DE2521377A1

DE2521377A1 - Zerspanwerkzeug und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2521377A1
Application number: DE19752521377
Authority: DE
Inventors: Robert Alfred Holzl
Original assignee: Chemetal Corp
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 1974-05-16
Filing date: 1975-05-14
Publication date: 1975-11-27
Also published as: DK219975A; CH599819A5; FR2270986B1; ES444989A1; DK142107B; ES437679A1; DK142107C; AT344473B; DE2521377C2; JPS5918472B2; CA1037298A; FR2270986A1; IN144015B; BR7503002A; NL185656C; US4008976A; NL185656B; SE7505518L; NL7505817A; JPS50156080A

Description

Anmelder: Chemetal Corporation, Pacoima (Kalifornien),V.St Zerspanwerkzeug und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf Zerspanwerkzeuge, einschließlich Drehstählen und Strehlern mit einer Einlage, Form- oder Fassonwerkzeugen und Bohrwerkzeugen, wie Bohrer und Stanzstempel. Insbesondere betrifft die Erfindung ein verbessertes Zerspanwerkzeug und ein Verfahren zu seiner Herstellung, wobei das Werkzeug mit geringeren Kosten herstellbar ist und dennoch eine erheblich längere Betriebslebensdauer besitzt als herkömmliche Werkzeuge.

Zur Verlängerung der Betriebslebensdauer von Zerspanwerkzeugen sind bereits zahlreiche Verfahren angewandt worden, nämlich u.a. die Herstellung eines solchen Werkzeugs aus einem hochfesten Werkstoff, wie Schnellschnittstählen, ein Einsatzhärten des Werkzeugs, seine Fertigung aus einem außerordentlich harten Werkstoff, etwa massivem Wolframkarbid-Sintermetall, oder das Auflöten einer Wolframkarbid-Schneidspitze auf das Schneidende aus einem weicheren Werkstoff. Für zahlreiche Anwendungszwecke gewährleisten weder Schnellschnittstähle noch die Einsatzhärtung ausreichende Härtegrade, und sogar das massive Wolframkarbid-Sintermetall nützt sich in gewissen Anwendungsfällen schneller als wünschenswert ab. Außerdem ist es schwierig, ein präzises Werkzeug nach dem Hartlöt-Einsetzverfahren herzustellen. Die Verbin-

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dung ist dabei häufig nicht fest genug. Eine gewisse Verbesserung der Lebensdauer von Werkzeugen wurde zwar durch Aufbringen eines äußerst dünnen Überzugs aus Titankarbid oder anderen erosionsbeständigen Werkstoffen auf einem Wolframkarbid-Sintermetallkörper erzielt. Infolge der hohen Kosten für Wolframkarbid-Sintermetall bedeutet dies Jedoch eine kostspielige Lösung des Problems der Werkzeug-Betriebslebensdauer.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines verbesserten Zerspanungswerkzeugs sowie eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Insbesondere soll das Zerspanwerkzeug eine längere Betriebslebensdauer als herkömmliche Schneidwerkzeuge besitzen.

Das Werkzeug soll eine lange Betriebslebensdauer haben, dabei kostensparend und verhältnismäßig einfach herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird bei einem Schneidwerkzeug der genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die thermochemisch aufgedampfte Schicht hauptsächlich aus Wolfram und Kohlenstoff besteht und einen Biegebruchmodul im aufgedampften oder im aufgedampften und wärmebehandelten Zustand von mehr als etwa 200 kg/mm besitzt und daß Dicke und Festigkeit dieser Schicht so groß gewählt sind, daß der Biegebruchmodul der Anordnung aus dem Körper

ο und der Schicht mindestens etwa 200 kg/mm beträgt.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Er-S09848/0987

findung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 aufeinanderfolgende Verfahrensschritte bei der Herstellung eines Einspann-Zerspanwerkzeugs gemäß der Erfindung;

Fig. 4 bis 6 aufeinanderfolgende Verfahrensschritte bei der Herstellung eines Form- oder Fasson-Zerspanwerkzeugs gemäß der Erfindung;

Fig. 7 ^un(3· 8 teilweise weggebrochene Seitenansichten zweier verschiedener Bohrerrohlinge vor der erfindungsgemäßen Abwandlung bzw. Verbesserung;

Fig. 9 eine Schnittansicht zur Darstellung der Anlagerung in Form einer Axialverlängerung der Werkzeugspitze beim Rohling gemäß Fig. 7;

Fig. 10 eine Fig. 9 ähnelnde Schnittansicht zur Veranschaulichung der Anlagerung in Form einer Axialverlängerung auf der Spitze eines Rohlings gemäß Fig. 8;

Fig. 11 eine Schnittansicht des mit der Anlagerung versehenen Rohlings gemäß Fig. 10 nach dem Zylinderschleifen zur Bildung eines geradschäftigen Bohrers;

Fig. 12 eine schematische Darstellung des Zylinderschleifens bei einem Bohrer, dessen Körper schlanker ist als sein Schaft;

Fig. 13 eine Seitenansicht des Bohrers gemäß Fig. 12 nach dem Auskehlen des Bohrerkörpers und der Spitze;

Fig. 14- eine Schnitt ansicht des Vorder endes eines Bohrers mit ursprünglichem Schnittwinkel, d.h. anfänglicher Spitze;

Fig. 15 eine Fig. 14 ähnelnde Ansicht des Bohrer-Vorder-.

endes mit unterschiedlichem, anfänglichem Schnitt-509848/0987

in der Weise in einen Werkzeughalter eingespannt ist, daß eine seiner Längskanten oder eine seiner Spitzen mit einem Werkstück in Kontakt zu bringen ist. Wenn die betreffende Schneide des Werkzeugs stumpf wird, wird die Ausrichtung des Werkzeugs im Halter so geändert, daß eine neue Schneide am Werkstück angreift. Im Fall eines Werkzeugs mit rechteckigem Querschnitt sind somit insgesamt acht Schneidkanten oder -spitzen mit dem Werkstück in Kontakt zu bringen.

In Fig. 1 ist ein Werkstückkörper 12 in vollem Querschnitt im unbeschichteten Zustand dargestellt. Erfindungsgemäß wird ein bei 1.5 angedeuteter Überzug in einer Dicke auf den Werkzeugkörper 12 aufgebracht, die ausreicht, um durch maschinelle Bearbeitung eine Schneide im Überzug auszubilden. Anschließend wird die erforderlische maschinelle, d.h. spanabhebende Bearbeitung des angelagerten Überzugs zur Ausbildung der angestrebten Schneiden 14 am Werkzeug vorgenommen.

Der Überzug 13 sollte so bemessen sein, daß der Werkzeugkörper mit dem Überzug den bei den Zerspanungsvorgängen auftretenden Kräften ausreichend zuwiderstehen vermag. Natürlich hängt diese Dicke auch von den angewandten Werkstoffen ab, doch beträgt diese Dicke typischerweise mehr als 25 /U, und sie liegt in der Praxis vorzugsweise im Bereich von 50 - 600 /U. Der Verbundkörper aus Werkzeugkörper und Überzugsschicht sollte einen Biegebruchmodul von mindestens etwa 200 kg/mm besitzen.

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v'inkel;

Fig. 16 eine Fig. 14 ähnelnde Ansicht des nach gewissem Verschleiß nachgeschliffenen Bohrers;

Fig. 17 eine Fig. 15 ähnelnde Ansicht des nach einem gewissen Verschleiß nachgeschliffenen Bohrers;;

Fig. 18 eine Seitenansicht eines Stanzstempels gemäß, der Erfindung und

Fig. 19 eine Teilschnittansicht eines Mantelbohrers gemäß der Erfindung.

Allgemein gesagt, besteht das erfindungsgemäße Zerspanwerkzeug aus einem Körper 12 und einer thermochemisch aufgebrachten Schicht 13· Diese Schicht kann eine oder mehrere Flächen des Körpers bedecken. Sie bedeckt wenigstens eine am Körper ausgebildete Schneide 14. Die Schicht besteht aus einer Hartmetallegierung mit einer Vickers-Härte von mindestens I5OO kg/mm , die in einer Dicke von mindestens etwa 25/U auf den Körper aufgetragen ist. Die Hartmetallegierung besteht hauptsächlich aus Wolfram und Kohlenstoff mit einem Biegebruchmodul

ο
von mehr als etwa 200 kg/mm , wobei der Verbundkörper aus der Schicht und dem Körper einen Biegebruchmodul

von mindestens etwa 200 kg/mm besitzt.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Fig. 1 bis in Verbindung mit einem sogenannten Einspann-Zerspanwerkzeug (z.B. Drehstahl) beschrieben. Ein solches Schneidwerkzeug besteht typischerweise aus einem Werkzeug mit rechteckigem oder dreieckigem Querschnitt, das

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Bei einem hochfesten Substrat kann daher die Festigkeit in der Nähe des angegebenen Mindestwerts liegen. Besitzt das Substrat dagegen eine verhältnismäßig geringe Festigkeit, so muß die Festigkeit der Überzugsschicht entsprechend höher sein.

Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 3 reicht der Überzug ersichtlicherweise vollständig um den gesamten Werkzeugkörper 12 herum. Obgleich für die Erfindung nicht kritisch,-gewährleistet eine derartige Konstruktion eine besonders hohe Festigkeit, weil der Außenabschnitt des Werkzeugs den Bereich darstellt, von dem der größte Teil der Zerspanungskräfte aufgenommen werden muß. Da dieser Bereich im Vergleich zum Körperabschnitt eine höhere Zugfestigkeit besitzen kann, kann ein außerordentlich hochfestes Zerspanwerkzeug unter Verwendung einer Mindestmenge an hochfestem Werkstoff und unter Verwendung eines weniger kostspieligen Werkstoffs mit einem Mindestmaß an Festigkeit für den Werkzeugkörper 12 geschaffen werden.

Die Beschichtung bzw. Anlagerung kann in einer Reaktionskammer der normalerweise für die chemischen Aufdampftechniken bekannten Art stattfinden. Das Verfahren, nach dem die vorgenannten Überzüge ausgebildet werden können, ist in der USA-Patentanmeldung Serial No. 385 110 vom 7. Mai 1973 näher beschrieben, die der deutschen Offenlegungsschrift 2 421 131 entspricht.

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Gemäß der genannten USA-Patentanmeldung kann beispielsweise nach einem speziellen Aufdampfverfahren eine Anlagerung aus einer Wolfram-Kohlenstoff-Legierung hergestellt werden. Dabei reagiert zunächst ein flüchtiges Wolfram-Halogenid in Gasform mit gasförmigen Wasserstoff, Sauerstoff und Kohlenstoff. Bei weiterer Reaktion mit Wasserstoff bildet sich auf der zu beschichtenden Oberfläche eine in flüssiger Phase vorliegende Anlagerung. Die Flüssigkeitsphasen-Anlagerung wird dann auf der Oberfläche in eine in fester Phase vorliegende Anlagerung umgewandelt, die extrem fest, hart und verschleißfest ist. Die Aufdampftemperatur wird vorzugsweise auf höchstens etwa 1100⁰C eingestellt. Die Wasserstoffmenge relativ zur Menge des Wolframhalogenids wird vorzugsweise unterstöchiometrisch gehalten.

Durch die Begrenzung der Temperatur und des Verhältnisses zwischen Wasserstoff und Metallhalogenid wird gewährleistet, daß die zur Bildung der flüssigen Phase und dann zur Umwandlung in das Hartmetall führende Aufdampfung mit Vorzug vor dem unmittelbaren Aufdampfen eines festen Materials aus der Gasphase nach dem herkömmlichen chemischen Aufdampfverfahren erfolgt. Durch die zuletzt genannte Reaktion wird nämlich ein Material mit wesentlich schlechteren Festigkeits- und Abriebeeigenschaften gebildet.

Wie erwähnt, besteht das resultierende, thermochemisch aufgedampfte Produkt aus einer Hartmetallegierung, die

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frei ist von "grain columns' (Kristallfehlern), welche durch die Schicht hindurchlaufen. Im Fall einer Wolfram-Kohlenstoff-Legierung übersteigt die Vickers-Härte

einen Wert von 15OO kg/mm . Für die meisten Anwmidungs-

zwecke sollte die Härte nicht über etwa 2500 kg/mm liegen, da sonst das Material zu spröde wird. Anlagerungen mit Härten von bis zu 3OOO kg/mm wurden hergestellt. Diese Anlagerungen sind unter gewissen Umständen auch brauchbar. Bei einwandfreier Herstellung besitzt das angelagerte bzw. aufgedampfte Material entweder nach dem Aufdampfen oder nach dem Aufdampfen und Wärmebehandeln eine hohe Festigkeit und einen Biegebruchmodul von mehr als 200 kg/mm . Charakteristisch für solche Anlagerungen ist, daß die Oberfläche des Überzugs ziemlich glatt ist und daß die Korngröße im allgemeinen etwa 5 /U oder weniger und weniger sogar als 1 /U beträgt.

Wie vorstehend angedeutet, hängt die nutzbare Härte der aufgedampften Schicht von dem betreffenden Anwendungszweck des Werkzeugs ab. Vickers-Härten von mehr als 3OOO kg/mm werfen normalerweise Bearbeitungsprobleme auf, welche die Fertigungskosten erhöhen. Sie können Schneiden ergeben, die zu spröde sind. Härten unterhalb des vorher angegebenen Mindesthartewerts ergeben keine Abriebeeigenschaften, die besser sind als bei anderen Arten von Werkzeugen, etwa solchen aus Schnellschnittstählen.

Die spezielle Art der Hartmetallegierung-Anlagerung, welche die aufgedampfte Schicht des erfindungsgemäßen 509848/0987

Werkzeugs bildet, ist Jedoch erheblich abrieb- oder verschleißfester als Wolframkarbid-Sintermetall mit gleich großer oder sogar größerer Härte. Obgleich diese Erscheinung noch nicht voll verständlich ist, wird angenommen, daß die verbesserten Abriebeigenschaften vom Fehlen eines Bindemittels oder Matrixmaterials herrühren, wie es bei den Karbid-Sintermetallen vorhanden ist. Obgleich das Metallkarbid selbst bei Karbid-Sintermetallen eine hohe Härte besitzt, wird angenommen, daß ein Abrieb, d.h. eine Abnützung, aufgrund von Erosion des die Teilchen des Metallkarbids zusammenhaltenden Matrixmaterials oder Bindemittels auftritt. Da bei der erfindungsgemäß aufgedampften Schicht keine Matrix vorhanden ist, ist das Abriebverhalten, wie erwähnt, erheblich besser als bei Wolframkarbid-Sintermetallen und anderen Arten von Schneidwerkzeug-Konstruktionen.

Der Werkzeugkörper bzw. das Substretmaterial kann bus einem beliebigen Werkstoff bestehen. Obgleich Werkzeugstähle im allgemeinen zufriedenstellend sind, können dabei gewisse Schwierigkeiten infolge der Neigung des Eisens, in die .Reaktion einzutreten, auftreten. Aus diesem Grund können xv'eniger aktive Werkstoffe, wie Wolfram, Wolframlegierung, Wolframkarbid, Molybdän oder Molybdänlegierung, vorteilhafter sein. Die Wärmeausdehnungseigenschaften dieser zuletzt genannten Werkstoffe liegen außerdem näher bei denen der aufgebrachten Schicht

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wodurch eine bessere Verbindung gewährleistet wird. Zudem sind derartige Werkstoffe verhältnismäßig steif, so daß sie normalerweise einen besseren Werkzeugbetrieb ermöglichen als weniger steife Werkstoffe. Alternativ kann zxtfischen der Anlagerung und dem Substrat eine vergleichsweise inerte Zwischenschicht mit entsprechenden Wärmeausdehnungseigenschaften vorgesehen werden.

Die bekannten Zerspanwerkzeuge unter Verwendung von aufgedampften Materialien stützen sich hinsichtlich der Beständigkeit gegenüber den Zerspanungsbelastungen typischerweise auf die Kohäsionskräfte zwischen der Anlagerung und dem Substrat in Verbindung mit der Festigkeit des Substrats selbst. Aus diesem Grund wurde bisher gelehrt, daß lediglich dünne Überzüge auf bereits vorhandenen Schneidkanten für die Verbesserung der Werkzeuglebensdauer brauchbar sind und daß Substrate mit hoher Festigkeit erforderlich sind. Obgleich bereits einige Versuche zur Herstellung von Verbundwerkzeugen nach Sinterverfahren vorgenommen wurden, erwiesen sich diese Herstellungsverfahren infolge unterschiedlicher Schrumpfungsgrade als äußerst schwierig und aufwendig.

Im Gegensatz zum Stand der Technik besteht die Erfindung nicht in einem beschichteten Zerspanswerkzeug, sondern in einem Verbundwerkzeug, bei dem eine spezielle Art einer Anlagerung zur Bildung eines vergleichsweise massiven Schneidkantenmaterials herangezogen wird. Die Schneide wird nach der Herstellung der Anlagerung ma-

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schinell bearbeitet, und zwar auch an der Anlagerung. Die Schneidkantengoometrie wird dabei nicht hauptsächlich durch die Form des Substrats bestimmt. Außerdem wird ein beträchtlicher Teil der Zerspanungsbelastung von der Anlagerung selbst aufgenommen.

In den Fig. 4 bis 6 ist ein Formwerkzeug gemäß der Erfindung dargestellt. Gemäß Fig. 4 wird dabei die grobe Form des Werkzeugs durch maschinelle Bearbeitung in der Oberfläche des Werkzeugkörpers 12 ausgebildet. Danach wird auf die Oberfläche des Werkzeugkörpers 12 eine Anlagerung bzw. aufgedampfte Schicht 13 der vorher beschriebenen Art aufgebracht. Die anderen Flächen werden mit Masken abgedeckt. Die auf vorher beschriebene Weise hergestellte Anlagerung wird anschließend gemäß Fig. 6 maschinell bearbeitet, um die Schneidkante 14 in der gewünschten Form zu bilden.

In Fig. 7 ist ein Bohrerrohling dargestellt, der bei der speziellen Ausführungsform gemäß den Fig. 7₅ 9» 12 und 13 einen Schaftabschnitt, einen Körper und eine Spitze bzw. ein Vorderende aufweist. Die Spitze bzw. das Vorderende wird am Ende des Bohrerkörpers in eine konische Form gebracht, die von ihrer Spitze aus unter einem zweckmäßigen Winkel, meist unter einem Einschlußwinkel von 130°, abfällt.

Erfindungsgemäß ist der Bohrerrohling mit einer elektrochemisch abgelagerten Hartmetallegxerung versehen, die

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eine ./Axialverlängerung bzw. -fortsatz des Bohrerkörpers bildet. Diese Anlagerung wird am Ende des Bohrerkörpers dadurch ausgebildet, daß sämtliche andere Flächen desselben durch Masken abgedeckt werden. Infolge der ungenauen Meskenabdeckung erstreckt sich häufig ein Teil der Anlagerung ein kurzes Stück längs der Seiten des Bohrerkörpers. Die Anlagerung wird nach den vorher erörterten elektrochemischen Aufdampfverfahren hergestellt, wobei sie ein äußerst feinkörniges, hartes Gefüge mit ausgezeichneter Abriebbeständigkeit erhält.

Als nächstes werden der Körper und die aufgedampfte Spitzenschicht des Bohrers gemäß Fig. 11 und 12 zylindrisch geschliffen, so daß der .Rohling einen durchgehend gleichmäßigen Durchmesser (vergl. Fig. 7) erhält. Wenn ein Rohling der Art gemäß Fig. 8 verwendet wird, werden der schlankere Teil des Bohrerkörpers und seiner Spitze zylindrisch geschliffen. Dieses Fertigungsverfahren ermöglicht die Herstellung von Bohrern mit einer Konfiguration, bei welcher Körper und Schaft den gleichen Durchmesser besitzen, oder von Bohrern, bei denen der Körper einen kleineren Durchmesser erhält als der Schaft.

Wenn der Bohrer ein Spiralbohrer sein soll, werden gemäß Fig. 13 zwei spiralige bzw. wendeiförmige Auskehlungen 21 in den Böhrerkörper und in die Spitze eingeschliffen. Wenn erfindungsgemäß ein Blatt- oder sog. Kanonenbohrer hergestellt werden soll, sind die Ferti-

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gungsvorgänge die gleichen, nur mit dem Unterschied, daß anstelle der wendeiförmigen Auskehlungen flache parallele Flächen an den Bohrerkörper angeschliffen werden. Die Dicke der aufgedampften Spitze wird dabei stets so groß gewählt, daß sie anschließend zur Ausbildung einer Schneidkante gemäß Fig. 14- und 15 geschliffen werden kann. Diese Dicke beträgt daher vorzugsweise mindestens etwa 200 ,u.

Die Fig. 14 und 15 veranschaulichen die Anlagerungen auf einem Bohrerrohling, der mit einer "falschen" bzw. anfänglichen Spitze mit dem gleichen Winkel wie dem vorgesehenen, endgültigen Schnittwinkel der Bohrerspitze bzw. mit einem spitzeren W inkel als der endgültig angestrebte Winkel der Bohrerspitze versehen worden ist. Der einzige Unterschied zwischen den beiden unterschiedlichen Winkeln der "falschen" Spitze liegt in der Nachschleifbarkeit und in der Größe der Verbindungsfläche zwischen dem Bohrerkörper und der Spitze. Im allgemeinen wird bei einem spitzeren Winkel der vorläufigen Spitze eine vergleichsweise festere Verbindung erreicht. Die Möglichkeit des Nachschärfens des Bohrers, nachdem er im Gebrauch etwas stumpf geworden ist, ist in den Fig. 16 und 17 veranschaulicht.

Aus Fig. 17 ist ersichtlich, daßbei einer vorgegebenen Größe der Anlagerung mehr Nachschärf- oder Nachschleifvorgänge möglich sind, wenn die vorläufige Spitze mit einem spitzeren Winkel gewählt wird. Ersichtlicherweise

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wird beim letzten Nachschleifen gemäß Fig. 17 ein Teil des Bohrerkörpers im Mittelteil der Spitze des Werkzeugs freigelegt. Dies macht Jedoch das Werkzeug nicht notitfendigerweise für den weiteren Gebrauch unbrauchbar, da der größte Teil der Schneid- oder Zerspanungsarbeit nahe des Außenumfangs der Schneidkante stattfindet, wo das abriebfeste Material am zweckmäßigsten ist.

Fig. 18 zeigt einen Stanzstempel gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, welcher nach einem offensichtlich gleichartigen Verfahren hergestellt wurde, nur mit dem Unterschied, daß am Rohling keine "falsche" oder vorläufige Spitze ausgebildet wird, daß keine Auskehlungen eingeschliffen werden und daß die Schneidkante zu einer flachen Endfläche geschliffen wird. Ein Nachschleifen des Stempels ist dabei ebenfalls möglich, sofern genügend Material aufgedampft worden ist.

Fig. 19 veranschaulicht einen Mantelbohrer, der durch Beschichten des Körpers um den Durchmesser herum sowie an der Spitze hergestellt wurde. Beim anschließenden maschinellen Bearbeiten bzw. Zurechtschlexfen erhält man die dargestellte Konstruktion, bei der eine Hülse bzw. ein Mantel aus dem aufgedampften Material den Werkzeugkörper umschließt und Auskehlungen sowohl in den Überzug als auch in den Werkzeugkörper eingestochen sind. Hierdurch wird auch nach wiederholtem Nachschleifen mehr abrieb- und erosionsfestes Material, nämlich die Anlagerung, im Bereich des größten Abriebs gewährleistet. Da

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die beschriebenen Überzugsmaterialien typischerweise hohe (Bruch-)Module besitzen, bietet die Konstruktion gemäß Fig. 19 den weiteren Vorteil einer Versteifung des Bohrers.

Die folgenden Beispiele sollen zur Verdeutlichung spezieller Ausführungsformen der Erfindung dienen, ohne den Rahmen der Erfindung in irgendeiner Weise einzuschränken.

Beispiel 1 : Wolframkarbid- und Molybdänstäbe mit einem Durchmesser, von3 mm und halbkugeligen Enden wurden an ihren Enden mit 0,5 mm dicken, thermochemisch aufgedampften Überzügen aus Wolfram-Kohlenstoff-Legierung versehen. Danach wurden diese Stäbe ein kurzes Stück von ihren Enden bzw- Spitzen aus über den Durchmesser flachgeschliffen, wobei die Enden ebenfalls geschliffen wurden, so daß ein 0,25 mm dicker Axia.lf ort satz der Anlagerung zurückblieb und eine Schneidkante in der Anlagerung gebildet wurde. Bei der Verarbeitung von hochfestem 4-340-Stahl, niedrig gekohltem Stahl und Ti6A14V-Legierung war die Werkzeuglebensdauer sowohl bei den Wolframkarbid- als auch bei den Molybdänsubstraten um etwa das Zehnfache besser als bei Schnellschnittstahlwerkzeugen mit identischer Form.

Beispiel 2: Ein 37,5 mm langer und einen Durchmesser von 3 mm besitzender, geradzylindrischer Stab aus C-2-Sinterkarbid wurde an der Spitze zu einer konischen

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Fläche geschliffen. Alle Flächen, mit Ausnahme der Spitze, wurden mit einer Maske abgedeckt, worauf eine Wolfram-Kohlenstoff -Legierung in einer Dicke von etwa 0,75 aufgedampft wurde. Das Aufdampfen erfolgte bei einer Tem-

peratur von etwa 900 C unter Verwendung von Wolfram-

hexafluorid, Wasserstoff und Methanoldampf. Prüflinge des gleichen aufgedampften Materials zeigten einen Biegebruchmodul von 420 kg/mm und eine Vickers-Härte von 1750 kg/mm².

Sodann wurde aus dem Hohling ein Bohrer hergestellt, indem der Durchmesser des Schafts auf 3 nm belassen und der Bohrerkörper, einschließlich der Spitze, mit einer Diamantschleifscheibe über 12,5 M Länge von der Spitze aus auf 0,9 mm geschliffen wurde. In den Bohrerkörper und in die Spitze wurden sodann nach einem üblichen Spiralbohrer-Herstellungsverfahren wendelförmige Kehlnuten eirigeschliffen. Hierauf i«mrde das Bohrerende nach dem üblichen Verfahren zurechtgeschliffen.

Die Leistung dieses Bohrers wurde mit derjenigen von " handelsüblichen 8interk?rbidbohrern beim Bohren von mit Kupfer beschichteten, glasfasergefüllten Kunststoffplatten verglichen, wie sie von der Industrie als genormte G-11-Platten für gedruckte Schaltungen bezeichnet werden. Während die handelsüblichen Bohrer nach weniger als 10.000 Bohrungen bis zur Unbrauchbarkeit abgenützt waren, zeigten die erfindungsgemäß hergestellten Bohrer

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nur eine geringe oder gar keine Abnützung, und sie waren nach 30.000 Bohrungen immer noch betriebsfähig.

Beispiel 3^: Ein ähnlicher Rohling wie in Beispiel 2 aus Molybdän mit einer Länge von 37,5 mm und einem Durchmesser von 3 mm, der mit einer unter einem Winkel von ausgebildeten Spitze versehen war, wurde in einer Dicke von 0,75 mm mit einer Wolfram-Kohlenstoff-Legierung mit einer Vickers-Härte von I5OO kg/mm beschichtet. Die Aufdsmpfungsbedingungen und die Reaktionsteilnehmer waren die gleichen wie in Beispiel 1. Der Rohling wurde zu einem Blattbohrer umgeformt und beim Bohren von Löchern inhandelsüblichem Graphit bezüglich der Leistung mit einem ähnlichen Bohrer aus C-2-Karbid verglichen. Während der Siiiterkarbidbohrer bereits nach weniger als 100 Bohrungen abgenützt war, überstieg die Betriebslebensdauer des Molybdänwerkzeugs mit der thermochemisch aufgedampften Wolfram-Kohlenstoff-Legierung 1000 Bohrungen.

Beispiel 4: Ein 3715 mm langer, einen Durchmesser von 3 mm besitzender Wolframmetallrohling wurde an der einen Stirnfläche mit einer aufgedampften, 0,5 mm dicken Schicht auf Wolfram-Kohlenstoff-Legierung versehen, während alle anderen Flächen mit Masken abgedeckt wurden. Hierauf wurde der Rohling auf einer Länge von 12,5 mm vom Vorderende aus auf einen Durchmesser von 0,75 mm geschliffen, worauf das verbleibende Vorderende senkrecht

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zur Achse des Werkzeugs flachgeschliffen wurde. Das so erhaltene Werkzeug eignete sich als Stanzstempel zum Stanzen von Löchern in gedruckten Schaltungsplatten sowie in Kupfer-, Stahl- und Tantalblech.

Ersichtlicherweise wird mit der Erfindung also ein verbessertes Schneid- oder Zerspanungswerkzeug nebst einem Verfahren zu seiner Herstellung geschaffen. Das erfindungsgemäße Werkzeug besitzt eine außerordentlich lange Betriebslebensdauer, und es kann einfach und vergleichsweise kostensparend hergestellt und ohne weiteres nachgeschärft werden.

Selbstverständlich sind dem Fachmann anhand der vorstehenden Offenbarung verschiedene Änderungen und Abwandlungen der Erfindung möglich, ohne daß vom Rahmen und vom Grundgedanken der Erfindung abgewichen wird.

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Claims

Patentansprüche

M.)Zerspanwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Werkzeug-Körper (12) sowie eine thermochemisch aufgedampfte, wenigstens einen Teil der Körperoberfläche bedeckende Hartmetallegierungsschicht (1J) mit einer Dicke von mindestens etwa 25 /U. und einer Vickers-Härte von

mindestens etwa 1500 kg/mm aufweist, daß in dieser Schicht mindestens eine Schneidkante maschinell ausgearbeitet ist, daß die thermochemisch aufgedampfte Schicht hauptsächlich aus Wolfram und Kohlenstoff besteht und im aufgedampften oder im aufgedampften und wärmebehandelten Zustand einen Biegebruchmodul von mehr als etwa 200 kg/mm besitzt und daß Dicke und Festigkeit dieser Schicht so groß gewählt sind, daß der Biegebruchmodul der Anordnung aus dem Körper und der Schicht mindestens

etwa 200 kg/mm beträgt.

2. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der aufgedampften Schicht so groß ist, daß die Schicht selbst einem beträchtlichen Teil der infolge der Schneid- oder Zerspanungsbelastung auf sie einwirkenden Kräfte zu widerstehen vermag.

5. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Werkzeug-Körper und der Martmetallegierungsschicht eine Zwischenschicht vorgesehen ist, die aus einem Werkstoff mit einer Wärmeausdehnung besteht,

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welche sowohl mit dem Werkstoff des Werkzeug-Körpers als! auch mit der Hartmetallegierung vereinbar ist.

4-, Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeug-Körper aus Wolframsinterkarbid besteht.

5- Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeug-Körper aus Wolfram oder einer Wolframlegierung besteht.

6. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeug-Körper aus Molybdän oder einer Molybdänlegierung besteht.

7· Verfahren zur Herstellung eines Schneidwerkzeugs nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Oberfläche eines Körpers mit einer Hartmetallegierung mit einer Härte von mindestens etwa I5OO kg/mm thermochemisch bedampft wird, so daß sie eine Schicht mit einer Dicke von mindestens 25 /^u bildet, wobei die Hartmetallegierung hauptsächlich aus Wolfram und Kohlenstoff besteht und im aufgedampften oder im aufgedampften und wärmebehandelten Zustand einen Biegebruchmodul von mehr als etwa 200 kg/mm besitzt, und daß durch maschinelle Bearbeitung mindestens eine Schneide in der Schicht ausgebildet wird, wobei die Schicht nach der maschinellen bzw. zerspanenden Bearbeitung eine solche Dicke und Festigkeit besitzt, daß der Biegebruchmodul des Körpers und der Schicht mindestens etwa 200 kg/mm2 beträgt. 509848/0987

3. Bohr- oder Stanzwerkzeug mit Schaft und Körper, dadurch gekennzeichnet, daß Dicke und Festigkeit dieser Schicht so pjroß gewählt sind, daß der Biegebruchmodul der Anordnung aus de:n Körper und der Schicht mindestens etwa 200 kg/mm beträgt, und daß in dieser Schicht mindestens eine Schneidkante maschinell ausgearbeitet ist.

9. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die aufgedp.iapfte Schicht in Axialrichtung mindestens etwa 200 /U über dem Körper (12) stellt.

10. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgedampfte Schicht um mindestens einen Teil des Körpers herum einen Mantel bildet, der eine Dicke von mindestens etwa 200 /α oder entsprechend 2.^cy/O des endgültigen Außendurchmessers, je nachdem, welches Haß kleiner ist, besitzt.

11. Werkzeug nach Anspruch 8 und 9» dadurch gekennzeichnet, daß es ein Bohrer mit spitzem Ende ist, bei dem die aufgedampfte Schicht auf dem spitzen Ende des Körpers steht.

12. Werkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei eingestochene, wendeiförmige Kehlnuten axial sowohl über den Körper als auch über die aufgedampfte Schicht verlaufen.

13. Werkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Körper und in der aufgedampften Schicht zwei axial

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verlaufende, planparallele Flächen maschinell ausgebildet sind.

14. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Stanzstempel mit einer flachen Stirnseite ist, bei dem die aufgedampfte Schicht axial vom Ende äses
Werkzeug-Körpers aufsteht (Fig. 18).

15· Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeug-Körper aus Wolframsinterkarbid besteht.

16. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeug-Körper aus Wolfram oder Wolframlegierung besteht.

17· Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeug-Körper aus Molybdänlegierung besteht.

18. Verfahren zur Herstellung eines Bohrwerkzeugs nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende bzw. an der Stirnfläche eines Körpers eine Hartmetallegierung mit einer Härte vonmindestens etwa 1500

kg/mm aufgedampft wird, um eine Spitze zu bilden, deren Axialabmessung groß genug ist, um durch maschinelle Bearbeitung eine Schneidkante in ihr auszubilden, wobei die Hartmetallegierung hauptsächlich aus Wolfram und
Kohlenstoff besteht und im aufgedampften oder im aufgedampften und wärmebehandelten Zustand einen Biegebruchmodul von mehr als etwa 200 kg/mm besitzt, und daß an

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der Spitze durch maschinelle bzw. spanabhebende Bearbeitung mindestens eine Schneidkante ausgebildet wird.

19· "Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein Spiralbohrer ist, in dessen Körper wenöelförmige Kehlnuten eingestochen werden und an dessen Spitze eine auf der Achse des Körpers liegende Spitzenbedeckungsschicht ausgebildet wird.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein Stanzstempel ist, dessen Vorderende mit einer senkrecht zur Werkzeugachse liegenden Planfläche und einer ringförmigen Schneidkante versehen wird,

21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein Blattbohrer ist, dessen Körper mit praktisch flachen, parallelen Flächen versehen und dessen Vorderende zu einer auf der Achse des Körpers liegenden Spitze geformt wird.

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