DE3939809A1 - Wood working tool mfg. - has additional hard layer applied after hardening - Google Patents

Wood working tool mfg. - has additional hard layer applied after hardening

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Abstract

To produce a tool for woodworking, especially drilling or grinding, at least one layer (3A,3B) of hard material is applied in addition to the surface layer (2) of the tool, after hardening. The hard material layer (3A,3B) is multi-layered using carbide, nitride, or diamond-type layers with or without oxygen components. The base material (1) is a high tensile steel, or a steel with cold or hot working properties. ADVANTAGE - The tool is wear resistant, with a thick and hard working surface.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkzeuges für die Holzbearbeitung, insbesondere Bohr- und/oder Fräswerkzeug, wobei auf einem im Prin­ zip fertigen Werkzeug im Bereich seiner Oberflächen­ schicht durch Nitrierung, Carbonitrierung oder Carbo­ rierung eine gehärtete Schicht erzeugt wird und ein danach hergestelltes Werkzeug.The invention relates to a method for manufacturing a tool for woodworking, in particular Drilling and / or milling tool, with one in the prin zip manufacture tools in the area of its surfaces layer through nitriding, carbonitriding or carbo a hardened layer is generated and a subsequently manufactured tool.

Werkzeuge für die Holzbearbeitung, insbesondere Bohr­ und Fräswerkzeuge, unterliegen allgemein einer hohen abrasiven Beanspruchung. Ursache hierfür sind insbe­ sondere Holzfüllstoffe, wie Sand, Korund, Leim u. dgl., welche insbesondere in Holzfaser- bzw. Holzspanplatten vorkommen.Woodworking tools, especially drilling and milling tools, are generally subject to a high abrasive stress. The reason for this is in particular special wood fillers such as sand, corundum, glue and. the like,  which in particular in wood fiber or chipboard occurrence.

Bekannt sind Bohrer aus einem Grundmaterial aus HSS- Stählen, Kalt- oder Warmarbeitsstählen. Die Oberflä­ chenschicht des Werkzeuges wird dabei zur Standzeit­ erhöhung gehärtet. Bekannt hierzu sind Nitrierungen, Carbonierungen oder Carborierungen in der Gasphase oder im Salzbad, Ionennitrierungen oder eine Pulsplas­ manitrierung.Drills made from a basic material made of HSS are known. Steels, cold or hot work steels. The surface The layer of the tool becomes the tool life increase hardened. Nitrations are known for this, Carbonations or carborings in the gas phase or in a salt bath, ion nitriding or a pulse plasma manitration.

Die damit erreichte erhöhte Widerstandsfähigkeit des Werkzeuges ist jedoch nicht in jedem Falle ausrei­ chend.The increased resilience of the However, tools are not always sufficient chatting.

Bekannt ist es auch bereits, die Oberfläche eines Grundmateriales mit einer Hartstoffschicht zu verse­ hen. Bekannte Hartstoffschichten sind z. B. Titancarbid (TiC), Titannitrid (TiN), Chromnitrid (CrN) oder wei­ tere Nitride, Carbide anderer Refraktärmetalle, wie z. B. ZrN, TiHfN, HfN, WC, etc. Ebenso sind hierfür diamantähnliche Schichten bekannt, die unempfindlich bzw. hitzebeständig sind.It is already known, the surface of a Base material with a hard material layer to verse hen. Known hard material layers are e.g. B. Titanium carbide (TiC), titanium nitride (TiN), chromium nitride (CrN) or white tere nitrides, carbides of other refractory metals, such as e.g. B. ZrN, TiHfN, HfN, WC, etc. are also for this known diamond-like layers that are insensitive or are heat-resistant.

Ein Werkzeug mit einer derartigen Hartstoffschicht besitzt zwar eine große Härte, aber diese ist sehr dünn, so daß sie relativ leicht durchgedrückt wird, d. h. daß sie durchstoßen wird und damit deren Wirkung verlorengeht.A tool with such a hard material layer has great hardness, but it is very hard  thin, so that it is pushed through relatively easily, d. H. that it will be pierced and thus its effect get lost.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu­ grunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Werkzeuges für die Holzbearbeitung zu schaffen, mit dem man ein Werkzeug erhält, das einen hohen Verschleißwiderstand besitzt, d. h. das eine ausreichend dicke und harte Oberflächenschicht besitzt.The present invention is therefore based on the object reasons, a method of manufacturing a tool for woodworking to create one with Tool that has a high wear resistance owns, d. H. which is sufficiently thick and hard Possesses surface layer.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zusätzlich noch die Oberflächenschicht nach der Här­ tung mit wenigstens einer, vorzugsweise einer mehrla­ gigen, Hartstoffschicht versehen wird.According to the invention, this object is achieved in that additionally the surface layer after the hardness tion with at least one, preferably a multiple usual, hard material layer is provided.

In unerwarteter Weise hat man nun festgestellt, daß es möglich ist, auf eine gehärtete Oberflächenschicht zu­ sätzlich noch eine Hartstoffschicht aufzubringen.It has now been found, unexpectedly, that it is is possible towards a hardened surface layer additionally apply a layer of hard material.

Eine mehrlagige Schicht ist deshalb von besonderem Vorteil, weil die erste Schicht unmittelbar auf der gehärteten Schicht besser härtet, und die darauf auf­ gebrachte Schicht den wiederum besseren Verschleiß­ widerstand bietet. A multilayered layer is therefore special Advantage because the first layer immediately on the hardened layer hardens better, and the on it brought the better wear offers resistance.  

Die Kombination aus den beiden gehärteten Schichten verleiht dem Werkzeug die nötige Stützung, damit bei hoher Drehzahl, z. B. von Bohr- oder Fräswerkzeugen, und/oder bei hohen Vorschubgeschwindigkeiten die Hartstoffschicht nicht durchgedrückt werden kann.The combination of the two hardened layers gives the tool the necessary support so that high speed, e.g. B. drilling or milling tools, and / or at high feed speeds Hard material layer can not be pushed through.

Bei einem Verschleiß der Hartstoffschicht verleiht die darunterliegende gehärtete Schicht, welche man als so­ genannte Diffusionshärtungsschicht bezeichnen kann, noch einen hohen Verschleißwiderstand im Vergleich zu einem normal gehärteten und angelassenen Stahl.If the hard material layer is worn, the underlying hardened layer, which one as so called diffusion hardening layer, still a high wear resistance compared to a normal hardened and tempered steel.

Während bisher nur Hartstoffschichten in einer Schichtdicke von ca. 1 bis 2 µm erzeugt werden konn­ ten, wird nunmehr durch den mehrlagigen Schichtaufbau eine Dicke von 10 µm erreicht.While so far only hard layers in one Layer thickness of about 1 to 2 microns can be generated is now due to the multi-layer structure reached a thickness of 10 microns.

Im Vergleich zu einer gehärteten Oberflächenschicht, wobei nur Härten von max. 1200 HV erreichbar sind, wird nunmehr eine deutlich höhere Härte von = 1700 HV erreicht.Compared to a hardened surface layer, whereby only hardness of max. 1200 HV can be reached, is now a significantly higher hardness of = 1700 HV reached.

Zusätzlich zu beiden Hartstoffschichten, die nunmehr zwischen 0,5 und 30 µm betragen können, kommt noch die darunterliegende gehärtete Schicht, die zwischen 10 µm und 50 µm betragen kann. Dies bedeutet, daß man eine deutlich größere Schichtdicke erhält als es mit be­ kannten Verfahren der Fall ist.In addition to both layers of hard material, the now can be between 0.5 and 30 µm, there is still the underlying hardened layer that is between 10 microns and can be 50 µm. This means that one  receives a significantly greater layer thickness than with be known method is the case.

Durch den erfindungsgemäßen Mehrschichtenaufbau läßt sich somit eine deutlich bessere Standzeit des Werk­ zeuges erreichen.Due to the multilayer structure according to the invention thus a significantly better service life of the plant achieve stuff.

Für die Herstellung der Hartstoffschicht sind Carbide, Nitride, Carbonitride der Refraktärmetalle oder der 6. Nebengruppe des PSE (diamantähnliche Schichten) mit und ohne Sauerstoffanteile u. dgl. verwendbar.For the production of the hard material layer, carbides, Nitrides, carbonitrides of the refractory metals or the 6th Sub-group of the PSE (diamond-like layers) with and without oxygen components u. Like. Usable.

Die Härtung des Grundmateriales, das z. B. aus HSS- Stählen, Kalt- oder Warmarbeitsstählen bestehen kann, kann mittels konventioneller Nitrierung, Carbonitrie­ rung oder Carborierung auf der Gasphase oder im Salz­ bad, durch Ionennitrierung oder Pulsplasmanitrieren erfolgen.The hardening of the base material, the z. B. from HSS Steels, cold or hot work steels, can by means of conventional nitriding, carbonitrie or carburization on the gas phase or in salt bad, by ion nitriding or pulse plasma nitriding respectively.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.The following is an embodiment of the invention shown in principle on the basis of the drawing.

In der Zeichnung ist ein Bohrer dargestellt, aber selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren auch für andere Arten von Werkzeugen für die Holzbear­ beitung geeignet. In the drawing, a drill is shown, however the method according to the invention is self-evident also for other types of tools for the Holzbear suitable for processing.  

Ein Grundmaterial 1 wird in einem ersten Verfahrens­ schritt einer Aufhärtung, einer Art Einsatzhärtung, unterworfen. Grundsätzlich ist das Härtungsverfahren von bekannter Art, weshalb nachfolgend nicht näher darauf eingegangen wird. So kann z. B. eine Härtung durch ein Nitrieren, Carborieren oder Carbonitrieren erfolgen. Dies kann in einem Vakuum mit elektrischem Strom, z. B. einem Hochvakuum-Plasmaverfahren erfolgen. In das Vakuum kann z. B. Stickstoff gegeben werden, der dann auf der Oberfläche die gewünschte kristalline Veränderung ergibt, daß sich eine Aufhärtung ein­ stellt. Bei diesem Härtungsverfahren können Schicht­ dicken zwischen 10 µm und 50 µm erreicht werden.A base material 1 is subjected to hardening, a type of case hardening, in a first method step. Basically, the hardening process is of a known type, which is why it is not discussed in more detail below. So z. B. hardening by nitriding, carboring or carbonitriding. This can be done in a vacuum with electrical current, e.g. B. a high vacuum plasma process. In the vacuum, for. B. nitrogen, which then gives the desired crystalline change on the surface that a hardening is a. With this hardening process, layer thicknesses between 10 µm and 50 µm can be achieved.

Anschließend wird ebenfalls in einem Vakuum von z. B. 10-6 bis 10-8 bar, bei Temperaturen zwischen 200 und 400°C mit elektrischer Spannung gearbeitet. In diesem Vakuum scheiden sich dann auf der Aufhärtungsschicht 2 Hartstoffe ab und bilden damit eine erste Hartstoff­ schicht 3A als eine Art neuer Grundschicht. Anschlies­ send wird in gleicher Weise eine zweite Hartstoff­ schicht 3B auf die erste Hartstoffschicht 3A aufge­ bracht, die den eigentlichen Verschleißschutz bietet. Die Dicke der gesamten Hartstoffschicht 3A und 3B kann bis zu 10 µm betragen. Die abzuscheidenden Hartstoffe können TiC, TiN, CrN, HfC oder diamantähnliche Schich­ ten mit Anteilen von Refraktärmetallen sein. Die Re­ fraktärmetalle können folgende Zusammensetzung besit­ zen:Then is also in a vacuum of z. B. 10 -6 to 10 -8 bar, worked at temperatures between 200 and 400 ° C with electrical voltage. In this vacuum, 2 hard materials are deposited on the hardening layer and thus form a first hard material layer 3 A as a kind of new base layer. Subsequently, a second hard material layer 3 B is applied in the same way to the first hard material layer 3 A, which offers the actual wear protection. The thickness of the entire hard material layer 3 A and 3 B can be up to 10 µm. The hard materials to be deposited can be TiC, TiN, CrN, HfC or diamond-like layers with proportions of refractory metals. The refractory metals can have the following composition:

MeX₁X₂X₃MeX₁X₂X₃

Me = Refraktärmetall, z. B. Titan, Vanadium, Chrom, Hafnium, Wolfram, u. a.
X₁ = Stickstoff
X₂ = Kohlenstoff
X₃ = SauerstoffMe = refractory metal, e.g. B. titanium, vanadium, chromium, hafnium, tungsten, among others
X₁ = nitrogen
X₂ = carbon
X₃ = oxygen

In dieser Zusammensetzung können X1, X2, X3 entweder gemeinsam oder auch gegebenenfalls X1 oder X2 auch al­ leine enthalten sein. Dabei sind folgende Konzentra­ tionen möglich, wobei 1,0 = 100%.In this composition, X 1 , X 2 , X 3 can be contained either together or optionally X 1 or X 2 also alone. The following concentrations are possible, where 1.0 = 100%.

Konzentrationconcentration

0 ≦ X₁ ≦ 1,0
0 ≦ X₂ ≦ 1,0
0 ≦ X₃ ≦ 0,150 ≦ X₁ ≦ 1.0
0 ≦ X₂ ≦ 1.0
0 ≦ X₃ ≦ 0.15

Statt Stickstoff kann auch durch Kohlenstoffzugabe in das Vakuum carboriert oder in Kombination mit Stick­ stoff carbonitriert werden.Instead of nitrogen, carbon can also be added in the vacuum carburized or in combination with stick carbonitrided.

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung eines Werkzeuges für die Holzbearbeitung, insbesondere Bohr- und/oder Fräswerkzeug, wobei auf einem Grundmaterial im Bereich seiner Oberflächenschicht durch Nitrierung, Carbonitrierung oder Carborierung eine gehärtete Schicht erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich noch die Oberflächenschicht (2) nach der Härtung mit wenigstens einer Hartstoffschicht (3A, 3B) versehen wird. 1. A method for producing a tool for woodworking, in particular a drilling and / or milling tool, a hardened layer being produced on a base material in the region of its surface layer by nitriding, carbonitriding or carboring, characterized in that the surface layer ( 2 ) after hardening is provided with at least one hard material layer ( 3 A, 3 B). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffschicht (3A, 3B) mehrlagig ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the hard material layer ( 3 A, 3 B) is multilayer. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Hartstoffschicht (3A, 3B) Carbide verwendet werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that carbides are used for the hard material layer ( 3 A, 3 B). 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Hartstoffschicht (3A, 3B) Nitride verwendet werden.4. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that nitrides are used as the hard material layer ( 3 A, 3 B). 5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Hartstoffschicht (3A, 3B) diamantähnliche Schichten mit und ohne Sauerstoffanteile verwendet werden.5. The method according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that diamond-like layers with and without oxygen are used for the hard material layer ( 3 A, 3 B). 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Grundmaterial (1) HSS-Stähle verwendet werden.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that HSS steels are used as the base material ( 1 ). 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Grundmaterial (1) Kalt- oder Warmarbeitsstähle verwendet werden.7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that cold or hot working steels are used as the base material ( 1 ). 8. Werkzeug für die Holzbearbeitung, insbesondere Bohr- oder Fräswerkzeug, wobei ein Grundmaterial im Bereich seiner Oberflächenschicht mit einer gehärteten Schicht durch Nitrierung, Carbonitrierung und Carbo­ rierung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich auf die gehärtete Oberflächenschicht (2) noch wenigstens eine Hartstoffschicht (3A, 3B) aufge­ bracht ist.8. Tool for woodworking, in particular drilling or milling tool, wherein a base material in the area of its surface layer is provided with a hardened layer by nitriding, carbonitriding and carbonization, characterized in that in addition to the hardened surface layer ( 2 ) at least one hard material layer ( 3 A, 3 B) is brought up. 9. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffschicht (3A, 3B) Carbide aufweist.9. Tool according to claim 8, characterized in that the hard material layer ( 3 A, 3 B) has carbides. 10. Werkzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffschicht (3A, 3B) Nitride aufweist.10. Tool according to claim 8 or 9, characterized in that the hard material layer ( 3 A, 3 B) has nitrides. 11. Werkzeug nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffschicht (3A, 3B) diamantähnliche Schichten mit und ohne Sauerstoffanteile aufweist.11. Tool according to claim 8, 9 or 10, characterized in that the hard material layer ( 3 A, 3 B) has diamond-like layers with and without oxygen. 12. Werkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial (1) ein HSS-Stahl ist.12. Tool according to one of claims 8 to 11, characterized in that the base material ( 1 ) is an HSS steel. 13. Werkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial (1) ein Kalt- oder Warmarbeitsstahl ist.13. Tool according to one of claims 8 to 11, characterized in that the base material ( 1 ) is a cold or hot working steel.
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