WO1998029211A1 - Beschichteter schneideinsatz oder schneideinsatzrohling und verfahren zur herstellung von beschichteten schneideinsätzen zum zerspanen - Google Patents

Beschichteter schneideinsatz oder schneideinsatzrohling und verfahren zur herstellung von beschichteten schneideinsätzen zum zerspanen Download PDF

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cutting
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insert
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Udo KÖNIG
Hartmut Westphal
Wolfgang Hintze
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Widia Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a coated cutting insert or cutting insert blank for coating from a gas phase with a rake face and a parallel support surface.
  • the invention further relates to a method for the production of coated cutting inserts for machining without a fastening hole.
  • cutting inserts are fastened either in a holder by means of a clamping screw that passes through a central fastening hole with an upper countersink, or by means of a clamping claw. Furthermore, center hole plates can be tensioned via an eccentric or a toggle lever.
  • the subject of the present application are cutting inserts or cutting insert blanks which are held by means of a clamping claw or a clamping arm or the like and accordingly have no central central fastening hole.
  • the coating, in particular the PCVD or the PVD coating of such cutting inserts usually requires preparatory work, such as pre-cleaning either by sand or wet blasting treatment and finally the coating.
  • this support should be designed so that the clamping in a clamping claw or in a clamping finger is not deteriorated. This means that any gill troughs adapted to the clamping finger or the like should still be present or realizable on the rake face as well as the rake face geometries normally used.
  • the cutting insert or cutting insert blank according to claim 1 which is characterized in accordance with the invention in that it has an opening which runs continuously from the rake face to the support surface, the cross-sectional profile of which is at least partially non-circular or at least partially circular, and the largest possible inscribed circle is one Has a diameter which is either ⁇ 0.2 x IC or ⁇ 1.5 mm, preferably ⁇ 1 mm or has a diameter which is> 0.65 IC, preferably> 0.75 IC or> 13.5 mm, preferably > 15 mm, where IC denotes the inner circle diameter.
  • the openings in question are selected either considerably smaller or significantly larger according to the present invention, in the latter case the recess in question by a precisely fitting insert is closed, which will be discussed later.
  • this opening lies centrally or centrally with respect to the rake face, but in such a way that due to its small size the clamping is not impaired by the system of the clamping finger and the gill trough.
  • the opening can be located in the center of a gill trough, which is not required when the tool (cutting insert) is clamped or is not acted upon by the clamping finger.
  • the opening can also have non-round cross-sectional shapes, which has the advantage that it provides possibilities for centering and positioning the cutting insert both during the pre-cleaning, the sintering and the coating, and later when aligning in the holder. Any cross-sectional shape that allows, even if only partially, such alignment or indexing is to be understood as non-circular in the sense of the present invention.
  • the cross-sectional profile can thus be geometrically regular, that is to say star-shaped, oval, elongated round or polygonal (polygonal, in particular octagonal) or, with the exception of a groove or a rib or other rotary indexing, round.
  • the diameter is preferably ⁇ 0.2 ⁇ IC, which the largest circle that can be inscribed in the cross-sectional profile has.
  • Rotary indexing options can also be created by providing two small-diameter openings instead of just a single opening. Apart from any possible rotations, which may still be possible with two circular openings, the cross-section of the opening is no longer important with regard to the desired rotary indexing.
  • the possibility of fixing the cutting insert or cutting insert blank in pretreatments and created during coating as is generally used for perforated plates.
  • the openings in question are accordingly used in the same way for threading or plugging. This eliminates the otherwise necessary magnetic brackets, the use of complicated conditions, possible wiring of the cutting inserts in question, in part with the procedural disadvantage that the cutting inserts in question have to be subjected to multiple coating processes in order to finally coat the areas that were previously used as points of contact or contact have served.
  • hard metals for example, have a thermal conductivity of less than 1 W / (cm ⁇ K). Furthermore, it is known that during cutting work on the cutting edge considerable temperatures occur, which are only dissipated to a small extent according to the prior art, so that even when using the cutting insert for the first time in a cutting operation, it cannot be ruled out that the heat generated during the cutting can be ruled out the cutting edges that are not used are impaired by changes in the temperature of the material structure in such a way that they have significantly shorter service lives or wear properties.
  • the heat generated in the cutting insert can be correspondingly better, in particular via the contact surface, but also via the clamping arm in the holder.
  • the only requirement for this is a surface contact of the insert with the wall of the opening.
  • the dissipation of heat via this insert into the clamping arm or clamping finger and into the support of the holder can be influenced by a suitable choice of material for the holder and in particular by the material of the insert, which is made of a metal or a metal alloy with good thermal properties, preferably aluminum, Copper, an aluminum or copper alloy or a low alloy steel.
  • the insert and the opening have an outer dimension that is substantially similar to the outer contour of the cutting insert, preferably the opening top edge and the outer edge of the insert are arranged parallel to the cutting edges delimiting the rake face.
  • the cutting insert with "inner" insert has the further advantage that less expensive material can be used for the insert.
  • the cutting insert itself consists of a coated substrate material. The extent of the insert, which is accommodated in the opening of the cutting insert, is practically only limited by the required stability of the cutting insert. In other words, the thickness of the cutting insert from the outer edge or the free surface to the edge of the opening must still be sufficiently stable against cracking.
  • the opening has the same cross section over its entire length.
  • the opening in cutting inserts with free surfaces can taper conically or stepwise towards the contact surface at a positive clearance angle.
  • the cutting insert can consist of a composite body which has a substrate body and a single-layer or multilayer layer deposited thereon. Cermets, hard metals or ceramics can be used as substrate body material.
  • the coatings known from the prior art can be used as coatings, such as hard materials, preferably carbides, nitrides and / or carbonitrides of the metals of the IVa to Vla metals of the periodic table, AI2O 3 and / or Zr0 2 , BN, diamond-like Layers, amorphous carbon layers, both as a single layer and as a multiple layer with different of the aforementioned substances.
  • a cutting insert blank is produced by pressing, which has an opening that runs from the rake face to the support surface and whose cross-sectional profile is at least partially non-round or at least partially circular with a diameter that is either ⁇ 0.2 x IC or ⁇ 1.5 mm, preferably ⁇ 1 mm or which has a diameter which is> 0.65 IC, preferably> 0.75 IC or> 13.5 mm, preferably> 15 mm, wherein IC is the inner circle diameter.
  • This opening is used after sintering to thread the cutting insert both for pre-cleaning and for holding during coating.
  • the procedure outlined creates the advantage that the holding of the cutting inserts during the pre-cleaning and the coatings can be simplified and therefore cheaper. In addition, the possibility is created to improve the cleaning or the coating itself or to avoid multiple coating passes.
  • the benefits outlined arise to a particular degree in coating processes with directional deposition or in low-temperature coating processes, such as, for example, the PVD process.
  • Fig. 1 is a plan view of a clamp holder with a
  • Fig. 2 is a plan view of a cutting insert
  • FIGS. 8a to f are top views of cutting inserts each with at least 2 openings and
  • 9a to f are top views of cutting inserts with a central but non-circular opening
  • Fig. 10a, b is a side view and a plan view of a square cutting insert with a substantially trefoil-shaped opening and
  • FIGS. 10 and 11 each show a square cutting insert with a larger opening in a side view and a top view, respectively in FIGS. 10 and 11 the largest possible inscribed circles are shown.
  • FIG. 1 shows a clamp holder 8 with a clamp claw 9 provided in a manner known from the prior art, by means of which a square indexable insert 10 is held.
  • the invention can be implemented without exception in any cutting insert shapes known in the prior art.
  • a common feature of the cutting inserts 10 is that they have a rake face 11, which can optionally be provided with elevations and / or depressions, chamfers etc., and a bearing surface 12.
  • the rake face 11 and the bearing surface 12 are substantially parallel, which is not a mandatory requirement.
  • the cutting inserts can be designed as multi-use indexable inserts, in which both the rake face 11 and the support surface 12 are designed identically, so that after the turning, the support surface can be used as a rake face.
  • the rake face 11 is delimited by cutting edges 17, which also represent the boundary line to open areas 13 and 14, respectively.
  • the cutting insert 10 has a relatively large opening in which an insert 15 is arranged, the surface of which, for example, is flush with the rake face 11 surrounding it and also adjoins it. Alternatively, it can also protrude from the surrounding rake face.
  • the boundary line roughly follows the course of the cutting edge 17, the free surface 13, 14 additionally being inclined at a positive clearance angle.
  • the cutting insert 10 can have a step 18; in a corresponding manner, the insert 15 has a reset paragraph.
  • the insert 15 can as shown in FIG. 6, be cuboid or additionally (see FIG. 3) with an upper chamfer 19.
  • the thermally conductive insert 15 can consist, for example, of aluminum or copper, the thermal conductivities of 2.37 W / (cm x K) or 3.98 W / (cm x K), that is to say substantially greater thermal conductivities than the hard metal used with 0.88 W. / (cm x K).
  • the thermal conductivity of the insert 15, on which both the clamping claw 9 rests, and thus also the cutting insert support of the holder 8 comes into contact with it, ensure that heat generated during the machining can be dissipated, as a result of which the wear of the cutting plate 10 is reduced and the service life is extended .
  • the cross-sectional shape of the insert 15 does not necessarily have to follow the course of the cutting edges in the outer contours; equally, in plan view or in cross section, circular, rectangular, hexagonal, oval or other shaped inserts 15 are possible, which are suitable for heat in the clamping claw or the contact surface of the holder.
  • the material of the insert 15 can be selected in particular with a view to minimizing the material costs, i.e. this can be a material that fulfills its placeholder function for machining.
  • the insert 22 with a central bore 23 (FIG. 5). This should be considered in particular if the cutting insert 10 is already connected to the insert 15 before sintering or coating.
  • FIGS. 1 to 6 all show cutting inserts with relatively large openings
  • the cutting inserts shown in FIGS. 7 to 9 are each provided with openings of only a small diameter.
  • the opening 16 of the cutting insert 10 shown in FIGS. 7a, b is in cross section circular and has a diameter that is ⁇ 0.2 x IC.
  • the recess in question can end with a chamfer.
  • FIGS. 7c, d differs from the one described above by a groove-shaped additional recess 25, which allows rotary indexing.
  • the groove 25 extends over the entire cutting insert height.
  • trough-shaped depressions 26 are provided for rotary indexing only on the rake face 11 and are distributed like a cloverleaf around the central hole 26.
  • FIGS. 7g and h has a central opening which is cross-shaped in cross section.
  • the cross-shaped cross-section in question is kept constant over the entire height of the cutting insert.
  • the cutting insert 20 can have a clamping trough 21 in the case shown in FIGS. 7i to 9.
  • the openings which have been described in relation to FIGS. 7a to h, are provided centrally in the gill trough, possibly also decentrally.
  • FIGS. 8a to f differ from the ones described above in that at least two openings are provided in each case.
  • a cutting insert 30 which is triangular in plan view, these are three openings 28 which are equidistant from the cutting edge and which are each circular and have a diameter of less than 0.2 ⁇ IC.
  • the cutting insert 20 according to FIG. 8b has recesses 29 which are elongated in cross section and are mirror-symmetrical to a surface diagonal.
  • the diamond-shaped cutting insert 31 according to FIG. 8c has circular openings 32 in cross section in the region of the obtuse-angled cutting corners, which are symmetrical to the longer diagonal.
  • An embodiment with four openings 33 is realized on the square cutting insert 20 according to FIG. 8d, each of which lies mirror-symmetrically on the two diagonals.
  • the diamond-shaped cutting insert 31 according to FIG. 8e likewise has two openings with a circular cross section, which, however, in contrast to the embodiment according to FIG. 8c, are arranged on the longer diagonal.
  • the cutting insert which is square in plan view according to FIG. 8f, only two openings 35 with a circular cross-section are provided, which lie asymmetrically on one half.
  • FIGS. 8a to f show further design variants of the cutting insert types 30, 20, 31 shown in FIGS. 8a to f.
  • only one central opening is used, which is triangular in cross section, following the edge profile (see number 36), square (37), diamond-shaped (38), oval (39) lenticular with two tips (40) or essentially circular (41) with a flattened area 42.
  • the outer cutting edge course is essentially followed.
  • the small cross-sectional openings have advantages in particular in the mechanical pretreatment of cutting insert blanks and in a final coating, since they can be easily threaded using these openings.
  • the openings still have advantages during the sintering. Because of the additional outer surface created in the area of the bore, the cutting insert can be better "degassed" during sintering and thus compressed. This improves the structure quality and thus the cutting properties.
  • Centrally arranged openings 16, 25, 26, 27 and 36 to 41 are expedient in the case of clamps acting eccentrically on the rake face or in clamp constructions in which the rake face represents the reference contact face to the carrier body.
  • the outer central arrangement of the openings 28 to 35 is particularly advantageous in the case of clamping finger constructions which act from above (on the rake face) if their pressure point lies in the central region of the indexable insert.
  • the rake surface around the opening can be designed to be slightly concave.
  • the edge of the opening can be chamfered.
  • FIG. 10 shows a cutting insert which is essentially square in plan view and which shows an opening 27 in a cloverleaf or cross shape analogous to the illustrations in FIG. 7h.
  • the largest possible inscribed circle 43 can be seen from this illustration.
  • the opening 44 is made significantly larger with the largest possible inscribed circle 45.
  • the opening 46 in question differs from the circular shape by four recesses, each offset by 90 ° and extending over the entire height of the cutting insert, the additional recesses 47 being designed in the form of a lobe in cross section, so that there is approximately a recess 46 with a rectangular cross section results.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen beschichteten Schneideinsatz oder Schneideinsatzrohling zur Beschichtung aus einer Gasphase mit einer Spanfläche und einer hierzu parallelen Auflagefläche. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung von beschichteten Schneideinsätzen zum Zerspanen ohne Befestigungsloch. Erfindunsgemäß wird der Schneideinsatzrohling durch Pressen hergestellt und besitzt eine von der Spanfläche bis zur Auflagefläche durchgehende Durchbrechung, deren Querschnittsprofil zumindest teilweise unrund oder zumindest teilweise kreisrund ist und die nach dem Sintern zum Auffädeln des Schneideinsatzes sowohl beim Vorreinigen als auch beim Beschichten benutzt wird.

Description

Beschreibung
Beschichteter Schneideinsatz oder Schneideinsatzrohling und Verfahren zur Herstellung von beschichteten Schneideinsätzen zum Zerspanen
Die Erfindung betrifft einen beschichteten Schneideinsatz oder Schneideinsatzrohling zur Beschichtung aus einer Gasphase mit einer Spanfläche und einer hierzu parallelen Auflagefläche. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung von beschichteten Schneideinsätzen zum Zerspanen ohne Befestigungs- loch.
Grundsätzlich werden Schneideinsätze entweder über eine Spannschraube, die ein zentrales Befestigungsloch mit einer oberen Ansenkung durchgreift, oder mittels einer Klemmpratze in einem Halter befestigt. Weiterhin können Mittellochplatten über einen Exzenter oder einen Kniehebel gespannt werden. Gegenstand der vorliegenden Anmeldung sind solche Schneideinsätze oder Schneideinsatzrohlinge, die über eine Klemmpratze bzw. einen Klemmarm oder ähnliches gehaltert werden und demgemäß über kein mittleres zentrales Befestigungsloch verfügen. Die Beschichtung, insbesondere die PCVD- oder die PVD-Beschichtung solcher Schneideinsätze macht üblicherweise Vorarbeiten, wie eine Vorreinigung entweder durch eine Sand- oder eine Naßstrahlbehandlung und schließlich das Beschichten erforderlich. Um die betreffenden Schneideinsätze allseitig vorreinigen und insbesondere möglichst gleichmäßig beschichten zu können, ist eine Halterung dieser Schneideinsätze oder Schneideinsatzrohlinge unerläßlich. Soweit die betreffenden Stoffe magnetisierbar sind, kommt eine Halterung mittels Magneten, die an weniger kritischen Stellen angreifen sollen, in Frage, ansonsten müssen die betreffenden Schneideinsätze auf Rosten mit einer möglichst punktförmigen Berührung abgelegt werden, soweit sie nicht zusätzlich in Einrichtungen beim Vorreinigen wie beim PVD- Beschichten gehaltert werden müssen, um eine möglichst allsei- tige Bearbeitung ggf. mit Drehungen des Werkstückes, zu ermöglichen, ohne daß der Körper einem etwaigen Behandlungsdruck (wie beim Sand- oder Naßstrahlen) ausweicht.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schneideinsatz oder Schneideinsatzrohling der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem betreffende Vorreinigungs- und Beschichtungsarbei- ten durch eine ausreichende Halterungsmöglichkeit des betreffenden Körpers erleichtert werden. Diese Halterungshilfe soll jedoch so gestaltet sein, daß die Klemmung in einer Klemmpratze bzw. in einem Klemmfinger nicht verschlechtert ist. Dies bedeutet, daß etwaige dem Klemmfinger angepaßte Kiemmulden oder ähnliches nach wie vor auf der Spanfläche ebenso wie üblicherweise verwendete Spanflächengeometrien vorhanden bzw. realisierbar sein sollen.
Diese Aufgabe wird durch den Schneideinsatz oder Schneideinsatzrohling nach Anspruch 1 gelöst, der erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß er eine von der Spanfläche bis zur Auflagefläche durchgehende Durchbrechung aufweist, deren Querschnittsprofil zumindest teilweise unrund ist oder zumindest teilweise kreisrund ist und wobei der größtmögliche einbeschriebene Kreis einen Durchmesser besitzt, der entweder < 0,2 x IC oder < 1,5 mm, vorzugsweise < 1 mm ist oder der einen Durchmesser aufweist, der > 0,65 IC, vorzugsweise > 0,75 IC oder > 13,5 mm, vorzugsweise > 15 mm ist, wobei IC den Innenkreisdurchmesser bezeichnet.
Anders als bei nach dem Stand der Technik bekannten Mittelloch- Platten, deren Mittellochdurchmesser entsprechend dem Durchmesser der Spannschraube dimensioniert ist, werden nach der vorliegenden Erfindung die betreffenden Durchbrechungen entweder erheblich kleiner oder deutlich größer gewählt, wobei im letztgenannten Fall die betreffende Ausnehmung durch einen paßgenauen Einsatz verschlossen wird, worauf später noch eingegangen wird. Im Falle einer einzigen im Querschnitt kreisrunden Durchbrechung des Schneideinsatzes liegt diese Durchbrechung mittig bzw. zentral in bezug auf die Spanfläche, aber dergestalt, daß aufgrund ihrer kleinen Größe die Klemmung über das System des Klemmfingers und der Kiemmulde nicht beeinträchtigt wird. So kann die Durchbrechung insbesondere im Zentrum einer Kiemmulde liegen, das beim Spannen des Werkzeuges (Schneideinsatzes) nicht benötigt bzw. nicht vom Klemmfinger beaufschlagt wird. Die Durchbrechung kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auch unrunde Querschnittsformen aufweisen, was den Vorteil besitzt, daß hiermit Möglichkeiten zur Zentrierung und Positionierung des Schneideinsatzes sowohl während der Vorreinigung, dem Sintern und dem Beschichten, als auch später beim Ausrichten im Halter geschaffen werden. Als unrund im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jedwede Querschnittsform zu verstehen, die, wenn auch nur teilweise, eine solche Ausrichtung bzw. Indexierung zuläßt. Das Querschnittsprofil kann somit geometrisch regelmäßig, also sternförmig, oval, länglich rund oder polygonförmig (mehreckig, insbesondere achteckig) ausgebildet sein oder, mit Ausnahme einer Nut oder einer Rippe oder sonstigen rotatorischen Indexierungen, rund sein. Bei unrunden Querschnittsprofilen ist vorzugsweise der Durchmesser < 0,2 x IC, den der größte, dem Querschnittsprofil einbeschreibbare Kreis besitzt .
Rotatorische Indexiermöglichkeiten können auch dadurch geschaffen werden, daß anstelle nur einer einzigen Durchbrechung zwei im Durchmesser kleine Durchbrechungen vorgesehen sind. Abgesehen von etwaigen noch möglichen Drehungen, die bei zwei kreisrunden Durchbrechungen noch wahlweise möglich sein können, kommt es auf den Querschnitt der Durchbrechung im Hinblick auf die gewünschte rotatorische Indexierung nicht mehr an.
Gleichgültig, welche Form und welche Größe die betreffende Durchbrechung des Schneideinsatzes bzw. Schneideinsatzrohlinges besitzt, ist hiermit die Möglichkeit der Fixierung des Schneideinsatzes bzw. Schneideinsatzrohlinges bei Vorbehandlungen und beim Beschichten geschaffen, wie dies grundsätzlich bei Lochplatten ausgenutzt wird. Die betreffenden Durchbrechungen werden in dementsprechend gleicher Weise zum Auffädeln oder Aufstecken verwendet. Damit entfallen ansonsten notwendige Magnethalterungen, die Verwendung von komplizierten Auflagen, etwaiges Andrahten der betreffenden Schneideinsätze, zum Teil mit dem verfahrenstechnischen Nachteil, daß die betreffenden Schneideinsätze mehrfach Beschichtungsvorgängen unterzogen werden müssen, um schließlich auch die Stellen zu beschichten, die zuvor als Auf- oder Anlagepunkte gedient haben.
Wählt man eine im Querschnitt oder im größten Durchmesser 0,65 x IC übersteigende oder auch eine unrunde Durchbrechung, so besteht weiterhin die Möglichkeit, nach der Vorbehandlung und der Beschichtung in diese Durchbrechung einen paßgenauen Einsatz aus einem anderen Material anzuordnen, womit das insbesondere zum Auffädeln beim Beschichten genutzte "Loch" wieder verschlossen wird. Dies geschieht vorzugsweise dergestalt, daß ein Material mit einer besseren Wärmeleitfähigkeit als das des Schneideinsatzmaterials verwendet wird.
Es ist bekannt, daß z.B. Hartmetalle eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 1 W/(cm x K) besitzen. Weiterhin ist bekannt, daß bei Zerspanungsarbeiten an der Schneidkante erhebliche Temperaturen auftreten, die nach dem Stand der Technik in nur geringem Maße abgeführt werden, so daß bereits bei der ersten Benutzung des Schneideinsatzes in einer Zerspanungsoperation nicht auszuschließen ist, daß durch die beim Schnitt entstehende Wärme die nicht eingesetzten Schneidkanten durch temperaturbedingte Materialgefüge-Veränderungen derart beeinträchtigt werden, daß sie wesentlich kürzere Standzeiten bzw. Verschleißeigenschaften besitzen. Nutzt man nun den vorteilhafterweise beim Vorreinigen sowie bei der Beschichtung hilfreichen Durchbruch dadurch, daß hierin ein Einsatz mit größerer Wärmeleitfähigkeit angeordnet wird, kann die im Schneideinsatz entstehende Wärme in entsprechend besserem Maße, insbesondere über die Auflagefläche, aber auch über den Klemmarm im Halter abgeführt werden. Voraussetzung hierfür ist lediglich ein Flächenkontakt des Einsatzes mit der Wandung der Durchbrechung. Die Abführung der Wärme über diesen Einsatz in den Klemmarm bzw. Klemmfinger sowie in die Auflage des Halters kann durch entsprechende Materialwahl des Halters sowie insbesondere durch das Material des Einsatzes beeinflußt werden, der aus einem Metall oder einer Metallegierung mit gutem Wärmevermögen, zugsweise aus Aluminium, Kupfer, einer Aluminium- oder Kupferlegierung oder einem niedrig legierten Stahl besteht.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besitzen der Einsatz und die Durchbrechung einen der Außenkontur des Schneideinsatzes im wesentlichen ähnliches Außenmaß, vorzugsweise ist jeweils parallel zu den die Spanfläche begrenzenden Schneidkanten die Durchbrechungsoberkante bzw. die Außenkante des Einsatzes angeordnet. Abgesehen von der erzielbaren besseren Wärmeabfuhr bietet der Schneideinsatz mit "lnnen-"Einsatz noch den weiteren Vorteil, daß weniger kostspieliges Material für den Einsatz verwendet werden kann. Der Schneideinsatz selbst besteht aus einem beschichteten Substratwerkstoff. Die Ausdehnung des Einsatzes, der in der Durchbrechung des Schneideinsatzes Platz findet, wird praktisch nur durch die geforderte Stabilität des Schneideinsatzes begrenzt. Mit anderen Worten, die Dicke des Schneideinsatzes von der Außenkante bzw. der Freifläche bis zum Rand der Durchbrechung muß noch ausreichend stabil gegen Rißbildung sein.
Wie bereits eingangs erwähnt, ist es zur Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, daß die Durchbrechung über ihre gesamte Länge einen gleichen Querschnitt aufweist. Insbesondere kann sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Durchbrechung bei Schneideinsätzen mit Freiflächen unter einem positivem Freiwinkel konisch oder stufenweise zur Auflagefläche hin verjüngen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es ebenso möglich, die Durchbrechung über den größten Teil kreisrund auszubilden und nur über einen Teilbereich eine andersartige, rotationsin- dexierbare Form einzuprägen, die z.B. achteckig, sternförmig, aber auch rotationsasymmetrisch sein kann.
Der Schneideinsatz kann erfindungsgemäß aus einem Verbundkörper bestehen, der einen Substratkörper und eine hierauf abgeschiedene ein- oder mehrlagige Schicht besitzt. Als Substratkörpermaterial kommen Cermets, Hartmetalle oder Keramiken infrage. Als Beschichtungen kann auf die nach dem Stand der Technik bekannten Stoffe zurückgegriffen werden, so auf Hartstoffe, vorzugsweise Carbide, Nitride und/oder Carbonitride der Metalle der IVa- bis Vla-Metalle des Periodensystemes , AI2O3 und/oder Zr02, BN, diamantähnliche Schichten, amorphe Kohlenstoffschichten, sowohl als Einzellage als auch als Mehrfachlage mit unterschiedlichen der vorgenannten Stoffe.
Erfindungsgemäß wird bei der Herstellung von beschichteten Schneideinsätzen (ohne Befestigungsloch) zum Zerspanen ein Schneideinsatzrohling durch Pressen hergestellt, der eine von der Spanfläche bis zur Auflagefläche durchgehende Durchbrechung aufweist, deren Querschnittsprofil zumindest teilweise unrund ist oder zumindest teilweise kreisrund ist mit einem Durchmesser, der entweder < 0,2 x IC oder < 1,5 mm, vorzugsweise < 1 mm ist oder der einen Durchmesser aufweist, der > 0,65 IC, vorzugsweise > 0,75 IC oder > 13,5 mm, vorzugsweise > 15 mm ist, wobei IC der Innenkreisdurchmesser ist. Diese Durchbrechung wird nach dem Sintern zum Auffädeln des Schneideinsatzes sowohl beim Vorreinigen als auch zum Haltern beim Beschichten benutzt. Die dargelegte Verfahrensführung schafft den Vorteil, daß die Halterung der Schneideinsätze während der Vorreinigung und der Beschichtungen vereinfacht und damit verbilligt werden kann. Darüber hinaus ist die Möglichkeit geschaffen, die Reinigung bzw. die Beschichtung selbst zu verbessern bzw. mehrfache Beschichtungsgänge zu vermeiden. Die dargelegten Vorteile ergeben sich in besonderem Maße bei Beschichtungsverfahren mit gerichteter Abscheidung bzw. bei Niedrigtemperatur-Beschich- tungsverfahren, wie beispielsweise dem PVD-Verfahren.
Weitere Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Klemmhalter mit einem
Schneideinsatz,
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Schneideinsatz nach
Fig. 1,
Fig. 3 bis 6 einen Schnitt entlang der Linie A - A nach
Fig. 2 in unterschiedlichen Ausführungsvarianten,
Fig. 7a bis p alternative Ausführungsformen eines Schneideinsatzes nach der vorliegenden Erfindung, jeweils in einer Schnittansicht und einer Draufsicht,
Fig. 8a bis f jeweils Draufsichten auf Schneideinsätze mit jeweils mindestens 2 Durchbrechungen und
Fig. 9a bis f jeweils Draufsichten auf Schneideinsätze mit einer zentralen, aber unrunden Durchbrechung,
Fig. 10a, b eine Seitenansicht und eine Draufsicht auf einen viereckigen Schneideinsatz mit einer im wesentlichen kleeblattförmigen Durchbrechung und
Fig. 11a, b jeweils in Seitenansicht und einer Draufsicht einen viereckigen Schneideinsatz mit größerer Durchbrechung, wobei jeweils in Fig. 10 und 11 die größtmöglichen einbeschriebenen Kreise dargestellt sind.
Fig. 1 zeigt einen Klemmhalter 8 mit einer in nach dem Stand der Technik bekannter Weise versehenen Klemmpratze 9, mittels der eine quadratische Wendeschneidplatte 10 gehaltert wird.
Die Erfindung läßt sich ausnahmslos bei beliebigen nach dem Stand der Technik bekannten Schneideinsatzformen verwirklichen.
In den Fig. 2 bis 7 ist jeweils eine Schneidplatte mit einer quadratischen Spanfläche dargestellt. Einheitlich bei den Schneideinsätzen 10 ist, daß diese eine Spanfläche 11, die ggf. mit Erhebungen und/oder Vertiefungen, Fasen etc. versehen sein kann, und eine Auflagefläche 12 besitzen. Die Spanfläche 11 und die Auflagefläche 12 sind im wesentlichen parallel, was jedoch nicht zwingende Bedingung ist. Ebenso können die Schneideinsätze als mehrfach verwendbare Wendeschneidplatten ausgebildet sein, bei denen sowohl die Spanfläche 11 als auch die Auflagefläche 12 gleich gestaltet sind, somit nach dem Wenden die Auflagefläche als Spanfläche verwendet werden kann. Die Spanfläche 11 wird begrenzt durch Schneidkanten 17, die auch die Grenzlinie zu Freiflächen 13 bzw. 14 darstellen.
Der Schneideinsatz 10 besitzt eine relativ große Durchbrechung, in der ein Einsatz 15 angeordnet ist, dessen Oberfläche beispielsweise bündig mit der ihn umgebenden Spanfläche 11 abschließt und hieran auch angrenzt. Sie kann zur umgebenden Spanfläche alternativ auch überstehen. Entsprechendes gilt für die Wandung der Durchbrechung sowie für den Außenmantel des Einsatzes 15. Im vorliegenden Fall folgt die Grenzlinie etwa dem Verlauf der Schneidkante 17, wobei zusätzlich die Freifläche 13, 14 unter einem positiven Freiwinkel geneigt ist. Entsprechend der Neigung des Freiwinkels kann der Schneideinsatz 10 eine Stufe 18 besitzen; in entsprechender Weise der Einsatz 15 einen zurückgesetzten Absatz. Der Einsatz 15 kann, wie in Fig. 6 dargestellt, quaderförmig oder zusätzlich (siehe Fig. 3) mit einer oberen Anfasung 19 versehen sein. Der wärmeleitende Einsatz 15 kann beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer bestehen, die Wärmeleitfähigkeiten von 2,37 W/(cm x K) oder 3,98 W/(cm x K) , also wesentlich größere Wärmeleitfähigkeiten als das verwendete Hartmetall mit 0,88 W/(cm x K) haben. Die Wärmeleitfähigkeit des Einsatzes 15, an dem sowohl die Klemmpratze 9 aufliegt, also auch die Schneideinsatzauflage des Halters 8 hiermit in Berührung kommt, gewährleisten, daß bei der Zerspanung entstehende Wärme abgeführt werden kann, wodurch der Verschleiß der Schneidplatte 10 herabgesetzt und die Standzeit verlängert wird.
Die Querschnittsform des Einsatzes 15 muß nicht zwingend in den Außenkonturen dem Schneidkantenverlauf folgen, gleichermaßen sind in der Draufsicht bzw. im Querschnitt kreisförmige, rechteckige, sechseckige, ovale oder sonstwie geformte Einsätze 15 möglich, die geeignet sind, Wärme in die Klemmpratze bzw. die Auflagefläche des Halters abzuleiten. Unabhängig davon kann das Material des Einsatzes 15 insbesondere im Hinblick auf die Minimierung der Werkstoffkosten gewählt werden, d.h., hierbei kann es sich um ein Material handeln, das zum Zerspanen seine Platzhalterfunktion erfüllt.
Falls gewünscht, ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung selbstverständlich ebenso möglich, auch den Einsatz 22 mit einer zentralen Bohrung 23 zu versehen (Fig. 5). Dies dürfte insbesondere dann in Betracht kommen, wenn der Schneideinsatz 10 bereits vor dem Sintern bzw. vor dem Beschichten mit dem Einsatz 15 verbunden wird.
Während die Fig. 1 bis 6 ausnahmslos Schneideinsätze mit relativ großen Durchbrechungen darstellen, sind die in Fig. 7 bis 9 dargestellten Schneideinsätze jeweils mit Durchbrechungen nur kleinen Durchmessers versehen. Die in Fig. 7a, b dargestellte Durchbrechung 16 des Schneideinsatzes 10 ist im Querschnitt kreisrund und hat einen Durchmesser, der < 0,2 x IC ist. Im Bereich der Dach- und Bodenfläche kann die betreffende Ausnehmung über eine Anfasung enden.
Die Ausführungsform nach Fig. 7c, d unterscheidet sich von der vorbeschriebenen durch eine nutförmige zusätzliche Ausnehmung 25, die eine rotatorische Indexierung zuläßt. Die Nut 25 erstreckt sich über die gesamte Schneideinsatzhöhe.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 7e und f sind zur rotatori- schen Indexierung nur auf der Spanfläche 11 vier muldenförmige Vertiefungen 26 vorgesehen, die sich kleeblattartig um das zentrale Loch 26 verteilen.
Die in Fig. 7g und h dargestellte Ausführungsform besitzt eine zentrale Durchbrechung, die im Querschnitt kreuzförmig ist. Der betreffende kreuzförmige Querschnitt wird über die gesamte Schneideinsatzhöhe konstant beibehalten.
Um einen besseren Angriffspunkt für eine gewölbte Kalotte der Klemmpratze 9 des Halters 8 zu schaffen, kann der Schneideinsatz 20 im in Fig. 7i bis 9 dargestellten Fall eine Klemmmulde 21 besitzen. Zentral in der Kiemmulde, ggf. auch dezentral sind die Durchbrechungen vorgesehen, die zu Fig. 7a bis h beschrieben worden sind.
Die Ausführungsformen nach Fig. 8a bis f weichen von den vorbeschriebenen dadurch ab, daß jeweils mindestens zwei Durchbrechungen vorgesehen sind. Dies sind im Falle der Fig. 8a in einem in der Draufsicht dreieckigen Schneideinsatz 30 drei äquidistant zur Schneidkante liegende Durchbrechnungen 28, die jeweils kreisförmig sind und einen Durchmesser von weniger als 0,2 x IC aufweisen. Der Schneideinsatz 20 nach Fig. 8b besitzt spiegelsymmetrisch zu einer Flächendiagonalen liegende im Querschnitt länglich-runde Ausnehmungen 29. Der rautenförmige Schneideinsätz 31 nach Fig. 8c besitzt jeweils im Bereich der stumpfwinkligen Schneidecken im Querschnitt kreisförmige Durchbrechungen 32, die symmetrisch zu der längeren Diagonalen liegen. Am quadratischen Schneideinsatz 20 nach Fig. 8d ist eine Ausführungsform mit vier Durchbrechungen 33 realisiert, die jeweils spiegelsymmetrisch auf den beiden Diagonalen liegen.
Der rautenförmige Schneideinsatz 31 nach Fig. 8e besitzt ebenfalls zwei im Querschnitt kreisförmige Durchbrechungen, die jedoch im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig. 8c auf der längeren Diagonalen angeordnet sind. Bei dem in der Draufsicht quadratischen Schneideinsatz nach Fig. 8f sind nur zwei im Querschnitt kreisförmige Durchbrechungen 35 vorgesehen, die asymmetrisch auf einer Hälfte liegen.
Weitere Ausführungsvarianten der in den Fig. 8a bis f dargestellten Schneideinsatztypen 30, 20, 31 zeigt Fig. 9. Bei den dortigen Ausführungsformen wird einheitlich nur eine zentrale Durchbrechung verwendet, die im Querschnitt, dem Kantenverlauf folgend, dreieckig (siehe Ziffer 36), viereckig (37), rautenförmig (38), oval (39) linsenförmig mit zwei Spitzen (40) oder im wesentlichen kreisförmig (41) mit einer Abflachung 42 ausgebildet sein können. Im Falle der Fig. 9a, b und c wird hierbei im wesentlichen dem äußeren Schneidkantenverlauf gefolgt.
Die im Querschnitt kleinflächigen Durchbrechungen haben insbesondere bei der mechanischen Vorbehandlung von Schneideinsatzrohlingen und bei einer abschließenden Beschichtung Vorteile, da sie mittels dieser Durchbrechungen leicht aufgefädelt werden können. Die Durchbrechungen haben auch während des Sinterns noch Vorteile. Durch die im Bereich der Bohrung geschaffene weitere Außenfläche kann nämlich der Schneideinsatz während des Sinterns besser "entgast" und damit verdichtet werden. Dies verbessert die Gefügequalität und damit die Zerspanungseigenschaften. Mittig angeordnete Durchbrüche 16, 25, 26, 27 und 36 bis 41 sind zweckmäßig bei außermittig auf die Spanfläche wirkende Klemmungen oder bei Klemmkonstruktionen, bei denen die Spanfläche die Referenz-Anlagefläche zum Trägerkörper darstellt. Die außenmittige Anordnung der Durchbrüche 28 bis 35 ist insbesondere bei von oben (auf die Spanfläche) wirkenden Klemmfingerkonstruktionen vorteilhaft, wenn deren Druckpunkt im Mittenbereich der Wendeschneidplatte liegt. Um bei mittigen Durchbrüchen und mittig auf die Spanfläche wirkenden Klemmungen eventuelles schädliches Kantentragen auf dem Rand des Durchbruches zu vermeiden, kann die Spanfläche um den Durchbruch herum leicht konkav gestaltet sein. Alternativ kann der Rand des Durchbruches gefast sein.
Aus Fig. 10 ist ein in der Draufsicht im wesentlichen viereckiger Schneideinsatz dargestellt, der eine Durchbrechung 27 in einer Kleeblatt- oder Kreuzform analog den Abbildungen nach Fig. 7h zeigt. Aus dieser Abbildung ist der größtmögliche einbeschriebene Kreis 43 ersichtlich.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 11 ist die Durchbrechung 44 mit einem größtmöglichen einbeschriebenen Kreis 45 um ein deutliches Maß größer ausgebildet. Die betreffende Durchbrechung 46 ist durch vier jeweils um 90° versetzte Ausnehmungen, die sich über die gesamte Höhe des Schneideinsatzes erstrecken, von der Kreisform abweichend, wobei die zusätzlichen Ausnehmungen 47 im Querschnitt lappenförmig ausgebildet sind, so daß sich annähernd eine im Querschnitt rechteckige Ausnehmung 46 ergibt.

Claims

Patentansprüche
1. Beschichteter Schneideinsatz oder Schneideinsatzrohling zur Beschichtung aus einer Gasphase mit einer Spanfläche und einer hierzu im wesentlichen parallelen Auflagefläche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Schneideinsatz (10, 20, 30, 31) oder Schneideinsatzrohling eine von der Spanfläche (11) bis zur Auflagefläche (12) durchgehende Durchbrechung (16; 25 bis 29; 32 bis 41) aufweist, deren Querschnittsprofil zumindest teilweise unrund ist oder zumindest teilweise kreisrund ist und wobei der größtmögliche einbeschriebene Kreis (43, 45) einen Durchmesser besitzt, der entweder < 0,2 x IC oder < 1,5 mm, vorzugsweise < 1 mm ist oder der einen Durchmesser aufweist, der > 0,65 IC, vorzugsweise > 0,75 IC oder > 13,5 mm, vorzugsweise > 15 mm ist, wobei IC der Innenkreisdurchmesser (22) ist.
2. Schneideinsatz oder Schneideinsatzrohling nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das unrunde Querschnittsprofil der Durchbrechung sternförmig, oval, länglich rund oder polygonförmig (mehreckig) ist oder mit Ausnahme einer Nut oder Rippe oder sonstigen rotatorischen Indexierungen rund ist.
3. Schneideinsatz oder Schneideinsatzrohling nach Anspruch 1 oder 2 , gekennzeichnet durch mehrere nebeneinanderliegende Durchbrechungen kleineren Durchmessers bzw. kleineren größten Durchmessers, der jeweils < 0,2 IC ist.
4. Schneideinsatz oder Schneideinsatzrohling nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine im Querschnitt oder im größten Durchmesser 0,65 x IC übersteigende oder unrunde Durchbrechung (16), in der ein paßgenauer Einsatz (15) aus einem anderen Material angeordnet ist, vorzugweise aus einem Material mit besserer Wärmeleitfähigkeit als das Schneideinsatzmaterial .
5. Schneideinsatz oder Schneideinsatzrohling nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (15) aus AI, Cu, AI- oder Cu-Legierungen oder Stahl besteht.
6. Schneideinsatz oder Schneideinsatzrohling nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (15) und die Durchbrechung einen der Außenkontur des Schneideinsatzes (10) im wesentlichen ähnliches Außenmaß besitzt, vorzugsweise jeweils parallel den die Spanfläche (11) begrenzenden Schneidkanten angeordnet ist.
7. Schneideinsatz oder Schneideinsatzrohling nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechung (16) über ihre Höhe betrachtet unterschiedliche Querschnittsprofilabmessungen aufweist, insbesondere bei Schneideinsätzen (10) mit Freiflächen (13, 14) unter einem positiven Freiwinkel sich konisch oder stufenweise zur Auflagefläche (12) hin verjüngt.
8. Schneideinsatz oder Schneideinsatzrohling nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Aus einem beschichteten Substratkörper aus einem Cermet, einem Hartmetall, oder einer Keramik besteht, wobei die ein- oder mehrlagige Beschichtung ein Hartstoff ist, vorzugsweise ein Carbid, Nitrid und/oder Carbonitrid der IVa- bis Vla-Metalle des Periodensystemes , A1203 und/oder Zr0 , BN, eine diamantähnliche Schicht oder amorpher Kohlenstoff.
9. Verfahren zur Herstellung von beschichteten Schneideinsätzen ohne Befestigungsloch zum Zerspanen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Schneideinsatzrohling durch Pressen hergestellt wird, der eine von der Spanfläche (11) bis zur Auflagefläche (12) durchgehende Durchbrechung (16) aufweist, deren Querschnittsprofil zumindest teilweise unrund ist oder zumindest teilweise kreisrund ist und wobei der größtmögliche einbeschriebene Kreis einen Durchmesser besitzt, der entweder < 0,2 x IC oder < 1,5 mm, vorzugsweise < 1 mm ist oder der einen Durchmesser aufweist, der > 0,65 IC oder > 13,5 mm ist, wobei IC der Innenkreis- durchmesser ist, und daß diese Durchbrechung nach dem Sintern zum Auffädeln des Schneideinsatzes sowohl beim Vorreinigen als auch beim Beschichten benutzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung nach einem Niedrigtemperaturverfahren und/oder bei gerichteter Abscheidung, vorzugsweise nach dem PVD- oder PCVD-Verfahren erfolgt.
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