DE60030520T2

DE60030520T2 - Wegwerf-Schneideinsatz mit Abriebssensor

Info

Publication number: DE60030520T2
Application number: DE60030520T
Authority: DE
Inventors: Hideaki Fushimi-ku Kataoka
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 2000-07-20
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2020-07-21
Also published as: EP1095732A2; US6471449B1; EP1095732A3; EP1095732B1; DE60030520D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wegwerfplatte bzw. Einwegplatte bzw. Wegwerfschneidplatte zur Verwendung in einem Schneidprozess, und zwar gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 10 (siehe z.B. US-A-4,885,530 oder DD-A-209 691).
Beschreibung des Standes der Technik
Es sind Wegwerfschneidplatten bekannt, die dazu ausgelegt sind, an einem Halter oder dergleichen angebracht zu werden, um als ein Schneidwerkzeug zu funktionieren. Eine derartige Wegwerfschneidplatte ist eine Einwegschneidplatte, die dann, wenn ihre Schnittkante („cutting edge") abgenutzt ist, nicht zur erneuten Verwendung poliert, sondern ausgewechselt wird. Die Wegwerfschneidplatte weist Schneidkanten („cutting ridges") auf, die an jeweiligen Ecken einer generell ebenen rechteckförmigen oder dreieckförmigen Basis vorgesehen sind. Wenn eine der Eck-Schneidkanten abgenutzt ist, wird eine andere der Eck-Schneidkanten verwendet. Wenn sämtliche Eck-Schneidkanten abgenutzt sind, wird die Wegwerfschneidplatte ausgetauscht.
Es ist jedoch nicht leicht zu prüfen, wie weit die Schneidkanten der Wegwerfschneidplatte abgenutzt worden sind. Im Hinblick auf die Betriebsumgebung ist es insbesondere schwierig, den Abriebgrad einer aktuell zum Schneiden verwendeten Schneidkante zu erfassen, ohne den Schneidprozess zu unterbrechen.
Herkömmliche Verfahren zum Erfassen des Abriebgrades der Schneidkante sind folgende:

(1) Der Schneidprozess wird unterbrochen, und die Wegwerfschneidplatte wird von dem Halter entfernt, um die Schneidkante mittels eines Werkzeugmikroskopes oder dergleichen zu untersuchen.
(2) Der Abriebgrad der Schneidplatte wird abgeschätzt, und zwar indem ein Phänomen erfasst wird, das dem Abrieb der Schneidkante folgt bzw. auf diesen schließen lässt. Beispielsweise werden eine Verringerung der Schneidfähigkeit, eine Zunahme an Vibrationen, das Auftreten eines Geräusches oder dergleichen mittels eines Sensors erfasst, der benachbart zu einer Arbeitsposition an einer Werkzeugmaschine angeordnet ist, und die Abschätzung des Abriebgrades basiert auf einem Erfassungssignal von dem Sensor.

Bei dem Verfahren (1) wird der Schneidprozess jedoch unterbrochen, und der Abriebgrad der Schneidkante kann nicht quantitativ bestimmt werden, so dass die Abrieberfassung nicht genau durchgeführt werden kann.
Das Verfahren (2) erfordert einen komplizierten Detektor und ist weniger verlässlich bei schlechter Empfindlichkeit für die Erfassung des Abriebgrades.
Ein Ansatz zur Lösung dieser Probleme ist in der japanischen nicht geprüften Gebrauchsmusterveröffentlichung mit der Nr. 3-120323 (1991) beschrieben. Diese Veröffentlichung offenbart eine Wegwerfschneidplatte mit einer Sensorleitung aus einem leitfähigen Film, der entlang einer Schneidkante vorgesehen ist, und zwar an einer Flanke hiervon. Es ist auch offenbart, dass die Sensorleitung eine Breite aufweist, die mit einer zulässigen Abriebbreite übereinstimmt. Gemäß der Wegwerfschneidplatte, die in diesem Dokument offenbart ist, wird die Sensorleitung abgenutzt, wenn die Schneidkante abgenutzt wird, so dass der Ablauf der Lebensdauer der Schneidkante erfasst werden kann, wenn die Sensorleitung durchschnitten wird.
Das Dokument US-A-4,885,530 schlägt Kondensatoren zum Signalübergang vor, wobei jedes Paar von Kondensatorplatten weitere Kondensatoren, die gleichzeitig zum Betrieb notwendig sind, an separaten Stirnseiten der Schneidplatte und der komplementären Tasche des Werkzeughalters aufweist.
Das Dokument DD 209 691 A stellt eine Ausführungsform dar, bei der ein Kontaktbereich eines jeden Paares von Kontaktbereichen jeder individuellen Sensorleitung zwischen der Schnittkante der Schneidplatte und dem Werkstück vorgesehen ist, das entlang dieser Kante zur Bearbeitung verfährt, wobei beide Kontaktregionen an einigen umfänglichen Flanken der Schneidplatte angeordnet sind.
Ferner schlägt die japanische nicht geprüfte Patentveröffentlichung mit der Nr. 9-38846 (1997) ein herkömmliches Schneidwerkzeug (keine Wegwerfschneidplatte) vor, das eine Dünnfilmschaltung an einer Flanke hiervon aufweist, wobei der Ablauf der Lebensdauer des Schneidwerkzeuges automatisch erfasst wird, indem eine Veränderung eines elektrischen Widerstandswertes automatisch erfasst wird, die aufgrund des Abriebs der Dünnfilmschaltung auftritt, wenn die Flanke sich abnützt.
Das Bereitstellen der Sensorleitung des leitfähigen Filmes entlang der Schneidkante an der Flanke zur Erfassung der Änderung des Leitungswiderstandes ist für die Erfassung des Abriebs der Schneidkante bevorzugt.
Wenn dieser Ansatz jedoch auf eine Wegwerfschneidplatte angewendet wird, ist es in der Praxis schwierig, die entlang der Schneidkante vorgesehene Sensorleitung mit einer externen Erfassungsschaltung und dergleichen zu verbinden.
Genauer gesagt ist die Wegwerfschneidplatte eine oben beschriebene Einwegschneidplatte, und ist sehr klein, und zwar mit einer Größe von weniger als 1 cm³. Während des Schneidprozesses ist die Schneidplatte im Betrieb einem Schneidfluid (Wasser oder Öl) und Spänen ausgesetzt. Es ist jedoch keine problemlose Technik etabliert, die dazu dient, die an der kleinen Wegwerfschneidplatte ausgebildete Sensorleitung mit der externen Erfassungsschaltung und dergleichen zu verbinden, und zwar trotz der Maschinen- bzw. Bearbeitungsumgebung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eine Wegwerfplatte bzw. Wegwerfschneidplatte bzw. Wegwerfspitze mit einem Abriebsensor bereitzustellen, der sich praktisch implementieren lässt, um die zuvor genannten Probleme zu lösen.
Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wegwerfschneidplatte mit einem Abriebsensor bereitzustellen, die dann, wenn sie an einem Halter oder dergleichen angebracht ist, eine elektrische Verbindung zwischen einer Sensorleitung, die daran vorgesehen ist, und einer externen Schaltung gewährleistet, und zwar ohne jedes Problem bei einem Schneidprozess.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Wegwerfschneidplatte anzugeben, die einen Schutz eines Verbindungsabschnittes zwischen einer daran vorgesehenen Sensorleitung und einer externen Schaltung ermöglicht.
Die obigen Aufgaben werden durch die Wegwerfschneidplatten der Ansprüche 1 und 10 gelöst.
Bei dieser Anordnung reduziert das Vorsehen der Rückführleitung, die sich parallel zu der Sensorleitung erstreckt, die Fläche einer Region, die umgeben ist von einem elektrischen Leitungspfad, der das Paar von Kontaktregionen, das Paar von Verbindungsleitungen und die Sensorleitung beinhaltet. Selbst wenn die Basis eine kleine Oberfläche besitzt, insbesondere mit einer kleinen Seitenfläche oder einer kleinen Flanke, kann daher der elektrische Leitungspfad geeignet vorgesehen werden.
Insbesondere, wenn die Wegwerfschneidplatte eine Vielzahl von zum Schneiden dienenden Eckabschnitten und Sensorleitungen aufweist, die für die jeweiligen Eckabschnitte vorgesehen sind, können Verbindungsleitungen zur Verbindung mit den Sensorleitungen auf kleinem Raum angeordnet werden. Die Verbindungsleitungen können jeweils eine größere Breite besitzen als die Sensorleitung.
Die Verbindungsleitungen, die eine größere Breite als die Sensorleitung besitzen, haben einen geringeren elektrischen Widerstand als die Sensorleitung. Bei einer Erfassung einer Veränderung des Widerstandes der Sensorleitung ist der Widerstand der Verbindungsleitung relativ niedrig und beeinflusst daher die Veränderung des Widerstandes der Sensorleitung kaum. Im Ergebnis kann die Veränderung des Widerstandes der Sensorleitung genau erfasst werden.
Es ist bevorzugt, wenn die Basis eine Vielzahl von Seitenflächen aufweist, die jeweils Flanken definieren, wobei ein schneidender Eckabschnitt bzw. Schneideneckenabschnitt durch einen Schnitt zwischen der Spanfläche und jeder des benachbarten Paares von Flanken definiert ist. Vorzugsweise erstreckt sich die Sensorleitung entlang der Schneidkante, und zwar um den Eckenabschnitt herum, und die Rückführleitung erstreckt sich parallel zu der Sensorleitung, und zwar um den Eckenabschnitt herum.
Die Rückführleitung verläuft um den Eckenabschnitt herum bzw. umgibt den Eckenabschnitt, und zwar in einer Beziehung parallel zu der Sensorleitung, die ebenfalls um den Eckenabschnitt herum verläuft. Demzufolge können ein Ende der Sensorleitung und ein Ende der Rückführleitung, die sich von dem anderen Ende der Sensorleitung in Richtung hin zu dem einen Ende der Sensorleitung erstreckt, an einer Flanke des benachbarten Paares von Flanken angeordnet sein. Demzufolge kann das Paar von Verbindungsleitungen, die jeweils mit der Sensorleitung und der Rückführleitung verbunden sind, in einer beabstandeten und parallelen Beziehung an der gleichen Flanke vorgesehen sein. Ferner erfordert das Bereitstellen der Verbindungsleitungen wenig Platz, so dass Verbindungsleitungen für die Vielzahl von Sensorleitungen an der einzelnen Flanke vorgesehen werden können.
Das Paar von Verbindungsleitungen mit der Ausnahme der Rückführleitung erstreckt sich vorzugsweise parallel zueinander, und zwar unter einem vorbestimmten Neigungswinkel in Bezug auf die Sensorleitung an der Flanke.
Wenn die Verbindungsleitungen parallel zueinander unter dem vorbestimmten Neigungswinkel in Bezug auf die Sensorleitung vorgesehen sind, können die Verbindungsleitungen für die Vielzahl von Sensorleitungen auf einfache Weise an der Flanke vorgesehen werden.
Die Wegwerfschneidplatte kann eine Vielzahl von Schneideneckenabschnitten, eine Vielzahl von Sensorleitungen für die jeweiligen Schneideneckenabschnitte, eine Vielzahl von Paaren von Verbindungsleitungen, die mit den jeweiligen Sensorleitungen verbunden sind, und eine Vielzahl von Paaren von Kontaktregionen aufweisen, wobei elektrische Leitungspfade einschließlich der Sensorleitungen, des Paares von Verbindungsleitungen und des Paares von Kontaktregionen mit dem gleichen Muster angeordnet sind.
Durch Anordnen der jeweiligen elektrischen Leitungspfade einschließlich der Sensorleitungen, der Paare von Verbindungsleitungen und der Paare von Kontakt regionen mit dem gleichen Muster kann der Prozess der Musterbildung leicht durchgeführt werden, wodurch sich die Produktionskosten in vorteilhafter Weise verringern.
Gemäß der Erfindung wird eine Wegwerfschneidplatte mit einem Abriebsensor bereitgestellt, die aufweist: eine generell ebene Basis mit einer Spanfläche, die durch eine von gegenüberliegenden Oberflächen der Basis definiert ist, einer Sitzfläche, die durch die andere Oberfläche hiervon gegenüberliegend der Spanfläche definiert ist, und einer Flanke, die durch eine Seitenfläche hiervon definiert ist, die die Spanfläche und die Sitzfläche schneidet; und eine Schneidkante, die durch einen Schnitt zwischen der Spanfläche und der Flanke definiert ist, wobei die Wegwerfschneidplatte aufweist: eine Sensorleitung aus einem leitfähigen Film, die entlang der Schneidkante an der Flanke vorgesehen ist, und zwar in einer elektrisch isolierenden Beziehung in Bezug auf die Basis; ein Paar von Kontaktregionen, die an der Sitzfläche vorgesehen sind, und zwar in einer elektrisch isolierenden Beziehung in Bezug auf die Basis, wobei die Kontaktregionen mit einer vorbestimmten Schaltung elektrisch verbindbar sind; und ein Paar von Verbindungsleitungen, die an der Basis vorgesehen sind, und zwar in einer elektrisch isolierenden Beziehung in Bezug auf die Basis, wobei die Verbindungsleitungen jeweils das Paar von Kontaktregionen mit gegenüberliegenden Enden der Sensorleitung verbinden.
Die Sensorleitung, die an der Wegwerfschneidplatte vorgesehen ist, ist dazu ausgelegt, mit Fühlern bzw. Tastkontakten verbunden zu werden, die an einem Plattensitz eines Halters vorgesehen sind, und zwar dann, wenn die Wegwerfschneidplatte an dem Halter angebracht ist. Die Fühler erstrecken sich durch das Innere des Halters und sind mit einer externen Erfassungsschaltung und einer Beurteilungsschaltung verbunden.
Der Plattensitz des Halters ist dazu ausgelegt, die Sitzfläche der Wegwerfschneidplatte aufzunehmen, die in Anlage oder engem Kontakt hiermit gebracht wird. Die Sitzfläche der Wegwerfschneidplatte, die gegen den Plattensitz anliegt, liegt gegenüber der Außenseite nicht frei, wodurch sie weder einem Schneidfluid (Wasser oder Öl) noch Metallstücken direkt ausgesetzt wird. Da die Kontaktregionen, die mit der externen Schaltung elektrisch verbindbar sind, an der Sitzfläche der Wegwerfschneidplatte vorgesehen sind, lässt sich der Kontakt zwischen den Kontaktregionen und distalen Enden der Fühler, die an dem Plattensitz vorgesehen sind, gegenüber dem Schneidfluid und den Metallstücken schützen.
Da die Fühler, die mit den jeweiligen Kontaktregionen der Wegwerfschneidplatte elektrisch zu verbinden sind, an dem Plattensitz vorgesehen sind, können die Fühler innerhalb des Halters angeordnet werden. Demzufolge liegen die an dem Halter vorgesehenen elektrischen Verbindungsabschnitte nicht gegenüber dem Halter frei, so dass sie weder von dem Schneidfluid noch von den Metallstücken beeinflusst werden.
Folglich lässt sich eine Struktur zum geeigneten Verbinden der Sensorleitung der Wegwerfschneidplatte mit der externen Schaltung realisieren. Im Ergebnis kann der Ablauf bzw. das Ende der Lebensdauer der Wegwerfschneidplatte unter Verwendung der Sensorleitung genau erfasst werden.
Eine Seitenkante der Sensorleitung, die von der Schneidkante entfernt liegt, erstreckt sich vorzugsweise parallel zu der Schneidkante und ist gegenüber der Schneidkante um eine Distanz beabstandet, die im Bezug auf einen Abrieb der Flanke vorbestimmt ist.
Bei dieser Anordnung besteht eine Wechselwirkung zwischen dem Abrieb der Schneidkante und dem Trennen bzw. Beenden der Leitfähigkeit der Sensorleitung, so dass ein vorbestimmter Abriebzustand der Schneidkante erfasst werden kann, wenn die Leitfähigkeit der Sensorleitung beendet bzw. diese durchtrennt wird.
Die vorbestimmte Distanz stimmt vorzugsweise mit der Lebensdauer der Schneidkante überein, die durch Abrieb der Flanke abläuft. Der Ablauf der Lebens dauer der Schneidkante kann erfasst werden, wenn die Leitfähigkeit der Sensorleitung beendet bzw. die Sensorleitung durchtrennt wird.
Die Basis weist ein isolierendes Material auf, wobei ihre Oberfläche dazu vollständig mit einem leitfähigen Film bedeckt ist, wobei die Sensorleitung, die Verbindungsleitungen und die Kontaktregionen gebildet sind, indem der leitfähige Film an der Oberfläche elektrisch unterbrochen wird. Alternativ hierzu weist die Basis ein leitfähiges Material auf, wobei ihre Oberfläche nahezu vollständig mit einem nichtleitfähigen Film bedeckt ist, auf dem wiederum ein leitfähiger Film vorgesehen ist, und die Sensorleitung, die Verbindungsleitungen und die Kontaktregionen sind gebildet, indem der leitfähige Film an der Oberfläche elektrisch aufgetrennt wird.
Die elektrische Isolierung der Sensorleitung, der Kontaktregionen und der Verbindungsleitungen lässt sich durch das erstgenannte Verfahren realisieren, wobei die Basis aus einem isolierenden Material besteht. Wenn die Basis aus einem leitfähigen Material besteht, lässt sich die elektrische Isolierung durch das letztgenannte Verfahren realisieren, wobei die Oberfläche der Basis mit dem nichtleitfähigen Film abgedeckt wird, auf dem der leitfähige Film gebildet wird.
Die elektrische Trennung der Sensorleitung, der Verbindungsleitungen und der Kontaktregionen gegenüber dem leitfähigen Film an der Oberfläche der Basis kann durch Laserbearbeitung erzielt werden. Die Laserbearbeitung gewährleistet ein hohes Maß an Bearbeitungsgenauigkeit und ein hohes Maß an Flexibilität hinsichtlich Änderungen des Schaltungsdesigns.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Wegwerfschneidplatte mit einem Abriebsensor bereitgestellt, die aufweist: eine generell ebene Basis mit einer Spanfläche, die durch eine Fläche von gegenüberliegenden Flächen der Basis definiert ist, eine Sitzfläche, die durch die andere Oberfläche hiervon gegenüberliegend der Spanfläche definiert ist, und eine Vielzahl von Flanken, die durch eine Vielzahl von Seitenflächen hiervon definiert sind, die die Spanfläche und die Sitz fläche schneiden; eine Vielzahl von Schneidkanten, die durch jeweilige Schnitte zwischen der Spanfläche und den Flanken definiert sind; und N Schneideneckenabschnitten (N: eine natürlich Zahl nicht kleiner als zwei), die jeweils durch einen Schnitt zwischen der Spanfläche und einem benachbarten Paar von Flanken definiert sind, wobei die Wegwerfschneidplatte aufweist: Sensorleitungen aus einem leitfähigen Film, die jeweils entlang der Schneidkanten an den N Eckenabschnitten vorgesehen sind, und zwar in einer elektrisch isolierenden Beziehung im Bezug auf die Basis, wobei die Sensorleitungen um die Eckenabschnitte herum verlaufen bzw. diese umgeben; N Paaren von Kontaktregionen, die an der Sitzfläche vorgesehen sind, und zwar in einer elektrisch isolierenden Beziehung in Bezug auf die Basis, wobei die Kontaktregionen mit einer vorbestimmten Schaltung elektrisch verbindbar sind; und N Paaren von Verbindungsleitungen, die an der Basis vorgesehen sind, und zwar in einer elektrisch isolierenden Beziehung in Bezug auf die Basis, wobei die N Paare von Verbindungsleitungen jeweils die N Paare von Kontaktregionen mit gegenüberliegenden Enden der Sensorleitungen an den N Eckenabschnitten verbinden.
Die Wegwerfschneidplatte weist N Schneideneckenabschnitte an wenigstens einer Seite hiervon auf. Die Sensorleitungen zum Erfassen von Abrieb der Schneidkanten sind jeweils an den N Eckenabschnitten vorgesehen. Die N Paare von Kontaktregionen sind an der Sitzfläche vorgesehen, und zwar für die jeweiligen Sensorleitungen. Wenn irgendeiner der Eckenabschnitte zum Schneiden verwendet wird, kann ein Paar von Kontaktregionen für eine Sensorleitung an dem aktuell verwendeten Eckenabschnitt elektrisch mit Fühlern oder dergleichen verbunden werden, die in einem Halter oder dergleichen vorgesehen sind.
Welcher Eckenabschnitt auch immer verwendet wird, der Abrieb der Schneidkante an dem aktuell verwendeten Eckenabschnitt kann genau erfasst werden.
Die Wegwerfschneidplatte kann eine doppelseitige Schneidplatte sein, derart, dass dann, wenn eine der gegenüberliegenden Oberflächen der Basis als die Spanfläche dient, die andere Oberfläche als die Sitzfläche dient, und wobei dann, wenn die andere Oberfläche als die Spanfläche dient, die eine Oberfläche als die Sitzfläche dient. Die N Eckenabschnitte sind an jeder der gegenüberliegenden Seiten der Basis vorgesehen, und die N Paare von Kontaktregionen sind an jeder der gegenüberliegenden Oberflächen vorgesehen.
In diesem Fall kann jede Seite der Wegwerfschneidplatte verwendet werden, so dass die Anzahl der Schneideneckenabschnitte erhöht werden kann. Welcher Eckenabschnitt auch immer verwendet wird, der Abrieb der entsprechenden Schneidkante kann geeignet erfasst werden.
Es ist bevorzugt, wenn eine der Kontaktregionen von jedem der N Paare elektrisch isoliert ist, wohingegen die anderen Kontaktregionen der N jeweiligen Paare elektrisch miteinander verbunden sind.
Die eine Kontaktregion in jedem der N Paare ist eine Region, an die aus einer Erfassungsschaltung oder dergleichen eine vorbestimmte Spannung angelegt wird, wohingegen die andere Kontaktregion eine Region ist, die mit einem Massepotential verbunden ist. Demzufolge dienen die anderen Kontaktregionen der N jeweiligen Paare als gemeinsame Erde- bzw. Masseregionen, die elektrisch miteinander verbunden sind. Eine derartige Konfiguration der Kontaktregionen ist vorteilhaft dahingehend, dass die Kontaktregionen mit einem vereinfachten Muster angeordnet und durch einen einfacheren Arbeitsprozess gebildet werden können.
Die N Paare von Kontaktregionen an der einen Oberfläche der Wegwerfschneidplatte und die N Paare von Kontaktregionen an der anderen Oberfläche sind vorzugsweise in der gleichen Konfiguration angeordnet.
Es ist bevorzugt, wenn die Verbindungsleitungen sich über die Flanken und die Sitzfläche erstrecken, und wenn Abschnitte der Verbindungsleitungen an den Flanken unter einem vorbestimmten Neigungswinkel in Bezug auf die Sensorleitungen geneigt bzw. abgewinkelt sind.
Da die N Paare von Kontaktregionen an der einen Oberfläche und die N Paare von Kontaktregionen an der anderen Oberfläche in der gleichen Konfiguration angeordnet sind, können unabhängig davon, welche Oberfläche als die Spanfläche dient, die Kontaktregionen an einer Oberfläche der Basis, die als die Sitzfläche dient, geeignet in Kontakt mit den Fühlern der Erfassungsschaltung gebracht werden.
Wenn die Wegwerfschneidplatte für die doppelseitige Verwendung ausgelegt ist, sind die N Paare von Kontaktregionen an jeder der gegenüberliegenden Oberflächen hiervon vorgesehen. Die Verbindungsleitungen zur Verbindung zwischen den Sensorleitungen und den Kontaktregionen sollten an den jeweiligen Flanken vorgesehen sein, da die Flanken jeweils eine begrenzte Fläche besitzen. Wenn daher die Verbindungsleitungen für die Verbindung mit den Kontaktregionen an der einen Oberfläche und die Verbindungsleitungen für die Verbindung mit den Kontaktregionen an der anderen Oberfläche an den Flanken vorzusehen sind, ist es im Hinblick auf die Anordnung der Verbindungsleitungen bevorzugt, wenn die Verbindungsleitungen in Bezug auf die Sensorleitungen geneigt bzw. abgewinkelt sind. Demzufolge können die Sensorleitungen und die Verbindungsleitungen an den Flanken kompakt angeordnet werden.
Die Verbindungsleitungen sind vorzugsweise symmetrisch um die Mitte von jeder der Flanken herum angeordnet. Die symmetrische Lagebeziehung der Verbindungsleitungen um die Mitte der Flanke herum gewährleistet eine noch kompaktere Leitungsanordnung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1A ist eine perspektivische Ansicht einer Wegwerfschneidplatte gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und zwar betrachtet von einer oberen vorderen Seite hiervon, und 1B ist eine perspektivische Ansicht der Wegwerfschneidplatte, und zwar betrachtet von der unteren vorderen Seite hiervon;
2 ist eine Draufsicht einer Modifikation der Anordnung von vier Paaren von Kontaktregionen, die an einer Sitzfläche der Wegwerfschneidplatte vorgesehen sind;
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Sensorleitung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
4 ist eine perspektivische Ansicht einer Sensorleitung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
5 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Wegwerfschneidplatte der einen Ausführungsform, kurz davor, an einem Halter angebracht zu werden;
6A bis 6E sind Draufsichten und Vorderansichten verschiedener Konfigurationen von Wegwerfschneidplatten, auf die die vorliegende Erfindung anwendbar ist;
7 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse eines Tests zeigt, der im Beispiel 1 durchgeführt wurde;
8 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse eines Tests zeigt, der im Beispiel 2 durchgeführt wurde; und
9 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse eines Tests zeigt, der im Beispiel 3 durchgeführt wurde.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1A ist eine perspektivische Ansicht einer Wegwerfschneidplatte 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zwar betrachtet von einer oberen vorderen Seite hiervon, und 1B ist eine perspektivische Ansicht der Wegwerfschneidplatte 1, und zwar betrachtet von der unteren vorderen Seite hiervon. Die Wegwerfschneidplatte 1 weist eine generell ebene (rechteckig säulenförmige) Basis 2 auf. Zum Zwecke einer einfacheren Erläuterung wird eine von gegenüberliegenden Oberflächen der Basis 2 „obere Oberfläche" und die andere Oberfläche „untere Oberfläche" genannt, obgleich die Basis 2 sich hinsichtlich der oberen und der unteren Seite nicht unterscheidet.
Die obere Fläche der Basis 2 definiert eine Spanfläche 5, und die untere Oberfläche der Basis 2 definiert eine Sitzfläche 6. Vier seitliche Oberflächen bzw. Seitenflächen der Basis 2 definieren jeweils Flanken 8. Schneidkanten 9 sind durch Schnitte zwischen der Spanfläche 5 und den jeweiligen Flanken 8 definiert. Ferner ist ein Schneideneckenabschnitt 10 durch einen Schnitt zwischen der Spanfläche 5 und jeder von zwei benachbarten Flanken 8 definiert.
In der Mitte der Basis 2 ist ein Klemmloch 11 ausgebildet, das sich von der oberen Oberfläche zu der unteren Oberfläche erstreckt. Die Wegwerfschneidplatte 1 wird in einer Schneidplattentasche eines vorbestimmten Halters positioniert und an dem Halter angebracht, indem das Klemmloch 11 in Gewindeeingriff mit einer Klemmschraube gebracht wird. Mit der so angebrachten Wegwerfschneidplatte wird beispielsweise ein oberer vorderer Eckenabschnitt 10 in 1A zum Schneiden verwendet. Durch Lösen der Klemmschraube und durch Drehen der Wegwerfschneidplatte 1 um 90 Grad um das Klemmloch 11 herum kann ein anderer Eckenabschnitt 10 zum Schneiden verwendet werden. Indem somit die Wegwerfschneidplatte 1 jedes Mal um 90 Grad gedreht wird, lassen sich aufeinander folgend die vier Eckenabschnitte 10 an der oberen Seite zum Schneiden verwenden.
Ferner können durch Anbringen der Wegwerfschneidplatte 1 an dem Halter in vertikal umgedrehter bzw. gewendeter Lage vier Eckenabschnitte an der unteren Seite, wie sie in den 1A und 1B gezeigt ist, aufeinander folgend bzw. nacheinander zum Schneiden verwendet werden. Wenn irgendeiner der Eckenabschnitte an der unteren Seite verwendet wird, dient die obere Oberfläche als die Sitzfläche und die untere Oberfläche dient als die Spanfläche. Demzufolge lassen sich acht Eckenab schnitte 10 der rechteckigen säulenförmigen Basis 2 der Wegwerfschneidplatte 1 jeweils zum Schneiden verwenden.
Eine Sensorleitung 12 aus einem leitfähigen Film ist an jedem der acht Eckenabschnitte 10 vorgesehen, und zwar sich entlang der Schneidkante 9 erstreckend.
Die Sensorleitungen 12 sind an den Flanken 8 vorgesehen. Genauer gesagt ist eine Sensorleitung 12 an jedem benachbarten Paar von Flanken 8 vorgesehen, die jeweils einen Eckenabschnitt 10 definieren, und zwar so, dass sie sich entlang der Schneidkante 9 erstrecken, wobei sie um den Eckenabschnitt 10 herumlaufen bzw. diesen umgeben. Die Sensorleitung 12 ist eine Leitung aus leitfähigem Film mit einer Breite W, wobei sich die Sensorleitung 12 entlang der Schneidkante 9 so erstreckt, dass eine obere Kante hiervon die Schneidkante 9 berührt bzw. kontaktiert. Die Sensorleitung 12 ist gegenüber der Basis 2 elektrisch isoliert.
Die Breite W der Sensorleitung 12 entspricht einer Referenzlebensdauer bzw. vorgegebenen Lebensdauer der Eckenabschnitte 10 (einer zulässigen Abriebgrenze der Flanken 8). Die zulässige Abriebgrenze für die Referenzlebensdauer der Eckenabschnitte 10 der Wegwerfschneidplatte 1 dieses Typs liegt im Bereich von 0,05 bis 0,7 mm, so dass die Breite W der Sensorleitung 12 auf einen Wert innerhalb dieses Bereiches eingestellt wird.
Wenn die zulässige Abriebgrenze der Flanken 8 der Wegwerfschneidplatte 1 also 0,2 mm bei Ablauf der Lebensdauer hiervon beträgt, besitzt die Sensorleitung 12 eine Breite W von 0,2 mm. Wenn ein Schneidvorgang unter Verwendung des Eckenabschnittes 10 im Gange ist, werden die Schneidkante 9 und die Flanken 8 mit zunehmender Bearbeitungsdauer abgenutzt. Der Abrieb bzw. die Abnutzung der Flanken 8 verursacht, dass die Sensorleitung 12 entsprechend abgenutzt bzw. abgerieben wird. Wenn die Abriebbreite der Flanken 8 die zulässige Abriebgrenze für die Referenzlebensdauer überschreitet, wird die Sensorleitung 12, die die Breite W entsprechend der Referenzlebensdauer besitzt, durch den Abrieb durchtrennt. Da der Widerstand der Sensorleitung 12 an jedem gegenüberliegenden Ende mittels einer externen Schaltung gemessen wird, wie nachstehend beschrieben werden wird, kann der Ablauf der Lebensdauer der Schneidkante 9 des Eckenabschnittes 10 erfasst werden, wenn der Widerstand der Sensorleitung 12 unendlich groß wird.
Wie es in 1B gezeigt ist, sind an der Sitzfläche 6 Paare von Kontaktregionen 13, 14 vorgesehen. Die Paare von Kontaktregionen 13, 14 bestehen aus einem leitfähigen Film und sind gegenüber der Basis 2 isoliert. Die Kontaktregionen 13, 14 sind mit einer externen Widerstandserfassungsschaltung elektrisch verbindbar, die beispielsweise außerhalb des Halters vorgesehen ist. Wie nachstehend beschrieben werden wird, sind die Kontaktregionen 13, 14 jedes Paares elektrisch mit Fühlern der Erfassungsschaltung verbindbar, die an einem Plattensitz des Halters vorgesehen sind, und zwar dann, wenn die Wegwerfschneidplatte 1 an dem Halter angebracht ist. Die Kontaktregionen 13, 14 weisen vorzugsweise so große Flächen wie möglich auf, um sich leicht mit den Fühlern der Erfassungsschaltung verbinden zu lassen.
Paare von Verbindungsleitungen 15, 16 aus einem leitfähigen Film sind in einer elektrisch isolierenden Beziehung in Bezug auf die Basis 2 vorgesehen, und zwar so, dass sie sich von den Flanken 8 zu der Sitzfläche 6 der Basis 2 erstrecken. Die Verbindungsleitung 15 in jedem Paar verbindet elektrisch ein Ende 121 der Sensorleitung 12 mit einer 13 der Kontaktregionen, wohingegen die Verbindungsleitung 16 jedes Paars das andere Ende 122 der Sensorleitung 12 elektrisch mit der anderen Kontaktregion 14 verbindet. Die Verbindungsleitungen 15, 16 besitzen jeweils eine Breite, die hinreichend größer ist als die Breite W der Sensorleitung 12, wodurch sie einen elektrischen Widerstand aufweisen, der hinreichend niedriger ist als der elektrische Widerstand der Sensorleitung 12. Daher beeinflussen die Verbindungsleitungen 15, 16 die Erfassung einer Änderung des elektrischen Widerstandes der Sensorleitung nicht. Die Verbindungsleitung 16, die mit dem anderen Ende 122 der Sensorleitung 12 verbunden ist, weist eine Rückführleitung 17 als einen Teil hiervon auf. Die Rückführleitung 17 ist mit dem anderen Ende 122 der Sensorleitung 12 an einem Rückführabschnitt 18 hiervon verbunden. Die Rückführleitung 17 ist um eine vorbestimmte Distanz D von der Sensorleitung 12 beabstandet, und zwar in einer Anord nung parallel zu der Sensorleitung 12. Das Bereitstellen der Rückführleitung 17 als einen Teil der Verbindungsleitung 16 ermöglicht es, die Verbindungsleitungen 15, 16 parallel und in einer Beziehung beabstandet voneinander an den Flanken 8 anzuordnen, so dass die Verbindungsleitungen 15, 16 vorteilhaft auf eine Art und Weise angeordnet werden können, die die Fläche hocheffizient nutzt.
Die Distanz D zwischen der Sensorleitung 12 und der Rückführleitung 17 ist nicht kleiner als 0,05 mm, und ist vorzugsweise innerhalb eines zulässigen Bereiches so groß wie möglich. Bei dem Schneidprozess unter Verwendung des Eckenabschnittes 10 wird ein Werkstück mittels der Schneidkante 9 des Eckenabschnittes 10 geschnitten. Metallstücke bzw. Späne des Werkstückes werden in einer Richtung weg von der Spanfläche 5 in Richtung hin zu der Flanke 8 erzeugt, wobei die Metallstücke beispielsweise gekräuselt werden. Wenn die entfernten Metallstücke zwischen der Sensorleitung 12 und der Rückführleitung 17 anhaften, können diese Leitungen elektrisch kurzgeschlossen werden.
Daher wird die Distanz D zwischen der Sensorleitung 12 und der Rückführleitung 17 so groß wie möglich eingestellt, um elektrische Kurzschlüsse zwischen den Leitungen 15 und 16 aufgrund des Anhaftens von Metallstücken bzw. -spänen zu verhindern.
Das Paar von Verbindungsleitungen 15, 16, die an den Flanken 8 ausgebildet sind, ist unter einem vorbestimmten Neigungswinkel in Bezug auf die Sensorleitung 12 (oder die Schneidkante 9) geneigt bzw. abgewinkelt, statt sich senkrecht zu der Sensorleitung zu erstrecken. Der Grund hierfür liegt darin, dass die Kontaktregionen 13, 14, die an der Sitzfläche 6 an der unteren Oberfläche vorgesehen sind, und die Kontaktregionen 13, 14, die an der oberen Oberfläche vorgesehen sind, vorzugsweise in dem gleichen Muster angeordnet werden.
Genauer gesagt werden die vier Eckenabschnitte 10 an der oberen Seite, wie es in 1A zu sehen ist, um 90 Grad gedreht, um aufeinander folgend zum Schneiden verwendet zu werden. Das 90-Grad-Drehen der Wegwerfschneidplatte 1 dreht die vier Paare von Kontaktregionen 13, 14 in 1B jeweils um 90 Grad. Dabei werden die Kontaktregionen 13, 14, die mit der Sensorleitung 12 des Eckenabschnittes 10 verbunden sind, der zum Schneiden zu verwenden ist, mit den Fühlern der externen Schaltung verbunden. Demzufolge sind die vier Paare der Kontaktregionen 13, 14 symmetrisch um die Mitte der Sitzfläche 6 herum angeordnet, und zwar jeweils um 90 Grad winkelmäßig gegeneinander versetzt.
Da die Wegwerfschneidplatte 1 auch umgekehrt bzw. gewendet verwendet werden kann, sind die vier Paare von Kontaktregionen 13, 14, die an der oberen Oberfläche vorgesehen sind, wie sie in 1A zu sehen ist, symmetrisch um die Mitte der oberen Oberfläche herum angeordnet, und zwar winkelmäßig um 90 Grad gegeneinander versetzt. Um die Kontaktregionen 13, 14 an der oberen Oberfläche und die Kontaktregionen 13, 14 an der unteren Seite mit dem gleichen Muster anordnen zu können, ist es notwendig, die Verbindungsleitungen 15, 16 an den Flanken 8 schräg anzuordnen.
Wenn die Wegwerfschneidplatte eine sogenannte positive Schneidplatte ist, bei der nur die Eckenabschnitte an einer Seite (z.B. der oberen Seite) der Basis zum Schneiden verwendet werden, besteht keine Notwendigkeit, die Verbindungsleitungen 15, 16 an den Flanken 8 schräg anzuordnen.
2 ist eine Draufsicht auf eine Modifikation der Anordnung der vier Paare von Kontaktregionen 13, 14, die an der Sitzfläche 6 der Wegwerfschneidplatte 1 vorgesehen sind. Die vier Paare von Kontaktregionen 13, 14 sind an der Sitzfläche 6 vorgesehen, und dann, wenn einer der Eckenabschnitte zum Schneiden verwendet wird, wird ein entsprechendes Paar von Kontaktregionen in Kontakt mit den Fühlern der externen Schaltung gebracht.
Wenn der elektrische Widerstand der Sensorleitung 12 gemessen wird, wobei die Kontaktregionen 13, 14 mit der externen Schaltung verbunden sind, wird an die eine Kontaktregion 13 von der externen Schaltung eine vorbestimmte Spannung angelegt, und die andere Kontaktregion 14 wird mit Massepotential in der externen Schaltung verbunden. Welches der Paare von Kontaktregionen 13, 14 auch immer verwendet wird, die andere Kontaktregion 14 ist in jedem Fall mit dem Massepotential verbunden. Demzufolge können die Kontaktregionen 14 in den vier jeweiligen Paaren als eine Massepotentialregion verwendet werden, wodurch sie elektrisch miteinander verbunden werden. Diese Anordnung ist in 2 gezeigt.
Diese Anordnung der Kontaktregionen verringert in vorteilhafter Weise die Laserbearbeitungszeit, die erforderlich ist, wenn ein elektrischer Leitungsfilm, der an der gesamten Sitzoberfläche 6 ausgebildet ist, zur Bildung der Kontaktregionen 13, 14 und der Verbindungsleitungen 15, 16 Laser-bearbeitet wird. Dies liegt daran, dass die durch die Laser-Bearbeitung zu entfernende Fläche des leitfähigen Filmes klein ist.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Sensorleitung in einer weiteren Ausführungsform. Die in Bezug auf 1 beschriebene Sensorleitung 12 weist eine Breite W auf und erstreckt sich parallel zur Schneidkante 9, wobei sie um den Eckenabschnitt 10 herumläuft und wobei ihre obere Kante die Schneidkante 9 wird. Im Gegensatz hierzu besitzt die Sensorleitung 123, die in 3 gezeigt ist, eine Breite X (W > X), die kleiner ist als die Breite der Sensorleitung 12. Wie die Sensorleitung 12 besteht die Sensorleitung 123 aus einem leitfähigen Film und ist gegenüber der Basis 2 isoliert. Die Sensorleitung 123 erstreckt sich parallel zu der Schneidkante 9, derart, dass eine Distanz zwischen der Schneidkante 9 und einer unteren Kante der Sensorleitung 123, d.h. einer Kante 124 hiervon entfernt von der Schneidkante 9, gleich einer Distanz W ist.
Wie die Breite W der Sensorleitung 12 in 1 entspricht die Distanz W der Referenzlebensdauer der Flanken 8. Die Flanken 8 werden bei Verwendung der Schneidkante 9 mit der Zeit ausgehend von der Schneidkante 9 abgenutzt. Wenn die Abnutzung bzw. der Abrieb die Sensorleitung 123 erreicht und die untere Kante 124 hiervon überschreitet, sind die Sensorleitungen 123 aufgrund des Abriebs durchtrennt.
Die Sensorleitung 123 kann folglich so konstruiert sein, dass die Kante (untere Kante) 124 hiervon entfernt von der Schneidkante 9 um die vorbestimmte Distanz W von der Schneidkante 9 beabstandet ist.
4 ist eine perspektivische Ansicht einer Sensorleitung gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Sensorleitung 125, die in 4 gezeigt ist, weist eine Vielzahl von Leitungen, z.B. drei Leitungen 126, 127, 128 auf, die sich parallel zueinander erstrecken. Eine Distanz zwischen der Schneidkante 9 und einer unteren Kante der Leitung 128, die von der Schneidkante 9 am entferntesten ist, beträgt W, was gleich der Breite W der Sensorleitung 12 in 1 ist.
Da die Sensorleitung 125 aus der Vielzahl von Leitungen 126, 127, 128 gebildet ist, die sich parallel zueinander erstrecken, werden die Leitungen in der Reihenfolge zunehmender Distanz ausgehend von der Schneidkante 9 aufgrund des Abriebs durchtrennt, wenn der Abrieb der Flanken 8 fortschreitet. Wie weit die Schneidkante 9 an den Eckenabschnitt 10, der aktuell zum Schneiden verwendet wird, abgenutzt ist, kann daher schrittweise erfasst werden.
Die vorstehende Erläuterung unter Bezugnahme auf die 1, 3 und 4 richtet sich auf die Fälle, bei denen die Distanz W ausgehend von der Schneidkante 9 hin zu der unteren Kante der Sensorleitung der Referenzlebensdauer des Eckenabschnittes 10 (oder der zulässigen Abriebgrenze der Flanken 8) entspricht.
Die Distanz W ist jedoch nicht notwendigerweise gleich der zulässigen Abriebgrenze der Flanken 8, sondern kann ein Wert sein, der dem Abrieb der Flanken 8 zugeordnet ist. Im Falle eines vorläufigen (groben) Schneidprozesses oder eines Standardschneidprozesses beispielsweise ist die zulässige Abriebgrenze der Flanken 8 relativ groß. Im Gegensatz hierzu muss im Falle einer schneidenden Endbearbeitung die Wegwerfschneidplatte ausgewechselt werden, wenn die Flanken 8 um ein gewisses Maß abgenutzt sind. Um Vorkehrungen für diesen Fall zu treffen, kann die Distanz W so bestimmt werden, dass ein Abriebgrad erfasst wird, bei dem die Weg werfschneidplatte noch verwendbar ist, jedoch nicht für die schneidende Endbearbeitung geeignet ist.
5 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die darstellt, wie die in den 1A und 1B gezeigte Wegwerfschneidplatte 1 an einem Halter anzubringen ist.
Eine Schneidplattenanbringungstasche 21 ist an einem distalen Endabschnitt des Halters 20 vorgesehen. Eine Bodenfläche der Tasche 21 dient als ein Schneidplattensitz 22. Seitenwände der Tasche 21 sind dazu ausgelegt, gegen Seitenflächen der Schneidplatte anzustoßen, um als Begrenzungsflächen 23 zum Begrenzen der Schneidplatte zu dienen. Die Wegwerfschneidplatte 1 ist in der Tasche 21 aufgenommen, wobei ihre Sitzfläche 6 entgegen dem Schneidplattensitz 22 anliegt und wobei deren Seitenflächen an den Begrenzungsflächen 23 anliegen. Eine Klemmschraube 24 wird in das Klemmloch 11 der Wegwerfschneidplatte 1 eingeführt, und zwar von der oberen Seite, und ein distaler Endabschnitt der Klemmschraube wird in Gewindeeingriff mit einem Schraubloch 25 gebracht, das in der Mitte des Schneidplattensitzes 22 ausgebildet ist. Demzufolge wird die Wegwerfschneidplatte 1 an dem Halter 20 angebracht.
Ein Paar von Fühlern bzw. Tastköpfen 26, 27 stehen von dem Schneidplattensitz 22 vor, und zwar in Positionen gegenüberliegend den Kontaktregionen 13, 14, die mit der Sensorleitung 12 des Eckenabschnittes 10 der angebrachten Wegwerfschneidplatte 1 verbunden sind, der zum Schneiden verwendet wird. Die Fühler 26, 27 sind elastisch nach oben vorgespannt, so dass sie beispielsweise um einige Millimeter gegenüber dem Schneidplattensitz 22 vorstehen. Wenn die Wegwerfschneidplatte 1 in der Tasche 21 montiert wird, werden die Fühler 26, 27 mittels der Sitzfläche 6 der Wegwerfschneidplatte 1 nach unten gedrückt, so dass die oberen Enden der Fühler mit dem Schneidplattensitz 22 bündig abschließen. Demzufolge werden die oberen Enden des Fühlers 26, 27 in elektrischen Kontakt mit den Kontaktregionen 13 bzw. 14 an der Sitzfläche 6 der Wegwerfschneidplatte 1 gebracht.
Die Fühler 26, 27 sind mit Anschlussdrähten 28 verbunden, die in dem Halter vorgesehen sind, wie es durch Punkt-Strich-Linien angedeutet ist, und die Anschlussdrähte 28 sind mit einer Widerstandserfassungsschaltung 29 wie einem Ohm-Meter verbunden.
Wenn die Wegwerfschneidplatte 1 in der Tasche 21 montiert ist, kann der Widerstand der Sensorleitung 12, die an dem aktuell zum Schneiden verwendeten Eckenabschnitt vorgesehen ist, mittels der Erfassungsschaltung 29 gemessen werden.
Wenn die Wegwerfschneidplatte 1 in der Tasche 21 montiert ist, wird die Sitzfläche 6 der Wegwerfschneidplatte 1 nahezu vollständig in engen Kontakt mit dem Schneidplattensitz 22 gebracht. Selbst wenn daher das Schneidfluid (Wasser oder Öl) auf den distalen Endabschnitt des Halters 20 aufgebracht wird oder Metallstücke bzw. Späne, die von der Wegwerfschneidplatte 1 abgeschnitten werden, während des Schneidprozesses um die Wegwerfschneidplatte 1 herumfliegen, dringen das Schneidfluid und die Stücke bzw. Späne nicht zwischen den Schneidplattensitz 22 und die Sitzfläche 6 ein, die in engem Kontakt miteinander gehalten werden. Das heißt, die Sitzfläche 6 der Wegwerfschneidplatte 1 und der Schneidplattensitz 22 werden gegenüber dem Schneidfluid und den Stücken bzw. Spänen geschützt. Demzufolge wird die elektrische Verbindung zwischen den Fühlern 26, 27, die an dem Schneidplattensitz 22 vorgesehen sind, und den Kontaktregionen 13, 14, die an der Sitzfläche 6 vorgesehen sind, geeignet aufrecht erhalten.
Ferner sind die Fühler 26, 27 und die Anschlussdrähte 28, die damit verbunden sind, innerhalb des Halters 20 vorgesehen.
Der in 5 gezeigte Halter 20 ist lediglich beispielhaft dargestellt, und ein Halter, wie er in einer früheren Anmeldung (japanische Patentanmeldung mit der Nr. 11-277546 (1999)) offenbart ist, die vom Anmelder der vorliegenden Erfindung eingereicht worden ist, kann beispielsweise als der Halter verwendet werden, an dem die Wegwerfschneidplatte 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform montiert wird.
Die 6A, 6B, 6C 6D und 6E sind Draufsichten und Vorderansichten (vordere Seitenansichten) von verschiedenen Konfigurationen von Wegwerfschneidplatten, auf die die vorliegende Erfindung anwendbar ist.
6A stellt die Wegwerfschneidplatte dar, die die Basis mit einem generell quadratischen Grundriss besitzt, wie es in Bezug auf 1 beschrieben worden ist.
6B stellt eine Wegwerfschneidplatte mit einer Form eines gleichzeitigen Dreieckes dar. Die Schneidplatte weist drei Eckenabschnitte auf, deren obere als auch untere Seite zum Schneiden verwendet werden. Das heißt, es sind insgesamt sechs Eckenabschnitte vorgesehen, an denen jeweils Sensorleitungen vorgesehen sind. Paare von Kontaktregionen für die jeweiligen Sensorleitungen sind an den Sitzflächen vorgesehen.
6C stellt eine Wegwerfschneidplatte mit einer Basis mit einer rombusförmigen Rundform dar. Bei der in 6C gezeigten Wegwerfschneidplatte werden zwei Paare von diagonal einander gegenüberliegenden spitzwinkligen Eckenabschnitten zum Schneiden verwendet.
6D stellt eine Wegwerfschneidplatte mit einer Basis dar, die die Form eines gleichseitigen Dreieckes besitzt, wie in 6B. Die Wegwerfschneidplatte der 6D weist eine Sensorleitung mit einer Vielzahl von Sensorleitungen auf, wie es in 4 gezeigt ist.
6E stellt eine Wegwerfschneidplatte vom sogenannten positiven Typ dar, bei der lediglich eine Seite der Wegwerfschneidplatte zum Schneiden verwendet wird. Eine obere und eine untere Oberfläche der Schneidplatte dienen als eine Spanfläche bzw. als eine Sitzfläche, so dass die Schneidplatte zum Gebrauch nicht vertikal gewendet werden kann. Zum Schneiden werden drei Eckenabschnitte an der oberen Seite verwendet, und diese sind daher jeweils mit Sensorleitungen versehen. Ferner sind an der Sitzfläche an der unteren Seite Paare von Kontaktregionen vorgesehen, und Paare von Verbindungsleitungen sind an Flanken der Seitenflächen vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung ist beispielsweise auf Wegwerfschneidplatten mit einer runden oder einer ovalen Grundform anwendbar, als auch auf Wegwerfschneidplatten der zuvor genannten Konfigurationen.
Im Folgenden werden Materialien und Herstellungsverfahren für die Basis, die Sensorleitungen, die Kontaktregionen, die Verbindungsleitungen und dergleichen der Wegwerfschneidplatte gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
(1) Materialien für die Basis
Beispielhafte Materialien für die Basis der Wegwerfschneidplatte beinhalten gesinterte Aluminiumoxid-basierte Materialien, gesinterte Siliziumnitrid-basierte Materialien, Cermet-Materialien, gesinterte Karbid-Materialien, gesinterte kubische Bornitrid-(cBN)basierte Materialien und gesinterte polykristalline Diamant-basierte Materialien (PCD).
(2) Zusammensetzungen der Basis und Vorbereitungsverfahren hierfür
Nachstehend werden bevorzugte Zusammensetzungen der Basis und Vorbereitungsverfahren bzw. Herstellungsverfahren dafür erläutert.
➀ Gesintertes Aluminiumoxid-basiertes Material
Ein vorliegend zu verwendendes gesintertes Aluminium-basiertes Material besteht im Wesentlichen aus zwei bis 30 Gew.-% ZrO₂, 0,01 bis 5 Gew.-% von wenigstens einem ausgewählten Oxid von Oxiden von Fe, Ni und Co, der Rest aus Al₂O₃ und unvermeidbare Verunreinigungen. Wenigstens eines der Oxide von Fe, Ni und Co wird als eine dritte Komponente in einem vorbestimmten Anteil zu einem Al₂O₃-ZrO₂-System hinzugegeben, und die resultierende Mischung wird hoch verdichtet, und zwar durch einen isostatischen Heißsinterprozess, wodurch die Bruchfestigkeit des Materials merklich verbessert werden kann.
Das gesinterte Aluminium-basierte Material wird auf die folgende Art und Weise zubereitet. Eine Pulvermischung, die 10 bis 20 Gew.-% ZrO₂, 0,2 bis 2 Gew.-% von wenigstens einem Oxid der Oxide von Fe, Ni und Co, der Rest Al₂O₃ und unvermeidbarer Verunreinigungen enthält, wird in einen Rohling („compact") geformt, der wiederum bei einer Temperatur von 1400 bis 1500°C gebacken bzw. erwärmt und ferner bei einer Temperatur von 1300 bis 1500°C durch einen isostatischen Heißsinterprozess gebacken wird, wodurch ein gesintertes Material mit einer mechanischen Festigkeit von nicht geringer als 110 kg/mm² bereitgestellt wird.
Wie oben beschrieben, ist wenigstens ein Oxid der Oxide von Co, Ni und Fe als die dritte Komponente in einem Anteil von 0,2 bis 2 Gew.-% in der Pulvermischung vorhanden. Wenn der Anteil niedriger ist als 0,2 Gew.-%, besitzt das resultierende Material keine verbesserte Bruchfestigkeit bzw. Bruchzähigkeit. Wenn der Anteil größer ist als 2 Gew.-%, besitzt das resultierende Material eine verringerte Biegewiderstandsfestigkeit bzw. Biegesteifigkeit.
ZrO₂ ist in dem gesinterten Material vorzugsweise in einem Anteil von 10 bis 20 Gew.-%, insbesondere in einem Anteil von 15 bis 20 Gew.-% vorhanden. Wenn der Anteil von ZrO₂ kleiner als 10 Gew.-%, wird weniger Energie an einer Bruchfront absorbiert, was zu einer geringeren Verbesserung der Zähigkeit bzw. Festigkeit führt. Wenn andererseits der Anteil von ZrO₂ größer ist als 20 Gew.-%, ist der Anteil von monoklinem ZrO₂ (m-ZrO₂) in der kristallinen ZrO₂-Phase des gesinterten Materials erhöht, so dass der Anteil eines ZrO₂-Abschnittes, der an der Bruchfront („crack front") zu der Energieabsorption beiträgt, entsprechend reduziert ist, was zu einer Verringerung der Bruchfestigkeit bzw. -zähigkeit führt.
Der Anteil des monoklinen ZrO₂ in der kristallinen ZrO₂-Phase des gesinterten Materials ist vorzugsweise nicht größer als 50%, vorzugsweise nicht größer als 30% bezogen auf das gesamte ZrO₂. Wenn der Anteil des monoklinen ZrO₂ größer ist als 50%, wird die Bruchfestigkeit merklich reduziert. Tetragonales ZrO₂ (t-ZrO₂) oder kubisches ZrO₂ (c-ZrO₂) ist in der kristallinen Phase auch vorhanden. Wenn das tetragonale oder kubische ZrO₂ in einem Anteil von nicht weniger als 50% vorhanden ist, tritt ein Phasenübergang von t-ZrO₂ → m-ZrO₂ → oder c-ZrO₂ → t-ZrO₂ → m-ZrO₂ auf, wodurch eine Energie an der Bruchfront wirksam absorbiert wird.
In dem gesinterten Aluminiumoxid-basierten Material haben die Al₂O₃-Kristalle vorzugsweise einen Korndurchmesser von nicht größer als 1 μm, und die ZrO₂-Kristalle haben vorzugsweise einen Korndurchmesser von nicht größer als 1 μm, vorzugsweise von nicht größer als 0,5 μm. Wenn die Korndurchmesser dieser Kristalle größer sind als jene Niveaus, ist die Biegewiderstandsfestigkeit reduziert.
Ein Herstellungsverfahren bzw. Vorbereitungsverfahren für das gesinterte Aluminiumoxid-basierte Material ist wie folgt. Zunächst werden 10 bis 20 Gew.-% von ZrO₂ und 0,2 bis 2 Gew.-% eines Oxides von Co, Ni oder Fe oder eine Verbindung, die während des Sinterns auf einer Oxidbasis in das Oxid umwandelbar ist, abgewogen und mit Al₂O₃ mit einem mittleren Korndurchmesser von nicht größer als 1 μm gemischt, und dann wird die resultierende Mischung in einem Medium dispergiert und gemahlen bzw. gerührt („milled"), das ein Dispersionsmittel, destilliertes Wasser und dergleichen beinhaltet. Nach dem Mahlen bzw. Rühren wird die resultierende Paste in einen Rohling („compact") geformt, und zwar durch an sich bekannte Formmittel, und dann wird der Rohling gesintert.
Für das Sintern des Rohlings wird der Rohling bei einem normalen Druck in einer Atmosphäre gebacken, und dann bei einer Temperatur von 1400 bis 1500°C unter Verwendung einer Heißpresse gebacken, und ferner bei einer Temperatur von 1300 bis 1500°C durch einen isostatischen Heißsinterprozess gebacken.
➁ Gesintertes Siliziumnitrid-basiertes Material
Ein gesintertes Siliziumnitrid-basiertes Material, das vorliegend zu verwenden ist, besteht im Wesentlichen aus 85 bis 95 mol-% von Siliziumnitrid, 1 bis 5 mol-% eines Elementes der Gruppe IIIa des Periodensystems, und zwar auf einer Oxidbasis, und 3 bis 10 mol-% Verunreinigungssauerstoff auf einer SiO₂-Basis, wobei eine Aluminiumverbindung in einem Anteil von nicht größer als 1 Gew.-% auf einer Oxidbasis (Al₂O₃) vorhanden ist. Die Menge des Verunreinigungssauerstoffes bedeutet hier eine Sauerstoffmenge, die bestimmt ist durch Subtrahieren der Sauerstoffmenge, die in Oxiden von Elementen der Gruppe IIIa des Periodensystems beinhaltet ist, von der gesamten Sauerstoffmenge in dem gesinterten Material, und der Verunreinigungssauerstoff wird überwiegend Verunreinigungssauerstoff in einem pulvrigen Siliziumnitridausgangsmaterial und dem hinzugefügten Siliziumoxid zugeschrieben.
Wenn der Anteil der Siliziumnitride kleiner ist als 85 mol-% oder wenn der Anteil des Elementes der Gruppe IIIa im Periodensystem größer ist als 5 mol-%, und zwar auf einer Oxidbasis, ist die Härte des resultierenden gesinterten Materials reduziert. Wenn der Anteil von Silizium-Nitrid größer ist als 96 mol-% oder der Anteil des Elementes der Gruppe IIIa im Periodensystem kleiner ist als 1 mol-%, und zwar auf einer Oxidbasis, kann ein hochdichter Rohling nicht bereitgestellt werden, wodurch die Festigkeit des resultierenden gesinterten Materials reduziert ist. Wenn andererseits der Anteil des Verunreinigungssauerstoffes größer ist als 10 mol-%, und zwar auf einer Siliziumoxidbasis (SiO₂), sind die Festigkeit bzw. Zähigkeit („toughness") und der Schneidwiderstand („chipping resistance") des resultierenden gesinterten Materials reduziert. Wenn der Anteil des Verunreinigungssauerstoffes kleiner ist als 3 mol-%, kann ein hochdichter Rohling nicht bereitgestellt werden, wodurch die Festigkeit des resultierenden gesinterten Materials reduziert ist. Wenn der Anteil der Aluminiumverbindung größer ist als 1 Gew.-%, ist der Reaktionswiderstand gegenüber Gusseisen reduziert, wodurch die Abriebfestigkeit der Wegwerfschneidplatte während eines Hochgeschwindigkeits-Schneidprozesses reduziert ist.
Eine bevorzugte Zusammensetzung des gesinterten Materials besteht darin, dass Siliziumnitrid in einem Anteil von 88 bis 95 mol-% vorhanden ist, das Element der Gruppe IIIa im Periodensystem in einem Anteil von 2 bis 5 mol-% vorhanden ist, und zwar auf einer Oxidbasis, und wobei der Verunreinigungssauerstoff in einem Anteil von 2 bis 8 mol-% vorhanden ist, und zwar auf einer Siliziumoxidbasis. Ferner ist die Aluminiumverbindung vorzugsweise in dem gesinterten Material in einem Anteil von nicht größer als 0,5 Gew.-% vorhanden, insbesondere nicht größer als 0,3 Gew.-%, und zwar auf einer Oxidbasis.
Beispiele von Elementen der Gruppe IIIa des Periodensystems beinhalten Y, Sc, Yb, Er, Dy, Ho und Lu, von denen Er, Yb und Lu bevorzugt sind.
Das gesinterte Siliziumnitrid-basierte Material ist gebildet durch eine kristalline Siliziumnitridphase und eine Korngrenzenphase, die das Element der Gruppe IIIa, Silizium, Stickstoff und Sauerstoff beinhaltet. Es ist wichtig, dass die kristalline Siliziumnitridphase eine Gitterkonstante von nicht größer als 7,606 Angström aufweist, insbesondere von nicht größer als 7,602 Angström, und zwar entlang einer a-Achse hiervon, sowie eine Gitterkonstante von nicht größer als 2,910 Angström, insbesondere nicht größer als 2,908 Angström, und zwar entlang der c-Achse hiervon. Wenn die Gitterkonstante entlang der a-Achse und die Gitterkonstante entlang der c-Achse größer sind als 7,606 Angström bzw. 2,910 Angström, ist die Ionizität des Siliziumnitrids erhöht, wodurch die Verbindungsfestigkeit („bonding strength") des Siliziumnitrids reduziert ist. Daher reagiert das Siliziumnitrid leicht mit einem Werkstück während des Schneidprozesses, so dass der sogenannte Diffusionsabrieb der Wegwerfschneidplatte erhöht ist, so dass die Abriebwiderstandsfestigkeit der Wegwerfschneidplatte reduziert ist. Die kristalline Siliziumnitridphase ist in Form von Nadelkristallen vom β-Typ vorhanden, die kleine Durchmesser von 0,1 bis 3 μm besitzen und ein mittleres Längenverhältnis („aspect ratio")(Hauptdurchmesser/Nebendurchmesser) von 2 bis 10.
Die Korngrenzenphase kann amorph sein, ist jedoch vorzugsweise kristallisiert. Die kristalline Phase ist vorzugsweise gebildet durch Apatit, YAM, Wallastenit, ein Disilikat oder ein Monosilikat.
Ein Element der Gruppe IVa, Va oder VIa im Periodensystem wie W, Mo, Ti, Ta, Nb oder V, oder ein Karbid, ein Nitrid oder ein Silikat hiervon, können in einer geeigneten Menge in dem gesinterten Siliziumnitrid-basierten Material vorhanden sein. Ferner kann SiC in der Form von dispergierbaren Partikeln oder Wiskern in einer geeigneten Menge in dem gesinterten Siliziumnitrid-basierten Material vorhanden sein, um ein Verbundmaterial zur Verbesserung der Eigenschaften des gesinterten Siliziumnitrid-basierten Materials zu bilden.
Bei der Herstellung des gesinterten Siliziumnitrid-basierten Materials wird Siliziumnitridpulver als ein pulvriges Ausgangsmaterial als eine Hauptkomponente verwendet. Das Siliziumnitridpulver kann entweder α-Si₃N₄ oder β-Si₃N₄ sein. Das Siliziumnitridpulver weist vorzugsweise einen Partikeldurchmesser von 0,4 bis 1,2 μm auf.
Ein Oxid eines Elementes der Gruppe IIIa im Periodensystem und ein Siliziumoxidpulver werden als ein additiver Bestandteil verwendet. Diese Bestandteile werden geeignet abgewogen, miteinander vermischt und in einer Kugelmühle gemahlen bzw. gerührt. Die Anteile dieser Bestandteile bzw. Komponenten werden so gesteuert, dass das Oxid des Elementes der Gruppe IIIa im Periodensystem und Siliziumoxid in Anteilen von 1 bis 5 mol-% bzw. 3 bis 10 mol-% in einem Rohling vor dem Sintern vorhanden sind, und dass der Aluminiumbestandteil zu diesen Komponenten nicht hinzugegeben sondern als eine Verunreinigung in dem Rohling in einem Anteil von nicht größer als 1 Gew.-% enthalten ist, und zwar auf einer Oxidbasis. Siliziumoxid ist in dem Rohling in einer Menge vorhanden, die äquivalent ist zu der Menge des Verunreinigungssauerstoffes in dem Siliziumnitridpulver, und zwar auf einer Siliziumoxidbasis. Demzufolge wird die Ausgangszusammensetzung unter Berücksichtigung von Verunreinigungen mit einer Aluminiumkomponente aus der Kugelmühle und dergleichen während des Mahlens bzw. Rührens und eines Sauerstoffgehaltes aufgrund von Oxidation bestimmt.
Für die Herstellung einer Basis für eine Wegwerfschneidplatte wird die Pulvermischung in einen Rohling geformt, beispielsweise durch Druckformen, Gießformen, Extrusionsformen, Spritzgussformen oder isostatisches Kaltformen. Der Rohling wird gesintert, beispielsweise durch einen Heißpressenprozess, einen Sinterprozess bei Normalprozess oder einem Stickstoffgasdruck-Sinterprozess, gefolgt von einem isostatischen Heißsinterprozess (HIP, „hot isostatic sintering process"), bei dem der resultierende Rohling unter hohem Druck, z.B. 2000 atm, gebacken wird, oder durch Eintauchen des Rohlings in ein Frittenbad oder Beschichten des Rohlings mit einer Glasversiegelung und indem der resultierende Rohling dann dem HIP-Prozess unterzogen wird, und zwar zur Verdichtung des Rohlings. Wenn die Sintertemperatur übermäßig hoch ist, wird eine Diffusion von Aluminium in die kristalline Siliziumnitridphase als der Hauptbestandteil unterstützt, um eine feste Lösung bzw. ein Mischkristall hiervon zu bilden („solid solution"), und die Festigkeit des resultierenden gesinterten Materials ist aufgrund exzessiven Wachstums von Körnern reduziert. Ferner erfordert die übermäßig hohe Sintertemperatur eine teure Produktionsvorrichtung. Daher wird das Sintern vorzugsweise bei einer Temperatur von 1650 bis 2000°C durchgeführt, insbesondere bei 1700 bis 1950°C, und zwar in einer nicht oxidierenden Atmosphäre einschließlich von Stickstoffgas.
➂ Cermet
Für die Herstellung des Cermet-Materials wird ein Rohling, der 70 bis 90 Gew.-% einer hartphasigen Komponente, die im Wesentlichen aus 50 bis 80 Gew.-% von Ti auf einer Karbid-, Nitrid- oder Karbonnitridbasis und 10 bis 40 Gew.-% eines Elementes der Gruppe VIa im Periodensystem, und zwar auf einer Karbidbasis und mit einem Atomverhältnis (Stickstoff/Kohlenstoff + Stickstoff) von 0,4 bis 0,6 besteht, und aus 10 bis 30 Gew.-% einer Binderphasenkomponente, die im Wesentlichen aus einem Metall der Eisengruppe besteht, in einen Vakuumofen gesetzt und auf eine Temperatur höher als eine Liquidus- bzw. Verflüssigungstemperatur des Metalls der Eisengruppe erwärmt, wobei Stickstoffgas darin unter einem Druck von 1 bis 30 Torr eingeführt wird. Nachdem der Ofen eine maximale Sintertemperatur erreicht hat, wird der Rohling bei einem reduzierten Stickstoffgasdruck gebacken. Somit wird ein TiCN-Cermet-Material erhalten, das eine Oberflächenrauhigkeit im maximalen Fall („maximum case surface roughness") von nicht größer als 3,5 μm und eine Porosität von nicht höher als A-1 aufweist, und einen 1000 μm dicken Oberflächenabschnitt aufweist, der modifiziert worden ist, um eine höhere Rauhigkeit und Härte zu erlangen als ein innerer Abschnitt hiervon.
In der hartphasigen Komponente bzw. Komponente aus einer harten Phase des TiCN-Cermet-Materials ist Ti in einem Anteil von 50 bis 80 Gew.-%, insbesondere 55 bis 65 Gew.-% vorhanden, und zwar auf einer Karbid-, Nitrid- oder Karbonnitridbasis, und das Element der Gruppe VIa im Periodensystem, wie W oder Mo, ist in einem Anteil von 10 bis 40 Gew.-%, insbesondere von 15 bis 30 Gew.-% vorhanden, und zwar auf einer Karbidbasis.
Wenn der Anteil von Ti in der Hartphasenkomponente kleiner ist als 50 Gew.-%, ist die Abriebwiderstandsfestigkeit reduziert. Wenn der Anteil von Ti größer ist als 80 Gew.-%, verringert sich die Sinterbarkeit auf nachteilige Weise. Das Element der Gruppe VIa ist generell wirksam, um das Wachstum von Körnern zu unterdrücken und die Benetzbarkeit der Binderphase zu verbessern. Wenn der Anteil des Elementes der Gruppe VIa kleiner ist als 10 Gew.-%, können die zuvor genannten Wirkungen nicht bereitgestellt werden, so dass die harte Phase aufgeraut wird und die Härte und Festigkeit reduziert werden. Wenn der Anteil des Elementes der Gruppe VIa größer ist als 40 Gew.-%, wird das Sintern mit der Erzeugung einer ungeeigneten Phase schwierig, wie einer η-Phase.
In der Hartphasenkomponente können Ta und Nb zusätzlich vorhanden sein, und zwar zum Verbessern der Kolkverschleißwiderstandsfestigkeit, und Nitride, Karbide und Karbonnitride von Zr, V, Hf und dergleichen können zur Verbesserung der Widerstandsfestigkeit gegenüber plastischer Deformation vorhanden sein, und zwar zusätzlich zu den zuvor genannten Elementen in einer Gesamtmenge von 5 bis 40 Gew.-%. Wenn der Anteil größer ist als 40 Gew.-%, werden eine Verschlechterung der Abriebwiderstandsfestigkeit und die Ausbildung von Poren und Leerstellen auf nachteilige Weise gesteigert.
Die Binderphase weist im Wesentlichen ein Metall der Eisengruppe, wie Fe, Co oder Ni auf, und kann zusätzlich ein Element aufweisen, das Bestandteil der Hartphasenkomponente ist.
In dem gesinterten Material ist die Hartphasenkomponente in einem Anteil von 70 bis 90 Gew.-% vorhanden, und die Binderphasenkomponente ist in einem Anteil von 10 bis 30 Gew.-% vorhanden.
Das als ein Material für die Basis der vorliegenden Erfindung zu verwendende Cermet-Material ist typischerweise dadurch gekennzeichnet, dass das Atomverhältnis (Stickstoff/Kohlenstoff + Stickstoff) in der Hartphasenkomponente in dem Bereich von 0,4 bis 0,6, insbesondere im Bereich von 0,4 bis 0,5 liegt. Wenn das Atomverhältnis kleiner ist als 0,4, lassen sich eine Verbesserung hinsichtlich Zähigkeit und Abriebwiderstandsfestigkeit nicht erwarten. Wenn das Atomverhältnis größer ist als 0,6, können sich Poren und Leerstellen in dem gesinterten Material entwickeln, wodurch die Verlässlichkeit der Wegwerfschneidplatte verringert wird.
Das Cermet-Material ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass trotz der Tatsache, dass eine große Menge an Stickstoff darin aufgenommen ist, die Oberfläche des gesinterten Rohlings sehr glatt ist, wobei nahezu keine Pore oder Leerstelle vorhanden ist und eine maximale Oberflächenrauhigkeit von nicht größer als 3,5 μm realisiert ist. Demzufolge behält die Wegwerfschneidplatte, die aus dem Cermet-Material zusammengesetzt ist, eine verbesserte Zähigkeit, eine verbesserte Abriebwiderstandsfestigkeit und eine verbesserte Wärmewiderstandsfestigkeit für eine verlängerte Zeitspanne bei, und hat demzufolge eine längere Lebensdauer und eine höhere Verlässlichkeit. Zusätzlich gibt es keine Notwendigkeit, das gesinterte Material einem Polierprozess zu unterziehen, so dass das gesinterte Material als ein Produkt „so wie es ist" dienen kann.
Zur Herstellung des TiCN-Cermet-Materials wird zunächst ein Rohling vorbereitet, der 70 bis 90 Gew.-% der Hartphasenkomponente aufweist, die im Wesentlichen aus 50 bis 80 Gew.-% von Ti auf einer Carbid-, Nitrid- oder Karbonnitridbasis und 10 bis 40 Gew.-% des Elementes der Gruppe VIa des Periodensystems, und zwar auf einer Carbidbasis, besteht und ein Atomverhältnis (Stickstoff/Kohlenstoff + Stickstoff) von 0,4 bis 0,6 besitzt, und der 10 bis 30 Gew.-% der Binderphase aufweist.
Genauer gesagt wird Tic, TiN und/oder TiCN als ein Ti-basiertes pulvriges Ausgangsmaterial verwendet, und als ein Material auf der Basis eines Elementes der Gruppe VIa wird WC, Mo2C und/oder MoC oder ein Verbundkarbid oder Verbundkarbonnitrid hiervon verwendet. Diese Materialien werden vermischt, um die zuvor genannte Zusammensetzung bereitzustellen, und dann in einen Rohling geformt, und zwar durch bekannte Formmittel, z.B. Druckformen, Extrusionsformen, Gießformen, Spritzgussformen oder isostatisches Kaltformen.
Wie oben beschrieben, können Karbide, Nitride und Karbonnitride von Ta, Nb, Zr, V, Hf und dergleichen in Kombination hinzugegeben werden. Wenn TiC alleine als das Ti-basierte Material verwendet wird, ist dessen Sinterbarkeit hierdurch verringert, so dass ein partielles Kornwachstum hervorgerufen wird. Daher wird Ti (CN) vorzugsweise alleine oder in Kombination mit TiN verwendet.
Der resultierende Rohling wird in einen Vakuumofen gesetzt und gesintert.
Genauer gesagt wird der Rohling in einem Vakuumofen unter einem Druck von nicht höher als 0,5 Torr erwärmt, und Stickstoffgas wird unter 1 bis 30 Torr in den Vakuumofen mit einer vorbestimmten Zeitgabe eingeführt. Das Einführen des Stickstoffgases unterdrückt die Pyrolyse des in dem Rohling enthaltenen Stickstoffes, wie TiN, wodurch die Ausbildung von Poren und Leerstellen verhindert wird. Die Zeitgabe bzw. die zeitliche Steuerung, mit der das Stickstoffgas in den Sinterprozess eingeführt wird, ist besonders wichtig. Generell beginnt die Verdichtung des Rohlings bei einer Temperatur um die Verflüssigungstemperatur des Metalls der Eisengruppe im Verlauf des Temperaturanstiegs. Das Stickstoffgas wird eingeführt, wenn der Rohling durch ein theoretisches Verdichtungsverhältnis von 5% oder mehr in Bezug auf den Ausgangsrohling bei einer Temperatur von nicht niedriger als der Verflüssigungstemperatur verdichtet ist. Wenn der Rohling um 5% oder mehr verdichtet ist, wird ein Liquidus- bzw. Verflüssigungsfilm an der Oberfläche des Rohlings gebildet. Die Einführung des Stickstoffgases nach der Bildung des Verflüssigungsfilmes verursacht, dass Stickstoffgas in Zwischenräumen in dem Rohling verbleibt, und verhindert demgemäß die Bildung von Poren und Leerstellen.
Wenn das Stickstoffgas jedoch eingeführt wird, wenn das theoretische Dichteverhältnis 90% überschreitet, kann die Zersetzung des Nitrids nicht wirksam unterdrückt werden, so dass eine Tendenz besteht, dass das resultierende gesinterte Material eine aufgeraute Oberfläche besitzt. Demzufolge wird die Einführung des Stickstoffgases vorzugsweise dann begonnen, wenn das Dichteverhältnis niedriger ist als 90%.
Nachdem die Temperatur in dem Ofen die maximale Sintertemperatur erreicht hat, wird der Druck des Stickstoffgases auf weniger als das vorherige Niveau oder auf Vakuum verringert, oder wird für das Sintern graduell reduziert. Der Grund hierfür liegt darin, dass dann, wenn der Druck nach dem Erreichen der maximalen Sintertemperatur weiter erhöht wird, eine raue und spröde Nitridschicht mit wenig Metall an der Oberfläche des gesinterten Materials gebildet wird, was zu einer Aufrauung der Falloberfläche bzw. Gehäuseoberfläche („case surface") und zu einer merkbaren Verringerung der Zähigkeit des Oberflächenabschnittes führt.
Ein Grund dafür, warum der Stickstoffgasdruck auf 1 bis 30 Torr eingestellt wird, besteht darin, dass ein Druck von kleiner 1 Torr die Zersetzung des Nitrids nicht wirksam unterdrücken kann, und ein Druck von größer als 30 Torr die Sinterbarkeit reduziert und zu einer Ablagerung von freiem Kohlenstoff und einer Verringerung der Zähigkeit des gesinderten Materials führt.
Ein derartiges Herstellungsverfahren eliminiert praktisch die Entwicklung von Poren und Leerstellen in dem gesinterten Material, um so die Oberfläche des gesinterten Materials zu glätten. Ein weiteres charakteristisches Merkmal des Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine sehr harte und zäh modifizierte Oberflächenschicht an der Oberfläche des gesinterten Materials gebildet wird, wie oben beschrieben.
Obgleich aus dem Cermet-Material eine Basis für eine Wegwerfschneidplatte mit jeder beliebigen Form gebildet werden kann, wird die Kontraktionsgeschwindigkeit beim Sintern vorzugsweise gemäß der Komplexität der Form der Basis gesteuert. Der Grund hierfür liegt darin, dass der Rohling gemäß einer Kontraktionskurve kontrahiert, die sich von Teil zu Teil hiervon unterscheidet, und dann, wenn die Komplexität der Form des Rohlings zunimmt, können winzige Poren und Brüche an der Oberfläche des schließlich erhaltenen gesinterten Materials auftreten.
Um ein derartiges Phänomen zu verhindern, ist notwendig, die Kontraktionsgeschwindigkeit des Rohlings beim Sintern zu reduzieren. In dieser Hinsicht wird beim Einführen des Stickstoffgases anfänglich ein inertes Gas, wie He oder Ar, eingeführt, um die Zersetzung des Nitrids zu unterdrücken und um zuzulassen, dass die Kontraktion des Rohlings moderat fortschreitet, ohne Verschlechterung der Sinterbarkeit. Das inerte Gas wird vorzugsweise mit einer Temperatur eingeführt, die um etwa 50 bis 20 Grad niedriger ist als die Einführungstemperatur des Stickstoffgases, und mit einem Druck von nicht höher als 1 atm.
➃ Sinterkarbid („cemented carbide")
Ein hier zu verwendendes Sinterkarbid-Material weist eine harte Phase bzw. Hartphase und eine Binderphase auf. Die Hartphase weist im Wesentlichen Wolf ramkarbid auf, oder Wolframkarbid, bei dem 5 bis 15% hiervon durch wenigstens eines der Karbide, Nitride und Karbonnitrid von Metallen der Gruppen IVa, Va und VIa im Periodensystem ersetzt ist. Wenn eine andere Komponente als Wolframkarbid eingemischt wird, weist die Hartphase eine WC-Phase und eine Mischkristall- bzw. Festlösungsphase („solid solution phase") aus einem Verbundkarbid oder eine Festlösungsphase eines Verbundnitrids auf. Die Binderphase besteht im Wesentlichen aus einem Metall der Eisengruppe, wie Co, das in einem Anteil von 5 bis 15 Gew.-% vorhanden ist, basierend auf der gesamten Binderphase.
Ein bevorzugtes Sinterkarbid weist eine Phase auf, die zusätzlich zu der Hartphase und der Binderphase Kobaltwolframkarbid aufweist bzw. daraus besteht. Beispiele bekannter Kobaltwolframkarbide beinhalten Co₃W₃C, Co₆W₆C, Co₂W₄C und Co₃W₉C₄. Die in Röntgendiffraktionsmustern dieser Kobaltwolframkarbide höchsten beobachteten Spitzenwerte sind ein (333)- und (511)-Verbundspitzenwert für Co₃W₃C, ein (333)- und (511)-Verbundspitzenwert für Co₆W₆C, ein (333)- und (511)-Verbundspitzenwert für Co₂W₄C, und ein (301)-Spitzenwert für Co₃W₉C₄. Es ist wichtig, dass ein Spitzenintensitätsverhältnis I1/I2 größer ist als Null und nicht größer ist als 0,15, vorzugsweise 0,01 bis 0,10, wobei I1 die Höhe des höchsten Intensitätsspitzenwertes in den Spitzenwerten der Kobaltwolframkarbide ist und wobei I2 die Höhe des höchsten Spitzenwertes ist, wie z.B. die Höhe eines (001)-Spitzenwertes von Kobaltwolframkarbid WC. Ein Grund dafür, dass das Spitzenintensitätsverhältnis auf den oben genannten Bereich eingestellt wird, ist folgender. Wenn das Intensitätsverhältnis Null ist, lagern sich die Kobaltwolframkarbide nicht in dem Sinterkarbid ab, was zu einer Reduktion der Abriebwiderstandsfestigkeit der Basis führt. Wenn das Intensitätsverhältnis größer ist als 0,15, lagern sich die Kobaltwolframkarbide übermäßig ab, was zu einer Reduktion der Härte des Sinterkarbids führt.
Die Kobaltwolframkarbidphase ist vorzugsweise als eine Phase mit einem mittleren Korndurchmesser von nicht größer als 5 μm, insbesondere nicht größer als 3 μm, in dem Sinterkarbid vorhanden. Wenn der mittlere Korndurchmesser größer ist als 5 μm, ist die Festigkeit des gesamten Sinterkarbid-Materials reduziert, da die Kobaltwolframkarbide von Hause aus spröde sind. Besonders bevorzugt ist es, wenn der mittlere Korndurchmesser nicht größer ist als 2 μm.
Wenn die Kobaltwolframkarbidphase erzeugt wird, diffundiert W in die Co-Binderphase, um darin ein Mischkristall bzw. eine Festkörperlösung („solid solution") zu bilden, so dass sich die Gitterkonstante von Co ändert. Die Gitterkonstante von Co in dem Sinterkarbid liegt vorzugsweise in dem Bereich von 3,55 bis 3,58.
Für die Herstellung des Sinterkarbid-Materials werden ein pulvriges WC-Ausgangsmaterial, ein oder mehr pulvrige Materialien, die aus den Karbiden, Nitriden und Karbonnitriden der Metalle der Gruppen IVa, Va und VIa im Periodensystem ausgewählt sind, und Co-Pulver in den zuvor genannten Mengen abgewogen, miteinander vermischt und gemahlen bzw. gerührt. Die resultierende Pulvermischung wird in einen Rohling geformt, und zwar durch ein bekanntes Formverfahren, wie ein Pressformverfahren, und der resultierende Rohling wird gesintert.
Das Sintern wird im Vakuum bei einem Druck von 10^–1 bis 10^–3 Torr in einem Temperaturbereich zwischen 1623 und 1773 K für 10 Minuten bis 2 Stunden durchgeführt. Die Abscheidung der Kobaltwolframkarbide wird gesteuert durch geeignetes Bestimmen der Gesamtmenge von Kohlenstoff einschließlich der Menge von Kohlenstoff in dem Ausgangsmaterial und der Menge von zusätzlichem Kohlenstoffpulver, und die Menge der zusätzlichen Karbide, Nitride und Karbonnitride der Metalle der Gruppen IVa, Va und VIa, die einen gewissen Teil des Wolframkarbids ersetzen sollen. Wenn beispielsweise die Menge des Kohlenstoffes in dem Ausgangsmaterial, das zu verwenden ist, geringer ist als eine stöchiometrische Menge, tritt die Abscheidung leicht auf.
Die Abscheidung einer sehr kleinen Menge der Kobaltwolframkarbide in dem Sinterkarbid ermöglicht es, der Wegwerfschneidplatte insbesondere zum Schneiden von rostfreiem Stahl eine exzellente Schneidfähigkeit zu verleihen. Die Kobaltwolframkarbide sind an sich sehr hart und daher exzellent hinsichtlich der Abriebwider standsfestigkeit. Ferner wird eine reduzierte Menge an Kohlenstoffen in die Binderphase diffundiert, um ein Mischkristall bzw. eine feste Lösung zu bilden, und die Menge des Wolframs wird entsprechend reduziert, wenn die Kobaltwolframkarbide erzeugt werden, wodurch die Binderphase gefestigt wird. Zusätzlich hierzu haben die erzeugten Kobaltwolframkarbide unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten gegenüber jenen der WC-Phase, die einen Hauptabschnitt des Sinterkarbides einnimmt, so dass Restdruckspannungen darin auftreten, um die Zerspanwiderstandsfestigkeit („chipping resistance") zu verbessern.
(3) Leitfähiger Film für die Sensorleitungen und dergleichen
Die Sensorleitungen, die an den Flanken der Basis der Wegwerfschneidplatte zu bilden sind, besitzen einen vorbestimmten elektrischen Widerstand. Eine Veränderung des elektrischen Widerstandes wird gemessen mittels eines Ohmmeters, um den Abrieb und das Zerspanen bzw. den Abtrag der Wegwerfschneidplatte zu erfassen.
Beispiele eines Materials für die Sensorleitungen beinhalten: metallische Materialien einschließlich Metallen der Gruppen IVa, Va und VIa, wie Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo und W, Metalle der Eisengruppe, wie Co, Ni und Fe, und Al; Karbide, Nitride und Karbonnitride der Metalle der Gruppen IVa, Va und VIa, wie TiC, VC, NbC, TaC, Cr₃C₂, Mo₂C, WC, W₂C, TiN, VN, NbN, TaN, CrN, TiCN, VCN, NbCN, TaCN und CrCN; und (Ti, Al)N.
Aus diesen Materialien ist TiN aus folgenden Gründen bevorzugt. TiN besitzt eine gute Adhäsion an der Basis der Wegwerfschneidplatte. TiN reagiert nicht mit dem Werkstück, und die Sensorleitungen aus TiN zeigen konstant einen vorbestimmten elektrischen Widerstandswert, so dass der Abrieb und der Abtrag der Wegwerfschneidplatte genau erfasst werden können. TiN verhindert auf wirksame Weise, dass eine Werkstückoberfläche eines Werkstückes durch ein Reaktionsprodukt hiervon zerkratzt wird. TiN weist eine hervorragende Widerstandsfestigkeit gegenüber Säure auf, so dass der elektrische Widerstand der Sensorleitungen durch Erzeugung eines Oxids kaum verändert wird. Demzufolge kann der Abrieb und das Abtragen bzw. Abspanen der Wegwerfschneidplatte genau erfasst werden.
Die Sensorleitungen werden auf die folgende Art und Weise gebildet. Ein leitfähiger Film einer vorbestimmten Dicke wird an den Flanken der Basis der Wegwerfschneidplatte gebildet, und zwar durch ein CVD-Verfahren, ein PVD-Verfahren, wie Ionenplattieren, Sputtern oder Verdampfen, oder durch ein Plattierungsverfahren. Hier danach wird ein Muster in dem leitfähigen Film gebildet, und zwar in eine vorbestimmte Konfiguration durch Laserbearbeitung oder Ätzen.
Genauere Verfahren zum Bilden der Sensorleitungen sind folgende.
Wenn die Sensorleitungen aus TiN, beispielsweise mittels des CVD-Verfahrens, gebildet werden, wird die Basis der Wegwerfschneidplatte in ein Reaktionsgefäß aus einer wärmebeständigen Legierung gesetzt, die sich in einem Zustand bei einer Temperatur von 900°C bis 1050°C und einem Druck von 10 bis 100 kPa befindet. Anschließend werden TiCl₄, H₂ und N₂ in das Reaktionsgefäß eingeführt, und zwar mit Strömungsraten von 1 bis 5 ml/min, 20 bis 30 l/min bzw. 10 bis 20 l/min, und zwar für 20 Minuten, um ein Reaktionsprodukt aus TiN und HCl bereitzustellen, wodurch die Basis der Wegwerfschneidplatte mit TiN beschichtet wird.
Wenn die Sensorleitungen aus (Ti, Al)N oder aus (Ti, Al)CN gebildet werden, und zwar durch Ionenplattieren, bei dem es sich um eine Art des PVD-Verfahrens handelt, um ein Beispiel zu nennen, werden die Basis der Wegwerfschneidplatte und eine Kathodenelektrode (target) aus einer Ti-Al-Legierung in einem Lichtbogen-Ionenplattierungsgerät angeordnet. Nachdem das Innere des Gerätes auf bis zu 500°C bei Vakuum bei 1 × 10^–5 Torr erwärmt ist, wird Ar-Gas in das Gerät eingeführt, um eine Ar-Atmosphäre von 1 × 10^–3 Torr zu bilden. Anschließend wird an die Basis in diesem Zustand eine Vorspannung von –800 V angelegt, wodurch die Oberfläche der Basis einer Reinigung durch Gasbombardierung („gas bombard cleaning") ausgesetzt wird. Schließlich wird Stickstoffgas oder Stickstoffgas + Methangas als ein Reaktionsgas in das Gerät eingeführt, um eine Reaktionsatmosphäre bei 5 × 10^–3 Torr zu erzeugen, und die an die Basis angelegte Vorspannung wird auf –200 V reduziert, um eine Lichtbodenentladung zwischen der Kathodenelektrode und einer Anodenelektrode hervorzurufen. Die aus der Kathodenelektrode freigesetzte Ti-Al-Legierung kann in der Reaktionsatmosphäre reagieren, wodurch die Basis mit (Ti, Al)N oder (Ti, Al)CN beschichtet wird.
Der leitfähige Film aus TiN, (Ti, Al)N, (Ti, Al)CN oder dergleichen, der an der Oberfläche der Basis der Wegwerfschneidplatte gebildet ist, wird zur Bildung der Sensorleitungen, der Kontaktregionen, der Verbindungsleitungen und dergleichen durch Laserbearbeitung oder Ätzen in eine vorbestimmte Konfiguration mit einem Muster versehen. Wenn für die Musterbildung die Laserverarbeitung verwendet wird, wird beispielsweise ein YAG-Laserstrahl mit einer Breite von 50 μm, einer Wellenlänge von 1,06 μm und einem Ausgang von 35 kHz und 10 A über den TiN-Film oder dergleichen gescannt, der an der Oberfläche der Basis gebildet ist, und zwar mit einer Arbeitsgeschwindigkeit von 100 bis 300 mm/s. Alternativ hierzu wird ein CO₂-Laser mit einem Beleuchtungspunktdurchmesser von 0,3 mm und einem Ausgang von 20 W über den TiN-Film gescannt, und zwar mit einer Arbeitsgeschwindigkeit von 0,3 m/min.
Wenn der leitfähige Film dünn ist, mit einer Dicke von weniger als 0,05 μm, ist die Adhäsion des leitfähigen Films an der Oberfläche der Basis generell schlecht, und der elektrische Widerstand der Sensorleitung ist erhöht, so dass es schwierig werden kann, den Abrieb und das Abtragen an der Wegwerfschneidplatte genau zu erfassen. Wenn ein leitfähiger Film mit einer Dicke von mehr als 20 μm zu bilden ist, treten im Inneren des leitfähigen Films bei dessen Bildung große Innenspannungen auf, wodurch der leitfähige Film eine schlechte Adhäsion an der Oberfläche der Basis haben kann. Daher ist es bevorzugt, wenn die Dicke des leitfähigen Films in dem Bereich von 0,05 bis 20 μm liegt, am bevorzugtesten im Bereich von 0,1 bis 5 μm.
Wenn die Basis der Wegwerfschneidplatte aus einem isolierenden Material zusammengesetzt ist, wie ein Material auf der Basis von gesintertem Aluminiumoxid, ein Material auf der Basis von gesintertem Siliziumnitrid oder cBN, werden die Sensorleitungen und dergleichen direkt an der Oberfläche der Basis gebildet. Wenn die Basis aus einem leitfähigen Material zusammengesetzt ist, wie Sinterkarbid oder ein Cermet-Material, ist zwischen den Sensorleitungen und der Basis eine Zwischenschicht aus einem isolierenden Material, wie Aluminiumoxid angeordnet.
Die Zwischenschicht aus einem isolierenden Material, wie Aluminiumoxid, dient zur elektrischen Isolierung der Sensorleitungen und dergleichen. Die Zwischenschicht, die eine vorbestimmte Dicke aufweist, wird zwischen der Oberfläche der Basis und den Sensorleitungen und dergleichen (leitfähiger Film) durch ein CVD-Verfahren oder dergleichen gebildet.
Genauer gesagt, wenn die Zwischenschicht aus Aluminiumoxid zusammengesetzt ist, wird die Bildung der Zwischenschicht auf die folgende Art und Weise erreicht. Die Basis der Wegwerfschneidplatte wird in einem Reaktionsgefäß aus einer wärmebeständigen Legierung angeordnet, und zwar in einem Zustand bei einer Temperatur von etwa 1050°C und bei einem Druck von 6,5 kPa. Anschließend werden H₂, Co₂ und AlCl₃ in das Reaktionsgefäß eingeführt, und zwar mit Strömungsraten von 40 bis 50 l/min, 1 bis 3 l/min bzw. 0,5 bis 2 l/min, und zwar für zwei Stunden, um Al₂O₃ zu bilden, wodurch die Basis mit Al₂O₃ beschichtet wird.
Wenn die Zwischenschicht eine Dicke von weniger als 1 μm aufweist, kann ein elektrischer Kurzschluss zwischen der Basis und den Sensorleitungen auftreten, so dass der Abrieb und das Abtragen der Wegwerfschneidplatte nicht genau erfasst werden können. Wenn eine Zwischenschicht mit einer Dicke von größer als 10 μm zu bilden ist, treten in der Zwischenschicht bei deren Bildung große Innenspannungen auf, wodurch die Zwischenschicht eine schlechte Adhäsion an der Oberfläche der Basis haben kann. Selbst bei Anwendung einer kleinen externen Kraft kann die Zwischenschicht dann leicht von der Oberfläche der Basis getrennt bzw. gelöst werden. Demzufolge liegt die Dicke der Zwischenschicht vorzugsweise in dem Bereich von 1 μm bis 10 μm.
Im Folgenden werden Beispiele der Wegwerfschneidplatte mit dem Abriebsensor gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, die zur Erfassung eines Abriebs ausgelegt sind.
Beispiel 1
Eine Basis einer Wegwerfschneidplatte wurde aus einem gesinterten Aluminiumoxid-basierten Material gebildet, und Sensorleitungen wurden aus einem leitfähigen Film aus TiN in einer Konfiguration an der Basis gebildet, wie in 1 gezeigt ist. Die Sensorleitung hatte eine Dicke von 0,3 μm und eine Breite von 0,186 mm. Die Wegwerfschneidplatte mit dem Abriebsensor wurde an dem in 5 gezeigten Halter angebracht. Anschließend wurde ein Rundstab-Werkstück aus SCM435 (Chrommolybdenstahl) sequentiell mit den folgenden Bearbeitungsbedingungen an einer NC-Werkzeugmaschine spanend bearbeitet, wobei der Widerstand der Sensorleitung gemessen wurde. Das Ergebnis ist in 7 gezeigt. Bearbeitungsbedingungen:

Schneidgeschwindigkeit V = 200 m/min

Schneidtiefe d = 2 mm

Vorschub f = 0,2 mm/Umdrehung

Nassbearbeitung

Werkstück Rundstab aus SCM435 (Chrommolydenstahl)
In 7 zeigt eine gezackte Linienkurve Änderungen des so gemessenen Widerstandes, wobei der Widerstand und die Zeit als Ordinaten bzw. Abszisse aufgetragen sind. Das Diagramm zeigt, dass der Widerstand nach dem Ablauf von 16,6 Minuten vom Beginn der Bearbeitung stark anstieg. Zu Bezugszwecken wurden die Abriebzustände (Abriebbreiten) der Schneidkante nach dem Ablauf von 11 Minuten und 18 Minuten vom Beginn der Bearbeitung gemessen und zur Bildung eines Liniengrafen aufgetragen, der eine Veränderung der Abriebbreite an einer Schneidfront über der Zeit zeigt.
Die Messung zeigt, dass dann, als der Widerstand nach dem Ablauf von 16,6 Minuten ausgehend vom Beginn der Verarbeitung stark anstieg, der Abrieb die Sensorfilmbreite (0,186 mm) erreicht hatte. Demzufolge kann ein Zeitpunkt, bei dem der Abrieb die zulässige Abriebgrenze erreicht, definitiv erfasst werden.
Beispiel 2
Eine Wegwerfschneidplatte, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurde, wurde an dem in 5 gezeigten Halter angebracht. Anschließend wurde ein Rundstab-Werkstück aus SCM435 (Chrommolybdenstahl) mit vier Nuten sequentiell spanend bearbeitet, und zwar an einer NC-Werkzeugmaschine mit den folgenden Bedingungen, wobei der Widerstand einer Sensorleitung gemessen wurde. Das Ergebnis ist in 8 gezeigt. Bearbeitungsbedingungen:

Schneidgeschwindigkeit V = 200 m/min

Schneidtiefe d = 2 mm

Vorschub f = 0,2 mm/Umdrehung

Nassbearbeitung

Werkstück Rundstab aus SCM435 (Chrommolydenstahl) mit vier Nuten
Nach Ablauf von ca. 40 Sekunden stieg der Widerstand stark ins Unendliche an. Die Bearbeitung wurde unterbrochen, um eine Schneidkante der Wegwerfschneidplatte zu untersuchen, und es wurde herausgefunden, dass die Schneidkante abgetragen bzw. spanend abgetragen wurde. Dieses Experiment zeigt, dass dann, wenn die Schneidkante abgespant wurde, so dass sie nicht mehr brauchbar ist, die Sensorleitung unterbrochen wurde. Im Ergebnis kann das spanende Abtragen der Schneidkante der Wegwerfschneidplatte definitiv auf der Grundlage der abnormalen Änderung des so gemessenen Widerstandes erfasst werden.
Beispiel 3
Eine Basis einer Wegwerfschneidplatte wurde aus einem gesinterten Siliziumnitrid-basierten Material gebildet, und es wurden drei parallele Sensorleitungen aus einem leitfähigen Film aus TiN in einer Konfiguration an der Basis gebildet, wie sie in 4 gezeigt ist. Die Sensorleitungen hatten jeweils eine Dicke von 0,3 μm und eine Breite von 0,146 mm. Jedes benachbarte Paar von Sensorleitungen war 0,01 mm beabstandet. Die Wegwerfschneidplatte mit dem Abriebsensor wurde an dem in 5 gezeigten Halter angebracht. Anschließend wurde ein Rundstab-Werkstück aus FC250 (Graugusseisen) sequentiell spanend bearbeitet bzw. geschnitten, und zwar an einer NC-Werkzeugmaschine mit folgenden Bearbeitungsbedingungen, während der Widerstand der Sensorleitungen gemessen wurde. Das Ergebnis ist in 9 gezeigt. Bearbeitungsbedingungen:

Schneidgeschwindigkeit V = 200 m/min

Schneidtiefe d = 2 mm

Vorschub f = 0,2 mm/Umdrehung

Nassbearbeitung

Werkstück Rundstab aus FC250 (Graugusseisen)
Der gemessene Widerstand stieg schrittweise mit der Bearbeitungszeit an und erreichte schließlich Unendlichkeit. Mit dem fortschreitenden Abrieb der Schneidplatte wurden die jeweiligen Sensorleitungen aufeinanderfolgend durchtrennt, wodurch der Widerstand schrittweise anstieg. Als die dritter Sensorleitung durchtrennt war (nach Ablauf von etwa 10 Minuten), stieg der Widerstand ins Unendliche. Demzufolge kann ein Zeitpunkt, bei dem sämtliche Sensorleitungen abgenutzt und die Schneidkante der Wegwerfschneidplatte die zulässige Abriebgrenze erreicht, erfasst werden.
Obgleich die vorliegende Erfindung im Detail anhand der speziellen Ausführungsformen hiervon beschrieben worden ist, versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass innerhalb des durch die nachstehenden Ansprüche definierten Schutzbereiches der Erfindung verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können.

Claims

Wegwerfschneidplatte (1), die einen Abriebsensor (12–18, 26–29) aufweist, mit: einer generell ebenen Basis (2), die Basisflächen einschließlich einer Spanfläche (5), die durch eine von gegenüberliegenden Oberflächen hiervon definiert ist, einer Sitzfläche (6), die durch die andere Oberfläche hiervon gegenüberliegend der Spanfläche (5) definiert ist, und einer Flanke (8) aufweist, die durch eine Seitenfläche hiervon definiert ist, die die Spanfläche (5) und die Sitzfläche (6) schneidet; einer Schneidkante (9), die durch einen Schnitt zwischen der Spanfläche (5) und der Flanke (8) definiert ist; einer Sensorleitung (12; 123; 125) aus einem leitfähigen Film, die entlang der Schneidkante (9) an der Flanke (8) vorgesehen ist, und zwar in einer elektrisch isolierenden Beziehung in Bezug auf die Basis (2); einem Paar von Verbindungsregionen (13, 14), die an den Basisflächen vorgesehen sind, und zwar in einer elektrisch isolierenden Beziehung in Bezug auf die Basis (2), wobei die Verbindungsregionen (13, 14) mit einer vorbestimmten Schaltung (29) verbindbar sind; und einem Paar von Verbindungsleitungen (15, 16, 17, 18), die an der Basis (2) vorgesehen sind, und zwar in einer elektrisch isolierenden Beziehung in Bezug auf die Basis (2), wobei das Paar von Verbindungsleitungen jeweilig das Paar von Verbindungsregionen (13, 14) mit gegenüberliegenden Enden (121, 122) der Sensorleitung (12; 123; 125) verbindet, wobei eine Verbindungsleitung des Paares von Verbindungsleitungen (15, 16, 17, 18) eine Rückführleitung (17) aufweist, die um eine vorbestimmte Distanz von der Sensorleitung (12; 123; 125) beabstandet ist, und zwar in einer parallelen Beziehung zu der Sensorleitung (12; 123; 125), dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsregionen ein Paar von Kontaktregionen (13, 14) bereitstellen, die Kontaktregionen (13, 14) mit der vorbestimmten Schaltung (29) elektrisch verbindbar sind, und die Basisfläche, die die Kontaktregionen (13, 14) aufweist, die Sitzfläche (6) ist.
Wegwerfschneidplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitungen (15, 16, 17, 18) jeweils eine größere Breite als die Sensorleitung (12; 123; 125) aufweisen.
Wegwerfschneidplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Seitenkante der Sensorleitung (123) entfernt von der Schneidkante (9) parallel zu der Schneidkante (9) erstreckt und von der Schneidkante (9) um eine Distanz (W – X) beabstandet ist, die in Bezug auf einen Abrieb der Flanke (8) vorbestimmt ist.
Wegwerfschneidplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Distanz (W – X) mit der Lebensdauer der Schneidkante (109) übereinstimmt, die durch Abrieb der Flanke (8) abläuft.
Wegwerfschneidplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (2) aus einem isolierenden Material zusammengesetzt ist, eine Oberfläche der Basis (2) nahezu vollständig mit einem leitfähigen Film bedeckt ist, und die Sensorleitung (12; 123; 125), die Verbindungsleitungen (15, 16, 17, 18) und die Kontaktregionen (13, 14) gebildet sind, indem der leitfähige Film an der Oberfläche elektrisch voneinander getrennt bzw. aufgetrennt wird.
Wegwerfschneidplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (2) aus einem leitfähigen Material zusammengesetzt ist, eine Oberfläche der Basis (2) nahezu vollständig mit einem nicht leitfähigen Film bedeckt ist, auf dem ein leitfähiger Film gebildet ist, und die Sensorleitung (12; 123; 125), die Verbindungsleitungen (15, 16, 17, 18) und die Kontaktregionen (13, 14) gebildet sind, indem der leitfähige Film elektrisch getrennt bzw. aufgetrennt wird.
Wegwerfschneidplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (2) eine Vielzahl von Seitenflächen aufweist, die jeweils eine Flanke (8) definieren, ein Schneideneckenabschnitt (10) durch einen Schnitt zwischen der Spanfläche (5) und einem jeweils benachbarten Paar von Flanken (8) definiert ist, und die Sensorleitung (12; 123; 125) sich entlang der Schneidkante (9) erstreckt, den Eckenabschnitt umgebend, und die Rückführleitung (17) sich parallel zu der Sensorleitung (12; 123; 125) erstreckt, den Eckenabschnitt (10) umgebend.
Wegwerfschneidplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Paar von Verbindungsleitungen (15, 16, 17, 18) mit der Ausnahme der Rückführleitung (17) sich parallel zueinander erstreckt, und zwar unter einem vorbestimmten Neigungswinkel in Bezug auf die Sensorleitung (12) an der Flanke (8).
Wegwerfschneidplatte nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Eckenabschnitten (10), eine Vielzahl von Sensorleitungen (12; 123; 125) für die jeweiligen Eckenabschnitte (10), eine Vielzahl von Paaren von Verbindungsleitungen (15, 16, 17, 18), die mit den jeweiligen Sensorleitungen (12; 123, 125) verbunden sind, und eine Vielzahl von Paaren von Kontaktregionen (13, 14), wobei elektrische Verbindungspfade einschließlich der Sensorleitungen (12; 123; 125), des Paares von Verbindungsleitungen (15, 16, 17, 18) und des Paares von Kontaktregionen (13, 14) mit dem gleichen Muster angeordnet sind.
Wegwerfschneidplatte (1), die einen Abriebsensor (12–18, 26–29) aufweist, mit: einer generell ebenen Basis (2), die Basisflächen einschließlich einer Spanfläche (5), die durch eine von gegenüberliegenden Oberflächen hiervon definiert ist, einer Sitzfläche (6), die durch die andere Oberfläche hiervon gegenüberliegend der Spanfläche (5) definiert ist, und einer Vielzahl von Flanken (8) aufweist, die durch eine Vielzahl von Seitenflächen hiervon definiert sind, die die Spanfläche (5) und die Sitzfläche (6) schneiden; einer Vielzahl von Schneidkanten (9), die durch jeweilige Schnitte zwischen der Spanfläche (5) und den Flanken (8) definiert sind; einer Vielzahl von N Schneideneckenabschnitten (10), die jeweils durch einen Schnitt zwischen der Spanfläche (5) und einem benachbarten Paar von Flanken (8) definiert sind; Sensorleitungen (12; 123; 125) aus einem leitfähigen Film, die jeweils entlang der Schneidkanten an den N Eckenabschnitten (10) vorgesehen sind, und zwar in einer elektrisch isolierenden Beziehung in Bezug auf die Basis (2), die Eckenabschnitte (10) umgebend; N Paaren von Verbindungsregionen (13, 14), die an der Basisfläche vorgesehen sind, und zwar in einer elektrisch isolierenden Beziehung in Bezug auf die Basis (2), wobei die Verbindungsregionen (13, 14) mit einer vorbestimmten Schaltung (29) verbindbar sind; und N Paaren von Verbindungsleitungen (15, 16, 17, 18), die an der Basis (2) vorgesehen sind, und zwar in einer elektrisch isolierenden Beziehung in Bezug auf die Basis (2), wobei die N Paare von Verbindungsleitungen jeweilig die N Paare von Verbindungsregionen (13, 14) mit gegenüberliegenden Enden der Sensorleitungen (12; 123; 125) an den N Eckenabschnitten (10) verbinden; dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsregionen ein Paar von Kontaktregionen (13, 14) bereitstellen, die Kontaktregionen (13, 14) mit der vorbestimmten Schaltung (29) elektrisch verbindbar sind, und die Basisfläche, die die Kontaktregionen (13, 14) aufweist, die Sitzfläche (6) ist.
Wegwerfschneidplatte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (1) eine doppelseitige Platte bzw. Wendeplatte (1) ist, derart, dass dann, wenn eine (5) der gegenüberliegenden Oberflächen (5, 6) der Basis (2) als die Spanfläche (5) dient, die andere Oberfläche (6) als die Sitzfläche (6) dient, und dass dann, wenn die andere Oberfläche (6) als die Spanfläche (5) dient, die eine Oberfläche (5) als die Sitzfläche (6) dient, wobei die N Eckenabschnitte (10) an jeder der gegenüberliegenden Seiten der Basis (2) vorgesehen sind, wobei die N Paare von Kontaktregionen (13, 14) an jeder der gegenüberliegenden Oberflächen (5, 6) vorgesehen sind.
Wegwerfschneidplatte nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Kontaktregionen (13) in jedem der N Paare (13, 14) elektrisch isoliert ist, wohingegen die anderen Kontaktregionen (14) der N jeweiligen Paare (13, 14) elektrisch miteinander verbunden sind.
Wegwerfschneidplatte nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die N Paare von Kontaktregionen (13, 14) an der einen Oberfläche (5) der Wegwerfschneidplatte (1) und die N Paare von Kontaktregionen (13, 14) an der anderen Oberfläche (6) in der gleichen Konfiguration angeordnet sind.
Wegwerfschneidplatte nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitungen (15, 16, 17, 18) sich über die Flanken (8) und die Sitzfläche (6) erstrecken, und dass Abschnitte der Verbindungsleitungen (15, 16, 17, 18) an den Flanken (8) unter einem vorbestimmten Neigungswinkel in Bezug auf die Sensorleitungen (12; 123; 125) geneigt sind.
Wegwerfschneidplatte nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitungen (15, 16, 17, 18) symmetrisch zu der Mitte von jeder der Flanken (8) angeordnet sind.