SE528427C2 - Ett belagt skär för metallbearbetning och sätt att tillverka detta - Google Patents

Description

35 40 i 528 427 3) Spånsida 4) Skärverktyg Figur 2-4 sammanfattar prestandan av skär enligt uppfinningen under olika provningsbetingelser.

Detaljerad beskrivning av föreliggande uppfinning Enligt föreliggande uppfinning föreligger ett belagt skär- verktyg med åtminstone en spånsida och åtminstone en släppnings- sida som skär varandra för att bilda en skäregg bestående av en hårdmetallkropp vilken är försedd med en väsentligen bindefasanri- kad ytzon fri från kubisk karbidfas som åtminstone delvis saknas på spånsidan omfattande åtminstone en del av ytan som sträcker sig från skäreggen.

I en utföringsform har skäret en plan spánsida där sagda bin- defasanrikade zon saknas på >25%, företrädesvis >40%, helst >60% men föreligger på >25 %, företrädesvis >l0 %, helst >0 % av ytan av spånsidan utom ytan av hålet för fastspänning, om något. Före- trädesvis saknas den bindefasanrikade ytzonen i hörnen av skäret, företrädesvis i triangulära ytor, helst liksidiga eller längs kan- terna av skäret, med en väsentligen konstant bredd >O,1 mm, före- trädesvis >0,25 mm.

I den föredragna utföringsformen saknas den bindefasanrikade ytzonen helt på spånsidan.

I en alternativ utföringsform är spånsidan försedd med en spånbrytargeometri, omfattande plana ytor och fördjupningar, vari bindefasanrikningen saknas på åtminstone delar av de plana ytorna som sträcker sig från skäreggen och är kvar i fördjupningarna. Fö- reträdesvis saknas den bindefasanrikade ytzonen längs eggarna av skäret med en väsentligen konstant bredd >O,1 mm, företrädesvis >0,25 mm.

Bindefasanrikningen är åtminstone delvis, närvarande på släppningssidan. företrädesvis helt, Skäret är helst negativt och den bindefasanrikade ytzonen saknas sålunda åtminstone delvis på båda spánsidorna.

I en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning har skäret en väsentligen kubisk karbídfasfri och bindefasanrikad yt- zon med genomsnittlig bindefashalt i området 1,2-2,5 gånger den nominella bindefashalten och en tjocklek av 5-50 um.

I en ytterligare föredragen utföringsform är substratet av det belagda skärverktyget en hårdmetallkropp med en sammansättning 20 25 30 «sz2 421, 3 av 3,0-9,0 vikt-%, företrädesvis 4,0-7,0 vikt-% Co, 1,0-10,0 vikt- %, företrädesvis 4,0-9,0 vikt-% kubisk karbidbildande element fràn grupperna Ivb och vb i det periodiska systemet, N, C och WC.

Skären är försedda med 5-25 um tjocka slitstarka beläggningar kända i tekniken, företrädesvis framställda med CVD och/eller MTCVD teknik, företrädesvis innehållande ett skikt av aluminium- oxid med en tjocklek av 1-15 um.

I en föredragen utföringsform har skär enligt uppfinningen en beläggning omfattande: - ett skikt av TiCXNy0z med 0,75k+y+zí1, företrädesvis med z<0,2, x>O,3 och y>0,2, helst x>0,4, med en tjocklek av 3-14 um, företrädesvis 4-12 um, helst 5-10 um, med kolumnära korn. - åtminstone ett skikt av Al2O3, företrädesvis a-Al3O3, med en tjocklek av 2-14 um, företrädesvis 3-10 um. - det yttre skiktet av Al2O3 kan följas av ytterligare skikt av TiCxNyOz, HfCXNyOZ eller ZrCxNyOz eller blandningar därav med 0,75x+y+z¿l,2, företrädesvis med y>x och z<0,4, hellre y>0,4, helst y>0,7, med tjocklek <3 um, företrädesvis 0,4-1,5 um, men Al2O3-skiktet kan även vara det yttersta skiktet.

Uppfinningen avser även ett sätt att tillverka sagda belagda skär med valda ytor utan bindefasanrikning. Enligt metoden blan- das, pressas och sintras råmaterial för hàrdmetallsubstratet en-r ligt normala procedurer resulterande ett skär med en ytzon väsent- ligen fri fràn kubisk karbid fas och bindefasanrikad.

Efter sintringen avlägsnas ytmaterialet pà spànsidan meka- niskt, kemiskt eller med någon annan metod till àtminstone djupet av den bindefasanrikade zonen. Den bindefasanrikade zonen pä släppningssidan påverkas inte och segheten kring eggen är kvar.

Efter konventionella eftersintringbehandlingar omfattande eggslip- ning, utfälls en härd, slitstark beläggning, möjligen följt av en efterbehandling av beläggningens yta, såsom blästring eller borst- ning.

Exempel Skär provade i följande exempel: "A" skär enligt uppfinningen med en bindefasanrikad ytzon på skäregg och släppningssida men inte pá spànsidan "B" tidigare kända skär med en bindefasanrikad ytzon pá alla ytor begränsande skäreggen 20 30 40 , 52 8 4.2.7 4 "C" skär utanför uppfinningen med bindefasanrikning avlägsnad på alla ytor.

De provade skären A, B och C har liknande kemisk sammansätt- ning av hàrdmetallkroppen och liknande fysikaliska bulkegenskaper.

Exempel 1 _ Skär enligt uppfinningen, "A", provades emot skär ”B” och "C". Skären hade en sammansättning av 5,3 vikt% Co, 3,3 vikt% Ta, 2,1 vikt% Nb, 2,0 vikt% Ti, 6,0 vikt% C, 0,2 vikt% N och som rest W. Ytzonen av skärsubstraten bestod av en 25 um tjock bindefasan- rikad del nästan fri fràn kubisk karbidfas. Efter avlägsnande av den bindefasanrikade zonen pà spansidans ytor, belades substraten med ett 7 um tjockt skikt av TiCxNy0Z, ett 5 um tjockt skikt av Al203, bestående av a~fas och ett yttre skikt av kväverik TiCxNyOz utfälld till en tjocklek av 0,5 um.

Skären provades under följande betingelser.

Arbetsstycke: Cylindrisk sparad stång Material: SS1672-08, startdiameter 160 mm Skär typ: CNMA120408 Skärhastighet 140 m/min Matning: ökande fràn 0,1 till 1,0 mm/Varv Skärdjup: 2,0 mm Längd i ingrepp: 10 mm Anmärkning: intermittent ingrepp utan kylmedel Livslängdskriterium: Gradvis ökad matning till brott.

Segheten hos skäreggarna visas i Figur 2 där tio eggar av vardera skärtypen prövades med ökande matning tills eggurflisning inträffade. Skären "C" utan bindefasanrikade zoner visade kraftig eggurflisning vid låga matningar medan de enligt uppfinningen "A" och tidigare kända "B" visade högre och nästan lika seghet.

Detta demonstrerar att även om den bindefasanrikade ytzonen avlägsnas frán spánsidan är eggsegheten nästan opàverkad jämfört med skär med den anrikade zonen kvar.

Exempel 2 Skär enligt "A", "B" och "C" jämfördes i kontinuerlig metall~ bearbetning vid hög hastighet. Skärsubstraten innehöll 7,6 vikt% Co, 2,2 vikt% Ta, 2,0 vikt% Nb, 1,5 vikt% Ti. Ytzonen av skärsub- straten bestod av en 30 um tjock bindefasanrikad del nästan fri 20 25 30 40 lsza 4275 5 fràn kubisk karbidfas. Efter avlägsnande av gradientzonen pà valda ytor, belades substraten med ett 5 um tjockt skikt av TiCxNyOZ, ett 8 um tjockt skikt av d-Al2O3 och ett yttre skikt av kväverik TiCxNyOz utfällt till en tjocklek av 0,5 um.

Provningsbetingelserna var följande: Arbetsstycke: Cylindrisk stäng Material: SSl672-08 Skär typ: TPUN160308 Skärhastighet 300-550 m/min Mätning: 0,3 mm/varv Skärdjup: 2,5 mm Anmärkning: Inget kylmedel användes.

Den plastiska deformation och/eller fasförslitning (vbn) mät- tes vid den punkt där nosradien börjar vid olika skärhastigheter (vc).

Frán resultaten i Figur 3 är det uppenbart att skären enligt uppfinningen "A" med bindefasanrikad ytzon pá skäregg och släpp- ningssida men inte pà spänsidan och skären "C" tidigare kända utan bindefasanrikning har ett bättre motstånd mot plastisk deformation och fasförslitning än skär "B" enligt känd teknik med en bindefas- anrikad ytzon.

Exempel 3 Skär enligt Exempel l jämfördes och provbetingelserna var följande: Arbetsstycke: Hexagonal stäng Material: SS2244-05 (härdat) Skärtyp: SNMAl204l2 Skärhastighet 200 m/min Mätning: 0,15-0,3 mm/varv Skärdjup: 1,5 mm Tid i ingrepp: Anmärkning: 37 sekunder för vardera cykeln Planing av hexagonal stång med tunga intermittenta ingrepp i början av varje cykel, tre eggar av vardera skärtypen provades. Livslängdskriterium vb >0,3 mm.

Det är tydligt frän Figur 4, att tidigare kända skär "B" och "C" erfor en märkbart kortare livslängd (färre cykler N) än "A" skär enligt uppfinningen. Stràl- eller gropförslitning var den livslängdsbegränsande förslitningsmekanismen i denna tillämpning.

Skär "C" utan ytanrikad bindefaszon, visade stark stràlförslitning 528 427 6 och oförutsägbart uppförande efter bara nágra (fä) cykler. Skär av typ "B" med en ytanrikad bindefaszon visade förbättrad livslängd med begränsad stràlförslitning men erfor tung gropförslitning le- dande till egghaveri.

För skär av typ "A" enligt uppfinningen där den bíndefasanri- kade zonen har avlägsnats pà spànsidan, var strálförslitningen be- gränsad och gropförslitningen var inte så stark resulterande i ökad livslängd.

Claims (10)

20 25 30 35 528 427^ 1' KIaV

1. Ett skär för metallbearbetning försett med en hård, slit- stark beläggning omfattande ett volframkarbidbaserat substrat be- stående av en hårdmetallkropp med en bindefasanrikad ytzon fri från kubisk karbidfas med åtminstone en spånsida och åtminstone en släppningssida bildande en skäregg k ä n n e t e c k n a t av att den bindefasanrikade ytzonen saknas åtminstone delvis på spànsidan omfattande åtminstone den del av ytan som sträcker sig från skär- eggen men finns på släppningssidan.

2. Ett belagt skär enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a t av att spånsidan är plan och den bindefasanrikade ytzonen saknas på >25 %, företrädesvis >40 %, men närvarande på >25 %, företrädesvis >10 % av ytan av spånsidan utom ytan av ett eventuellt hål för fastspänning.

3. Ett belagt skär enligt krav l k ä n n e t e c k n a t av att spànsidan är plan och den bindefasanrikade ytzonen saknas helt på ytan av spånsidan.

4. Ett belagt skär enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a t av att spånsidan är försedd med en spånbrytargeometri, omfattande plana ytor och fördjupningar, vari den bindefasanrikade ytzonen saknas på åtminstone delar av de plana ytorna som sträcker sig från skäreggen och är kvar i fördjupningarna.

5. Ett belagt skär enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a t av att den bindefasanrikade ytzonen saknas längs eggarna av skäret med en väsentligen konstant bredd >0,l mm, företrädesvis >0,25 mm.

6. Ett belagt skär enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a t av att skäret är negativt.

7. Ett belagt skär enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a t av att den bindefasanrikade ytzonen vä- sentligen fri från kubisk karbídfas har ett genomsnittligt binde- fasinnehåll av 1,2-2,5 gånger det nomínella bindefasinnehållet och en tjocklek av 5-50 um.

8. Ett belagt skär enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a t av att substratet är en hårdmetall med en sammansättning av 3,0-9,0 vikt-%, företrädesvis 4,0-7,0 vikt-% Co, 1,0-10,0 vikt-%, företrädesvis 4,0-9,0 vikt-% av kubisk karbidbildande element från grupperna IVb och Vb i det periodiska systemet, N, C och WC. 10 . 528 427 S?

9. Ett belagt skär enligt nàgot av föregående krav k ä n n e t e c k n a t av att den hàrda, slitstarka beläggningen är 5-25 um tjock, företrädesvis framställd med CVD- och/eller MTCVD-teknik, företrädesvis innefattande ett skikt av aluminium- oxid med en tjocklek av 1-15 pm.

10. Sätt att tillverka ett belagt skär för metallbearbetning enligt krav 1 omfattande ett volframkarbidbaserat substrat med en bindefasanrikad ytzon med åtminstone en spànsida och åtminstone en släppningssida som bildar en skäregg med de pulvermetallurgiska metoderna malning, pressning, sintring och eftersintringsbehand- ling omfattande borttagande av den bindefasanrikade zonen, egg- slipning samt utfällning av en härd, slitstark beläggning k ä n n e t e c k n a t av att den bindefasanrikade ytzonen bort- tas àtminstone delvis pà spansidan omfattande åtminstone en del av ytan utgående fràn skäreggen.