DE69919673T2

DE69919673T2 - Zahnradfräsverfahren und- vorrichtung, und messerkopf für spiralkegelräder

Info

Publication number: DE69919673T2
Application number: DE69919673T
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Kurita-gun ISHIMARU; Youzou Kurita-gun NAKAMURA; Akihide Kurita-gun KAKUTANI; Tsuneo Kurita-gun Egawa
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-04-01
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2019-03-30
Also published as: KR20010013045A; WO1999050016A1; US6416262B1; DE69919673D1; ES2228020T3; TW464573B; EP1018387B1; KR100348927B1; EP1018387A1; BR9906311A; EP1018387A4

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Zahnradschneideverfahren und eine Zahnradschneidevorrichtung zur Herstellung eines Kegelrades unter Verwendung einer Spiralkegelrad-Fräsers, an dem ein Schneidenmaterial aus Hochgeschwindigkeits-Werkzeugstahl angebracht ist. Siehe beispielsweise US 5 662 514 .
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Wenn ein Kegelrad, wie etwa ein Spiralkegelrad oder ein Hypoidrad, unter Verwendung eines Spiralkegelrad-Fräsers hergestellt wird, wird eine Spiralradfräse verwendet. Ein Überblick einer Spiralkegelradfräse wird unter Bezugnahme auf 21 beschrieben. 21 zeigt einen vereinfachten Aufbau einer Spiralkegelradfräse.
Bei einer Spiralkegelradfräse 1 ist ein ringförmiger Fräser 2 als Spiralkegelradfräser auf einer Hauptwelle 4 eines Fräskopfes 3 befestigt und ein Werkstück 5 an einer Werkstückwelle 6 befestigt. Die Drehmittelachsen der Hauptwelle 4 und der Werkstückwelle 6 sind derart angeordnet, dass sie sich kreuzen, wenn sie auf einer Ebene betrachtet werden. Der Fräskopf 3 kann um die mechanische Mittelachse kreisen, und die Hauptwelle 4 ist drehbar am Fräskopf 3 angebracht. Die Werkstückwelle 6 dreht sich in Zusammenwirkung mit der Drehung der Hauptwelle 4 und der Kreisbewegung des Fräskopfes 3. In 21 kennzeichnet Bezugszeichen 7 eine Düse, die ein Schneidöl 8 zuführt.
Der ringförmige Fräser 2, der in 22 dargestellt ist, enthält mehrere Schneidmaterialien 10, die aus einem Schnellstahl bestehen und ringförmig am Außenumfang eines scheibenförmigen Hauptkörpers 9 angebracht sind.
Wenn am Werkstück 5 Zähne unter Verwendung der Spiralkegelrad-Fräse 1 ausgebildet werden, ist das Werkstück 5 an der Werkstückwelle 6 und der ringförmige Fräser 2 an der Hauptwelle 4 angebracht. Der Fräskopf 3 führt seine Kreisbewegung aus, wobei die Hauptwelle 4 gedreht wird, um den ringförmigen Fräser 2 kreisen zu lassen und zu drehen, und die Werkstückwelle 6 gedreht wird, um das Werkstück 5 zu drehen. Der ringförmige Fräser 2 kreist um das mechanische Zentrum, während er sich zusammen mit einem virtu ellen Zahnkranz derart dreht, dass eine Zahnfläche des virtuellen Zahnkranzes durch eine Schneidkante des ringförmigen Fräsers 2 beschrieben wird. Das Werkstück 5 wird gedreht, um in die Zahnfläche einzugreifen, so dass die Zahnfläche auf dem Werkstück 5 ausgebildet wird. Während des Zahnradfräsvorgangs wird das Schneidöl 8 von der Düse 7 dem Fräsbereich zugeführt, um den Fräsbereich zu schmieren und zu kühlen.
Um die Kosten der spanabhebenden Bearbeitung bei der Ausbildung der Zähne durch den ringförmigen Fräser 2 zu verringern, ist es notwendig, den ringförmigen Fräser 2 mit einer höheren Drehzahl zu drehen, so dass die spanabhebende Bearbeitung in kürzerer Zeit ausgeführt werden kann. Bei der vorliegenden Situation ist jedoch die Umlaufgeschwindigkeit (Schnittgeschwindigkeit) des ringförmigen Fräsers 2 bedingt durch den Verschleiß des Fräsers beschränkt, wodurch es Grenzen bei der Zeitverkürzung der spanabhebenden Bearbeitung gibt. Dies stellt derzeit ein Hindernis bei der Kostenverringerung der spanabhebenden Bearbeitung dar.
In jüngster Zeit wurde eine Hochgeschwindigkeits-Spanabhebungstechnik unter Verwendung eines ringförmigen Fräsers 2 entwickelt, der mit einem Schneidenmaterial 10 aus Hartmetall versehen ist, wodurch die Ausbildung von Zähnen durch die Spiralkegelrad-Fräse 1 effizienter geworden ist. Bei der Verwendung des ringförmigen Fräsers 2, der mit dem Schneidenmaterial aus Hartmetall versehen ist, entsteht ein Wärmeriss, wenn Schneidöl zugeführt wird, da das Hartmetall spröde ist. Aus diesem Grund wird bei der Verwendung des ringförmigen Fräsers 2, der mit dem Schneidenmaterial 10 aus Hartmetall versehen ist, hauptsächlich ein Trockenfräsverfahren angewandt, bei dem die spanabhebende Bearbeitung ohne die Zufuhr von Schneidöl erfolgt. Da Hartmetall weitaus wärmefester und verschleißbeständiger ist als der Schnellstahl, tritt selbst dann kein Problem auf, wenn das Trockenfräsen ausgeführt wird.
Wie es oben erwähnt wurde, wird die Effizienz bei der spanabhebenden Bearbeitung verbessert, wenn der ringförmige Fräser 2 verwendet wird, der mit dem Schneidenmaterial 10 aus Hartmetall versehen ist, wodurch die Möglichkeit besteht, die Kosten der spanabhebenden Bearbeitung durch die Effizienz der spanabhebenden Bearbeitung zu senken. Das Schneidenmaterial 10 aus Hartmetall ist jedoch derart teuer, dass die Gesamtkosten extrem ansteigen, wenn die Effizient der spanabhebenden Bearbeitung ver bessert wird. Da Hartmetall darüber hinaus sehr spröde ist, besteht die Gefahr, dass ein plötzlicher Bruch auftritt. Aus diesem Grund ist das Schneidenmaterial 10 aus Hartmetall derzeit nicht weit verbreitet in Verwendung.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände gemacht, wobei ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin besteht, ein Zahnradfräsverfahren und eine Zahnradfräsvorrichtung anzugeben, mit denen es möglicht ist, die Fräsgeschwindigkeit beträchtlich zu erhöhen, ohne dass ein Schneidenmaterial aus Hartmetall für den Spiralkegelradfräser verwendet wird.
ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung, die die oben genannten Ziele erreicht, wird ein Zahnradfräsverfahren für die Herstellung eines Kegelrades gemäß Anspruch 1 angegeben. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen 2 bis 5 enthalten.
Gemäß dem vorliegenden Zahnradfräsverfahren können die Zähne eines Kegelrades mit einer deutlich verbesserten Schnittgeschwindigkeit ausgebildet werden, ohne dass ein teures Schneidenmaterial, wie etwa ein Werkzeug, verwendet wird, das aus Hartmetall besteht.
Das Zahnradfräsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, das die oben genannten Ziel erreicht, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne eines Kegelrades unter Verwendung eines Spiralkegelradfräsers geschnitten werden, dessen Schneidenmaterial aus Schnellstahl besteht, das an einem Fräserhauptkörper angebracht ist, wobei das Schneidenmaterial wenigstens mit einer Filmschicht einer Zusammensetzung beschichtet ist, die im wesentlichen enthält: (Ti_(1-x)Al_x)(N_yC_(1-y)), wobei
0,2 ≤ x ≤ 0,85,
0,2 ≤ x ≤ 1,0,
die Schnittgeschwindigkeit in einem Bereich von 20 bis 400 m/min liegt und die Zähne durch Trockenfräsen ohne Verwendung eines Schneidöls ausgebildet werden, die Zähne ausgebildet werden, während Luft aus einer ersten Luftdüse gegen den Fräsbereich in einer Richtung entlang der Drehrichtung des Spiralkegelradfräsers geblasen wird, um Schneidspäne wegzublasen, und aus einer zweiten Luftdüse vom Außenrand zur Mitte des Spiralkegelradfräsers, um Schneidspäne aus einem Zwischenraum zwischen den Schneidmaterialien zu blasen, und Kühlluft gegen das Arbeitsstück durch eine dritte Luftdüse geblasen wird, Dadurch können sich keine Schneidspäne im Werkstück festfressen.
Eine Zahnradfräsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die die oben erwähnten Ziele für die Herstellung eines Kegelrades erreicht, wird gemäß Anspruch 6 angegeben. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen 7 bis 10 enthalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, die die oben beschriebenen Ziele erreicht, wird eine Zahnradfräsvorrichtung zum Herstellen eines Kegelrades angegeben, dadurch gekennzeichnet, dass eine Werkzeughauptwelle eines Fräskopfes, der einen Spiralkegelradfräser hält, und eine Werkstückwelle, die ein Werkstück trägt, derart angeordnet sind, dass sich die Drehmittelachsen derselben schneiden, der Fräskopf derart gelagert ist, dass er um ein mechanisches Zentrum kreisen kann, und der Spiralkegelradfräser sowie das Werkstück ineinandergreifen, indem die Werkstückwelle in Zusammenwirkung mit der Drehung der Werkzeughauptwelle und Kreisbewegung des Fräskopfes gedreht wird, wobei am Spiralkegelradfräser ein Schneidmaterial angebracht ist, das mit wenigstens einer Filmschicht einer Zusammensetzung beschichtet ist, die im wesentlichen enthält: (Ti_(1-x)Al_x)(N_yC_(1-y)), wobei
0,2 ≤ x ≤ 0,85,
0,2 ≤ x ≤ 1,0,
die Schnittgeschwindigkeit in einem Bereich von 20 bis 400 m/min liegt und die Zähne durch Trockenfräsen ohne Verwendung eines Schneidöls ausgebildet werden, weiterhin eine ersten Luftdüse vorgesehen ist, die gegen den Fräsbereich in einer Richtung entlang der Drehrichtung des Spiralkegelradfräsers Luft bläst, um Schneidspäne wegzublasen, und eine zweiten Luftdüse vorhanden ist, die Luft ausbläst, um Schneidspäne aus einem Zwischenraum zwischen den Schneidmaterialien zu blasen, und eine dritte Luftdüse angebracht ist, die Kühlluft auf das Werkstück bläst.
Dadurch können sich keine Schneidspäne im Werkstück festfressen.
Im allgemeinen sind Fräswerkzeuge, die mit (Ti, Al) (N, C) beschichtet sind, beispielsweise aus DE 19517120 bekannt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Konstruktionsdarstellung einer Zahnradfräsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Aufsicht eines ringförmigen Fräsers für die Ausführung des Zahnradfräsverfahrens der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie II-II von 2;
4 ist ein Graph, der den Zustand des Flankenverschleißes darstellt; 4 ist eine Frontansicht eines Wälzfräsers;
5 ist ein Graph, der den Zustand des Kolkverschleißes darstellt:
6 ist ein Graph, der den Zustand des Flankenverschleißes zeigt;
7 ist ein Graph, der den Zustand des Kolkverschleißes zeigt;
8 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der Filmdicke und dem Flankenverschleiß darstellt;
9 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Achsvorschub und der Schnittgeschwindigkeit zeigt;
10 ist ein Graph der Beziehung zwischen dem Werkstückmaterial und der Schnittgeschwindigkeit;
11 ist ein Graph der Beziehung zwischen dem Schneidenmaterial und der Schnittgeschwindigkeit;
12 ist ein Graph der Beziehung zwischen der Hauptkörpergröße und der Schnittgeschwindigkeit;
13 ist ein Graph der Beziehung zwischen der Punktbreite und der Schnittgeschwindigkeit;
14 ist ein Graph, der den Vergleich mit dem Stand der Technik zeigt;
15 ist ein Graph, der den Vergleich mit dem Stand der Technik zeigt;
16 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Flankenverschleiß und der Schnittgeschwindigkeit bei einer Beschichtung mit (Ti_zAl_xM_(1-z-x))_(1-w)(N_yC_(1-y))_w darstellt;
17 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Flankenverschleiß und der Schnittgeschwindigkeit bei einer Beschichtung mit (Ti_zAl_xM_(1-z-x))_(1-w)(N_yC_(1-y))_w darstellt;
18 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Flankenverschleiß und der Schnittgeschwindigkeit bei einer Beschichtung mit (Ti_zAl_xM_(1-z-x))_(1-w)(N_yC_(1-y))_w darstellt;
19 ist das äußere Erscheinungsbild eines ringförmigen Fräsers gemäß einer weiteren Ausführungsform;
20 ist eine schematische Schnittdarstellung eines ringförmigen Fräsers;
21 ist eine Darstellung, die den gesamten Aufbau einer herkömmlichen Spiralkegelradfräse zeigt;
22 ist das äußere Erscheinungsbild eines ringförmigen Fräsers.
BESTE ARTEN ZUR PRAKTISCHEN UMSETZUNG DER ERFINDUNG
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Materialtypen, Formen, Relativpositionen und dergleichen von Komponenten, die in den Ausführungsformen angeordnet sind, dienen lediglich der Darstellung, wobei mit ihnen keine Einschränkung der Erfindung beabsichtigt ist, solange es nicht anders vermerkt ist und der Geltungsbereich der Erfindung durch die anhängenden Ansprüche definiert ist.
Der Aufbau einer Spiralkegelradfräse als Zahnradfräsvorrichtung für die Ausführung des Zahnradfräsverfahrens der vorliegenden Erfindung sowie der Aufbau eines ringförmigen Fräsers als Spiralkegelradfräser werden unter Bezugnahme auf 1 bis 3 beschrieben. 1 zeigt schematisch die Spiralkegelradfräse, 2 ist eine Aufsicht eines ringförmigen Fräsers und 3 eine Schnittdarstellung entlang der Linie II-II in 2 Wie in 1 gezeigt, ist bei einer Spiralkegelradfräse 31 ein ringförmiger Fräser 21 als Spiralkegelradfräser an einer Hauptwelle 34 eines Fräskopfes 33 und ein Werkstück 35 an einer Werkstückwelle 36 angebracht. Die Drehachsen der Hauptwelle 34 und der Werkstückwelle 36 sind derart angeordnet, dass sie sich schneiden, wenn sie in einer Ebene betrachtet werden. Der Fräskopf 33 kann um ein mechanisches Zentrum kreisen, und die Hauptwelle 34 ist drehbar am Fräskopf 33 gelagert. Die Werkstückwelle 36 dreht sich in Zusammenwirkung mit der Drehung der Hauptwelle 34 und der Kreisbewegung des Fräskopfes 33. Da das Zahnradfräsverfahren der vorliegenden Erfindung die Zähne durch Trockenfräsen herstellt, sind keine Düsen für das Zuleiten von Schneidöl vorgesehen.
Auf der Fräskopfseite 33 ist eine erste Luftdüse 51 als Luftzuführeinrichtung angebracht, die Luft auf den Fräsbereich des ringförmigen Fräsers 21 bläst, und auf der Fräskopfseite 33 befindet sich eine zweite Luftdüse 52, die Luft auf den ringförmigen Fräser bläst. Weiterhin befindet sich auf der Werkstückseite 55 eine dritte Luftdüse 53, die Luft auf einen anderen Bereich als den Fräsbereich des Werkstückes bläst.
Wenn am Werkstück 35 Zähne unter Verwendung der Spiralkegelradfräse 31 ausgebildet werden, ist das Werkstück 35 an der Werkstückwelle 36 befestigt und der ringförmige Fräser 21 an der Hauptwelle 34. Der Fräskopf 33 führt eine Kreisbewegung aus, die Hauptwelle 34 dreht sich, um den ringförmigen Fräser 21 kreisen zu lassen und zu drehen, und die Werkstückwelle 36 dreht sich, um das Werkstück 35 zu drehen. Während sich der ringförmige Fräser 21 dreht, kreist er um das mechanische Zentrum zusammen mit dem virtuellen Zahnkranz, so dass die Zahnfläche des virtuellen Zahnkranzes durch eine Fräserschneide des ringförmigen Fräsers 2 beschrieben wird. Das Werkstück 35 wird gedreht, um mit der Zahnfläche in Eingriff zu gelangen, so dass die Zahnfläche am Werkstück 35 erzeugt wird.
Das Werkstück 35, an dem durch den ringförmigen Fräser 21 unter Verwendung der Spiralkegelradfräse 31 Zähne ausgebildet wurden, kann beispielsweise als Kraftfahrzeug-Untersetzungszahnrad verwendet werden.
Wie es in 2 und 3 dargestellt ist, ist der ringförmige Fräser 21 als Spiralkegelradfräser mit mehreren Schneidenmaterialien 23 versehen, die ringförmig am Außenumfang des scheibenförmigen Hauptkörpers 22 angeordnet sind. Das Schneidenmaterial 23 hat eine Außenschneide 24 und eine Innenschneide 25 mit einer Punktbreite P von 0,06 Zoll zwischen der Außenschneide 24 und der Innenschneide 25, einen Druckwinkel S von 10 bis 20 Grad und weist nach rechts.
Wenn Zähne am Werkstück unter Verwendung der Spiralkegelradfräse 31 ausgebildet werden, kreist der ringförmige Fräser 21, an dem die Schneidenmaterialien befestigt sind, während er sich dreht, um das mechanische Zentrum zusammen mit dem virtuellen Zahnkranz, so dass die Zahnfläche des virtuellen Zahnkranzes durch die Fräserschneide des ringförmigen Fräsers 21 beschrieben wird, wobei das Werkstück derart gedreht wird, dass es mit der Zahnfläche so in Eingriff gelangt, dass die Zahnoberfläche am Werkstück ausgebildet wird, womit der Zahnradfräsvorgang des Spiralkegelrades ausgeführt wird. Ein Hypoidrad wird in ähnlicher Weise spanabhebend bearbeitet, um die Zahnfläche auszubilden. Während des Zahnradfräsvorgangs wird der Fräsvorgang ohne die Zufuhr eines Schneidöls ausgeführt (Trockenfräsen). Da beim Trockenfräsen kein Schneidöl verwendet wird, gibt es weder Verschmutzungen auf dem Boden, noch eine Geruchsentwicklung, wobei eine Entsorgung von gebrauchtem Öl überflüssig wird. Daher eignet sich das Trockenfräsen für die Verbesserung der Arbeitsumgebung, wie auch der globalen Umwelt. Was das Trockenfräsen von Zahnrädern im allgemeinen angeht, sie auch F. Klocke et al., "Dry Hobbing – Efficient and Ecological" VDI Berichte Nr. 1230, Seite 509-523, ISSN 0083-5560.
Beim Trockenfräsen wird das Fräsen des Zahnrades ausgeführt, während Luft aus der ersten Luftdüse 51 und der zweiten Luftdüse 52 ausgeblasen wird. Aus der ersten Luftdüse 51 wird Luft gegen den Fräsbereich des Werkstücks geblasen, wodurch die Frässpäne, die in Zusammenhang mit Fräsen erzeugt werden, vom Fräsbereich abgeblasen werden. Aus der zweiten Luftdüse 52 wird Luft zum Zentrum von der Außenumfangsrichtung des ringförmigen Fräsers 21 gegen einen Spalt der Schneidenmaterialien 23 geblasen, um Frässpäne aus dem Zwischenraum der Schneidenmaterialien 23 zu blasen. Durch Ausführung der spanabhebenden Bearbeitung eines Spiralkegelrades, während Luft aus der ersten Luftdüse 51 und der zweiten Luftdüse 52 ausgeblasen wird, kann die Herstellung der Zähne bei hoher Effizienz und geringen Kosten ohne die Erzeugung von Schneidspänen erreicht werden, die sich festfressen. Weiterhin ist es ebenfalls möglich, eine geringe Menge von Schneidöl der Luft beizumengen, die aus der ersten Luftdüse 51 ausgeblasen wird, so dass es als Nebel ausgeblasen wird.
Weiterhin wird das Zahnradfräsen ausgeführt, während Luft von der dritten Luftdüse 53 ausgeblasen wird. Aus der dritten Luftdüse 53 wird Luft auf einen anderen Bereich als den Fräsbereich des Werkstücks 35 geblasen, um das Werkstück zu kühlen.
Als Schneidenmaterial 23 wird ein Material verwendet, das aus Schnellstahl besteht und mit einem Nitrid aus TiAl (TiAlN) oder einem Karbonitrid aus TiAl beschichtet ist. Das Nitrid aus TiAl oder das Karbonitrid aus TiAl, mit dem das Schneidenmaterial 23 be schichtet ist, wird in einer Einzelschicht und wenigstens einer Schicht einer mehrlagigen Beschichtung verwendet. Da das Schneidenmaterial 23 aus einem Schnellstahl besteht, kann eine Kosteneinsparung mit geringem Aufwand erreicht werden.
Durch Beschichten des Schneidenmaterials 23 mit Nitrid aus TiAl oder Karbonitrid aus TiAl, nimmt die Temperatur von Al im Beschichtungsfilm durch die Schnittwärme zu und wird infolge dessen durch die Luft oxidiert, um einen Oxidfilm hoher Abnutzungsfestigkeit auf der Oberfläche des Beschichtungsfilms auszubilden, wodurch das Schneidenmaterial 23 verschleißfest wird. Zudem hat dieser Oxidfilm die Wirkung, die Oxidation im Inneren des Films zu unterdrücken, wodurch die Haftungsfestigkeit des Beschichtungsfilms auf einem hohen Niveau gehalten wird.
In der Zusammensetzung, die im wesentlichen (Ti_(1-x)Al_x)(N_yC_(1-y)) (wobei 0,1 ≤ x ≤ 0,9, 0,25 ≤ y ≤ 1,0) enthält, liegt das Verhältnis von (Ti_(1-x)Al_x) zu (N_yC_(1-y)) zwischen (Ti_(1-x)Al_x):(N_yC_(1-y)) = 1,1 : 0,9 und (Ti_(1-x)Al_x):(N_yC_(1-y)) = 0,9 : 1,1. Das heißt, bei (Ti_zAl_xM_(1-z-x))_(1-w)(N_yC_(1-y))_w, ist w 0,45 ≤ w ≤ 0,55.
Normalerweise ist das Verhältnis von (Ti_(1-x)Al_x):(N_yC_(1-y)) auf 1:1 eingestellt, wobei es jedoch slbest dann kein Problem gibt, wenn N und C in größeren Mengen zu Ti und Al, die Metallelemente sind, hinzugefügt wird, um einen Festlösungs-Verstärkungseffekt zu erzielen.
Ein Zahnrad-Fräsverfahren, bei dem der oben erwähnte ringförmige Fräser 21 zur Verwendung gelangt, wird im folgenden beschrieben. Unter Verwendung eines Schneidenmaterials 23, das aus einem Schnellstahl (SKH55) besteht, der mit einer Schicht aus einem 1,7 μ dicken Film einer Zusammensetzung mit (Ti_(1-x)Al_x) N beschichtet ist, als Schneidenmaterial 23 des ringförmigen Fräsers 21 wird der Fräsvorgang ohne Zufuhr eines Schneidöls (Trockenfräsen) ausgeführt.
4 zeigt die Beziehung zwischen dem Wert x des Materials, das die Zusammensetzung (Ti_(1-x)Al_x) N hat, und dem Flankenverschleiß, während 5 den Wert x des Materials, das die Zusammensetzung (Ti_(1-x)Al_x) N hat, gegenüber dem Kolkverschleiß darstellt. Das Schneidenmaterial in 4 und 5 ist ein Schnellstahl, der mit einer Schicht eines Materials der Zusammensetzung (Ti_(1-x)Al_x) N beschichtet ist, wobei die Punktbreite P 0,06 Zoll beträgt, der Druckwinkel S 10 bis 20 Grad ist und nach rechts weist. Weiterhin hat der Hauptkörper 22 eine Größe von 6 Zoll, besteht das Werkstück aus einem Material SCM435, ist die Zahl der spanabhebend zu bearbeitenden Werkstücke 300 und wird die Schnittgeschwindigkeit mit 20 m/min, 40 m/min, 120 m/min, 200 m/min und 400 m/min variiert.
Wie in 4 und 5 dargestellt, liegt das Schneidenmaterial 23, das mit einem Film einer Zusammensetzung von (Ti_(1-x)Al_x) N beschichtet ist und einen x-Wert im Bereich von 0,2 ≤ y ≤ 0,85 hat, unter einer praktischen Grenze (0,2 mm) Hinsichtlich des Flankenverschleißes und des Kolkverschleißes bei Schnittgeschwindigkeiten von 20 m/min, 40 m/min, 120 m/min, 200 m/min und 400 m/min und ist somit in der Praxis einsetzbar.
Wenn, wie oben beschrieben, ein Kegelrad durch Trockenfräsen unter Verwendung des ringförmigen Fräsers 21 ausgebildet wird, der mit dem Schneidenmaterial 23 aus Schnellstahl ausgestattet ist, das mit einem Film einer Zusammensetzung von (Ti_(1-x)Al_x) N beschichtet ist und einen x-Wert im Bereich von 0,2 ≤ x ≤ 0,85 bei einer Schnittgeschwindigkeit 400 m/min oder weniger aufweist, kann die Ausbildung der Zähne mit hoher Effizienz bei geringen Kosten erfolgen. Dies ist weiterhin zu bevorzugen, wenn die Schnittgeschwindigkeit 40 bis 120 m/min beträgt.
Alternativ wird, wenn ein Schneidenmaterial 23, das aus einem Schnellstahl (SKH55) besteht, der mit einer Schicht eines 1,7 μm dicken Films einer Zusammensetzung mit (Ti_0,5Al_0,5)(N_yC_(1-y)) beschichtet ist, als Schneidenmaterial 23 des ringförmigen Fräsers 21 verwendet wird, der Fräsvorgang ohne die Zufuhr eines Schneidöls ausgeführt (Trockenfräsen).
6 zeigt den Wert y des Materials mit der Zusammensetzung (Ti_0,5Al_0,5)(N_yC_(1-y)) gegenüber dem Flankenverschleiß und 7 den Wert y des Materials mit der Zusammensetzung (Ti_0,5Al_0,5)(N_yC_(1-y)) gegenüber dem Kolkverschleiß. Des Schneidenmaterial 23 in 6 und 7 ist ein Schnellstahl, der mit einer Schicht eines Films mit der Zusammensetzung (Ti_0,5Al_0,5)(N_yC_(1-y)) beschichtet ist, wobei die Punktbreite P 0,06 Zoll beträgt, ein Druckwinkel zwischen 10 und 20 Grad liegt und der nach rechts weist, wobei das Werkstück ein Material aus SCM435 ist, die Zahl der spanabhebend zu bearbeitenden Werkstücke 300 beträgt und die Schnittgeschwindigkeit mit 20 m/min, 40 m/min, 120 m/min, 200 m/min und 400 m/min variiert wird.
Wie in 6 und 7 dargestellt, liegt das Schneidenmaterial 23, das mit einem Film einer Zusammensetzung von (Ti_0,5Al_0,5)(N_yC_(1-y)) beschichtet ist und einen y-Wert im Bereich von 0,2 ≤ y ≤ 1,0 hat, unter einer praktischen Grenze (0,2 mm) Hinsichtlich des Flankenverschleißes und des Kolkverschleißes bei Schnittgeschwindigkeiten von 20 m/min, 40 m/min, 120 m/min, 200 m/min und 400 m/min und ist somit in der Praxis einsetzbar.
Wenn, wie oben beschrieben, ein Kegelrad durch Trockenfräsen unter Verwendung des ringförmigen Fräsers 21 ausgebildet wird, der mit dem Schneidenmaterial 23 aus Schnellstahl ausgestattet ist, das mit einem Film einer Zusammensetzung von (Ti_0,5Al_0,5) (N_yC_(1-y)) beschichtet ist und einen y-Wert im Bereich von 0,2 ≤ y ≤ 1,0 bei einer Schnittgeschwindigkeit 400 m/min oder weniger aufweist, kann die Ausbildung der Zähne mit hoher Effizienz bei geringen Kosten erfolgen. Dies ist weiterhin zu bevorzugen, wenn die Schnittgeschwindigkeit 40 bis 120 m/min beträgt.
Alternativ wird, wenn ein Schneidenmaterial 23, das aus einem Schnellstahl (SKH55) besteht, der mit einem Film einer Dicke beschichtet ist, die im Bereich von 0,5 ≤ d ≤ 1,7 μm variiert und eine Zusammensetzung (Ti_0,5Al_0,5) N hat, als Schneidenmaterial 23 des ringförmigen Fräsers 21 verwendet wird, der Fräsvorgang ohne die Zufuhr eines Schneidöls ausgeführt (Trockenfräsen). Eine Filmdicke ist d, wenn eine einzige Schicht (Ti_0,5Al_0,5) N verwendet wird, oder eine Gesamtdicke, wenn 0,05 μm dickes TiN in Gestalt eines mehrschichtigen Films dazwischen eingefügt ist. Weiterhin hat das Schneidenmaterial 23 eine Punktbreite P von 0,06 Zoll, beträgt der Druckwinkel S 10 bis 20 Grad und weist nach rechts. Zudem hat der Hauptkörper 22 des ringförmigen Fräsers 21 eine Größe von 6 Zoll, besteht das Werkstück aus SCM435 und ist die Zahl der spanabhebend zu bearbeitenden Werkstücke 300.
8 ist ein Graph zur Ermittlung einer geeigneten Dicke der Beschichtung aus (Ti_0,5Al_0,5) N, wobei die Abszisse die Gesamtfilmdicke darstellt. Wenn in derselben Zeichnung die (Ti_0,5Al_0,5) N-Beschichtung eine einzige Schicht ist, ist deren Dicke dargestellt, während im Fall einer mehrlagigen Beschichtung die Gesamtdicke sämtlicher Filmdicken gezeigt ist. Die Ordinate stellt das Verhältnis des Flankenverschleißes unter der Voraussetzung dar, dass der Flankenverschleiß des Schneidenmaterials 23, das aus einer einzigen 1,7 μm dicken Schicht (Ti_0,5Al_0,5) N besteht, 1 ist.
Für den Fall einer einlagigen Beschichtung aus (Ti_0,5Al_0,5) N nimmt das Flankenverschleißverhältnis zu, wenn die Filmdicke kleiner als 1 μm ist und im Bereich liegt, in dem die Filmdicke größer als 16 μm ist. Für den Fall einer mehrlagigen Beschichtung aus (Ti_0,5Al_0,5) N nimmt der Verschleiß im Vergleich zu einer einlagigen Beschichtung ab. Somit ist es zu bevorzugen, dass die Filmdicke im Bereich von 1 μm bis 16 μm liegt, wobei es freisteht, ob die Beschichtung einlagig oder mehrlagig ist.
Alternativ wird, wenn ein Schneidenmaterial 23, das aus einem Schnellstahl (SKH55) besteht, der mit einer Schicht eines Films einer Zusammensetzung (Ti_0,5Al_0,5) N beschichtet ist, als Schneidenmaterial 23 des ringförmigen Fräsers 21 verwendet wird, der Fräsvorgang ausgeführt, während der axiale Vorschub variiert wird, ohne dass ein Schneidöl zugeführt wird (Trockenfräsen). Das Schneidenmaterial 23 hat eine Punktbreite P von 0,06 Zoll, einen Druckwinkel S von 10 bis 20 Grad und weist nach rechts. Weiterhin hat der Hauptkörper 22 des ringförmigen Fräsers 21 eine Größe von 6 Zoll, besteht das Werkstück aus SCM435 und beträgt die Zahl der spanabhebend zu bearbeitenden Werkstücke 300.
9 zeigt die Schnittgeschwindigkeiten gegenüber dem Achsvorschub, die in einen praktikablen Bereich des Flankenverschleißes und des Kolkverschleißes fallen. Wie in der Zeichnung gezeigt, ist, wenn der Achsvorschub 0,58 mm/bl beträgt, der Verschleiß in einem praktikablen Bereich bis zu einer Schnittgeschwindigkeit von 360 m/min.
Alternativ wird, wenn ein Schneidenmaterial 23, das aus einem Schnellstahl (SKH55) besteht, der mit einer Schicht eines 1,7 μm dicken Films einer Zusammensetzung mit (Ti_0,5Al_0,5) N beschichtet ist, als Schneidenmaterial 23 des ringförmigen Fräsers 21 verwendet wird, der Fräsvorgang ohne die Zufuhr eines Schneidöls ausgeführt (Trockenfräsen), wobei das Werkstückmaterial gewechselt wird.
Insbesondere wird ein Schnittgeschwindigkeitsbereich, in dem das Trockenfräsen geeignet ist (wobei der Verschleiß unter eine praktische Grenze fällt), geprüft, indem eine Reihe typischer Zahnradmaterialien, wie etwa aufgekohlter Stahl und einsatzgehärteter Stahl (SCM435 oder dergleichen), Kohlenstoffstahl (S45C oder dergleichen), Gusseisen (FCD50 oder dergleichen) bei unterschiedlichen Härten als Werkstück verwendet werden. Das Schneidenmaterial 23 hat eine Punktbreite P von 0,06 Zoll, einen Druckwinkel S von 10 bis 20 Grad und weist nach rechts. Weiterhin hat der Hauptkörper 22 des ringförmigen Fräsers 21 eine Größe von 6 Zoll und beträgt die Zahl der spanabhebend zu bearbeitenden Werkstücke 300.
10 zeigt Materialen der Werkstücke gegenüber den Schnittgeschwindigkeiten, die in einen praktikablen Bereich des Flankenverschleißes und des Kolkverschleißes fallen. Wie in der Zeichnung dargestellt, fällt für Kohlenstoffstahl der Verschleiß in den praktikablen Bereich bis zu einer Schnittgeschwindigkeit von 380 m/min.
Alternativ wird, wenn ein Schneidenmaterial 23, das aus einem Schnellstahl (SKH55) besteht, der mit einer Schicht eines 1,7 μm dicken Films einer Zusammensetzung mit (Ti_0,5Al_0,5) N beschichtet ist, als Schneidenmaterial 23 des ringförmigen Fräsers 21 verwendet wird, der Fräsvorgang ohne die Zufuhr eines Schneidöls ausgeführt (Trockenfräsen), wobei für das Material des Schneidenmaterials 23 zwischen fünf Hochgeschwindigkeitsstählen gewechselt wird.
Insbesondere wurden SKH51, SKH55, Pulver-Schnellstahl (1,6%C, 8%W, 6%Mo, etc.), Pulver-Schnellstahl (2,2%C, 12%W, 2,5%Mo, etc.) und Pulver-Schnellstahl (1,3%C, 6%W, 5%Mo, etc.) als Materialien für das Schneidenmaterial 23 verwendet und ein Bereich der Drehzahl, der sich für das Trockenfräsen eignet, im Bezug auf diese Materialien geprüft. Das Schneidenmaterial 23 hat eine Punktbreite P von 0,06 Zoll, einen Druckwinkel S von 10 bis 20 Grad und weist nach rechts. Weiterhin hat der Hauptkörper 22 des ringförmigen Fräsers 21 eine Größe von 6 Zoll, besteht das Material aus SCM435 und beträgt die Zahl der spanabhebend zu bearbeitenden Werkstücke 300.
11 zeigt die Materialtypen des Schneidenmaterials 23 gegenüber den Schnittgeschwindigkeiten, die in einen praktikablen Bereich hinsichtlich des Flankenverschleißes und des Kolkverschleißes fallen. Wenn, wie in der Zeichnung dargestellt, das Material des Schneidenmaterials 23 SKH51 ist, liegt der Verschleiß in einem praktikablen Bereich bei einer Schnittgeschwindigkeit von bis zu 350 m/min.
Alternativ wird, wenn ein Schneidenmaterial 23, das aus einem Schnellstahl (SKH55) besteht, der mit einer Schicht eines 1,7 μm dicken Films einer Zusammensetzung mit (Ti_0,5Al_0,5) N beschichtet ist, als Schneidenmaterial 23 des ringförmigen Fräsers 21 verwendet wird, der Fräsvorgang ohne die Zufuhr eines Schneidöls ausgeführt (Trockenfrä sen), wobei die Größe des Hauptkörpers und die Punktbreite P des Schneidenmaterials 23 verändert wurden.
Insbesondere war die Punktbreite P auf 0,06 Zoll eingestellt, als die Größe des Hauptkörpers 22 des ringförmigen Fräsers 21 6 Zoll betrug, auf 0,10 Zoll, als die Größe des Hauptkörpers 22 des ringförmigen Fräsers 21 9 Zoll betrug, und auf 0,14 Zoll, als die Größe des Hauptkörpers 22 des ringförmigen Fräsers 21 12 Zoll betrug. Das Schneidenmaterial 23 hat einen Druckwinkel S von 10 bis 20 Grad und weist nach rechts. Weiterhin besteht das Werkstück aus SCM435 und beträgt die Zahl der spanabhebend zu bearbeitenden Werkstücke 300.
12 zeigt die Größe des Hauptkörpers 22 des ringförmigen Fräsers 21 gegenüber den Schnittgeschwindigkeiten, die in einen praktikablen Bereich hinsichtlich des Flankenverschleißes und des Kolkverschleißes fallen. Wie in der Zeichnung dargestellt, war der Verschleiß unter allen Bedingungen hinsichtlich der Größe des Hauptkörpers 22 und der Punktbreite P des Schneidenmaterials 23 im praktikablen Bereich.
14 und 15 zeigen die Schnittgeschwindigkeiten gegenüber dem Flankenverschleiß und dem Kolkverschleiß im Fall der vorliegenden Erfindung, bei der das Trockenfräsen ohne die Zufuhr eines Schneidöls ausgeführt wird, wenn das Schneidenmaterial 23 aus einem Schnellstahl als Basismaterial verwendet wird, das mit einem Film einer Zusammensetzung beschichtete ist, die (Ti_(1-x)Al_x)(N_yC_(1-y)) : 0,2 ≤ x ≤ 0,85, 0,2 ≤ y ≤ 1,0 enthält, bzw. einem Fall, bei dem die Fräsung unter Zufuhr eines Schneidöls nach dem Stand der Technik ausgeführt wird. Wie es die Zeichnungen darstellen, ist zu erkennen, dass im Fall der vorliegenden Erfindung sowohl der Flankenverschleiß als auch der Kolkverschleiß im Vergleich zum Stand der Technik verbessert wurden, und der Fortschritt des Verschleißes selbst bei einer spanabhebenden Bearbeitung mit größerer Geschwindigkeit gering ist.
Als nächstes wird ein weiteres Beispiel eines Films beschrieben, mit dem das Schneidenmaterial 23 beschichtet ist. Es wird ein Schneidenmaterial 23 verwendet, das mit Nitrid aus TiAl, das ein nitridbildendes Element enthält, das in der Lage ist, ein qualitativ hochweriges Nitrid auszubilden, oder einem Karbonitrid aus TiAl beschichtet ist. Nitrid aus TiAl, das ein nitridbildendes Element enthält, oder Karbonitrid aus TiAl, mit dem das Schneidenmaterial 23 beschichtet ist, wird als einlagige Schicht und als wenigstens eine Schicht einer mehrlagigen Beschichtung verwendet. Hier werden als nirtidbildene Elemente Zr, (Zirkonium), Hf (Hafnium), Y (Yttrium), V (Vanadium), Nb (Niobium), Ta (Tantalum), Si (Slizium), Cr (Chrom), Mo (Molybdän), W (Wolfram), B (Bor), Mg (Magnesium), Ca (Kalzium) und Be (Beryllium) eingesetzt.
Insbesondere wenn das nitridbildende Element durch M repräsentiert wird, ist das verwendete Schneidenmaterial 23 mit wenigstens einer Schicht eines Films einer Zusammensetzung beschichtet, die im wesentlichen enthält: (Ti_zAl_xM_(1-z-x))_(1-w)(N_yC_(1-y))_w (wobei 0,2 ≤ x ≤ 0,85, 0,2 ≤ y ≤ 1,0, 0,15 ≤ z ≤ 0,8, 0,7 ≤ (z+x) < 1,0 und 0,45 ≤ w ≤ 0,55).
Weiterhin ist durch Festlegen des Bereiches des Wertes x in (Ti_zAl_xM_(1-z-x))_(1-w) (N_yC_(1-y))_w auf 0,2 ≤ x ≤ 0,85 und des Bereiches des Wertes y auf 0,2 ≤ y ≤ 1,0 der Bereich des Wertes z 1 weniger x (z = 1-x). Somit hat TiAl,NC denselben Zusammensetzungsbereich wie beim oben beschriebenen Fall, bei dem kein nitridbildendes Element M hinzugefügt ist, wobei man beinahe dieselben Wirkungen als Ergebnisse erhält, die in 4 bis 15 gezeigt sind. Durch Hinzufügen des nitridbildenden Elementes M ist das nitridbildende Element in der Lage, TiAl zu substituieren und ein qualitativ hochwertiges Nitrid auszubilden.
Im folgenden werden Fälle, bei denen V (Vanadium), B (Bor) und Zr (Zirkonium) als typische nitridbildende Elemente M verwendet werden, detailliert unter Bezugnahme auf 16 bis 18 beschrieben. 16 zeigt die Beziehung zwischen der Schnittgeschwindigkeit und dem Flankenverschleiß, wenn geringe Mengen V und B hinzugefügt sind, und 17 eine Beziehung zwischen der Schnittgeschwindigkeit und dem Flankenverschleiß, wenn V, B und Zr in größeren Mengen hinzugefügt sind als in 16.
Hier hat das Schneidenmaterial 23 eine Punktbreite P von 0,06 Zoll, einen Druckwinkel S von 10 bis 20 Grad und weist nach rechts. Weiterhin hat der Hauptkörper 22 des ringförmigen Fräsers 21 eine Größe von 6 Zoll, besteht das Werkstück aus SCM435 und beträgt die Zahl der spanabhebend zu bearbeitenden Werkstücke 300.
Wenn, wie in 16 gezeigt, das Schneidenmaterial 23 mit einem Film einer Zusammensetzung beschichtet ist, die (Ti_0,795Al_0,2V_0,005) N, (Ti_0,15Al_0,845V_0,005) N, (Ti_0,5Al_0,45B_0,05)(N_0,9C_0,1) als (Ti_zAl_xM_(1-z-x))_(1-w)(N_yC_(1-y))_w enthält, ist der Flankenverschleiß unter dem praktischen Verschleißlimit (0,20 mm) bei den Schnittgeschwindigkeiten von weniger als etwa 400 m/min. Aus diesem Grund kann eine hocheffiziente und kostengünstige spanabhebende Bearbeitung erreicht werden, die jener gleicht, bei der kein nitridbildendes Element hinzugefügt ist, selbst wenn V und B als nitridbildende Elemente in geringen Mengen hinzugefügt sind. Wenngleich es nicht in der Zeichnung dargestellt ist, hat es sich ebenfalls für den Kolkverschleiß gezeigt, das der Verschleiß unter die praktische Verschleißgrenze fällt.
Wenn, wie in 17 dargestellt, das Schneidenmaterial 23 mit wenigstens einer Schicht eines Films der Zusammensetzung beschichtet ist, die (Ti_0,5Al_0,4V_0,1) N, (Ti_0,6Al_0,2B_0,2) N, (Ti_0,4Al_0,3V_0,3) (N_0,7C_0,3) (Ti_0,4Al_0,3Zr_0,3) (N_0,5C_0,5) als (Ti_zAl_xM_(1-z-x))_(1-w)(N_yC_(1-y))_w enthält, ist der Flankenverschleiß unter dem praktischen Verschleißlimit (0,20 mm) bei den Schnittgeschwindigkeiten von weniger als etwa 400 m/min. Aus diesem Grund kann eine hocheffiziente und kostengünstige spanabhebende Bearbeitung erreicht werden, die jener gleicht, bei der kein nitridbildendes Element hinzugefügt ist, selbst wenn V und B und Zr als nitridbildende Elemente in größeren Mengen als in 16 hinzugefügt sind. Wenngleich es nicht in der Zeichnung dargestellt ist, hat es sich ebenfalls für den Kolkverschleiß gezeigt, das der Verschleiß unter die praktische Verschleißgrenze fällt.
Wenn die Menge des hinzugefügten nitridbildenden Elementes im Vergleich zur Zusammensetzung der TiAl-Zusatzelemente 0,3 überschreitet, kann sich der Film ablösen, weshalb es vorzuziehen ist, dass die Menge des hinzugefügten nitridbildenden Elementes höchstens 0,3 im Vergleich zur Zusammensetzung der TiAl-Zusatzlemente beträgt. Wenn die Menge des hinzugefügten nitridbildenden Elementes im Vergleich mit der Zusammensetzung der TiAl-Zusatzelemente 0,3 überschreitet (z+x ist unter 0,7), d.h. wenn der Anteil des nitridbildenden Elementes M übermäßig groß ist, werden die grundlegenden Eigenschaften von TiAl beeinträchtigt, was zu einer Ablösung des Films führt.
Als nächstes wird ein Fall, bei dem die Verhältnisse von Metallelementen (TiAl und der hinzugefügten nitridbildenden Elemente) zu nichtmetallischen Elementen (N), einschließlich C, verändert werden, detailliert unter Bezugnahme auf 18 beschrieben. 18 zeigt eine Beziehung zwischen der Schnittgeschwindigkeit und dem Flankenverschleiß, wenn das Zusammensetzungsverhältnis von Metallelementen zu nicht metallischen Ele menten, einschließlich C, im Bereich zwischen 0,45 und 0,55 variiert wird. Die Bedingungen der spanabhebenden Bearbeitung und dergleichen sind dieselben, wie bei dem Fall, der in 16 und 17 gezeigt ist. Der Beschichtungsfilm ist eine einzelne Schicht mit einer Filmdicke von 1,7 μm.
Wenn, wie in 18 gezeigt, das Schneidenmaterial 23 mit wenigstens einer Schicht eines Films mit einer Zusammensetzung aus (Ti_0,5Al_0,4V_0,1)_0,45N_0,55 und (Ti_0,5Al_0,4V_0,1)_0,55N_0,45 als (Ti_zAl_xM_(1-z-x))_(1-w)(N_yC_(1-y))_w beschichtet ist, fällt in jedem Fall, in dem die Menge der Metallelemente groß ist, oder die Menge der nicht metallischen Elemente, einschließlich C, groß ist, der Flankenverschleiß unter das praktische Verschleißlimit (0,02 m) bei Schnittgeschwindigkeiten von höchstens etwa 400 m/min, wodurch eine hocheffiziente kostengünstige spanabhebende Bearbeitung erzielt werden kann. Wenngleich es nicht in der Zeichnung dargestellt ist, hat es sich für den Kolkverschleiß ebenfalls herausgestellt, dass der Verschleiß unter die praktische Verschleißgrenze bei Schnittgeschwindigkeiten im Bereich von höchstens 400 m/min fällt. Hier besteht der Grund, dass der w-Wert auf 0,45 ≤ w ≤ 0,55 eingestellt ist, darin, dass, wenn der w-Wert nicht im Bereich von 0,45 ≤ w ≤ 0,55 liegt, die Gefahr besteht, dass sich der Film ablöst oder eine Beeinträchtigung der Verschleißfestigkeit auftritt.
Das Verhältnis von (Ti_zAl_xM_(1-z-x)) zu (N_yC_(1-y))_w ist normalerweise 1 : 1, wobei jedoch selbst dann kein Problem besteht, wenn der Bestandteil der nicht metallischen Elemente, einschließlich C, im Bezug auf die Mengen von Ti und Al abnimmt und nitridbildende Elemente hinzugefügt sind. Sind nicht metallische Elemente, einschließlich C, in größeren Mengen enthalten, kann ein Festlösungs-Verstärkungseffekt des Beschichtungsfilms erwartet werden.
Selbst wenn, wie es oben beschrieben wurde, das Trockenfräsen unter Verwendung eines Schneidenmaterials ausgeführt wird, das mit einem Film beschichtet ist, dem V, B und Zr als nitridbildende Elemente M hinzugefügt sind, fällt der Verschleiß unter das praktische Verschleißlimit, wobei dieselbe hocheffiziente kostengünstige spanabhebende Bearbeitung realisiert werden kann, wie bei dem Fall, bei dem V, B und Zr nicht hinzugefügt sind. Selbst wenn weiterhin das Trockenfräsen unter Verwendung eines Schneidenmaterials ausgeführt wird, das mit einem Film beschichtet ist, der andere Elemente als V, B und Zr als nitridbildende Elemente M enthält, kann dieselbe hocheffiziente kostengünstige spanabhebende Bearbeitung wie bei dem Fall erzielt werden, bei dem V, B und Zr hinzugefügt sind.
Eine weitere Ausführungsform eines ringförmigen Fräsers wird unter Bezugnahme auf 19 und 20 beschrieben. 19 zeigt das äußere Erscheinungsbild des ringförmigen Fräsers und 20 eine schematische Schnittansicht des ringförmigen Fräsers.
Wie es in den Zeichnungen dargestellt ist, sind bei einem ringförmigen Fräser 61 als Spiralkegelradfräser mehrere stabförmige, stangenschneidenartige Schneidenmaterialien 63 ringförmig am Außenumfang eines scheibenähnlichen Hauptkörpers 62 angebracht, wobei die Schneidenmaterialien 63 am Hauptkörper 62 mit einem Ring 71 befestigt sind. Das Schneidenmaterial 63 ist mit einer Außenschneide 64 und einer Innenschneide 65 versehen.
Als Schneidenmaterial 63, wird wie beim oben beschriebenen Schneidenmaterial 23 ein Schneidenmaterial 63 aus Schnellstahl verwendet, das wenigstens an einem Fräserschneidenabschnitt mit einem Nitrid aus TiAl oder Karbonitrid aus TiAl beschichtet ist. Auch mit dem ringförmigen Fräser 61, der mit den stangenartigen Schneiden 63 versehen ist, kann wie beim oben beschriebenen ringförmigen Fräser 2, ein hocheffizientes kostengünstiges Trockenfräsen ausgeführt werden. Da zudem die das Schneidenmaterial 63 stabförmig und stangenartig ist, kann ein Polieren zur Ausbildung der Fräserschneide in axialer Richtung ausgeführt werden, muss die obere Schneidbrustfläche nicht poliert werden und kann ein einziges Schneidenmaterial 63 über einen längeren Zeitraum wiederholt verwendet werden.

Claims

Zahnradfräsverfahren zur Herstellung eines Kegelrads, wobei ein Spiralkegelradfräser eingesetzt wird, der mit seiner Schneidverzahnung versehen ist, die aus einem Schnellarbeitsstahl gefertigt ist, auf einem Fräserhauptkörper befestigt ist und mit mindestens einer Schicht eines Films aus einer im Wesentlichen TiAlN umfassenden Zusammensetzung überzogen ist, und Zähne durch Trockenfräsen ohne den Einsatz eines Schneidöls bei einer Fräsgeschwindigkeit in einem Bereich zwischen 20 und 400 m/min hergestellt werden, wobei die Filmzusammensetzung im Wesentlichen (Ti_(1-x)Al_x)(N_yC_(1-y)) umfasst, mit 0.2 ≤ x ≤ 0.85, 0.2 ≤ y ≤ 1.0, wobei die Zähne erzeugt werden, während Luft aus einer ersten Luftdüse gemäß einer Drehrichtung des Spiralkegelradfräsers gegen einen Fräsbereich geblasen wird, um Fräsabfälle auszublasen, und Luft aus einer zweiten Luftdüse von einem äußeren Umfang des Spiralkegelradfräsers in Richtung der Achse der Spiralkegelradfräsers geblasen wird, um Fräsabfälle aus einem Raum zwischen den Schneidzähnen auszublasen, und Kühlluft mittels einer dritten Luftdüse gegen ein Werkstück geblasen wird.
Zahnradfräsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Films im Wesentlichen (Ti_(1-x)Al_x)_(1-w)(N_yC_(1-y))_w umfasst, mit 0.2 ≤ x ≤ 0.85 0.2 ≤ y ≤ 1.0, 45 ≤ w ≤ 0.55.
Zahnradfräsverfahren nach Anspruch 1, bei dem ein nitridbildendes Element durch M dargestellt ist und das Schneidenmaterial mit wenigstens einer Schicht eines Films einer Zusammensetzung beschichtet ist, die im wesentlichen enthält: (Ti_zAl_xM_(1-z-x))_(1-w)(N_yC_(1-y))_w, wobei 0,2 ≤ x ≤ 0,85, 0,2 ≤ y ≤ 1,0, 0,15 ≤ z ≤ 0,8, 0,7 ≤ (z+x) < 1,0, 0,45 ≤ w ≤ 0,55.
Zahnradfräsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Schnittgeschwindigkeit im Bereich von 40 bis 120 m/min liegt.
Zahnradfräsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das hergestellte Zahnrad ein Kegelrad ist, das für eine Kraftfahrzeug-Untersetzungsvorrichtung verwendet wird.
Zahnradfräsvorrichtung für die Herstellung eines Kegelrades, bei der: eine Werkzeughauptwelle eines Fräskopfes, der einen Spiralkegelradfräser hält, sowie eine Werkstückwelle, die ein Werkstück hält, derart angeordnet sind, dass sich ihre Drehmittelachsen schneiden, der Fräskopf derart gelagert ist, dass er um ein mechanisches Zentrum kreisen kann, und der Spiralkegelradfräser und das Werkstück miteinander in Eingriff stehen, indem die Werkstückwelle in Zusammenwirkung mit der Drehung der Werkzeughauptwelle und der Kreisbewegung des Fräskopfes gedreht wird; dadurch gekennzeichnet, dass am Spiralkegelradfräser eine Schneide angebracht ist, die aus einem Hochgeschwindigkeits-Werkzeugstahl besteht und mit wenigstens einer Schicht eines Films einer Zusammensetzung beschichtet ist, die im wesentlichen TiAlN enthält, und Zähne durch Trockenfräsen ohne Verwendung eines Schneidöls bei einer Schnittgeschwindig keit im Bereich von 20 bis 400 m/min ausgebildet werden, wobei die Zusammensetzung des Films im wesentlichen enthält: (Ti_(1-x)Al_x)(N_yC_(1-y)), wobei 0,2 ≤ x ≤ 0,85, 0,2 ≤ y ≤ 1,0, wobei eine erste Luftdüse angebracht ist, die Luft zum Abblasen von Schneidspänen gegen den Fräsbereich in einer Richtung entlang einer Drehrichtung des Spiralkegelradfräsers bläst, eine zweite Luftdüse angebracht ist, die Luft ausbläst, um Schneidspäne aus einem Zwischenraum zwischen den Schneidmaterialien zu blasen, und eine dritte Luftdüse vorhanden ist, die Kühlluft ausbläst.
Zahnradfräsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der der Spiralkegelradfräser ein Schneidenmaterial aufweist, das an ihm angebracht ist und mit wenigstens einer Schicht eines Films einer Zusammensetzung beschichtet ist, die im wesentlichen enthält: (Ti_zAl_xM_(1-z-x))_(1-w)(N_yC_(1-y))_w, wobei 0,2 ≤ x ≤ 0,85, 0,2 ≤ y ≤ 1,0, 0,45 ≤ w ≤ 0,55.
Zahnradfräsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der ein nitridbildendes Element durch M dargestellt ist und mit wenigstens einer Schicht eines Films einer Zusammensetzung beschichtet ist, die im wesentlichen enthält: (Ti_zAl_xM_(1-z-x))_(1-w)(N_yC_(1-y))_w, wobei 0,2 ≤ x ≤ 0,85, 0,15 ≤ z ≤ 0,8, 0,7 ≤ (z+x) < 1,0, 0,45 ≤ x ≤ 0,55.
Zahnradfräsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Schnittgeschwindigkeit in einem Bereich von 40 bis 120 m/min liegt.
Zahnradfräsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der das hergestellte Kegelrad bei einer Kraftfahrzeug-Untersetzungsvorrichtung Verwendung findet.