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EP4048468A1 - Werkzeugteil und verfahren zum herstellen eines solchen werkzeugteils - Google Patents

Werkzeugteil und verfahren zum herstellen eines solchen werkzeugteils

Info

Publication number
EP4048468A1
EP4048468A1 EP20793681.6A EP20793681A EP4048468A1 EP 4048468 A1 EP4048468 A1 EP 4048468A1 EP 20793681 A EP20793681 A EP 20793681A EP 4048468 A1 EP4048468 A1 EP 4048468A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cutting edge
cutting
area
coating
tool part
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20793681.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver PECAT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mapal Dr Kress Se & Co Kg
Original Assignee
Mapal Fabrik fuer Praezisionswerkzeuge Dr Kress KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mapal Fabrik fuer Praezisionswerkzeuge Dr Kress KG filed Critical Mapal Fabrik fuer Praezisionswerkzeuge Dr Kress KG
Publication of EP4048468A1 publication Critical patent/EP4048468A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C5/00—Milling-cutters
    • B23C5/16—Milling-cutters characterised by physical features other than shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B51/00—Tools for drilling machines
    • B23B51/02—Twist drills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/28—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass cutting tools
    • B23P15/32—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass cutting tools twist-drills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2228/00—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
    • B23B2228/10—Coatings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2228/00—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
    • B23C2228/10—Coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/28—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass cutting tools

Definitions

  • the invention relates to a tool part and a method for producing such a tool part.
  • Such a tool part has a base body and at least one cutting area formed on the base body.
  • the cutting area has a flank face and a rake face, the flank face and the rake face adjoining one another in a cutting edge.
  • the cutting area is provided with a coating that increases the wear resistance of the tool part.
  • the wear can be delayed, but the wear behavior is often unsatisfactory, especially when machining abrasive materials such as fiber-reinforced plastics or aluminum alloys.
  • a rounding of the cutting edge still occurs, albeit with a delay, as a result of which it becomes blunt, the cutting pressure increases and the load on the cutting edge and the coating increases. This can lead to partial failure of the coating, which then flakes off, exposing the underlying material to the abrasive workpiece directly. Once such damage is present, the tool part will wear out very quickly until the cutting edge fails.
  • the invention is based on the object of creating a tool part and a method for producing such a tool part, the disadvantages mentioned being at least reduced, preferably not occurring.
  • the object is achieved in that the present technical teaching is provided, in particular the teaching of the independent claims and the embodiments disclosed in the dependent claims and the description.
  • the object is achieved in particular by creating a tool part in which the rake face has the coating applied to a base body material of the base body, the coating extending to the cutting edge and being harder than the base body material.
  • the free surface is free of the coating in a free area.
  • the free surface in the free area which directly adjoins the cutting edge has a different, in particular lower hardness than the rake surface in which the coating extends up to the cutting edge.
  • the wear still remaining in a conventional tool part despite the wear-resistant coating is based in particular on the fact that the flank and the rake face wear relatively evenly, which ultimately results in the rounding of the cutting edge and thus its blunt.
  • this wear mechanism can be overcome in that the wear properties of the rake face on the one hand and the flank face on the other hand are specifically designed differently.
  • the flank in the open area wears faster than the rake surface, so that the cutting edge in the area of the flank is gradually less supported by material and ultimately breaks off. This creates a new break edge, which in turn is sharp so that the cutting edge is not rounded and remains sharp.
  • the resulting fractures or the depth of the removed material extend in the range from a maximum of 0.1 mm to a few hundredths of a millimeter, preferably a few micrometers, so that no relevant change in geometry occurs in the cutting area.
  • the cutting edge is retained in a defined manner.
  • a tool part is understood to mean in particular a tool, in particular a cutting tool, or a part of a tool or for a tool, in particular a part of a cutting tool or for a cutting tool, in particular a cutting insert, in particular an indexable insert.
  • the cutting edge is in particular a geometrically defined cutting edge.
  • the fact that the flank face and the rake face adjoin one another in the cutting edge means in particular that they meet in the cutting edge. This in turn means in particular that the cutting edge represents a line of intersection between the flank and the rake face.
  • the flank face and the rake face are oriented obliquely to one another, i.e. they enclose an angle with one another that is different from 0 ° on the one hand and 180 ° on the other, so that they intersect, the cutting line forming the cutting edge.
  • the fact that the coating is harder than the base body material means in particular that the coating has a greater hardness than the base body material.
  • the hardness can be specified, for example, as universal hardness or Martens hardness, Brinell hardness, Vickers hardness, Rockwell hardness or Mohs hardness; It is only important that the same hardness scale is used for the base material and the coating.
  • the base body material has hard metal or consists of hard metal; or the base body material comprises high-speed steel, also referred to as HSS (High Speed Steel), or consists of high-speed steel.
  • HSS High Speed Steel
  • the coating is a hard material layer, in particular a diamond coating.
  • the free area extends in particular over a certain extension area perpendicular to the cutting edge. In particular, the free area also extends at least over a certain area along the cutting edge.
  • the free area it is possible for the free area to extend completely over the free area, so that in particular the entire free area is free of the coating. Alternatively or additionally, it is possible for the free area to extend along the entire cutting edge.
  • the fact that the free area in the free area is free of the coating means in particular that the free area does not have the coating in the free area.
  • the open area preferably has no coating in the open area.
  • the open area is preferably uncoated in the open area.
  • the free area preferably has a width of at least 0.2 mm to at most 0.7 mm, preferably of at least 0.3 mm to at most 0.6 mm, measured against a cutting direction starting from the cutting edge, in particular measured perpendicular to the cutting edge on. If the tool part is designed as a cutting tool, in particular as a drill or milling cutter, the free area preferably has the corresponding width at least in the area of a cutting corner of the cutting tool.
  • a clearance angle of the cutting area is preferably from at least -3 ° to at most + 6 °, preferably from at least -2 ° to at most + 5 °, preferably from at least -1 ° to at most + 4 °, preferably from at least 0 ° to at most + 3 °, preferably from at least + 1 ° to at most + 2 °.
  • These value ranges for the clearance angle apply very particularly to the cutting range of a tool part which is designed as a drilling tool, in particular as a drill, and has a point angle of 90 °.
  • a rake angle of the cutting area is preferably at most 30 °, preferably less than 30 °, preferably from at least 25 ° to at most 30 °. These value ranges have proven to be particularly favorable for the adhesion of the coating to the rake face of the tool part.
  • the tool part is designed as a drilling tool, in particular a drill, it preferably has a helix angle of less than 30 °, preferably at most 30 °, preferably from at least 25 ° to at most 30 °.
  • the coating preferably has a thickness or thickness of at least 4 ⁇ m to at most 15 ⁇ m, preferably from at least 5 ⁇ m to at most 12 ⁇ m, preferably from at least 6 ⁇ m to at most 10 ⁇ m, preferably from at least 7 ⁇ m to at most 9 ⁇ m, preferably one thickness from 8 pm on.
  • the base body material is exposed or exposed in the free area.
  • the base body material forms a surface of the open area.
  • the flank in the free area wears out more quickly than the rake surface.
  • the base body material in the free area faces the workpiece material and is in direct contact with it Workpiece material. As a result, it is directly affected by the particularly abrasive workpiece material.
  • a coating area of the open area adjoins the free area, the free area having the coating in the coating area.
  • the open area is accordingly not entirely free of the coating, but only in certain areas, namely in the open area which only encompasses part of the open area.
  • the wear of the flank is increased in an advantageous manner only in the free area compared to the rake surface.
  • a cutting direction is understood here to be an imaginary direction along which the cutting edge is intended to be moved relative to the workpiece during machining of a workpiece.
  • the cutting direction is preferably oriented obliquely to the cutting edge, in particular it is possible for the cutting direction to be perpendicular to the cutting edge.
  • the free area extends along the cutting edge only over a free length which is shorter than a cutting length of the cutting edge.
  • the free area accordingly does not extend entirely along the cutting edge, but only in areas over the free length. Accordingly, the self-sharpening effect of the cutting edge only occurs in the area of the free length.
  • the cutting length of the cutting edge is in particular the catch of that extension of the cutting edge along which it is sharply ground.
  • the cutting length is preferably the total length of the cutting edge.
  • a step is formed where the free area ends along the cutting edge, since the coating adjoining the free length has a finite thickness.
  • This level is sharp itself and therefore has cutting properties. It is therefore also referred to as a cutting step.
  • this has the additional advantage that fibers which have not yet been cut by the cutting edge and which reach the area of the cutting step are cut by the latter.
  • the cutting step is preferably only a few tenths of a millimeter high. In this respect, it is particularly possible that when removing the coating, in addition to the coating, also Base body material is removed, so that as a result the cutting step may be higher than the height of the coating above the base body material.
  • fibers protruding from the edge of a hole are often not cut cleanly by conventional tool parts designed as a drilling tool or cutting insert for a drilling tool, so that the edge of the hole is frayed.
  • Such fibers are now cut off by the cutting step when the tool part emerges from the workpiece.
  • fibers are bent away and not cut because, on the one hand, the cutting speed is low in the area of the center and, on the other hand, the rake angle is comparatively small, so that the cutting edge does not cut easily.
  • the bent, elastic fibers give way and slide along the cutting edge without being cut.
  • the cutting step now cuts the fibers when they slide along the cutting edge and hit the cutting step.
  • the tool part is designed as a cutting tool, in particular as a drilling tool, in particular as a drill, in particular for abrasive materials.
  • the cutting edge is in particular a face cutting edge of the drill, that is to say a cutting edge, in particular a main cutting edge, arranged on the end face of the drill.
  • the tool part in particular the drilling tool, preferably has two cutting areas of the type described above.
  • the tool part has a double-edged design. It is possible for the tool part to have more than two such cutting areas.
  • a flute is preferably assigned to the at least one cutting area, the rake face preferably forming a boundary wall of the flute or being formed by a boundary wall of the flute.
  • the drill is a twist drill, wherein it has at least one helical flute.
  • the tool part is designed as a cutting tool, in particular as a milling tool, in particular as a milling cutter, in particular for abrasive materials.
  • the cutting edge is preferably a peripheral cutting edge of the milling tool, in particular of the milling cutter.
  • the free area extends radially inward from a cutting corner of the cutting edge only along part of the cutting edge.
  • An axial direction here extends in particular along an imaginary axis of rotation or central axis of the cutting tool, in particular of the drilling tool.
  • a radial direction is perpendicular to the axial direction, and a circumferential direction concentrically encompasses the axial direction. “Radially inwards” means an orientation or extension towards the central axis.
  • the cutting corner is in particular a radially outermost point of the cutting edge; in particular, the cutting corner defines a flight circle of the cutting edge.
  • the cutting edge at the cutting corner merges into a peripheral or secondary cutting edge of the cutting tool.
  • the free area is therefore provided in particular radially outside on the cutting edge, wherein it does not extend completely to a radially inner end of the cutting edge, but only over the part mentioned.
  • This part of the cutting edge is in particular the previously defined free length.
  • the open area outside of the open length towards the central axis is provided with the coating. The previously described axial cutting step thus results in the transition area between the free length of the cutting edge and the coated part.
  • the free area and in particular the free length is preferably dimensioned in such a way that there is homogeneous wear over the free area along the cutting edge. Since the cutting speed and the cutting volume vary, in particular decrease, from the radially outer cutting corner to the radially inner end of the cutting edge, the wear also varies accordingly, whereby it decreases sharply in particular towards the central axis. The coating can thus be retained in the radially inner area, and homogeneous wear is achieved in that this radially inner area of the cutting edge is excluded from the free area.
  • the cutting edge intersects a center and has a main cutting edge, the free area extending only along the main cutting edge.
  • the coating can remain in particular in the area of the central cutting edge, since there is not a large one anyway due to the reduced cutting speed Wear occurs more, in addition, removal of the coating would be expensive and complicated.
  • the free area preferably extends only in certain areas along the main cutting edge, in particular starting from the cutting corner not all the way to the central cutting edge. Rather, the free area ends - along the cutting edge - cut at a radial distance from the center. In this way, in particular, the most homogeneous possible wear can be ensured over the free area along the cutting edge.
  • the center cutting edge is preferably provided in a manner known per se by a point thinning.
  • the cutting area of the cutting tool in particular of the drilling tool, preferably viewed radially outward from the central axis, initially has a cross cutting edge in a manner known per se, followed by the central cutting edge and, in turn, followed by the main cutting edge.
  • the tool part is designed as a cutting insert, in particular as an indexable insert, in particular for abrasive materials.
  • an abrasive material is understood to mean, in particular, a material which is more wear-intensive than other materials and which in this respect causes increased wear of the tool part or places greater stress on the tool part during its machining.
  • an abrasive material is a fiber-reinforced plastic, in particular a carbon fiber-reinforced plastic (CFRP).
  • CFRP carbon fiber-reinforced plastic
  • Such fiber-reinforced materials are highly abrasive.
  • the abrasive material is an aluminum alloy, in particular a cast aluminum material, in particular an aluminum-silicon alloy.
  • a cutting area formed on a base body for the tool part, which has a flank face and a rake face, the flank face and the rake face adjoining one another in a cutting edge, is coated with a coating that is harder than a base body material of the base body.
  • the coating is removed at least in some areas on the open area.
  • the coating is removed from the open area at least in some areas.
  • a free area is formed on the open area that is free from the coating.
  • the coating is removed at least in certain areas in such a way that the free area is formed on the open area.
  • a tool part is obtained in this way, in particular a tool part according to the invention or a tool part according to one of the exemplary embodiments described above.
  • the advantages already explained in connection with the tool part are realized in particular.
  • a cutting tool in particular a drilling tool, in particular a drill, a milling tool, or a cutting plate, in particular for processing abrasive materials such as fiber-reinforced materials or aluminum alloys, in particular for processing carbon fiber-reinforced plastics, is preferably produced as the tool part.
  • the cutting area is coated in particular with a hard material layer, preferably with a diamond layer.
  • the cutting area is preferably completely coated.
  • the open area is completely coated.
  • the cutting area including at least one flute is particularly preferably completely coated.
  • the base body has a working section and a fastening section or clamping section adjoining it.
  • the working section has the at least one cutting area.
  • the fastening section is designed to clamp the cutting tool in a processing machine, in particular a machine spindle, or to fasten it to a processing machine.
  • At least the working section is preferably completely coated with the coating. When the coating is removed, the main body material of the main body is preferably exposed, in particular exposed. The coating is thus in particular completely removed in the free area, so that the base body material is exposed.
  • the coating is preferably removed by means of a laser method, in particular by a laser beam, in particular by a pulsed laser beam or by a continuous laser beam.
  • a very sharp cutting edge in particular with a cutting edge roughness of less than 6 ⁇ m, is obtained right from the start by removing the coating.
  • requirements for small cutting edge radii for the machining of fiber composite materials can be met.
  • the cutting area is produced, in particular formed, on the base body.
  • the cutting area is preferably formed by grinding the base body on the base body.
  • the base body is preferably provided before the cutting area is produced.
  • a hard metal rod or a hard metal plate is preferably provided as the base body.
  • the base body preferably has hard metal as the base body material.
  • the base body can also have a different material, in particular high-speed steel, in particular HSS.
  • the base body can consist of one of the materials mentioned.
  • a clearance is made in the free surface at a distance from the cutting edge.
  • the clearance is preferably designed as a recess, as an additional slope or bevel on the open area or in the area of the open area, or as a step.
  • the clearance preferably defines a delimitation of the later free area and advantageously facilitates the removal of the coating in the free area by providing a defined delimitation.
  • the fact that the clearance is introduced into the free surface at a distance from the cutting edge means in particular that the clearance is spaced apart from the cutting edge perpendicularly to the cutting edge, in particular against the cutting direction.
  • the coating is preferably removed only in the free area which is limited on the one hand by the cutting edge and on the other hand by the clearance.
  • the geometric configuration and in particular the extension of the free area is already established before the removal of the coating, and it is possible to remove the coating in a particularly defined and simple manner, so that in particular the base body material is exposed in the free area.
  • the method proposed here can be carried out in a particularly simple and cost-effective manner, in particular since there is no need for a selective coating of the base body; rather, this is first completely coated at least in the cutting area, the coating then being removed again in the free area in a defined manner.
  • the free area is preferably designed as was explained above in connection with the tool part.
  • the tool part preferably has the clearance which, according to the method described above, is introduced into the free surface at the distance from the cutting edge before coating.
  • the free area is therefore preferably limited on the one hand by the cutting edge and on the other hand by the clearance.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a first exemplary embodiment of a tool part
  • FIG. 2 shows an end plan view of the tool part according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a side view of the tool part according to FIGS. 1 and 2;
  • FIG. 4 shows a perspective detailed view of a second exemplary embodiment of a tool part
  • FIG. 5 shows a perspective view of a third exemplary embodiment of a tool part.
  • 1 shows an illustration of a first exemplary embodiment of a tool part 1, which is designed here in a preferred embodiment as a cutting tool 2, here in particular as a drilling tool 4, in particular as a drill.
  • the tool part 1 is set up in particular for machining abrasive workpieces, which preferably comprise fiber-reinforced plastic or an aluminum alloy, in particular workpieces which comprise carbon-fiber-reinforced plastic or carbon-fiber-reinforced plastics.
  • the tool part 1 has a base body 3 with at least one cutting area 5 formed on the base body 3, here precisely two cutting areas 5.
  • the two cutting areas 5 are designed to be identical to one another, so that only one of the cutting areas 5 will be explained in more detail below, whereby it does not matter which of these cutting areas 5 this is.
  • the cutting area 5 comprises a free face 7 and a rake face 9, which adjoin one another in a cutting edge 11.
  • the rake face 9 has a coating 13 which is applied to a base body material of the base body 3 and extends up to the cutting edge 11 and which is harder than the base body material.
  • the base body material is preferably hard metal, and the coating is a hard material layer, in particular a diamond layer.
  • the free surface 7 is free of the coating in a free area 15.
  • the cutting edge 11 loses mechanical support in the area of the free surface 7 and breaks off successively, being re-sharp at the breaking edge so that the tool part 1 advantageously has a self-sharpening effect.
  • the overall wear and tear of the tool part 1 can be reduced and its service life can be extended. This is especially true for the processing of abrasive materials such as fiber-reinforced plastics or aluminum alloys.
  • the base body material is preferably exposed or uncovered in the free area 15.
  • a relative rotation between the tool part 1 and the workpiece about a central axis M of the tool part 1 is preferably effected, here counter-clockwise according to FIG. 1, this defining a cutting direction for the cutting edge 11, which is indicated by an arrow P.
  • the free area 15 is adjoined by a coating area 17 in which the free area 7 has the coating.
  • the cutting edge 11 is in particular a face cutting edge of the drill. It is also clear that the free region 15, starting from a cutting corner 19 of the cutting edge 11, extends radially inward, that is to say towards the central axis M, only along part of the cutting edge 11.
  • the open area 7 is coated along the remaining part. In the area of the transition between the uncoated part, that is to say the free area 15, and the coated part, an axial cutting step 21 is formed in particular - viewed along the cutting edge 11.
  • This embodiment has the particular advantage that when the tool part 1 passes through a workpiece comprising fiber-reinforced plastic, fibers protruding over a bore wall are securely cut off by the sharp cutting step 21 while they slide along the cutting edge 11, where they finally reach the Hit cutting step 21 and cut there.
  • the cutting edge 11 is in particular subdivided into a main cutting edge 23, which is arranged radially on the outside and extends up to the cutting corner 19, and a center cutting edge 25 created in particular by sharpening the drill.
  • the free area 15 extends only along the main cutting edge 23, in particular - as can be seen in FIG. 1 - only in certain areas along the main cutting edge 23, namely starting from the cutting corner 19 radially inward not to a transition 27 into the central cutting edge 25. In particular, in this way, homogeneous wear and thus homogeneous self-sharpening of the cutting edge 11 be ensured.
  • FIG. 2 shows a plan view of an end face of the tool part 1 according to FIG. 1.
  • the various cutting edge sections of the cutting area 5 can be clearly seen from FIG. 2, with a cross cutting edge 26, then the center cutting edge 25 and then the main cutting edge 23 being provided, starting from the central axis M radially outwards towards the cutting corner 19.
  • a circular bevel 31 preferably adjoins the cutting corner 19 in the circumferential direction.
  • the free area 15 extends along the cutting edge 11 only over a free length 33 which is shorter than a cutting length, in particular than an overall length, of the cutting edge 11.
  • FIG. 2 shows that the free area 7 has a first free area section 35 and a second free area section 37, the first free area section 35 including the free area 15 and the clearance 29.
  • the second free surface area 37 is arranged at an angle to the first free surface area 35, in particular to the clearance 29.
  • the cutting step 21 can also be clearly seen in FIG. 2.
  • the free length 33 extends between the cutting corner 19 on the one hand and the cutting step 21 on the other hand.
  • the free length 33 is limited by the cutting corner 19 on the one hand and the cutting step 21 on the other hand.
  • FIG. 3 shows a side view of the tool part 1 according to FIGS. 1 and 2.
  • the viewer in FIG. 3 falls in the left cutting area 5 on the rake face 9, which is hidden from the viewer in the right cutting area 5.
  • the different sections of the free surface 7 and in particular also the free area 15 can be seen very clearly.
  • a flute 39 is still preferably assigned to each of the cutting areas 5, the rake face 9 at the same time being a wall of the flute 39.
  • the drill shown here is in particular a twist drill, the flutes 39 being twisted.
  • 4 shows a perspective view of a second exemplary embodiment of a tool part 1.
  • the tool part 1 is designed as a cutting tool 2, namely here as a milling tool 6, in particular as a milling cutter.
  • the tool part 1 is also set up in this case, in particular, for machining abrasive materials.
  • the milling tool 6 has, in particular, a plurality of preferably identically designed cutting areas 5, wherein, for the sake of clarity, reference numerals are provided here only on two cutting areas 5 and divided between the cutting areas 5.
  • the cutting edge 11 in the cutting areas 5 is here in particular a peripheral cutting edge 41 of the milling tool 6.
  • FIG. 4 shows the base body 3, the free surface 7, the position of the rake face 9, the arrangement of the coating 13, the free area 15 and the coating area 17 to recognize.
  • the milling tool 6 also has chip flutes 39, only one of which is identified with the corresponding reference number for reasons of clarity. These chip grooves 39 are here in particular formed in a straight line.
  • FIG. 5 shows a perspective illustration of a third exemplary embodiment of a tool part 1.
  • the tool part 1 is designed as a cutting insert 8, in particular as an indexable insert 10, preferably with two cutting areas 5.
  • the tool part 1 is also set up in this exemplary embodiment for the machining of abrasive materials.
  • the base body 3, the free surface 7, the rake surface 9, the cutting edge 11, the arrangement of the coating 13, the free area 15, the coating area 17 and also the cutting corner 19 can be clearly seen.
  • the tool part 1 is preferably produced, regardless of its specific design, by providing the base body 3 - in particular in the form of a hard metal rod or a harmetallic plate - and by forming at least one cutting area 5 on the base body 3.
  • the cutting area 5 is then coated with the coating 13, in particular the hard material layer, in particular a diamond layer.
  • the coating 13 is then removed - preferably by means of a laser process - at least in some areas on the free area 7 or from the free area 7, so that ultimately the free area 15 is formed.
  • the base body 3 is already provided with a fully developed cutting area 5, so that only the coating 13 is applied and then removed again from the free surface 7 at least in some areas. Providing of the intact base body 3 and the production of the at least one cutting area 5 therefore do not necessarily belong to the production method.
  • a clearance 29 is preferably made in the open area 7 at a distance from the cutting edge 11.
  • the coating 13 is then preferably only removed in the free area 15 which is delimited on the one hand by the cutting edge 11 and on the other hand by the clearance 29. In this way, the clearance 29 ultimately defines the free area 15.

Landscapes

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  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkzeugteil (1) mit einem Grundkörper (3) und wenigstens einem an dem Grundkörper (3) ausgebildeten Schneidbereich (5), wobei der Schneidbereich (5) eine Freifläche (7) und eine Spanfläche (9) aufweist, die in einer Schneidkante (11) aneinandergrenzen, wobei die Spanfläche (9) eine auf ein Grundkörpermaterial des Grundkörpers (3) aufgebrachte, sich bis zu der Schneidkante (11) erstreckende Beschichtung (13) aufweist, die härter ist als das Grundkörpermaterial. Dabei ist vorgesehen, dass die Freifläche (7) ausgehend von der Schneidgrenze (11) in einem Freibereich (15) frei von der Beschichtung (13) ist.

Description

MAP AL Fabrik für Präzisionswerkzeuge Dr. Kress KG
BESCHREIBUNG
Werkzeugteil und Verfahren zum Herstellen eines solchen Werkzeugteils
Die Erfindung betrifft ein Werkzeugteil sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Werkzeugteils.
Ein solches Werkzeugteil weist einen Grundkörper und wenigstens einen an dem Grundkörper ausgebildeten Schneidbereich auf. Der Schneidbereich weist eine Freifläche und eine Spanfläche auf, wobei die Freifläche und die Spanfläche in einer Schneidkante aneinander grenzen.
Bei einem solchen Werkzeugteil besteht grundsätzlich das Problem eines Verschleißes während der spanenden Bearbeitung von Werkstücken. Insbesondere ist es möglich, dass die Freifläche und/oder die Spanfläche bereichsweise beschädigt oder abgetragen werden, wobei die Schneidkante stumpf wird.
Um den Verschleiß zu reduzieren, wird der Schneidbereich mit einer Beschichtung versehen, welche die Verschleißfestigkeit des Werkzeugteils erhöht. Hierdurch kann der Verschleiß zwar verzögert werden, jedoch ist das Verschleißverhalten häufig - insbesondere bei der Bearbeitung abrasiver Materialien wie beispielsweise faserverstärkten Kunststoffen oder Aluminiumlegierungen - nicht zufriedenstellend. Es tritt, wenn auch verzögert, immer noch eine Verrundung der Schneidkante auf, wodurch diese stumpf wird, der Schneiddruck steigt und die Belastung auf die Schneidkante und die Beschichtung ansteigt. Es kann zum partiellen Versagen der Beschichtung kommen, die dann abplatzt und so das darunter liegende Material dem abrasiven Werkstück direkt aussetzt. Ist eine solche Beschädigung erst einmal vorhanden, schreitet der Verschleiß des Werkzeugteils sehr schnell voran, bis die Schneidkante versagt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeugteil sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Werkzeugteils zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest reduziert sind, vorzugsweise nicht auftreten. Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Werkzeugteil geschaffen wird, bei dem die Spanfläche die auf ein Grundkörpermaterial des Grundkörpers aufgebrachte Beschichtung aufweist, wobei sich die Beschichtung bis zu der Schneidkante erstreckt und härter ist als das Grundkörpermaterial. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Freifläche ausgehend von der Schneidkante in einem Freibereich frei von der Beschichtung ist. Hierdurch weist die Freifläche in dem Freibereich, der sich unmittelbar an die Schneidkante anschließt, eine andere, insbesondere geringere Härte auf als die Spanfläche, in der sich die Beschichtung bis zu der Schneidkante erstreckt. Insoweit ist erkannt worden, dass der trotz verschleißfester Beschichtung noch verbleibende Verschleiß bei einem herkömmlichen Werkzeugteil insbesondere darauf beruht, dass die Freifläche und die Spanfläche relativ gleichmäßig verschleißen, woraus letztlich die Verrundung der Schneidkante und damit deren Stumpfwerden resultiert. Erfindungsgemäß ist nun erkannt worden, dass dieser Verschleißmechanismus überwunden werden kann, indem die Verschleißeigenschaften der Spanfläche einerseits und der Freifläche andererseits gezielt verschieden ausgebildet werden. Insbesondere verschleißt die Freifläche in dem Freibereich aufgrund der dort fehlenden Beschichtung schneller als die Spanfläche, sodass die Schneidkante im Bereich der Freifläche nach und nach weniger durch Material unterstützt wird und letztlich abbricht. Dadurch entsteht eine neue Bruchkante, die wiederum scharf ist, sodass die Schneidkante nicht verrundet und scharf bleibt. Die derart entstehenden Brüche beziehungsweise die Tiefe des abgetragenen Materials erstrecken sich im Bereich von maximal 0,1 mm bis zu wenigen Hundertstel Millimeter, vorzugsweise wenigen Mikrometern, sodass keine relevante Geometrieänderung in dem Schneidbereich auftritt. Vielmehr bleibt die Schneidkante definiert erhalten. Durch die sich auf der Spanfläche bis zu der Schneidkante erstreckende Beschichtung, die jedoch in dem unmittelbar an die Schneidkante anschließenden Freibereich der Freifläche ausgespart ist, ergibt sich ein Selbstschärfeffekt für das Werkzeugteil, wodurch das Verschleißverhalten verbessert und die Standzeit des Werkzeugteils erhöht ist.
Unter einem Werkzeugteil wird insbesondere ein Werkzeug, insbesondere ein Zerspanungswerkzeug, oder ein Teil eines Werkzeugs oder für ein Werkzeug, insbesondere ein Teil eines Zerspanungswerkzeugs oder für ein Zerspanungswerkzeug, insbesondere eine Schneidplatte, insbesondere Wendeschneidplatte, verstanden. Die Schneidkante ist insbesondere eine geometrisch definierte Schneide. Dass die Freifläche und die Spanfläche in der Schneidkante aneinander grenzen, bedeutet insbesondere, dass sie in der Schneidkante aufeinandertreffen. Dies wiederum bedeutet insbesondere, dass die Schneidkante eine Schnittlinie der Freifläche mit der Spanfläche darstellt. Die Freifläche und die Spanfläche sind schräg zueinander orientiert, das heißt sie schließen einen Winkel miteinander ein, der einerseits von 0° und andererseits von 180° verschieden ist, sodass sie sich schneiden, wobei die Schnittlinie die Schneidkante bildet.
Dass die Beschichtung härter ist als das Grundkörpermaterial, bedeutet insbesondere, dass die Beschichtung eine größere Härte aufweist als das Grundkörpermaterial. Die Härte kann beispielsweise angegeben werden als Universalhärte oder Martenshärte, Brinellhärte, als Vickershärte, als Rockwellhärte oder als Mohshärte; wichtig ist nur, dass jeweils dieselbe Härteskala für das Grundkörpermaterial und die Beschichtung verwendet wird.
In bevorzugter Ausgestaltung weist das Grundkörpermaterial Hartmetall auf oder besteht aus Hartmetall; oder das Grundkörpermaterial weist Schnellarbeitsstahl, auch als HSS (High Speed Steel) bezeichnet, auf oder besteht aus Schnellarbeitsstahl. Alternativ oder zusätzlich ist die Beschichtung eine Hartstoffschicht, insbesondere eine Diamantbeschichtung.
Dass die Freifläche ausgehend von der Schneidkante in einem Freibereich frei von der Beschichtung ist, bedeutet insbesondere, dass die Freifläche zumindest bereichsweise frei von der Beschichtung ist, nämlich zumindest in dem Freibereich, der unmittelbar an die Schneidkante anschließt. Der Freibereich erstreckt sich insbesondere über einen bestimmten Erstreckungsbereich senkrecht zu der Schneidkante. Insbesondere erstreckt sich der Freibereich auch zumindest über einen bestimmten Bereich entlang der Schneidkante.
Es ist gemäß einer Ausgestaltung möglich, dass sich der Freibereich vollständig über die Freifläche erstreckt, sodass insbesondere die gesamte Freifläche frei von der Beschichtung ist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass sich der Freibereich entlang der gesamten Schneidkante erstreckt.
Dass die Freifläche in dem Freibereich frei von der Beschichtung ist, bedeutet insbesondere, dass die Freifläche die Beschichtung in dem Freibereich nicht aufweist. Bevorzugt weist die Freifläche in dem Freibereich keine Beschichtung auf. Insbesondere ist die Freifläche bevorzugt in dem Freibereich unbeschichtet. Der Freibereich weist bevorzugt - entgegen einer Schnittrichtung ausgehend von der Schneidkante gemessen, insbesondere senkrecht zu der Schneidkante gemessen - bevorzugt eine Breite von mindestens 0,2 mm bis höchstens 0,7 mm, vorzugsweise von mindestens 0,3 mm bis höchstens 0,6 mm auf. Ist das Werkzeugteil als Zerspanungswekzeug, insbesondere als Bohrer oder Fräser, ausgebildet, weist der Freibereich die entsprechende Breite bevorzugt zumindest im Bereich einer Schneidecke des Zerspanungswerkzeugs auf.
Ein insbesondere senkrecht zur Schneidkante gemessener Freiwinkel des Schneidbereichs beträgt bevorzugt von mindestens -3° bis höchstens +6°, vorzugsweise von mindestens -2° bis höchstens +5°, vorzugsweise von mindestens -1° bis höchstens +4°, vorzugsweise von mindestens 0° bis höchstens +3°, vorzugsweise von mindestens +1° bis höchstens +2°. Diese Wertebereiche für den Freiwinkel gelten ganz besonders für den Schneidbereich eines Werkzeugteils, das als Bohrwerkzeug, insbesondere als Bohrer, ausgebildet ist, und einen Spitzenwinkel von 90° aufweist.
Ein Spanwinkel des Schneidbereichs beträgt bevorzugt höchstens 30°, vorzugsweise weniger als 30°, vorzugsweise von mindestens 25° bis höchstens 30°. Diese Wertebereiche haben sich als besonders günstig für die Haftung der Beschichtung auf der Spanfläche des Werkzeugteils erwiesen.
Ist das Werkzeugteil als Bohrwerkzeug, insbesondere Bohrer, ausgebildet, weist es bevorzugt einen Drallwinkel von weniger als 30°, vorzugsweise höchstens 30°, vorzugsweise von mindestens 25° bis höchstens 30°, auf.
Die Beschichtung weist vorzugsweise eine Dicke oder Stärke von mindestens 4 pm bis höchstens 15 pm, vorzugsweise von mindestens 5 pm bis höchstens 12 pm, vorzugsweise von mindestens 6 pm bis höchstens 10 pm, vorzugsweise von mindestens 7 pm bis höchstens 9 pm, vorzugsweise eine Dicke von 8 pm auf.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Grundkörpermaterial in dem Freibereich exponiert oder freigelegt ist. Dies bedeutet insbesondere, dass das Grundkörpermaterial eine Oberfläche der Freifläche bildet. Insbesondere in diesem Fall ist gewährleistet, dass die Freifläche in dem Freibereich rascher verschleißt als die Spanfläche. Insbesondere ist während der Bearbeitung eines Werkstücks das Grundkörpermaterial in dem Freibereich dem Werkstückmaterial zugewandt und in unmittelbarem Kontakt mit dem Werkstückmaterial. Dadurch wird es unmittelbar von dem insbesondere abrasiven Werkstückmaterial beeinträchtigt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich - entgegen der Schnittrichtung des Werkzeugteils gesehen - an den Freibereich ein Beschichtungsbereich der Freifläche anschließt, wobei die Freifläche in dem Beschichtungsbereich die Beschichtung aufweist. In diesem Fall ist die Freifläche demnach nicht insgesamt frei von der Beschichtung, sondern lediglich bereichsweise, nämlich in dem nur einen Teil der Freifläche umfassenden Freibereich. Somit ist in vorteilhafter Weise der Verschleiß der Freifläche auch nur in dem Freibereich im Vergleich zur Spanfläche erhöht.
Unter einer Schnittrichtung wird hier eine gedachte Richtung verstanden, entlang der die Schneidkante bestimmungsgemäß bei der Bearbeitung eines Werkstücks relativ zu dem Werkstück bewegt wird. Die Schnittrichtung ist bevorzugt schräg zu der Schneidkante orientiert, insbesondere ist es möglich, dass die Schnittrichtung senkrecht auf der Schneidkante steht.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Freibereich sich entlang der Schneidkante nur über eine Freilänge erstreckt, die kürzer ist als eine Schneidlänge der Schneidkante. In diesem Fall erstreckt sich demnach der Freibereich nicht insgesamt entlang der Schneidkante, sondern nur bereichsweise über die Freilänge. Entsprechend tritt auch der Selbstschärfeffekt der Schneidkante nur im Bereich der Freilänge auf.
Die Schneidlänge der Schneidkante ist insbesondere die Fänge derjenigen Erstreckung der Schneidkante, entlang derer diese scharf geschliffen ist. Vorzugsweise ist die Schneidlänge die Gesamtlänge der Schneidkante.
Dort, wo der Freibereich entlang der Schneidkante endet, ist eine Stufe gebildet, da die sich an die Freilänge anschließende Beschichtung eine endliche Dicke aufweist. Diese Stufe ist selbst scharf und hat damit schneidende Eigenschaften. Sie wird daher auch als Schneidstufe bezeichnet. Insbesondere bei der Bearbeitung faserverstärkter Materialien hat dies den zusätzlichen Vorteil, dass im Übrigen von der Schneidkante noch nicht geschnittene Fasern, die in den Bereich der Schneidstufe gelangen, von dieser geschnitten werden.
Die Schneidstufe ist bevorzugt nur wenige Zehntel Millimeter hoch. Insoweit ist es insbesondere möglich, dass beim Entfernen der Beschichtung zusätzlich zu der Beschichtung auch Grundkörpermaterial abgetragen wird, so dass im Ergebnis gegebenenfalls die Schneidstufe höher ist, als es der Höhe der Beschichtung über dem Grundkörpermaterial entspricht.
Insbesondere an einem Bohrungsrand überstehende Fasern werden häufig durch herkömmliche, als Bohrwerkzeug oder Schneidplatte für ein Bohrwerkzeug ausgebildete Werkzeugteile nicht sauber abgeschnitten, sodass der Bohrungsrand ausgefranst ist. Durch die Schneidstufe werden nun solche Fasern beim Austritt des Werkzeugteils aus dem Werkstück abgeschnitten. Insbesondere wenn das Zentrum des Werkzeugteils aus dem Material des bearbeiteten Werkstücks austritt, werden Fasern weggebogen und nicht geschnitten, weil im Bereich des Zentrums einerseits die Schnittgeschwindigkeit niedrig ist und andererseits ein Spanwinkel vergleichsweise klein, sodass die Schneidkante wenig schnittfreudig ist. Die weggebogenen, elastischen Fasern weichen aus und gleiten entlang der Schneidkante, ohne geschnitten zu werden. Durch die Schneidstufe werden die Fasern nun jedoch abgeschnitten, wenn sie längs der Schneidkante gleiten und gegen die Schneidstufe treffen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Werkzeugteil als Zerspanungswerkzeug, insbesondere als Bohrwerkzeug, insbesondere als Bohrer, insbesondere für abrasive Werkstoffe, ausgebildet ist. Die Schneidkante ist dabei insbesondere eine Stimschneide des Bohrers, das heißt eine an der Stirnseite des Bohrers angeordnete Schneide, insbesondere Hauptschneide. Bei einem solchen Bohrer verwirklichen sich in besonderer Weise die bereits zuvor beschriebenen Vorteile.
Bevorzugt weist das Werkzeugteil, insbesondere Bohrwerkzeug, zwei Schneidbereiche der zuvor beschriebenen Art auf. Das Werkzeugteil ist in diesem Fall zweischneidig ausgebildet. Es ist möglich, dass das Werkzeugteil mehr als zwei solche Schneidbereiche aufweist.
Dem wenigstens einen Schneidbereich ist bevorzugt eine Spannut zugeordnet, wobei vorzugsweise die Spanfläche eine Begrenzungswandung der Spannut bildet oder durch eine Begrenzungswandung der Spannut gebildet wird. In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist der Bohrer ein Wendelbohrer, wobei er wenigstens eine gewendelte Spannut aufweist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Werkzeugteil als Zerspanungswerkzeug, insbesondere als Fräswerkzeug, insbesondere als Fräser, insbesondere für abrasive Werkstoffe, ausgebildet ist. Die Schneidkante ist in diesem Fall bevorzugt eine Umfangsschneide des Fräswerkzeugs, insbesondere des Fräsers. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist - insbesondere bei einem als Bohrwerkzeug, insbesondere Bohrer, ausgebildeten Werkzeugteil, aber nicht beschränkt hierauf - vorgesehen, dass der Freibereich sich ausgehend von einer Schneidecke der Schneidkante nach radial innen nur entlang eines Teils der Schneidkante erstreckt. Eine Axialrichtung erstreckt sich hier insbesondere entlang einer gedachten Dreh- oder Mittelachse des Zerspanungswerkzeugs, insbesondere des Bohrwerkzeugs. Eine Radialrichtung steht senkrecht auf der Axialrichtung, und eine Umfangsrichtung umgreift die Axialrichtung konzentrisch. „Nach radial innen“ bedeutet dabei eine Orientierung oder Erstreckung zur Mittelachse hin.
Die Schneidecke ist insbesondere ein radial äußerster Punkt der Schneidkante; insbesondere definiert die Schneidecke einen Flugkreis der Schneidkante. Insbesondere geht die Schneidkante an der Schneidecke in eine Umfangs- oder Nebenschneide des Zerspanungswerkzeugs über. Der Freibereich ist also insbesondere radial außen an der Schneidkante vorgesehen, wobei er sich nicht vollständig bis zu einem radial inneren Ende der Schneidkante erstreckt, sondern lediglich über den genannten Teil. Dieser Teil der Schneidkante ist insbesondere die zuvor definierte Freilänge. Im Übrigen ist die Freifläche außerhalb der Freilänge zu der Mittelachse hin mit der Beschichtung versehen. Es ergibt sich somit im Übergangsbereich zwischen der Freilänge der Schneidkante und dem beschichteten Teil die zuvor bereits beschriebene axiale Schneidstufe. Der Freibereich und insbesondere die Freilänge ist bevorzugt so bemessen, dass sich entlang der Schneidkante ein homogener Verschleiß über den Freibereich ergibt. Da die Schnittgeschwindigkeit und das Zerspanvolumen von der radial äußeren Schneidecke bis zum radial inneren Ende der Schneidkante hin variieren, insbesondere abnehmen, variiert entsprechend auch der Verschleiß, wobei er insbesondere zur Mittelachse hin stark abnimmt. Somit kann im radial inneren Bereich die Beschichtung erhalten bleiben, und ein homogener Verschleiß wird erzielt, indem dieser radial innere Bereich der Schneidkante von dem Freibereich ausgenommen wird. Insbesondere hat sich gezeigt, dass es einerseits aufwendig und kompliziert wäre, die Beschichtung auch in dem radial inneren Bereich zu entfernen, wobei andererseits die Schnittgeschwindigkeit zur Mittelachse hin immer weiter abnimmt, sodass hier der Selbstschärfeffekt weniger bis nicht mehr auftreten würde.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schneidkante eine Zentrums schneide und eine Hauptschneide aufweist, wobei sich der Freibereich nur entlang der Hauptschneide erstreckt. Insbesondere im Bereich der Zentrums schneide kann die Beschichtung bestehen bleiben, da hier ohnehin aufgrund der reduzierten Schnittgeschwindigkeit kein großer Verschleiß mehr auftritt, wobei außerdem eine Entfernung der Beschichtung aufwendig und kompliziert wäre.
Bevorzugt erstreckt sich der Freibereich nur bereichsweise entlang der Hauptschneide, insbesondere ausgehend von der Schneidecke nicht bis vollständig zu der Zentrumsschneide. Vielmehr endet der Freibereich - entlang der Schneidkante - in einem radialen Abstand zu der Zentrums schneide. Insbesondere auf diese Weise kann ein möglichst homogener Verschleiß über den Freibereich entlang der Schneidkante gewährleistet werden.
Die Zentrumsschneide ist vorzugsweise in für sich genommen bekannter Weise durch eine Ausspitzung bereitgestellt.
Insgesamt weist der Schneidbereich des Zerspanungswerkzeugs, insbesondere des Bohrwerkzeugs, bevorzugt von der Mittelachse aus nach radial außen gesehen zunächst in für sich genommen bekannter Weise eine Querschneide, daran anschließend die Zentrumsschneide und wiederum daran anschließend die Hauptschneide auf.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Werkzeugteil als Schneidplatte, insbesondere als Wendeschneidplatte, insbesondere für abrasive Werkstoffe, ausgebildet ist. Auch bei einem derartigen Werkzeugteil verwirklichen sich die bereits zuvor genannten Vorteile.
Unter einem abrasiven Werkstoff wird insbesondere ein im Vergleich mit anderen Werkstoffen verschleißintensiver Werkstoffe verstanden, der insoweit einen erhöhten Verschleiß des Werkzeugteils verursacht oder das Werkzeugteil bei seiner Bearbeitung höher belastet. Insbesondere ist ein abrasiver Werkstoff ein faserverstärkter Kunststoff, insbesondere ein kohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK). Solche faserverstärkten Werkstoffe wirken hochgradig abrasiv. Alternativ ist der abrasive Werkstoff eine Aluminiumlegierung, insbesondere ein Aluminium-Gusswerkstoff, insbesondere eine Aluminium-Silizium-Fegierung. Insbesondere bei der Bearbeitung abrasiver Werkstoffe verwirklichen sich in besonderer Weise die Vorteile des Werkzeugteils.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zum Herstellen eines Werkzeugteils, insbesondere eines erfindungsgemäßen Werkzeugteils oder eines Werkzeugteils nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele, geschaffen wird, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Ein an einem Grundkörper für das Werkzeugteil ausgebildeter Schneidbereich, der eine Freifläche und eine Spanfläche aufweist, wobei die Freifläche und die Spanfläche in einer Schneidkante aneinandergrenzen, wird mit einer Beschichtung beschichtet, die härter ist als ein Grundkörpermaterial des Grundkörpers. Die Beschichtung wird zumindest bereichsweise auf der Freifläche entfernt. Insbesondere wird die Beschichtung zumindest bereichs weise von der Freifläche entfernt. Insbesondere wird ein Freibereich an der Freifläche ausgebildet, der frei von der Beschichtung ist. Insbesondere wird die Beschichtung zumindest bereichs weise derart entfernt, dass der Freibereich an der Freifläche ausgebildet wird. Insbesondere wird so ein Werkzeugteil erhalten, insbesondere ein erfindungsgemäßes Werkzeugteil oder ein Werkzeugteil nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. In Zusammenhang mit dem Verfahren verwirklichen sich insbesondere die bereits in Zusammenhang mit dem Werkzeugteil erläuterten Vorteile.
Im Rahmen des Verfahrens wird als Werkzeugteil bevorzugt ein Zerspanungswerkzeug, insbesondere Bohrwerkzeug, insbesondere ein Bohrer, ein Fräswerkzeug, oder eine Schneidplatte, insbesondere zur Bearbeitung von abrasiven Werkstoffen wie faserverstärkten Werkstoffen oder Aluminiumlegierungen, insbesondere zur Bearbeitung von kohlefaserverstärkten Kunststoffen, hergestellt.
Der Schneidbereich wird insbesondere mit einer Hartstoffschicht beschichtet, vorzugsweise mit einer Diamantschicht.
Vorzugsweise wird der Schneidbereich vollständig beschichtet. Insbesondere wird die Freifläche vollständig beschichtet. Besonders bevorzugt wird der Schneidbereich einschließlich wenigstens einer Spannut vollständig beschichtet.
In bevorzugter Ausgestaltung weist bei einem als Zerspanungswerkzeug ausgebildeten Werkzeugteil der Grundkörper einen Arbeitsabschnitt sowie einen daran anschließenden Befestigungsabschnitt oder Spannabschnitt auf. Der Arbeitsabschnitt weist den wenigstens einen Schneidbereich auf. Der Befestigungsabschnitt ist eingerichtet, um das Zerspanungswerkzeug in eine Bearbeitungsmaschine, insbesondere eine Maschinenspindel, einzuspannen oder an einer Bearbeitungsmaschine zu befestigen. Bevorzugt wird zumindest der Arbeitsabschnitt vollständig mit der Beschichtung beschichtet. Beim Entfernen der Beschichtung wird bevorzugt das Grundkörpermaterial des Grundkörpers freigelegt, insbesondere exponiert. Die Beschichtung wird also in dem Freibereich insbesondere vollständig entfernt, sodas s das Grundkörpermaterial freiliegt.
Vorzugsweise wird die Beschichtung mittels eines Laserverfahrens, insbesondere durch einen Laserstrahl, insbesondere durch einen gepulsten Laserstrahl oder durch einen kontinuierlichen Laserstrahl, entfernt.
Zusätzlich zu dem Selbstschärfeffekt wird durch das Entfernen der Beschichtung von Beginn an eine sehr scharfe Schneidkante, insbesondere mit einer Schneidkantenrauigkeit von weniger als 6 pm, erhalten. Dadurch kann insbesondere vorteilhaft eine Schneidkantenvemmdung durch die ansonsten relativ dicke Beschichtung eliminiert werden. Insbesondere können Anforderungen an kleine Schneidkantenradien für die Zerspanung von Faserverbundwerkstoffen erfüllt werden. Diese Vorteile verwirklichen sich in besonderer Weise, wenn die Beschichtung mittels eines Laserverfahrens entfernt wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass - vor dem Beschichten - der Schneidbereich an dem Grundkörper hergestellt, insbesondere ausgebildet wird. Bevorzugt wird der Schneidbereich durch Schleifen des Grundkörpers an dem Grundkörper ausgebildet.
Vor dem Herstellen des Schneidbereichs wird bevorzugt der Grundkörper bereitgestellt. Insbesondere wird als Grundkörper bevorzugt ein Hartmetallstab oder eine Hartmetallplatte bereitgestellt. Der Grundkörper weist bevorzugt Hartmetall als Grundkörpermaterial auf. Der Grundkörper kann aber auch ein anderes Material, insbesondere Schnellarbeitsstahl, insbesondere HSS, aufweisen. Insbesondere kann der Grundkörper aus einem der genannten Materialien bestehen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass - vor dem Beschichten - in die Freifläche eine Freistellung in einem Abstand zu der Schneidkante eingebracht wird. Dies bedeutet insbesondere, dass Material von der Freifläche weggenommen oder entfernt wird. Bevorzugt wird die Freistellung als Vertiefung, als zusätzliche Schräge oder Abschrägung an der Freifläche oder im Bereich der Freifläche, oder als Stufe ausgebildet. Die Freistellung definiert bevorzugt eine Begrenzung des späteren Freibereichs und erleichtert in vorteilhafter Weise das Entfernen der Beschichtung in dem Freibereich durch das Bereitstellen einer definierten Begrenzung. Dass die Freistellung in einem Abstand zu der Schneidkante in die Freifläche eingebracht wird, bedeutet insbesondere, dass die Freistellung senkrecht zu der Schneidkante von dieser beabstandet ist, insbesondere entgegen der Schnittrichtung.
Bevorzugt wird die Beschichtung nur in dem Freibereich entfernt, der einerseits von der Schneidkante und andererseits von der Freistellung begrenzt wird. Somit ist die geometrische Ausgestaltung und insbesondere Erstreckung des Freibereichs bereits vor dem Entfernen der Beschichtung festgelegt, und es ist in besonders definierter und einfacher Weise möglich, die Beschichtung zu entfernen, sodass insbesondere das Grundkörpermaterial in dem Freibereich freigelegt wird.
Das hier vorgeschlagene Verfahren ist besonders einfach und kostengünstig durchführbar, insbesondere da es keiner selektiven Beschichtung des Grundkörpers bedarf; vielmehr wird dieser zunächst zumindest in dem Schneidbereich vollständig beschichtet, wobei anschließend die Beschichtung in definierter Weise in dem Freibereich wieder entfernt wird.
Der Freibereich wird bevorzugt so ausgebildet, wie dies zuvor in Zusammenhang mit dem Werkzeugteil erläutert wurde.
Das Werkzeugteil weist bevorzugt die Freistellung auf, die gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahrens schritt vor dem Beschichten in die Freifläche in dem Abstand zu der Schneidkante eingebracht wird. Der Freibereich ist also auch bei dem hier vorgeschlagenen Werkzeugteil bevorzugt einerseits durch die Schneidkante und andererseits durch die Freistellung begrenzt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Werkzeugteils;
Figur 2 eine stirnseitige Draufsicht auf das Werkzeugteil gemäß Figur 1;
Figur 3 eine Seitenansicht des Werkzeugteils gemäß den Figuren 1 und 2;
Figur 4 eine perspektivische Detailansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Werkzeugteils, und
Figur 5 eine perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines Werkzeugteils. Fig. 1 zeigt eine Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Werkzeugteils 1, das hier in bevorzugter Ausgestaltung als Zerspanungswerkzeug 2, hier insbesondere als Bohrwerkzeug 4, insbesondere als Bohrer ausgebildet ist. Das Werkzeugteil 1 ist insbesondere eingerichtet zur Bearbeitung von abrasiven Werkstücken, die vorzugsweise faserverstärkten Kunststoff oder eine Aluminiumlegierung umfassen, insbesondere von Werkstücken, die kohlefaserverstärkten Kunststoff oder kohlefaserverstärkte Kunststoffe umfassen.
Das Werkzeugteil 1 weist einen Grundkörper 3 mit wenigstens einem an dem Grundkörper 3 ausgebildeten Schneidbereich 5, hier genau zwei Schneidbereichen 5, auf. Die beiden Schneidbereiche 5 sind identisch zueinander ausgebildet, sodass im Folgenden nur einer der Schneidbereiche 5 näher erläutert wird, wobei es nicht darauf ankommt, welcher dieser Schneidbereiche 5 dies ist.
Der Schneidbereich 5 umfasst eine Freifläche 7 und eine Spanfläche 9, die in einer Schneidkante 11 aneinandergrenzen. Die Spanfläche 9 weist eine auf ein Grundkörpermaterial des Grundkörpers 3 aufgebrachte, sich bis zu der Schneidkante 11 erstreckende Beschichtung 13 auf, die härter ist als das Grundkörpermaterial. Bevorzugt ist das Grundkörpermaterial Hartmetall, und die Beschichtung ist eine Hartstoffschicht, insbesondere eine Diamantschicht.
Die Freifläche 7 ist ausgehend von der Schneidkante 11 in einem Freibereich 15 frei von der Beschichtung. Hierdurch werden in vorteilhafter Weise verschiedene Verschleißbedingungen bei der Bearbeitung eines Werkstücks für die Freifläche 7 einerseits und die Spanfläche 9 andererseits bereitgestellt, wobei die Freifläche 7 schneller abgetragen wird. Hierdurch verliert die Schneidkante 11 im Bereich der Freifläche 7 an mechanischer Unterstützung und bricht sukzessive ab, wobei sie an der Bruchkante jeweils wieder neu scharf ist, sodass das Werkzeugteil 1 in vorteilhafter Weise einen Selbstschärfeffekt aufweist. Auf diese Weise kann der Verschleiß des Werkzeugteils 1 insgesamt vermindert und dessen Standzeit verlängert werden. Dies gilt ganz besonders für die Bearbeitung abrasiver Materialien wie beispielsweise faserverstärkter Kunststoffe oder Aluminiumlegierungen.
Bevorzugt ist das Grundkörpermaterial in dem Freibereich 15 exponiert oder freigelegt.
Zur Bearbeitung eines Werkstücks wird bevorzugt eine Relativdrehung zwischen dem Werkzeugteil 1 und dem Werkstück um eine Mittelachse M des Werkzeugteils 1 bewirkt, hier gemäß Figur 1 entgegen der Uhrzeigerrichtung, wobei dies eine Schnittrichtung für die Schneidkante 11 definiert, die durch einen Pfeil P angedeutet ist.
Entgegen der Schnittrichtung schließt sich an den Freibereich 15 ein Beschichtungsbereich 17 an, in dem die Freifläche 7 die Beschichtung aufweist.
Anhand von Figur 1 wird deutlich, dass die Schneidkante 11 insbesondere eine Stimschneide des Bohrers ist. Weiter wird deutlich, dass sich der Freibereich 15 ausgehend von einer Schneidecke 19 der Schneidkante 11 nach radial innen, das heißt zu der Mittelachse M hin, nur entlang eines Teils der Schneidkante 11 erstreckt. Entlang des verbleibenden Teils ist die Freifläche 7 beschichtet. Im Bereich des Übergangs zwischen dem unbeschichteten Teil, also dem Freibereich 15, und dem beschichteten Teil ist insbesondere - entlang der Schneidkante 11 gesehen - eine axiale Schneidstufe 21 ausgebildet. Diese Ausgestaltung hat insbesondere den Vorteil, dass bei einem Durchtritt das Werkzeugteil 1 durch ein Werkstück, das faserverstärkten Kunststoff aufweist, über eine Bohrungswandung vorstehende Fasern durch die scharfe Schneidstufe 21 sicher abgeschnitten werden, während sie entlang der Schneidkante 11 gleiten, wo sie schließlich auf die Schneidstufe 21 treffen und dort geschnitten werden.
Die Schneidkante 11 ist insbesondere unterteilt in eine Hauptschneide 23, die radial außen angeordnet ist und sich bis zu der Schneidecke 19 erstreckt, sowie eine insbesondere durch Ausspitzen des Bohrers entstandene Zentrums schneide 25. Der Freibereich 15 erstreckt sich dabei nur entlang der Hauptschneite 23, insbesondere - wie in Figur 1 erkennbar - nur bereichsweise entlang der Hauptschneide 23, nämlich ausgehend von der Schneidecke 19 radial nach innen nicht bis zu einem Übergang 27 in die Zentrumsschneide 25. Insbesondere auf diese Weise kann ein homogener Verschleiß und damit ein homogenes Selbstschärfen der Schneidkante 11 sichergestellt werden.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Stirnseite des Werkzeugteils 1 gemäß Figur 1.
Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
Der einfacheren Darstellung wegen sind hier die Bezugszeichen mehrheitlich lediglich an einem der Schneidbereiche 5 angegeben; der andere Schneidbereich 5 ist - wie ausgeführt - identisch ausgebildet. Wiederum lediglich der größeren Klarheit wegen sind manche Bezugszeichen nur dem anderen Schneidbereich 5 zugeordnet.
Anhand von Figur 2 sind gut die verschiedenen Schneidenabschnitte des Schneidbereichs 5 zu erkennen, wobei ausgehend von der Mittelachse M radial auswärts zu der Schneidecke 19 hin zunächst eine Querschneide 26, dann die Zentrums schneide 25, sowie dann die Hauptschneide 23 vorgesehen sind. In Umfangsrichtung schließt sich an die Schneidecke 19 bevorzugt eine Rundschlifffase 31 an.
In Figur 2 ist auch dargesteht, dass der Freibereich 15 sich entlang der Schneidkante 11 nur über eine Freilänge 33 erstreckt, die kürzer ist als eine Schneidlänge, insbesondere als eine Gesamtlänge, der Schneidkante 11.
Weiterhin ist in Figur 2 dargesteht, dass die Freifläche 7 einen ersten Freiflächenabschnitt 35 und einen zweiten Freiflächenabschnitt 37 aufweist, wobei der erste Freiflächenabschnitt 35 den Freibereich 15 sowie die Freistellung 29 umfasst. Der zweite Freiflächenbereich 37 ist schräg zu dem ersten Freiflächenbereich 35, insbesondere zu der Freistellung 29, angeordnet. Die Freistellung 29 bildet gemeinsam mit dem zweiten Freiflächenabschnitt 37 den Beschichtungsbereich 17.
Gut erkennbar ist in Figur 2 auch die Schneidstufe 21. Insbesondere erstreckt sich die Freilänge 33 zwischen der Schneidecke 19 einerseits und der Schneidstufe 21 andererseits. Insbesondere wird die Freilänge 33 durch die Schneidecke 19 einerseits und die Schneidstufe 21 andererseits begrenzt.
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht des Werkzeugteils 1 gemäß den Figuren 1 und 2. Dabei fällt der Blick des Betrachters in Figur 3 in dem linken Schneidbereich 5 auf die Spanfläche 9, die in dem rechten Schneidbereich 5 für den Betrachter verdeckt ist. In dem rechten Schneidbereich 5 sind dafür sehr gut die verschiedenen Abschnitt der Freifläche 7 und insbesondere auch der Freibereich 15 zu erkennen.
Den Schneidbereichen 5 ist noch bevorzugt jeweils eine Spannut 39 zugeordnet, wobei die Spanfläche 9 zugleich eine Wandung der Spannut 39 ist. Der hier dargestellte Bohrer ist insbesondere ein Wendelbohrer, wobei die Spannuten 39 gewendelt sind. Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Werkzeugteils 1. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist das Werkzeugteil 1 als Zerspanungswerkzeug 2, hier nämlich als Fräswerkzeug 6, insbesondere als Fräser, ausgebildet. Ebenso wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist das Werkzeugteil 1 auch in diesem Fall insbesondere eingerichtet zur Zerspanung abrasiver Werkstoffe. Das Fräswerkzeug 6 weist insbesondere eine Mehrzahl vorzugsweise identisch ausgebildeter Schneidbereiche 5 auf, wobei der besseren Übersichtlichkeit wegen hier Bezugszeichen nur an zwei Schneidbereichen 5, und aufgeteilt auf die Schneidbereiche 5 vorgesehen sind. Die Schneidkante 11 ist in den Schneidbereichen 5 hier insbesondere jeweils eine Umfangsschneide 41 des Fräswerkzeugs 6. Im Übrigen sind in Figur 4 der Grundkörper 3, die Freifläche 7, die Lage der Spanfläche 9, die Anordnung der Beschichtung 13, der Freibereich 15 sowie der Beschichtungsbereich 17 zu erkennen. Das Fräswerkzeug 6 weist auch Spannuten 39 auf, von denen der besseren Übersichtlichkeit wegen nur eine mit dem entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet ist. Diese Spannuten 39 sind hier insbesondere geradlinig ausgebildet.
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Werkzeugteils 1. Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel ist das Werkzeugteil 1 als Schneidplatte 8, insbesondere als Wendeschneidplatte 10, vorzugsweise mit zwei Schneidbereichen 5, ausgebildet. Ebenso wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel das Werkzeugteil 1 eingerichtet zur Zerspanung von abrasiven Werkstoffen. In Figur 5 sind insbesondere der Grundkörper 3, die Freifläche 7, die Spanfläche 9, die Schneidkante 11, die Anordnung der Beschichtung 13, der Freibereich 15, der Beschichtungsbereich 17 und auch die Schneidecke 19 gut zu erkennen.
Das Werkzeugteil 1 wird unabhängig von seiner konkreten Ausgestaltung bevorzugt hergestellt, indem der Grundkörper 3 - insbesondere in Form eines Hartmetallstabs oder einer Harmetallplatte - bereitgestellt wird, und indem wenigstens ein Schneidbereich 5 an dem Grundkörper 3 ausgebildet wird. Anschließend wird der Schneidbereich 5 mit der Beschichtung 13, insbesondere der Hartstoffschicht, insbesondere Diamantschicht, beschichtet. Anschließend wird die Beschichtung 13 - vorzugsweise mittels eines Laserverfahrens - zumindest bereichsweise auf der Freifläche 7 oder von der Freifläche 7 entfernt, sodass letztlich der Freibereich 15 ausgebildet wird. Es ist auch möglich, dass der Grundkörper 3 bereits mit einem fertig ausgebildeten Schneidbereich 5 bereitgestellt wird, sodass lediglich noch die Beschichtung 13 aufgebracht und anschließend zumindest bereichsweise wieder von der Freifläche 7 entfernt wird. Das Bereitstellen des unversehrten Grundkörpers 3 sowie das Herstellen des wenigstens einen Schneidbereichs 5 gehören also nicht zwingend zu dem Herstellungsverfahren.
Bevorzugt wird vor dem Beschichten in einem Abstand zu der Schneidkante 11 eine Freistellung 29 in die Freifläche 7 eingebracht. Die Beschichtung 13 wird dann vorzugsweise nur in dem Freibereich 15 entfernt, der einerseits von der Schneidkante 11 und andererseits von der Freistellung 29 begrenzt wird. Auf diese Weise definiert letztlich die Freistellung 29 den Freibereich 15.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Werkzeugteil (1) mit einem Grundkörper (3) und wenigstens einem an dem Grundkörper (3) ausgebildeten Schneidbereich (5), wobei der Schneidbereich (5) eine Freifläche (7) und eine Spanfläche (9) aufweist, die in einer Schneidkante (11) aneinandergrenzen, wobei die Spanfläche (9) eine auf ein Grundkörpermaterial des Grundkörpers (3) aufgebrachte, sich bis zu der Schneidkante (11) erstreckende Beschichtung (13) aufweist, die härter ist als das Grundkörpermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass die Freifläche (7) ausgehend von der Schneidkante (11) in einem Freibereich (15) frei von der Beschichtung (13) ist.
2. Werkzeugteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundkörpermaterial in dem Freibereich (15) exponiert ist.
3. Werkzeugteil ( 1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich entgegen einer Schnittrichtung an den Freibereich (15) ein Beschichtungsbereich (17) der Freifläche (7) anschließt, indem die Freifläche (7) die Beschichtung (13) aufweist.
4. Werkzeugteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Freibereich (15) sich entlang der Schneidkante (11) nur über eine Freilänge (33) erstreckt, die kürzer ist als eine Schneidlänge der Schneidkante (11).
5. Werkzeugteil ( 1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugteil (1) als Zerspanungswerkzeug (2), insbesondere als Bohrwerkzeug (4), insbesondere Bohrer, oder als Fräswerkzeug (6), insbesondere zum Zerspanen von abrasiven Werkstoffen, ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die Schneidkante (11) eine Stirnschneide des Bohrers oder eine Umfangsschneide (41) des Fräswerkzeugs (6) ist.
6. Werkzeugteil (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Freibereich (15) sich ausgehend von einer Schneidecke (19) der Schneidkante (11) nach radial innen nur entlang eines Teils der Schneidkante (11) erstreckt.
7. Werkzeugteil (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante (11) eine Zentrums schneide (25) und eine Hauptschneide (23) aufweist, wobei sich der Freibereich (15) nur entlang der Hauptschneide (23), vorzugsweise nur bereichsweise entlang der Hauptschneide (23), erstreckt.
8. Werkzeugteil ( 1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugteil (1) als Schneidplatte (8), insbesondere als Wendeschneidplatte (10) ausgebildet ist.
9. Verfahren zum Herstellen eines Werkzeugteils (1) mit folgenden Schritten:
- Beschichten eines an einem Grundkörper (3) für das Werkzeugteil (1) ausgebildeten Schneidbereichs (5), der eine Freifläche (7) und eine Spanfläche (9) aufweist, die in einer Schneidkante (11) aneinandergrenzen, mit einer Beschichtung (13) die härter ist als ein Grundkörpermaterial des Grundkörpers (3), und
- Entfernen der Beschichtung (13) zumindest bereichsweise auf der Freifläche (7).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (13) mittels eines Laserverfahrens entfernt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Beschichten an dem Grundkörper (3) der Schneidbereich (5) hergestellt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Beschichten in die Freifläche (7) in einem Abstand zu der Schneidkante (11) eine Freistellung (29) eingebracht wird, wobei die Beschichtung (13) vorzugsweise nur in einem Freibereich (15) entfernt wird, der einerseits von der Schneidkante (11) und andererseits von der Freistellung (29) begrenzt wird.
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