DE3939809A1

DE3939809A1 - Verfahren zur herstellung eines werkzeuges fuer die holzbearbeitung und werkzeug

Info

Publication number: DE3939809A1
Application number: DE19893939809
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Enke; Detlef Dr Repenning
Original assignee: KWO WERKZEUGE GmbH; O M T GmbH
Current assignee: KWO WERKZEUGE GmbH; O M T GmbH
Priority date: 1989-12-01
Filing date: 1989-12-01
Publication date: 1991-06-06

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkzeuges für die Holzbearbeitung, insbesondere Bohr- und/oder Fräswerkzeug, wobei auf einem im Prin zip fertigen Werkzeug im Bereich seiner Oberflächen schicht durch Nitrierung, Carbonitrierung oder Carbo rierung eine gehärtete Schicht erzeugt wird und ein danach hergestelltes Werkzeug.

Werkzeuge für die Holzbearbeitung, insbesondere Bohr und Fräswerkzeuge, unterliegen allgemein einer hohen abrasiven Beanspruchung. Ursache hierfür sind insbe sondere Holzfüllstoffe, wie Sand, Korund, Leim u. dgl., welche insbesondere in Holzfaser- bzw. Holzspanplatten vorkommen.

Bekannt sind Bohrer aus einem Grundmaterial aus HSS- Stählen, Kalt- oder Warmarbeitsstählen. Die Oberflä chenschicht des Werkzeuges wird dabei zur Standzeit erhöhung gehärtet. Bekannt hierzu sind Nitrierungen, Carbonierungen oder Carborierungen in der Gasphase oder im Salzbad, Ionennitrierungen oder eine Pulsplas manitrierung.

Die damit erreichte erhöhte Widerstandsfähigkeit des Werkzeuges ist jedoch nicht in jedem Falle ausrei chend.

Bekannt ist es auch bereits, die Oberfläche eines Grundmateriales mit einer Hartstoffschicht zu verse hen. Bekannte Hartstoffschichten sind z. B. Titancarbid (TiC), Titannitrid (TiN), Chromnitrid (CrN) oder wei tere Nitride, Carbide anderer Refraktärmetalle, wie z. B. ZrN, TiHfN, HfN, WC, etc. Ebenso sind hierfür diamantähnliche Schichten bekannt, die unempfindlich bzw. hitzebeständig sind.

Ein Werkzeug mit einer derartigen Hartstoffschicht besitzt zwar eine große Härte, aber diese ist sehr dünn, so daß sie relativ leicht durchgedrückt wird, d. h. daß sie durchstoßen wird und damit deren Wirkung verlorengeht.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu grunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Werkzeuges für die Holzbearbeitung zu schaffen, mit dem man ein Werkzeug erhält, das einen hohen Verschleißwiderstand besitzt, d. h. das eine ausreichend dicke und harte Oberflächenschicht besitzt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zusätzlich noch die Oberflächenschicht nach der Här tung mit wenigstens einer, vorzugsweise einer mehrla gigen, Hartstoffschicht versehen wird.

In unerwarteter Weise hat man nun festgestellt, daß es möglich ist, auf eine gehärtete Oberflächenschicht zu sätzlich noch eine Hartstoffschicht aufzubringen.

Eine mehrlagige Schicht ist deshalb von besonderem Vorteil, weil die erste Schicht unmittelbar auf der gehärteten Schicht besser härtet, und die darauf auf gebrachte Schicht den wiederum besseren Verschleiß widerstand bietet.

Die Kombination aus den beiden gehärteten Schichten verleiht dem Werkzeug die nötige Stützung, damit bei hoher Drehzahl, z. B. von Bohr- oder Fräswerkzeugen, und/oder bei hohen Vorschubgeschwindigkeiten die Hartstoffschicht nicht durchgedrückt werden kann.

Bei einem Verschleiß der Hartstoffschicht verleiht die darunterliegende gehärtete Schicht, welche man als so genannte Diffusionshärtungsschicht bezeichnen kann, noch einen hohen Verschleißwiderstand im Vergleich zu einem normal gehärteten und angelassenen Stahl.

Während bisher nur Hartstoffschichten in einer Schichtdicke von ca. 1 bis 2 µm erzeugt werden konn ten, wird nunmehr durch den mehrlagigen Schichtaufbau eine Dicke von 10 µm erreicht.

Im Vergleich zu einer gehärteten Oberflächenschicht, wobei nur Härten von max. 1200 HV erreichbar sind, wird nunmehr eine deutlich höhere Härte von = 1700 HV erreicht.

Zusätzlich zu beiden Hartstoffschichten, die nunmehr zwischen 0,5 und 30 µm betragen können, kommt noch die darunterliegende gehärtete Schicht, die zwischen 10 µm und 50 µm betragen kann. Dies bedeutet, daß man eine deutlich größere Schichtdicke erhält als es mit be kannten Verfahren der Fall ist.

Durch den erfindungsgemäßen Mehrschichtenaufbau läßt sich somit eine deutlich bessere Standzeit des Werk zeuges erreichen.

Für die Herstellung der Hartstoffschicht sind Carbide, Nitride, Carbonitride der Refraktärmetalle oder der 6. Nebengruppe des PSE (diamantähnliche Schichten) mit und ohne Sauerstoffanteile u. dgl. verwendbar.

Die Härtung des Grundmateriales, das z. B. aus HSS- Stählen, Kalt- oder Warmarbeitsstählen bestehen kann, kann mittels konventioneller Nitrierung, Carbonitrie rung oder Carborierung auf der Gasphase oder im Salz bad, durch Ionennitrierung oder Pulsplasmanitrieren erfolgen.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.

In der Zeichnung ist ein Bohrer dargestellt, aber selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren auch für andere Arten von Werkzeugen für die Holzbear beitung geeignet.

Ein Grundmaterial 1 wird in einem ersten Verfahrens schritt einer Aufhärtung, einer Art Einsatzhärtung, unterworfen. Grundsätzlich ist das Härtungsverfahren von bekannter Art, weshalb nachfolgend nicht näher darauf eingegangen wird. So kann z. B. eine Härtung durch ein Nitrieren, Carborieren oder Carbonitrieren erfolgen. Dies kann in einem Vakuum mit elektrischem Strom, z. B. einem Hochvakuum-Plasmaverfahren erfolgen. In das Vakuum kann z. B. Stickstoff gegeben werden, der dann auf der Oberfläche die gewünschte kristalline Veränderung ergibt, daß sich eine Aufhärtung ein stellt. Bei diesem Härtungsverfahren können Schicht dicken zwischen 10 µm und 50 µm erreicht werden.

Anschließend wird ebenfalls in einem Vakuum von z. B. 10^-6 bis 10^-8 bar, bei Temperaturen zwischen 200 und 400°C mit elektrischer Spannung gearbeitet. In diesem Vakuum scheiden sich dann auf der Aufhärtungsschicht 2 Hartstoffe ab und bilden damit eine erste Hartstoff schicht 3A als eine Art neuer Grundschicht. Anschlies send wird in gleicher Weise eine zweite Hartstoff schicht 3B auf die erste Hartstoffschicht 3A aufge bracht, die den eigentlichen Verschleißschutz bietet. Die Dicke der gesamten Hartstoffschicht 3A und 3B kann bis zu 10 µm betragen. Die abzuscheidenden Hartstoffe können TiC, TiN, CrN, HfC oder diamantähnliche Schich ten mit Anteilen von Refraktärmetallen sein. Die Re fraktärmetalle können folgende Zusammensetzung besit zen:

MeX₁X₂X₃

Me = Refraktärmetall, z. B. Titan, Vanadium, Chrom, Hafnium, Wolfram, u. a.
X₁ = Stickstoff
X₂ = Kohlenstoff
X₃ = Sauerstoff

In dieser Zusammensetzung können X₁, X₂, X₃ entweder gemeinsam oder auch gegebenenfalls X₁ oder X₂ auch al leine enthalten sein. Dabei sind folgende Konzentra tionen möglich, wobei 1,0 = 100%.

Konzentration

0 ≦ X₁ ≦ 1,0
0 ≦ X₂ ≦ 1,0
0 ≦ X₃ ≦ 0,15

Statt Stickstoff kann auch durch Kohlenstoffzugabe in das Vakuum carboriert oder in Kombination mit Stick stoff carbonitriert werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Werkzeuges für die Holzbearbeitung, insbesondere Bohr- und/oder Fräswerkzeug, wobei auf einem Grundmaterial im Bereich seiner Oberflächenschicht durch Nitrierung, Carbonitrierung oder Carborierung eine gehärtete Schicht erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich noch die Oberflächenschicht (2) nach der Härtung mit wenigstens einer Hartstoffschicht (3A, 3B) versehen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffschicht (3A, 3B) mehrlagig ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Hartstoffschicht (3A, 3B) Carbide verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Hartstoffschicht (3A, 3B) Nitride verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Hartstoffschicht (3A, 3B) diamantähnliche Schichten mit und ohne Sauerstoffanteile verwendet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Grundmaterial (1) HSS-Stähle verwendet werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Grundmaterial (1) Kalt- oder Warmarbeitsstähle verwendet werden.

8. Werkzeug für die Holzbearbeitung, insbesondere Bohr- oder Fräswerkzeug, wobei ein Grundmaterial im Bereich seiner Oberflächenschicht mit einer gehärteten Schicht durch Nitrierung, Carbonitrierung und Carbo rierung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich auf die gehärtete Oberflächenschicht (2) noch wenigstens eine Hartstoffschicht (3A, 3B) aufge bracht ist.

9. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffschicht (3A, 3B) Carbide aufweist.

10. Werkzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffschicht (3A, 3B) Nitride aufweist.

11. Werkzeug nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffschicht (3A, 3B) diamantähnliche Schichten mit und ohne Sauerstoffanteile aufweist.

12. Werkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial (1) ein HSS-Stahl ist.

13. Werkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial (1) ein Kalt- oder Warmarbeitsstahl ist.