ITMI20110963A1 - Utensile da taglio, particolarmente per la lavorazione del legno, comprendente almeno uno strato superficiale di rivestimento duro antiattrito del tagliente, e procedimento di fabbricazione dello stesso. - Google Patents

Description

UTENSILE DA TAGLIO, PARTICOLARMENTE PER LA LAVORAZIONE DEL LEGNO, COMPRENDENTE ALMENO UNO STRATO SUPERFICIALE DI RIVESTIMENTO DURO ANTIATTRITO DEL TAGLIENTE, E PROCEDIMENTO DI FABBRICAZIONE DELLO STESSO.

L'invenzione riguarda utensili di taglio particolarmente per la lavorazione del legno e simili, ed un procedimento per fabbricare tali utensili .

La lavorazione per l'asportazione del materiale di scarto su manufatti in legno o a base di legno, come pannelli truciolari, pannelli di fibre, compensati, multistrati, sughero etc, necessita l'impiego di utensili da taglio presentanti o dotati di una pluralità di taglienti atti all'asportazione del materiale di scarto stesso. Questo tipo di lavorazione consiste nell 'asportare materiale da un pezzo grezzo, per conferirgli una geometria ben definita. Per materiale di scarto si intendono quelle parti di materiale legnoso o simil-legnoso che si desidera rimuovere dal materiale in lavorazione per ottenere il manufatto finito. Esempi di materiale di scarto sono rappresentati da residui quali trucioli, particolati, polveri. La lavorazione di cui sopra si può effettuare generando un moto relativo tra pezzo da lavorare e utensile, più precisamente tra pezzo da lavorare e tagliente. Questo moto sollecita il materiale che il tagliente trova davanti a sé durante il moto, che si deforma plasticamente e si separa dal pezzo, trasformandosi in materiale di scarto.

Durante l'asportazione del materiale di scarto, questo viene fatto scivolare sul tagliente secondo una direzione di scarico, per allontanarlo dalla zona di lavorazione e non interferire con essa. L'angolo di inclinazione del tagliente varia in genere tra 30° e 45°. L'ottimizzazione dell'inclinazione del tagliente rispetto alla superficie da lavorare può contribuire ad allungare la vita del tagliente; tanto maggiore è l'ampiezza dell'angolo, tanto maggiore è la durata dell'utensile. Tuttavia, lo scorrimento del materiale di scarto sul tagliente e sulla superficie di scarico comporta inevitabilmente l'usura di tali componenti. Inoltre, molti manufatti in legno o simili, quali porte, infissi, perline, persiane, ante per mobili e simili, sono rivestiti o includono, ad esempio, sostanze adesive per garantire un effetto agglomerante e/o resine abrasive. Il materiale in cui tali manufatti sono realizzati, pertanto, crea un effetto di attrito sul tagliente maggiore di quello esercitato, ad esempio, dal legno grezzo e accelera il processo di usura del tagliente stesso.

Per ovviare a tale inconveniente, è noto sottoporre gli utensili da taglio o gli inserti presentanti taglienti, qualora gli utensili siano muniti di inserti usa e getta, e le superfici di scarico, a processi di deposizione di uno o più strati di materiale per garantire che tali utensili, inserti e superfici di scarico mantengano per un tempo più lungo le proprietà necessarie allo svolgimento della loro funzione, quali la resistenza meccanica, la resistenza all'attrito, la scorrevolezza.

Uno dei processi più noti per rivestire un materiale, metallico e non, è l'elettrodeposizione galvanica, che consiste nella deposizione per via elettrolìtica di uno strato metallico su di una superficie metallica o non, allo scopo di garantire proprietà, quali resistenza alla corrosione o all'usura, conduttività elettrica, migliori caratteristiche estetiche. Tuttavia l'elettrodeposizione galvanica non è scevra da inconvenienti, essendo un processo altamente inquinante e pericoloso per la salute umana. Inoltre, lo spettro di applicazioni offerto da questa tecnica risulta piuttosto limitato.

Una metodologia nota per la deposizione di uno strato di rivestimento è la deposizione fisica da vapore (PVD). Questa metodologia prevede che un metallo venga vaporizzato all'interno di una camera ad alto vuoto, entro cui si trova anche l'oggetto da trattare, creando un'atmosfera di ioni metallici liberi che, direttamente o combinati con un gas, si depositano in strato sottile su di un oggetto. Lo spessore del film depositato è in genere di circa 20-30 nm, ma può arrivare anche ad alcuni micrometri. I composti più comunemente depositati mediante la PVD sono nitruro di Titanio (TiN) , nitruro di Cromo (CrN), carbo-nitruro di Zirconio (ZrCN) o metalli puri resistenti alla corrosione come Cr o Ni. Esempi di tecnologia PVD sono la deposizione mediante arco catodico (che utilizza un arco ad alta corrente e bassa tensione per vaporizzare un catodo costituito dal materiale che si vuole depositare), la deposizione sputtering (in cui il materiale da depositare viene eroso da un plasma) l'evaporazione termica (in cui il materiale da depositare è riscaldato tramite resistenza elettrica sino al punto di vaporizzare) . La tecnologia PVD richiede tuttavia temperature elevate (fino a 400°C) pertanto non può essere applicata a materie plastiche o comunque sensibili al calore.

Scopo della presente invenzione è fornire un utensile. particolarmente per la lavorazione di manufatti in legno o materiali similari, che superi gli svantaggi sopra evidenziati degli utensili di taglio noti.

Uno scopo della presente invenzione è quello di fornire utensili di taglio in cui almeno le porzioni di tale utensile sottoposte ad usura per attrito con il materiale da lavorare siano rivestite presentino migliori le proprietà fisiche quali la durezza, la scorrevolezza sul materiale da lavorare, la resistenza all'attrito. All'interno di tale scopo, un obiettivo è quello di fornire un utensile con un rivestimento superficiale duro che abbia ottime proprietà di aderenza al materiale in cui l'utensile od il tagliente sono realizzati, particolarmente a livello del filo di taglio, che non venga facilmente abraso dal materiale sottostante in seguito allo sfregamento del tagliente sul materiale da lavorare e da non modificare l'angolo di taglio del tagliente.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un procedimento per la fabbricazione di utensili, che garantisca al tagliente proprietà di durezza, resistenza all'attrito e scorrimento.

Questi ed altri scopi che risulteranno chiari dalla seguente descrizione, sono raggiunte da un utensile da taglio della presente invenzione, particolarmente per la lavorazione del legno e simili, comprendente almeno un tagliente ed almeno una superficie di scarico di residui di lavorazione, detto almeno un tagliente essendo rivestito almeno parzialmente con almeno uno strato superficiale di materiale duro, antiattrito a base di carbonio DLC, che detto strato superficiale di materiale a base di carbonio DLC esendo costituito da un film sottile, depositato a PACVD con utilizzo di adamantano come fonte di carbonio .

Questi scopi sono anche raggiunti da un procedimento di fabbricazione di utensili da taglio, particolarmente per la lavorazione del legno, comprendente le fasi di:

fornire un utensile comprendente almeno un tagliente ed almeno una superficie di scarico di residui di lavorazione;

- depositare su almeno parte di detto tagliente almeno uno strato superficiale di materiale duro, antiattrito, a base di carbonio DLC, in cui detta fase di deposizione di detto almeno uno strato superficiale comprende depositare detto strato come film sottile mediante tecnica PACVD con utilizzo di adamantano come fonte di carbonio.

Gli inventori hanno in fatti sorprendentemente trovato che un utensile di taglio, in particolare per la lavorazione del legno, in cui i taglienti sono dotati di un rivestimento superficiale a base di carbonio DLC ottenuto con una tecnica PA-CVD utilizzando adamantano sono particolarmente resistenti all'usura ed alla corrosione, presentano superfici dotate di scarso attrito ed elevata antiaderenza , e possono essere sia di materia plastica che, preferibilmente, metallica.

La deposizione chimica da vapore (o CVD, acronimo di Chemical Vapor Deposition) , procedimento chimico che permette di depositare un sottile strato sulla superficie di un supporto solido a partire da un precursore molecolare, introdotto in forma gassosa e che si decompone sulla superficie del substrato stesso per produrre il deposito desiderato. Una tecnica derivata dalla CVD è la deposizione chimica da vapore assistita da plasma (PA-CVD, Plasma-Assisted Chemical Vapor Deposition) , che si differenzia dalla tecnica CVD per il fatto di utilizzare il precursore molecolare non in forma gassosa ma in forma di plasma, ossia come vapori ionizzati. Il principale vantaggio della deposizione Plasma-Assisted sta nel fatto di richiedere temperature operative più basse, il che la rende la tecnica d'elezione nella produzione dei semiconduttori.

La tecnica PA-CVD è stata applicata dai presenti invnetori per il rivestimento di materiali con DLC (Diamond Like Carbon, o diamantoide) .

Con DLC si indicano una serie di forme amorfe di materiali a base di carbonio, che mostrano alcune delle tipiche proprietà del diamante, quali la resistenza all'attrito, la durezza e la lucentezza. Il DLC è pertanto di grande utilità per minimizzare l'attrito esercitato da lame e taglienti in genere sui materiali lavorati.

Inoltre, rispetto ai rivestimenti tradizionalmente applicati per rendere le superfici più dure e resistenti (ad esempio strati di Cr, Ti, W, N, TiN, TiCN, TiAIN) , il rivestimento a base di DLC offre il vantaggio di essere anche molto elastico.

La deposizione di DLC mediante tecnica PA-CVD può essere eseguita, ad esempio, con macchine Hauzer, di tipo Flexicoat® o altri macchinari adatti allo scopo.

L 'adamantano è considerato il più semplice diamantoide: infatti, estendendo la struttura dell 'adamantano nelle tre direzioni spaziali si ottiene la struttura del diamante. Chimicamente 1 'adamantano è un cicloalcano la cui struttura cristallina è simmetrica e corrispondente all'unione di tre molecole di cicloesano in conformazione a sedia.

Gli inventori hanno sorprendentemente trovato che il tipo migliore di rivestimento DLC in termini di aderenza, spessore minimo depositabile, uniformità dello strato, durezza, scorrevolezza ed elasticità è costituito da un film depositato tramite PA-CVD con utilizzo di adamantano, che sarà ora descritto in maggiore dettaglio qui di seguito e dagli uniti disegni, in cui:

La figura 1 è una vista frontale di un utensile (1) comprendente taglienti (2) aventi filo di taglio (5) e superfici di scarico (3), coperti da uno strato superficiale di DLC.

La figura 2 è una vista frontale di un tagliente (2) avente filo di taglio (5), coperto da uno strato superficiale di DLC, e di una superficie di scarico (3).

La figura 3 è una vista prospettica dal basso di un tagliente (2) a lama con filo di taglio (5) e strato superficiale (4) di DLC.

La figura 4 è una vista prospettica dall'alto di un tagliente (2) a lama con filo di taglio (5) e strato superficiale (4) di DLC.

La figura 5 è una vista prospettica di un tagliente (2) sagomato con filo di taglio (5) e strato superficiale (4) di DLC.

La figura 6 è una vista frontale di un tagliente (2) sagomato con filo di taglio (5) e strato superficiale (4) di DLC.

Con riferimento ai disegni, la presente invenzione riguarda un utensile da taglio (1) comprendente almeno un tagliente (2) ed almeno una superficie di scarico (3) dei residui di lavorazione, in cui detto almeno un tagliente è rivestito, almeno parzialmente, con almeno uno strato superficiale (4) di materiale duro, antiattrito a base di carbonio DLC, caratterizzato dal fatto che detto strato superficiale di materiale a base di carbonio DLC è costituito da un film sottile, depositato mediante la tecnica PA-CVD con utilizzo di adamantano come fonte di carbonio .

L'utensile qui descritto è particolarmente adatto per la lavorazione del legno e materiali simili .

Lo strato superficiale di materiale duro a base di carbonio DLC può essere nanos trutturato, cioè presentare uno spessore nanometrico, ad esempio compreso spessore compreso tra Inm e 1 pm, preferibilmente tra 0.1 e 100 nm.

In una forma di realizzazione preferita dell'invenzione, 1 'adamantano può rappresentare l'unica fonte di carbonio utilizzata per depositare il film sottile.

Come si è detto, l'utensile secondo l'invenzione comprende almeno un tagliente; in particolare, il tagliente dell'utensile può comprendere almeno un filo tagliente (5).

Inoltre, l'uno o più taglienti (2) presenti sull'utensile possono comprendere almeno uno spigolo (6), avente un angolo di taglio acuto, il cui valore può essere, in particolare, fino a circa 50° .

Forme di realizzazione preferite dell'utensile da taglio secondo la presente invenzione sono quelle in cui tale utensile può essere un inserto, un coltello, una punta, un settore dentato, una lama, uno spigolatone, un raggiatore, un dentino, un rasante o incisore a triangolo, un rasante o incisore a rombo, un rasante o incisore a quadrato .

Preferibilmente, dell'utensile da taglio dell'invenzione prevede che 1'almeno un tagliente (2) sia fatto di materiale metallico. Preferibilmente, la superficie di scarico (3) dell'utensile (1) può anch'essa essere fatta di materiale metallico.

Lo strato superficiale di DLC può essere depositato direttamente su una superficie metallica del tagliente o superficie di scarico.

Preferibilmente, inoltre, 1<1>almeno uno strato superficiale (4) di DLC può ricoprire completamente il filo tagliente (5) e/o lo spigolo (6) del tagliente dell'utensile (1) qui descritto.

In modo analogo, è altresì preferibile che lo strato superficiale (4) di DLC ricopra completamente la almeno una superficie di scarico (3) di residui di lavorazione dell'utensile (1) secondo l'invenzione.

Preferibilmente, lo strato superficiale (4) di DLC può ricoprire completamente il tagliente (2).

In una forma di realizzazione preferita dell'invenzione, l'utensile può comprendere uno strato intermedio, al di sopra del quale è disposto lo strato superficiale (4) di DLC. In particolare, tale strato intermedio può essere disposto sul filo tagliente (5) e/o sullo spigolo (6) del tagliente (2) dell'utensile (1). Preferibilmente, lo strato intermedio di cui sopra a sua volta comprende una serie di tre strati deposti l'uno sull'altro in successione: un primo strato di CrN, un secondo strato di CrCN, ed un terzo strato di CrC.

In un altro aspetto, la presente invenzione ha per oggetto un procedimento per la fabbricazione di utensili da taglio comprendente le fasi di:

- fornire un utensile (1) comprendente almeno un tagliente (2) ed almeno una superficie di scarico (3) dei residui di lavorazione;

depositare su almeno parte di detto tagliente (2) almeno uno strato superficiale (4) di materiale duro, antiattrito, a base di carbonio DLC. Questo procedimento è caratterizzato dal fatto che la fase di deposizione di detto almeno uno strato superficiale comprende depositare lo strato stesso in forma di film sottile, mediante la tecnica PA-CVD e utilizzando 1<1>adamantano come fonte di carbonio.

In particolare, il procedimento secondo l'invenzione può trovare utilizzo per la fabbricazione di utensili per la lavorazione del legno. In una forma realizzativa preferita, 1<1>adamantano è utilizzato nel procedimento dell'invenzione come unica fonte di carbonio.

Inoltre, è preferibile che nel procedimento qui descritto la deposizione dello strato sottile (4) di DLC sia realizzata tramite la tecnica PA-CVD, utilizzando una sorgente al plasma che opera in radiofrequenza, ad una temperatura di processo controllata .

Preferibilmente inoltre, la fase di deposizione di detto almeno uno strato superficiale (4) di DLC può essere preceduta dalle seguenti fasi:

(i) messa sotto vuoto di una camera di deposizione contenente l'utensile (1) da trattare, fino ad una pressione predeterminata e per un tempo predeterminato;

(ii) riscaldamento della camera di deposizione fino ad una temperatura massima predeterminata e per un tempo predeterminato;

(iii) deposizione, mediante tecnica ad arco catodico, di uno strato intermedio comprendente o costituito da uno o più strati di materiali contenenti cromo, almeno sul filo tagliente (5) e/o sullo spigolo (6) del tagliente (2) di detto utensile (1).

In particolare, la pressione predeterminata utilizzata durante la fase di messa sotto vuoto può essere compresa nell'intervallo tra 0.004 e 0.010 Pa . Ancor più preferibilmente, tale pressione predeterminata può essere pari a 0.007 Pa. Inoltre, il tempo predeterminato della fase di messa sotto vuoto può essere compreso nell'intervallo tra 450 sec e 750 sec. Ancor più preferibilmente, tale tempo può essere pari a 600 sec .

Per quanto riguarda la fase (ii) di riscaldamento, la temperatura massima predeterminata può essere compresa nell'intervallo tra 85°C e 95°C. È preferibile che tale temperatura massima predeterminata sia pari a 90°C. Inoltre, il tempo predeterminato della fase di riscaldamento può essere compreso nell'intervallo tra 450 sec e 750 sec. Più preferibilmente, tale tempo può essere pari a 600 sec .

Come già detto precedentemente, una forma realizzativa del procedimento dell'invenzione prevede anche una fase di deposito di uno strato intermedio. Durante tale fase sono depositati in successione tre strati di materiali differenti: un primo strato di CrN, un secondo strato di CrCN ed un terzo strato di CrC. A tal proposito, è preferibile che il primo strato di CrN sia depositato per un tempo compreso nell'intervallo tra 700 sec e 1100 sec. In particolare, è ancor più preferibile che tale primo strato sia depositato per un tempo pari a 900 sec. Allo stesso modo, è preferibile che il secondo strato di CrCN sia depositato per un tempo compreso nell'intervallo tra 200 sec e 400 sec. In particolare, è ancor più preferibile che tale secondo strato sia depositato per un tempo pari a 300 sec. È inoltre preferibile che il terzo strato di CrC sia depositato per un tempo compreso nell'intervallo tra 200 sec e 400 sec. In particolare, è ancor più preferibile che tale terzo strato sia depositato per un tempo pari a 300 sec.

La fase di deposizione dello strato intermedio, qualora sia presente, può essere eseguita, ad esempio, ad una temperatura inferiore a 100°C, preferibilmente compresa tra 70 e 90°C. È anche preferibile che la fase di deposizione dello strato superficiale sia eseguita ad una temperatura inferiore a 100°C, preferibilmente compresa tra 70 e 90°C.

Claims (17)

1. Utensile da taglio, particolarmente per la lavorazione del legno e simili, comprendente almeno un tagliente ed almeno una superficie di scarico di residui di lavorazione, detto almeno un tagliente essendo rivestito almeno parzialmente con almeno uno strato superficiale di materiale duro, antiattrito a base di carbonio DLC, detto strato superficiale di materiale a base di carbonio DLC essendo costituito da un film sottile, depositato a PACVD con utilizzo di adamantano come fonte di carbonio.

2. Utensile da taglio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che 1<1>adamantano è l'unica fonte di carbonio.

3. Utensile da taglio secondo le rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto strato di DLC ha uno spessore tra lnm e 1 pm.

4. Utensile da taglio secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto almeno un tagliente comprendente almeno un filo tagliente.

5. Utensile da taglio secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto almeno un tagliente comprendente almeno uno spigolo, e detto almeno uno spigolo presenta un angolo di taglio acuto, in particolare di fino a circa 50°.

6. Utensile da taglio secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di essere selezionato dal gruppo costituito da: inserto, coltello, punta, settore dentato, lama, spigolatone, raggiatore, dentino, rasante o incisore a triangolo, rasante o incisore a rombo, rasante o incisore a quadrato.

7. Utensile da taglio secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di detto almeno un tagliente, e opzionalmente detta superficie di scarico, sono fatti di materiale metallico.

8. Utensile da taglio secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto almeno uno strato superficiale ricopre completamente almeno un filo tagliente e/o almeno uno spigolo del tagliente.

9 . Utensile da taglio secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto almeno uno strato superficiale ricopre completamente detta almeno una superficie di scarico di residui di lavorazione.

10. Utensile da taglio secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 9, caratterizzato dal fatto che detto almeno uno strato superficiale ricopre completamente detto tagliente.

11. Utensile da taglio secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 10, caratterizzato dal fatto che comprende uno strato intermedio disposto almeno su almeno un filo tagliente e/o almeno uno spigolo del tagliente di detto utensile, e sul quale è disposto detto strato superficiale.

12. Utensile da taglio secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che detto strato intermedio comprende un primo strato di CrW, un secondo strato di CrCN, ed un terzo strato di CrC.

13. Procedimento di fabbricazione di utensili da taglio, particolarmente per la lavorazione del legno, comprendente le fasi di: - fornire un utensile comprendente almeno un tagliente ed almeno una superficie di scarico di residui di lavorazione; - depositare su almeno parte di detto tagliente almeno uno strato superficiale di materiale duro, antiattrito, a base di carbonio DLC, in cui detta fase di deposizione di detto almeno uno strato superficiale comprende depositare detto strato come film sottile mediante PACVD con utilizzo di adamantano come fonte di carbonio.

14. Procedimento secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che 1'adamantano è l'unica fonte di carbonio.

15. Procedimento secondo le rivendicazioni 13 o 14, in cui detta deposizione è realizzata con tecnica PACVD utilizzando una sorgente al plasma in radiofrequenza, ad una temperatura di processo controllata .

16. Procedimento secondo una o più delle rivendicazioni da 13 a 15, caratterizzato dal fatto che la fase di deposizione di detto almeno uno strato superficiale è preceduta dalle seguenti fasi: (i) messa sotto vuoto di una camera di deposizione contenente l'utensile da trattare, fino ad una pressione predeterminata e per un tempo predeterminato; (ii) riscaldamento della camera di deposizione fino ad una temperatura massima predeterminata e per un tempo predeterminato; (iii) deposizione, mediante tecnica ad arco catodico, di uno strato intermedio comprendente o costituito da uno o più strati di materiali contenenti cromo, almeno sul filo tagliente e/o lo spigolo del tagliente di detto utensile .

17. Procedimento secondo una o più delle rivendicazioni 13-19 caratterizzato dal fatto che detta fase di deposizione dello strato intermedio, se presente, e detta fase di deposizione dello strato superficiale sono eseguite ad una temperatura inferiore a 100°C.