angegeben sind, erzielte eine jede der Proben Nr. II-1 bis II-7, bei welchen ein Gehalt von Si, welches im ersten Bereich enthalten ist, größer war als ein Gehalt von Si, welches im zweiten Bereich enthalten ist, eine gute Schnittleistungsfähigkeit, welche eine exzellente Abnutzungswiderstandsfähigkeit hat, da sich eine Abnutzung der Schneidkante langsam entwickelt hat.
Bezugszeichenliste

101: Rotationswerkzeug (Bohrer)
201: Rotationswerkzeug (Schaftfräser)
2: Hauptkörper
3: Schneidkantenteil
4: Schaftteil
5: sich verjüngender Teil
6: Basiselement
7: Beschichtungsschicht
8: Schneidkante
9: Spanausgabenut (Nut)
10: Frei- bzw. Flankenfläche
11: erste Schicht
21: Endschneidkante
23: Außenrandschneidkante
25: Kerbe
27: Endfrei- bzw. Endflankenfläche
40: AlP-Vorrichtung
41: Kammer
42: Gaseinlass
43: Kathode-Elektrode
44: Anode-Elektrode
45: Haupttarget
45a: erstes Target
45b: zweites Target
46: Probenstützbasis
47: Turm
48: Tisch
49: Heizer
50: Gasausgabeauslass
51: Bias-Energiequelle

Claims

Ein Rotationswerkzeug, aufweisend: einen Hauptkörper, welcher eine Stangengestalt hat, die sich ausgehend von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende erstreckt, wobei der Hauptkörper einen Schneidkantenteil an einer Seite des ersten Endes und einen Schaftteil an einer Seite des zweiten Endes aufweist, der Schneidkantenteil ein Basiselement, welches eine Mehrzahl von Kämmen aufweist, und eine Beschichtungsschicht aufweist, welche zumindest auf den Kämmen angeordnet ist, die Beschichtungsschicht eine Schicht aufweist, welche Si_xM_1-x(C_1-yN_y) enthält (wobei M zumindest eine Art ist, die aus Ti, Al, Cr, W, Mo, Ta, Hf, Nb, Zr und Y ausgewählt ist, 0,01 ≤ x ≤ 0,55 und 0 ≤ y ≤ 1 ist), wobei wenn in der Beschichtungsschicht ein Bereich, welcher zum ersten Ende nahe ist, als ein erster Bereich bezeichnet ist, und ein Bereich, welcher vom ersten Ende weiter entfernt ist als der erste Bereich, als ein zweiter Bereich bezeichnet ist, ein Gehalt von Si, welches im ersten Bereich enthalten ist, geringer ist als ein Gehalt von Si, welches im zweiten Bereich enthalten ist.
Das Rotationswerkzeug gemäß Anspruch 1, wobei die Beschichtungsschicht Ti enthält und ein Gehalt von Ti, welches im ersten Bereich enthalten ist, größer ist als ein Gehalt von Ti, welches im zweiten Bereich enthalten ist.
Das Rotationswerkzeug gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Beschichtungsschicht Al enthält und ein Gehalt von Al, welches im ersten Bereich enthalten ist, größer ist als ein Gehalt von Al, welches im zweiten Bereich enthalten ist.
Das Rotationswerkzeug gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Beschichtungsschicht Nb enthält und ein Gehalt von Nb, welches im ersten Bereich enthalten ist, geringer ist als ein Gehalt von Nb, welches im zweiten Bereich enthalten ist.
Das Rotationswerkzeug gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei Tröpfchen an einer Fläche des ersten Bereichs und einer Fläche des zweiten Bereichs vorliegen und ein Mengenverhältnis der Tröpfchen im ersten Bereich geringer ist als ein Mengenverhältnis der Tröpfchen im zweiten Bereich.
Das Rotationswerkzeug gemäß Anspruch 5, wobei die Tröpfchen im zweiten Bereich eine größere Größe haben als die Tröpfchen im ersten Bereich.
Das Rotationswerkzeug gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei ein Gehalt von M in den Tröpfchen größer ist als ein Gehalt von M in der Beschichtungsschicht.
Das Rotationswerkzeug gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Schneidkantenteil weiter eine Spanausgabenut aufweist, welche sich ausgehend von einer Seite des ersten Endes in Richtung zu einer Seite des zweiten Endes zwischen den Kämmen erstreckt und an der Beschichtungsschicht angeordnet ist, und wenn die Beschichtungsschicht, welche an der Spanausgabenut angeordnet ist, als ein dritter Bereich bezeichnet ist und die Beschichtungsschicht, welche an einer Außenrandfläche im Schneidkantenteil angeordnet ist, als ein vierter Bereich bezeichnet ist, ein Gehalt von Si in zumindest einem Teil des dritten Bereichs geringer ist als ein Gehalt von Si, welches im vierten Bereich enthalten ist.
Rotationswerkzeug gemäß Anspruch 8, wobei die Beschichtungsschicht Ti enthält und ein Gehalt von Ti in zumindest einem Teil des dritten Bereichs größer ist als ein Gehalt von Ti, welches im vierten Bereich enthalten ist.
Das Rotationswerkzeug gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Beschichtungsschicht Al enthält und ein Gehalt von Al in zumindest einem Teil des dritten Bereichs größer ist als ein Gehalt von Al, welches im vierten Bereich enthalten ist.