DE69630832T2

DE69630832T2 - Verfahren zur Herstellung von diamantbeschichteten Schneideinsätzen

Info

Publication number: DE69630832T2
Application number: DE69630832T
Authority: DE
Inventors: Matthew A. Simpson
Original assignee: Saint Gobain Ceramics and Plastics Inc
Current assignee: Saint Gobain Ceramics and Plastics Inc
Priority date: 1995-04-18
Filing date: 1996-04-13
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2016-04-14
Also published as: DE69630832D1; US5643523A; US5853268A; EP0738553B1; CA2172928A1; CA2172928C; JPH08290309A; EP0738553A1; JP3406774B2

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft in breitem Sinne Schneidwerkzeuge. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von diamantbeschichteten Einsätzen.
2. Stand der Technik
In der maschinellen Bearbeitungsindustrie ist die Art und die Form des Schneidpunkts, der von einer Maschine verwendet wird, um ein gegebenes Material zu schneiden, oft für deren Effizienz und Genauigkeit entscheidend. Wie in der den Stand der Technik zeigenden 1 dargestellt ist, wird dieser Punkt üblicherweise auf einem abnehmbaren Materialstück zur Verfügung gestellt, bekannt als ein Einsatz 102, der aus einem sehr harten Material hergestellt und gemäß der Art des gewünschten Schnittes auf dem Werkstück 101 geformt ist. Der Schneidwerkzeugeinsatz 102 ist häufig mittels einer mit einem Gewinde versehenen Schraube 103 mit einem Werkzeughalter 104 verbunden, welcher wiederum an einem Teil der Maschine, wie beispielsweise der Halterung 106 einer Drehbank (nicht gezeigt), befestigt sein kann. Üblicherweise weist der Einsatz 102 mehrere Eckabschnitte 108a–d zum Schneiden auf, so daß, wenn eine Ecke 108a des Einsatzes 102 abgenutzt ist, der Einsatz 102 in dem Werkzeughalter 104 neu positioniert werden kann, um eine andere, unbenutzte Ecke 108b–d zu exponieren. Auf diese Weise kann ein einzelner Einsatz neu positioniert werden, bis alle seine Ecken 108a–d abgenutzt sind. Häufig ist ein Einsatz dreiecks- oder vierecksförmig (obwohl runde und hexagonale Einsätze bekannt sind), wobei jede der Ecken 108a–d des Einsatzes als ein Schneidpunkt verwendet wird. Obwohl die Einsätze aus einer Vielfalt von Materialien, wie Metallen, Carbiden und Keramiken, hergestellt sein können, ist es bevorzugt, Diamant zu verwenden, wenn viele Materialien geschnitten werden. Mit der Entwicklung von synthetischen und dünnen Filmdiamanten ist die Verwendung von Diamant in Schneidwerkzeugen leichter durchführbar und vorherrschend in der Schneidwerkzeugindustrie geworden.
Gegenwärtig ist Diamant für Schneidwerkzeuge in drei bestimmten Formen verfügbar: Einzelkristalle; polykristalline (PCD) Hochtemperatur/Hochdruck-Rohstücke; und, mehr in letzter Zeit, Dickfilm-Rohstücke und Dünnfilmbeschichtungen gewonnen durch chemische Dampfabscheidung (CVD). Wegen der verschiedenen eingesetzten Herstellungsverfahren, welche bestimmte Eigenschaften auf Kosten anderer hervorheben, ist jede Form für einen gewissen Bereich von Anwendungen geeignet.
Einkristalleinsätze werden hergestellt, indem natürliche oder künstliche Diamanten in die Gestalt der Schneidabschnitte eines Einsatzes geformt werden und dann der fertige Diamant auf ein Substrat gelötet wird. PCD Diamanteinsätze werden hergestellt, indem eine fest gepackte Masse an Diamantpartikeln zusammen mit einem gewissen Anteil eines Sinterhilfsmittels, üblicherweise Kobalt, erwärmt und unter Druck gesetzt wird. Während des Sintervorgangs schmilzt das Kobalt und infiltriert die Zwischenräume zwischen Diamantpartikeln. Das erhaltene Rohstück muß dann bearbeitet werden, um die gewünschte Schneidgeometrie aufzuweisen. CVD Diamanteinsätze werden entweder durch Aufbringen eines dünnen Diamantfilms auf ein Wolframcarbid- oder Keramiksubstrat mit der gewünschten Schneidgeometrie oder durch Löten eines freistehenden CVD Diamantfilms mit der gewünschten Schneidform auf die Spitze des Einsatzes, auf der das Schneiden stattfindet, hergestellt. Eine allen drei Verfahren der Diamanteinsatzherstellung gemeinsame Schwierigkeit (mit der Ausnahme, wenn das Schneidsubstrat direkt einer CVD Beschichtung unterzogen wird) ist, daß es oft extrem schwierig ist, aufgrund der Härte des Diamants die diamantbeschichteten Einsätze in die gewünschte Form zu bearbeiten. Da die Einsätze individuell bearbeitet werden müssen, werden potentielle Unregelmäßigkeiten in der Qualität der Einsätze erzeugt. Daraus ergibt es sich, daß jeder einmal gefertigte Einsatz auf seine Qualität im Hinblick auf Übereinstimmung mit anderen Einsätzen überprüft werden muß. Weiterhin werden, wann immer neue Einsatzgestaltungen und -größen erwünscht sind, neue Werkzeuge und Verfahren Bearbeitung benötigt.
Wie oben vorgeschlagen wurde ist es bekannt, um im wesentlichen das Bearbeiten zu eliminieren einzelne Substrate mit der gewünschten Gestalt und Größe herzustellen und diese in einem CVD Reaktor zu plazieren, wo das gesamte Werkzeug anschließend mit Diamant beschichtet wird. Es ist jedoch schwierig, Gleichmäßigkeit zu erreichen, da die einzeln geschnittenen Substrate geringfügig unterschiedliche Abmessungen aufweisen können. Zusätzlich können sich geringfügig unterschiedliche Abmessungen des Einsatzes mit jeder Verwendung des CVD Reaktors ergeben, da die Diamantwachstumsrate in einem CVD Reaktor sich mit jedem Gebrauch verändern kann. Ein weiteres potentielles Problem sind die Steuerungsvoraussetzungen gegenwärtiger CVD Herstellungsverfahren. Da jeder Einsatz unabhängig hergestellt und geformt wird, muß eine große Anzahl von Substraten in einer sorgfältig ausgewählten Anordnung angeordnet, unter Verwendung einer geeigneten Methode mit Diamant beschichtet, untersucht und schließlich umgepackt werden. Dies erfordert häufiges Hantieren mit den Einsätzen. Zusätzlich erfordert jede unterschiedliche Einsatzabmessung ein speziell geschnittenes Substrat. Die Anforderungen an die Lagerhaltung und die Herstellungsdauer werden als Ergebnis davon erhöht. Es gibt auch eine Tendenz dazu, daß Diamantbeschichtungsverfahren empfindlich gegenüber der Größe und den Formen jedes einzelnen Einsatzes sind, was oft erfordert, daß Herstellungstestläufe durchgeführt werden, bevor ein Einsatz mit einer neuen Größe oder Form hergestellt werden kann.
Zusätzlich zu den Schwierigkeiten bei der Herstellung und der Qualitätssteuerung bei der Produktion von diamantbeschichteten Einsätzen nach dem Stand der Technik leiden die erhaltenen Einsätze an bestimmten Mängeln. Wann immer beispielsweise der Schneidpunkt eines Einsatzes stumpf wird, was in Abhängigkeit des bearbeiteten Materials häufig vorkommen kann, muß der Einsatz entweder weggeworfen oder aus dem Werkzeughalter entfernt und sorgfältig nachgeschliffen werden. Wo nur die Ecken des Einsatzes diamantbeschichtet sind, können die Schneidpunkte nur begrenzt häufig nachgeschliffen werden, bevor der gesamte Einsatz weggeworfen werden muß. In dem Fall, bei dem das gesamte Einsatzsubstrat mit einer Diamantschicht CVD beschichtet ist, erstreckt sich die Diamantschicht nicht nur entlang der Kratzfläche des Einsatzes, sondern auch die Flanke des Einsatzes hinunter. Wegen der diamantbeschichteten Flanke ist es jedoch außerordentlich schwierig den Einsatz nachzuschärfen. Tatsächlich wird, selbst wenn Nachschärfen möglich ist, der erhaltene Einsatz eine andere Flankenkonfiguration aufweisen als der ursprünglich hergestellt.
EP 0 619 382 lehrt einen dreilagigen Körper, der ein gesintertes Diamantsubstrat enthält, dessen eine Fläche mit einer CVD Schicht bedeckt ist und dessen gegenüberliegende Fläche an einem Schaft befestigt ist.
Dieses Produkt wird dann an einem Werkzeughalter durch Zusammenwirken zwischen dem Halter und dem Schaft befestigt.
Geeignete Formen werden durch Schneiden, nämlich Laser-Schneiden, erhalten, wobei der zweischichtige Körper aus dem gesinterten Diamantsubstrat und der oberen CVD Diamantschicht besteht, bevor der geformte Körper an einem entsprechenden Schaft befestigt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von diamantbeschichteten Einsätzen zur Verfügung zu stellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung diamantbeschichteter Einsätze zur Verfügung zu stellen, das konstante Ergebnisse gewährleistet.
Es ist auch eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung diamantbeschichteter Einsätze zur Verfügung zu stellen, das minimales Hantieren erfordert.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung diamantbeschichteter Einsätze zur Verfügung zu stellen, das zeitsparend ist und geringe Lagerhaltungsanforderungen stellt.
Gemäß den Aufgaben der Erfindung, die nachfolgend im Detail diskutiert wird, umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren allgemein das Aufliringen einer Diamantschicht auf eine im wesentlichen glatte Oberfläche aus dauerhaftem und diamantanhaftendem Material unter Verwendung irgendeiner bekannten CVD Technik, und anschließendem Aufteilen des diamantbeschichteten Substrats in viele Einsätze mit gewünschten Abmessungen, wobei die Substratoberfläche mit Einkerbungen entlang der Laserstrahlschnittebenen versehen ist, um die Herstellungszeit weiter zu verringern. Vorzugsweise wird das Zerteilen unter Verwendung eines Laserstrahls erreicht.
Wenn der Einsatz einmal geschnitten und abgetrennt ist, können die Kanten und Ecken des Einsatzes bearbeitet werden, wenn dies gewünscht wird, bis die gewünschte Glattheit und Oberflächenbeschaffenheit erreicht sind. Eine Befestigungsbohrung wird gegebenenfalls in die oberflächenbehandelten Einsätze unter Verwendung irgendeines bekannten Bohrverfahrens, wie Laserboren, eingebracht. Der fertiggestellte Einsatz kann dann in einer Art zusammen mit einem Werkzeughalter und einer Schneiddrehbank verwendet werden, wie sie in dem Stand der Technik beschrieben ist. In bestimmten anderen Fällen kann, anstelle der Verwendung des abgeteilten beschichteten Substrats als Schneidwerkzeugeinsätze, das diamantbeschichtete Substrat mit einem zweiten Substrat entweder durch Löten und Haftmittel verbunden werden. Die Diamantoberfläche kann dann durch Ablation oder eine andere bekannte Endbearbeitungstechnik bearbeitet werden.
Die Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens sind üblicherweise Schneideinsätze, die allgemein ein im wesentlichen polygonal geformtes Substrat umfassen, das aus einem dauerhaften Material mit stark diamantanhaftenden Eigenschaften hergestellt ist, wobei die Kratzfläche des Einsatzes mit einer Diamantschicht CVD beschichtet ist, und wobei die Flanke des Einsatzes über die Dicke der CVD Diamantkratzfläche hinaus nicht diamantbeschichtet ist. Der Einsatz weist gegebenenfalls eine durchgehende Bohrung auf, die sich von der Mitte der diamantbeschichteten Oberfläche zur Mitte der unteren Oberfläche des Einsatzes erstreckt. Wenn eine durchgehende Bohrung vorhanden ist, ist diese so bemessen, um ein Befestigungsmittel zum Befestigen des Schneideinsatzes an einem Werkzeughalter aufnehmen zu können.
Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Einsatzes ist einfach und kostengünstig, es gewährleistet gleichbleibende Ergebnisse und erlaubt es, verschieden geformte Einsätze leicht herzustellen. Der sich aus der vorliegenden Erfindung ergebende Einsatz zeigt aufgrund der Tatsache, daß bei einem Nachschärfen des Einsatzes die gesamte Oberfläche des Schneideinsatzes verwendet werden kann, eine viel längere Lebensdauer als herkömmliche Einsätze. Insbesondere kann, wenn zwei der Ecken des Einsatzes abgenützt sind, die dazwischen liegende Kante einfach als Schneidwerkzeug verwendet werden, indem der Einsatz in die gewünschte Form geschliffen wird. Mehrere Schleiftechniken sind für diesen Zweck verfügbar, wie das Schneiden des Originaleinsatzes in mehrere kleinere Einsätze oder Polieren des Originaleinsatzes, um unbenutzte Teile der Diamantbeschichtung freizulegen. Da die Diamantbeschichtung relativ dünn und die Flanke des Einsatzes nicht diamantbeschichtet ist, besitzt der vorliegende Einsatz auch ein Potential zum Nachschärfen, das andere CVD diamantbeschichtete Werkzeuge nicht aufweisen.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich für Fachleute in Bezug auf die detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den zur Verfügung gestellten Figuren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Schneidwerkzeugeinsatzes nach dem Stand der Technik mit einem Werkzeughalter und einem Werkstück;
2 ist eine perspektivische Ansicht eines diamantbeschichteten Schneideinsatzsubstrats erhalten in dem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens;
3 ist eine perspektivische Ansicht eines unterteilten, diamantbeschichteten Schneideinsatzes, erhalten in dem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens;
4 ist eine perspektivische Ansicht eines oberflächenbehandelten, diamantbeschichteten Schneideinsatzes erhalten in dem dritten Schritt des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens;
5 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des oberflächenbehandelten, diamantbeschichteten Schneideinsatzes nach 4;
6 ist eine Draufsicht auf den Schneideinsatz von 4 und erläutert eine erste Weise, in welcher dieser für eine Wiederverwendung geschliffen werden kann, nachdem die ursprünglichen Ecken abgenützt sind; und
7 ist eine Draufsicht auf den Schneideinsatz nach 4 und erläutert eine zweite Weise, in welcher dieser für eine Wiederverwendung geschliffen werden kann, nachdem die ursprünglichen Ecken abgenützt sind.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Nunmehr Bezug nehmend auf die 2–4 wird ein Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßer diamantbeschichteter Einsätze erläutert. Ein 10 cm × 10 cm großes, rechteckiges Substrat 204 mit einer ersten Oberfläche 206 und einer zweiten Oberfläche 208 ist auf seiner ersten Oberfläche 206 mit einer Diamantschicht 222 beschichtet, die eine Dicke im Bereich von 2–200 μm aufweist. Das Aufbringen der Diamantschicht kann unter Verwendung irgendeiner bekannten CVD Technik erreicht werden. Es ist wichtig, daß das Substrat 204 ausreichend steif ist, oder das anschließende Abschleifen des erhaltenen Einsatzes wird das Substrat 204 übermäßig biegen, was bewirkt, daß die Diamantschicht 222 absplittert (d. h. Span oder Splitter), wie es mit den meisten Materialien der Fall ist, die einen Young-Modul von weniger als 50 GPa (Gigapascal) aufweisen, wie Graphit oder hexagonales Bornitrid. Eine weitere Voraussetzung ist, daß die Diamantschicht 222 an dem Substrat 204 anhaftet. Zu den Materialien, die ausreichend steif und an Diamant anhaftend sind, gehören verschiedene Sorten von SiC, Si₃N₄ oder Wolframcarbid. Im Falle von Wolframcarbid kann es notwendig sein, eine Zwischenschicht einzuführen, um Faktoren zu kompensieren, die zur Nicht-Haftung an die Diamantbeschichtung beitragen. Andere Materialien können wegen des Nicht-Zusammenpassens der thermischen Ausdehnung zwischen dem Substrat und der Diamantbeschichtung ebenfalls spezielle Methoden erfordern.
Der Dickenbereich der Diamantbeschichtungsschicht 222 ist dergestalt, daß von Anwendung zu Anwendung Variation möglich ist. Spezifische Dickenwerte werden durch ökonomische Faktoren und durch die Notwendigkeit zum Erhalt der Bindung zwischen dem Substrat 204 und der Diamantschicht 222 bestimmt. Im allgemeinen wird der Abnutzungswiderstand des Einsatzes 310 (siehe 4) erhöht werden, indem die Dicke der Diamantschicht 222 erhöht wird, wohingegen die Herstellungskosten des Einsatzes durch Verminderung der Dicke der Diamantschicht 222 reduziert werden können. Die Neigung der Diamantschicht 222 zum Absplittern wird durch eine Verminderung der Dicke der Diamantschicht ebenfalls begrenzt. Wenn außerdem beabsichtigt ist, den Einsatz zur Bearbeitung weicher, aber abrasiver Materialien, wie gefüllter Kunststoffe, zu verwenden, ist eine Diamantschicht 222 so dick wie handhabbar bevorzugt. Die Bearbeitung steiferer und härterer Materialien, wie von Metallen, würde jedoch eine dünnere Schicht erfordern, um das Absplittern der Diamantschicht zu verhindern.
3 zeigt, daß das einmal mit der Diamantschicht 222 beschichtete, rechteckige Substrat 204 unter Verwendung eines Laserstrahls 302 in viele dreieckige Einsätze 310 unterteilt wird. Der Laserstrahl 302 ist vorzugsweise senkrecht zu der ersten Oberfläche 206 des Substrats 204 angeordnet, so daß die Wände der erhaltenen Einsätze senkrecht sind. Wo die gewünschte Form des Einsatzes vorher bekannt ist, kann das Substrat 204 mit Einkerbungen entlang der (nicht gezeigten) Schneidebenen des Laserstrahls 302 hergestellt sein, um die Herstellungszeit weiter zu verkürzen. Der Schneidlaser (nicht gezeigt) muß einen engen Strahl 302 und eine hohe Leistungsdichte aufweisen, so wie die von einem Nd-YAG Laser erzeugten, um eine Beschädigung der Diamantbeschichtung 222 zu vermeiden. Obwohl beschrieben ist, daß der Laserstrahl 302 senkrecht zur ersten Oberfläche 206 des Substrats 204 ausgerichtet ist, kann auch ein winkeliger Laserstrahl verwendet werden, wo eine positive Kratzfläche zu dem Werkzeug (d. h. einen Winkel von Flanke zu Kratzfläche von weniger als neunzig Grad) erwünscht ist. In ähnlicher Weise ist es klar, daß die Einsätze 310 in Abhängigkeit der beabsichtigten Anwendung des Einsatzes in irgendeine gewünschte Form geschnitten werden können.
Wie aus 4 ersichtlich ist können, nachdem die dreieckigen Einsätze 310 geschnitten und abgetrennt worden sind, die Seiten 318a, 318b, 318c und die Ecken 320a, 320b, 320c des Einsatzes 310 unter Verwendung eines Zurichtlasers oder anderer herkömmlicher Schleifer abgeschliffen werden, bis das gewünschte Finish erreicht ist. Durch geschickte Steuerung des anfänglichen Schnitts jedoch können der Schneid- und der Zurichtvorgang ein und derselbe sein. In bestimmten Fällen kann der Einsatz 310 entweder durch Löten oder durch Haftbindung an ein zweites Substrat (nicht gezeigt) gebunden werden, bevor er abgeschliffen und endbehandelt wird. Die durchgehende Bohrung 324 des Einsatzes 310 (falls gewünscht) kann dann mittels irgendeiner bekannten Bohrmethode, wie Laserbohren oder Diamantkernbohren bearbeitet und endbehandelt werden. Der fertige Einsatz kann dann in Verbindung mit einem Werkzeughalter und/oder einer Schneid-Drehbank eingesetzt werden.
Es ist klar, daß das erfindungsgemäße Verfahren verschiedene Vorteile gegenüber dem Stand der Technik bietet. Erstens, da das Substrat 204 nicht vorab geschnitten werden muß und ihm vor der Beschichtung mit Diamant eine spezifische Form gegeben wird, ist das Verfahren flexibel und ermöglicht die Herstellung von Einsatzabmessungen nach Kundenwunsch. Zweitens, die Verwendung eines Laserstrahls 302 zum Schneiden der Einsätze 310 erlaubt es den Einsätzen 310, extrem scharfe und genaue Schneidkanten 320a–c und Seiten 318a–c zu haben. Drittens, da das Verfahren keine kleinen Teile beinhaltet bis nachdem das diamantbeschichtete Substrat mit dem Laser geschnitten wird, ergeben sich in dem CVD Reaktor weniger Handhabungsschwierigkeiten. Viertens, der große Maßstab und die konsistenten Abmessungen der in dem CVD Reaktor verwendeten Substrate ermöglichen es, dem Reaktor bei höherem Wärmefluß während der Ablagerung betrieben zu werden, wodurch höhere Diamantablagerungswachstumsraten erzeugt werden.
Der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Einsatz 310 ist in 5 detaillierter gezeigt. Wie oben unter Bezugnahme auf die 2–4 vorgeschlagen wurde, enthält der Schneideinsatz 310 im allgemeinen ein Substrat 204, das aus einem Material hergestellt ist, das in Form eines gleichseitigen Dreiecks geschnitten ist. Der Einsatz 310 enthält erste und zweite, gegenüberliegende Oberflächen 206, 208, die durch die gleichen Seitenflächen des Dreiecks 311a, 311b, 311c definiert sind, welche wiederum eine definierte Höhe 312 und Länge 314 aufweisen. Die erste Oberfläche 206 und die Seitenflächen 311a, 311b, 311c definieren Kanten 318a, 318b, 318c, welche sich an den Ecken 320a, 320b, 320c treffen. Die erste Oberfläche 206 ist, wie gezeigt, mit einer üblicherweise 2–200 μm dicken Diamantschicht 222 bedeckt.
Der gezeigte Einsatz 310 weist auch eine durchgehende Bohrung 324 auf, die sich von der Mitte der zweiten Oberfläche 208 zu der Mitte der ersten Oberfläche 206 und durch die Diamantschicht 222 erstreckt. Die durchgehende Bohrung 324 enthält einen nahe der ersten Oberfläche 206 angeordneten Kopfbereich 326 und einen nahe der zweiten Oberfläche 208 angeordneten Nackenbereich 328. Der Kopfbereich 326 hat die Form eines umgekehrten Kegelstumpfs mit einem von dessen Basis 326a zu dessen Decke 326b zunehmenden Durchmesser. Der Durchmesser des Kopfbereichs 326 an dessen Basis 326a ist gleich dem Durchmesser des Nackenbereichs 328. Der Durchmesser des Kopfbereichs 326 nimmt von dessen Basis 326a an zu, bis er die erste Oberfläche 206 erreicht. Es ist somit für Fachleute klar, daß die durchgehende Bohrung 324 derart konfiguriert und dimensioniert ist, um den Kopf und den gewindelosen Körperanteil einer Befestigungsschraube aufzunehmen, die zur Befestigung des Einsatzes 310 an einem Werkzeughalter verwendet wird, wie in der 1 zum Stand der Technik gezeigt. Insbesondere ist der Kopfabschnitt 326 der durchgehenden Bohrung 324 derart geformt, daß er den Kopf einer Befestigungsschraube aufnehmen kann, während der Nackenbereich 328 derart geformt ist, daß er den gewindelosen Teil des Körpers einer Befestigungsschraube aufnehmen kann. Wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 diskutiert werden wird, können in dem Einsatz 310 zusätzliche durchgehende Bohrungen vorgesehen sein, falls dies gewünscht wird.
Bei einem typischen Schneidwerkzeugeinsatz ist jede Seite 311a–c des Substrats 204 etwa 12 mm lang, und die Dicke des Einsatzes beträgt 4 mm. Der Kopfbereich 326 der durchgehenden Bohrung 324 hat einen Durchmesser im Bereich von 4 bis 7 mm, und der Nackenbereich 328 hat 3 mm Durchmesser. Das für den Einsatz 310 verwendete Material ist vorzugsweise extrem dauerhaft und weist starke diamantanhaftende Eigenschaften auf. Geeignete Materialien für das Substrat 204 sind Siliciumcarbid (SiC), Siliciumnitrid (Si₃N₄), Wolframcarbid (WC), andere Übergangsmetallcarbide, -nitride und -boride, Zirkonium-Aluminiumoxid (Al₂O₃-ZrO₂) und Aluminiumoxid (Al₂O₃).
Der Einsatz 310 zeigt, wie oben beschrieben, eine viel längere Lebensdauer als herkömmliche Einsätze aufgrund der Tatsache, daß die Gesamtlänge der Einsatzkanten 318a, 318b, 318c ebenso verwendet werden kann wie die Ecken 320a, 320b, 320c, wie weiter in den 6 und 7 gezeigt.
Nunmehr Bezug nehmend auf 6 wird ein erstes Verfahren zum Schleifen des erfindungsgemäßen Einsatzes erläutert. Wenn die Ecken 320a, 320b, 320c des Einsatzes 310 abgenutzt sind, wird der Einsatz 310 in vier kleinere, identische Dreieckseinsätze 310a, 310b, 310c, 310d geschnitten. Dies wird erreicht, indem der Originaleinsatz 310 entlang der drei Linien 305a, 305b, 305c geschnitten wird, welche die Mitten jeder Kante 318a, 318b, 318c des Einsatzes 310 verbinden. Die vier neuen Einsätze 310a–d werden dann wie gewünscht bearbeitet und oberflächenbehandelt. Drei der Schneideinsätze 310b, 310c, 310d enthalten jeweils eine der abgenutzen Kanten 220a, 220b, 220c des Originaleinsatzes 310 und haben damit nur zwei verwendbare Ecken. Außerdem können diese Einsätze 310b, 310c, 310d weiter bearbeitet werden, um, falls benötigt, eine durchgehende Öffnung zum Befestigen an einem Schneidwerkzeug zur Verfügung zu stellen, sofern nicht die durchgehende Öffnung bereits vorhanden war, wie vorher erwähnt. Der vierte Schneideinsatz 310a jedoch weist drei verwendbare Ecken auf und enthält die durchgehende Öffnung 324 des Originaleinsatzes 310 in seiner Mitte. Es ist des weiteren klar, daß in Abhängigkeit von der Größe des Originaleinsatzes 310 und der gewünschten Verwendung der Schneideinsätze 310a–310d die äußeren Schneideinsätze 310b, 310c, 310d und der innere Schneideinsatz 310a in ähnlicher Weise zwecks Wiederverwendung nachgeschliffen werden können, wie durch Schleifen einer Kante 305b, um zwei unbenutze Ecken freizusetzten, wie durch die Linie 609 für den Schneideinsatz 310c gezeigt. Auf diese Weise werden die diamantbeschichteten Kanten 318a, 318b, 318c des Originaleinsatzes 310 in bestimmtem Maße verwendet, bevor der Einsatz 310 weggeworfen wird.
Ein zweites Verfahren zum Nachschleifen des Originaleinsatzes 310, sobald die Ecken 320a, 320b, 320c abgenutzt sind, ist in 7 erläutert. Nachdem die ursprünglich benutzten Kanten 320a, 320b, 320c abgenutzt sind, wird jede Seite 311a, 311b, 311c gleichmäßig abgeschliffen, so daß der erhaltene Schleifeinsatz 710 dem Originaleinsatz 310 ähnlich ist mit der Ausnahme, daß er drei unbenutzte, diamantbeschichtete Ecken 720a, 720b, 720c aufweist und kleiner ist. Der neue Einsatz 710 kann in ähnlicher Weise nachgeschliffen werden, wenn dessen Ecken 720a–720c abgenutzt sind. Dieser Vorgang kann so oft wiederholt werden, solange genügend Material des Originaleinsatzes 310 für die gewünschte Verwendung verbleibt. Es ist auch klar, daß anstelle des wiederholten Schleifens von allen drei Seiten, um immer kleinere Einsätze mit drei neuen Ecken zur Verfügung zu stellen, nur eine Seite geschliffen werden muß, um zwei neue Ecken zur Verfügung zu stellen, wie oben unter Bezugnahme auf die Linie 609 der 6 diskutiert und wie durch die gestrichelte Linie 709 von 7 vorgeschlagen.
Da die Diamantschicht 222 relativ dünn ist, besitzt der vorliegende Einsatz 310 eine Möglichkeit zum Nachschärfen, die andere diamantbeschichtete Werkzeuge nicht besitzen. Anders als herkömmliche diamantbeschichtete Werkzeuge, bei denen die Diamantbeschichtung sich weit über die Flankenfläche des Werkzeugs hinunter erstreckt und die wegen der dem Diamant inhärenten Härte nicht leicht nachgeschliffen werden können, kann der erfindungsgemäße Einsatz 310 leicht nachgeschliffen werden, ohne dessen Schneidgeometrie zu beeinflussen. Insbesondere kann das Substrat 204 oft gleichmäßig mit der dünnen Diamantschicht 222 abgenutzt werden, wann immer der Einsatz verwendet wird, um ein Werkstück zu schneiden, wodurch die Schärfe des Originalschneidabschnitts des Einsatzes 310 erhalten bleibt. In den häufigen Fällen, in denen das Substrat 204 schneller abgenutzt wird als die dünne Diamantschicht 222, bleibt eine scharfe Kante auf der Spitze des Werkzeugs erhalten, und weiteres Schärfen ist nicht erforderlich.
Es wurden hier diamantbeschichtete Einsätze für Schneidwerkzeuge beschrieben und erläutert sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben. Während bestimmte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, ist es nicht beabsichtigt, daß die Erfindung auf diese beschränkt ist, da beabsichtigt ist, daß die Erfindung vom Umfang her so breit ist, wie dies der Stand der Technik zuläßt, und daß die Beschreibung in gleicher Weise gelesen wird. Somit können, während ein dreieckiger, diamantbeschichteter Einsatz beschrieben wird, der aus einem diamantbeschichteten Substrat hergestellt wird, auch andere geometrische Formen hergestellt werden, wie ein Rhombus, ein Rechteck oder ein anderes Polygon. In ähnlicher Weise ist es klar, daß während ein rechteckiges Substrat als Ausgangselement der Verfahrenserfindung gezeigt wird, jedes geformte Substrat verwendet werden kann. Des weiteren können auch, während bestimmte Schneid- und Endbearbeitungstechniken unter Hinweis auf das Verfahren beschrieben wurden, andere Schneid- und Endbearbeitungstechniken verwendet werden. Während beispielsweise Laserschneid- und -endbearbeitungstechniken vorgeschlagen werden, können auch diamantbeschichtete Bohrer und Schleifer verwendet werden. Außerdem können, während bestimmte Schleiftechniken zum Nachschleifen von Schneideinsätzen mit abgenutzten Schneidkanten und Seiten beschrieben und erläutert wurden, auch andere Schleiftechniken verwendet werden. Während beispielsweise mehrere Schleiftechniken zum Schneiden oder Polieren eines benutzten Schneideinsatzes in dreieckige Form beschrieben wurden, können auch Schleiftechniken zum Schneiden oder Polieren eines benutzen Schneideinsatzes in rechteckige oder andere polygonale Formen benutzt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines diamantbeschichteten Einsatzes (310) für Schneidwerkzeuge, umfassend: a) Beziehen eines Substratmaterials (204) für einen Einsatz für Schneidwerkzeuge, das für eine Diamantbeschichtung geeignet ist, b) Erzeugen einer ersten Oberfläche mit Rillen entlang einer Vielzahl von Schnittebenen, bevor die erste Oberfläche (206) mit einer Schicht aus Diamant (222) beschichtet wird, wobei das Schneiden in den Schnittebenen entlang der Rillen bewerkstelligt wird, c) Beschichten der ersten Oberfläche (206) des Substrats (204) mit einer Schicht aus Diamant (222), wodurch ein diamantbeschichtetes Substrat erzeugt wird, und d) Schneiden des diamantbeschichteten Substrats in eine Vielzahl von Einsätzen für Schneidwerkzeuge, die diamantbeschichtete Oberflächen (206) aufweisen, wobei zumindest eines dieser Teile oder einer dieser Einsätze (310) für Schneidwerkzeuge diamantbeschichtete Oberflächen aufweist, die zumindest zwei Flankenflächen aufweisen, die nicht über die diamantbeschichtete Oberfläche (206) hinausgehend beschichtet sind, und eine Kratzfläche (206) aufweist, an der die Abscheidungsoberfläche der Diamantbeschichtung freiliegt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, des Weiteren umfassend: e) Bearbeiten der Vielzahl der Teile bis zu einer gewünschten Oberflächengüte.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei: das Bearbeiten mittels eines Ablationslasers erreicht wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, des Weiteren umfassend: Bohren einer durchgehenden Bohrung (324) in zumindest einem der Vielzahl der Teile.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei das Bohren mittels eines Laserbohrers erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: das Substrat (204) ein Material ist, ausgesucht aus der Gruppe bestehend aus Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Wolframcarbid, Zirkonium-Aluminiumoxid und Aluminiumoxid.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: die Diamantschicht (222) zwischen zwei und zweihundert Mikrometer dick ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei: das Schneiden mit einem Schneidlaser erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei: das Beschichten mit einer chemischen Aufdampftechnik (CVD) erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei: die Diamantschicht (222) zwischen zwei und zweihundert Mikrometer dick ist, die Beschichtung mit einer chemischen Aufdampftechnik (CVD) und das Schneiden mit einem Schneidlaser erreicht wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei: die Teile polygonale Form aufweisen und diamantbeschichtete Schneideinsätze (310) aufweisen.