DE3134959A1

DE3134959A1 - "schneidwerkzeug"

Info

Publication number: DE3134959A1
Application number: DE19813134959
Authority: DE
Inventors: Masatada Handa Araki; Yukio Aichi Tanaka
Original assignee: Nippon Oil and Fats Co Ltd
Current assignee: NOF Corp
Priority date: 1980-09-03
Filing date: 1981-09-03
Publication date: 1982-04-22
Also published as: GB2086430A; DE3134959C2; JPS603922B2; JPS5748405A; GB2086430B; US4437800A; SE8105128L

Description

Schηeidwerkzeug

Fs gibt zwei Arten von hochdichtem Bornitrid, nämlich die eine mit kubischer und die andere Wurtzitstruktur. Ebenso gibt es zwei Arten von Diamanten, nämlich die eine in kubischer und die andere in hexagonaler Struktur. Diese hochdichten Bornitride und Diamanten müssen unter hohem Druck und hoher Temperatur behandelt werden, um sie zu sintern. Da hochdichtes Bornitrid und Diamant als Rohmaterialien sehr teuer sind und wenn sie in einen Sinterkörper eingebettet und als Schneidwerkzeug verwendet werden, dann wird ein solches Werkzeug daher im Vergleich zu üblichen Schneidwerkzeugen sehr teuer. Um die Rohmaterialkosten bei der Herstellung solcher Schneidwerkzeuge zu senken, hat man im allgemeinen einen Sinterkörper, der hochdichtes Bornitrid oder Diamant enthält, mit einer Dicke von 0,5 bis 2 mm auf eine Sintercarbidschicht aufgebracht. Alle Schneidwerkzeuge, die auf dem Markt erhältlich sind, verwenden eine solche Sinterkörperschicht auf einer Sintercarbidschicht. Die Verwendung des gesinterten Körpers (nachfolgend geschichteter Sinterkörper genannt), der durch Übereinanderlegen einer Sinterkörperschicht, die hochdichtes Bornitrid oder Diamant enthält, und einer Sintercarbidschicht gebildet ist, weist den Vorteil auf, daß erhebliche Mengen an teuren Rohmaterialien gespart werden können, daß man jedoch dennoch einen harten aber spröden gesinterten Körper erhält, der hochdichtes Bornitrid oder Diamant aufweist und der durch das Aufbringen auf die Sintercarbidschicht verstärkt ist. Obgleich die Sinterkörperschicht hochdichtes Bornitrid oder Diamant enthält, kann sie nicht direkt auf einen Werkzeugschaft aufgelötet werden. Jedoch kann die Oberfläche der Sintercarbidschicht, diernit der Sinterkörperschicht belegt

ist, auf einen Werkzeugschaft oder auf einen Träger aufgelötet werden, der die Gestalt einer Wegwerf-Drehspitze hat.

Der geschichtete Sinterkörper mit den oben erwähnten Eigenschaften weist jedoch zugleich die folgenden Nachteile auf. Die Sinterkörperschicht, die das hoehdiehte Bornitrid oder Diamant in dem geschichteten Sinterkörper aufweist, ist dünn und es ist deshalb sehr schwierig oder beinahe unmöglich, die Oberfläche der Sinterkörperschicht so zu vertiefen, daß sie spanbrechende Eigenschaften aufweist oder so eingesetzt werden kann, daß sie als vorstehender Spanbrecher wirkt In der JP-OS 140,284/79 ist ein Verfahren zum Beseitigen dieser Nachteile beschrieben. Danach wird ein plattenförmigen Element an der Freifläche einer gesinterten Trägerschicht befestigt, die hochdichtes Bornitrid oder Diamant oder ein Gemisch davon enthält, und dieses plattenförmige Element wird an der Freifläche belassen und dient als Spanbrecher. Dieses an der Freifläche befestigte, beispielsweise festgeklebte plattenförmige Element besteht aus Sinterearbid, Molybdän, Stahl od.dgl. und weist eine Zähigkeit auf, die höher ist als jene der Sinterkörperschicht. Das plattenförmige Element ist daher weniger hart als die gesinterte Trägerschicht, die das hoehdiehte Bornitrid oder Diamant enthält, und nutzt sich daher unter harten Schneidbedingungen schnell ab. Darüber hinaus können konventionelle geschichtete Sinterkörper nicht bei einem Schneidwerkzeug verwendet werden, das die Seitenfläche einer Wegwerfspitze als Frei- oder Schneidfläche benutzt, insofern nämlich, als der geschichtete Sinterkörper konventionelle Gestalt aufweist.

Die Erfinder haben sich mit dem vorstehenden Problem beschäftigt und verschiedene Untersuchungen angestellt, um die Verwendung des teuren Rohmaterials so gering wie möglich zu halten und zugleich die oben beschriebenen Nachteile zu ver-

- meiden. Bei diesen Untersuchungen kamen sie zu der vorliegenden Erfindung.

Diese Erfindung besteht darin, daß in einem Schneidwerkzeug, das aus einem plattenförmigen gesinterten Körper, der aus einer gesinterten Cermetschicht aus beispielsweise einer Wolframcarbid-Kobaltlegierung und einer gesinterten Trägerschicht, die hochdichtes Bornitrid oder Diamant enthält, besteht, die gesinterte Cermetschicht das Mittelteil des plattenförmigen gesinterten Körpers bildet, der mit dem gesinterten Trägerkörper an der einen Seite verbunden oder an den Seiten und von oben und unten von diesem umgeben ist.

Die Erfindung und Ausgestaltungen derselben sollen nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. la eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Erfindung;

Fig. Ib einen Schnitt durch das Werkzeug nach Fig. la längs der Linie A-A;

Fig. 2a eine Draufsicht auf eine Wegwerfspitze, die durch Bearbeitung des Werkzeugs nach Fig. la entstanden ist;

Fig. 2b einen Schnitt durch das Werkzeug nach Fig. Za längs der Linie B-B in Fig. 2a;

Fig. 3a eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3b einen Schnitt längs der Linie C-C von Fig. 3a;

Fig. 4a eine Draufsicht auf eine Wegwerfspitze ähnlich der in den Figuren 2a und 2b» die jedoch mit einem Spanbrecher versehen ist;

Fig. 4b einen Schnitt längs der Linie D-D in Fig. 4a;

Fig. 5a eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer Wegwerfspitze ähnlich jener in den Figuren 2a und 2b, jedoch mit einem vorstehenden Spanbrecher;

Fig. 5b einen Schnitt längs der Linie E-E von Fig. 5a;

Fig. 6a eine Draufsicht auf ein Schneidwerkzeug, das durch Einbetten einer gesinterten Cermetschicht in einen gesinterten Trägerkörper, der hochdichtes Bornitrid oder Diamant enthält, und Bearbeiten der Masse in eine Wegwerfspitze entstanden ist derart, daß die Seitenfläche, die einen Spanbrecher aufweist, als Freifläche dient;

Fig. 6b eine Seitenansicht des Werkzeugs nach Fig. 6a; Fig. 6c einen Schnitt längs der Linie F-F in Fig. 6b;

Fig. 7a eine Draufsicht auf ein Schneidwerkzeug an einem Drehstahl, das durch Teilen des Schneidwerkzeugs nach den Figuren 2a und 2b in vier gleiche Teile entstanden ist und das auf einen Werkzeugschaft aufgelötet ist;

-G-

Fig. 7b eine Seitenansicht des Werkzeugs nach Fig. 7a, in Richtung der in Fig. 7a gezeigten Pfeile bei G-G gesehen;

Fig. 7c eine Seitenansicht des Werkzeugs nach Fig. 7a, in Richtung der bei H-H eingezeichneten Pfeile gesehen;

Fig. 8a eine Draufsicht auf ein Schneidwerkzeug, das aus einem konventionellen geschichteten Sinterkörper, der auf einen Werkzeughalter aufgelötet ist, besteht, und

Fig. 8b eine Seitenansicht des Werkzeugs nach Fig. 8a.

Fig. la zeigt eine Draufsicht auf ein Schneidwerkzeug nach der vorliegenden Erfindung, von dem Fig. Ib den Querschnitt zeigt. Mit dem Bezugszeichen 1 ist eine gesinterte Trägerschicht bezeichnet, die hochdichtes Bornitrid oder Diamant enthält. Diese Trägerschicht umschließt eine gesinterte Cermetschicht. Die gesinterte Trägerschicht in der Gestalt, wie sie in den Figuren la und Ib dargestellt ist, kann durch ein übliches Hochdruck- und Hochtemperatur-Sinterverfahren hergestellt werden. Beispielsweise kann in einem Verfahren zur Herstellung eines solchen geschichteten Sinterkörpers ein Rohmaterial, das hochdichtes Bornitrid oder Diamant enthält, auf eine pulvrige, halbgesinterte oder ganzgesinterte zementierte Carbidschicht, nötigenfalls mit.Hilfe einer Klebstoffschicht , aufgebracht werden. Der resultierende Körper wird in eine Kapsel (nicht dargestellt) eingebracht und die Kapsel wird in einen Hochdruck- und Hochtemperatur-Ofen (nicht dargestellt) eingebracht und unter Druck darin gesintert. Die gesinterte Trägerschicht nach der vorliegenden

Erfindung kann nach dem soeben beschriebenen Verfahren in der Weise hergestellt werden, daß die Rohmaterialschichten in der Kapsel so angeordnet werden, daß die Rohmaterialschichten der Gestalt des zu erzeugenden, in den Figuren la und Ib dargestellten Schneidwerkzeuges entsprechen. In diesem Falle werden die Rohmaterialien deformiert, wenn sie in einem Hochdruck- und Hochtemperatur-Ofen gepreßt werden. Die Verwendung von halbgesinterten oder pulvrigem Sintercarbid in der gesinterten Cermetschicht als Kernbereich ist daher besser als gesintertes Sintercarbid. An sich kann das gesinterte Sintercarbid ohne Schwierigkeite^n eingesetzt werden, mit einer Ausnahme, daß es nach dem Sintern etwas schwierig zu schneiden ist. Eine metallene Adhäsivschicht kann an der Grenzfläche zwischen der Sinterkörperschicht 1, die das hochdichte Bornitrid oder Diamant enthält, und der gesinterten Cermetschicht 2 angeordnet werden, je nach der Zusammensetzung der Materialien in diesen beiden Schichten.

Fig. 2a zeigt eine Draufsicht auf eine Wegwerfspitze, die man durch Zurechtschleifen des Werkzeugs nach Fig. la erhält. Der Bereich, der in. Fig. 2a mit gestrichelter Linie dargestellt ist, ist durch Schleifen abgetragen. Fig. 2b zeigt das Werkzeug nach Fig. 2a von der Seite im Schnitt längs der Linie B-B von Fig. 2a. Mit dem Bezugszeichen 3 ist eine Sinterkörperschicht, die hochdichtes Bornitrid oder Diamant enthält, bezeichnet, die von einer gesinterten Cermetschicht 4 umgeben ist. Das Schneidwerkzeug nach den Figuren la und Ib ist in Draufsicht kreisförmig sowohl bezüglich seines Kernbereichs als auch seines Umfangsbereichs. Es können jedoch sowohl der Kernbereich als auch der Umfangsbereich polygonal, beispielsweise quadratisch, dreieckig u.dgl. ausgeführt sein. Speziell kann der Grenzbereich zwischen dem Kernbereich und

dem Umfangsbereich kompliziert geformt sein, beispielsweise lanzettförmig, sternförmig od.dgl'. , um die Kontaktfläche zwischen dem Kernbereich und dem äußeren Umfangsbereich zu vergrößern und dadurch die Verbindungsfestigkeit zwischen diesen beiden Bereichen zu verbessern.

Fig. 3a zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Schneidwerkzeugs nach der vorliegenden Erfindung, bestehend aus einer Sinterkörperschicht 5, die hochdichtes Bornitrid oder Diamant enthält, und einer in Draufsicht sternförmigen gesinterten Cermetschicht 6, die in die Sinterkörperschicht 5 eingebettet ist. Fig. 3b zeigt einen Schnitt längs der Linie C-C in Fig. 3a. Dieses Schneidwerkzeug kann nicht aufgelötet werden, weist jedoch den Vorteil auf, daß es hinsichtlich des Einsatzes des sehr teuren Rohmaterials sehr sparsam ist. Die Zähigkeit der Sinterkörperschicht 5 kann dadurch gesteigert werden, daß die Sinterkörperschicht 5 und die gesinterte Cermetschicht 6 gemeinsam gesintert werden. Die Sinterkörperschicht 5, die hochdichtes Bornitrid oder Diamant enthält, kann vertieft, beispielsweise mit einer Rille versehen werden, um einen Spanbrecher auszubilden, oder sie kann so zugerichtet werden, daß sie einen- vorstehenden Spanbrecher bildet.

Fig. 4a zeigt eine Draufsicht auf eine Wegwerfspitze ähnlich der in den Figuren 2a und 2b, die jedoch mit einem Spanbrecher versehen ist, der durch eine Ausnehmung in der Sinterkörperschicht 5 ausgebildet ist. Fig. 4b, die einen Schnitt längs der Linie D-D in Fig. 4a darstellt, läßt die Ausnehmung 7 deutlich erkennen.

Fig. 5a zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Wegwerfspitze mit einem Spanbrecher 8. Im Unterschied zur Ausführungsform nach den Figuren 4a und 4b ist der Spanbrecher 8 als Vorsprung ausgebildet, wie Fig. 5b als Schnitt längs der Linie E-E von Fig. 5a erkennen läßt.

Fig. 6a zeigt eine Draufsicht auf ein Schneidwerkzeug, das . durch einen speziellen Sintervorgang hergestellt ist. Die Rohmaterialien werden zum Sintervorgang derart angeordnet, daß die Seitenfläche und die obere und die untere Fläche einer gesinterten Cermetschicht 10 von einer Sinterkörperschicht 9 umgeben ist, die hochdichtes Bornitrid oder Diamant enthält. Der gesinterte Gegenstand wird dann zu einer Wegwerfspitze bearbeitet und die Spitze wird an den vier Ecken auf der Oberseite durch Anbringung von Rillen ausgebildet, um somit Spanbrecher 11 herzustellen, die sich jeweils von der Seitenfläche gegen die Oberseite und von der Seitenfläche gegen die Unterseite erstrecken. Fig. 6b zeigt eine Seitenansicht eines solchen Schneidwerkzeugs nach Fig. 6a und Fig.6c zeigt einen Schnitt davon längs der Linie F-F von Fig. 6b. Bei der plattenförmigen Wegwerfspitze dieser Art ist die Seitenfläche dazu geeignet, als Freifläche des Drehstahls eingesetzt zu werden.

Fig. 7a zeigt eine Draufsicht auf ein Schneidwerkzeug an einem Drehstahl, das durch Teilen des Schneidwerkzeugs nach Fig. 2a in vier Teile entstanden ist und das auf einen Werkzeughalter aus Stahl aufgelötet ist. Fig. 7b zeigt eine Seitenansicht dieses Werkzeugs längs der Linie G-G in Fig, 7a. Mit 12 ist eine Sinterkörperschicht bezeichnet, die hochdichtes Bornitrid oder Diamant enthält, während das Bezugszeichen 13 für eine gesinterte Cermetschicht steht. Mit 14 ist eine Lötschicht bezeichnet und mit 15 der Halter aus Stahl. Fig. 7c

-1 erzeigt eine andere Seitenansicht des Werkzeugs nach Fig. 7a längs der Linie H-H in Fig. 7,a. Mit 16 ist ein Spanbrecher bezeichnet. Man sieht sehr leicht, daß der Spanbrecher in dem Schneidwerkzeug nach der vorliegenden Erfindung sehr einfach ausgebildet werden kann. Speziell bei der Ausführungsform nach Fig. 7a wird die Belastung sehr gleichmäßig verteilt und von der Sinterkörperschicht 12 zur gesinterten Cermetschicht 13 abgeführt. Dieses Schneidwerkzeug kann da her sehr vorteilhaft unter höheren Belastungen eingesetzt werden als solche aus bekannten geschichteten Sinterkörpern.

Fig. 8a zeigt eine Draufsicht auf ein Schneidwerkzeug, das aus einem konventionellen gesinterten Körper hergestellt ist, der auf einen Halter aus Stahl aufgelötet ist. Fig. 8b zeigt eine Seitenansicht des Werkzeugs nach Fig. 8a. Mit ist eine Sinterkörperschicht bezeichnet, die hochdichtes Bornitrid enthält. Das Bezugszeichen 18 bezeichnet eine Sintercarbidschicht. Man erkennt eine Silberlotschicht 19, einen Halter 20 aus Stahl und einen Spanbrecher 21 aus Molybdän.

Nachfolgend sollen einige praktische Ausführungsbeispiele mit numerischen Angaben beschrieben werden.

Beispiel 1

Ein Pulvergemisch aus 92 Gew.-?o Wolframcarbid und 8 Gew. -% Kobalt wurde als Rohmaterial für eine gesinterte Cermetschicht eingesetzt und zuvor zu einem säulenartigen Gegenstand geformt. Ein pulvriges Gemisch aus 55 Vol.-?o Bornitrid der Wurtzit-Struktur, 25 Vol.-Ä Titancarbid, 4 Vol.-5S-'Nickel, 6 Vol.'-% Aluminium und 10 UoI. -% Bor wurde als Rohmaterial für eine Sinterkörperschicht, die hochdichtes Bornitrid enthalten soll, zu einem hohlzylindrischen Gegenstand vorgeformt, Der vorgeformte säulenartige Gegenstand für die Herstellung

der gesinterten Cermetschicht wurde als Kern in den hohlzylindrischen vorgeformten Gegenstand eingeschoben und die Gesamtanordnung wurde in eine Molybdänkapsel eingesetzt und unter einem Druck von 6,2 GPa und einer Temperatur von 1.550⁰C in einem Belt-Preßform-Hochdruck- und Hochtemperatur-Ofen gesintert. Nach dem Sintern wurde die Molybdänkapsel, die an der Außenfläche des gesinterten Gegenstandes angeordnet war, weggeschnitten und entfernt und man erhielt ein Schneidwerkzeug mit einem Durchmesser von 14 mm, wobei der Durchmesser der gesinterten Cermetschicht 9 mm und deren Höhe 4,5 mm betrug. Dieses Schneidwerkzeug wurde zu einem etwa quadratischen Gegenstand, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, geschliffen und dieser wurde in vier Teile zerschnitten, um eine Spitze zu erhalten, deren Verrundungsradius r der gesinterten Cermetschicht 12 4 mm und deren Höhe h der Sinterkörperschicht mit dem hochdichten Bornitrid etwa 4,6 mm bei einer Breite w von etwa 4 mm und einer Länge 1 von etwa 4,7 mm betrug. Die Freifläche der Sinterkörperschicht 12, die das hochdichte Bornitrid enthielt, wurde mit Hilfe eines Diamantschleifrades geschliffen, um einen Spanbrecher 16 zu bilden. Die Spitze mit dem Spanbrecher 16 wurde an einem Haltestahl 15 aus S 45C-Stahl mit Hilfe eines Silberlotes 14 gemäß Figuren 7a bis 7c angelötet, wonach das Schneidwerkzeug nach der Erfindung fertiggestellt war. Ein SUJ-2-Stahl, der zuvor durch Wärmebehandlung eine Rockwell-C-Härte von 60 erhalten hatte, wurde mit dem beschriebenen Schneidwerkzeug 40 Minuten lang zerspant mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 106 m/min und einer Schneidtiefe von 0,5 mm und einer Vorschubgeschwindigkeit von 0,1 mm/U. Die Späne wurden während der gesamten Schneidzeit von dem Spanbrecher 16 zerbrochen und es war kein weiteres Problem mit den Spänen.

Verqleichsbeispiel 1

Ein konventioneller geschichteter Sinterkörper, bestehend aus einer Sinterkörpersehicht, die hochdichtes Bornitrid enthält, und einer Sintercarbidschicht wurde aus Rohmaterialmischungen hergestellt, die die gleiche Zusammensetzung hatten wie beim Beispiel 1 und es wurden die gleichen Sinterbedingungen eingehalten. Der geschichtete Sinterkörper wurde in ein Schneidwerkzeug entsprechend den Figuren 8a und 8b geformt. Während des Schneidvorgangs wurde der größte Teil der Molybdänkapsel, die während des Sinterns verwendet worden war und die noch an dem geschichteten Sinterkörper haftete, weggeschnitten und entfernt und ein Teil dieser Molybdänkapsel, der auf dem geschichteten Sinterkörper zurückgeblieben war, wurde als Spanbrecher 21 verwendet. Das sich so ergebende Schneidwerkzeug wies eine Sintercarbidschicht 18 mit einem Radius von 4,5 mm und einer Dicke von 2,1 mm, einen Spanbrecher 21 mit einer Dicke von 0,8 mm auf und eine Länge D des freien Teiles der Freifläche betrug 1,5 mm.

Mit diesem Werkzeug wurde dann in der gleichen Weise gearbeitet wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Zu Anfang stellten sich dann auch gebrochene Drehspäne wie beim Beispiel 1 ein, jedoch nach einer Arbeitszeit von nur 100 Sekunden war der Spanbrecher 21 durch die daran entlangstreichenden Späne abgenutzt und wirkungslos. Es entstanden dann die üblichen gewendelten Drehspäne, deren Abführung und weitere Behandlung in der Werkstatt in üblicher Weise sehr schwierig waren.

Beispiel 2

Ein Schneidwerkzeug wurde entsprechend Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, daß die Sinterkörpersehicht Diamant anstelle .hochdichten Bornitrides enthielt. Das Schneidwerkzeug wurde in

der gleichen Weise eingesetzt wie beim Beispiel 1. Anstelle des beschriebenen Stahls wurde jedoch Messing zerspant. Während der gesamten Arbeitszeit wurden Drehspäne vom Werkzeug in kleine Stücke zerbrochen und es stellte sich kein Problem bei der Abführung der Späne.

Aus den oben beschriebenen Beispielen und aus dem Vergleichsbeispiel geht hervor, daß das Werkzeug nach der vorliegenden Erfindung mit einem Spanbrecher versehen werden kann, durch entsprechende Bearbeitung der Sinterkörperschicht selbst, die das hochdichte Bornitrid oder Diamant enthält. Der Spanbrecher weist daher eine hohe Widerstandsfestigkeit auf und kann seine Aufgabe für lange Zeit befriedigend erfüllen. Bei dem Schneidwerkzeug nach der vorliegenden Erfindung werden die Belastungen verteilt und von der Sinterkörperschicht mit dem hochdichten Bornitrid oder dem Diamant auf die gesinterte Cermetschicht übertragen. Das Werkzeug ist sehr zäh trotz der Verwendung eines nur kleinen Anteiles des teuren Rohmaterials.

Kfi/Ro

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Claims

1. Schneidwerkzeug, bestehend aus einem plattenförmigen Körper aus einer gesinterten Cermetschicht (2) und einer Sinterkörperschicht (1), die hochdichtes Bornitrid oder Diamant enthält, wobei die gesinterte Cermetschicht (2) das Mittelteil des Körpers bildet und an der Seitenfläche oder den Seitenflächen und der Ober- und Unterseiten mit der Sinterkörperschicht (1) befestigt bzw. von dieser umgeben ist.

2. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Flächen der Sinterkörperschicht (1), die hochdichtes Bornitrid oder Diamant enthält, zu einem Spänezerkleinerer (7,8) ausgestaltet ist.

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