DE1502019C - Schneideinsatz aus Hartmetall zur Bestückung spanender Werkzeuge - Google Patents

Description

stellt werden. Beispielsweise kann ein Pulver mit der Zusammensetzung χ für den Grundkörper des Werkzeuges oder der Bestückung in eine Form gegeben werden. Erforderlichenfalls kann dieses Pulver bei niedrigen Drücken gepreßt werden. Pulver kann zur Bildung der dünnen Schicht auf den Grundkörper gestreut werden und das ganze kann dann gepreßt und in der üblichen Weise gesintert werden.

Der Grundkörper ist dann am zähesten, wenn er nur aus Wolframkarbid und Kobalt besteht; bei einem gegebenen Kobaltanteil führt jeder Zusatz eines anderen Karbids als Wolframkarbid zu einer Herabsetzung der Zähigkeit des Grundkörpers.

Es können jedoch auch Anteile anderer Karbide im Grundkörper zugelassen werden. Dabei ist es zweckmäßig, eine Beziehung zum Anteil an den anderen Karbiden in der dünnen Schicht zugrunde zu legen.

Die Mengen dieser zusätzlich in den Grundkörper gebrachten Karbide sollten derart sein, daß die Summe des Prozentanteiles von Titankarbid zuzüglich einem Drittel des Prozentanteiles von Tantalkarbid im Grundkörper nicht größer ist als die Hälfte der Summe dieser Prozentanteile in der dünnen Schicht.

Im folgenden werden einige Beispiele angegeben:

Beispiel 1

Der Grundkörper für einen Schneideinsatz wurde aus einer Pulvermischung von 91% Wolframkarbid und 9% Kobalt hergestellt. Diese Pulvermischung wurde unter geringem Druck zu einem Preßkörper geformt und eine Schicht von Hartmetallpulver mit 81% Wolframkarbid, 12% Titankarbid und 7% Kobalt wurde auf den Preßkörper gebracht und anschließend das Ganze unter höherem Druck gepreßt. Der sich ergebende Preßkörper wurde vorgesintert und in eine Form geschliffen, um in einem Werkzeughalter eingespannt zu werden. Nach dem Schleifen war die dünne Schicht auf der Spanfläche annähernd 0,02 cm dick.

Mit diesem Schneideinsatz wurde eine Gußeisenstange von 12,7 cm Durchmesser durch spanabhebende Verformung mit 4 Längsschlitzen von einer Weite von 2,54 cm versehen. Hierbei wurde eine Zerreißprobe vorgesehen, bei der der Schneidvorgang periodisch unterbrochen und derart das Werkzeug Stoßbelastungen ausgesetzt wurde. Bei einem Versuch mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 91,4 m/Minute, einem Vorschub von 0,025 cm je Umdrehung und einer Schnitt-Tiefe von 0,32 cm wurde die Bestückung 14 Minuten lang zum Schneiden verwendet. Nach Abschluß des Versuches zeigte der Schneideinsatz eine geringfügige Trichterbildung und die Flankenabnutzung betrug im Mittel 0,028 cm. Vergleichsweise wurde ein Schneideinsatz gleicher Gestalt aus einer Hartmetall-Legierung hergestellt mit 6 % Kobalt und 94 % Wolframkarbid. Unter gleichen Bedingungen zeigte sie nach 14 Minuten Schneidarbeit an derselben Gußeisenstange einen tiefen Trichter, die Flankenabnutzung betrug im Mittel 0,043 cm.

Der Versuch wurde bei einer anderen geschlitzten Gußeisenstange bei höherer Schnittgeschwindigkeit und größerem Vorschub wiederholt. Die Oberflächengeschwindigkeit betrug 0,137 m pro Minute, der Vorschub 0,051 cm pro Umdrehung und die Schneiddauer V/z Minuten. Bei diesem Versuch wies der Schneideinsatz aus 6% Kobalt und 94% Wolframkarbid einen tiefen Trichter auf der Spanfläche auf und die Flankenabnutzung betrug im Mittel 0,041 cm. Der erfindungsgemäße Schneideinsatz zeigte nur eine geringe Trichterbildung und die Flankenabnutzung betrug im Mittel 0,015 cm.

Beispiel 2

Ein Schneideinsatz, bei dem der Grundkörper 91 % Wolframkarbid und 9 % Kobalt und die Oberflächenschicht 81 % Wolframkarbid, 12% Titankarbid und 7 % Kobalt enthielt, wurde wie bei Beispiel 1 hergestellt. Er wurde so geschliffen, daß er eine negativ geneigte Spanfläche bildete und geeignet war, um in einen Werkzeughalter zum Fräsen eingespannt zu werden. Nach dem Schleifen war die dünne Schicht annähernd 0,025 cm dick.

Der Schneideinsatz wurde in eine einzahnige Fräse eingeklemmt und zum Zerspanen einer Stahlstange mit 0,4% Kohlenstoff verwendet. Die Umfangsgeschwindigkeit der Fräse betrug 183 m pro Minute, der Vorschub 0,013 cm pro Umdrehung und die Schnittiefe 0,39 cm. Nach einer Bearbeitung über eine Länge von 91,5 cm zeigte das Werkzeug eine geringe Trichterbildung und die Flankenabnutzung betrug im Mittel 0,023 cm. Vergleichsweise wurde ein Werkzeug aus 10% Kobalt, 10%Titankarbid, 2,5% Tantalkarbid und 77,5 % Wolframkarbid unter den gleichen Bedingungen verwendet. Nach einer Spanabhebung über 9,15 cm zeigte dieser eine stärkere Trichterbildung und die Flankenabnutzung betrug im Mittel 0,0305 cm.

Es ist zu ersehen, daß mit der Erfindung Schneideinsätze geschaffen werden können, bei denen der Vorteil einer geringen Diffusionsabnutzung auf der Spanfläche und der Flanke bei größerer Zähigkeit, als diese normalerweise bei einer solch niedrigen Abnutzung vorliegt, erreicht ist, bei denen eine ausreichend hohe Wärmeleitfähigkeit erzielt ist, um die Flankenabnutzung bei hohen Geschwindigkeiten gering und die Werkzeugdeformation niedrig zu halten, und bei denen eine geringe Reibungsabnutzung bei niedrigen Geschwindigkeiten vorliegt. Wenn Titankarbid im Hartmetall des Grundkörpers enthalten ist, werden diese Vorteile in einem gewissen Maße verloren. Insbesondere wird das Grundmaterial weniger zäh und erhält eine geringere Wärmeleitfähigkeit, aber es ist noch immer zäher und wärmeleitender als die Oberflächenschicht, und ein Vorteil wird noch dadurch erhalten, daß derart hergestellte Werkzeugbestückungen die sehr hohe Verschleißfestigkeit der Oberschicht beibehalten und unter härteren Schneidbedingungen verwendet werden können als Werkzeuge, die nur aus der Zusammensetzung der Schicht aufgebaut sind.

Wenn die Spanfläche eines Werkzeuges oder seiner Bestückung gemäß der Erfindung nach Gebrauch geschliffen wird, kann die dünne Schicht entfernt werden. Aus diesem Grunde ist die Erfindung besonders anwendbar für Werkzeuge oder Werkzeugbestückungen, die nicht nachgeschärft oder nachgeschliffen werden und als »Wegwerf«-Bestückungen bekannt sind. Wenn das Werkzeug oder die Werkzeugbestückung auf der Spanfläche vor Gebrauch geschliffen werden muß, dann sollte die Dicke dieser Schicht um die Menge des abzuschleifenden Materials größer gemacht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Abnutzung an der, Flanke des Werkzeugs verringert. Patentansprüche: Nachteilig ist jedoch, daß bei Anwesenheit von Titan oder Tantalkarbid ein Abreißen bzw. Abbröckeln der

1. Schneideinsatz aus Hartmetall zur Bestiik- Schneidkante des Werkzeugs erfolgt. Die erwarteten kung spanender Werkzeuge, bestehend aus einem 5 Verbesserungen hinsichtlich der Bearbeitungseigendickeren Grundkörper aus 8 bis 12% Kobalt, und schäften und des Verschleißwiderstandes werden Rest Wolframkarbid und einer die Schneidkante, durch] eine einfache Zugabe dieser Karbide nicht er-Spanfläche und Obergrenze der Flanke bildenden reicht^Der Grund liegt,^: wie erkannt wurde, in der 0,0013 bis 0,13 cm dicken Schicht aus 3 bis 15% geringeren Wärmereitfähigkeit von Titankarbid und Kobalt, 5 bis 12% Titankarbid, das ganz oder io gleichartigen Karbiden gegenüber dem Wolframkarteilweise in moläquivalenten Mengen durch min- bid.

destens ein Karbid der Metalle Tantal, Niob, Die durch die Anwesenheit von zugeführten Titan-Vanadium und Zirkonium ersetzbar ist, Rest und Tantalkarbiden bewirkte Verringerung der Nei-Wolframkarbid. gung zur Trichterbildung wird nämlich teilweise wie-

2. Schneideinsatz nach Anspruch 1, dadurch 15 der rückgängig gemacht durch den Temperaturanstieg gekennzeichnet, daß in der dünnen Schicht das des Werkzeugs durch die geringere Wärmeleitfähig-Titankarbid im Verhältnis 1:3 durch Tantalkar- keit, wenn Titan- und Tantalkarbide in der Schneidbid ganz oder teilweise ersetzt ist. , schicht enthalten sind. Wesentlich für ein Hartmetall-

3. Schneideinsatz nach Anspruch 1 oder 2, da- ' werkzeug ist somit, daß das Werkzeug einen harten durch gekennzeichnet, daß im Grundkörper Wolf- 20 Grundkörper von guter Wärmeleitfähigkeit und hoher ramkarbid durch Titankarbid und/oder Tantal- Widerstandsfähigkeit gegen Abtragung aufweist. An- ' karbid ersetzt ist, derart, daß die Summe des dererseits ist wesentlich, daß das Werkzeug gegenüber Titankarbides und eines Drittels des gegebenen- Trichterbildung widerstandsfähig ist. Bei den bisher falls vorhandenen Tantalkarbides nicht größer ist bekannten Werkzeugen ist versucht worden, diese als die Hälfte der Summe der Prozentgehalte die- 35 Eigenschaften durch Zugabe von Titan- und Tantalser Karbide in der dünnen Schicht. karbiden zu erhalten. Auf Grund der unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeitswerte der Karbide haben

- . sich jedoch die erwarteten Erfolge nicht einstellen

können. Man hat nicht beachtet, daß der Vorteil der 30 durch Titan- und Tantalkarbid erhaltenen Wider-Die Erfindung bezieht sich auf einen Schneidein- Standsfähigkeit gegenüber Trichterbildung wieder aufsatz aus Hartmetall zur Bestückung spanender Werk- gehoben wird und sogar negative Folgen hat, wegen zeuge. _; - ,· der verringerten Wärmeleitfähigkeit des Hartmetalls.

Das für die Bestückung eines spanenden Werkzeu- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die

ges am häufigsten verwendete Hartmetall besteht aus 35 durch Zugabe von Titan- und ähnlichen Karbiden • Wolframkarbid und Kobalt, meistens aus 94% Wolf- erhaltenen Vorteile wirksam werden zu lassen, ohne ramkarbid und 6 % Kobalt. Es ist bekannt, daß sich daß die beschriebenen Nachteile auftreten, ein Schneideinsatz aus diesem Material schnell auf Der Lösung dieser Aufgabe dient ein Schneideinder Spanfläche abnutzt, wenn Stahl bei den in der satz aus Hartmetall zur Bestückung spanender Werk-Industrie gebräuchlichen hohen Geschwindigkeiten 4° zeuge, bestehend aus einem dickeren Grundkörper spanabhebend bearbeitet wird. Eine solche Abnut- aus 8 bis 12% Kobalt, und Rest Wolframkarbid und zung ist als »Trichterbildung« bekannt. einer die Schneidkante, Spanfläche und Obergrenze

Auch die Flanke des Schneideinsatzes erfährt eine der Flanke bildenden 0,0013 bis 0,13 cm dicken Abnutzung. Bei der spanabhebenden Bearbeitung von Schicht aus 3 bis 15% Kobalt, 5 bis 12% Titankar-Stahl bei mittleren und höheren Geschwindigkeiten 45 bid, das ganz oder teilweise in moläquivalenten Menwerden sehr hohe Temperaturen erzeugt und das · gen durch mindstens ein Karbid der Metalle Tantal, Maß der Flankenabnutzung und der Trichterbildung Niob, Vanadium und Zirkonium ersetzbar ist; Rest hängt dann zumindest teilweise von der Diffusion des ; Wolframkarbid.

Materials des Schneideinsatzes in den Stahl hinein ab. In der dünnen Schicht kann das Titankarbid mit

Der Temperaturanstieg in Nähe der Schneidkante be- 5° besonderem Vorteil im Verhältnis 1:3 durch Tantateinflußt die Lebensdauer des Werkzeuges, weil der karbid ersetzt sein.

Temperaturanstieg das Maß der Diffusion und damit In der Zeichnung ist eine Ausführungsform eines

die Abnutzung und auch die Deformierung der Werk-' erfindungsgemäßen Schneideinsatzes dargestellt, zeugkante unter der Wirkung der Schneidkräfte ver- In Fi g. 1 der Zeichnung besteht das Werkzeug aus

größert. 55 einem Stahlhalter 1 und dem Schneideinsatz der Hart-

-Auch gesinterte Hartmetalle mit einem Anteil von metallbestückung 2, die an der Übergangsstelle von Titankarbid oder Tantalkarbid oder beiden sind als Spanfläche 4, über welche die abgehobenen Späne Stahl-Schneideinsätze bekannt. Typische Zusammen- oder Teilspäne abfließen, zu der Flanke S, an der hinsetzungen sind 86% Wolframkarbid, 9% Kobalt ab diejenige Fläche des Werkstückes bewegt wird, und 5% Titankarbid, 81% Wolframkarbid, 7% 60 von der ein Span abgehoben wurde, eine Schneid-Kobalt und 12% Titankarbid; und 73% Wolfram- kante 3 aufweist.

karbid, 9% Kobalt, 10% Titankarbid und 8% Tan- Fig. 2 stellt einen Schnitt dar durch eine typische

talkarbid. Bestückung gemäß der Erfindung und zeigt die dünne

Es ist versucht worden, die Verschleißfestigkeit des Schicht 8. Diese Schicht 8 kann eine Stärke zwischen Werkzeugs zum Zerspanen von Stahl zu erhöhen. 65 0,0013 bis 0,13 cm aufweisen, wobei eine Stärke von Durch die Anwesenheit von Titan- oder Tantalkarbid 0,0051 bis 0,051 cm im allgemeinen befriedigend ist. im Hartmetall verringert sich das Maß der Abnutzung Die Werkzeuge oder Werkzeugbestückungen gemäß

durch Trichterbildung beträchtlich. Ebenso wird die der Erfindung können auf verschiedene Arten herge-