DE3134959C2

DE3134959C2 -

Info

Publication number: DE3134959C2
Application number: DE3134959A
Authority: DE
Inventors: Masatada Handa Jp Araki; Yukio Aichi Jp 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: 1990-02-08
Also published as: JPS603922B2; GB2086430A; DE3134959A1; US4437800A; SE8105128L; JPS5748405A; GB2086430B

Description

Die Erfindung betrifft einen Schneideinsatz der im Oberbegriff genannten Gattung.

Es 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 kubi scher und die andere in hexagonaler Struktur. Diese hoch dichten 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, dann wird, wenn sie in einen Sinterkörper einge bettet und als Schneideinsatz verwendet werden, ein solcher Einsatz im Vergleich zu üblichen Schneid einsätzen sehr teuer. Um die Rohmaterialkosten bei der Herstellung solcher Schneideinsätze 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 Schneideinsätze, die auf dem Markt erhältlich sind, verwenden eine solche Sinterkörperschicht auf einer Sintercarbidschicht. Die Ver wendung 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 Rohmateria lien gespart werden können, daß man jedoch dennoch einen harten oder spröden gesinterten Körper erhält, der hoch dichtes Bornitrid oder Diamant aufweist und der durch das Aufbringen auf die Sintercarbidschicht verstärkt ist. Ob gleich die Sinterkörperschicht hochdichtes Bornitrid oder Diamant enthält, kann sie nicht direkt auf einen Werkzeug schaft aufgelötet werden. Jedoch kann die Oberfläche der Sintercarbidschicht, die mit der Sinterkörperschicht belegt ist, auf einen Werkzeugschaft oder auf einen Träger aufge lötet werden, der die Gestalt einer Wegwerf-Drehspitze hat.

Der geschichtete Sinterkörper mit den oben erwähnten Eigen schaften weist jedoch zugleich die folgenden Nachteile auf. Die Sinterkörperschicht, die das hochdichte Bornitrid oder Diamant in dem geschichteten Sinterkörper aufweist, ist dünn und es ist deshalb sehr schwierig oder beinahe unmög lich, die Oberfläche der Sinterkörperschicht so zu vertiefen, daß sie spanbrechende Eigenschaften aufweist oder so einge setzt werden kann, daß sie als vorstehender Spanbrecher wirkt. In der JP-OS 1 40 284/79 ist ein Verfahren zum Beseitigen dieser Nachteile beschrieben. Danach wird ein plattenförmiges Element an der Freifläche einer gesinterten Trägerschicht be festigt, die hochdichtes Bornitrid oder Diamant oder ein Ge misch 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 Sintercarbid, 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 hochdichte Bornitrid oder Diamant enthält, und nutzt sich daher unter harten Schneidbedingungen schnell ab. Darüber hinaus können konventionelle geschichtete Sinterkörper nicht bei einem Schneideinsatz verwendet werden, der die Seiten fläche einer Wegwerfspitze als Frei- oder Schneidfläche be nutzt, insofern nämlich, als der geschichtete Sinterkörper konventionelle Gestalt aufweist.

Die Erfinder haben sich mit dem vorstehenden Problem beschäf tigt und verschiedene Untersuchungen angestellt, um die ver wendung des teuren Rohmaterials so gering wie möglich zu halten und zugleich die oben beschriebenen Nachteile zu ver meiden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Schneideinsatz anzugeben, bei dem die Gestehungskosten durch geringe Verwendung von teurem Rohmaterial so niedrig wie möglich sind und der dennoch vorzügliche spanbrechende Eigenschaften bei sehr hoher Abnutzungsbeständigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird überraschenderweise durch einen Schneid einsatz gelöst, der aus einem in Schichten aufgebauten, flachen, gesinterten Körper aus einer gesinterten Wolfram carbid-Kobaltlegierungsschicht (nachstehend abgekürzt als WC-Co-Schicht bezeichnet) und einer Sinterkörperschicht besteht, die hochdichtes Bornitrid oder Diamant enthält, wobei sich der Schneideinsatz erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, daß die gesinterte WC-Co-Schicht den Mittelteil des flachen Körpers bildet und dieser wenigstens an seinen seitlichen Flächen von der Sinterkörperschicht vollständig umgeben ist.

Weitere Ausgestaltungen eines solchen Schneideinsatzes sind Gegenstand der Unteransprüche 2 und 3.

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

Fig. 1a eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 1b einen Schnitt durch den Einsatz nach Fig. 1a längs der Linie A-A;

Fig. 2a eine Draufsicht auf eine Wegwerfspitze, die durch Bearbeitung des Einsatzes nach Fig. 1a entstanden ist;

Fig. 2b einen Schnitt durch den Einsatz nach Fig. 2a 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 Fig. 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 Ausführungs form einer Wegwerfspitze ähnlich jener in den Fig. 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 einen Schneideinsatz der durch Einbetten einer gesinterten WC-Co-Schicht in einen gesinterten Trägerkörper, der hoch dichtes Bornitrid oder Diamant enthält, und Bearbeiten der Masse in eine Wegwerfspitze ent standen ist derart, daß die Seitenfläche, die einen Spanbrecher aufweist, als Freifläche dient;

Fig. 6b eine Seitenansicht des Einsatzes nach Fig. 6a;

Fig. 6c einen Schnitt längs der Linie F-F in Fig. 6b;

Fig. 7a eine Draufsicht auf einen Schneideinsatz an einem Drehstahl, der durch Teilen des Schneideinsatzes nach den Fig. 2a und 2b in vier gleiche Teile entstanden ist und der auf einen Werkzeugschaft aufgelötet ist;

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

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

Fig. 8a eine Draufsicht auf einen Schneideinsatz, der aus einem konventionellen geschichteten Sinterkörper, der auf einen Werkzeughalter aufgelötet ist, be steht, und

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

Fig. 1a zeigt eine Draufsicht auf einen Schneideinsatz nach der vorliegenden Erfindung, von dem Fig. 1b den Querschnitt zeigt. Mit dem Bezugszeichen 1 ist eine gesinterte Träger schicht bezeichnet, die hochdichtes Bornitrid oder Diamant enthält. Diese Trägerschicht umschließt eine gesinterte WC-Co-Schicht. Die gesinterte Trägerschicht in der Gestalt, wie sie in den Fig. 1a und 1b 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 Kleb stoffschicht, 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 ge sintert. 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 Rohmaterial schichten der Gestalt des zu erzeugenden, in den Fig. 1a und 1b dargestellten Schneideinsatzes 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 WC-Co-Schicht als Kern bereich ist daher besser als gesintertes Sintercarbid. An sich kann das gesinterte Sintercarbid ohne Schwierigkeiten eingesetzt werden, mit einer Ausnahme, daß es nach dem Sintern etwas schwierig zu schneiden ist. Eine metallene Adhäsivschicht kann an der Grenzfläche zwischen der Sinter körperschicht 1, die das hochdichte Bornitrid oder Diamant enthält, und der gesinterten WC-Co-Schicht 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 Einsatzes nach Fig. 1a er hält. 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 WC-Co- Schicht 4 umgeben ist. Der Schneideinsatz nach den Fig. 1a und 1b 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 Ausführungs form eines Schneideinsatzes nach der vorliegenden Erfindung, bestehend aus einer Sinterkörperschicht 5, die hochdichtes Bornitrid oder Diamant enthält, und einer in Draufsicht stern förmigen gesinterten WC-Co-Schicht 6, die in die Sinterkörper schicht 5 eingebettet ist. Fig. 3b zeigt einen Schnitt längs der Linie C-C in Fig. 3a. Dieser Schneideinsatz kann nicht aufgelötet werden, weist jedoch den Vorteil auf, daß er hin sichtlich der Verwendung des sehr teuren Rohmaterials sehr sparsam ist. Die Zähigkeit der Sinterkörperschicht 5 kann dadurch gesteigert werden, daß die Sinterkörperschicht 5 und die gesinterte WC-Co-Schicht 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 vor stehenden Spanbrecher bildet.

Fig. 4a zeigt eine Draufsicht auf eine Wegwerfspitze ähnlich der in den Fig. 2a und 2b, die jedoch mit einem Spanbrecher versehen ist, der durch eine Ausnehmung in der Sinterkörper schicht 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 Wegwerf spitze mit einem Spanbrecher 8. Im Unterschied zur Aus führungsform nach den Fig. 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 einen Schneideinsatz, der durch einen speziellen Sintervorgang hergestellt ist. Die Rohmaterialien werden zum Sintervorgang derart angeordet, daß die Seitenfläche und die obere und die untere Fläche einer gesinterten WC-Co-Schicht 10 von einer Sinterkörper schicht 9 umgeben ist, die hochdichtes Bornitrid oder Diamant enthält. Der gesinterte Gegenstand wird dann zu einer Weg werfspitze 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 Seiten ansicht eines solchen Schneideinsatzes 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 Seiten fläche dazu geeignet, als Freifläche des Drehstahls eingesetzt zu werden.

Fig. 7a zeigt eine Draufsicht auf einen Schneideinsatz an einem Drehstahl, der durch Teilen des Schneideinsatzes nach Fig. 2a in vier Teile entstanden ist und das auf einen Werk zeughalter aus Stahl aufgelötet ist. Fig. 7b zeigt eine Seitenansicht dieses Einsatzes längs der Linie G-G in Fig. 7a. Mit 12 ist eine Sinterkörperschicht bezeichnet, die hochdich tes Bornitrid oder Diamant enthält, während das Bezugszeichen 13 für eine gesinterte WC-Co-Schicht steht. Mit 14 ist eine Lötschicht bezeichnet und mit 15 der Halter aus Stahl. Fig. 7c zeigt eine andere Seitenansicht des Werkzeugs nach Fig. 7a längs der Linie H-H in Fig. 7a. Mit 16 ist ein Spanbrecher bezeichnet. Man sieht sehr leicht, daß der Spanbrecher in dem Schneideinsatz nach der vorliegenden Erfindung sehr einfach ausgebildet werden kann. Speziell bei der Ausfüh rungsform nach Fig. 7a wird die Belastung sehr gleichmäßig verteilt und von der Sinterkörperschicht 12 zur gesinterten WC-Co-Schicht 13 abgeführt. Dieser Schneideinsatz kann da her sehr vorteilhaft unter höheren Belastungen eingesetzt werden als solche aus bekannten geschichteten Sinterkörpern.

Fig. 8a zeigt eine Draufsicht auf einen Schneideinsatz der 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 17 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.-% Wolframcarbid und 8 Gew.-% Kobalt wurde als Rohmaterial für eine gesinterte WC-Co- Schicht eingesetzt und zuvor zu einem säulenartigen Gegen stand geformt. Ein pulvriges Gemisch aus 55 Vol.-% Bornitrid der Wurtzit-Struktur, 25 Vol.-% Titancarbid, 4 Vol.-% Nickel, 6 Vol.-% Aluminium und 10 Vol.-% Bor wurde als Rohmaterial für eine Sinterkörperschicht, die hochdichtes Bornitrid ent halten soll, zu einem hohlzylindrischen Gegenstand vorgeformt. Der vorgeformte säulenartige Gegenstand für die Herstellung der gesinterten WC-Co-Schicht wurde als Kern in den hohl zylindrischen vorgeformten Gegenstand eingeschoben und die Gesamtanordnung wurde in eine Molybdänkapsel eingesetzt und unter einem Druck von 6,2 GPa und einer Temperatur von 1550°C in einem Belt-Preßform-Hochdruck- und Hochtemperatur- Ofen gesintert. Nach dem Sintern wurde die Molybdänkapsel, die an der Außenfläche des gesinterten Gegenstandes angeord net war, weggeschnitten und entfernt und man erhielt einen Schneideinsatz mit einem Durchmesser von 14 mm, wobei der Durchmesser der gesinterten WC-Co-Schicht 9 mm und deren Höhe 4,5 mm betrug. Dieser Schneideinsatz wurde zu einem etwa quadratischen Gegenstand, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, geschliffen und dieser wurde in vier Teile zerschnitten, um ein Spitze zu erhalten, deren Verrundungsradius r der ge sinterten WC-Co-Schicht 12 4 mm und deren Höhe h der Sinter körperschicht mit dem hochdichten Bornitrid etwa 4,6 mm bei einer Breite w von etwa 4 mm und einer Länge l von etwa 4,7 mm betrug. Die Freifläche der Sinterkörperschicht 12, die das hochdichte Bornitrid enthielt, wurde mit Hilfe eines Diamant schleifrades 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 Fig. 7a bis 7c angelötet, wonach der Schneideinsatz 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 Schneideinsatz 40 Minuten lang zerspant mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 106 m/min und einer Schneidtiefe von 0,5 mm und einer Vorschubgeschwin digkeit 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.

Vergleichsbeispiel 1

Ein konventioneller geschichteter Sinterkörper, bestehend aus einer Sinterkörperschicht, die hochdichtes Bornitrid enthält, und einer Sintercarbidschicht wurde aus Rohmaterial mischungen hergestellt, die die gleiche Zusammensetzung hatten wie beim Beispiel 1 und es wurden die gleichen Sinter bedingungen eingehalten. Der geschichtete Sinterkörper wurde zu einem Schneideinsatz entsprechend den Fig. 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 Molybdän kapsel, der auf dem geschichteten Sinterkörper zurückgeblieben war, wurde als Spanbrecher 21 verwendet. Der sich so ergebende Schneideinsatz wies eine Sintercarbidschicht 18 mit einem Radius von 4,5 mm und einer Dicke von 2,1 mm, einen Span brecher 21 mit einer Dicke von 0,8 mm auf und eine Länge D des freien Teiles der Freifläche betrug 1,5 mm.

Mit diesem Einsatz 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 abge nutzt und wirkungslos. Es entstanden dann die üblichen ge wendelten Drehspäne, deren Abführung und weitere Behandlung in der Werkstatt in üblicher Weise sehr schwierig waren.

Beispiel 2

Ein Schneideinsatz wurde entsprechend Beispiel 1 hergestellt mit der Ausnahme, daß die Sinterkörperschicht Diamant anstelle hochdichten Bornitrides enthielt. Der Schneideinsatz 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 Einsatz in kleine Stücke zerbrochen, und es stellte sich kein Problem bei der Abführung der Späne.

Aus den oben beschriebenen Beispielen und aus dem Vergleichs beispiel geht hervor, daß der Einsatz nach der vorliegenden Erfindung mit einem Spanbrecher versehen werden kann, durch entsprechende Bearbeitung der Sinterkörperschicht selbst, die das hochdichte Bornitrid oder Diamant enthält. Der Span brecher weist daher eine hohe Widerstandsfestigkeit auf und kann seine Aufgabe für lange Zeit befriedigend erfüllen. Bei dem Schneideinsatz nach der vorliegenden Erfindung werden die Belastungen verteilt und von der Sinterkörperschicht mit dem hochdichten Bornitrid oder dem Diamant auf die ge sinterte WC-Co-Schicht übertragen. Der Einsatz ist sehr zäh trotz der Verwendung eines nur kleinen Anteiles des teuren Rohmaterials.

Claims

1. Schneideinsatz, bestehend aus einem in Schichten aufge bauten, flachen, gesinterten Körper aus einer gesinterten Wolframcarbid-Kobaltlegierungsschicht und einer Sinter körperschicht, die hochdichtes Bornitrid oder Diamant enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die gesinterte Wolframcarbid- Kobaltlegierungsschicht (2) den Mittelteil des flachen Körpers bildet und dieser wenigstens an seinen seitlichen Flächen von der Sinterkörperschicht (1) vollständig umgeben ist.

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

3. Schneideinsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er auf einen Halter (15) aus Stahl aufgelötet ist.