DE112018004983T5

DE112018004983T5 - Beschichtetes werkzeug und schneidwerkzeug, welches dieses aufweist

Info

Publication number: DE112018004983T5
Application number: DE112018004983.3T
Authority: DE
Inventors: Dan HE; Tsuyoshi Yamasaki
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2020-06-10
Also published as: KR20200047601A; US11167356B2; CN111148591B; WO2019065706A1; CN111148591A; US20200298315A1; KR102343014B1; JPWO2019065706A1; JP6918951B2

Abstract

Ein beschichtetes Werkzeug in der vorliegenden Offenbarung weist ein Basiselement und eine auf dem Basiselement angeordnete Beschichtungsschicht auf. Die Beschichtungsschicht weist eine Mehrzahl von AlTi-Schichten, einschließlich Aluminium und Titan als einen Hauptbestandteil, und eine Mehrzahl von AlCr-Schichten auf, einschließlich Aluminium und Chrom als einen Hauptbestandteil. Die AlTi-Schichten und die AlCr-Schichten sind abwechselnd übereinander angeordnet. Die Mehrzahl von AlTi-Schichten weist eine erste AlTi-Schicht und eine zweite AlTi-Schicht auf, die weiter vom Basiselement entfernt ist als die erste AlTi-Schicht. Jede der Mehrzahl von AlTi-Schichten weist außerdem Chrom auf, und der Chromgehalt der zweiten AlTi-Schicht ist höher als der der ersten AlTi-Schicht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein beschichtetes Werkzeug zur Verwendung in einem Schneidvorgang und ein Schneidwerkzeug, welches das beschichtete Werkzeug aufweist.
HINTERGRUND
Als ein beschichtetes Werkzeug zur Verwendung in einem spanabhebenden Verfahren, wie beispielsweise einem Dreh- und einem Fräsvorgang, ist ein oberflächenbeschichtetes Schneidwerkzeug (beschichtetes Werkzeug) bekannt, das beispielsweise in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2017-042906 (Patentdokument 1) beschrieben ist. Das in Patentdokument 1 beschriebene beschichtete Werkzeug weist ein Werkzeugbasiselement und eine harte Beschichtungsschicht auf, bei der eine A-Schicht, die durch (Ti1-zAlz)N gezeigt ist, und eine B-Schicht, die durch (Cr1-x-yAlxMy)N gezeigt ist, abwechselnd übereinander auf eine Fläche des Werkzeugbasiselements laminiert sind.
KURZERLÄUTERUNG
Ein beschichtetes Werkzeug in der vorliegenden Offenbarung weist ein Basiselement und eine auf dem Basiselement angeordnete Beschichtungsschicht auf. Die Beschichtungsschicht weist eine Mehrzahl von AlTi-Schichten, die Aluminium und Titan als einen Hauptbestandteil aufweisen, und eine Mehrzahl von AlCr-Schichten auf, die Aluminium und Chrom als einen Hauptbestandteil aufweisen, wobei die AlTi-Schichten und die AlCr-Schichten abwechselnd übereinander angeordnet sind. Die Mehrzahl von AlTi-Schichten weist eine erste AlTi-Schicht und eine zweite AlTi-Schicht auf, die weiter von dem Basiselement entfernt ist als die erste AlTi-Schicht. Jede der Mehrzahl von AlTi-Schichten weist außerdem Chrom auf, und ein Chromgehalt in der zweiten AlTi-Schicht ist höher als ein Chromgehalt in der ersten AITi-Schicht.
Ein Schneidwerkzeug in der vorliegenden Offenbarung weist einen Halter mit einer Tasche, die an einer Seite eines vorderen Endes des Halters angeordnet ist, und das oben beschriebene beschichtete Werkzeug in der vorliegenden Offenbarung auf, das in der Tasche angeordnet ist.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein beschichtetes Werkzeug in einer der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
2 ist eine Schnittansicht entlang Linie A-A in dem beschichteten Werkzeug, das in 1 gezeigt ist.
3 ist eine vergrößerte Ansicht eines in 2 gezeigten Bereichs B1.
4 ist eine vergrößerte Ansicht eines in 3 gezeigten Bereichs B2.
5 ist eine vergrößerte Ansicht eines in 3 gezeigten Bereichs B3.
6 ist eine Draufsicht, die ein Schneidwerkzeug in einer der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
7 ist eine vergrößerte Ansicht eines in 6 gezeigten Bereichs B4.

AUSFÜHRUNGSFORMEN
<Beschichtetes Werkzeug>
Beschichtete Werkzeuge in zahlreichen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Die im Folgenden genannten Zeichnungen zeigen der Beschreibung halber in vereinfachter Form nur die zur Beschreibung der Ausführungsformen erforderlichen Hauptelemente. Die beschichteten Werkzeuge sind daher in der Lage, jedes beliebige, in den genannten Zeichnungen nicht gezeigte Element aufzuweisen.
Die Größen der Elemente in einer jeden der Zeichnungen stellen weder die Größen der tatsächlichen strukturellen Elemente noch die Größenverhältnisse dieser Elemente getreu dar. Dies gilt auch für ein später beschriebenes Schneidwerkzeug.
Ein beschichtetes Werkzeug 1 in einer der Ausführungsformen hat eine viereckige Plattenform und weist eine erste Fläche 3 (obere Fläche in 1), die eine viereckige Form hat, eine zweite Fläche 5 (Seitenfläche in 1) und eine Schneidkante 7 auf, die zumindest an einem Teil einer Kammlinie angeordnet ist, wo die erste Fläche 3 die zweite Fläche 5 schneidet. Das beschichtete Werkzeug 1 in der Ausführungsform weist ferner eine dritte Fläche 8 auf (untere Fläche in 1), die eine viereckige Form hat.
Die Gesamtheit eines Außenumfangs der ersten Fläche 3 kann als Schneidkante 7 im beschichteten Werkzeug 1 der Ausführungsform dienen. Das beschichtete Werkzeug 1 ist nicht auf die obige Konfiguration beschränkt. Die Schneidkante 7 kann beispielsweise nur an einer Seite oder einem Teil der ersten Fläche 3 mit der viereckigen Form angeordnet sein.
Die erste Fläche 3 kann zumindest teilweise einen Spanflächenbereich 3a aufweisen. Ein Bereich in der ersten Fläche 3, der entlang der Schneidkante 7 angeordnet ist, dient in einer der Ausführungsformen als Spanflächenbereich 3a. Die zweite Fläche 5 kann zumindest teilweise einen Freiflächenbereich 5a aufweisen. Ein Bereich in der zweiten Fläche 5, der entlang der Schneidkante 7 angeordnet ist, dient in einer der Ausführungsformen als Freiflächenbereich 5a. Mit anderen Worten ist die Schneidkante 7 an einem sich schneidenden Abschnitt des Spanflächenbereichs 3a und des Freiflächenbereichs 5a angeordnet.
In 1 ist eine Grenze zwischen dem Spanflächenbereich 3a und anderen Bereichen auf der ersten Fläche 3 durch eine Strich-Punkt-Linie angegeben. Eine Grenze zwischen dem Freiflächenbereich 5a und einem anderen Bereich auf der zweiten Fläche 5 ist durch eine Strich-Punkt-Linie angegeben. Da 1 eine Ausführungsform zeigt, bei der die gesamte Kammlinie, bei der sich die erste Fläche 3 mit der zweiten Fläche 5 schneidet, als Schneidkante 7 dient, ist die Strich-Punkt-Linie, die die Grenze auf der ersten Fläche 3 angibt, ringförmig.
Eine Größe des beschichteten Werkzeugs 1 ist nicht besonders beschränkt. Zum Beispiel ist die Länge einer Seite der ersten Fläche 3 in einer der Ausführungsformen auf etwa 3-20 mm festlegbar. Eine Höhe von der ersten Fläche 3 zur dritten Fläche 8, die an einer entgegengesetzten Seite der ersten Fläche 3 angeordnet ist, ist auf etwa 5-20 mm festlegbar.
Wie in 1 und 2 gezeigt, weist das beschichtete Werkzeug 1 ein Basiselement 9 mit einer viereckigen Plattenform und eine Beschichtungsschicht 11 auf, die eine Fläche des Basiselements 9 in der Ausführungsform bedeckt. Die Beschichtungsschicht 11 kann die gesamte oder nur einen Teil der Fläche des Basiselements 9 bedecken. Wenn die Beschichtungsschicht 11 nur den Teil des Basiselements 9 bedeckt, kann man sagen, dass die Beschichtungsschicht 11 zumindest auf dem Teil des Basiselements 9 angeordnet ist.
Eine Dicke der Beschichtungsschicht 11 ist beispielsweise auf etwa 0,1-10 µm festlegbar. Die Dicke der Beschichtungsschicht 11 kann konstant sein oder sich je nach Standortändern.
Wie in 3 und 4 gezeigt, weist die Beschichtungsschicht 11 eine Mehrzahl von AITi-Schichten 13, die Aluminium (Al) und Titan (Ti) als einen Hauptbestandteil aufweisen, und eine Mehrzahl von AlCr-Schichten 15 auf, die Aluminium und Chrom (Cr) als einen Hauptbestandteil aufweisen. Die Beschichtungsschicht 11 hat eine Konfiguration, bei der die Mehrzahl von AlTi-Schichten 13 und die Mehrzahl von AlCr-Schichten 15 abwechselnd übereinander angeordnet sind. Mit anderen Worten hat die Beschichtungsschicht 11 eine Konfiguration, in der die Mehrzahl von AITi-Schichten 13 und die Mehrzahl von AlCr-Schichten 15 abwechselnd übereinander laminiert sind. Ein Laminataufbau der Beschichtungsschicht 11 ist durch Querschnittsmessung mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) oder Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) auswertbar.
Die AITi-Schicht 13 weist zusätzlich zu Aluminium und Titan Chrom auf. Die AITi-Schicht 13 kann eine Metallkomponente aufweisen, wie beispielsweise Si, Nb, Hf, V, Ta, Mo, Zr und W. In der AITi-Schicht 13 ist die Summe der Gehalte von Aluminium und Titan höher als die von Chrom und der Metallkomponente. Ein Gehalt von Aluminium ist beispielsweise auf 40-70% festlegbar. Ein Gehalt von Titan ist beispielsweise auf 25-55% festlegbar. Der Begriff „Gehalt“ bezeichnet ein Gehalt in Form eines Atomverhältnisses.
In jeder der AITi-Schichten 13 kann der Aluminiumgehalt höher sein als der Titangehalt. Alternativ kann in jeder der AITi-Schichten 13der Titangehalt höher sein als der Aluminiumgehalt. Jede der Mehrzahl von AITi-Schichten 13 weist Chrom mit einem Gehalt auf, der kleiner ist als die Summe der Gehalte von Aluminium und Titan. Der Chromgehalt kann auf beispielsweise 0,1-20% festlegbar sein.
Die AITi-Schicht 13 kann nur aus einer Metallkomponente einschließlich Aluminium, Titan und Chrom gebildet sein. Alternativ können Aluminium, Titan und Chrom ein Nitrid, Carbid oder Carbonitrid sein, das eines oder mehrere davon aufweist.
Die AlCr-Schicht 15 kann nur aus Aluminium und Chrom gebildet sein oder kann alternativ dazu zusätzlich zu Aluminium und Chrom auch eine Metallkomponente aufweisen, wie beispielsweise Si, Nb, Hf, V, Ta, Mo, Zr, Ti und W. In der AlCr-Schicht 15 ist die Summe der Gehalte von Aluminium und Chrom höher als die der Metallkomponente. Der Aluminiumgehalt ist beispielsweise auf 20-60% festlegbar. Der Chromgehalt ist beispielsweise auf 40-80% festlegbar.
Der Aluminiumgehalt kann in jeder der AlCr-Schichten 15 höher sein als der Chromgehalt. Der Chromgehalt kann in jeder der AlCr-Schichten 15 höher sein als der Aluminiumgehalt.
Die AlCr-Schichten 15 können nur aus einer Metallkomponente einschließlich Aluminium und Chrom gebildet sein. Alternativ können Aluminium und Chrom auch aus einem Nitrid, Carbid oder Carbonitrid gebildet sein, das eines oder alle dieser Elemente aufweist.
Die Zusammensetzungen der AITi-Schichten 13 und der AlCr-Schichten 15 sind messbar, beispielsweise durch energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS) oder Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS).
Die Anzahl der AITi-Schicht 13 und die Anzahl der AlCr-Schicht 15 sind nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt. Die Anzahl der AITi-Schicht 13 und die Anzahl der AlCr-Schicht 15 können jeweilig zwei oder mehr betragen und sind beispielsweise auf 2 bis 500 festlegbar.
Da die Beschichtungsschicht 11 die AlTi-Schicht 13 aufweist, hat sie eine hohe Bruchfestigkeit. Da die Beschichtungsschicht 11 die AlCr-Schicht 15 aufweist, hat sie eine hohe Verschleißfestigkeit. Die Festigkeit der Beschichtungsschicht 11 ist insgesamt hoch, da die Beschichtungsschicht 11 eine Konfiguration hat, bei der die AlTi-Schichten 13 und die AlCr-Schichten 15 abwechselnd übereinander angeordnet sind.
Die Festigkeit der Beschichtungsschicht 11 ist insgesamt hoch, wenn die Dicke jeder der Mehrzahl von AlTi-Schichten 13 und der Mehrzahl von AlCr-Schichten 15 gering und die Anzahl der Mehrzahl von AlTi-Schichten 13 und der Mehrzahl von AlCr-Schichten 15 groß ist, im Vergleich zu dem Fall, in dem die Dicke jeder der Mehrzahl von AlTi-Schichten 13 und der Mehrzahl von AlCr-Schichten 15 groß ist und die Anzahl der Mehrzahl von AlTi-Schichten 13 und der Mehrzahl von AlCr-Schichten 15 klein ist.
Die Dicken der AlTi-Schicht 13 und der AlCr-Schicht 15 sind nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt, sondern sind auf jeweils 5-100 nm festlegbar. Die Dicken der Mehrzahl von AlTi-Schichten 13 und der Mehrzahl von AlCr-Schichten 15 können gleichbleibend oder unterschiedlich sein.
Die Mehrzahl von AlTi-Schichten 13 in einer der Ausführungsformen weist eine erste AlTi-Schicht 13a und eine zweite AlTi-Schicht 13b wie in 4 gezeigt auf. Die zweite AlTi-Schicht 13b ist weiter vom Basiselement 9 entfernt als die erste AlTi-Schicht 13a. Das beschichtete Werkzeug 1 hat eine Konfiguration, bei der der Chromgehalt in der zweiten AlTi-Schicht 13b höher ist als der Chromgehalt in der ersten AlTi-Schicht 13a. Das beschichtete Werkzeug 1, das diese Konfigurationen erfüllt, hat eine ausgezeichnete Haltbarkeit.
Wenn Schichten mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, wie AlTi-Schichten und AlCr-Schichten, abwechselnd übereinander angeordnet sind, kann es an einer Grenzfläche zwischen benachbarten Schichten zu einer Trennung kommen. Da insbesondere die Außenfläche des beschichteten Werkzeugs während eines Schneidvorganges belastungsempfindlich ist, ist es wahrscheinlich, dass die oben beschriebene Trennung an einem Teil der oben beschriebenen Grenzfläche nahe der Außenfläche des beschichteten Werkzeugs auftritt.
In einer der Ausführungsformen, wie oben beschrieben, weist die AlTi-Schicht 13 Aluminium und Titan als Hauptkomponente auf und weist Chrom mit einem Gehalt auf, der kleiner ist als die Summe der Gehalte von Aluminium und Titan. Die AlTi-Schicht 13, die eine solche Konfiguration erfüllt, hat eine hohe Affinität zu der AlCr-Schicht 15, da die AlTi-Schicht 13 Chrom ähnlich wie die AlCr-Schicht 15 aufweist, wobei die Eigenschaften der AlTi-Schicht 13 relativ unverändert bleiben. Daher hat die AITi-Schicht 13 eine hohe Verbindbarkeit (Haftung) mit der angrenzenden AlCr-Schicht 15.
Die zweite AlTi-Schicht 13b, die weiter vom Basiselement 9 entfernt ist als die erste AlTi-Schicht 13a, ist während eines Schneidvorganges anfälliger für eine große Schneidbelastung als die erste AlTi-Schicht 13a. Die Beschichtungsschicht 11 in einer der Ausführungsformen hat den Chromgehalt in der zweiten AlTi-Schicht 13b höher als der Chromgehalt in der ersten AlTi-Schicht 13a, und daher ist die Verbindbarkeit mit der angrenzenden AlCr-Schicht 15 hoch, so dass die Beschichtungsschicht 11 einer großen Schneidbelastung standhalten kann.
Der Chromgehalt in der ersten AlTi-Schicht 13a ist niedriger als der Chromgehalt in der zweiten AlTi-Schicht 13b. Dies führt dazu, dass die Trennung an einem Teil der Beschichtungsschicht 11 in der Nähe des Basiselements 9 weniger wahrscheinlich auftritt und kann den Einfluss der Beschichtungsschicht 11 auf die Bruchfestigkeit in der AlTi-Schicht 13 insgesamt verringern.
Aus diesem Grund ist das beschichtete Werkzeug 1 in der Ausführungsform weniger anfällig für eine Zwischen-Schicht-Trennung und hat eine ausgezeichnete Haltbarkeit. Das beschichtete Werkzeug 1 in der Ausführungsform ist daher in der Lage, einen langfristig stabilen Schneidvorgang durchzuführen.
Die Mehrzahl von AlTi-Schichten 13 kann ferner eine dritte AlTi-Schicht 13c aufweisen, die zwischen der ersten AlTi-Schicht 13a und der zweiten AlTi-Schicht 13b angeordnet ist. Das beschichtete Werkzeug 1 kann eine Konfiguration haben, bei der der Chromgehalt in der dritten AlTi-Schicht 13c höher ist als der Chromgehalt in der ersten AlTi-Schicht 13a und niedriger ist als der Chromgehalt in der zweiten AITi-Schicht 13b. Das beschichtete Werkzeug 1, das eine solche Konfiguration erfüllt, hat eine ausgezeichnete Haltbarkeit.
Dies liegt daran, da die Chromgehalte in der Mehrzahl von AlTi-Schichten 13, die die erste AlTi-Schicht 13a, die zweite AlTi-Schicht 13b und die dritte AlTi-Schicht 13c aufweisen, schrittweise und behutsam verändert werden, um eine rasante Veränderung zu vermeiden. Es ist daher möglich, rasante Änderungen der Zähigkeit und Härte in der Mehrzahl von AlTi-Schichten 13 zu vermeiden. Dies macht es leichter, Risse aufgrund von Spannungskonzentrationen in der Beschichtungsschicht 11 zu vermeiden.
Die Beschichtungsschicht 11 weist fünf oder mehr AlTi-Schichten 13 auf, und die AlCr-Schichten 15 sind in 4 zwischen der ersten AlTi-Schicht 13a und der dritten AlTi-Schicht 13c sowie zwischen der dritten AlTi-Schicht 13c und der zweiten AITi-Schicht 13b angeordnet.
Die Mehrzahl von AlTi-Schichten 13 kann einen höheren Chromgehalt haben, so wie sie sich vom Basiselement 9 weiter entfernen. Mit anderen Worten, in Fällen, in denen die Beschichtungsschicht 11 vier oder mehr AlTi-Schichten 13 aufweist, kann die vom Basiselement 9 weiter entfernte AlTi-Schicht 13 einen höheren Chromgehalt haben. Die Haltbarkeit des beschichteten Werkzeugs 1 kann noch weiter verbessert werden, wenn eine solche Konfiguration erfüllt ist. Dies liegt daran, dass ein Sicherstellen leicht möglich ist, dass der Chromgehalt in einer der Mehrzahl von AlTi-Schichten 13, die am weitesten vom Basiselement 9 entfernt ist, extrem hoch ist, wobei die rasante Veränderung der Zähigkeit und Härte in der Mehrzahl von AlTi-Schichten 13 vermieden wird.
Der Aluminiumgehalt in der zweiten AlTi-Schicht 13b kann niedriger sein als der Aluminiumgehalt in der ersten AlTi-Schicht 13a. Die Zähigkeit der ersten AlTi-Schicht 13a ist höher als die der zweiten AlTi-Schicht 13b, wenn eine solche Konfiguration erfüllt ist. Daher hat die Beschichtungsschicht 11 eine ausgezeichnete Haftung.
Wie in 5 gezeigt, kann eine AlTi-Schicht 13d aus der Mehrzahl von AlTi-Schichten 13, die zwischen den AlCr-Schichten 15 gehalten wird, einen ersten Bereich 13d1 mit einer inneren Seitenfläche 131, die an der Seite des Basiselements 9 angeordnet ist, einen zweiten Bereich 13d2 mit einer äußeren Seitenfläche 132, die an der der inneren Seitenfläche 131 entgegengesetzten Seite angeordnet ist, und einen dritten Bereich 13d3 mit einer Mitte 133 in einer Dickenrichtung a aufweisen, die zwischen dem ersten Bereich 13d1 und dem zweiten Bereich 13d2 angeordnet ist.
Hierbei kann der Chromgehalt im ersten Bereich 13d1 und im zweiten Bereich 13d2 höher sein als der Chromgehalt im dritten Bereich 13d3. Wenn diese Konfigurationen erfüllt sind, ist der Chromgehalt im ersten Bereich 13d1 und im zweiten Bereich 13d2, der der AlCr-Schicht 15 zugewandt ist, relativ hoch, und somit wird die Verbindbarkeit zwischen der AlTi-Schicht 13 und der AlCr-Schicht 15 weiter verbessert.
Das Basiselement 9 kann, wie später beschrieben, Wolframcarbid (WC) und Kobalt (Co) aufweisen. Hierbei kann zumindest eine AlTi-Schicht 13e aus der Mehrzahl von AlTi-Schichten 13, die dem Basiselement 9 am nächsten liegt, Kobalt aufweisen, und der Kobaltgehalt kann höher sein als der Chromgehalt. Wenn die AlTi-Schicht 13e, die dem Basiselement 9 am nächsten liegt, Kobalt aufweist, ist die Verbindungsfähigkeit der Beschichtungsschicht 11 mit dem Basiselement 9 hoch.
Außerdem ist bei einem höheren Kobaltgehalt als dem Chromgehalt die Verbindbarkeit der Beschichtungsschicht 11 mit dem Basiselement 9 aufgrund des relativ hohen Kobaltgehalts und die Zähigkeit der AlTi-Schicht 13e aufgrund des unterdrückten Chromgehalts hoch.
Obwohl das beschichtete Werkzeug 1 wie in der in 1 gezeigten Ausführungsform die viereckige Plattenform hat, ist die Form des beschichteten Werkzeugs 1 darauf nicht beschränkt. Es gibt kein Problem, selbst wenn die erste Fläche 3 und die dritte Fläche 8 beispielsweise eine dreieckige, sechseckige oder kreisförmige Form anstelle der viereckigen Form haben.
Das beschichtete Werkzeug 1 weist ein Durchgangsloch 17 auf, wie in der in 1 gezeigten Ausführungsform. Das Durchgangsloch 17 erstreckt sich von der ersten Fläche 3 bis zur dritten Fläche 8, die an der entgegengesetzten Seite der ersten Fläche 3 in einer der Ausführungsformen angeordnet ist, und das Durchgangsloch 17 mündet in diese Flächen. Das Durchgangsloch 17 ist für die Befestigung einer Schraube oder eines Klemmelements verwendbar, wenn das beschichtete Werkzeug 1 an einem Halter gehalten wird. Es gibt kein Problem, selbst wenn das Durchgangsloch 17 in Bereiche mündet, die an entgegengesetzten Seiten in der zweiten Fläche 5 angeordnet sind.
Beispiele für Materialien des Basiselements 9 sind anorganische Materialien wie Hartmetall, Cermet und Keramik. Beispiele für die Zusammensetzung von Hartmetall sind WC(Wolframcarbid)-Co, WC-TiC(Titancarbid)-Co und WC-TiC-TaC(Tantalcarbid)-Co. Insbesondere sind WC, TiC und TaC harte Partikel und ist Co eine Binderphase. Das Cermet ist ein gesinterter Verbundwerkstoff, der durch Zusammensetzen von Metall und einem keramischen Bestandteil erhältlich ist. Spezifische Beispiele für das Cermet sind Verbindungen, die hauptsächlich aus TiC oder TiN (Titannitrid) gebildet sind. Das Material des Basiselements 9 ist nicht auf diese Materialien beschränkt.
Die Beschichtungsschicht 11 kann auf dem Basiselement 9 beispielsweise mit Hilfe eines Verfahrens der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) aufgebracht werden. In Fällen, in denen die Beschichtungsschicht 11, wenn das Basiselement 9 an einer Innenumfangsfläche des Durchgangslochs 17 gehalten wird, durch das oben beschriebene Verfahren der Dampfabscheidung abgeschieden wird, kann die Beschichtungsschicht 11 so angeordnet werden, dass sie die gesamte Fläche des Basiselements 9 mit Ausnahme der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs 17 bedeckt.
Beispiele für das Verfahren der physikalischen Gasphasenabscheidung sind das lonenplattierverfahren und das Sputterverfahren. Als ein Beispiel für die Abscheidung mit dem lonenplattierverfahren kann die Beschichtungsschicht 11 mit dem folgenden Verfahren abgeschieden werden.
In einem ersten Verfahren wird ein Metalltarget, das unabhängig voneinander Aluminium, Titan und Chrom aufweist, ein Target aus einer Verbundlegierung oder ein Target aus einem Sinterkörper hergestellt. Das obige, als Metallquelle dienende Target wird durch eine Bogenentladung und eine Glimmentladung verdampft und ionisiert. Das ionisierte Target wird mit Stickstoff (N2)-Gas als Stickstoffquelle und Methan (CH4)-Gas oder Acetylen (C2H2)-Gas als Kohlenstoffquelle zur Reaktion gebracht und auf der Oberfläche des Basiselements 9 abgeschieden. Die AlTi-Schicht 13 ist durch das obige Verfahren formbar.
In einem zweiten Verfahren wird ein Metalltarget, das unabhängig voneinander Aluminium und Chrom aufweist, ein Target aus einer Verbundlegierung oder ein Target aus einem Sinterkörper hergestellt. Das obige, als Metallquelle dienende Target wird durch eine Bogenentladung und eine Glimmentladung verdampft und ionisiert. Das ionisierte Target wird mit Stickstoff (N2)-Gas als Stickstoffquelle und Methan (CH4)-Gas oder Acetylen (C2H2)-Gas als Kohlenstoffquelle zur Reaktion gebracht und auf der Fläche des Basiselements 9 abgeschieden. Die AlCr-Schicht 15 ist durch das obige Verfahren formbar.
Die Beschichtungsschicht 11, die so eingerichtet ist, dass die Mehrzahl von AlTi-Schichten 13 und die Mehrzahl von AlCr-Schichten 15 abwechselnd übereinander laminiert sind, ist durch abwechselnde Wiederholung des ersten und des zweiten Verfahrens formbar. Auch wenn das erste Verfahren nach dem zweiten Verfahren durchgeführt wird, gibt es kein Problem.
Hier kann bei der Wiederholung des ersten Verfahrens die Mehrzahl von AlTi-Schichten 13, die die erste AlTi-Schicht 13a und die zweite AlTi-Schicht 13b aufweist, durch Veränderung des Chromgehalts hergestellt werden, so dass der Chromgehalt in der Mitte zunimmt.
Es kann sichergestellt werden, dass die vom Basiselement 9 weiter entfernte AlTi-Schicht 13 einen höheren Chromgehalt hat, indem beispielsweise der Chromgehalt schrittweise verändert wird, wenn der Chromgehalt von der ersten Ausführungsform des ersten Verfahrens bis zur endgültigen Ausführungsform des ersten Verfahrens allmählich ansteigt, wenn das erste Verfahren wiederholt wird.
<Schneidwerkzeug>
Schneidwerkzeuge in zahlreichen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Wie in 6 gezeigt, ist ein Schneidwerkzeug 101 in einer der Ausführungsformen ein stangenförmiger Körper, der sich von einem ersten Ende (oberes Ende in 6) zu einem zweiten Ende (unteres Ende in 6) erstreckt. Wie in 7 gezeigt, weist das Schneidwerkzeug 101 einen Halter 105 mit einer Tasche 103, die an einer Seite des ersten Endes (vorderes Ende) angeordnet ist, und das beschichtete Werkzeug 1 auf, das in der Tasche 103 angeordnet ist. Das Schneidwerkzeug 101, das das beschichtete Werkzeug 1 aufweist, ist in der Lage, einen langfristig stabilen Schneidvorgang durchzuführen.
Die Tasche 103 ist ein Teil, der die Befestigung des beschichteten Werkzeugs 1 ermöglicht. Die Tasche 103 weist eine Sitzfläche parallel zu einer unteren Fläche des Halters 105 und eine seitliche Begrenzungsfläche auf, die relativ zur Sitzfläche geneigt ist. Die Tasche 103 öffnet sich in eine Seite des ersten Endes des Halters 105.
Das beschichtete Werkzeug 1 ist in der Tasche 103 angeordnet. Eine untere Fläche des beschichteten Werkzeugs 1 kann in direktem Kontakt mit der Tasche 103 stehen. Alternativ kann ein Blatt (nicht abgebildet) zwischen dem beschichteten Werkzeug 1 und der Tasche 103 gehalten werden.
Das beschichtete Werkzeug 1 wird so angebracht, dass zumindest ein Abschnitt einer Kammlinie, an welchem die erste Fläche 3 die zweite Fläche 5 schneidet, als die Schneidkante 7 verwendbar ist, aus dem Halter 105 nach außen vorsteht. Das beschichtete Werkzeug 1 wird mit einer Befestigungsschraube 107 in einer der Ausführungsformen am Halter 105 befestigt. Konkret ist das beschichtete Werkzeug 1 am Halter 105 so anbringbar, dass die Schraubenteile miteinander in Eingriff kommen, indem die Befestigungsschraube 107 in das Durchgangsloch 17 des beschichteten Werkzeugs 1 und ein vorderes Ende der Befestigungsschraube 107 in ein in der Tasche 103 ausgebildetes Schraubenloch (nicht abgebildet) eingesetzt wird.
So sind beispielsweise Stahl und Gusseisen als Material des Halters 105 verwendbar. Von diesen Materialien wird vorzugsweise Stahl mit hoher Zähigkeit verwendet.
Die Ausführungsformen haben die Schneidwerkzeuge zur Verwendung im sogenannten Drehvorgang gezeigt und beschrieben. Beispiele für den Drehvorgang sind die Bearbeitung des Innendurchmessers, die Bearbeitung des Außendurchmessers und das Einstechverfahren. Die Schneidwerkzeuge sind nicht auf diejenigen beschränkt, die für den Drehvorgang verwendet werden. Zum Beispiel sind die beschichteten Werkzeuge 1 der oben genannten Ausführungsformen auf die Schneidwerkzeuge für den Einsatz im Fräsvorgang anwendbar.
Die Singularformen „ein/eine/einer/eines“ und „der/die/das“ in der Gesamtheit der vorliegenden Offenbarung umfassen auch Pluralformen davon, es sei denn, es wird klar im Kontext angegeben, dass dies nicht zutrifft.
Bezugszeichenliste

1:: Beschichtetes Werkzeug
3:: Erste Fläche
3a:: Spanflächenbereich
5:: Zweite Fläche
5a:: Freiflächenbereich
7:: Schneidkante
8:: Dritte Fläche
9:: Basiselement
11:: Beschichtungsschicht
13:: AlTi-Schicht
13a:: Erste AlTi-Schicht
13b:: Zweite AlTi-Schicht
13c:: Dritte AlTi-Schicht
13d:: AITi-Schicht
13d1:: Erster Bereich
131:: Innere Seitenfläche
13d2:: Zweiter Bereich
132:: Äußere Seitenfläche
13d3:: Dritter Bereich
133:: Mitte
13e:: AlTi-Schicht
15:: AlCr-Schicht
17:: Durchgangsloch
101:: Schneidwerkzeug
103:: Tasche
105:: Halter
107:: Befestigungsschraube

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017042906 [0002]

Claims

Ein beschichtetes Werkzeug, aufweisend: ein Basiselement und eine auf dem Basiselement angeordnete Beschichtungsschicht, wobei die Beschichtungsschicht eine Mehrzahl von AlTi-Schichten, die Aluminium und Titan als einen Hauptbestandteil aufweisen, und eine Mehrzahl von AlCr-Schichten aufweist, die Aluminium und Chrom als einen Hauptbestandteil aufweisen, wobei die AlTi-Schichten und die AlCr-Schichten abwechselnd übereinander angeordnet sind, die Mehrzahl von AlTi-Schichten eine erste AlTi-Schicht und eine zweite AlTi-Schicht aufweist, die weiter von dem Basiselement entfernt ist als die erste AlTi-Schicht, jede der Mehrzahl von AlTi-Schichten außerdem Chrom aufweist, und ein Chromgehalt in der zweiten AlTi-Schicht höher ist als ein Chromgehalt in der ersten AlTi-Schicht.
Das beschichtete Werkzeug gemäß Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von AlTi-Schichten ferner eine dritte AlTi-Schicht aufweist, die zwischen der ersten AlTi-Schicht und der zweiten AlTi-Schicht angeordnet ist, und der Chromgehalt in der dritten AlTi-Schicht höher ist als der Chromgehalt in der ersten AlTi-Schicht und niedriger ist als der Chromgehalt in der zweiten AlTi-Schicht.
Das beschichtete Werkzeug gemäß Anspruch 2, wobei die Mehrzahl von AlTi-Schichten einen höheren Chromgehalt haben, so wie sie weiter vom Basiselement entfernt sind.
Das beschichtete Werkzeug gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Aluminiumgehalt in der zweiten AlTi-Schicht geringer ist als ein Aluminiumgehalt in der ersten AlTi-Schicht.
Das beschichtete Werkzeug gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die AlTi-Schicht der Mehrzahl von AlTi-Schichten, die zwischen den AlCr-Schichten gehalten wird, einen ersten Bereich mit einer inneren Seitenfläche, die an einer Seite des Basiselements angeordnet ist, einen zweiten Bereich mit einer äußeren Seitenfläche, die an einer der inneren Seitenfläche entgegengesetzten Seite angeordnet ist, und einen dritten Bereich mit einer Mitte in einer Dickenrichtung aufweist, die zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich angeordnet ist, und ein Chromgehalt im ersten Bereich und zweiten Bereich höher ist als ein Chromgehalt im dritten Bereich.
Das beschichtete Werkzeug gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Basiselement Wolframcarbid und Kobalt aufweist und zumindest die AlTi-Schicht der Mehrzahl von AlTi-Schichten, die am nächsten am Basiselement angeordnet ist, Kobalt aufweist und ein Kobaltgehalt höher ist als ein Chromgehalt.
Ein Schneidwerkzeug, aufweisend: einen Halter mit einer Tasche, die an einer Seite eines vorderen Endes des Halters angeordnet ist, und das beschichtete Werkzeug gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, das in der Tasche angeordnet ist.