DE2127162C3 - Schneideinsatz für Schneidwerkzeuge der spanabhebenden Bearbeitung von Stahl Gußeisen und dergleichen Werkstoffe - Google Patents
Schneideinsatz für Schneidwerkzeuge der spanabhebenden Bearbeitung von Stahl Gußeisen und dergleichen WerkstoffeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Schneideinsatz für Schneidwerkzeuge der spanabhebenden Bearbeitung
von Stahl, Gußeisen u. dgl. Werkstoffe mit einem Einsatzkörper aus gesintertem Hartmetall, der neben
einem BinrJungsmetall mindestens ein Karbid enthält, und mit einer auf dem Einsatzkörper aufgetragenen
Beschichtung, die eine größere Verschleißfestigkeil als das Hartmetall des Einsatzkörpers
aufweist.
Bei der Bearbeitung von Stahl, Gußeisen und anderen metallischen oder nichtmetallischen Werkstoffen
werden Schneideinsätzc verwendet, die im allgemeinen an dem Schneidwerkzeug durch Löten
oder Klemmen befestigt sind und die beispielsweise aus einer Platte bestehen, die häufig eine dreieckige
oder quadratische Form hat und Schneidkanten zwischen einer oder zwischen beiden Stirnseiten der
Platte und ihren Seitenflächen aufweist.
Es ist bereits bekannt, dünne Schichten aus harten Grundbestandteilen, z, B, Karbiden, auf gesintertes
Hartmetall aufzubringen, um einen höheren Verschleißwiderstand des Schneidmaterials zu erreichen.
So ist es bekannt, bei der Bearbeitung von Stahl und Gußeisen mit relativ hohen Schnittgeschwindigkeiten
eine dünne Schicht aus Titankarbid aufzubringen. Es ist auch bereits vorgeschlagen wurden, für die
Bearbeitung von Gußeisen, vorzugsweise bei niedrigen Schnittgeschwindigkeiten, Schichten aus Wolframkarbid
zu verwenden. Bisher hat man sich aber mit einem Kompromiß, nämlich einer Beschichtung
mit TiC zufrieden geben müssen, die sehr gute Ergebnisse beim Schneiden von Stahl und relativ
gute Ergebnisse beim Schneiden von Gußeisen, vorzugsweise bei hohen Schnittgeschwindigkeiten, ergeben
hat.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden. Schichten aus gemischten Karbiden, z. B. aus (TiW)C zu
verwenden. Aber auch solche Schichien stellen einen Kompromiß dar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schneidwerkzeug der eingangs genannten Art zu
schaffen, das eine optimale Lebensdauer beim Schneiden unterschiedlicher Werkstoffe bei hohen
und auch bei niedrigen Schnittgeschwindigkeiten aufweist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,
daß die Beschichtung aus zwei aufeinander angeordneten Verschlcißwiderstandsschichtcn besteht,
von denen die dem Einsatzkörper unmittelbar benachbarte innere Schicht aus extrem feinkörnigem
Titankarbid, Tantalkarbid, Zirkonkarbid, Hafniumkarbid, Vanadiumkarbid und/oder Niobiumkarbid
und die äußere Schicht aus extrtn: feinkörnigem Wolframkarbid, Molybdänkarbid und/oder Chromkarbid
besteht. Hierdurch werden optimale Ergebnisse beim Zerspanen von Gußeisen od. dgl. bei
niedrigen Geschwindigkeiten oder Temperaturen und auch beim Zerspanen von Stahl, Gußeisen od. dgl.
bei hohen Schnittgeschwindigkeiten, hohen Drücken und hohen Temperaturen erreicht.
Die beiden Schichten können vorzugsweise auf dem Einsatzkörper durch Auftragen (Niederschlagen)
aus einer gasförmigen Phase aufgebracht werden. In solchen Fällen ist es zweckmäßig, Metallhalogene
gemischt mit Wasserstoff und Kohlenwasserstoff zu benutzen. Beim Aufbringen von Titankarbid werden
z.B. im allgemeinen Titantetrachloid und Wasserstoff gemischt mit Methan verwendet. Die Reaktion
findet normalerweise bei einer Temperatur zwischen 700 bis 11000C statt, wobei das Gas bei einem
Druck von 1 bis 100 Torr durch den Behälter strömt, in welchem das Auftragen erfolgt.
Zum Auftragen der zweifachen Schicht können auch andere Verfahren angewendet werden, So kann
es vorteilhaft sein, das Aufbringen durch sogenanntes Zerstäuben vorzunehmen. Ausgezeichnete Resultate
haben auch Verfahren ergeben, bei denen die Schichten durch Aufdampfen und elektrolytisches
Aufbringen hergestellt worden sind.
Versuche haben ergeben, daß die erfindungsgemäße zweifache Schicht gleich gute Resultate beim
Bearbeiten von Stahl und auch von Gußeisen oder anderen Metallen ergibt. Ganz besonders gute Er-
g ergibt die crfmdungsgemäße Beschichtung Beispiel I
beim Drehen von Stahl und Stahlguß. Bei einer
beim Drehen von Stahl und Stahlguß. Bei einer
versuchsweisen Bearbeitung wurde mit einer Grob- Der Teil des in F ί g. 1 dargestellten Schneideinbearbeitung
bei niedriger Schnittgeschwindigkeit satzes besteht aqs einem Einsatzkörper 1 aus gebegoniK'ii,
und es wurde der Versuch mit einer 5 sintertem Hartmetall, der mit einer dünnen Bcschich-Feinbearbeitung
bei zunehmender Schnitlgeschwin- tung 2 bis 4 versehen ist. Die Beschichtung besteht
digkeit und schließlich bei sehr hnhei Schnitlge- aus einer inneren Lage 2 aus TiC, einer äußeren
sclnviiuligkeit festgesetzt. Lage 3 aus WC und einer Lage 4 aus Co, die
Die Beschichtung muß extrem dünn sein, um zwischen den beiden Verschleißwiderstandsschiditen
eine vergrößerte "der optimale Standzeit bei sehr m liegt. Die Dicke der beiden Verschleißwiderstandsvariabkn
Schnittbedingungen zu erreichen. Die schichten beträgt etwa je 2 μ, während die Dicke der
Dicke der aufeinander aufgebrachten Verschleiß- weicheren Co-Schicht etwa bei 0,5 μ liegt. Die Zuwiilerstandsschichten
beträgt demgemäß zwischen sammensetzung des Hartmetalls im Einsatzkörper
1 bis 9 μ und vorzugsweise zwischen 1,5 bis 6 μ. ist in Gewichtsprozenten: lO°/o Co1 70°/o WC und
Besonders günstige Ergebnisse treten auf, wenn die 15 20% kubische Karbide in Form von TiC, TaC und
beiden Schichten eine Dicke unter 5 μ und Vorzugs- NbC. Die beiden Verschleißwiderstands-Karbidweise
über 2 μ haben. Wenn die erwähnten Grenzen schichten waren niedergeschlagen aus einer gasföriiiclu
eingehalten werden, werden die vorteilhaften migen Phare, die einzelne Metallchloride (TiCI.)
Eigenschaften nicht erreicht. bzw. WCI6) enthielt, die mit MctaUin und Wasser-Zweckmäßig
bedeckt die Beschichtung wenigstens 20 stoff gemischt waren. Die Co-Schicht w:j durch Zerdic
Schneidkante oder die Schneidkanten und die stäuben aufgebracht worden,
anschließende Spanfläche oder Spanflächen des
anschließende Spanfläche oder Spanflächen des
Schneideinsatzes und in der Regel auch die an- Beispiel 2
schließende Freifläche oder Freiflächen. Oft ist es
schließende Freifläche oder Freiflächen. Oft ist es
zweckmäßig, den Einsatzkörper ganz mit einer Be- 25 Das in F i g. 2 dargestellte Schaubild zeigt die
schichtung der erwähnten Art zu versehen. Ergebnisse einer Schneidprüfung eines Schneidein-Der
Einsatzkörper besteht aus gesintertem Hart- satzes, der mit einer doppelten Karbidschicht gemäß
metall, das wenigstens eine Karbidart enthält, z. B. der Erfindung beschichtet ist, und eines Schneidein-WC,
TiC, TaC und/oder NbC außer einem Bin- satzes, der gemäß der bekannten Technik mit einer
dungsmetall, z. B. Co, Ni und/oder Fe. Der Einsatz- 30 einfachen Karbidschicht beschichtet ist. Die Schneidkörper
ist vor dem Aufbringen der Beschichtung in prüfung war in Stahl ausgeführt worden,
die gewünschte Form zu bringen. Das Schneiden war als Drehen durchgeführt worin gewissen Fällen hat es sich als vorteilhaft er- den, und zwar als Innendrehen. Dabei wurde eine wiesen, zwischen die beiden aufeinander angeordne- allmählich ansvachsende Schnittgeschwindigkeit mit ten Verschleißwiderstandsschichten eine extrem 35 anwachsendem inneren Durchmesser des Werkstücks dünne Schicht aus Co1 Ni und/oder Fe einzubringen. erreicht.
die gewünschte Form zu bringen. Das Schneiden war als Drehen durchgeführt worin gewissen Fällen hat es sich als vorteilhaft er- den, und zwar als Innendrehen. Dabei wurde eine wiesen, zwischen die beiden aufeinander angeordne- allmählich ansvachsende Schnittgeschwindigkeit mit ten Verschleißwiderstandsschichten eine extrem 35 anwachsendem inneren Durchmesser des Werkstücks dünne Schicht aus Co1 Ni und/oder Fe einzubringen. erreicht.
Auf diese Weise wird die Zähigkeit des Materials Schneiddaten beim Drehen von Stahl: Werkzeugwesentlich
erhöht. Die Dicke der dünnen Zwischen- verschleiß als Funktion der Bearbeitungszeit bei
schicht sollte zwischen 0.1 bis 2 μ liegen. allmählich anwachsender Schnittgeschwindigkeit,
In manchen Fällen hat es sich als vorteilhaft er- 40 sonst aber bei konstanten Schnittbedingungen,
wiesen, eine dünne Metallschicht zwischen Einsatz- Drehzahl: 282 U/min
körper und der Beschichtung aufzubringen. Diese Vorschub: 0,4 mm/Umdrehung
Schicht, die beispielsweise aus Pt, Fe oder Ni besteht, Spantiefe: 2 mm
hat normalerweise eine Dicke unter 2 μ. Schneidkantenwinkel: 90°
Die erfindungsgemäße Beschichtung mit oder ohne 45 Werkstoff: Kohlenstoffstahl Sandvik 17 C (1 °/o C)
die erwähnte Metallzwischenschicht bewirkt ein be- Werkzeugmaterial:
merkenswertes Ansteigen der Lebensdauer auch bei a) Schneideinsatz mit Oberflächenbeschichtung aus
anderen gesinterten und beschichteten Hartmetall- TiC (einfache Schicht) mit einer Dicke von 4 μ
körpern. Als Beispiele seien Verschleißteile von Vergleichseinsaiz.
Maschincnelementen oder Werkzeugen mit hohen 50 b) Schneideinsatz mit Oberflächenbeschichtung
Anforderungen an Verschleißwiderstand und Härte gemäß der Erfindung (doppelte Schicht), bein
Kombination mit guter Festigkeit erwähnt. stehend aus einer inneren Schicht aus TiC mit
Die Erfindung ist im folgenden an Hand der einer Dicke von 2 α und einer äußeren Schicht
Zeichnung an Beispielen näher erläutert. In der aus WC mit einer Dicke von 2 μ.
Zeichnung zeigt 55 F i g. 2 zeigt die Kratertiefe KT, das heißt den F i g. 1 einen Teilquerschnitt eines Einsatzes mit Kraterverschleiß, als Funktion der Schneidzeit 1. Es einer Oberflächenbeschichtung und ist ersichtlich, daß die Standzeit des Einsatzes b, der Fig. 2 grafische Darstellungen des Verschleißes gemäß der Erfindung beschichtet ist, wesentlich in Abhängigkeit von der Bearbeitungszeit. größer ist als die des Vergleichseinsatzes a.
Zeichnung zeigt 55 F i g. 2 zeigt die Kratertiefe KT, das heißt den F i g. 1 einen Teilquerschnitt eines Einsatzes mit Kraterverschleiß, als Funktion der Schneidzeit 1. Es einer Oberflächenbeschichtung und ist ersichtlich, daß die Standzeit des Einsatzes b, der Fig. 2 grafische Darstellungen des Verschleißes gemäß der Erfindung beschichtet ist, wesentlich in Abhängigkeit von der Bearbeitungszeit. größer ist als die des Vergleichseinsatzes a.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Schneideinsatz für Schneidwerkzeuge tier
spanabhebenden Bearbeitung von Stahl, GuO-eisen
u, dgl. Werkstoffe mit einem Einsatzkörper aus gesintertem Hartmetall, der neben einem Bindungsmetall
mindestens ein Karbid enthält, und mit einer auf dem Einsatzkörper aufgetragenen
Beschichtung, die eine größere Verschleißfestigkcit als das Hartmetall des Einsatzkörpers aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Beschichtung aus zwei aufeinander angeordneten Vcrschleißwiderstandsschichten besteht,
von denen die dem Einsatzkörper unmittelbar benachbarte innere Schicht aus extrem feinkörnigem
Titankarbid. Tantalkarbid, Zirkonkarbid, Hafninmkarbid, Vanadiumkarbid und/oder Niobiumkarbid
und die äußere Schicht aus extrem feinkörnigem Wolframkarbid, Moiybdänkarbid ao
und/oder Chromkarbid besteht.
2. Schneideinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung wenigstens
die Schneidkante oder die Schneidkanten und die sich anschließende Spanfliiche oder Spanflächen as
bedeckt.
3. Schneideinsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der aufeinander
aufgebrachten Verschleißwiderslandsschichtcn eine Dicke zVschen ί bis 9 μ und vorzugsweise
zwischen 1,5 bis 6 μ hat.
4. Schneideinsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der b^'flen aufeinander
aufgebrachten Verschleißwiderstandsschichten eine Dicke unter 5 μ und vorzugsweise über
2 μ hat.
5. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden
Schichten durch Auftragen (Niederschlagen) aus einer gasförmigen Phase auf den Einsatzkörper
aufgebracht worden sind.
6. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden
aufeinander aufgetragenen Verschleißwiderstandsschichten durch eine extrem dünne Zwischenschicht
aus Co, Ni und/oder Fe voneinander getrennt sind.
7. Schneideinsatz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der dünnen Zwischenschicht
zwischen 0,2 bis 2 μ liegt. so
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