DE1502019B2

DE1502019B2 - Schneideinsatz aus hartmetall zur bestueckung spanender werkzeuge

Info

Publication number: DE1502019B2
Application number: DE1965W0038503
Authority: DE
Inventors: Edward Moor Dr Coventry Warwickshire Trent (Großbritannien)
Original assignee: Wickman Wimet Ltd , Coventry, War wickshire (Großbritannien)
Priority date: 1964-02-10
Filing date: 1965-02-09
Publication date: 1972-12-14
Also published as: NL6501569A; DK119690B; DE1502019A1; FR1430424A; US3482295A; AT257324B; CH438751A; BE659422A; GB1042711A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schneideinsatz aus Hartmetall zur Bestückung spanender Werkzeuge.

Das für die Bestückung eines spanenden Werkzeuges am häufigsten verwendete Hartmetall besteht aus Wolframkarbid und Kobalt, meistens aus 94 % Wolframkarbid und 6 % Kobalt. Es ist bekannt, daß sich ein Schneideinsatz aus diesem Material schnell auf der Spanfläche abnutzt, wenn Stahl bei den in der Industrie gebräuchlichen hohen Geschwindigkeiten spanabhebend bearbeitet wird. Eine solche Abnutzung ist als »Trichterbildung« bekannt.

Auch die Flanke des Schneideinsatzes erfährt eine Abnutzung. Bei der spanabhebenden Bearbeitung von Stahl bei mittleren und höheren Geschwindigkeiten werden sehr hohe Temperaturen erzeugt und das Maß der Flankenabnutzung und der Trichterbildung hängt dann zumindest teilweise von der Diffusion des Materials des Schneideinsatzes in den Stahl hinein ab. Der Temperaturanstieg in Nähe der Schneidkante beeinflußt die Lebensdauer des Werkzeuges, weil der Temperaturanstieg das Maß der Diffusion und damit die Abnutzung und auch die Deformierung der Werkzeugkante unter der Wirkung der Schneidkräfte vergrößert.

Auch gesinterte Hartmetalle mit einem Anteil von Titankarbid oder Tantalkarbid oder beiden sind als Stahl-Schneideinsätze bekannt. Typische Zusammensetzungen sind 86% Wolframkarbid, 9% Kobalt und 5% Titankarbid, 81% Wolframkarbid, 7% Kobalt und 12% Titankarbid; und 73% Wolframkarbid, 9% Kobalt, 10% Titankarbid und 8% Tantalkarbid.

Es ist versucht worden, die Verschleißfestigkeit des Werkzeugs zum Zerspanen von Stahl zu erhöhen. Durch die Anwesenheit von Titan- oder Tantalkarbid im Hartmetall verringert sich das Maß der Abnutzung durch Trichterbildung beträchtlich. Ebenso wird die Abnutzung an der Flanke des Werkzeugs verringert. Nachteilig ist jedoch, daß bei Anwesenheit von Titanoder Tantalkarbid ein Abreißen bzw. Abbröckeln der Schneidkante des Werkzeugs erfolgt. Die erwarteten Verbesserungen hinsichtlich der Bearbeitungseigenschaften und des Verschleißwiderstandes werden durch eine einfache Zugabe dieser Karbide nicht erreicht. Der Grund liegt, wie erkannt wurde, in der geringeren Wärmeleitfähigkeit von Titankarbid und ίο gleichartigen Karbiden gegenüber dem Wolframkarbid.

Die durch die Anwesenheit von zugeführten Titan- und Tantalkarbiden bewirkte Verringerung der Neigung zur Trichterbildung wird nämlich teilweise wieder rückgängig gemacht durch den Temperaturanstieg des Werkzeugs durch die geringere Wärmeleitfähigkeit, wenn Titan- und Tantalkarbide in der Schneidschicht enthalten sind. Wesentlich für ein Hartmetallwerkzeug ist somit, daß das Werkzeug einen harten Grundkörper von guter Wärmeleitfähigkeit und hoher Widerstandsfähigkeit gegen Abtragung aufweist. Andererseits ist wesentlich, daß das Werkzeug gegenüber Trichterbildung widerstandsfähig ist. Bei den bisher bekannten Werkzeugen ist versucht worden, diese Eigenschaften durch Zugabe von Titan- und Tantalkarbiden zu erhalten. Auf Grund der unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeitswerte der Karbide haben sich jedoch die erwarteten Erfolge nicht einstellen können. Man hat nicht beachtet, daß der Vorteil der durch Titan- und Tantalkarbid erhaltenen Widerstandsfähigkeit gegenüber Trichterbildung wieder aufgehoben wird und sogar negative Folgen hat, wegen der verringerten Wärmeleitfähigkeit des Hartmetalls. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch Zugabe von Titan- und ähnlichen Karbiden erhaltenen Vorteile wirksam werden zu lassen, ohne daß die beschriebenen Nachteile auftreten.

Der Lösung dieser Aufgabe dient ein Schneideinsatz aus Hartmetall zur Bestückung spanender Werkzeuge, bestehend aus einem dickeren Grundkörper aus 8 bis 12% Kobalt, und Rest Wolframkarbid und einer die Schneidkante, Spanfläche und Obergrenze der Flanke bildenden 0,0013 bis 0,13 cm dicken Schicht aus 3 bis 15% Kobalt, 5 bis 12% Titankarbid, das ganz oder teilweise in moläquivalenten Mengen durch mindstens ein Karbid der Metalle Tantal, Niob, Vanadium und Zirkonium ersetzbar ist, Rest Wolframkarbid.

In der dünnen Schicht kann das Titankarbid mit besonderem Vorteil im Verhältnis 1:3 durch Tantalkarbid ersetzt sein.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsforrn eines erfindungsgemäßen Schneideinsatzes dargestellt.

In F i g. 1 der Zeichnung besteht das Werkzeug aus einem Stahlhalter 1 und dem Schneideinsatz der Hartmetallbestückung 2, die an der Übergangsstelle von Spanfläche 4, über welche die abgehobenen Späne oder Teilspäne abfließen, zu der Flanke 5, an der hinab diejenige Fläche des Werkstückes bewegt wird, von der ein Span abgehoben wurde, eine Schneidkante 3 aufweist.

F i g. 2 stellt einen Schnitt dar durch eine typische

Bestückung gemäß der Erfindung und zeigt die dünne Schicht 8. Diese Schicht 8 kann eine Stärke zwischen 0,0013 bis 0,13 cm aufweisen, wobei eine Stärke von 0,0051 bis 0,051 cm im allgemeinen befriedigend ist.

Die Werkzeuge oder Werkzeugbestückungen gemäß

der Erfindung können auf verschiedene Arten herge-

stellt werden. Beispielsweise kann ein Pulver mit der Zusammensetzung χ für den Grundkörper des Werkzeuges oder der Bestückung in eine Form gegeben werden. Erforderlichenfalls kann dieses Pulver bei niedrigen Drücken gepreßt werden. Pulver kann zur Bildung der dünnen Schicht auf den Grundkörper gestreut werden und das ganze kann dann gepreßt und in der üblichen Weise gesintert werden.

Der Grundkörper ist dann am zähesten, wenn er nur aus Wolframkarbid und Kobalt besteht; bei einem gegebenen Kobaltanteil führt jeder Zusatz eines anderen Karbids als Wolframkarbid zu einer Herabsetzung der Zähigkeit des Grundkörpers.

Es können jedoch auch Anteile anderer Karbide im Grundkörper zugelassen werden. Dabei ist es zweckmäßig, eine Beziehung zum Anteil an den anderen Karbiden in der dünnen Schicht zugrunde zu legen.

Die Mengen dieser zusätzlich in den Grundkörper gebrachten Karbide sollten derart sein, daß die Summe des Prozentanteiles von Titankarbid zuzüglich einem Drittel des Prozentanteiles von Tantalkarbid im Grundkörper nicht größer ist als die Hälfte der Summe dieser Prozentanteile in der dünnen Schicht.

Im folgenden werden einige Beispiele angegeben:

Beispiel 1

Der Grundkörper für einen Schneideinsatz wurde aus einer Pulvermischung von 91% Wolframkarbid und 9% Kobalt hergestellt. Diese Pulvermischung wurde unter geringem Druck zu einem Preßkörper geformt und eine Schicht von Hartmetallpulver mit 81% Wolframkarbid, 12% Titankarbid und 7% Kobalt wurde auf den Preßkörper gebracht und anschließend das Ganze unter höherem Druck gepreßt. Der sich ergebende Preßkörper wurde vorgesintert und in eine Form geschliffen, um in einem Werkzeughalter eingespannt zu werden. Nach dem Schleifen war die dünne Schicht auf der Spanfläche annähernd 0,02 cm dick.

Mit diesem Schneideinsatz wurde eine Gußeisenstange von 12,7 cm Durchmesser durch spanabhebende Verformung mit 4 Längsschlitzen von einer Weite von 2,54 cm versehen. Hierbei wurde eine Zerreißprobe vorgesehen, bei der der Schneidvorgang periodisch unterbrochen und derart das Werkzeug Stoßbelastungen ausgesetzt wurde. Bei einem Versuch mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 91,4 m/Minute, einem Vorschub von 0,025 cm je Umdrehung und einer Schnitt-Tiefe von 0,32 cm wurde die Bestückung 14 Minuten lang zum Schneiden verwendet. Nach Abschluß des Versuches zeigte der Schneideinsatz eine geringfügige Trichterbildung und die Flankenabnutzung betrug im Mittel 0,028 cm. Vergleichsweise wurde ein Schneideinsatz gleicher Gestalt aus einer Hartmetall-Legierung hergestellt mit 6% Kobalt und 94% Wolframkarbid. Unter gleichen Bedingungen zeigte sie nach 14 Minuten Schneidarbeit an derselben Gußeisenstange einen tiefen Trichter, die Flankenabnutzung betrug im Mittel 0,043 cm.

Der Versuch wurde bei einer anderen geschlitzten Gußeisenstange bei höherer Schnittgeschwindigkeit und größerem Vorschub wiederholt. Die Oberflächengeschwindigkeit betrug 0,137 m pro Minute, der Vorschub 0,051 cm pro Umdrehung und die Schneiddauer 3V2 Minuten. Bei diesem Versuch wies der Schneideinsatz aus 6% Kobalt und 94% Wolframkarbid einen tiefen Trichter auf der Spanfläche auf und die Flankenabnutzung betrug im Mittel 0,041 cm. Der erfindungsgemäße Schneideinsatz zeigte nur eine geringe Trichterbildung und die Flankenabnutzung betrug im Mittel 0,015 cm.

Beispiel 2

Ein Schneideinsatz, bei dem der Grundkörper 91 % Wolframkarbid und 9 % Kobalt und die Oberflächenschicht 81 % Wolframkarbid, 12% Titankarbid und 7 % Kobalt enthielt, wurde wie bei Beispiel 1 hergestellt. Er wurde so geschliffen, daß er eine negativ geneigte Spanfläche bildete und geeignet war, um in einen Werkzeughalter zum Fräsen eingespannt zu werden. Nach dem Schleifen war die dünne Schicht annähernd 0,025 cm dick.

Der Schneideinsatz wurde in eine einzahnige Fräse eingeklemmt und zum Zerspanen einer Stahlstange mit 0,4% Kohlenstoff verwendet. Die Umfangsgeschwindigkeit der Fräse betrug 183 m pro Minute, der Vorschub 0,013 cm pro Umdrehung und die Schnittiefe 0,39 cm. Nach einer Bearbeitung über eine Länge von 91,5 cm zeigte das Werkzeug eine geringe Trichterbildung und die Flankenabnutzung betrug im Mittel 0,023 cm. Vergleichsweise wurde ein Werkzeug aus 10% Kobalt, 10%Titankarbid, 2,5% Tantalkarbid und 77,5 % Wolframkarbid unter den gleichen Bedingungen verwendet. Nach einer Spanabhebung über 9,15 cm zeigte dieser eine stärkere Trichterbildung und die Flankenabnutzung betrug im Mittel 0,0305 cm.

Es ist zu ersehen, daß mit der Erfindung Schneideinsätze geschaffen werden können, bei denen der Vorteil einer geringen Diffusionsabnutzung auf der Spanfläche und der Flanke bei größerer Zähigkeit, als diese normalerweise bei einer solch niedrigen Abnutzung vorliegt, erreicht ist, bei denen eine ausreichend hohe Wärmeleitfähigkeit erzielt ist, um die Flankenabnutzung bei hohen Geschwindigkeiten gering und die Werkzeugdeformation niedrig zu halten, und bei denen eine geringe Reibungsabnutzung bei niedrigen Geschwindigkeiten vorliegt. Wenn Titankarbid im Hartmetall des Grundkörpers enthalten ist, werden diese Vorteile in einem gewissen Maße verloren. Insbesondere wird das Grundmaterial weniger zäh und erhält eine geringere Wärmeleitfähigkeit, aber es ist noch immer zäher und wärmeleitender als die Oberflächenschicht, und ein Vorteil wird noch dadurch erhalten, daß derart hergestellte Werkzeugbestückungen die sehr hohe Verschleißfestigkeit der Oberschicht beibehalten und unter härteren Schneidbedingungen verwendet werden können als Werkzeuge, die nur aus der Zusammensetzung der Schicht aufgebaut sind.

Wenn die Spanfläche eines Werkzeuges oder seiner Bestückung gemäß der Erfindung nach Gebrauch geschliffen wird, kann die dünne Schicht entfernt werden. Aus diesem Grunde ist die Erfindung besonders anwendbar für Werkzeuge oder Werkzeugbestückungen, die nicht nachgeschärft oder nachgeschliffen werden und als »Wegwerf«-Bestückungen bekannt sind. Wenn das Werkzeug oder die Werkzeugbestückung auf der Spanfläche vor Gebrauch geschliffen werden muß, dann sollte die Dicke dieser Schicht um die Menge des abzuschleifenden Materials größer gemacht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schneideinsatz aus Hartmetall zur Bestükkung spanender Werkzeuge, bestehend aus einem dickeren Grundkörper aus 8 bis 12% Kobalt, und Rest Wolframkarbid und einer die Schneidkante, Spanfläche und Obergrenze der Flanke bildenden 0,0013 bis 0,13 cm dicken Schicht aus 3 bis 15 % Kobalt, 5 bis 12% Titankarbid, das ganz oder teilweise in moläquivalenten Mengen durch mindestens ein Karbid der Metalle Tantal, Niob, Vanadium und Zirkonium ersetzbar ist, Rest Wolframkarbid.

2. Schneideinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der dünnen Schicht das Titankarbid im Verhältnis 1:3 durch Tantalkarbid ganz oder teilweise ersetzt ist.

3. Schneideinsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Grundkörper Wolframkarbid durch Titankarbid und/oder Tantalkarbid ersetzt ist, derart, daß die Summe des Titankarbides und eines Drittels des gegebenenfalls vorhandenen Tantalkarbides nicht größer ist als die Hälfte der Summe der Prozentgehalte dieser Karbide in der dünnen Schicht.