SE526833C2 - Bärarkropp och metod för att belägga verktygsskär - Google Patents

Description

25 30 35 s-ssoAsizk 2005-08-08 2 rektangulära, åttakantiga, fyrkantiga, runda, trekantiga, diamantformade etc.

Skären kan tillverkas med eller utan ett centrumhål, med en tjocklek som varierar från 2 mm upp till 10 mm. En typ av CVD- och/eller MTCVD- beläggningsomgång kommer därför att deponeras på så mycket som hundratals olika geometrier av skär som alla behöver olika anordningar.

Därför kommer ett satsvis-chargeringssystem, som nödvändigtvis behöver olika anordningar för olika skärgeometrier för att uppnå en enhetlig chargeringsdensitet, aldrig att fungera vidare rationellt i en produktionsmiljö fokuserad på låg kostnad och kort utförandetid.

EP 454 686 visar ett chargeringssystem, i synnerhet ämnat för PACVD, där skären staplas på varandra på ett centrumstift med eller utan mellanlig- gande distanshållare. Användning av denna metod för CVD och/eller MTCVD skulle ge åtskilliga nackdelar då det primärt inte är en allmängiltig metod, såsom beskriven ovan, eftersom olika skärgeometrier kommer att behöva olika stiftuppsättningar För det andra behövs ett hål i skären. För det tredje, när tjocka CVD- och/eller MTCVD-skikt appliceras kommer troligen skären att kraftigt fastna i distanshållaren och/eller andra skär på grund av trycket från de staplade skären som förstärker tendensen till sammanväxning.

US 5,576,058 visar ett satsvist chargeringssystem baserat på olika anordningar av stift innefattande en stativdel, ett skulderparti, en hals och ett huvud.

En vanligt använd chargeringsanordning är att placera skären i hål eller spår i en bricka. Denna metod kommer att ge kontaktmärken på skäreggen eller på skärets släppningsyta. Denna anordning behöver en mycket varsam behandling under transport och chargering av brickor för att undvika att skären hamnar ur position. Anordningen är också mycket svåranvänd när automatiserad skärplacering används eftersom skären skall placeras i mycket instabila lägen. l ytterligare en metod är skären uppträdda på en stav. Stavarna kan anordnas vertikalt som i EP 454 686 med samma nackdelar som diskuterat ovan, eller horisontellt. De huvudsakliga nackdelarna med den horisontella anordningen är avsaknaden av allmängiltighet för olika skärgeometrier, varför nödvändigtvis ett stort antal olika uppställningar behövs för att tillverka alla skärgeometrier. Dessutom kan denna metod endast tillämpas på skär med ett hål.

De mest allmängiltiga anordningarna baseras på att helt enkelt placera skären på en yta med nödvändiga mellanrum antingen på vävda metallnät 10 15 20 25 30 35 s-590AsEk 2005-08-08 3 eller på någon annan yta (ofta gjord av grafit). Satsen byggs upp genom att man staplar metallnäten ovanpå varandra separerade av distanshållare eller genom användning av grafitbärare där näten placeras ovanpå. Den stora nackdelen med denna metod än så länge har varit de kontaktmärken mellan nät och skär som alltid bildas. Dessa märken ger en felaktig placering av skäret i verktygshållaren och kan medföra allvarligt försämrade prestanda hos skären. Ofta kan någon efterbehandling, såsom slipning, behövas för att ta bort utstående märken. Dessutom kan märken upptäckas på skäreggen vilket också är mycket negativt för skärets prestanda. En annan nackdel med användning av vävda nät är att skären relativt lätt kan glida samman före beläggning därmed resulterande i obelagda ytor på skäret.

SYFTEN MED UPPFINNINGEN Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att åstadkomma en bärar- kropp som undviker bildandet av kontaktmärken på skären under beläggning.

Det är ytterligare ett syfte med föreliggande uppfinning att åstadkomma en bärarkropp som undviker kontaktmärken på skären under beläggning.

Det är ytterligare ett syfte med föreliggande uppfinning att åstadkomma en metod som undviker kontaktmärken på skären under beläggning.

Syftena med föreliggande uppfinning förverkligas via en metod och en bärarkropp som har egenskaperna definierade i de kännetecknande delarna av bifogade enskilda krav.

DEFINITIONER l följande beskrivning kommer vi att använda följande begrepp: För-beläggningjar) definierar ett CVD- och/eller MTCVD-skikt applice- rat på nätet eller bärarmaterialet före användning för första gången vid utfäll- ning av slitstarka CVD- och/eller MTCVD-skikt på slutprodukten, häri definie- rad som groduktionsbeläggningjar).

KORTFATTAD BESKRIVNING AV FIGURERNA Figur 1A visar tvärsnitt av exempel på olika geometriska former av en bärarkropp enligt föreliggande uppfinning som kan användas för att bära upp skär Figur 1B visar några exempel på Figur 1A i perspektiv. 10 15 20 25 30 526 833 s-søoAsßk 2005-0808 4 Figur 2A visar sex exempel, i sidovy, på bärarkroppar enligt föreliggande uppfinning som har ytmönster som kan användas i en bärarkropp för enkelsidiga skär under beläggningsförfarandet.

Figur 2B visar ett annat exempel på en del av en bärarkropp enligt före- liggande uppfinning i perspektiv för användning vid beläggning av enkelsidiga skär.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Med "MAX-fasfamiljen” såsom använt här menas ett material innefattande MMAX" (n=1,2,3) vari M är en eller flera metaller från grupperna IIIB, IVB, VB, VIB och VIII igrundämnenas periodiska system och/eller blandning därav, A är ett eller flera element från grupperna lIlA, IVA, VA och VIA i grundämnenas periodiska system och/eller blandning därav, och vari X är kol och/eller kväve.

Ti3SiC2 är ett material i MAX-fasfamiljen och är känt för sina anmärkningsvärda egenskaper. Den är lättbearbetad, stel, resistent mot termisk chock, tålig mot skador, seg, hållfast vid höga temperaturer, oxidationsresistent och korrosionsresistent. Ändå har den densiteten för Ti- metall. Detta material beaktas för åtskilliga tillämpningar såsom elektriska värmeelement (VVO 02/51208), i kontakt med smälta metaller (US 2003075251) och för beläggning av skär (SE 0202036-0).

Enligt föreliggande uppfinning har det överraskande nog upptäckts att om bärarkroppens (t.ex. pyramider, koner, etc.) yta som är i kontakt eller i indirekt kontakt med skäret, innefattar ett material utvalt ur MAX-fasfamiljen, är det möjligt att undvika stora kontaktmärken och i synnerhet utstående märken. Egenskaperna hos bärarkroppen i kontakt med skären eliminerar väsentligen problemet enligt känd teknik.

Enligt föreliggande uppfinning innefattar materialet som används i direkt eller indirekt kontakt med skären huvudsakligen ett material ur MAX- fasfamiljen såsom beskriven ovan, företrädesvis mer än 85 vikt-%.

I en utföringsform är M en eller flera metaller från grupperna IVB, VB och VIB i grundämnenas periodiska system.

I en annan utföringsform är A en eller flera av Si, Al, Ga eller Ge.

I ytterligare en utföringsform är MAX-fasen av typen n=2 i MmAXn. 10 15 20 25 30 35 526 s-søoAssk zoos-os-os 5 833 I ytterligare en föredragen utföringsform innefattar MAX-fasen huvud- sakligen Ti3SiC2, företrädesvis åtminstone 85 vikt-% där resten är en eller flera av TiC, TiSiz, Ti5Si3 eller SiC.

Materialet tillverkas genom metoder kända inom teknikområdet såsom visat i tex. US 5,942,455.

Bärarkroppen kan tillverkas i olika geometriska former för att passa in i den verkliga skärgeometrin, se Figurerna 1A och 1B där A, B, C, D och E föreställer former visade i bägge figurerna. Varje bärarkropp har en bas eller större yta för att kontakta en bärande kropp, ej visad. Vanligtvis vilar skäret på bärarkroppen medan den har en del därav riktandes in i skärets hål. De streckade linjerna i ett av exemplen föreställer ett dubbelsidigt skär som skall beläggas. Det bör noteras att tyngdkraften håller kvar skäret i bärarkroppen i de flesta fall. För skär med ett centralt hål är formen företrädesvis en pyramid med tre eller flera sidor eller som en kon. Pyramidhörnen kan också ersättas med en radie mellan 10 pm och 2 mm. Pyramider med eller utan radier kan också tillverkas med konkava och/eller konvexa mellanliggande sidoavsnitt.

För att garantera en generell geometri så oberoende av skärgeometri som möjligt är det föredraget att pyramidens eller konens utsatta sidor är raka eller tillverkade som endast en enskild radie, d.v.s. konvex som en trumpet eller konkav som en kula.

Pyramiderna eller konerna kan vara trunkerade till en viss utsträckning för att göra hanteringen av dem enklare. Trunkerade pyramider eller koner kan också användas som stöd för nästa bärande kropp.

Trunkerade pyramider eller koner kan också tillverkas med ett centralt hål för att förbättra gasflödesmönstret. En önskad ytfinhet hos pyramiderna el- ler konerna kan också erbjuda fördel.

För enkelsidiga skär, d.v.s. skär där undersidan aldrig kommer att an- vändas, kan skären placeras direkt på en bärare av ett material utvalt ur MAX- fasfamiljen. Detta kommer att ge tunnare skikt på sidan hos skäret mot bäraren, men eftersom den sidan inte används är det ingen effekt av betydelse. Ytan kan sedan tillverkas antingen som en plan yta, med eller utan hål, eller som en strukturell yta. Den strukturella ytan kan tillverkas som ett mikromönster som varierar i höjd och i plandimension regelbundet eller oregelbundet. Figur 2A visar sex exempel på bärarkroppar enligt föreliggande uppfinning som har ytmönster som kan användas i en bärarkropp för enkelsidiga skär under beläggningsförfarandet. Figur 2B visar ett annat exempel på en del av en bärarkropp enligt föreliggande uppfinning i 10 15 20 25 30 35 l' fl in) )\ 833 s-ssoAsizk zoos-os-os 6 perspektiv för användning vid beläggning av enkelsidiga skär. Figuren 2B kan representera antingen makro- eller mikrogeometri.

Ett föredraget regelbundet mikromönster kan vara pyramider med tre eller flera sidor med en bas mellan 50 pm och 5 mm och en höjd mellan 20 pm och 5 mm. En blästring-, borstnings- eller repningsmetod för att få en mikroylfinhet, med ett Ra-värde mellan 50 pm och 500 pm, kan ge ett oregelbundet mönster.

I en föredragen utföringsform är bärarkroppen förbelagd med en 5 till 100 pm tjock beläggning av nitrid och/eller karbid och/eller oxid av metaller ur grupperna IVB, VB och VIB i det periodiska systemet, före användning för första gången för produktionsbeläggning.

Under användningen som bärarkropp för uppbärandet av skär för pro- duktionsbeläggning kommer tjockare och tjockare beläggning deponeras ovanpå kroppen. Överraskande nog har det upptäckts att detta faktum inte negativt påverkar resultatet. Livslängden hos en bärarkropp enligt föreliggande uppfinning som ett bärarmaterial är längre än 50 gångers produktionsbeläggning utan någon sänkning av gynnsamma prestanda.

Skäret är ämnat att placeras på bärarkroppen, enligt föreliggande upp- finning, tillverkad av ett material utvalt ur MAX-fasfamiljen.

Föreliggande uppfinning har beskrivits med hänvisning till skär men det är uppenbart att den även kan användas för beläggning av andra typer av be- lagda komponenter, t.ex. borrar, pinnfräsar, slitdelar etc. Åtminstone den yta av bärarkroppen där skäret skall vila under beläggningen innefattar ett material valt från MAX-fasfamiljen. l stället för att hela bärarkroppen väsentligen består av ett material ur MAX-fasfamiljen är det också tänkbart att åtminstone en yta av bärarkroppen och/eller ett skikt under ytan åtminstone delvis består av ett material valt från MAX-fasfamiljen. Så kan till exempel en bärarkropp av ett valfritt material beläggas med åtminstone ett ytskikt av ett material valt från MAX-fasfamiljen. Ytskiktet skall vara tillräckligt tjockt för att undvika kontaktmärken under beläggning av skär. Tjockleken av ytskiktet på bärarkroppen är åtminstone av storleksordningen 25 pm.

Exempel 1 Fyrsidiga pyramider med raka hörn, se Figurer 1A och 1B variant A, med en bas av 10 mm sida och en höjd av 7 mm tillverkades av MAX- fasmaterial Ti3SiC2 som har små mängder av Ti8C5, hädanefter kallad variant 10 15 20 25 S-590ASEK 2005-08-08 A-MAX, och av grafit, kallad variant A-grafit. Pyramiderna placerades på en platt grafitbricka med regelbundet placerade hål av diametern 3 mm.

Pyramiderna för-belades med CVD- och MTCVD-skikt av Ti(C,N)+Al2O3+TiN med en total tjocklek av 25 um. Hårdmetallskär med geometrin CNMG120408 för P25-applikationsområdet placerades på varje pyramid av de två varianterna. Totalt 100 pyramider per variant användes.

En CVD/MTCVD-produktionsbeläggning av Ti(C,N) + Al2O3 + TiN med en ungefär 15 um total tjocklek deponerades på skären.

Efter beläggningen undersöktes alla skär med användning av ett stereomikroskop med 10x förstoring för märken. Märkena klassificerades enligt: inga synliga märken, synliga märken mindre än 20 um i höjd och märken över 20 um i höjd. Den kritiska storleken av 20 um i höjd valdes eftersom den storleken är den maximala som accepteras för bra prestanda av produkten.

Uppmätta skär belades i första produktionsomgången efter för-belägg- ning. Tabell 1 nedan sammanfattar resultaten.

Tabell 1 Antal skär Antal skär Antal skär Grad av utan något med synliga med synliga vidhäftning synligt märken under märken över märke 20 um 20 um Variant A-MAX 73 27 0 Ingen (uppfinningen) Variant A- 0 62 38 Vidhäftar grafit (känd teknik) Det kan tydligt ses att variant A-MAX hade färre och mindre märken än A-grafit trots att de hade samma bärarkroppgeometri. Dessutom vidhäftar py- ramider av A-MAX mindre. Detta test demonstrerar fördelen med en bärar- kropp av ett material utvalt ur MAX-fasfamiljen.

Exempel 2 Enkelsidiga hårdmetallskär med geometrin XOMX0908-ME06 med sammansättning 91 vikt-% WC - 9 vikt-% Co användes. Före deponering ren- 10 15 20 6 833 s-seoAsßk zoos-os-os 8 bl' 5 gjordes de obelagda substraten. En CVD-produktionsbeläggning av Ti(C,N)+ Al2O3 + TiN med en ungefär 5 um total tjocklek deponerades på skären.

Skären placerades direkt på en platt bricka, liknande den i Figur 1A nere till höger men större. Brickan innehöll en grafitbärarkropp innefattande väsentligen Ti3SiC2 som har små mängder av Ti8C5, variant A-MAX, och av grafit, variant A-grafit. Sektorernas tjocklek var 5 mm. Sektorerna hade för- belagts med en CVD- och MTCVD-beläggning av Ti(C,N)+Al203+TiN till en total tjocklek av 20 pm före testet av produktionsbeläggning.

Efter produktionsbeläggning undersöktes alla skär enligt exempel 1.

Uppmätta skär belades i första produktionsbeläggnlngsomgången efter för-beläggning. Tabell 2 nedan sammanfattar resultaten.

Tabell 2 Antal skär Antal skär Antal skär Grad av utan något med synliga med synliga vidhäftning synligt märken under märken över märke 20 pm 20 pm Variant A-MAX 88 12 0 lngen (uppfinningen) Variant A- 0 77 23 Vidhäftar grafit (känd teknik) Varianten A-MAX enligt föreliggande uppfinning, uppvisar tydligt det bästa resultatet, majoriteten av skären är helt utan några märken, och för dem med märken är de mindre än 20 pm. Även i detta exempel kan en tydlig skillnad i vidhäflning påvisas.

Således avser föreliggande uppfinning en metod och en bärarkropp för beläggning av stora kvantiteter av skärverktyg och på ett rationellt och produk- tivt sätt, med hårda och slitstarka refraktära skikt. Denna metod är baserad på användningen av ett material utvalt ur MAX-fasfamiljen som ett hållbart bä- rarmaterial använt i beläggningsprocessen. På så sätt har det visat sig vara möjligt att minska nackdelarna med kända metoder, det vill säga kontaktmärken.

Claims (10)

10 15 20 25 30 .fl »o s_\ *O CO CN (N S-590ASEK 2005-08-08 PATENTKRAV

1. En bärarkropp avsedd att bära ett eller flera verktygsskär vid beläggning av skären med en CVD- och/eller en MTCVD-metod, k ä n n e t e c k n a d a v att åtminstone en yta hos bärarkroppen och/eller ett skikt under ytan innefattar åtminstone delvis ett material utvalt ur MAX- fasfamiljen, det vill säga MMAX" (n=1,2,3), vari M är en eller flera metaller från grupperna ll|B, IVB, VB, VlB och Vlll i grundämnenas periodiska system och/eller blandning därav, A är ett eller flera element från grupperna lllA, lVA, VA och VIA i grundämnenas periodiska system och/eller blandning därav, och vari X är kol och/eller kväve.

2. Bärarkroppen enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att åtminstone det omrâde hos bärarkroppen där skäret är ämnat att befinna sig under beläggning innefattar ett material utvalt ur MAX-fasfamiljen.

3. Bärarkroppen enligt krav 1 eller 2, k ä n n e te c k n a d a v att hela bärarkroppen huvudsakligen innefattar ett material utvalt ur MAX-fasfamiljen.

4. Bärarkroppen enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d a v att åtminstone ett ytskikt hos bärarkroppen huvudsakligen innefattar ett material utvalt ur MAX-fasfamíljen.

5. Bärarkroppen enligt krav 4, k ä n n e te c k n a d a v att ytskiktet är tillräckligt tjockt för att undvika kontaktmärken under beläggning av skär, där tjockleken hos bärarkroppens ytskikt åtminstone är av storleksordningen 25 pm.

6. Bärarkroppen enligt någon av krav 1-4, k ä n n e t e c k n a d a v att bärarkroppen är en pyramid med tre eller flera sidor eller en kon.

7. Bärarkroppen enligt krav 6, k ä n n e te c k n a d a v att de exponerade sidorna hos pyramiden eller konen är konvexa eller konkava. 10 s-s9oAsEk zoos-os-os 10

8. Bärarkroppen enligt någon av krav 1-7, k ä n n e t e c k n a d a v att materialet från MAX-fasfamiljen är TigSiCg.

9. En metod för beläggning av verktygsskär innefattande ett substrat och en beläggning utfälld genom användning av en CVD- och/eller MTCVD-metod, k ä n n e t e c k n a d a v att skären under beläggningen placeras på en bärarkropp såsom definieras l krav 1.

10. Metoden enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d a v att bärarkroppen anordnas väsentligen av Ti3SiC2 som en pyramid med tre eller flera sidor eller en kon genom att anordna en bärarkropp väsentligen av Ti3SiC2, vilken har en plan yta med eller utan ett ytmönster.