DE60006017T2

DE60006017T2 - Schneideinsatz aus Cermet

Info

Publication number: DE60006017T2
Application number: DE60006017T
Authority: DE
Inventors: Takashi Yuuki-gun Fujisawa; Hidemitsu Yuuki-gun Takaoka; Masafumi Yuuki-gun Fukumura; Hisafumi Yuuki-gun Tsujisaki
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1999-04-05
Filing date: 2000-04-05
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2020-04-06
Also published as: EP1043414B1; EP1043414A1; DE60006017D1; CN1117168C; HK1031743A1; HK1032609A1; CN1274761A

Description

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Cermet-Schneideinsatz sowie ein Stirnfräswerkzeug, das diesen Cermet-Schneideinsatz verwendet. Die Schneidkante des Schneideinsatzes erzeugt auch unter signifikant schwierigen Schneidbedingungen, wie beispielsweise bei hohen Zustellgeschwindigkeiten und bei hohen Schneidgeschwindigkeiten, keine Defekte und kein Abplatzen (chipping, Mikro-Defekte) und zeigt über lange Zeiträume hinweg hervorragende Schneideigenschaften.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein bekannter Cermet-Schneideinsatz hat eine Textur mit 75 bis 95 Flächenprozent einer harten Carbonintridphase, die hauptsächlich aus Ti besteht, wobei die Balance eine Metallbindephase und zufällig auftretende Verunreinigungen sind, gemäß einer mikroskopischen Texturbetrachtung eines Querschnitts des Cermet, wobei die harte Phase eine Kern-Schalen-Struktur mit einem Kern und einer Schale (Außenbereich) hat, die im wesentlichen aus einer Carbonitridverbindung aus Ti und M besteht, wobei M zumindest ein Metall ist, das aus den Gruppen 4a, 5a und 6a in der Tabelle des Periodischen Systems ist, und wobei die Metallbindephase eine Ni-Co Legierung mit
Nickel (Ni): 10 bis 25 Gew-%, und
Kobalt (Co): 45 bis 70 Gew-%
aufweist, wobei der gesamte Anteil an Nickel und Kobalt zumindest 90 Gew-% beträgt.
Es ist auch bekannt, dass das oben beschriebene Cermet hergestellt wird durch Mischen eines pulverisierten Ti Carbonitrids und/oder einer pulverisierten Carbonitridverbindung aus Ti und/oder Ti und M, wobei M zumindest ein Metall ist, das aus den Gruppen 4a, 5a und 6a in der Tabelle des Periodischen Systems ausgewählt ist, ein pulverisiertes Karbid des M und/oder ein pulverisiertes Nitrid des M, und pulverisiertes Co oder Ni als pulverisiertes Material zum Ausbilden der Bindephase in einer vorbestimmten Zusammensetzung; Nassmischen, Trocknen und dann Pressformen dieser pulverisierten Materialien, um einen Grünling zu bilden; und Sintern des Grünlings unter Bedingungen des Beibehaltens einer Temperatur von 1420 bis 1600°C in einer Stickstoffatmosphäre mit reduziertem Druck und langsames Abkühlen.
Während des Sinterns wird ein Kern der harten Phase hauptsächlich aus Carbonitridpulver ausgeformt, und eine Schale der harten Phase wird aufgrund einer Reaktion zwischen Carbidpulver, Nitridpulver und einem Teil des Carbonitridpulvers ausgebildet.
Außerdem ist bekannt, dass die gehonte Breite der an der Hauptschneidkante ausgebildeten Phase (im folgenden einfach als gehonte Breite bezeichnet) und der flachen Schneidkante des Schneideinsatzes für den Stirnfräser der das Cermet verwendet, wie folgt sind:
0,1 bis 0,25 mm für die Hauptschneidkante, und
0,1 bis 0,25 mm für die Planschneidkante.
Im Fall des Stirnfräsers 10, wie er in einer perspektivischen Ansicht in 1(a) dargestellt ist, in einer teilweise geschnittenen Vorderansicht in 2(a) und in einer vergrößerten teilweisen Längsschnittansicht in 2(b), ist bekannt, dass mehrere Schneideinsätze 12 (im folgenden wird der Schneideinsatz als Einsatz bezeichnet) lösbar in einem gegebenen Abstand an der Frontfläche eines ringförmigen Werkzeugkörpers 14 angebracht sind. Es ist auch bekannt, dass der Einsatz die in einer perspektivische Ansicht in 1(b) und einer Längsschnittansicht in 1(c) dargestellte Gestalt hat.
Außerdem ist auch bekannt, dass der durch die Zahnfläche 16 und die Flanke 18 an dem Kantenlinienabschnitt 20 der Schneidkante (im folgenden als Kantenlinienwinkel 22 bezeichnet) im Bereich von 75° bis 85° liegt und dass der Einsatz an den ringförmigen Werkzeugkörper mit einem axialen Einstellwinkel (Neigungswinkel des Schneidkörpers zu der Achse) von 5° bis 15° angebracht ist.
Außerdem ist bekannt, dass eine harte Beschichtung mit einer Dicke von 0,5 bis 10 μm auf der Oberfläche des Cermet-Substrats des Stirnschneideinsatzes durch einen chemischen Dampfabscheidungsvorgang (CVC) und/oder einen physikalischen Dampfabscheidungsvorgang (PVD) aufgebracht wird, um die Verschleißfestigkeit des Cermets zu verbessern.
US 5 370 719 A offenbart einen Cermet-Schneideinsatz auf TiCN-Basis. Der Schneideinsatz weist 5 bis 30 Vol-% einer Bindephase auf. Die Balance weist zwei harte Dispersionsphasen auf, wobei die erste harte Dispersionsphase eine Duplex- und/oder eine Triplex-Struktur mit einem Kern aus TiCN hat und die zweite harte Dispersionsphase eine Duplex- oder Triplex-Struktur mit einem Kern aus einem Carbonitrid einer feste Lösung aus Ti und zumindest einem Element hat, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ta, Nb, V, Hf, Zr, W, Mo und C4 besteht. Einige Beispiele weisen eine Bindephase mit einer Co-Ni-W-Legierung mit Tungsten, Nickel und Kobalt innerhalb der im Anspruch 1 beanspruchten Bereiche auf.
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
In den letzten Jahren sind die Einsparung von Arbeitskraft und Energie sowie die Kostenreduktion für Schneidvorgänge zunehmend wichtig geworden, und das Schneiden bei hohen Zustellgeschwindigkeiten ist bei Stirnfräsvorgängen gewünscht worden. Wenn das oben erwähnte herkömmliche Stirnfräswerkzeug bei hohen Zustellgeschwindigkeiten verwendet wird, verursacht die flache Schneidkante eine plastische Deformation. Als Ergebnis wird ein signifikant ungleichmäßiger Verschleiß auftreten, und Defekte und ein Abplatzen werden bei dem Schneidkantenabschnitt des Einsatzes auftreten. Demzufolge hat dieser Einsatz eine relativ kurze Lebensdauer.
In einem anderen Verfahren ist der Kantenlinienwinkel des an dem ringförmigen Werkzeugkörper des Stirnfräswerkzeugs angebrachten Einsatzes auf 65° bis 75° abgesenkt, verglichen mit 75 bis 85° des Kantenlinienwinkels des oben genannten herkömmlichen Einsatzes, und der Einsatz ist an dem Ringwerkzeugkörper so angebracht, dass der Neigungswinkel relativ zu der Schneidoberfläche abgesenkt ist, d. h. der axiale Einstellwinkel, der der Neigungswinkel des Einsatzes bezüglich der Achse des ringförmigen Werkzeugkörpers ist, ist auf 15° bis 30° angehoben, was relativ gesehen größer ist als der axiale Einstellwinkel des herkömmlichen Einsatzes von 5° bis 15°. Wenn ein Schneiden mit hoher Zustellgeschwindigkeit mit dem herkömmlichen oben genannten Stirnfräswerkzeug mit einem Kantenlinienwinkel von 65° bis 75° und einem axialen Einstellwinkel von 15° bis 30° durchgeführt wird, treten Defekte und ein Abplatzen bei dem Schneidkantenabschnitt des Einsatzes auf. Demzufolge hat der Einsatz eine relativ kurze Lebensdauer.
Mittel zum Lösen der Probleme
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben Fräseinsätze geprüft und entwickelt, die eine zufriedenstellende Schneidflächenrauhigkeit beim Schneiden mit hoher Zustellgeschwindigkeit über lange Zeiträume hinweg bieten können, auf der Basis der oben genannten herkömmlichen Werkzeuge, und sie haben ein bestimmtes Cermet entdeckt, das einen hohen Widerstand gegen plastische Verformung hat und nicht zu einem ungleichmäßigen Verschleiß und zur Ausbildung von Defekten und Abplatzen bei dem Schneidkantenabschnitt führt und so über lange Zeiträume hinweg eine herausragende Schneidleistungsfähigkeit zeigt. Dieser Cermet-Schneideinsatz hat eine Kern-Schalen-Struktur mit einem Kern und einer Schale (als äußerer Bereich), die im wesentlichen aus einer spezifischen Carbonitridverbindung aus Ti und M bestehen, wobei M zumindest ein Metall ist, das aus Ta, Nb, V, W und Zr ausgewählt ist. Außerdem. weist die Metallbindephase eine W-Ni-Co Legierung mit
Tungsten (W): 15 bis 35 Gew-%,
Nickel (Ni): 10 bis 35 Gew-%, und
Kobalt (Co): 35 bis 70 Gew-%
auf.
Beim Schneiden mit hoher Zustellgeschwindigkeit mit einem Stirnfräswerkzeug mit einer Planschneidkante mit einer verminderten gehonten Breite von 0,02 bis 0,08 mm, das eine zufriedenstellende Schneidflächenrauhigkeit beibehalten kann, ist die Planschneidkante signifikant widerstandsfähig gegen eine plastische Verformung, und daher tritt kein wesentlicher ungleichmäßiger Verschleiß auf. Demzufolge wird eine hervorragende Schneidleistungsfähigkeit beibehalten, und zwar mit einer zufriedenstellenden Schneidflächenrauhigkeit über lange Zeiträume hinweg.
Wenn der Einsatz an einem ringförmigen Werkzeugkörper des Stirnfräswerkzeugs mit einem verminderten Kantenlinienwinkel von 65° bis 75° und einem axialen Einstellwinkel von 15° bis 30° angebracht wird, d. h. mit einem relativ kleinen Neigungswinkel bezüglich der Schneidfläche, und wenn ein Schneidvorgang mit hoher Zustellgeschwindigkeit ausgeführt wird, treten keine Defekte und kein Abplatzen bei dem Schneidkantenabschnitt des Einsatzes auf, und eine hervorragende Schneidleistungsfähigkeit wird für lange Zeiträume beibehalten.
Wenn eine harte Beschichtung mit einer mittleren Dicke von 0,5 bis 10 μm auf das Cermet-Substrat des Stirnschneideinsatzes durch die chemische Dampfabscheidung und/oder physikalische Dampfabscheidung aufgebracht wird, ist der Einsatz signifikant widerstandsfähig gegen eine plastische Verformung während des Schneidens mit hoher Zustellgeschwindigkeit, und daher tritt im wesentlichen kein ungleichmäßiger Verschleiß auf. Demzufolge wird eine hervorragende Schneidleistungsfähigkeit beibehalten, und zwar mit einer zufriedenstellenden Schneidflächenrauhigkeit für lange Zeiträume.
Die vorliegende Erfindung ist auf der Grundlage dieser Ergebnisse erzielt worden.
Ein Cermet-Schneideinsatz gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Das Cermet hat eine Textur mit einer harten Carbonitridphase, einer Metallbindephase und zufällig auftretenden Unreinheiten, und die Metallbindephase weist eine Co-Ni-W-Legierung mit
Tungsten (W): 15 bis 35 Gew-%,
Nickel (Ni): 10 bis 35 Gew-%, und
Kobalt (Co): 35 bis 70 Gew-%
auf, wobei der gesamte Anteil an Tungsten, Nickel und Kobalt zumindest 90 Gew-% beträgt.
Außerdem hat das Cermet eine Textur mit 75 bis 95 Flächenprozent einer harten Carbonitridphase, und die Balance ist eine Metallbindephase und zufällig auftretende Verunreinigungen, und zwar gemäß einer mikroskopischen Texturbetrachtung eines Querschnitts des Cermets.
Außerdem hat das Cermet die harte Carbonitridphase mit einer Kern-Schalen-Struktur mit einem Kern und einer Schale, die im wesentlichen aus einer Carbonitridverbindung aus Ti und M bestehen, wobei M zumindest ein Metall aus der Gruppe ist, die aus Ta, Nb, V, W und Zr besteht.
Bei einem Schneideinsatz für das Stirnfräsen, der das oben beschriebene Cermet verwendet, hat der Schneideinsatz eine Hauptschneidkante und eine Stirnschneidkante, die gehonte Breite der Hauptschneidkante liegt im Bereich von 0,1 bis 0,25 mm, und die gehonte Breite der Planschneidkante beträgt 0,02 bis 0,08 mm. Mehrere Schneideinsätze sind lösbar an einer Frontfläche eines ringförmigen Werkzeugkörpers angebracht. Diese Cermet-Schneideinsätze bilden keine raue Schneidfläche und haben einen hohen Verschleißwiderstand beim Schneiden mit hohen Zustellgeschwindigkeiten.
Bei einem Stirnfräswerkzeug mit einem ringförmigen Werkzeugkörper und dem oben beschriebenen Schneideinsatz, wie es im Anspruch 4 beansprucht ist, beträgt der durch eine Zahnfläche und eine Flanke bei einem Schneidkantenabschnitt definierte Winkel 65° bis 75°, und der Schneideinsatz ist an dem ringförmigen Werkzeugkörper mit einem axialen Einstellwinkel von 15° bis 30° angebracht.
Der oben beschriebene Schneideinsatz kann mit einer harten Beschichtung bedeckt sein, die durch chemische und/oder physikalische Dampfabscheidung ausgebildet wird und eine mittlere Dicke von 0,5 bis 10 μm hat.
Bei dem oben beschriebenen Schneideinsatz besteht die harte Beschichtung aus zumindest einer Schicht aus Nitrid, Carbid, Oxid und Carbonitrid von Ti und/oder Al.
Die Gründe für die Beschränkung der Zusammensetzung des Cermets, das den Einsatz des Schneidwerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung bildet, werden nun beschrieben.
(a) Verhältnis der harten Cermet-Carbonitridphase
Wenn das Verhältnis der harten Cermet-Phase weniger als 75 Flächenprozent beträgt, ist die Metallbindephase relativ gesehen angereichert, und daher kann der gewünschte Verschleißwiderstand nicht erzielt werden. Wenn das Verhältnis 95 Flächenprozent überschreitet, wird die Sinterfähigkeit verschlechtert, und daher wird die gewünschte Festigkeit nicht erzielt. Demzufolge sollte dieses Verhältnis 75 bis 95 Flächenprozent betragen.
(b) Zusammensetzung der Cermet-Metallbindephase
Die W-Komponente verbessert den plastischen Verformungswiderstand der Metallbindephase wesentlich. Bei weniger als 15 Gew-% der W-Komponente wird der Widerstand gegen plastische Verformung nicht auf einen gewünschten Level verbessert. Bei mehr als 35 Gew-% nimmt die Zähigkeit der Metallbindephase ab, und daher treten Defekte und Abplatzungen (Mikrodefekte) häufig bei dem Schneidkantenabschnitt auf. Demzufolge muss der W-Gehalt zwischen 15 und 35 Gew-% betragen.
Die Ni Komponente verbessert die Benetzbarkeit der harten Carbonitridphase und so den Widerstand gegen Abplatzen. Bei weniger als 10 Gew-% der Ni Komponente wird der Widerstand gegen Abplatzen nicht auf einen gewünschten Level verbessert. Bei mehr als 35 Gew-% nehmen die Festigkeit und der Widerstand gegen plastische Deformation der Metallbindephase ab, und ein Verschleiß tritt leichter auf. Demzufolge muss der Ni Gehalt 10 bis 35 Gew-% betragen.
Die Co Komponente verbessert die Sinterfähigkeit und so die Festigkeit des Fräseinsatzes. Bei weniger als 35 Gew-% der Co Komponente wird die Festigkeit nicht auf einen gewünschten Leve verbessert. Bei mehr als 70 Gew-% tendiert der Widerstand gegen plastische Verformung dazu, abzunehmen. Demzufolge muss der Co Gehalt 35 bis 70 Gew-% betragen.
Wenn der Gesamtanteil an W, Ni und Co weniger als 90 Gew-% beträgt, nimmt die Festigkeit der Metallbindephase rapide ab, und so treten Defekte und ein Abplatzen einfach bei dem Schneidkantenabschnitt auf. Demzufolge muss der Gesamtanteil an W, Ni und Co mindestens 90 Gew-% betragen.
(c) Gehonte Breite
Das Honen wird ausgeführt, um die Stabilität der Schneidkante zu verbessern, und die gehonte Breite der Planschneidkante wird vorzugsweise vermindert, um die Oberflächenrauhigkeit des geschnittenen Werkstücks zu verbessern. Da die W-Komponente in der Metallbindephase den Widerstand der Bindephase gegen plastische Verformung signifikant verbessert, tritt eine plastische Verformung, die einen ungleichmäßigen Verschleiß verursacht, nicht während des Schneidens mit hohen Zustellgeschwindigkeiten auf, wenn die gehonte Breite des Schneidkantenabschnitts und insbesondere der Planschneidkante auf 0,08 mm oder weniger vermindert wird. Wenn die gehonte Breite der Planschneidkante weniger als 0,02 mm beträgt, nimmt die Stabilität der Schneidkante ab, was zu Defekten und zu einem Abplatzen führt. Wenn die gehonte Breite 0,8 mm überschreitet, nimmt die Oberflächenrauhigkeit des geschnittenen Werkstückes ab.
Demzufolge wird die gehonte Breite der Planschneidkante auf 0,02 bis 0,08 mm gesetzt. Die gehonte Breite der Hauptschneidkante liegt in einem herkömmlichen Bereich, d. h. 0,1 bis 0,25 mm.
(d) Axialer Einstellwinkel und Kantenlinienwinkel des Stirnfräswerkzeugs
Bei dem Stirnfräswerkzeug der vorliegenden Erfindung werden der Kantenlinienwinkel des Einsatzes und der axiale Einstellwinkel, der der durch den angebrachten Einsatz und den Schneiderkörper definierte Winkel ist, notwendiger Weise bestimmt, wenn das Fräsen mit hoher Zustellgeschwindigkeit und hoher Schneidgeschwindigkeit ausgeführt wird. Wenn der Kantenlinienwinkel des Einsatzes 75° überschreitet oder wenn der axiale Einstellwinkel weniger als 15° beträgt (dies sind die Werte für herkömmliche Einsätze), kann ein Schneiden mit hoher Zustellgeschwindigkeit und hoher Schneidgeschwindigkeit nicht durchgeführt werden. Wenn der Kantenlinienwinkel des Einsatzes weniger als 65° beträgt oder wenn der axiale Einstellwikel 30° überschreitet, treten Defekte häufig bei dem Schneidkantenabschnitt des Einsatzes beim Schneiden mit hoher Zustellgeschwindigkeit und hoher Schneidgeschwindigkeit uaf.
(e) Harte Beschichtung
Die harte Beschichtung beinhaltet zumindest eine Schicht aus Nitriden, Carbiden, Oxid und Carbonitriden aus Ti und/oder Al. Wenn die mittlere Dicke dieser Schicht weniger als 0,5 μm beträgt, wird der gewünschte Verschleißwiderstand nicht sicher erreicht. Wenn die mittlere Dicke 10 μm überschreitet, treten Defekte und ein Abplatzen häufig an der Schneidkante auf. Daher wird die mittlere Dicke auf 0,5 bis 10 μm festgelegt.
[Ausführungsformen der Erfindung]
Das Stirnfräswerkzeug der vorliegenden Erfindung wird nun genauer mit Bezug auf die folgenden Beispiele und Zeichnungen beschrieben, wobei:
1(a) eine perspektivische Ansicht eines Stirnfräsers zeigt;
1(b) und 1(c) Einsätze für einen Stirnfräser der 1(a) zeigen;
2(a) eine Frontansicht, teilweise im Schnitt, des Stirnfräsers der 1(a) zeigt; und
2(b) eine vergrößerte teilweise Längsschnittansicht des Stirnfräsers im Eingriff mit einem Werkstück zeigt.
(Beispiel 1)
Als pulverisierte Rohmaterialien zum Ausbilden einer harten Phase wurden eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti und Ta mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,9Ta_0,1)C_0,7N_0,3) in atomaren Prozent, eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti und Nb mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,9Nb_0,1)C_0,7N_0,3 in atomaren Prozent, eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti, Ta und Zr mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,8Ta_0,1Zr_0,1)C_0,5N_0,5 in atomaren Prozent, eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti mit einer Zusammensetzung von Ti_0,5N_0,5 in atomaren Prozent, eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti, W und Nb mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,7W_0,2Nb_0,1)C_0,4N_0,6 in atomaren Prozent, eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti und V mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,9V_0,1)C_0,6N_0,4 in atomaren Prozent, eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti, V und Zr mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,8V_0,1Zr_0,1)C_0,7N_0,3 in atomaren Prozent, eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti und Zr mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,7Zr_0,3)C_0,5N_0,5 in atomaren Prozent, eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti, Ta und Nb mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,8Ta_0,1Nb_0,1)C_0,7N_0,3 in atomaren Prozent, und eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti, Ta, V, und W mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,7Ta_0,1V_0,1W_0,1)C_0,6N_0,4 in atomaren Prozent, mit vorbestimmten mittleren Korngrößen in einem Bereich von 1 bis 2 μm vorbereitet. Und pulverisiertes TiN, pulverisiertes ZrC, pulverisiertes TaC, pulverisiertes NbC und pulverisiertes WC wurden vorbereitet mit einer mittleren Korngröße in einem Bereich von 1 bis 2 μm. Als pulverisierte Rohmaterialien zum ausbilden der Bindephase wurden pulverisiertes W, pulverisiertes Ni und pulverisiertes Co vorbereitet. Diese pulverisierten Bindematerialien hatten mittlere Korngrößen in einem Bereich von 1 bis 2 μm.
Diese Rohmaterialien wurden auf der Grundlage der in den Tabellen 1 und 2 gezeigten Formeln gemischt und wurden nass gemischt in einer Kugelmühle für 72 Stunden. Jede Mischung wurde getrocknet und pressgeformt unter einem Druck von 147,15 MPa (15 kgf/mm², um einen Grünling auszubilden. Der Grünling wurde auf 1500°C mit einer Erwärmungsgeschwindigkeit von 2°C/min in einem Vakuum erhitzt, wurde für 1 Stunde bei 1500°C in einer Stickstoffatmosphäre mit reudziertem Druck von 10 Torr zum Sintern gehalten, und dann abgekühlt. Die Hauptschneidkante 15 und die Planschneidkante 13 jedes Schneidkantenabschnitts wurden gehont, wie in Tabelle 3 oder 4 dargestellt, wobei die gehonte Breite der Hauptschneidkante einen herkömmlichen Wert hatte, während die gehonte Breite der Planschneidkante kleiner war als herkömmlich. Fräseinsätze (Typen 1 bis 10) der vorliegenden Erfindung für Stirnfräswerkzeuge und Fräseinsätze (Typen 1 bis 10) zum Vergleich wurden dadurch vorbereitet. Jeder Fräseinsatz hatte die Gestalt SEEN1203AFTN1 (Kantenlinienwinkel: 70°).
Bei den Fräseinsätzen (Typen 1 bis 10) für den Vergleich betrug der W-Gehalt in der Bindephase jedes Cermets 7 Gew-% oder weniger, und die Bindephase beinhaltet kein W.
Eine Textur eines beliebigen Querschnitts jedes Fräseinsatzes wurde betrachtet durch Elektronenabtastmikroskopie, und das Verhältnis der harten Phase mit einer Kern-Schalen-Struktur in der Textur wurde aus dem betrachteten Bild mit einem Bildanalysierer bestimmt, wie in den Tabellen 3 und 4 dargestellt.
Der Gewichtsanteil an W, Ni und Co in der Bindephase des Cermets, das den Einsatz bildet, wurden durch einen Nassanalysevorgang bestimmt, wie in den Tabellen 3 und 4 dargestellt. Ein Fräseinsatz 12 jedes Typs wurde mit Schrauben an der Frontfläche eines Schneiders 11 mit einem Stirndurchmesser von 200 mm angebracht, wie in 1(a) dargestellt, um ein Stirnfräswerkzeug 10 mit einem axialen Einstellwinkel von 20° zu bilden, und Kohlenstoffstahl wurde einem trockenen Frässchneidtest mit hoher Zustellgeschwindigkeit unter Verwendung des Stirnfräswerkzeugs 10 unter den folgenden Bedingungen unterzogen, um die Schneiddauer zu bestimmen, bis der Schneider das Ende seiner Lebensdauer erreichte:
Zu schneidendes Werkstück: Japanese Industrial Standard (JIS) S45C-Platte
Schneidgeschwindigkeit: 250 m/min
Schnitttiefe: 2,5 mm
Zustellgeschwindigkeit: 0,4 mm/Zahn
Die Oberflächenrauhigkeit des geschnittenen Werkstücks nach einer Minute vom Beginn des Schneidens an wurde gemessen. Die Oberflächenrauhigkeit Rz war im Bereich von 1,9 bis 2,8 und war ein signifikant zufriedenstellender Level.
Die in den Tabellen 1 bis 4 dargestellten Ergebnisse zeigen, dass jedes der Stirnfräswerkzeuge 10 mit Fräseinsätzen 12 (Typen 1 bis 10) der vorliegenden Erfindung einen hohen Widerstand gegen plastische Verformung während des Schneidens mit hoher Zustellgeschwindigkeit mit einer Planschneidkante 13 mit einer verminderten gehonten Breite von 0,02 bis 0,08 mm zeigen, so dass eine zufriedenstellende Schnittflächenrauhigkeit beibehalten wird, und eine hervorragende Schneidleistung wird über lange Zeiträume beibehalten, weil die Bindephase in dem Cermet einen hohen W-Anteil hat. Im Gegensatz dazu zeigt jedes der Stirnfräswerkzeuge 10 mit Schneideinsätzen 12 (Typen 1 bis 10) für den Vergleich einen ungleichmäßigen Verschleiß aufgrund der plastischen Verformung während des Schneidens mit hoher Zustellgeschwindigkeit unter Verwendung einer Planschneidkante mit einer verminderten gehonten Breite, und er hat eine relativ kurze Lebensdauer, weil die Bindephase in dem Cermet kein W oder höchstens 7 Gew-% W beinhaltet, was nicht ausreichend ist, um einen ausreichenden Widerstand gegen plastische Verformung beizubehalten.
(Beispiel 2) (nicht Teil der Erfindung)
Als pulverisierte Rohmaterialien zum Ausbilden der harten Phase wurden eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti und Ta mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,9Ta_0,1)C_0,7N_0,3) in atomaren Prozent, eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti und Nb mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,9Nb_0,1)C_0,7N_0,3 in atomaren Prozent, eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti, Ta und Zr mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,8Ta_0,1Zr_0,1)C_0,5N_0,5 in atomaren Prozent, eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti mit einer Zusammensetzung von Ti_0,5N_0,5 in atomaren Prozent, eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti, W und Nb mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,7W_0,2Nb_0,1)C_0,4N_0,6 in atomaren Prozent, eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti und V mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,9V_0,1)C_0,6N_0,4 in atomaren Prozent, eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti, V und Zr mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,8V_0,1Zr_0,1)C_0,7N_0,3 in atomaren Prozent, eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti und Zr mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,7Zr_0,3)C_0,5N_0,5 in atomaren Prozent, eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti, Ta und Nb mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,8Ta_0,1Nb_0,3)C_0,7N_0,3 in atomaren Prozent, und eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti, Ta, V, und W mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,7Ta_0,1V_0,1W_0,1)C_0,6N_0,4 in atomaren Prozent, mit vorbestimmten mittleren Korngrößen in einem Bereich von 1 bis 2 μm vorbereitet. Und pulverisiertes TiN, pulverisiertes ZrC, pulverisiertes TaC, pulverisiertes NbC und pulverisiertes WC wurden vorbereitet mit einer mittleren Korngröße in einem Bereich von 1 bis 2 μm. Als pulverisierte Rohmaterialien zum ausbilden der Bindephase wurden pulverisiertes W, pulverisiertes Ni und pulverisiertes Co vorbereitet. Diese pulverisierten Bindematerialien hatten mittlere Korngrößen in einem Bereich von 1 bis 2 μm.
Diese Rohmaterialien wurden auf der Grundlage der in den Tabellen 5 und 6 gezeigten Formeln gemischt und wurden nass gemischt in einer Kugelmühle für 72 Stunden. Jede Mischung wurde getrocknet und pressgeformt unter einem Druck von 147,15 MPa (15 kgf/mm², um einen Grünling auszubilden. Der Grünling wurde auf 1550°C mit einer Erwärmungsgeschwindigkeit von 2°C/min in einem Vakuum erhitzt, wurde für 1,5 Stunden bei 1500°C in einer Stickstoffatmosphäre mit reudziertem Druck von 5 Torr zum Sintern gehalten, und dann abgekühlt. Die Hauptschneidkante und die Planschneidkante jedes Schneidkantenabschnitts wurden gehont, so dass die gehonte Breite der Hauptschneidkante und der Planschneidkante 0,2 bzw. 0,15 mm betrug (außerhalb des beanspruchten Bereichs). Fräseinsätze (Typen 1 bis 10) der vorliegenden Erfindung für Stirnfräswerkzeuge und Fräseinsätze (Typen 1 bis 10) zum Vergleich wurden dadurch vorbereitet. Jeder Fräseinsatz hatte die Gestalt SEEN1203AFTN1 und einen Kantenlinienwinkel, der sich aus den Tabellen 7 und 8 ergibt.
Bei den Fräseinsätzen (Typen 1 bis 10) für den Vergleich beinhalten die Bindephasen 7 Gew-% oder weniger W oder überhaupt kein W.
Eine Textur eines beliebigen Querschnitts jedes Fräseinsatzes wurde betrachtet durch Elektronenabtastmikroskopie, und das Verhältnis der harten Phase mit einer Kern-Schalen-Struktur in der Textur wurde aus dem betrachteten Bild mit einem Bildanalysierer bestimmt, wie in den Tabellen 7 und 8 dargestellt.
Der Gewichtsanteil an W, Ni und Co in der Bindephase des Cermets, das den Einsatz bildet, wurden durch einen Nassanalysevorgang bestimmt, wie in den Tabellen 7 und 8 dargestellt.
Zehn Fräseinsätze jedes Typs wurden mit Schrauben an der Frontfläche eines Schneiders 11 mit einem Stirndurchmesser von 200 mm angebracht, wie in 1(a) dargestellt, mit einem axialen Einstellwinkel, der sich aus Tabellen 7 und 8 ergibt, um ein Stirnfräswerkzeug zu bilden, und eine Stahllegierung wurde einem trockenen Frässchneidtest mit hoher Zustellgeschwindigkeit unter Verwendung des Stirnfräswerkzeugs unter den folgenden Bedingungen unterzogen, um die maximale Breite des Flankenverschleißes zu bestimmen:
Zu schneidendes Werkstück: Japanese Industrial Standard (JIS) SCM440-Platte
Schneidgeschwindigkeit: 350 m/min
Schnitttiefe: 2 mm
Zustellgeschwindigkeit: 0,4 mm/Zahn
Zeit: 20 min.
Der Mittelwert von zehn Breiten ist in den Tabellen 7 und 8 dargestellt.
Die in den Tabellen 5 bis 8 dargestellten Ergebnisse zeigen, dass jedes der Stirnfräswerkzeuge mit Fräseinsätzen (Typen 1 bis 10) des Beispiels 2 keine Defekte und kein Abplatzen am Schneidkantenabschnitt während des Schneidens mit hoher Zustellgeschwindigkeit mit einem geringen Kantenlinienwinkel des Einsatzes verursacht, einem relativ geringen axialen Einstellwinkel des Einsatzes bezüglich des Schneidkörpers, und eine hervorragende Schneidleistung beibehält, weil die harte Phase des Cermets, das den Einsatz bildet, spezifiziert ist und die Bindephase in dem Cermet einen hohen W-Anteil hat. Im Gegensatz dazu zeigt jedes der Stirnfräswerkzeuge mit Schneideinsätzen (Typen 1 bis 10) für den Vergleich einen unerwünschten Hitzewiderstand und einen unerwünschten Widerstand gegen plastische Verformung, und er behält die geünschte Festigkeit der Bindephase bei hohen Temperaturen nicht aufrecht, obwohl das Cermet die gleiche Art von harter magnetischer Phase hat wie bei den Einsätzen gemäß der vorliegenden Erfindung, weil die Bindephase in dem Cermet kein W beinhaltet oder höchstens 7 Gew.-% W. Als Ergebnis treten Defekte und ein Abplatzen an dem Schneidkantenabschnitt auf, und der Einsatz hat eine relativ geringe Lebensdauer.
(Beispiel 3)
Als pulverisierte Rohmaterialien zum Ausbilden der harten Phase wurden eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti und Ta mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,9Ta_0,1)C_0,7N_0,3) in atomaren Prozent, eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti und Nb mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,9Nb_0,1)C_0,7N_0,3 in atomaren Prozent, eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti, Ta und Zr mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,8Ta_0,1Zr_0,1)C_0,5N_0,5 in atomaren Prozent, eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti mit einer Zusammensetzung von TiC_0,5N_0,5 in atomaren Prozent, eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti, W und Nb mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,7W_0,2Nb_0,1)C_0,4N_0,6 in atomaren Prozent, eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti und V mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,9V_0,1)C_0,6N_0,4 in atomaren Prozent, eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti, V und Zr mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,8V_0,1Zr_0,1)C_0,7N_0,3 in atomaren Prozent, eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti und Zr mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,7Zr_0,3)C_0,5N_0,5 in atomaren Prozent, eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti, Ta und Nb mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,8Ta_0,1Nb_0,1)C_0,7N_0,3 in atomaren Prozent, und eine pulverisierte Carbonitridverbindung aus Ti, Ta, V, und W mit einer Zusammensetzung von (Ti_0,7Ta_0,1V_0,1W_0,1)C_0,6N_0,4 in atomaren Prozent, mit vorbestimmten mittleren Korngrößen in einem Bereich von 1 bis 2 μm vorbereitet. Und pulverisiertes TiN, pulverisiertes ZrC, pulverisiertes TaC, pulverisiertes NbC und pulverisiertes WC wurden vorbereitet mit einer mittleren Korngröße in einem Bereich von 1 bis 2 μm. Als pulverisierte Rohmaterialien zum ausbilden der Bindephase wurden pulverisiertes W, pulverisiertes Ni und pulverisiertes Co vorbereitet. Diese pulverisierten Bindematerialien hatten mittlere Korngrößen in einem Bereich von 1 bis 2 μm.
Diese Rohmaterialien wurden auf der Grundlage der in den Tabellen 9 und 10 gezeigten Formeln gemischt und wurden nass gemischt in einer Kugelmühle für 72 Stunden. Jede Mischung wurde getrocknet und pressgeformt unter einem Druck von 147,15 MPa (15 kgf/mm², um einen Grünling auszubilden. Der Grünling wurde auf 1550°C mit einer Erwärmungsgeschwindigkeit von 2°C/min in einem Vakuum erhitzt, wurde für 1,5 Stunden bei 1550°C in einer Stickstoffatmosphäre mit reudziertem Druck von 5 Torr zum Sintern gehalten, und dann abgekühlt. Die Hauptschneidkante und die Planschneidkante jedes Schneidkantenabschnitts wurden gehont, wie in Tabelle 11 und 12 dargestellt, wobei die gehonte Breite der Hauptschneidkante einen herkömmlichen Wert hatte, während die gehonte Breite der Planschneidkante kleiner war als herkömmlich. Cermetsubstrate (Typen A bis J) der vorliegenden Erfindung für Stirnfräswerkzeuge und Cermetsubstrate (Typen a bis j) zum Vergleich wurden dadurch vorbereitet. Jedes Cermetsubstrat hatte die Gestalt SEEN1203AFTN1 (Kantenlinienwinkel: 70°).
Bei den Cermetsubstraten (Typen a bis j) für den Vergleich betrug der W-Gehalt in der Bindephase 7 Gew-% oder weniger, oder die Bindephase beinhaltet kein W.
Eine Textur eines beliebigen Querschnitts jedes Fräseinsatzes wurde betrachtet durch Elektronenabtastmikroskopie, und das Verhältnis der harten Phase mit einer Kern-Schalen-Struktur in der Textur wurde aus dem betrachteten Bild mit einem Bildanalysierer bestimmt, wie in den Tabellen 11 und 12 dargestellt.
Der Gewichtsanteil an W, Ni und Co in der Bindephase des Cermets, das den Einsatz bildet, wurden durch einen Nassanalysevorgang bestimmt, wie in den Tabellen 11 und 12 dargestellt.
Diese Cermet-Substrate (Typen A bis J gemäß der Erfindung und Typen a bis j für den Vergleich) wurde per Ultraschall in Aceton gereinigt, getrocknet und mittels der in Tabellen 13 und 14 dargestellten Verfahren beschichtet. Eine harte Beschichtung mit einer bestimmten Zusammensetzung und einer in Tabellen 13 und 14 gezeigten, gestalteten Dicke wurde auf jedem Cermet-Substrat ausgebildet. Beschichtete Einsätze (Typen 1 bis 10) der vorliegenden Erfindung und beschichtete Einsätze (Typen 1 bis 10) für den Vergleich wurden so erstellt.
Ein Querschnitt der harten Beschichtung jedes beschichteten Einsatzes wurde durch Abtastelektronenmikroskopie betrachtet, um ihre Zusammensetzung und mittlere Dicke festzustellen. Die Zusammensetzung und die mittlere Dicke waren im wesentlichen gleich der ausgestalteten Zusammensetzung und der ausgestalteten Dicke, die in Tabellen 13 und 14 gezeigt sind.
Ein Fräseinsatz jedes Typs wurde mit Schrauben an der Frontfläche eines Schneiders mit einem Stirndurchmesser von 200 mm angebracht, wie in 1(a) dargestellt, um ein Stirnfräswerkzeug zu bilden, und eine Stahllegierung wurde einem trockenen Frässchneidtest mit hoher Zustellgeschwindigkeit unter Verwendung des Stirnfräswerkzeugs 10 unter den folgenden Bedingungen unterzogen, um die Schneiddauer zu bestimmen, bis der Schneider das Ende seiner Lebensdauer erreichte:
Zu schneidendes Werkstück: Japanese Industrial Standard (JIS) SNCM439-Platte
Schneidgeschwindigkeit: 350 m/min
Schnitttiefe: 1,5 mm
Zustellgeschwindigkeit: 0,5 mm/Zahn
Die Oberflächenrauhigkeit des geschnittenen Werkstücks nach einer Minute vom Beginn des Schneidens an wurde gemessen. Die Oberflächenrauhigkeit Rz war im Bereich von 1,9 bis 2,8 und war ein signifikant zufriedenstellender Level.
Die in den Tabellen 9 bis 14 dargestellten Ergebnisse zeigen, dass jedes der Stirnfräswerkzeuge mit Fräseinsätzen (Typen 1 bis 10) der vorliegenden Erfindung einen hohen Widerstand gegen plastische Verformung während des Schneidens mit hoher Zustellgeschwindigkeit mit einer Planschneidkante mit einer verminderten gehonten Breite von 0,02 bis 0,08 mm zeigen, so dass eine zufriedenstellende Schnittflächenrauhigkeit beibehalten wird, und eine hervorragende Schneidleistung wird über lange Zeiträume beibehalten, weil die Bindephase in dem Cermet einen hohen W-Anteil hat. Im Gegensatz dazu zeigt jedes der Stirnfräswerkzeuge mit Schneideinsätzen (Typen 1 bis 10) für den Vergleich einen ungleichmäßigen Verschleiß aufgrund der plastischen Verformung während des Schneidens mit hoher Zustellgeschwindigkeit unter Verwendung einer Planschneidkante mit einer verminderten gehonten Breite, und er hat eine relativ kurze Lebensdauer, weil die Bindephase in dem Cermet kein W oder höchstens 7 Gew-% W beinhaltet, was nicht ausreichend ist, um einen ausreichenden Widerstand gegen plastische Verformung beizubehalten.

Claims

Cermet-Schneideinsatz (12) zum Flachfräsen mit einer Hauptschneidkante (15) und einer Wischschneidkante (13), wobei die gehonte Breite der Hauptschneidkante (15) im Bereich von 0,1 bis 0,25 mm liegt und die gehonte Breite der Wischschneidkante (13) 0,02 bis 0,08 mm beträgt, wobei der Cermet-Schneideinsatz (12) eine Textur mit 75 bis 95 Flächenprozent einer harten Karbonitridphase, hauptsächlich Ti, hat und die Balance eine Bindephase und gelegentlich auftretende Unreinheiten sind, gemäß einer mikroskopischen Texturbetrachtung eines Querschnitts des Cermets, wobei die harte Phase eine Kernschalenstruktur mit einem Kern und einer Schale hat, die im wesentlichen aus einer Karbonitridverbindung aus Ti und M bestehen, wobei M zumindest ein Metall aus der Gruppe von Ta, Nb, V, W und Zr ist, und wobei die Bindephase eine W-Ni-Co Legierung mit 15 bis 35 Gew-% Tungsten (W), 10 bis 35 Gew-% Nickel (Ni) und 35 bis 70 Gew-% Kobalt (Co) ist, wobei die Gesamtmenge an Tungsten, Nickel und Kobalt zumindest 90 Gew-% beträgt.
Cermet-Schneideinsatz (12) nach Anspruch 1, wobei der Cermet-Schneideinsatz (12) mit einer harten Schicht bedeckt ist, die durch chemische Dampfabscheidung und/oder physikalische Dampfabscheidung ausgeformt ist und eine mittlere Dicke von 0,54 bis 10 μm hat.
Cermet-Schneideinsatz (12) nach Anspruch 2, wobei die harte Beschichtung zumindest eine Schicht aus Nitrid, Karbid, Oxid und Karbonitrid von Ti und/oder Al aufweist.
Flächenfräswerkzeug (10) mit einem Ringwerkzeugkörper und einem Cermet-Schneideinsatz (12) gemäß Anspruch 1 bis 3, wobei der durch eine Zahnfläche und eine Flanke bei einem Schneidkantenabschnitt definierte Winkel 65 bis 75° beträgt und der Cermet-Schneideinsatz (12) an dem Ringwerkzeugkörper mit einem axialen Spanwinkel von 15 bis 30° angebracht ist.