DE112021006657T5

DE112021006657T5 - Beschichtetes werkzeug und schneidwerkzeug

Info

Publication number: DE112021006657T5
Application number: DE112021006657.9T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Mori
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2020-12-25
Filing date: 2021-12-15
Publication date: 2023-10-12
Also published as: WO2022138400A1; JPWO2022138400A1; CN116635179A; US20240043351A1

Abstract

Ein beschichtetes Werkzeug (1) gemäß der vorliegenden Offenbarung ist ein beschichtetes Werkzeug mit einem Grundkörper (10) und einer Beschichtungsschicht (20), die sich auf dem Grundkörper (10) befindet. Das beschichtete Werkzeug (1) hat eine erste Fläche (6) mit einer Spanfläche, eine zweite Fläche (7) mit einer Freifläche und eine dritte Fläche (9), die zwischen der ersten Fläche (6) und der zweiten Fläche (7) liegt und eine C-Fläche oder eine R-Fläche ist. Die Beschichtungsschicht (20) weist eine erste Beschichtungsschicht (201), die sich auf der ersten Fläche (6) befindet, und/oder eine zweite Beschichtungsschicht (202), die sich auf der zweiten Fläche (7) befindet, und eine dritte Beschichtungsschicht (203) auf, die sich auf der dritten Fläche (9) befindet. Wenn eine Wellenzahl eines maximalen Raman-Peaks der ersten Beschichtungsschicht (201) als eine erste Wellenzahl bezeichnet wird, eine Wellenzahl eines maximalen Raman-Peaks der zweiten Beschichtungsschicht (202) als eine zweite Wellenzahl bezeichnet wird und eine Wellenzahl des maximalen Raman-Peaks der dritten Beschichtungsschicht (203) als eine dritte Wellenzahl bezeichnet wird, die dritte Wellenzahl kleiner ist als die erste Wellenzahl und die zweite Wellenzahl.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein beschichtetes Werkzeug und ein Schneidwerkzeug.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Als Werkzeug für die spanabhebende Bearbeitung, wie z.B. die Drehbearbeitung oder die Fräsbearbeitung, ist ein beschichtetes Werkzeug bekannt, bei dem eine Fläche eines Grundkörpers aus Hartmetall, Cermet, Keramik oder ähnlichem mit einer Beschichtungsschicht beschichtet ist, um die Verschleißfestigkeit usw. zu verbessern (siehe Patentdokument 1). Es ist ein beschichtetes Werkzeug bekannt, bei dem ein Teil der Beschichtungsschicht entfernt ist, um einen Teil des Grundkörpers freizulegen (siehe Patentdokument 2).
ZITATLISTE
PATENTLITERATUR

Patentdokument 1: JP 2002-3284 A
Patentdokument 2: JP 4500810 B

KURZERLÄUTERUNG
Ein beschichtetes Werkzeug gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein beschichtetes Werkzeug mit einem Grundkörper und einer auf dem Grundkörper angeordneten Beschichtungsschicht. Das beschichtete Werkzeug hat eine erste Fläche mit einer Spanfläche, eine zweite Fläche mit einer Freifläche und eine dritte Fläche, die zwischen der ersten Fläche und der zweiten Fläche angeordnet ist und eine C-Fläche oder eine R-Fläche ist. Die Beschichtungsschicht weist eine erste Beschichtungsschicht, die auf der ersten Fläche angeordnet ist, und/oder eine zweite Beschichtungsschicht, die auf der zweiten Fläche angeordnet ist, und eine dritte Beschichtungsschicht auf, die auf der dritten Fläche angeordnet ist. Wenn eine Wellenzahl eines maximalen Raman-Peaks der ersten Beschichtungsschicht als eine erste Wellenzahl bezeichnet wird, eine Wellenzahl eines maximalen Raman-Peaks der zweiten Beschichtungsschicht als eine zweite Wellenzahl bezeichnet wird und eine Wellenzahl eines maximalen Raman-Peaks der dritten Beschichtungsschicht als eine dritte Wellenzahl bezeichnet wird, ist die dritte Wellenzahl kleiner als die erste Wellenzahl und die zweite Wellenzahl.
Ein Schneidwerkzeug gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist einen Halter, der die Form eines Stabes hat und an einem seiner Endabschnitte eine Tasche aufweist, und das beschichtete Werkzeug auf, das in der Tasche angeordnet ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für ein beschichtetes Werkzeug gemäß einer Ausführungsform zeigt.
2 ist eine Seitenschnittansicht, die das Beispiel des beschichteten Werkzeugs gemäß der Ausführungsform zeigt.
3 ist eine schematische vergrößerte Ansicht eines in 2 dargestellten III-Abschnitts.
4 ist eine schematische vergrößerte Ansicht eines in 3 dargestellten IV-Abschnitts.
5 ist eine schematische vergrößerte Ansicht eines in 4 dargestellten V-Abschnitts.
6 ist eine Vorderansicht, die ein Beispiel für ein Schneidwerkzeug gemäß der Ausführungsform zeigt.
7 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis der Raman-spektroskopischen Analyse eines beschichteten Werkzeugs gemäß einem Beispiel zeigt.
8 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis der Raman-spektroskopischen Analyse eines beschichteten Werkzeugs gemäß Vergleichsbeispiel 1 zeigt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es folgt eine detaillierte Beschreibung eines beschichteten Werkzeugs und eines Schneidwerkzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung (im Folgenden als „Ausführungsformen“ bezeichnet) unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es ist zu beachten, dass das beschichtete Werkzeug und das Schneidwerkzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht durch die Ausführungsformen beschränkt sind. Darüber hinaus können die Ausführungsformen in geeigneter Weise kombiniert werden, so dass sie sich in Bezug auf den Verarbeitungsinhalt nicht widersprechen. In den folgenden Ausführungsformen werden gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und überlappende Erläuterungen werden ausgelassen.
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen können Ausdrücke wie „konstant“, „orthogonal“, „vertikal“ und „parallel“ verwendet werden, aber diese Ausdrücke müssen nicht exakt „konstant“, „orthogonal“, „vertikal“ und „parallel“ bedeuten. Mit anderen Worten lässt jeder der oben beschriebenen Ausdrücke Abweichungen zu, z.B. bei der Fertigungsgenauigkeit, der Positioniergenauigkeit und dergleichen.
Es ist ein beschichtetes Werkzeug bekannt, bei dem eine Oberfläche eines Grundkörpers aus Hartmetall, Cermet, Keramik oder ähnlichem mit einer Beschichtungsschicht überzogen ist, um die Verschleißfestigkeit usw. zu verbessern. Beschichtete Werkzeuge dieser Art sind im Hinblick auf die Erhöhung der Haltbarkeit noch verbesserungsfähig.
Beschichtetes Werkzeug
1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für ein beschichtetes Werkzeug gemäß einer Ausführungsform zeigt. Wie in 1 dargestellt, weist ein beschichtetes Werkzeug 1 gemäß der Ausführungsform einen Spitzenkörper 2 und einen Schneidkantenabschnitt 3 auf. Das beschichtete Werkzeug 1 gemäß der Ausführungsform hat beispielsweise eine hexaedrische Form, bei der die Formen einer oberen Fläche und einer unteren Fläche (Flächen, die die in 1 dargestellte Z-Achse schneiden) Parallelogramme sind.
Spitzenkörper 2
Der Spitzenkörper 2 ist z.B. aus Hartmetall gebildet. Das Hartmetall enthält Wolfram (W), insbesondere Wolframkarbid (WC). Das Hartmetall kann Nickel (Ni) und/oder Kobalt (Co) enthalten. Der Spitzenkörper 2 kann aus einem Cermet gebildet sein. Das Cermet enthält z.B. Titan (Ti), insbesondere Titancarbid (TiC) oder Titannitrid (TiN). Das Cermet kann auch Ni oder Co enthalten.
Ein Sitz 4 zur Befestigung des Schneidkantenabschnitts 3 ist in einem Eckabschnitt des Spitzenkörpers 2 angeordnet. Darüber hinaus ist im mittleren Teil des Spitzenkörpers 2 ein Durchgangsloch 5 angeordnet, das den Spitzenkörper 2 vertikal durchdringt. In das Durchgangsloch 5 ist eine Schraube 75 zur Befestigung des beschichteten Werkzeugs 1 an einem später beschriebenen Halter 70 eingesetzt (siehe 6).
Schneidkantenabschnitt 3
Der Schneidkantenabschnitt 3 ist in den Spitzenkörper 2 integriert, indem er am Sitz 4 des Spitzenkörpers 2 befestigt ist.
Der Schneidkantenabschnitt 3 hat eine erste Fläche 6 (hier eine obere Fläche) und eine zweite Fläche 7 (hier eine Seitenfläche), die mit der ersten Fläche 6 verbunden ist. In der Ausführungsform wirkt die erste Fläche 6 als eine „Spanfläche“ zum Aufnehmen der beim Schneiden anfallenden Späne und wirkt die zweite Fläche 7 als eine „Freifläche“. Eine Schneidkante 8 ist zumindest an einem Teil einer Kammlinie angeordnet, an welcher sich die zweite Fläche 6 und die dritte Fläche 7 schneiden. Das beschichtete Werkzeug 1 ist eingerichtet, um ein Arbeitsmaterial zu schneiden, indem es die Schneidkante 8 in Kontakt mit dem Arbeitsmaterial bringt.
Die Konfiguration des Schneidkantenabschnitts 3 wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 ist eine Seitenschnittansicht, die ein Beispiel für das beschichtete Werkzeug 1 gemäß der Ausführungsform zeigt. Wie in 2 dargestellt, hat der Schneidkantenabschnitt 3 einen Grundkörper 10 und eine Beschichtungsschicht 20.
Grundkörper 10
Der Grundkörper 10 enthält eine Mehrzahl von Bornitridpartikel. In der Ausführungsform ist der Grundkörper 10 ein gesinterter Kompaktkörper aus kubischem Bornitrid (cBN) und ist aus einem gesinterten Kompaktkörper aus Bornitrid gebildet, der eine Mehrzahl von Partikeln aus kubischem Bornitrid enthält. Der Grundkörper 10 kann eine Bindephase aufweisen, die TiN, AI, Al₂O₃, usw. unter der Mehrzahl von Bornitridpartikel enthält. Die Mehrzahl der Bornitridpartikel sind durch eine solche Bindephase fest miteinander verbunden. Es ist zu beachten, dass der Grundkörper 10 nicht notwendigerweise eine Bindephase aufweist.
Die Schneidkante 8 hat eine dritte Fläche 9, die mit der ersten Fläche 6 und der zweiten Fläche 7 verbunden ist. Die dritte Fläche 9 ist beispielsweise eine C-Fläche (abgeschrägte Fläche bzw. Fasenfläche), die durch schräges und lineares Schneiden eines Eckabschnitts zwischen der ersten Fläche 6 und der zweiten Fläche 7 erhalten wird. Die dritte Fläche 9 ist nicht darauf beschränkt und kann eine R-Fläche (runde Fläche) sein, die durch Runden des Eckabschnitts zwischen der ersten Fläche 6 und der zweiten Fläche 7 entsteht.
An der unteren Fläche des Grundkörpers 10 kann ein Substrat 30, z.B. aus Hartmetall oder Cermet, angeordnet sein. In diesem Fall ist der Grundkörper 10 über das Substrat 30 und ein Verbindungsmaterial 40 mit dem Sitz 4 des Spitzenkörpers 2 verbunden. Bei dem Verbindungsmaterial 40 handelt es sich z.B. um ein Lot. In einem anderen Bereich als dem Sitz 4 des Spitzenkörpers 2 kann der Grundkörper 10 über das Verbindungsmaterial 40 mit dem Spitzenkörper 2 verbunden sein.
Beschichtungsschicht 20
Der Grundkörper 10 ist mit der Beschichtungsschicht 20 zu dem Zweck beschichtet, um z.B. die Verschleißfestigkeit, die Hitzebeständigkeit usw. des Schneidkantenabschnitts 3 zu verbessern. In dem Beispiel in 2 ist die Beschichtungsschicht 20 sowohl auf dem Spitzenkörper 2 als auch auf dem Schneidkantenabschnitt 3 angeordnet, jedoch kann die Beschichtungsschicht 20 zumindest auf dem Grundkörper 10 angeordnet sein. Wenn die Beschichtungsschicht 20 auf der Seitenfläche des Grundkörpers 10 angeordnet ist, die zur zweiten Fläche 7 des Schneidkantenabschnitts 3 korrespondiert, sind die Verschleißfestigkeit und die Wärmebeständigkeit der zweiten Fläche 7 hoch.
Die Beschichtungsschicht 20 weist eine dritte Beschichtungsschicht auf, die auf der dritten Fläche 9 angeordnet ist. Die Beschichtungsschicht 20 weist eine erste Beschichtungsschicht, die auf der ersten Fläche 6 angeordnet ist, und/oder eine zweite Beschichtungsschicht auf, die auf der zweiten Fläche 7 angeordnet ist. Die Beschichtungsschicht 20 kann sowohl die erste Beschichtungsschicht als auch die zweite Beschichtungsschicht aufweisen.
3 ist eine schematische vergrößerte Ansicht eines in 2 dargestellten III-Abschnitts. In dem in den 2 und 3 gezeigten Beispiel weisen die Beschichtungsschicht 20 die zweite Beschichtungsschicht und die dritte Beschichtungsschicht und nicht die erste Beschichtungsschicht auf. Wie in 3 dargestellt, weist die Beschichtungsschicht 20 eine zweite Beschichtungsschicht 202, die auf der zweiten Fläche 7 angeordnet ist, und eine dritte Beschichtungsschicht 203 auf, die auf der dritten Fläche 9 angoerdnet ist. Es ist zu beachten, dass eine Grenzlinie zwischen der zweiten Beschichtungsschicht 202 und der dritten Beschichtungsschicht 203 beispielsweise durch eine virtuelle Linie L definiert werden kann, die sich von einer Grenze zwischen der zweiten Fläche 7 und der dritten Fläche 9 parallel zur ersten Fläche 6 erstreckt.
Hier wird eine Wellenzahl eines maximalen Raman-Peaks der zweiten Beschichtungsschicht 202 als eine zweite Wellenzahl bezeichnet und wird eine Wellenzahl eines maximalen Raman-Peaks der dritten Beschichtungsschicht 203 als eine dritte Wellenzahl bezeichnet. Die „Wellenzahl des maximalen Raman-Peaks“ betrifft eine Wellenzahl, bei der die Streuintensität in einem Raman-Spektrum, das durch Bestrahlung einer Oberfläche der Beschichtungsschicht 20 (hier der zweiten Beschichtungsschicht 202 oder der dritten Beschichtungsschicht 203) mit Laserlicht erhalten wird, einen Maximalwert erreicht.
Im Allgemeinen, wenn Eigenspannungen in einer Beschichtungsschicht vorliegen, ist der maximale Raman-Peak einer Beschichtungsschicht im Vergleich zum maximalen Raman-Peak bei Nichtvorhandensein von Eigenspannungen zu einer Seite mit hoher Wellenzahl verschoben. Deshalb, je kleiner die Wellenzahl des maximalen Raman-Peaks ist, desto geringer ist daher die Eigenspannung. Je kleiner die Eigenspannung ist, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Beschichtungsschicht ablöst oder reißt.
Im Allgemeinen ist bei einem beschichteten Werkzeug, bei dem die gesamte Oberfläche des Grundkörpers mit einer Beschichtungsschicht bedeckt ist, die Beschichtungsschicht auf der dritten Fläche 9, die an dem Eckabschnitt angeordnet ist, dicker als die Beschichtungsschichten auf der ersten Fläche 6 und der zweiten Fläche 7. In dieser Form ist die Wellenzahl des maximalen Raman-Peaks der Beschichtungsschicht auf der dritten Fläche 9 größer als die Wellenzahlen der maximalen Raman-Peaks auf der ersten Fläche 6 und der zweiten Fläche 7. Das heißt, die Eigenspannung der Beschichtungsschicht auf der dritten Fläche ist größer als die Eigenspannung der Beschichtungsschichten auf der ersten Fläche 6 und der zweiten Fläche 7. Daher bricht die Beschichtungsschicht auf der dritten Fläche 9 leicht.
Im Gegensatz dazu ist bei dem beschichteten Werkzeug 1 gemäß der Ausführungsform die dritte Wellenzahl, die die Wellenzahl des maximalen Raman-Peaks der dritten Beschichtungsschicht 203 ist, kleiner als die zweite Wellenzahl, die die Wellenzahl des maximalen Raman-Peaks der zweiten Beschichtungsschicht 202 ist. Die dritte Beschichtungsschicht 203 weist eine geringere Eigenspannung auf und ist im Vergleich zur zweiten Beschichtungsschicht 202 weniger anfällig für Ablösungen oder Risse. Daher hat das beschichtete Werkzeug 1 mit der dritten Beschichtungsschicht 203 eine hohe Haltbarkeit.
Die dritte Wellenzahl kann um 1 cm^-1 oder mehr kleiner als die zweite Wellenzahl sein. Die dritte Wellenzahl kann um 3 cm^-1 oder mehr kleiner sein als die zweite Wellenzahl. Dadurch kann die Haltbarkeit des beschichteten Werkzeugs 1 weiter verbessert werden. Es ist zu beachten, dass in einer solchen Form die Dicke der Beschichtungsschicht auf der dritten Fläche 9 dünner sein kann als die Dicken der Beschichtungsschichten auf der ersten Fläche 6 und der zweiten Fläche 7.
Wie in 3 gezeigt, kann bei dem beschichteten Werkzeug 1 gemäß der Ausführungsform der Grundkörper 10 auf der ersten Fläche 6 freigelegt sein. Mit anderen Worten muss die Beschichtungsschicht 20 nicht auf der ersten Fläche 6 vorhanden sein. Bei dem beschichteten Werkzeug 1 gemäß der in 3 dargestellten Ausführungsform befindet sich die Beschichtungsschicht 20 auf der zweiten Fläche 7 und der dritten Fläche 9.
Als ein Ergebnis intensiver Untersuchungen haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung festgestellt, dass die Bruchfestigkeit des beschichteten Werkzeugs 1 verbessert wird, wenn die Beschichtungsschicht 20 nicht auf der ersten Fläche 6 vorgesehen ist, verglichen mit einem Fall, in dem die Beschichtungsschicht 20 auf der ersten Fläche 6 vorgesehen ist, die zur Spanfläche korrespondiert. Der Grund hierfür wird darin gesehen, dass beispielsweise bei einem Bruch der Beschichtungsschicht 20 der gesamte Grundkörper 10 als Grundmaterial beschädigt wird.
Daher ist bei dem beschichteten Werkzeug 1 gemäß dieser Ausführungsform die erste Fläche 6, die zur Spanfläche korrespondiert, frei, während die zweite Fläche 7, die zur Freifläche korrespondiert, und die dritte Fläche 9, die zur Schneidkante 8 korrespondiert, mit der Beschichtungsschicht 20 bedeckt sind. Das beschichtete Werkzeug 1 mit einer derartigen Konfiguration hat eine hohe Bruchfestigkeit.
Das beschichtete Werkzeug 1 gemäß der Ausführungsform hat die Beschichtungsschicht 20 auf der zweiten Fläche 7, die zur Freifläche korrespondiert, und auf der dritten Fläche 9, die zur Schneidkante 8 korrespondiert. Das beschichtete Werkzeug 1 mit einer derartigen Konfiguration weist eine hohe Verschleißfestigkeit und eine hohe Wärmebeständigkeit auf. Es ist zu beachten, dass das beschichtete Werkzeug 1 die Beschichtungsschicht 20 zumindest auf der zweiten Fläche 7 aufweisen kann.
Die Dicke der Beschichtungsschicht 20 (dritte Beschichtungsschicht 203) auf der dritten Fläche 9 kann dünner sein als die Dicke der Beschichtungsschicht 20 (dritte Beschichtungsschicht 203) auf der zweiten Fläche 7. Wenn die Dicke der Beschichtungsschicht 20 auf der zweiten Fläche 7 dünn ist, wird eine Beschädigung der Gesamtheit des Grundkörpers 10 beim Brechen der Beschichtungsschicht 20 verhindert. Daher hat das beschichtete Werkzeug 1 mit einer solchen Konfiguration eine höhere Bruchfestigkeit. Zum Beispiel kann die Dicke der Beschichtungsschicht 20 auf der zweiten Fläche 7 0,5 µm oder mehr und 5,0 µm oder weniger betragen. Die Dicke der Beschichtungsschicht 20 auf der dritten Fläche 9 kann 0,01 µm oder mehr und weniger als 5,0 µm betragen.
Es ist zu beachten, dass die „Dicke der Beschichtungsschicht 20 auf der zweiten Fläche 7 0,5 µm oder mehr und 5,0 µm oder weniger (0,01 µm oder mehr und weniger als 5,0 µm)“ bedeutet, dass sowohl der Minimalwert als auch der Maximalwert der Dicke der Beschichtungsschicht 20 auf der zweiten Fläche 7 in den Bereich von 0,5 µm oder mehr und 5,0 µm oder weniger (0,01 µm oder mehr und weniger als 5,0 µm) fallen.
Die Dicke der Beschichtungsschicht 20 auf der dritten Fläche 9 kann in einem Bereich nahe der ersten Fläche 6 dünner sein als in einem Bereich nahe der zweiten Fläche 7. Beispielsweise kann die Dicke der Beschichtungsschicht 20, die auf der dritten Fläche 9 angoerdnet ist, von der ersten Fläche 6 zur zweiten Fläche 7 hin allmählich dicker werden. Das beschichtete Werkzeug 1 mit einer derartigen Konfiguration hat ein günstiges Gleichgewicht zwischen Bruchfestigkeit, Verschleißfestigkeit und Wärmebeständigkeit.
Obwohl hier das Beispiel beschrieben wurde, in dem der Grundkörper 10 auf der ersten Fläche 6 freiliegt, kann die erste Fläche 6 auch mit der Beschichtungsschicht 20 bedeckt sein. Mit anderen Worten kann die Beschichtungsschicht 20 die erste Fläche 6, die zweite Fläche 7 und die dritte Fläche 9 bedecken.
Wenn ein Teil der Beschichtungsschicht 20, der auf der ersten Fläche 6 angeordnet ist, als erste Beschichtungsschicht bezeichnet wird und eine Wellenzahl eines maximalen Raman-Peaks der ersten Beschichtungsschicht als eine erste Wellenzahl bezeichnet wird, kann die dritte Wellenzahl um 1 cm^-1 oder mehr kleiner als die erste Wellenzahl und die zweite Wellenzahl sein. In diesem Fall kann die Haltbarkeit des beschichteten Werkzeugs 1 verbessert sein. Die dritte Wellenzahl kann auch um 3 cm^-1 oder mehr kleiner sein als die erste Wellenzahl und die zweite Wellenzahl. In diesem Fall kann die Haltbarkeit des beschichteten Werkzeugs 1 weiter verbessert werden.
Die Beschichtungsschicht 20 kann die erste Fläche 6 und die dritte Fläche 9 bedecken. Das heißt, der Grundkörper 10 kann auf der zweiten Fläche 7 freigelegt sein.
Um die Beschichtungsschicht in einer solchen Form auszubilden, kann z.B., wenn die Beschichtungsschicht nicht auf der ersten Fläche 6 oder der zweiten Fläche 7 vorgesehen ist, eine Maskierung oder ähnliches auf der ersten Fläche 6 oder der zweiten Fläche 7 durchgeführt werden, so dass der Grundkörper 10 auf der ersten Fläche 6 oder der zweiten Fläche 7 freigelegt wird. Nach dem Formen der Beschichtungsschicht auf der ersten Fläche 6, der zweiten Fläche 7 und der dritten Fläche kann die auf der ersten Fläche 6 oder der zweiten Fläche 7 aufgebrachte Beschichtungsschicht entfernt werden.
Die Beschichtungsschicht auf der dritten Fläche 9 kann durch Verwendung einer Abschirmplatte oder dergleichen dünner als die anderen Flächen ausgebildet werden. Nach dem Formen der Beschichtungsschicht auf der dritten Fläche 9 kann ein Teil der Beschichtungsschicht entfernt werden, um die Beschichtungsschicht auf der dritten Fläche 9 dünner als die Beschichtungsschicht auf den anderen Flächen zu machen.
Obwohl das Beispiel, in dem die Dicke der dritten Beschichtungsschicht 203 dünner als die Dicke der zweiten Beschichtungsschicht 202 ist, hier beschrieben wurde, kann die Dicke der dritten Beschichtungsschicht 203 die gleiche wie die Dicke der zweiten Beschichtungsschicht 202 sein. In diesem Fall kann, um die dritte Wellenzahl kleiner als die erste und die zweite Wellenzahl zu machen, zum Beispiel durch Änderung der Zusammensetzung der Beschichtungsschicht, ein Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der dritten Beschichtungsschicht und dem Grundkörper 10 kleiner gemacht werden als ein Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der ersten Beschichtungsschicht 201 und der zweiten Beschichtungsschicht 202 und dem Grundkörper 10.
Spezifische Konfiguration der Beschichtungsschicht 20
Eine spezifische Konfiguration der Beschichtungsschicht 20 wird unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. 4 ist eine schematische vergrößerte Ansicht eines in 3 dargestellten IV-Abschnitts.
Wie in 4 dargestellt, weist die Beschichtungsschicht 20 zumindest eine Hartschicht 21 auf. Die Hartschicht 21 kann eine oder mehrere Metallnitridschichten aufweisen. Die Hartschicht 21 ist eine Schicht mit hervorragender Verschleißfestigkeit im Vergleich zu einer Metallschicht 22. Die Hartschicht 21 kann aus einer einzigen Schicht gebildet sein. Wie in 4 dargestellt, kann eine Mehrzahl von Metallnitridschichten übereinander angeordnet sein. Außerdem kann die Hartschicht 21 einen Laminatabschnitt 23, in dem mehrere Metallnitridschichten geschichtet sind, und eine dritte Metallnitridschicht 24 aufweisen, die sich über dem Laminatabschnitt 23 befindet. Die Konfiguration der Hartschicht 21 wird später beschrieben.
Metallschicht 22
Die Beschichtungsschicht 20 kann auch eine Metallschicht 22 aufweisen. Die Metallschicht 22 ist zwischen dem Grundkörper 10 und der Hartschicht 21 angeordnet. Insbesondere hat die Metallschicht 22 eine Oberfläche (hier eine untere Oberfläche), die mit der oberen Oberfläche des Grundkörpers 10 in Kontakt ist, und hat eine andere Oberfläche (hier eine obere Oberfläche), die mit der unteren Oberfläche der Hartschicht 21 in Kontakt ist.
Die Metallschicht 22 hat eine höhere Adhäsion zum Grundkörper 10 als zur Hartschicht 21. Beispiele für Metallelemente mit solchen Eigenschaften sind Zr, V, Cr, W, Al, Si und Y. Die Metallschicht 22 enthält zumindest ein Metallelement aus den oben beschriebenen Metallelementen.
Man beachte, dass eine einfache Substanz aus Ti, eine einfache Substanz aus Zr, eine einfache Substanz aus V, eine einfache Substanz aus Cr und eine einfache Substanz aus Al nicht als Metallschicht 22 verwendet werden. Sie sind für die Verwendung in Schneidwerkzeugen nicht geeignet, da alle diese Materialien einen niedrigen Schmelzpunkt und eine geringe Oxidationsbeständigkeit haben. Darüber hinaus haben eine einfache Substanz aus Hf, eine einfache Substanz aus Nb, eine einfache Substanz aus Ta und eine einfache Substanz aus Mo eine geringe Haftung auf dem Grundkörper 10. Dies gilt jedoch nicht für Legierungen, die Ti, Zr, V, Cr, Ta, Nb, Hf und Al enthalten.
Die Metallschicht 22 kann eine Al-Cr-Legierungsschicht sein, die eine Al-Cr-Legierung enthält. Da die Metallschicht 22 eine besonders hohe Adhäsion zum Grundkörper 10 hat, ist der Effekt der Verbesserung der Adhäsion zwischen dem Grundkörper 10 und der Beschichtungsschicht 20 hoch.
Wenn die Metallschicht 22 eine Al-Cr-Legierungsschicht ist, kann der Al-Gehalt in der Metallschicht 22 größer sein als der Cr-Gehalt in der Metallschicht 22. Zum Beispiel kann das Zusammensetzungsverhältnis (Atom-%) von Al und Cr in der Metallschicht 22 70:30 betragen. Bei einem solchen Zusammensetzungsverhältnis ist die Haftung zwischen dem Grundkörper 10 und der Metallschicht 22 höher.
Die Metallschicht 22 kann auch andere Bestandteile als die Metallelemente (Zr, V, Cr, W, Al, Si, Y) enthalten. Unter dem Gesichtspunkt der Haftung auf dem Grundkörper 10 kann die Metallschicht 22 jedoch zumindest 95 Atom-% oder mehr der Metallelemente in einer kombinierten Menge enthalten. Vorzugsweise kann die Metallschicht 22 98 Atom-% oder mehr der Metallelemente in einer kombinierten Menge enthalten. Wenn es sich bei der Metallschicht 22 beispielsweise um eine Al-Cr-Legierungsschicht handelt, kann die Metallschicht 22 zumindest 95 Atom-% oder mehr an Al und Cr in einer kombinierten Menge enthalten. Darüber hinaus kann die Metallschicht 22 zumindest 98 Atom-% oder mehr an Al und Cr in einer kombinierten Menge enthalten. Der Anteil der Metallkomponenten in der Metallschicht 22 kann z.B. durch Analyse mit einem energiedispersiven Röntgenspektrometer (EDS) ermittelt werden.
Weiter, da Ti eine schlechte Benetzbarkeit mit dem Grundkörper 10 gemäß der Ausführungsform hat, ist es außerdem vorzuziehen, dass die Metallschicht 22 unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der Haftung mit dem Grundkörper 10 so wenig Ti wie möglich enthält. Insbesondere kann der Ti-Gehalt in der Metallschicht 22 15 Atom-% oder weniger betragen.
Wie oben beschrieben, ist es bei dem beschichteten Werkzeug 1 gemäß der Ausführungsform möglich, die Haftung zwischen dem Grundkörper 10 und der Beschichtungsschicht 20 zu verbessern, indem die Metallschicht 22 eine höhere Benetzbarkeit mit dem Grundkörper 10 hat als die Hartschicht 21 zwischen dem Grundkörper 10 und der Hartschicht 21. Da die Metallschicht 22 eine hohe Adhäsion an der Hartschicht 21 hat, ist es weniger wahrscheinlich, dass sich die Hartschicht 21 von der Metallschicht 22 ablöst.
Das als Grundkörper 10 verwendete cBN ist ein Isolator. Das cBN als Isolator hat Raum für Verbesserungen bei der Haftung mit einer Schicht, die durch ein physikalisches Gasphasenabscheidungsverfahren (PVD) gebildet wird. Im Gegensatz dazu ist bei dem beschichteten Werkzeug 1 gemäß der Ausführungsform die Metallschicht 22 mit elektrischer Leitfähigkeit auf der Oberfläche des Grundkörpers 10 vorgesehen, so dass die Haftung zwischen der durch PVD gebildeten Hartschicht 21 und der Metallschicht 22 hoch ist.
Hartschicht 21
Die Konfiguration der Hartschicht 21 wird unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 ist eine schematische vergrößerte Ansicht eines in 4 dargestellten V-Abschnitts.
Wie in 5 dargestellt, weist die Hartschicht 21 einen Laminatabschnitt 23 auf der Metallschicht 22 und eine dritte Metallnitridschicht 24 auf dem Laminatabschnitt 23 auf.
Der Laminatabschnitt 23 weist eine Mehrzahl von ersten Metallnitridschichten 23a und eine Mehrzahl von zweiten Metallnitridschichten 23b auf. Der Laminatabschnitt 23 hat eine Konfiguration, in der die ersten Metallnitridschichten 23a und die zweiten Metallnitridschichten 23b abwechselnd geschichtet sind.
Die Dicke der ersten Metallnitridschicht 23a und der zweiten Metallnitridschicht 23b kann jeweils 50 nm oder weniger betragen. Dadurch, dass die erste Metallnitridschicht 23a und die zweite Metallnitridschicht 23b dünn ausgebildet werden, ist die Eigenspannung der ersten Metallnitridschicht 23a und der zweiten Metallnitridschicht 23b gering. Infolgedessen ist es zum Beispiel weniger wahrscheinlich, dass sich die erste Metallnitridschicht 23a und die zweite Metallnitridschicht 23b ablösen und reißen, so dass die Haltbarkeit der Beschichtungsschicht 20 hoch ist.
Die erste Metallnitridschicht 23a ist eine Schicht, die die Metallschicht 22 berührt, und die zweite Metallnitridschicht 23b ist auf der ersten Metallnitridschicht 23a ausgebildet.
Die erste Metallnitridschicht 23a und die zweite Metallnitridschicht 23b können ein in der Metallschicht 22 enthaltenes Metall enthalten.
Es wird zum Beispiel angenommen, dass die Metallschicht 22 zwei Arten von Metallen (hier „erstes Metall“ und „zweites Metall“) enthält. In diesem Fall enthält die erste Metallnitridschicht 23a ein Nitrid aus dem ersten Metall und dem dritten Metall. Das dritte Metall ist ein Metall, das nicht in der Metallschicht 22 enthalten ist. Die zweite Metallnitridschicht 23b enthält ein Nitrid des ersten Metalls und des zweiten Metalls.
In dieser Ausführungsform kann die Metallschicht 22 beispielsweise Al und Cr enthalten. In diesem Fall kann die erste Metallnitridschicht 23a Al enthalten. Insbesondere kann die erste Metallnitridschicht 23a eine AlTiN-Schicht sein, die AlTiN enthält, ein Nitrid aus Al und Ti. Die zweite Metallnitridschicht 23b kann eine AlCrN-Schicht sein, die AlCrN enthält, ein Nitrid von Al und Cr.
Auf diese Weise ist die erste Metallnitridschicht 23a, die das in der Metallschicht 22 enthaltene Metall enthält, auf der Metallschicht 22 angeordnet, so dass die Haftung zwischen der Metallschicht 22 und der Hartschicht 21 hoch ist. Dies erschwert ein Ablösen der Hartschicht 21 von der Metallschicht 22, so dass die Haltbarkeit der Beschichtungsschicht 20 hoch ist.
Die erste Metallnitridschicht 23a, d.h. die AlTiN-Schicht, weist neben der oben beschriebenen Haftung an der Metallschicht 22 auch hervorragende Eigenschaften auf, z.B. in Bezug auf die Verschleißfestigkeit. Die zweite Metallnitridschicht 23b, d.h. die AICrN-Schicht, hat beispielsweise eine ausgezeichnete Hitze- und Oxidationsbeständigkeit. Auf diese Weise enthält die Beschichtungsschicht 20 die erste Metallnitridschicht 23a und die zweite Metallnitridschicht 23b mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, so dass Eigenschaften wie Verschleißfestigkeit und Wärmebeständigkeit der Hartschicht 21 gesteuert werden können. Dementsprechend kann die Standzeit des beschichteten Werkzeugs 1 verlängert werden. Beispielsweise können bei der Hartschicht 21 gemäß dieser Ausführungsform die mechanischen Eigenschaften wie die Haftung mit der Metallschicht 22 und die Verschleißfestigkeit verbessert werden, während die ausgezeichnete Wärmebeständigkeit von AlCrN erhalten bleibt.
Es ist zu beachten, dass der Laminatabschnitt 23 z.B. durch ein Lichtbogenlonenplattierungsverfahren (AIP-Verfahren) gebildet werden kann. Das AIP-Verfahren ist ein Verfahren, bei dem Target-Metalle (hier ein AITi-Target und ein AlCr-Target) mit Hilfe einer Bogenentladung in einer Vakuumatmosphäre verdampft und mit N₂ Gas kombiniert werden, um metallische Nitride (hier AlTiN und AlCrN) zu bilden. Die Metallschicht 22 kann auch nach dem AIP-Verfahren hergestellt werden.
Die dritte Metallnitridschicht 24 kann auf dem Laminatabschnitt 23 angeordnet sein. Insbesondere steht die dritte Metallnitridschicht 24 in Kontakt mit der zweiten Metallnitridschicht 23b des Laminatabschnitts 23. Die dritte Metallnitridschicht 24 ist beispielsweise eine Metallnitridschicht (AlTiN-Schicht), die ähnlich wie die erste Metallnitridschicht 23a Ti und Al enthält.
Die Dicke der dritten Metallnitridschicht 24 kann größer sein als eine jede Dicke der ersten Metallnitridschicht 23a und der zweiten Metallnitridschicht 23b. Insbesondere, wie oben beschrieben, wenn die Dicke der ersten Metallnitridschicht 23a und der zweiten Metallnitridschicht 23b 50 nm oder weniger beträgt, kann die Dicke der dritten Metallnitridschicht 24 1 µm oder mehr betragen. Beispielsweise kann die Dicke der dritten Metallnitridschicht 24 1,2 µm betragen.
Als ein Ergebnis, wenn der Reibungskoeffizient der dritten Metallnitridschicht 24 niedrig ist, kann die Anschweißfestigkeit des beschichteten Werkzeugs 1 verbessert werden. Darüber hinaus kann beispielsweise bei einer hohen Härte der dritten Metallnitridschicht 24 die Verschleißfestigkeit des beschichteten Werkzeugs 1 verbessert werden. Darüber hinaus kann die Oxidationsbeständigkeit des beschichteten Werkzeugs 1 verbessert werden, wenn beispielsweise die Oxidationsstarttemperatur der dritten Metallnitridschicht 24 hoch ist.
Die Dicke der dritten Metallnitridschicht 24 kann größer sein als die Dicke des Laminatabschnitts 23. Insbesondere kann in der Ausführungsform, wenn die Dicke des Laminatabschnitts 23 0,5 µm oder weniger beträgt, die Dicke der dritten Metallnitridschicht 24 1 µm oder mehr betragen. Wenn beispielsweise die Dicke des Laminatabschnitts 23 0,3 µm beträgt, kann die Dicke der dritten Metallnitridschicht 24 1,2 µm betragen. Auf diese Weise ist die dritte Metallnitridschicht 24 dicker als der Laminatabschnitt 23, wodurch der oben beschriebene Effekt der Verbesserung des Anschweißwiderstands, der Verschleißfestigkeit usw. weiter verstärkt wird.
Die Dicke der Metallschicht 22 kann z.B. 0,1 µm oder mehr und weniger als 0,6 µm betragen. Das heißt, die Metallschicht 22 kann dicker sein als eine jede der ersten Metallnitridschicht 23a und der zweiten Metallnitridschicht 23b und kann dünner sein als der Laminatabschnitt 23.
Schneidwerkzeug
Eine Konfiguration eines Schneidwerkzeugs, das das oben beschriebene beschichtete Werkzeug 1 aufweist, wird unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 ist eine Vorderansicht, die ein Beispiel für ein Schneidwerkzeug gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
Wie in 6 dargestellt, weist ein Schneidwerkzeug 100 gemäß der Ausführungsform das beschichtete Werkzeug 1 und einen Halter 70 zur Befestigung des beschichteten Werkzeugs 1 auf.
Der Halter 70 ist ein stabförmiges Element, das sich von einem ersten Ende (oberes Ende in 6) zu einem zweiten Ende (unteres Ende in 6) erstreckt. Der Halter 70 ist beispielsweise aus Stahl oder Gusseisen gefertigt. Insbesondere ist es vorzuziehen, unter diesen Elementen Stahl mit hoher Zähigkeit zu verwenden.
Der Halter 70 hat an einem Endabschnitt an der ersten Endseite eine Tasche 73. Die Tasche 73 ist ein Abschnitt, in dem das beschichtete Werkzeug 1 montiert ist, und hat eine Sitzfläche, die sich mit der Rotationsrichtung des Werkstücks schneidet, und hat eine Verbindung-Seitenfläche, die in Bezug auf die Sitzfläche geneigt ist. An der Sitzfläche ist ein Schraubenloch vorgesehen, in das eine später beschriebene Schraube 75 eingeschraubt wird.
Das beschichtete Werkzeug 1 ist in der Tasche 73 des Halters 70 angeordnet und ist mit der Schraube 75 am Halter 70 befestigt. Das heißt, die Schraube 75 wird in das Durchgangsloch 5 des beschichteten Werkzeugs 1 eingesetzt, und das Spitzenende der Schraube 75 wird in das Schraubenloch eingesetzt, das in der Sitzfläche der Tasche 73 ausgebildet ist, und die Schraubenabschnitte werden zusammengeschraubt. Auf diese Weise wird das beschichtete Werkzeug 1 so an dem Halter 70 befestigt, dass die Schneidkante 8 (siehe 1) aus dem Halter 70 vorsteht.
In dieser Ausführungsform wird ein Schneidwerkzeug für die sogenannte Drehbearbeitung verwendet. Beispiele für die Drehbearbeitung sind Bohren, Außendrehen und Nutenformen. Es ist zu beachten, dass ein Schneidwerkzeug nicht auf solche beschränkt ist, die bei der Drehbearbeitung verwendet werden. Das beschichtete Werkzeug 1 kann zum Beispiel als ein Schneidwerkzeug für die Fräsbearbeitung verwendet werden.
Das Schneiden des Werkstücks weist beispielsweise die folgenden Schritte auf: (1) Rotieren eines Werkstücks, (2) In-Kontakt-Bringen der Schneidkante 8 des beschichteten Werkzeugs 1 mit dem Werkstück, welches gedreht wird, um das Werkstück zu schneiden, und (3) Separieren des beschichteten Werkzeugs 1 vom Werkstück. Zu den repräsentativen Beispielen für das Material des Werkstücks gehören unlegierter Stahl, legierter Stahl, rostfreier Stahl, Gusseisen, Nichteisenmetalle usw.
BEISPIELE
Beispiele für die vorliegende Offenbarung werden im Folgenden beschrieben. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt.
Zunächst werden 72 bis 82 Vol% TiN-Rohpulver, 13 bis 23 Vol% Al-Rohpulver und 1 bis 11 Vol% Al₂O₃-Rohpulver vorbereitet. Dann wird jedem vorbereitetem Rohpulver ein organisches Lösungsmittel zugegeben. Als organisches Lösungsmittel können Alkohole wie Aceton und Isopropylalkohol (IPA) verwendet werden. Anschließend wird die entstandene Mischung 20 bis 24 Stunden lang mit einer Kugelmühle gemahlen und gemischt. Nach dem Mahlen und Mischen wird das Lösungsmittel verdampft, wodurch eine erste Pulvermischung entsteht.
cBN-Pulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 2,5 bis 4,5 µm und cBN-Pulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,5 bis 1,5 µm werden in einem Volumenverhältnis von 8:2 bis 9:1 gemischt. Weiterhin wird ein organisches Lösungsmittel zugegeben. Als organisches Lösungsmittel können Alkohole wie Aceton und IPA verwendet werden. Anschließend wird die entstandene Mischung 20 bis 24 Stunden lang mit einer Kugelmühle gemahlen und gemischt. Nach dem Mahlen und Mischen wird das Lösungsmittel verdampft, wodurch ein zweites Pulvergemisch hergestellt wird.
Das resultierende erste Pulvergemisch und das zweite Pulvergemisch werden in einem Volumenverhältnis von 68:32 bis 78:22 gemischt. Dem Pulvergemisch werden ein organisches Lösungsmittel und ein organisches Bindemittel zugegeben. Als das organische Lösungsmittel können Alkohole wie Aceton und IPA verwendet werden. Als organisches Bindemittel kann Paraffin, Acrylharz oder ähnliches verwendet werden. Danach wird die Mischung 20 bis 24 Stunden lang mit der Kugelmühle gemahlen und gemischt, und dann wird das organische Lösungsmittel zusätzlich verdampft, wodurch ein drittes Pulvergemisch entsteht. Es ist zu beachten, dass ein Dispergiermittel nach Bedarf in dem Schritt mit der Kugelmühle hinzugefügt werden kann.
Das dritte Pulvergemisch wird zu einem Formgegenstand mit einer vorbestimmten Form geformt. Für das Formen kann ein bekanntes Verfahren wie uniaxiales Pressen oder kaltisostatisches Pressen (CIP) verwendet werden. Der Formgegenstand wird auf eine vorbestimmte Temperatur im Bereich von 500°C bis 1000°C erhitzt, wobei das organische Bindemittel verdampft und entfernt wird.
Der Formgegenstand wird in eine Ultrahochdruck-Heizvorrichtung eingegeben und 15 bis 30 Minuten lang bei 1200°C bis 1500°C und einem Druck von 4 bis 6 GPa erhitzt. Als Ergebnis erhält man den gesinterten Pressling aus kubischem Bornitrid gemäß dieser Ausführungsform. Der erhaltene gesinterte Pressling aus kubischem Bornitrid wird mit Hilfe eines Verbindungsmaterials an einem Sitz eines Spitzenkörpers aus Hartmetall befestigt. Auf diese Weise erhält man die Spitze gemäß einem Beispiel.
Auf einer oberen Fläche (Spanfläche) der Spitze wird eine Schablone mit der gleichen Größe wie die erhaltene Spitze angebracht. Das heißt, die obere Fläche (Spanfläche) der Spitze ist mit der Schablone bedeckt. Dadurch ist die Spanfläche in Kontakt mit der Schablone, und es bildet sich kein Film auf der Spanfläche. Die Schablone ist oberhalb der dritten Fläche 9 mit einem Spalt dazwischen angeordnet. Daher ist die auf der dritten Fläche 9 gebildete Schichtdicke dünner als die auf der zweiten Fläche 7 gebildete Schichtdicke. In diesem Zustand wird ein Beschichtungsfilm auf einer Oberfläche der Spitze durch ein physikalisches Gasphasenabscheidungsverfahren (PVD) gebildet. Dadurch wird ein beschichtetes Werkzeug gemäß dem Beispiel erhalten, bei dem die Freifläche und die abgeschrägte Fläche mit der Beschichtungsschicht bedeckt sind und die Spanfläche freiliegt.
Die oben beschriebene Schablone ist in der Nähe der abgeschrägten Fläche der Spitze angeordnet. Aus diesem Grund wird die Abscheidung von Dampf auf der abgeschrägten Fläche durch die oben beschriebene Schablone unterdrückt.
Infolgedessen ist die Dicke der Beschichtungsschicht auf der abgeschrägten Fläche dünner als die Dicke der Beschichtungsschicht auf der Freifläche.
Als Vergleichsbeispiel 1 wurde eine Probe hergestellt, bei der eine Beschichtungsschicht auf der gesamten Oberfläche des Grundkörpers gebildet wurde, ohne die oben beschriebene Schablone zu verwenden. Als Vergleichsbeispiel 2 wurde eine Probe hergestellt, bei der die Beschichtungsschicht von der dritten Fläche 9 des beschichteten Werkzeugs gemäß dem oben beschriebenen Vergleichsbeispiel 1 entfernt wurde.
Raman-spektroskopische Analyse
Die Beschichtungsschicht (zweite Beschichtungsschicht 202), die auf der Freifläche angeordnet ist, und die Beschichtungsschicht (dritte Beschichtungsschicht 203), die auf der abgeschrägten Fläche der beschichteten Werkzeuge gemäß dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel 1 angeordnet ist, wurden einer Raman-spektroskopischen Analyse unter den folgenden Bedingungen unterzogen.
Messbedingungen
Messgerät: (Beispiel) Laser-Raman-Spektrometer HR800 (hergestellt von Horiba, Ltd.)
Laser-Wellenlänge: (Beispiel) 514,79 nm
Gitter: 600T
Objektivlinse: ×100
Detektor: CCD
Erfassungswellenzahl: 100 bis 800 cm^-1
Die Intensität (Streuungsintensität) für jede Wellenzahl kann durch Messung unter Verwendung des Geräts ermittelt werden. Im Beispiel wurde die Messung unter Verwendung des Geräts fünfmal für eine jede der Beschichtungsschichten auf der Freifläche und der Beschichtungsschicht auf der abgeschrägten Fläche durchgeführt. 7 und 8 zeigen Diagramme, die durch Mittelwertbildung der Ergebnisse der fünf Messungen für jede Wellenzahl erhalten wurden. 7 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis der Raman-spektroskopischen Analyse des beschichteten Werkzeugs gemäß dem Beispiel zeigt. 8 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis der Raman-spektroskopischen Analyse des beschichteten Werkzeugs gemäß Vergleichsbeispiel 1 zeigt. In 7 und 8 ist das Raman-Spektrum der Beschichtungsschicht, die auf der Freifläche angeordnet ist, durch eine gestrichelte Linie dargestellt, und ist das Raman-Spektrum der Beschichtungsschicht, die auf der abgeschrägten Fläche angeordnet ist, durch eine durchgezogene Linie dargestellt.
Wie in 7 gezeigt, ist zu erkennen, dass bei dem beschichteten Werkzeug gemäß dem Beispiel die Wellenzahl des maximalen Raman-Peaks der Beschichtungsschicht, die auf der abgeschrägten Fläche angeordnet ist, zu einer niedrigeren Wellenzahlseite verschoben ist als die Wellenzahl des maximalen Raman-Peaks der Beschichtungsschicht, die auf der Freifläche angoerdnet ist. Insbesondere ist zu erkennen, dass die Wellenzahl des maximalen Raman-Peaks der Beschichtungsschicht, die auf der abgeschrägten Fläche angeordnet ist, zu einer niedrigeren Wellenzahlseite um etwa 5 cm^-1 verschoben ist als die Wellenzahl des maximalen Raman-Peaks der Beschichtungsschicht, die auf der Freifläche angeordnet ist.
Andererseits ist, wie in 8 zu sehen, dass bei dem beschichteten Werkzeug gemäß Vergleichsbeispiel 1 die Wellenzahl des maximalen Raman-Peaks der Beschichtungsschicht, die auf der abgeschrägten Fläche angeordnet ist, zu einer höheren Wellenzahlseite verschoben ist als die Wellenzahl des maximalen Raman-Peaks der Beschichtungsschicht, die auf der Freifläche angeordnet ist. Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass die Beschichtungsschicht auf der dritten Fläche 9 dicker ausgebildet ist als die Beschichtungsschicht auf der zweiten Fläche und die Eigenspannung in der dritten Fläche 9 größer ist.
Wie aus diesem Ergebnis ersichtlich ist, weist die Beschichtungsschicht auf der abgeschrägten Fläche eine geringere Eigenspannung auf und tendiert weniger dazu, sich abzulösen oder zu reißen, als die Beschichtungsschicht auf der Freifläche.
Intermittierende Bewertung
Die beschichteten Werkzeuge gemäß Beispiel und Vergleichsbeispiel 1 und 2 sowie das beschichtete Werkzeug gemäß Vergleichsbeispiel, bei dem die gesamte Oberfläche einschließlich der Spanfläche mit der Beschichtungsschicht bedeckt war, wurden einer intermittierenden Bewertung unter den folgenden Schnittbedingungen unterzogen.
Schnittbedingung
Schneidverfahren: Bearbeitung durch Drehen
Arbeitsmaterial: SCM415 mit 8 Löchern
Schnittgeschwindigkeit: 150 m/min
Vorschub: 0,2 mm/Umdrehung
Schnitttiefe: 0,2 mm
Schneidzustand: Nass
Bewertungsmethode: Anzahl der Schläge, die zum Bruch der Schneidkante führen
Als ein Ergebnis der intermittierenden Bewertung erreichte das Schneidwerkzeug gemäß dem Beispiel die längste Standzeit. Das Schneidwerkzeug gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 hatte die kürzeste Standzeit.
Die Anzahl der Schläge, die bei dem beschichteten Werkzeug gemäß dem Beispiel zu einem Bruch der Schneidkante führten, war doppelt so hoch oder höher als die Anzahl der Schläge, die bei dem beschichteten Werkzeug gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 zu einem Bruch der Schneidkante führten. Wie aus diesem Ergebnis ersichtlich ist, wird durch die Freilegung der Spanfläche die Bruchfestigkeit verbessert und die Standzeit des Werkzeugs verlängert.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde das beschichtete Werkzeug 1 beschrieben, bei dem der Grundkörper 10 aus Bornitridpartikeln usw. an dem Spitzenkörper 2 aus Hartmetall usw. befestigt ist und diese mit der Beschichtungsschicht 20 beschichtet sind. Ohne darauf beschränkt zu sein, kann das beschichtete Werkzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung beispielsweise ein beschichtetes Werkzeug sein, bei dem der gesamte Grundkörper mit einer hexaedrischen Form, bei der die Formen der oberen Fläche und der unteren Fläche Parallelogramme sind, ein kubischer Bornitrid-Sinterpressling ist, und eine Beschichtungsschicht auf dem Grundkörper gebildet ist.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Form der oberen Fläche und der unteren Fläche des beschichteten Werkzeugs 1 ein Parallelogramm, jedoch kann die Form der oberen Fläche und der unteren Fläche des beschichteten Werkzeugs 1 auch eine Raute oder ein Quadrat sein. Darüber hinaus kann die Form der oberen Fläche und der unteren Fläche des beschichteten Werkzeugs 1 dreieckig, fünfeckig, sechseckig usw. sein.
Die Form des beschichteten Werkzeugs 1 kann vom positiven oder negativen Typ sein. Der positive Typ ist ein Typ, bei dem die Seitenfläche in Bezug auf die zentrale Achse, die durch die Mitte der oberen Fläche und die Mitte der unteren Fläche des beschichteten Werkzeugs 1 verläuft, geneigt ist, und der negative Typ ist ein Typ, bei dem die Seitenfläche parallel zur zentralen Achse ist.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist ein Beispiel beschrieben, bei dem der Grundkörper 10 Partikel aus kubischem Bornitrid (cBN) enthält. Obwohl nicht darauf beschränkt, kann der in der vorliegenden Anmeldung offenbarte Grundkörper auch Partikel wie hexagonales Bornitrid (hBN), rhomboedrisches Bornitrid (rBN), wurtzitisches Bornitrid (wBN) usw. enthalten. Der Grundkörper 10 ist nicht auf Bornitrid beschränkt, sondern kann z.B. aus einem Hartmetall, Cermet oder ähnlichem gebildet sein. Das Hartmetall enthält Wolfram (W), insbesondere Wolframkarbid (WC). Außerdem kann das Hartmetall Nickel (Ni) oder Kobalt (Co) enthalten. Das Cermet enthält z.B. Titan (Ti), insbesondere Titancarbid (TiC) oder Titannitrid (TiN). Außerdem kann das Cermet Ni oder Co enthalten.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wurde das beschichtete Werkzeug 1 für die spanabhebende Bearbeitung beschrieben, jedoch kann das beschichtete Werkzeug gemäß der vorliegenden Anmeldung auch für ein anderes Werkzeug als ein spanabhebendes Werkzeug verwendet werden, wie z.B. ein Werkzeug oder eine Schneidkante zum Graben.
Weitere Effekte und Variationen können vom Fachmann ohne weiteres abgeleitet werden. Daher ist eine Vielzahl von Aspekten der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben dargestellten und beschriebenen spezifischen Details und repräsentativen Ausführungsformen beschränkt. Dementsprechend sind verschiedene Änderungen möglich, ohne vom Geist oder Umfang der allgemeinen erfinderischen Konzepte, die durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert sind, abzuweichen.
BEZUGSZEICHEN

1: Beschichtetes Werkzeug
2: Spitzenkörper
3: Schneidkantenabschnitt
4: Sitz
5: Durchgangsloch
6: Erste Fläche
7: Zweite Fläche
8: Schneidkante
9: Dritte Fläche
10: Grundkörper
20: Beschichtungsschicht
21: Hartschicht
22: Metallschicht
23: Laminatabschnitt
23a: Erste Metallnitridschicht
23b: Zweite Metallnitridschicht
24: Dritte Metallnitridschicht
30: Substrat
40: Verbindungsmaterial
70: Halter
73: Tasche
75: Schraube
100: Schneidwerkzeug
202: Zweite Beschichtungsschicht
203: Dritte Beschichtungsschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2002003284 A [0002]
JP 4500810 B [0002]

Claims

Ein beschichtetes Werkzeug, aufweisend: einen Grundkörper und eine auf dem Grundkörper angeordnete Beschichtungsschicht, wobei das beschichtete Werkzeug aufweist eine erste Fläche mit einer Spanfläche, eine zweite Fläche mit einer Freifläche und eine dritte Fläche, die zwischen der ersten und der zweiten Fläche angeordnet ist und eine C-Fläche oder eine R-Fläche ist, die Beschichtungsschicht aufweist eine erste Beschichtungsschicht, auf der ersten Fläche angeordnet ist, und/oder eine zweite Beschichtungsschicht, die auf der zweiten Fläche angeordnet ist, und eine dritte Beschichtungsschicht, die auf der dritten Fläche angeordnet ist, und, wenn eine Wellenzahl eines maximalen Raman-Peaks der ersten Beschichtungsschicht als eine erste Wellenzahl bezeichnet wird, eine Wellenzahl eines maximalen Raman-Peaks der zweiten Beschichtungsschicht als eine zweite Wellenzahl bezeichnet wird und eine Wellenzahl des maximalen Raman-Peaks der dritten Beschichtungsschicht als eine dritte Wellenzahl bezeichnet wird, die dritte Wellenzahl kleiner ist als die erste Wellenzahl und die zweite Wellenzahl.
Das beschichtete Werkzeug gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Wellenzahl um 3 cm^-1 oder mehr kleiner ist als die erste und die zweite Wellenzahl.
Das beschichtete Werkzeug gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Grundkörper aus einem gesinterten Bornitrid-Pressling gebildet ist, der eine Mehrzahl von Partikeln aus kubischem Bornitrid enthält.
Das beschichtete Werkzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Grundkörper an der ersten Fläche freiliegt.
Das beschichtete Werkzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Dicke der dritten Beschichtungsschicht dünner ist als eine Dicke der zweiten Beschichtungsschicht.
Das beschichtete Werkzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Dicke der dritten Beschichtungsschicht in einem Bereich nahe der ersten Fläche dünner ist als in einem Bereich nahe der zweiten Fläche.
Das beschichtete Werkzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Dicke der dritten Beschichtungsschicht 0,01 µm oder mehr und 5,0 µm oder weniger beträgt.
Das beschichtete Werkzeug gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsschicht aufweist: eine Hartschicht, eine Metallschicht, bei der es sich nicht um eine einfache Substanz aus Ti, Zr, V, Cr, Ta, Nb, Hf oder Al handelt, wobei die Metallschicht zwischen dem Grundkörper und der Hartschicht angeordnet ist.
Das beschichtete Werkzeug gemäß Anspruch 8, wobei die Metallschicht zumindest ein oder mehrere Elemente aufweist, das aus der Gruppe bestehend aus Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Al, Si und Y ausgewählt ist.
Ein Schneidwerkzeug, aufweisend: einen Halter, der die Form eines Stabes hat und an einem seiner Enden eine Tasche aufweist, und das beschichtete Werkzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, das in der Tasche angeordnet ist.