DE112018004986T5

DE112018004986T5 - Beschichtetes werkzeug und schneidwerkzeug, welches dieses aufweist

Info

Publication number: DE112018004986T5
Application number: DE112018004986.8T
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: US11471948B2; CN111148592A; US20200298318A1; JP6918952B2; KR102343013B1; WO2019065707A1; CN111148592B; JPWO2019065707A1; KR20200047602A

Abstract

Ein beschichtetes Werkzeug in der vorliegenden Offenbarung weist ein Basiselement und eine auf dem Basiselement angeordnete Beschichtungsschicht auf. Die Beschichtungsschicht weist einen ersten Bereich, der auf dem Basiselement angeordnet ist, und einen zweiten Bereich auf, der auf dem ersten Bereich angeordnet ist. Der erste Bereich weist einen AlTi-Abschnitt, der Aluminium und Titan aufweist, und einen AICr-Abschnitt auf, der Aluminium und Chrom aufweist, und sowohl der AITi-Abschnitt als auch der AlCr-Abschnitt stehen in Kontakt mit dem Basiselement. Der zweite Bereich weist eine Mehrzahl von AlTi-Schichten, die Aluminium und Titan aufweisen, und eine Mehrzahl von AlCr-Schichten auf, die Aluminium und Chrom aufweisen, und die AlTi-Schichten und die AlCr-Schichten sind abwechselnd übereinander angeordnet.

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 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 angegeben ist, und eine B-Schicht, die durch (Cr1-x-yAlxMy)N angegeben ist, abwechselnd übereinander auf eine Fläche des Werkzeugbasiselements laminiert sind. Hierbei ist nur eine der A-Schicht und der B-Schicht in Kontakt mit der Fläche des Werkzeugbasiselements.
KURZERLÄUTERUNG
Ein beschichtetes Werkzeug in der vorliegenden Offenbarung weist ein Basiselement und eine auf dem Basiselement angeordnete Beschichtungsschicht auf. Die Beschichtungsschicht weist einen ersten Bereich, der an dem Basiselement angeordnet ist, und einen zweiten Bereich auf, der an dem ersten Bereich angeordnet ist. Der erste Bereich weist einen AITi-Abschnitt, der Aluminium und Titan aufweist, und einen AICr-Abschnitt auf, der Aluminium und Chrom aufweist, und sowohl der AITi-Abschnitt als auch der AlCr-Abschnitt stehen mit dem Basiselement in Kontakt. Der zweite Bereich weist eine Mehrzahl von AlTi-Schichten, die Aluminium und Titan aufweisen, und eine Mehrzahl von AlCr-Schichten auf, die Aluminium und Chrom aufweisen, wobei die AlTi-Schichten und die AlCr-Schichten abwechselnd übereinander angeordnet sind.
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 ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
2 ist eine Schnittansicht entlang Linie A-A im 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 Darstellung, die ein beschichtetes Werkzeug in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, das zur 3 in der ersten Ausführungsform entspricht.
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 B3.

AUSFÜHRUNGSFORMEN
<Beschichtetes Werkzeug>
Beschichtete Werkzeuge in zahlreichen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert 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 abgebildete strukturelle Element aufzuweisen. Die Größen der Elemente in jeder 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.
(Erste Ausführungsform)
Ein beschichtetes Werkzeug 1 in einer ersten Ausführungsform 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 an zumindest einem Abschnitt einer Kammlinie angeordnet ist, an welchem die erste Fläche 3 die zweite Fläche 5 schneidet. Das beschichtete Werkzeug 1 in der ersten 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 ersten 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 der ersten Ausführungsform 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 der ersten Ausführungsform als Freiflächenbereich 5a. Mit anderen Worten ist die Schneidkante 7 an einem sich schneidenden Teil 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 wird durch eine Strich-Punkt-Linie angegeben. 1 zeigt die Ausführungsform, bei der die Beschichtungsschicht 11 auf der gesamten ersten Fläche 3 einschließlich des Spanflächenbereichs 3a und auf der gesamten zweiten Fläche 5 einschließlich des Freiflächenbereichs 5a angeordnet ist und die Beschichtungsschicht 11 entlang einer Kammlinie angeordnet ist, an welcher zumindest die erste Fläche 3 die zweite Fläche 5 schneidet. Daher ist die Strich-Punkt-Linie ringförmig, die die Grenze auf der ersten Fläche 3 angibt.
Die Größe des beschichteten Werkzeugs 1 ist nicht besonders beschränkt. Beispielsweise ist die Länge einer Seite der ersten Fläche 3 in der ersten Ausführungsform 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, ist das beschichtete Werkzeug 1 aus einem Basiselement 9 in Form einer viereckigen Platte und einer Beschichtungsschicht 11 gebildet, die eine Fläche des Basiselements 9 in der ersten 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 Standort ändern.
Wie in 3 gezeigt, weist die Beschichtungsschicht 11 einen ersten Bereich 13, der am Basiselement 9 angeordnet ist, und einen zweiten Bereich 15 auf, der am ersten Bereich 13 angeordnet ist. Der erste Bereich 13 weist einen AlTi-Abschnitt 13a, der Aluminium (AI) und Titan (Ti) aufweist, sowie einen AICr-Abschnitt 13b auf, der Aluminium und Chrom (Cr) aufweist.
Der zweite Bereich 15 weist eine Mehrzahl von AlTi-Schichten 15a, die Aluminium und Titan aufweist, sowie eine Mehrzahl von AlCr-Schichten 15b auf, die Aluminium und Chrom aufweist. Die Mehrzahl der AlTi-Schichten 15a und die Mehrzahl der AlCr-Schichten 15b sind im zweiten Abschnitt 15 abwechselnd übereinander angeordnet. Mit anderen Worten hat der zweite Bereich 15 eine Konfiguration, in der die Mehrzahl der AlTi-Schichten 15a und die Mehrzahl der AlCr-Schichten 15b abwechselnd übereinander laminiert sind. Eine Laminatstruktur der Schicht 11 ist durch Querschnittsmessung mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) oder Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) auswertbar.
Der AlTi-Abschnitt 13a und die AlTi-Schicht 15a können nur aus Aluminium bzw. Titan gebildet sein und können zusätzlich zu Aluminium und Titan auch eine Metallkomponente wie Si, Nb, Hf, V, Ta, Mo, Zr, Cr, W und Co aufweisen. Im AITi-Abschnitt 13a und der AlTi-Schicht 15a ist eine Summe der Gehalte von Aluminium und Titan höher als die der Metallkomponente. Ein Aluminiumgehalt ist beispielsweise auf 40-70% festlegbar. Ein Titangehalt ist auf beispielsweise 25-55% festlegbar. Der Begriff „Gehalt“ bezeichnet einen Gehalt in Form eines Atomverhältnisses.
In jedem der AlTi-Abschnitte 13a und der Mehrzahl der AlTi-Schichten 15a kann der Aluminiumgehalt höher sein als der Titangehalt. Alternativ kann in jedem des AITi-Abschnitts 13a und der Mehrzahl der AlTi-Schichten 15a der Titangehalt höher sein als der Aluminiumgehalt.
Der AlTi-Abschnitt 13a und die AlTi-Schicht 15a können nur aus einer Metallkomponente gebildet sein, die Aluminium und Titan aufweist. Alternativ können Aluminium und Titan ein Nitrid, Carbid oder Carbonitrid sein, das eines oder mehrere davon aufweist.
Der AlCr-Abschnitt 13b und die AlCr-Schicht 15b können nur aus Aluminium und Chrom gebildet sein oder alternativ dazu zusätzlich zu Aluminium und Chrom auch eine Metallkomponente wie Si, Nb, Hf, V, Ta, Mo, Zr, Ti, W und Co aufweisen. Im AICr-Abschnitt 13b und der AlCr-Schicht 15b 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.
In jedem der AICr-Abschnitte 13b und der Mehrzahl der AlCr-Schichten 15b kann der Aluminiumgehalt höher sein als der Chromgehalt. Alternativ kann in jedem der AICr-Abschnitte 13b und der Mehrzahl der AlCr-Schichten 15b der Chromgehalt höher sein als der Aluminiumgehalt.
Der AICr-Abschnitt 13b und die AlCr-Schicht 15b können nur aus einer Metallkomponente gebildet sein, die Aluminium und Chrom aufweisen. Alternativ können Aluminium und Chrom ein Nitrid, Carbid oder Carbonitrid von Metallkomponenten sein, die eine oder alle dieser Komponenten aufweisen.
Die Zusammensetzungen des AlTi-Abschnitts 13a, des AICr-Abschnitts 13b, der AlTi-Schicht 15a und der AlCr-Schicht 15b sind messbar, beispielsweise durch energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS) oder Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS).
Die Anzahl der AlTi-Schichten 15a und die Anzahl der AlCr-Schichten 15b sind nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt. Die Anzahl der AlTi-Schicht 15a und die Anzahl der AlCr-Schicht 15b können jeweilig zwei oder mehr betragen und sind beispielsweise auf 2 bis 500 festlegbar.
Da die Beschichtungsschicht 11 den AlTi-Abschnitt 13a und die AlTi-Schicht 15a aufweist, hat sie eine hohe Bruchfestigkeit. Da die Beschichtungsschicht 11 den AlCr-Abschnitt 13b und die AlCr-Schicht 15b aufweist, hat sie eine hohe Verschleißfestigkeit. Die Festigkeit der Beschichtungsschicht 11 ist insgesamt hoch, da der zweite Bereich 15 eine Konfiguration hat, bei der die Mehrzahl der AlTi-Schichten 15a und die Mehrzahl der AlCr-Schichten 15b abwechselnd übereinander angeordnet sind.
Die Festigkeit der Beschichtungsschicht 11 ist in dem Fall insgesamt hoch, bei welchem die Dicke jeder der Mehrzahl von AlTi-Schichten 15a und der Mehrzahl von AlCr-Schichten 15b klein und die Anzahl der Mehrzahl von AlTi-Schichten 15a und Mehrzahl von AlCr-Schichten 15b groß ist, verglichen mit dem Fall, bei welchem die Dicke einer jeden der Mehrzahl von AlTi-Schichten 15a und der Mehrzahl von AlCr-Schichten 15b groß ist und die Anzahl der Mehrzahl von AlTi-Schichten 15a und die Mehrzahl von AlCr-Schichten 15b klein ist.
Die Dicken des AlTi-Abschnitts 13a, des AICr-Abschnitts 13b, der AlTi-Schicht 15a und der AlCr-Schicht 15b sind nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt, sondern auf jeweilig 5-100 nm festlegbar. Die Dicken der Mehrzahl der AlTi-Schichten 15a und der Mehrzahl der AlCr-Schichten 15b können konstant oder voneinander verschieden sein.
Der erste Bereich 13 in der ersten Ausführungsform weist einen wie in 3 und 4 gezeigten ersten AlTi-Abschnitt 13aa auf. Der erste Bereich 13 in der ersten Ausführungsform weist einen ersten AICr-Abschnitt 13ba auf. Sowohl der erste AITi-Abschnitt 13aa als auch der erste AlCr-Abschnitt 13ba stehen mit dem Basiselement 9 in Kontakt. Das beschichtete Werkzeug 1, das diese Konfigurationen erfüllt, hat eine ausgezeichnete Haltbarkeit.
Wenn beispielsweise nur einer der AlTi-Abschnitte 13a und der AICr-Abschnitte 13b mit dem Basiselement 9 in Kontakt stehen, gibt es eine große Eigenspannung an einer Grenzfläche S zwischen dem Basiselement 9 und der Beschichtungsschicht 11. Wenn ein Riss an einem Außenrandende S1 auftritt (siehe 2), ist es wahrscheinlich, dass sich der Riss entwickelt und die Beschichtungsschicht 11 vom Basiselement 9 getrennt wird.
In der ersten Ausführungsform steht jeweils der erste AlTi-Abschnitt 13aa und der erste AlCr-Abschnitt 13ba mit dem Basiselement 9 in Kontakt. Daher ist es selbst dann, wenn ein Riss am äußeren Umfangsende S1 der Grenzfläche S zwischen dem Basiselement 9 und der Beschichtungsschicht 11 auftritt, leicht möglich, die Entwicklung des Risses an einem Abschnitt P1 zu unterdrücken, an welchem die Grenze zwischen dem ersten AlTi-Abschnitt 13aa und dem ersten AICr-Abschnitt 13ba angeordnet ist.
Dadurch ist die Verbindbarkeit (Haftung) zwischen dem Basiselement 9 und der Beschichtungsschicht 11 hoch, und die Möglichkeit, dass die Beschichtungsschicht 11 vom Basiselement 9 getrennt wird, kann reduziert werden. Daher hat das beschichtete Werkzeug 1 in der ersten Ausführungsform eine ausgezeichnete Haltbarkeit. Das beschichtete Werkzeug 1 in der ersten Ausführungsform ist daher in der Lage, einen langfristig stabilen Schneidvorgang durchzuführen.
Der Satz, dass sowohl der erste AlTi-Abschnitt 13aa als auch der erste AICr-Abschnitt 13ba mit dem Basiselement 9 in Kontakt steht, bedeutet, dass sowohl der erste AlTi-Abschnitt 13aa als auch der erste AlCr-Abschnitt 13ba im Wesentlichen mit dem Basiselement 9 in Kontakt steht. Insbesondere bedeutet, dass sowohl der erste AlTi-Abschnitt 13aa als auch der erste AlCr-Abschnitt 13ba mit dem Basiselement 9 in Kontakt steht, dass von den Oberflächen des ersten AlTi-Abschnitts 13aa und des ersten AICr-Abschnitts 13ba, die dem Basiselement 9 zugewandt sind, jeweils mindestens 5% des Bereichs mit dem Basiselement 9 in Kontakt steht.
Der erste AlTi-Abschnitt 13aa kann in einer Mehrzahl von voneinander getrennten Bereichen 13aa1 mit dem Basiselement 9 in Kontakt stehen. Wenn eine solche Konfiguration erfüllt ist, kann die Anzahl der Abschnitte P1 erhöht werden, so dass die Wirkung der Unterdrückung der Rissbildung hoch ist. Die Anzahl der Bereiche 13aa1 kann zwei oder mehr betragen und ist beispielsweise auf 2 bis 20000 festlegbar.
Insbesondere wenn die Anzahl der Bereiche 13aa1 pro 1 µm2 10 bis 50 ist, kann die Wirkung der Unterdrückung der Rissbildung weiter verstärkt werden. Ferner kann auch in dem Fall, bei welchem die Anzahl der Bereiche 13aa1 pro 1 µm in einer Richtung orthogonal zu einer Dickenrichtung der Beschichtungsschicht 11 3 bis 7 in einem Querschnitt orthogonal zur Fläche der Beschichtungsschicht 11 ist, der Effekt der Unterdrückung der Rissbildung weiter verstärkt werden.
Insbesondere wenn der erste Bereich 13 die Mehrzahl der ersten AlTi-Abschnitte 13aa aufweist, die getrennt voneinander angeordnet sind, und jeder der ersten AlTi-Abschnitte 13aa mit dem Basiselement 9 in Kontakt steht, wird die Rissbildung in dem Abschnitt P1, in dem die Grenze zwischen dem ersten AlTi-Abschnitt 13aa und dem ersten AICr-Abschnitt 13ba angeordnet ist, leichter unterdrückt. Da die Mehrzahl der ersten AlTi-Abschnitte 13aa getrennt voneinander angeordnet sind, werden die ersten AlTi-Abschnitte 13aa leicht verformt, so dass die Eigenspannungen reduziert werden können. Infolgedessen ist das Auftreten von Rissen weniger wahrscheinlich, so dass es leichter ist, die Entstehung von Rissen weiter zu unterdrücken.
Der erste AlCr-Abschnitt 13ba kann in mehreren voneinander getrennten Bereichen 13ba1 mit dem Basiselement 9 in Kontakt stehen. Wenn eine solche Konfiguration erfüllt ist, kann die Anzahl der Abschnitte P1 erhöht werden, so dass der Effekt der Unterdrückung der Rissbildung hoch ist. Die Anzahl der Bereiche 13ba1 kann zwei oder mehr sein und ist beispielsweise auf 2 bis 20000 festlegbar.
Insbesondere wenn die Anzahl der Bereiche 13ba1 pro 1 µm2 10 bis 50 ist, kann der Effekt der Unterdrückung der Rissbildung weiter verstärkt werden. Ferner kann auch in dem Fall, in welchem die Anzahl der Bereiche 13ba1 pro 1 µm in der Richtung orthogonal zur Dickenrichtung der Beschichtungsschicht 11 3 bis 7 im Querschnitt orthogonal zur Fläche der Beschichtungsschicht 11 ist, der Effekt der Unterdrückung der Rissbildung weiter verstärkt werden.
Insbesondere wenn der erste Bereich 13 die Mehrzahl der ersten AlCr-Abschnitte 13ba aufweist, die getrennt voneinander angeordnet sind, und jeder der ersten AICr-Abschnitte 13ba mit dem Basiselement 9 in Kontakt steht, wird die Rissbildung in dem Abschnitt P1, in dem die Grenze zwischen dem ersten AlTi-Abschnitt 13aa und dem ersten AICr-Abschnitt 13ba angeordnet ist, leichter unterdrückt. Da die Mehrzahl der ersten AICr-Abschnitte 13ba getrennt voneinander angeordnet ist, sind die ersten AICr-Abschnitte 13ba leicht verformbar, so dass die Eigenspannungen reduziert werden können. Infolgedessen ist die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Rissen geringer, so dass es leichter ist, die Entstehung von Rissen weiter zu unterdrücken.
Das Basiselement 9 kann eine erste Phase, die Wolframcarbid (WC) als einen Hauptbestandteil aufweist, und eine zweite Phase aufweisen, die Kobalt (Co) als einen Hauptbestandteil aufweist. Die erste Phase, die Wolframcarbid als einen Hauptbestandteil aufweist, wird im Allgemeinen als Hartphase bezeichnet. Die zweite Phase, die Kobalt als einen Hauptbestandteil aufweist, wird im Allgemeinen als Bindephase bezeichnet, da Kobalt die Funktion hat, eine Mehrzahl von ersten Phasen zu binden.
Der erste AlTi-Abschnitt 13aa und der erste AlCr-Abschnitt 13ba können nur mit einer der ersten und der zweiten Phase im Basiselement 9 oder sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten Phase in Kontakt stehen. Insbesondere wenn der erste AlTi-Abschnitt 13aa und der erste AlCr-Abschnitt 13ba mit der zweiten Phase, die auch als Bindephase bezeichnet wird, in Kontakt stehen, ist die Verbindbarkeit zwischen dem ersten AlTi-Abschnitt 13aa und dem Basiselement 9 sowie zwischen dem ersten AlCr-Abschnitt 13ba und dem Basiselement 9 hoch.
Der Satz, dass die erste Phase Wolframcarbid als einen Hauptbestandteil aufweist, bedeutet, dass die erste Phase Wolframcarbid mit einem höheren Anteil als andere Komponenten wie Wolframcarbid aufweist. Ebenso bedeutet der Satz, dass die zweite Phase Kobalt als einen Hauptbestandteil aufweist, dass die zweite Phase Kobalt mit einem höheren Anteil aufweist als andere Komponenten wie Kobalt. Das spezifische Material des Basiselements 9 wird später im Detail beschrieben.
Der erste AlTi-Abschnitt 13aa und der erste AlCr-Abschnitt 13ba können Kobalt aufweisen. Wenn eine solche Konfiguration erfüllt ist, ist die Verbindbarkeit zwischen dem ersten AlTi-Abschnitt 13aa und dem Basiselement 9 sowie zwischen dem ersten AICr-Abschnitt 13ba und dem Basiselement 9 hoch. Der Kobaltgehalt im ersten AlTi-Abschnitt 13aa und im ersten AlCr-Abschnitt 13ba ist nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt, sondern kann beispielsweise auf jeweils 0,1 bis 20% eingestellt werden.
Der Kobaltgehalt im ersten AlTi-Abschnitt 13aa und im ersten AlCr-Abschnitt 13ba kann höher sein als der Kobaltgehalt in der Mehrzahl der AlTi-Schichten 15a und der AlCr-Schichten 15b.
Wenn der erste AlTi-Abschnitt 13aa und der erste AlCr-Abschnitt 13ba die oben beschriebene Konfiguration erfüllen, kann ein Einfluss auf die Bruchfestigkeit der AlTi-Schicht 15a und die Verschleißfestigkeit der AlCr-Schicht 15b im zweiten Bereich 15 reduziert und gleichzeitig die Verbindbarkeit zwischen dem ersten Bereich 13 und dem Basiselement 9 verbessert sein. Der Kobaltgehalt in der Mehrzahl der AlTi-Schichten 15a und der AlCr-Schichten 15b ist nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt, sondern kann beispielsweise auf jeweils 0,1 bis 15% eingestellt sein.
Es ist kein Problem, wenn eine der Kontaktflächen zwischen dem ersten AlTi-Abschnitt 13aa und dem Basiselement 9 und die Kontaktfläche zwischen dem ersten AICr-Abschnitt 13ba und dem Basiselement 9 größer als die andere ist. Wenn die Kontaktfläche zwischen dem ersten AlTi-Abschnitt 13aa und dem Basiselement 9 größer ist als die Kontaktfläche zwischen dem ersten AICr-Abschnitt 13ba und dem Basiselement 9, ist die Verbindbarkeit zwischen dem Basiselement 9 und der Beschichtungsschicht 11 hoch.
Wie in 4 gezeigt, kann der erste AlCr-Abschnitt 13ba eine innere Seitenfläche 13b1, die an der Seite des Basiselements 9 angeordnet ist, eine äußere Seitenfläche 13b2, die an der der inneren Seitenfläche 13b1 entgegengesetzten Seite angeordnet ist, und einen Aussparungsabschnitt 13b3 aufweisen, der an der äußeren Seitenfläche 13b2 angeordnet ist. Zu diesem Zeitpunkt kann der Aussparungsabschnitt 13b3 über einem Abschnitt der inneren Seitenfläche 13b1 angeordnet sein, der in Kontakt mit dem Basiselement 9 steht. Wenn diese Konfigurationen erfüllt sind, kann die Variation in der Dicke des ersten AICr-Abschnitts 13ba unterdrückt werden. Da die Variation in der Festigkeit des ersten AICr-Abschnitts 13ba unterdrückt wird, wird die Verzerrung der Eigenspannung im ersten AlCr-Abschnitt 13ba reduziert und die Haltbarkeit des ersten AICr-Abschnitts 13ba verbessert.
Die Anzahl der Aussparungsabschnitte 13b3 ist nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt. Die Anzahl der Aussparungsabschnitte 13b3 ist beispielsweise auf 10 bis 50 pro 1 µm2 festlegbar.
Obwohl das beschichtete Werkzeug 1 die viereckige Plattenform hat, wie in 1 in der ersten Ausführungsform gezeigt, ist die Form des beschichteten Werkzeugs 1 nicht darauf beschränkt. Es gibt kein Problem, selbst wenn die erste Fläche 3 und die dritte Fläche 8 beispielsweise eine dreieckige Form, eine sechseckige Form oder eine Kreisform anstelle der viereckigen Form haben können.
In der ersten Ausführungsform weist das beschichtete Werkzeug 1 ein Durchgangsloch 17 auf, wie in 1 gezeigt. Das Durchgangsloch 17 erstreckt sich in der ersten Ausführungsform von der ersten Fläche 3 zur dritten Fläche 8, die an einer entgegengesetzten Seite der ersten Fläche 3 angeordnet ist, und das Durchgangsloch 17 mündet in diese Flächen. Das Durchgangsloch 17 ist für die Befestigung einer Schraube oder eines Spannelements 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 weisen anorganische Materialien, wie Hartmetall, Cermet und Keramik auf. 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 ist und Co eine Bindephase. Das Cermet ist ein gesinterter Verbundwerkstoff, der durch Zusammensetzen von Metall mit einer keramischen Komponente 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 des Verfahrens der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) aufgebracht werden. In Fällen, in denen die Beschichtungsschicht 11 mit dem an einer Innenumfangsfläche des Durchgangslochs 17 gehaltenen Basiselement 9 durch das oben beschriebene Verfahren der Gasphasenabscheidung 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 und Titan 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. Der AlTi-Abschnitt 13a und die AlTi-Schicht 15a sind 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. Der AICr-Abschnitt 13b und die AlCr-Schicht 15b sind durch das obige Verfahren formbar.
Die Beschichtungsschicht 11, die den ersten Bereich 13, der den AlTi-Abschnitt 13a und den AICr-Abschnitt 13b aufweist, und den zweiten Bereich 15 aufweist, der die Mehrzahl von AlTi-Schichten 15a und die Mehrzahl von AlCr-Schichten 15b aufweist, ist durch abwechselnde Wiederholung des ersten und des zweiten Verfahrens formbar. Es gibt kein Problem, selbst wenn das erste Verfahren nach dem zweiten Verfahren durchgeführt wird.
Wenn das erste Verfahren und das zweite Verfahren abwechselnd wiederholt werden, ist es möglich, den ersten Bereich 13 herzustellen, der den AlTi-Abschnitt 13a und den AICr-Abschnitt 13b aufweist, indem jede Bedingung im ersten Verfahren und im zweiten Verfahren entsprechend angepasst wird, so dass sowohl der erste AlTi-Abschnitt 13aa als auch der erste AlCr-Abschnitt 13ba mit dem Basiselement 9 in Kontakt ist.
Weiterhin kann beispielsweise das erste Verfahren erst nach der Durchführung einer Maskierung durchgeführt werden, um einen Teil der Fläche des Basiselements 9 abzudecken, und dann das zweite Verfahren erst nach dem Entfernen der Maskierung. Der erste Bereich 13, der den AlTi-Abschnitt 13a und den AICr-Abschnitt 13b aufweist, kann durch ein solches Verfahren hergestellt werden.
(Zweite Ausführungsform)
Ein beschichtetes Werkzeug in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Die folgende Beschreibung konzentriert sich hauptsächlich auf die Unterschiede zur ersten Ausführungsform. Daher sind die Beschreibungen in der ersten Ausführungsform auf Beschreibungen von Konfigurationen anwendbar, die denen in der ersten Ausführungsform ähnlich sind, und die entsprechenden Beschreibungen werden hier ausgelassen.
Im beschichteten Werkzeug 1 der ersten Ausführungsform sind sowohl der AlTi-Abschnitt 13a als auch der AICr-Abschnitt 13b des ersten Bereichs 13 in Kontakt mit dem Basiselement 9 entlang einer Richtung orthogonal zu einer Laminierrichtung der AlTi-Schicht 15a und der AlCr-Schicht 15b im zweiten Bereich 15 (Rechts-Links-Richtung in 3). Andererseits ist in einem beschichteten Werkzeug 20 der zweiten Ausführungsform jeder vom AlTi-Abschnitt 13a und vom AICr-Abschnitt 13b des ersten Bereich 13 in Kontakt mit dem Basiselement 9 entlang der Laminierrichtung der AlTi-Schicht 15a und der AlCr-Schicht 15b im zweiten Bereich 15 (Aufwärts-AbwärtsRichtung in 3).
In der in 5 gezeigten Ausführungsform weist der erste Bereich 13 zusätzlich zum ersten AlTi-Abschnitt 13aa einen zweiten AlTi-Abschnitt 13ab auf, der am ersten AlTi-Abschnitt 13aa in Laminierrichtung des zweiten Bereichs 15 angeordnet ist. Darüber hinaus weist der erste Bereich 13 zusätzlich zum ersten AlCr-Abschnitt 13ba einen zweiten AICr-Abschnitt 13bb auf, der über dem ersten AlCr-Abschnitt 13ba in Laminierrichtung der zweiten Bereich 15 angeordnet ist. Zu diesem Zeitpunkt steht der zweite AlTi-Abschnitt 13ab und der zweite AICr-Abschnitt 13bb jeweils in Kontakt mit dem Basiselement 9. Wenn diese Konfigurationen erfüllt sind, hat, wie später beschrieben, das beschichtete Werkzeug 20 eine ausgezeichnete Haltbarkeit.
In der zweiten Ausführungsform steht der zweite AlTi-Abschnitt 13ab und der zweite AICr-Abschnitt 13bb jeweils mit dem Basiselement 9 in Kontakt. Daher kann selbst dann, wenn ein Riss am Außenrandende S1 der Grenzfläche S zwischen dem Basiskörper 9 und der Beschichtungsschicht 11 auftritt (siehe 2), zusätzlich zu dem Abschnitt P1, in dem die Grenze zwischen dem ersten AlTi-Abschnitt 13aa und dem ersten AICr-Abschnitt 13ba angeordnet ist, die Rissbildung auch in einem Abschnitt P2, in dem die Grenze zwischen dem ersten AICr-Abschnitt 13ba und dem zweiten AlTi-Abschnitt 13ab angeordnet ist, und in einem Abschnitt P3, in dem die Grenze zwischen dem zweiten AlTi-Abschnitt 13ab und dem zweiten AICr-Abschnitt 13bb angeordnet ist, unterdrückt werden. Dadurch kann die Verbindbarkeit zwischen dem Basiselement 9 und der Beschichtungsschicht 11 verbessert und die Möglichkeit, dass die Beschichtungsschicht 11 vom Basiselement 9 getrennt wird, verringert werden. Daher hat das beschichtete Werkzeug 20 der zweiten Ausführungsform eine ausgezeichnete Haltbarkeit.
Dass sowohl der zweite AlTi-Abschnitt 13ab wie auch der zweite AICr-Abschnitt 13bb mit dem Basiselement 9 in Kontakt stehen, kann ähnlich definiert werden wie dass sowohl der erste AlTi-Abschnitt 13aa wie auch der erste AlCr-Abschnitt 13ba mit dem Basiselement 9 in Kontakt stehen. Darüber hinaus, wenn das erste Verfahren und das zweite Verfahren abwechselnd in dem obigen lonenplattierverfahren wiederholt werden, ist es möglich, durch geeignetes Einstellen jeder Bedingung in dem ersten Verfahren und dem zweiten Verfahren, so dass sowohl der zweite AlTi-Abschnitt 13ab als auch der zweite AICr-Abschnitt 13bb mit dem Basiselement 9 in Kontakt stehen, die Mehrzahl von AlTi-Abschnitten 13a, die ferner die zweiten AlTi-Abschnitte 13ab aufweisen, und die Mehrzahl von AlCr-Abschnitten 13b herzustellen, die ferner den zweiten AICr-Abschnitt 13bb aufweisen.
Der zweite AlTi-Abschnitt 13ab kann in einer Mehrzahl von voneinander getrennten Bereichen 13ab1 mit dem Basiselement 9 in Kontakt stehen. Wenn eine solche Konfiguration erfüllt ist, kann die Anzahl der Abschnitte P2 und der Abschnitte P3 erhöht werden, so dass der Effekt der Unterdrückung der Rissbildung verstärkt werden kann. Die Anzahl der Bereiche 13ab1 kann zwei oder mehr sein und ist beispielsweise auf 2 bis 10000 festlegbar.
Insbesondere wenn die Anzahl der Bereiche 13ab1 pro 1 µm2 2 bis 20 ist, kann der Effekt des Unterdrückens der Rissbildung weiter verstärkt werden. Ferner kann auch in dem Fall, bei welchem im Querschnitt orthogonal zur Fläche der Beschichtungsschicht 11 die Anzahl der Bereiche 13ab1 pro 1 µm der Beschichtungsschicht 11 in der Richtung orthogonal zur Dickenrichtung 2 bis 5 sein, der Effekt des Unterdrückens der Rissbildung weiter verbessert werden.
<Schneidwerkzeug>
Schneidwerkzeuge in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden 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 gemäß der ersten Ausführungsform 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 Abschnitt, der das Befestigen 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 Platte (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, die als Schneidkante 7 verwendbar ist, aus dem Halter 105 nach außen vorsteht. Das beschichtete Werkzeug 1 in einer der Ausführungsformen wird mit einer Befestigungsschraube 107 am Halter 105 befestigt. Konkret ist das beschichtete Werkzeug 1 am Halter 105 so anbringbar, dass die Schraubenteile miteinander in Eingriff gelangen, 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.
Beispielsweise sind Stahl und Gusseisen als Material des Halters 105 verwendbar. Von diesen Werkstoffen 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 zur Verwendung in einem Fräsvorgang anwendbar.
Das Schneidwerkzeug 101 in der obigen Ausführungsform wurde beschrieben, indem der Fall des Verwendens des beschichteten Werkzeugs 1 als Ausführungsform herangezogen wurde. Das beschichtete Werkzeug 20 in der zweiten Ausführungsform kann anstelle des beschichteten Werkzeugs 1 verwendet werden.
Die Singularformen „ein/eine/einer/eines“ und „der/die/das“ in der Gesamtheit der vorliegenden Offenbarung enthalten auch Pluralformen davon, es sei denn, es wird aus dem Kontext klar, 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:: erster Bereich
13a:: AITi-Abschnitt
13aa:: erster AlTi-Abschnitt
13aa1:: Bereich
13ab:: zweiter AlTi-Abschnitt
13ab1:: Bereich
13b:: AlCr-Abschnitt
13ba:: erster AlCr-Abschnitt
13ba1:: Bereich
13b1:: innere Seitenfläche
13b2:: äußere Seitenfläche
13b3:: Aussparungsabschnitt
13bb:: zweiter AlCr-Abschnitt
15:: zweiter Bereich
15a:: AlTi-Schicht
15b:: AlCr-Schicht
17:: Durchgangsloch
20:: beschichtetes Werkzeug
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 einen ersten Bereich, der auf dem Basiselement angeordnet ist, und einen zweiten Bereich aufweist, der auf dem ersten Bereich angeordnet ist, der erste Bereich einen AITi-Abschnitt, der Aluminium und Titan aufweist, und einen AICr-Abschnitt aufweist, der Aluminium und Chrom aufweist, und sowohl der AlTi-Abschnitt als auch der AlCr-Abschnitt mit dem Basiselement in Kontakt stehen, und der zweite Bereich eine Mehrzahl von AlTi-Schichten, die Aluminium und Titan aufweisen, und eine Mehrzahl von AlCr-Schichten aufweist, die Aluminium und Chrom aufweisen, wobei die AlTi-Schichten und die AlCr-Schichten abwechselnd übereinander angeordnet sind.
Das beschichtete Werkzeug gemäß Anspruch 1, wobei der AlTi-Abschnitt in mehreren voneinander getrennten Bereichen mit dem Basiselement in Kontakt steht.
Das beschichtete Werkzeug gemäß Anspruch 2, wobei der erste Bereich eine Mehrzahl der AlTi-Abschnitte aufweist, die voneinander getrennt angeordnet sind.
Das beschichtete Werkzeug gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der AlCr-Abschnitt in einer Mehrzahl voneinander getrennten Bereichen mit dem Basiselement in Kontakt steht.
Das beschichtetes Werkzeug gemäß Anspruch 4, wobei der erste Bereich eine Mehrzahl von AlCr-Abschnitten aufweist, die getrennt voneinander angeordnet sind.
Das beschichtete Werkzeug gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Basiselement eine erste Phase, die Wolframcarbid als eine Hauptkomponente aufweist, und eine zweite Phase aufweist, die Kobalt als eine Hauptkomponente aufweist, und sowohl der AlTi-Abschnitt als auch der AlCr-Abschnitt mit der zweiten Phase in Kontakt steht.
Das beschichtete Werkzeug gemäß Anspruch 6, wobei sowohl der AlTi-Abschnitt als auch der AICr-Abschnitt Kobalt aufweist.
Das beschichtete Werkzeug gemäß Anspruch 6, wobei der Kobaltgehalt im AlTi-Abschnitt und im AlCr-Abschnitt höher ist als der Kobaltgehalt in der Mehrzahl der AlTi-Schichten und der Mehrzahl der AlCr-Schichten.
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 8, das in der Tasche angeordnet ist.