DE4304104C2 - Hartgelötetes Schneidwerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hartgelötetes Schneidwerkzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.

Aus der DE 38 44 007 A1 ist ein hartgelötetes Schneidwerkzeug bekannt, bei dem ein Schneidelement in eine U-förmige, durchgängige Ausnehmung in einer Wendeplatte (Schaft) mittels Hartlöten angebracht ist. Das Schneidelement ist dabei an beiden Seiten (Flanken) mit zwei, das Schneidelement zu seiner Basis hin verjüngenden, abgeschrägten Abschnitten versehen, so daß die Ausbildung der Kantenausnehmung in der Wendeplatte kompliziert wird. Im Gegensatz hierzu ist erfindungsgemäß der abgeschrägte Abschnitt in der Fläche des zusammengesetzten gesinterten Körpers ausgebildet, die der zur horizontalen Grundfläche der Vertiefung senkrechten Fläche gegenübersteht, so daß das Einbringen des L-förmigen Vertiefungsabschnitts in den Schaft einfach ist.

Aus der DE 33 37 240 C2 ist zwar ein hartgelötetes Schneidwerkzeug bekannt, bei dem ein durch Verbinden eines gesinterten Körpers hoher Härte direkt oder über eine Verbindungs-Zwischenschicht mit einem Tragteil hergestellter zusammengesetzter gesinterter Körper in eine L-förmige Vertiefung im Schaft des Werkzeugs eingepaßt ist, jedoch sind die zwei Grundflächen der L-förmigen Vertiefung im wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet und der gesinterte Körper ist ebenso geformt.

Gesinterte Körper hoher Härte, wie z. B. in einer Hochdruckphase gesinterte Bor-Nitrid-Körper, gesinterte Diamantkörper oder dergleichen, haben eine hohe Härte und eine hohe Wärmeleitfähigkeit, so daß sie weitverbreitet als Schneidwerkzeuge benutzt werden. Da diese gesinterten Körper mit Hilfe einer teuren Vorrichtung für sehr hohe Drücke und hohe Temperaturen hergestellt werden, kann ein billigeres Werkzeug natürlich dadurch hergestellt werden, daß ein solcher gesinterter Körper nur in einer notwendigen und sehr kleinen Größe verwendet wird.

Aus diesem Grunde werden diese gesinterten Körper nur am Schneidkantenabschnitt des Werkzeuges angewendet und sie werden beim Gebrauch auf einen Schaft aus einer sehr harten oder harten Legierung oder dergleichen hart aufgelötet. Da diese gesinterten Körper durch ein Lot jedoch schlecht benetzbar sind, wenn sie einmal mit einem Tragteil aus einer sehr harten Legierung, einem Cermet (Keramik-Metall-Verbundwerkstoff) oder dergleichen direkt oder über eine Verbindungszwischenschicht verbunden sind, um einen zusammengesetzten, gesinterten Körper zu bilden, wird das Tragteil mit einem Schaft hartverlötet.

Obwohl die Hochdruckphase von Bornitrid und Diamant unter hohem Druck stabile Phasen sind, wenn sie bei einer Schweißbehandlung mit einer hohen Verbindungsfestigkeit oder dergleichen einer hohen Temperatur ausgesetzt werden, verändert sich die Hochdruckphase des Bor-Nitrids in die hexagonale Niederdruckphase des Bornitrids, die eine geringe Härte hat oder der Diamant ändert sich in Graphit der Niederdruckphase mit einer geringen Härte, so daß sie als Werkzeug unbrauchbar werden.

Aus diesem Grunde wird der gesinterte Körper hoher Härte wie zum Beispiel der gesinterte Körper aus der Hochdruckphase des Bornitrids oder der gesinterte Diamantenkörper, auf dem Schaft allgemein mit Hilfe eines Hartlötvorganges befestigt.

Die übliche Technik zum Hartlöten eines Schneidwerkzeuges wird nun anhand der Fig. 3 bis 5 im einzelnen beschrieben.

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf ein übliches Schneidwerkzeug und Fig. 4 ist eine Schnittansicht davon. In diesem Fall ist ein gesinterter Körper 11 beim Sintern mit einem Tragteil 12 verbunden, um einen zusammengesetzten, gesinterten Körper 13 herzustellen. Andererseits ist auf einem Schaft 14 eine Vertiefung 15 zum Einpassen des zusammengesetzten, gesinterten Körpers 13 vorgesehen, wobei in einer Ecke der Vertiefung 15 stets ein bogenförmiger Abschnitt 16 geschaffen wird. Eine Kante des Tragteils 12, die dem bogenförmigen Abschnitt 16 entspricht, wird daher einer Abschrägung unterworfen, um einen abgeschrägten Abschnitt 17 zu bilden. Die einander gegenüberliegenden Flächen des Tragteils 12 und des Schaftes 14 sind miteinander hart verlötet (siehe Bezugsziffer 18 in Fig. 4).

Bei der Hartlötung ist die Verbindungsfestigkeit nicht hoch und sie ist dem zu verlötenden Bereich proportional, so daß es dann notwendig ist, den Hartlötbereich oberhalb eines gegebenen Wertes zu halten, wenn eine gegebene Verbindungsfestigkeit erzielt werden soll.

Je kleiner bei der üblichen Technik der zusammengesetzte, gesinterte Körper 13 ist, der aus dem gesinterten Körper 11 und dem Tragteil 12 besteht, desto kleiner ist der Hartlötbereich, so daß dann, wenn der Bereich des abgeschrägten Abschnittes 17 klein ist, die Dicke der Lötschicht in der Vertiefung 15 dicker wird. Wenn der Bereich des abgeschrägten Abschnittes groß gemacht wird, dann wird die Dicke der Lötschicht in einem Raum zwischen dem abgeschrägten Abschnitt 17 und dem bogenförmigen Abschnitt 16 dicker, so daß die Hartlötfestigkeit niedrig ist, wodurch das Problem entsteht, daß der hart verlötete Abschnitt sich bei der Bearbeitung von Materialien ablöst.

Im offengelegten, japanischen Patent Nr. 2-256403 wird eine Technik zum Lösen des obigen Problems vorgeschlagen. Bei einem Schneidwerkzeug, das durch Hartlöten eines zusammengesetzten, gesinterten Körpers 13, der seinerseits aus einem gesinterten Körper 11 und einem Tragteil 12 besteht, auf einen Schaft 14 hergestellt worden ist, wird dabei in einem Abschnitt beim Zusammentreffen zwischen der Tragfläche des Schaftes 14 und einer Fläche, die zur Tragfläche senkrecht steht, eine Ausweichmöglichkeit in Form einer Vertiefung 19 geschaffen, ohne daß das Tragteil 12 abgeschrägt wäre, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist; auf diese Weise ist ein Bereich des hart verlöteten Abschnittes, der wirkungsvoll dazu beiträgt, die Verbindungsfestigkeit sicherzustellen, groß gemacht, um eine feste Verbindung herzustellen.

Bei dieser Technik ist es jedoch schwierig , den Schaft so herzustellen, daß die Ausweichmöglichkeit in Form der Vertiefung 19 geschaffen wird und die Herstellungskosten werden hoch. Ferner besteht ein Problem darin, daß die Lage der Ausweichmöglichkeit in Form der Vertiefung 19 durch die Belastung, die durch den Schneidvorgang erzeugt wird, zu einem Bruch führt.

Der Erfindung liegt hiernach die Aufgabe zugrunde, die oben genannten Probleme bei den konventionellen Techniken zu lösen und ein billiges, hart verlötetes Schneidwerkzeug anzugeben, das eine hohe Hartlötfestigkeit hat und das sich im hart verlöteten Abschnitt selbst unter so schwierigen Bedingungen nicht ablöst, so daß auf eine Kante des Werkzeuges ein hoher Schneidwiderstand aufgebracht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein hartgelötetes Schneidwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dem Schneidwerkzeug nach der Erfindung werden bekannte Werkstoffe verwendet. Zum Beispiel werden für den gesinterten Körper hoher Härte Bornitrid in der Hochdruckphase, Diamant oder dergleichen verwendet und für das Tragteil werden eine sehr harte Legierung, Cermet (ein Keramik-Metall-Verbundwerkstoff) oder dergleichen verwendet und als Material für den Schaft wird eine sehr harte oder harte Legierung oder dergleichen verwendet. Als Lot zum Hartverlöten des zusammengesetzten, gesinterten Körpers mit dem Schaft aus einer sehr harten Legierung oder dergleichen kann von solchen Lot-Materialien Gebrauch gemacht werden, die in der Lage sind, den Hartlötvorgang bei so hohen Temperaturen durchzuführen, daß das Bornitrid in der Hochdruckphase oder der Diamant sich nicht in ihrer Niederdruckphase verändern können und die eine Hochtemperaturfestigkeit haben; ein typisches Beispiel für ein solches Lotmaterial ist ein Silberlot, ein Kupferlot, ein Nickellot oder dergleichen.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform des zusammengesetzten, gesinterten Körpers nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Ausführungsform des hartgelöteten Schneidwerkzeuges nach der Erfindung;

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein übliches, hartgelötetes Schneidwerkzeug;

Fig. 4 eine Schnittansicht eines üblichen, hartgelöteten Schneidwerkzeugs; und

Fig. 5 eine Schnittansicht eines weiteren, üblichen, hartgelöteten Schneidwerkzeugs.

In Fig. 1 ist im Schnitt eine Ausführungsform eines zusammengesetzten, gesinterten Körpers dargestellt, wie er bei der Erfindung verwendet wird und in Fig. 2 ist im Schnitt eine Ausführungsform des hartgelöteten Schneidwerkzeuges nach der Erfindung dargestellt, bei dem der oben genannte, zusammengesetzte und gesinterte Körper verwendet wird.

Gemäß Fig. 1 ist ein gesinterter Körper hoher Härte mit einem Tragteil 2 entweder direkt oder durch eine nicht dargestellte Zwischenverbindungslage verbunden, um auf diese Weise einen zusammengesetzten, gesinterten Körper 3 herzustellen.

Gemäß Fig. 2 ist der zusammengesetzte, gesinterte Körper 3, der aus dem gesinterten Körper 1 und dem Tragteil 2 besteht, in eine Vertiefung 5 eingepaßt, die in einem Schaft 4 ausgebildet ist und die einen im wesentlichen L-förmigen Querschnitt hat und der zusammengesetzte Körper 3 ist dann am Schaft 4 durch Hartlötung befestigt (siehe Bezugsziffer 6). Aufgrund der Bearbeitung des Schaftes 4 ist darüber hinaus an einer Stelle, die dem Zusammentreffen zwischen der horizontalen Grundfläche 5a und einer Fläche 5b, die zu der Grundfläche im wesentlichen senkrecht steht, in der Vertiefung 5 des Schaftes 4 ein bogenförmiger Abschnitt 7 ausgebildet.

Der Bereich der abgeschrägten Abschnitte (in der dargestellten Ausführungsform des ersten, abgeschrägten Abschnittes 8, und des zweiten, abgeschrägten Abschnittes 9) des zusammengesetzten, gesinterten Körpers 3 hängt in hohem Maße von dem Bereich des bogenförmigen Abschnittes 7 in der Vertiefung 5 ab, die oben erwähnt worden ist. Wenn der Bereich des gebogenen Bereiches 7 klein wird, dann steigt die Festigkeit der Hartlötung an; wenn der Bereich des gebogenen Abschnittes 7 jedoch zu klein wird, dann neigt der gebogene Abschnitt dazu, durch die Belastung zu brechen, die durch den Schnitt erzeugt wird, so daß die Verkleinerung des bogenförmigen Abschnittes kritisch ist.

Andererseits hängt die Festigkeit der Hartlötung von der Dicke der Lötschicht ab. Wenn die Dicke der Lötschicht dünn wird (zum Beispiel etwa 3 mm), dann wird die Hartlötverbindung fest. Wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, sind zu diesem Zweck mehrere, abgeschrägte Abschnitte (bei der dargestellten Ausführungsform zwei Abschnitte 8, 9) auf der Hartlötseite des zusammengesetzten, gesinterten Körpers 3 so ausgebildet, daß die Hartlötseite des zusammengesetzten, gesinterten Körpers 3 längs des bogenförmigen Abschnittes 7 des Schaftes 4 verläuft. Konkret liegt dann, wenn der zusammengesetzte, gesinterte Körper 3 eine Dicke von etwa 2,5 mm hat, und wenn der bogenförmige Abschnitt 7 des Schaftes 4 einen Krümmungsradius von 0,1 mm hat, ein Winkel α zwischen dem ersten, abgeschrägten Abschnitt 8 und einer senkrechten Linie innerhalb des Bereiches von 1° bis 1°30′, und ein Winkel β zwischen dem zweiten, abgeschrägten Abschnitt 9 und einer horizontalen Linie ist 45° und eine Breite γ liegt innerhalb des Bereiches von 0,2 bis 0,3 mm.

Im allgemeinen hängen die Werte von α, β und γ von der Belastung ab, die während des Schneidvorganges auf das Schneidwerkzeug aufgebracht wird. Erfindungsgemäß liegt der Winkel α vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 30 bis 1°30′, der Winkel β liegt vorzugsweise im Bereich von 40 bis 50°, die Breite γ liegt innerhalb eines Bereiches von 0,1 bis 0,4 mm und der Krümmungsradius des bogenförmigen Abschnittes 7 ist nicht größer als 0,2 mm.

Selbst dann, wenn der zusammengesetzte, gesinterte Körper (das heißt der gesinterte Körper hoher Härte) klein gemacht wird, um die Kosten des Schneidwerkzeuges niedrig zu halten, werden aufgrund der obigen Konstruktion mehrere, abgeschrägte Abschnitte an der Hartlötseite des zusammengesetzten, gesinterten Körpers hergestellt, wodurch die Dicke der Hartlötschicht auf einem Niveau gehalten werden kann, das hoch genug ist, um eine hohe Hartlötfestigkeit auf annähernd des gesamten Bereiches des Hartlöt-Abschnittes des zusammengesetzten, gesinterten Körpers vorzusehen.

Wenn die Werte für α, β und γ darüber hinaus außerhalb der oben genannten Werte liegen, dann wird die Schichtdicke der Hartlötung zu dick und die Festigkeit der Hartlötung sinkt in unerwünschter Weise ab.

Die Größe des gesinterten Körpers hoher Härte wird in geeigneter Weise durch die Art und die Härte des zu schneidenden Materials bestimmt sowie durch die Schneidbedingungen, wie z. B. die Schnittiefe, den Vorschub und dergleichen. Das heißt, daß dann, wenn die Wärmeerzeugung und die Schnittbelastung gering sind, die Größe des gesinterten Körpers hoher Härte (die Länge der Schnittkante) gering sein kann. Wenn die Wärmeerzeugung und die Schnittbelastung andererseits groß wären, dann ist es notwendig, die Schnittkantenlänge zu erhöhen.

Das folgende Beispiel wird zur Erläuterung der Erfindung angegeben, was jedoch keine Begrenzung der Erfindung darstellen soll.

In einer Kugelmühle mit besonders harten Kugeln werden 50 Gew-% eines kubischen Bor-Nitrids mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 3 µm, 5 Gew-% Wurtzit-Bornitrid und 45 Gew-% eines Binders gemischt, der seinerseits durch eine Mischung von TiN_0,75, TiC_0,9 und Al in einem Gewichts-Mischungsverhältnis von 50 : 35 : 15 hergestellt wird; danach läßt man die Mischungsbestandteile für 15 Minuten bei 1000°C reagieren und pulverisiert sie zu einer durchschnittlichen Partikelgröße von 20 µm in der Kugelmühle. Das gemischte Pulver wird in Scheibenform verpreßt, wobei die Scheibe einen Durchmesser von 40 mm und eine Höhe von 2 mm hat und diese Scheibe wird zusammen mit einer Scheibe von 40 mm Durchmesser und 3 mm Dicke, die durch eine Preßformung eines besonders harten Legierungspulvers hergestellt worden ist, das seinerseits 6 Gew-% von Kobalt enthält, in eine Zirkoniumkapsel von 0,5 mm Dicke eingeschlossen. Danach werden die Teile in einer förderbandartigen Druckvorrichtung für besonders hohen Druck bei 1400°C und 4,5 GPa für zehn Minuten gesintert, um einen zusammengesetzten, gesinterten Körper herzustellen. Der zusammengesetzte, gesinterte Körper wird in eine gleichschenkelige, dreieckige Form mit einer Seitenlänge von 2 mm und einem vertikalen Winkel von 70° geschnitten und einer Abschrägung unterworfen, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, um einen Winkel α von 1° und einen Winkel ß von 45° sowie eine Breite γ von 0,2 mm zu erzielen. Danach wird der zusammengesetzte, gesinterte Körper mit einem Silberlot, das der JIS BAg-1 entspricht, auf einen Schaft aus einer besonders harten Legierung hart aufgelötet. In diesem Fall hat der bogenförmige Abschnitt einen Krümmungsradius von 0,1 mm. Das auf diese Weise hergestellte Schneidwerkzeug wird zu einer Form nach der TNMA 332 fertig bearbeitet und zum Durchführen eines Schneidtests auf einem im Handel erhältlichen Werkzeughalter befestigt. Bei diesem Schneidtest wurde eine Stange von SKD-11 mit einer Härte H von RC 62, einem Durchmesser von 120 mm und einer Länge von 450 mm benutzt. Der Schneidvorgang wurde bei einer Schneidgeschwindigkeit von 150 m/min, einer Schnittiefe von 0,3 mm und einem Vorschub von 0,15 mm/min durchgeführt. Bei einem Schneidwerkzeug nach dieser Ausführungsform entstanden selbst nach einer Schnittdauer von 30 min kein Bruch an der Schneidkante und keine Ablösung des hartgelöteten Abschnittes.

Andererseits wurde derselbe, in einer Hochdruckphase hergestellte, zusammengesetzte gesinterte Körper aus Bornitrid nach dem obigen Beispiel dazu benutzt, ein hartgelötetes Schneidwerkzeug nach der TNMA 332 mit Hilfe der üblichen Technik herzustellen, wie sie in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. In diesem Fall wurde der zusammengesetzte, gesinterte Körper einer solchen Abschrägung unterworfen, daß der Wert δ in Fig. 4 45° betrug und die Breite 0,2 mm, während der bogenförmige Abschnitt 16 einen Krümmungsradius von 0,1 mm hatte. Wenn das übliche, hartgelötete Schneidwerkzeug demselben Schneidtest unterworfen wird, der oben erwähnt worden ist, dann löste sich der zusammengesetzte, gesinterte Körper bereits nach 10 Minuten Schneidzeit an der Hartlötstelle ab.

Wie aus den obigen Ergebnissen hervorgeht, ist die Hartlöt-Festigkeit bei einem Schneidwerkzeug nach der Erfindung hoch, obwohl der teure, gesinterte Körper hoher Härte nur im Schneidkantenabschnitt verwendet wird, um auf diese Weise den zusammengesetzten, gesinterten Körper klein zu halten und die Kosten zu reduzieren.

Selbst dann, wenn die Größe des verwendeten, teuren, gesinterten Körpers aus wirtschaftlichen Gründen klein gehalten wird, können erfindungsgemäß hartgelötete Schneidwerkzeuge ohne eine Absenkung der Hartlötfestigkeit hergestellt werden und ohne daß eine Ablösung des hartgelöteten Abschnittes, selbst bei einer hohen Schneidbelastung, erfolgt. Das bedeutet, daß die Erfindung billige, hartgelötete Schneidwerkzeuge bereitstellen kann, die eine hohe Hartlötfestigkeit haben und in der Industrie gut verwendet werden können.

Claims (6)

1. Hartgelötetes Schneidwerkzeug, bei dem ein durch Verbinden eines gesinterten Körpers (1) hoher Härte direkt oder über eine Verbindungs-Zwischenschicht mit einem Tragteil (2) hergestellter zusammengesetzter gesinterter Körper (3) in eine L-förmige Vertiefung (5) im Schaft (4) des Werkzeugs eingepaßt ist, wobei der Schaft (4) an der Schnittstelle zwischen der horizontalen Grundfläche (5a) der Vertiefung (5) und der im wesentlichen senkrecht zur Grundfläche (5a) stehenden Fläche (5b) einen bogenförmigen Abschnitt (7) aufweist, und an der dem bogenförmigen Abschnitt (7) gegenüberliegenden Kante der hart zu lötenden Seite des Körpers (3) ein angeschrägter Abschnitt (9) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß auch die weitere, an der hart zu lötenden Seite des Körpers (3) vorgesehene Fläche, die der Fläche (5b) der Schaft-Vertiefung (5) gegenübersteht, als abgeschrägter Abschnitt (8) ausgebildet ist.

2. Hartgelötetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschrägten Abschnitte (8, 9) wenigstens an denjenigen Stellen des Körpers (3) vorhanden sind, die der Fläche (5b) und dem bogenförmigen Abschnitt (7) des L-förmigen Vertiefungsabschnittes (5) im Schaft (4) entsprechen.

3. Hartgelötetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bogenförmige Abschnitt (7) der Vertiefung (5) einen Krümmungsradius R < 0,2 mm aufweist, ein Winkel α = 30′ bis 1°30′ zwischen dem abgeschrägten Abschnitt (8) und einer zur Grundfläche (5a) senkrechten Linie, ein Winkel β = 40° bis 50° zwischen dem abgeschrägten Abschnitt (9) und der Grundfläche (5a) und eine Breite γ 0,1 bis 0,4 mm des Abschnittes (9) vorgesehen ist.

4. Hartgelötetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß R = 0,1 mm, α = 1° bis 1°30′, β = 45° und γ = 0,2 bis 0,3 mm betragen.

5. Hartgelötetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß R = 0,1 mm, α = 1°, β = 45° und γ = 0,2 mm betragen.

6. Hartgelötetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hartlötvorgang mit einem Silber-, Kupfer- oder Nickellot durchgeführt ist.