SE509362C2 - Diamantbelagd kropp - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 QJ' 509 362 oxykarbider. grupp 4b till 6b av det periodiska systemet och blandningar oxider och borider företrädesvis av metaller i därav.

Svensk patentansökan 9302405-7 beskriver en kropp av härd- metall, Si3N4 eller annat keramiskt material, belagd med åt- minstone ett CVD- eller PVD-diamant eller cBN-skikt och ett kromnitrid, -karbid eller -karbonitrid skikt. Det krominnehál- lande skiktet är utanför diamantskiktet.

Schweiziska patentansökningarna 03 267/93-6 och 03 268/93-8 beskriver en diamantbelagd kropp med en anrikning av en metall eller åtminstone en av B, Si, Ge, S eller P.

Eggarna hos ett skärverktyg kan vara förstärkta genom an- vändning av spånbrytare, d.v.s. geometriska mönster av olika slag som påverkar spånavlägsnandet. I internationella patentan- sökan PCT/US9l/05630 är användandet av sådana mönster för kera- miska skärverktyg (obelagda) beskriven.

Enligt föreliggande uppfinning föreligger nu en diamantbe- lagd kropp för spånformande maskinbearbetning av metalliska ar- betsstycken, omfattande motsatta topp och bottenytor och peri- feriväggar som sträcker sig däremellan, varvid åtminstone en skäregg är bildad vid skärningen mellan sagda periferivägg och åtminstone en av sagda topp- och bottenytor, varvid åtminstone sagda toppyta är anordnad som en spånsida med en inbyggd anord- ning för spånkontroll därpå så att ge spånor formade vid ma- skinbearbetning en önskad och kontrollerbar konfiguration.

I en föredragen utföringsform är ett spànbrytardike an- bringat längs skäreggarna i sagda toppspänsida varvid sagda di- ke är begränsat av en vägg som sluttar ned från skäreggen, var- vid sagda sluttande vägg sträcker sig nedåt tills den förenar sig med en bottenyta på sagda toppspånsida, varvid sagda bot- tenyta är sammansatt av ett antal räfflor och mellanliggande dalar. Åtminstone sådana räfflor och dalar skulle vara för- längda vinkelrätt till bisektrisen vid vardera hörnomràde. Var- dera av dessa räfflor skall ha en jämnt rundad kontur.

I en alternativ utföringsform av ett runt skär kan en mängd av upphöjningar vara anordnade i ett försänkt område av topp- spånsidan. I denna alternativa utföringsform är spánbrytardiket på spànsidan i form av en sluttande vägg som formar sig nedåt i 10 15 20 25 30 35 509 362 riktning bort fràn sagda skäregg tills den när en uppstáende vägg av sagda upphöjningar.

Som en ytterligare alternativ utföringsform kan sagda övre spànsida vara försedd med en spánformare i form av en nedsti- gande vägg som skär en enda stor projektion som är begränsad av en uppstáende vägg vilken skär en flat toppyta belägen under skäreggens plan.

Tack vare anordnadet av sådan räfflor, dalar eller projek- tioner inom sagda sluttande vägg kommer ett sadant skär att möjliggöra spanformning över vida omraden av skärdjup och mat- ning.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas i nagot mer detalj i samband med bifogade ritningar, visande tvà utföringsformer av uppfinningen.

Fig 1 visar en sidvy av ett skär av uppfinningen, visar en toppvy av skäret i Fig 1, visar en perspektivvy av skäret i Fig 1-2 i Fig 1, Fig Fig visar en sidvy av en annan skärutföringsform, Fig visar en perspektivvy av skäret i Fig 4, Fig visar en annan alternativ utföringsform i sidvy och Fig 7 visar en perspektivvy av skäret i Fig 6.

Skäret 10 enligt Fig 1-2 omfattar en skärkropp försedd med skäreggar 11 bildade vid skärningen mellan den övre spànsidan eller toppytan 12 och sidoytorna eller släppningssidan 13. Den undre ytan 14 av skäret är huvudsakligen parallell med toppytan 12. Skäret 10 är rombiskt till formen och avsett för kopie- ringsoperationer. Skäret är försett med tva diametralt motsatta spetsvinklade hörn l3a, l4a. Skäret är försett med en centralt placerad öppning 15 för att mottaga en làsskruv för fastsätt- ning i ett skärläge i ett verktygsskaft.

Skäret 10 är längs vardera skärkanten 11 försett med ett angränsande spánspár som lutar fran skäreggen. Spansparet defi- nieras av en lutande flank som sträcker sig nedät mot den cent- Fig mUlnbl/JN rala ytan av skäret som har ett lägre läge än skäreggarna 11.

Dessutom lutar skäreggarna 11 frán skärhörnet till mitten av skäreggen med en vinkel a vars lutning skall vara 10-200. Övergången mellan det centrala omradet 17 och den lutande flan- ken 16 är en vàgformad linje och ytomradet 17 är sammansatt av ett antal upphöjda räfflor 18 och dalar 19 däremellan som 10 15 20 25 30 35 509 562 sträcker sig lodrätt mot bisektrísen till vardera skärhörnet som visas i Fig 2-3.

I Fig 4-5 visas en alternativ utföringsform, omfattande ett runt skär 20. I likhet med utföringsformen i Pig 1-3 är spän- spáret angränsande till skärkanten 21 i form av en lutande flank 22. Skäret har en positiv geometri vilket innebär att si- doytan 23 korsar bottenytan 24 med en trubbig vinkel medan den skär topplanet med en spetsig vinkel ß som visas i Pig 4. Den lutande flanken 22 skär med en mängd bágformiga projektioner 25 arrangerade närliggande varandra ringformigt omkring den cent- rala öppningen 26 sä att skärningslinjen 27 mellan sagda lutan- de flank 22 och sagda projektion 25 erhåller en vágformad kon- tur. 4 Skärutföringsformen 28 i Fig 6-7 är speciellt framställd för sticknings- och spárningsoperationer och omfattar en kropp begränsad av tva huvudsakligen plan-parallella sidoytor 29, 30, tva kantytor 31, 32, tvá ändytor 33, 34, en skuldra 35 och ett omrâde 36 försett med en skäregg och en spànformande anordning.

Skäret skall vara fäst till en hållare försedd med en inbyggd hàllararm. Fastspänningen av armen är beskriven i värt US Pa- tent Nr. 4,80l,224 som är härmed inkorporerat som referens.

Skäreggen 37 bildas längs skärningslinjen mellan den främre ändytan 33 och en sluttande vägg 38 som skär varandra med en spetsig vinkel. Den övre utsidan av omradet 36 utgör en spànsi- da 39. Den övre utsidan av den bakre delen av skäret är samman- satt av par av sig longitudinellt sträckande ytor 40a och 40b, 4la och 41b och 42a och 42b. Vardera paret av ytor skär varand- ra under trubbiga vinklar sá att ett V-format urtag bildas för att mottaga en motsvarande formad fastspänningsarm. Ytorna 40a .b lutar framåt, ytorna 4la ,b sträcker sig parallellt med bottenytan 31, och ytorna 42a, b sluttar bakat. Den sluttande väggen 38 sträcker sig inàt tills den skär en uppåt lutande vägg 43 av en enda förlängd projektion 44, vars övre utsida 45 är flat och inte sträcker sig ovanför skäreggens plan. Den sluttande väggen skall skära den främre ändytan 33 i en vinkel av 40-65°, varvid skäret fär en relativt hög positiv span- vinkel. Vinkeln mellan den sluttande väggen 38 och den lutande väggen 43 av den centrala projektionen 44 skall vara i inter- vallet 140 - l65°, företrädesvis 140 - l50°. 10 15 20 25 30 35 509 362 Sidoytorna 46 och 47 av det främre omradet skäromrádet 36 skall vara avsmalnande bakat för att medge tillräcklig släpp- ning när skäret 28 används i sticknings- och spàrningsoperatio- ner.

Diamantbeläggningen kan utfällas med användning av nagon plasma-CVD- eller PVD-process sásom varmtrád eller mikrovågs- stödd CVD, bágurladdningsplasma, toder. Tjockleken av diamantskiktet är i omradet 1-20 pm, trädesvis 4-15 pm.

Kropparna använda för beläggning enligt föreliggande upp- finning omfatta hárdmetaller och keramik sàsom Sialon och Si3N4. Företrädesvis är,hardmeta1lkroppen utarmad i ytzonen med avseende pa Co. Detta kan, till exempel, karburering en eta-fas innehållande kropp som beskrivs i EP 464 012.

En förklaring till de förbättrade prestanda för bearbet- ningsegenskaperna hos ett diamantbelagt skärverktyg enligt fö- gasflamma eller plasmajet me- före- erhållas genom delvis religgande uppfinning kan vara de fördelaktiga skärkrafterna under bearbetningsoperationen beroende pá spanbrytargeometrin.

Exempel l Ett hardmetallskär, geometrí CCGT 09T304-UM, sammansättning 6 wt% Co och 94% WC, värmebehandlades först för att utarma yt- zonen pá Co. Skäret behandlades i ett ultraljudsbad bestående av diamantpulver uppslamat i alkohol. Det utsattes sedan för en diamantbeläggning i en mikrovagplasma-CVD-reaktor med an- vändning av följande beläggningsparametrar: mikrovágseffekt: 3000 W tryck: 70 torr CH4-koncentration: 4 % H2_flöde: 800 sccm substrattemperatur: 850 °C beläggningstid: 15 h Skäret täcktes av en väl facetterad diamantbeläggning av tjocklek 10 nm pá spánsidan, i spánbrytardikena och i omrâdet kring skäreggen medan beläggningens tjocklek minskade gradvis ner mot släppningssidorna. Kornstorleken hos skiktet var om- kring 10 pm pa spansidan. 10 15 20 509 362 Skäret utsattes för ett svarvprov i en A1-l8%Si-legering med användning av följande skärdata: v = 1000 m/min f = 0.3 mm/varv a = 1 mm vátbearbetning Det diamantbelagda skäret anordnat med spànbrytargeometri höll 60 minuter i det här provet jämfört med ett plant, dia- mantbelagt skär (CCMW 09T304) som höll 44 minuter.

Egempel 2 Ett hárdmetallskär försett med en,spánbrytargeometri enligt uppfinningen användes (VCGX 160412-AL) belagt med ett 6 um tjockt diamantskikt med användning av bàgurladdningsplasma-CVD.

Kornstorleken hos skiktet var omkring 5 pm.

Skäret utsattes för svarvning av komponenter i en Al-7%Si- legering med användning av skärdata: v = 1500 m/min f = 0.25 mm/varv a = 0.5 mm torrbearbetning Ytfinheten hos arbetsstycket med användning av VCGX-skäret var Ra=l.8 medan användning av ett plant, diamantbelagd skär (VBMW 160412) resulterade i Ra=2.3.

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 509 362 Patentkrav

1. Skär för spånskärande bearbetning av Al-legeringar, innefattande en kompoundkropp bestående av ett sintrat karbidsubstrat med en ytbeläggning, varvid sagda kropp omfattar topp- och bottenytor och åtminstone en periferi- vägg däremellan och skârningen mellan sagda periferivägg och åtminstone sagda toppyta bildar skärkanter, varvid sagda ytbeläggning på sagda kropp är en diamantbeläggning av en tjocklek av 1-20 pm deponerad direkt från gasfas i en reaktor med CVD- eller PVD-teknik på ett sådant sätt att garantera fast bindning till sagda karbidsubstrat k ä n n e t e c k n a d av, att toppytan är anordnad med en insintrad spånformare innefattande ett spår i spånsidan för att ge spånor bildade under bearbetningen i en önskad och kontrollerbar konfiguration, varvid sagda spår är be- gränsat av en nàdåt sluttande vägg längs skäreggen varvid sagda vägg sträcker sig ner till en vägg som sträcker sig uppåt till en skuldra eller en upphöjning.

2. Skär enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att skäret är i form av en månghörning och att sagda upp- höjning är anordnad längs bisektrisen i varje hörnområde.

3. Skär enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att det finns en mängd av förlängda upphöjningar som sträcker sig lodrätt till bisektrisen i skäreggen och symmetriskt anordnad på båda sidor av bisektrisen i sagda hörnområde.

4. Skär enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att kroppen är cirkelrund och spånformaren är i form av en lutande flank som sluttar nedåt i en riktning bort från sagda skäregg och korsar en vågformad linje med en mängd av cirkelrunda eller semicirkulära projektioner som är arrangerade ringformigt omkring en central öppning i skäret. 8 509 562

5. Skär enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att skäret är rombiskt till form med tvà diametralt motsatta spetsvinklade hörn och en central öppning och att skäreggarna lutar från skärhörnet till mitten av skäreggen 5 med en vinkel av 10-20°.