DE3527948A1 - Verfahren zur herstellung von werkzeugen mit beschichteter spannut wie bohrern, fraesern o. dgl. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Werk­ zeugen mit im PVD- oder CVD-Verfahren beschichteter Spannut wie Bohrer, Fräser o. dgl., insbesondere Hartmetall- und HSS-Werk­ zeugen. Das Beschichtungsverfahren der Spannut von Werkzeugen wie Bohrer, Fräser, o. dgl. ist bekannt. Unter dem PVD-Verfahren versteht man das physikalische Aufdampfverfahren (Sputtern), unter dem CVD-Verfahren des chemische Aufdampfverfahren im Vakuum. Hierzu wird auf die Veröffentlichung "Informationsmappe der Oerlikon-Bührle Holding AG, Zürich, Juni 1982, Nr. 5004" verwiesen.

Die Beschichtung von Werkzeugen mit karbidischen, nitridischen, boridischen, oxikarbonitridischen Hartstoffen usw. der Elemente der IV B, V B, VI B -Gruppe des Periodensystems hat den Vorteil, daß die Werkstoffe mit einer äußerst harten Schicht versehen werden, wobei insbesondere auch der Reibungskoeffizient der Schneidwerkzeuge herabgesetzt wird. Die so beschichteten Werk­ zeuge haben demnach eine wesentlich höhere Standfestigkeit durch die durch die Beschichtung vermittelte hohe Abriebfestigkeit sowie dem niedrigen Reibungskoeffizient.

Die zu beschichteten Werkzeuge wie Hartmetall-Bohrer oder HSS- Bohrer weisen zur Härtebildung einen hohen Kohlenstoffgehalt auf. Die als Beschichtungsmaterial verwendeten Elemente wie Titan, Wolfram, Vanadium, Molybdän, Niob, Chrom o. dgl. sind starke Karbitbildner, d. h. sie saugen den Kohlenstoff zum Teil aus dem Oberflächenbereich des zu beschichtenden Werkzeugs sowie auch aus der Gasphase ab und bilden beispielsweise die Hartstoffe Titancarbit, Wolframcarbit usw. Nachteilig hieran ist, daß die harten Werkzeugkanten hierbei durch Entkohlung sozusagen "aufge­ weicht" werden. Es befindet sich demnach unter einer superharten Außenbeschichtungsschicht eine weichere Innenschicht, die zum Abplatzen der aufgebrachten Beschichtung im Schnittkantenbereich führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Herstellungsver­ fahren zur Herstellung von Werkzeugen mit einer Beschichtung im PVD- oder CVD-Verfahren weiter zu verbessern, so daß die oben genannten Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor der Herstellung des Werkzeugs auf Endmaßhaltigkeit der Beschichtungs­ vorgang durchgeführt wird, wobei im Bereich der Schneidkanten entkohlte Randzonen entstehen und daß die durch den Beschich­ tungsvorgang entkohlten Randzonen im Bereich der Schneidkanten durch eine dem Beschichtungsvorgang nachfolgende Schleifoperation beseitigt werden.

Die erfindungsgemäßen Bohrer aus Hartmetall bzw. HSS-Bohrer und Fräser werden mittels CVD-, Plasma-CVD und PVD-Verfahren (Sputtern, Magentron-Sputtern, Ion Implantieren) behandelt, d. h. in der Spannut befinden sich abgeschiedene gradierte Karbid-, Nitrid-, Karbonitrid-, Oxikarbonitrid-, Mono- und Polymikro­ schichten der Elemente der IV B, V B, VI B -Gruppe des Perioden­ systems sowie IC-Diamant-Schichten.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht völlig neue Wege. Gemäß dem Stand der Technik war es maßgeblich, daß das Beschichtungsver­ fahren beim Herstellungsprozeß eines Werkstücks eindeutig an letzter Stelle rangiert, da hierdurch das Werkstück partiell oder vollständig mit der harten Schutzschicht überzogen wird. Dabei tritt jedoch insbesondere in Bereichen mit hohen Spannungs­ spitzen, wie beispielsweise Schneidkanten, der Effekt auf, daß die Spezialbeschichtungen eine Entkohlung und damit Enthärtung dieser im Betrieb höchsten Beanspruchungen ausgesetzten Bereiche bewirkt.

Mittels dem PVD-Verfahren werden Bohrer bzw. Fräser partiell be­ schichtet, während die Beschichtung mittels dem CVD-Verfahren auf der gesamten Länge beispielsweise des Bohrers geschieht. PVD- Mikroschichten weisen eine geringere Haftfestigkeit als CVD- Schichten auf. Die Ursache hierfür ist in den Abscheide­ temperaturen zu suchen. Während CVD-Schichten im Temperatur­ bereich zwischen 850 bis 1050°C abgeschieden werden, geschieht dies bei PVD-Schichten im Bereich von 500 bis 600°C. Temperaturen von über 850 bis 1050°C beschleunigen jedoch ver­ schiedene Diffusionsprozeße zwischen der aufgebrachten Schicht und dem Grundwerkstoff. Durch diesen Diffusionsprozeß entsteht eine abgestufte Zwischenzone, die in der Haftfestigkeit stark verbessert ist.

Die bei diesem Prozeß auftretenden hohen Abscheidetemperaturen führen jedoch zur Entkohlung der Schneidecken bzw. der Schneid­ kanten und ggf. zusätzlich zur geometrischen Verwerfung des Werkzeugs. Hierdurch weisen die entkohlten Bereiche eine geringere Festigkeit auf und führen bei Belastung zu Ab­ platzungen, Ausbröckelungen und Rißbildungen in der Schneide.

Erfindungsgemäß wird der Herstellungsprozeß so gestaltet, daß der durch das Beschichten entstehende entkohlte Bereich, d. h. der Bereich des Werkzeugs dem Kohlenstoff entzogen worden ist, nach dem Beschichtungsprozeß wieder entfernt wird, so daß das ursprünglich harte Material wieder hervortritt. Hierfür wird das Werkzeug erfindungsgemäß vor beispielsweie dem Anspitzen und dem Nenndurchmesserschleifen beschichtet und danach weiteren Schleif­ operationen unterzogen. In diesen Schleifoperationen wird die entkohlte Randzone, die nur wenige hundertstel Millimeter dick ist, von der Schneidkante entfernt, so daß die ursprüngliche Hartmetallschneide mit der gewünschten Festigkeit wieder vor­ handen ist. Dieser Schneidbereich weist deshalb im abge­ schliffenen Bereich keine Beschichtung auf. Die der Verringerung des Reibungskoeffizienten dienende Beschichtung ist jedoch in den Spannuten vorhanden. Weiterhin ist die harte Beschichtung un­ mittelbar an der nachgeschliffenen Schneidkante vorhanden.

Die Erfindung hat demnach eine erhebliche Erhöhung der Stand­ zeiten der Werkzeuge durch die Beseitigung der entkohlten Randzone zur Folge, da in diesem Bereich ein Abplatzen der aufgebrachten Schicht und ein Hervortreten der aufgeweichten Unterschicht vermieden wird. Durch die Erfindung bleibt jedoch die erwünschte Verringerung der Oberflächenrauhigkeit sowie die Minimierung des Reibungskoeffizienten zwischen beispielsweise der beschichteten Drallnut und dem abfließenden Span erhalten, was sich positiv auf die Bohrtemperatur auswirkt. Mit dem erfindungs­ gemäßen Bohrer werden deshalb erhöhte Standzeiten und ein ver­ bessertes Bohrergebnis erzielt. Dabei können alle Beschichtungs­ technologien angewendet werden.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung von Hartmetall- und HSS-Bohrern und Fräsern o. dgl. mit mittels CVD-, Plasma-CVD, und PVD-Ver­ fahren auf dem Werkzeug abgeschiedenen gradierten Karbid-, Nitrid Karbonitrid-, Oxikarbonitrid-, Mono- und Polymikroschichten der Elemente der IV B, V B, VI B -Gruppe des Periodensystems und IC- Diamant-Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Her­ stellung des Werkzeugs auf Endmaßhaltigkeit der Beschichtungs­ vorgang durchgeführt wird, wobei im Bereich der Schneidkanten des Werkzeugs entkohlte Randzonen entstehen und daß die entkohlten Randzonen im Bereich der Schneidkanten durch eine dem Beschich­ tungsvorgang nachfolgende Schleifoperation beseitigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung von Bohrern vor dem Anspitzen des Bohrer­ kopfes und vor dem Schleifen des Nenndurchmessers des Bohrers die Beschichtung des Bohrwerkzeuges vorgenomen wird und die Schleifoperation zur Entfernung der entkohlten Randzonen nach dem Beschichtungsvorgang erfolgt.