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Verfahren zur Herstellung von Zerspanungswerkzeugen,insbesondere Spiralbohrern,
durch Aufbringen einer Verschleißschutzschicht Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zur Herstellung von Zerspanungswerkzeugen mit rotationssymmetrischen Grundkörpern,
insbesondere Spiralbohrern. Solche Werkzeuge bestehen aus gehärtetem Stahl, vorzugsweise
Schnellstahl. Sie werden vielfach zusätzlich mit einer hochharten dünnen, hohen
Wärmebelastungen widerstehenden Verschleißschutzschicht, wie einer Nitrierschicht,
versehen, die insbesondere den Verschleiß an den Führungsflächen vermindern und
damit die Maßhaltigkeit auch nach längerem Gebrauch gewährleisten soll. Bisher ist
es üblich, solche zusätzlichen hochharten Schutzschichten an dem fertigen Werkzeug
zu bilden. Dabei erstreckt sich die hochharte Schicht über die gesamte Oberfläche
des Werkzeuges. Beim praktischen Gebrauch von derart behandelten Spiralbohrern u.
dgl. hat sich gezeigt, daß insbesondere Werkzeuge mit kleineren Durchmessern leichter
brechen als Werkzeuge gleicher Abmessungen, die keine hochharte Schutzschicht, wie
Nitrierschicht, aufweisen. Dies kann darauf zurückgeführt werden, daß bei der Herstellung
von hochharten Schutzschichten, wie Nitrierschichten, die scharfen Kanten des Werkzeuges,
an denen die Schichtbildung von mehreren Seiten her erfolgt, einer gewissen Versprödung
unterliegen. Bei Spiralbohrern tritt diese unerwünschte Wirkung insbesondere an
den Schnittkanten, die von den Spannuten und den Führungsfasen gebildet werden,
und an den Rückenkanten ein. Hier entstehen beim Gebrauch des Werkzeuges auf Grund
der hohen Härte durch Drehschwingungen u. dgl. oftmals feine Einrisse, die den Bruch
des Werkzeuges einleiten.
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Es ist schon bekannt, zur Verhinderung der Härteannahme an bestimmten
Stellen von Werkstücken vor dem Nitrieren Abdeckungen anzuordnen, die den Zutritt
des nietrierend wirkenden Mediums zu der Werkstückoberfläche verhindern. Dabei ist
vorgesehen, die schützende Abdeckung durch Phosphatschichten zu bilden, wobei davon
ausgegangen ist, daß es leicht möglich sei, die Werkstücke zur Erzeugung der Phosphorschicht
so in Phosphorsäure einzulegen, daß nur die abzudeckenden Stellen von der Säure
benetzt werden. Hier wird also die Schutzschicht beim Aufbringen auf solche Teilbereiche
des Werkstückes beschränkt, die beim Nitrieren auszusparen sind. Es ist auch bekannt,
beim Nitrieren von Werkstücken aus Werkstoffen, die nicht ohne weiteres durch die
üblichen Nitriermittel beeinflußt werden und bei denen eine Härtewirkung nur eintritt,
wenn zusätzliche Halogenverbindungen auf den Werkstoff einwirken, in von der Nitrierung
auszusparenden Bereichen der Werkstückoberfläche die Wirksamkeit der insgesamt auf
das Werkstück gebrachten Halogenverbindungen aufzuheben, indem dort zusätzliche
Überzüge aus basischen Stoffen angebracht werden, die die Halogenverbindungen neutralisieren.
Auch hier wird demnach das Auftragen des gegen eine Nitrierwirkung schützenden Überzuges
auf die von der Nitrierung auszusparenden Bereiche beschränkt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftlich durchführbares
Verfahren zur Herstellung von Zerspanungswerkzeugen der eingangs umschriebenen Art,
insbesondere Spiralbohrern, zu entwickeln, bei dem eine maximale Verschleißfestigkeit
der Umfangsfläche des Werkzeuges anfällt, ohne damit eine erhöhte Bruchgefahr herbeizuführen.
Dies wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch erreicht, daß zur Begrenzung einer
hochharten, zu bildenden Verschleißschutzschicht auf die Führungsfasen des Werkzeuges
der etwa die Fertigform aufweisende Werkzeugkörper zunächst in seinem die Führungsfasen
aufweisenden Längenbereich insgesamt mit einer die Bildung der Verschleißschutzschicht
ausschließenden Deckschicht, wie einer galvanisch aufgebrachten metallischen Schicht
aus Kupfer oder Messing, versehen und dann an den zu härtenden Oberflächenteilen
durch spangebende Bearbeitung von der Deckschicht befreit und durch Eindiffundieren
eines Stoffes, wie Stickstoff, gehärtet wird. Hiermit wird unter Zugrundelegung
von nur wenigen bequem und schnell durchführbaren Arbeitsgängen die Bildung der
hochharten Verschleißschutzschicht auf diejenigen Bereiche des Werkzeuges beschränkt,
die
des Verschleißschutzes bedürfen. Dabei lassen sich die erforderlichen Arbeitsgänge
ohne weiteres derart mechanisieren, daß der Bedarf an teuerer Handarbeit äußerst
gering bleibt, denn es ist nicht, wie bei den vorbekannten Verfahren, zur Beschränkung
von hochharten Schichten notwendig, die deren Bildung hindernden überzüge beim Aufbringen
auf die zu schützenden Bereiche zu beschränken. Die Art der jeweils anzuwendenden
Deckschicht richtet sich nach der die hochharte Verschleißschicht bildenden Behandlung,
d. h., die Deckschicht muß den an die Temperaturbeständigkeit und die Deckwirkung
zu stellenden Anforderungen genügen. Bei Nitrierschichten, die vorzugsweise im Salzbad
hergestellt werden, bedarf die Deckschicht z. B. einer Temperaturbeständigkeit bis
etwa 550° C, so daß in erster Linie metallische Schichten zu verwenden sein werden,
die vorzugsweise galvanisch aufzubringen sind. Bei einer Herstellung der hochharten
Verschleißschutzschicht durch Eindiffundieren anderer Stoffe oder Stoffgemische,
das fallweise bei geringen Arbeitstemperaturen möglich ist, lassen sich sinngemäß
auch Deckschichten mit geringerer Temperaturbeständigkeit verwenden, die dann unter
Umständen auch nichtmetallischer Art sein können.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung empfiehlt es sich, die
Deckschicht an den Führungsfasen durch die den Fertigdurchmesser des Werkzeuges
bestimmende Schleifbearbeitung zu beseitigen. Damit wird der Aufwand an Fertigungszeit
und -einrichtungen besonders gering.
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Weiterhin empfiehlt es sich, nach der die hochharte Verschleißschutzschicht
bildenden Behandlung die Teilbereiche des Werkzeuges schützende Deckschicht vorzugsweise
elektrolytisch zu beseitigen, sofern sie die Gebrauchseigenschaften des fertigen
Werkzeuges schmälern könnte. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich, denn unter
Umständen ergibt die in. Teilbereichen des Werkzeuges verbleibende Deckschicht einen
Oberflächenschutz für das Werkzeug und fallweise besonders günstige Eigenschaften
in Hinblick auf den Späneabfluß od. dgl.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel
dargestellt. Es zeigt F i g.1 einen Spiralbohrer in Ansicht, F i g. 2 bis 6 in größerem
Maßstab einen Schnitt II-II nach F i g. 1, wobei die einzelnen Stufen des Fertigungsablaufes
dargestellt sind.
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Der dem Ausführungsbeispiel zugrunde liegende, insbesondere in F i
g.1 dargestellte Spiralbohrer mag eine an sich bekannte Form haben, d. h. einen
Einspanntei110 und einen mit Wendeln versehenen Schaft 11 aufweisen. Ein Querschnitt
durch den im wesentlichen fertiggeformten Schaft 11 ist in F i g. 2 dargestellt.
Gemäß der ersten Arbeitsstufe des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird,
wie F i g. 3 zeigt, der gesamte Schneiderteil 11 vorzugsweise auf galvanischem Wege
mit einer Deckschicht 12 aus Kupfer, Messing od. dgl. abgedeckt. Die Deckschicht
12, die in den F i g. 2 bis 6 durch einen Linienzug dargestellt ist, der gegenüber
den Konturen des Grundkörpers 11 einen freien Abstand beläßt, liegt selbstverständlich
dem Grundkörper unmittelbar an und weist eine derart begrenzte Dicke auf, daß bei
der anschließenden Nitrierbehandlung der Stickstoff oder bei einer anderen Behandlung
der entsprechende Stoff nicht in dem Grundkörper eindiffundieren kann. Die Deckschicht
12 kann fallweise auch aus nichtmetallischem Werkstoff bestehen. In der nächsten,
in F i g. 4 gekennzeichneten Arbeitsstufe wird der Schneidenteil11 des Werkzeuges
auf seiner äußeren Umfangsfläche durch Schleifen od. dgl. derart spangebend bearbeitet;
daß die Deckschicht 12 auf den Führungsfasen 13 des Werkzeuges wieder beseitigt
wird, während die übrigen Bereiche der Deckschicht 12 erhalten bleiben. Die Schleifbearbeitung
wird zweckmäßig derart durchgeführt, daß sie an den Führungsfasen 13 auch den Grundkörper
erfaßt und diesen auf das Fertigmaß bringt. In der folgenden, der F i g. 5 zugrunde
liegenden Arbeitsstufe wird das Werkzeug der die hochharte Verschleißschutzschicht
bildenden Behandlung unterworfen. Da hierbei lediglich die Führungsfasen 13 des
Grundkörpers frei liegen, während die übrigen Bereiche des Schneidenteils durch
die Deckschicht 12 geschützt sind, kann der die Verschleißschutzschicht bildende
Stoff nur im Bereich der Führungsfasen 13 in den Grundwerkstoff eindringen und hier
hochharte Schichten 14 bilden. Schließlich ist es in der Regel empfehlenswert, gemäß
F i g. 6 nach der Herstellung der hochharten Verschleißschutzschichten 14 die Deckschicht
12 irrgesamt von dem Schneidenteil 11 zu entfernen. Bei metallischen Deckschichten
ist dies z. B. auf galvanischem Wege ohne weiteres möglich.
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Bei dieser Arbeitsweise lassen sich die Zerspanungsarbeiten unter
den jeweils günstigen Umständen durchführen, und die hochharte Verschleißschutzschicht
wird zuverlässig auf diejenigen Bereiche des Werkzeuges beschränkt, die eines solchen
Schutzes bedürfen. Dabei bleibt der Aufwand an den die hochharte Verschleißschutzschicht
bildenden Stoffen gering, und überdies wird die Zahl der spargebenden Arbeitsgänge
gegenüber vergleichbaren Werkzeugen, die keine hochharte Verschleißschutzschicht
aufweisen, nicht vergrößert. Dies gewährleistet eine hohe Wirtschaftlichkeit der
Fertigung.
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Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist nicht auf Spiralbohrer
der dargestellten Art beschränkt. In der erfindungsgemäßen Art können außer abweichend
gestalteten Spiralbohrern auch Reibahlen, Schaftfräser u. dgl. gefertigt werden.