BRPI0710255A2

BRPI0710255A2 - ferramenta de corte e método de produção da mesma

Info

Publication number: BRPI0710255A2
Application number: BRPI0710255-0A
Authority: BR
Inventors: Kazuhiro Ishii; Osamu Kanda; Takashi Fujii
Original assignee: Sumitomo Metal Ind
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2007-03-26
Publication date: 2011-08-09
Also published as: IL194149A; MX2008012236A; EP2000236A4; WO2007111293A1; EP2000236A1; US20090098372A1; BRPI0710255B1; US7704593B2

Abstract

<B>FERRAMENTA DE CORTE E MéTODO DE PRODUçãO DA MESMA<D> Ferramenta de corte que apresenta camadas de revestimento que são formadas sobre o substrato da ferramenta de corte feita de material duro, e camadas de revestimento são compostas de uma camada interna de A1TiN, uma intercamada de TiN, e uma camada externa de A 1203. A ferramenta de corte é preferivelmente produzida submetendo seu substrato a uma limpeza da superfície e tratamento da superfície por projeção de abrasivos flexíveis antes da formação das camadas de revestimento. A espessura total da camada de revestimento sobre um flanco da ferramenta de corte fica preferivelmente na faixa de 2 a 80 m, e ainda, é preferiv ei que a espessura da camada interna, a intercamada, e a camada externa sobre o flanco sejam de 0,5 a 35 m, 1,0 a 40 m, e 0,5 a 5 m, respectivamente.

Description

"FERRAMENTA DE CORTE E MÉTODO DE PRODUÇÃO DA MESMA"

Campo Técnico

A presente invenção se refere a uma ferramenta de corte e um método deprodução da ferramenta de corte, e particularmente, a uma ferramenta de corteadequadamente útil pra o corte de alta velocidade de materiais em aço de alta dureza.

Fundamentos da Arte

No corte de alta velocidade de materiais em aço de alta dureza, atemperatura da interface entre a superfície da lâmina de uma ferramenta de corte e umapeça de trabalho chega a cerca de IOOO0C, e há casos em que componentes da peça detrabalho são queimados sobre a ferramenta de corte e assim ocorrendo coagulação.Quando a coagulação de componentes de uma peça de trabalho ocorre, a superfície dalâmina da ferramenta de corte é danificada com grave prejuízo a função de corte desta.

Como uma ferramenta de corte submetida a um histórico térmico severo,convencionalmente, tem sido usada uma que é feita de uma liga tal como carbeto detungstênio ou cerâmica tal como carbonitreto de titânio como substrato e revestida sobrena superfície.

Por exemplo, o documento de patente JP 2004-188502 propõe umaferramenta de corte de cerâmica com superfície revestida que apresenta uma camada derevestimento duro que possui uma excelente resistência a choque térmico, que é formadana superfície de uma ferramenta a base de uma liga dura a base de carbeto de tungstênioou cerâmica a base de carbonitreto de titânio, e uma camada de revestimento duro que écomposto pelos seguintes (a) a (c):

(a) uma camada interna que é composta de uma camada de composto de Ticonsistida de uma camada ou duas ou mais multicamadas selecionadas entre camada denitreto, camada de carbonitreto, camada de carbonato, e camada de óxidode carbonitretode Ti formada por deposição de vapor, e que apresenta uma espessura de camada médiana faixa de 3 a 20 μπι;

(b) uma intercamada que é composta de um óxido de alumínio que apresentaestrutura cristalina tipo , a camada apresenta uma estrutura de fragmentos dispersosgerados pela transformação a quente, e o óxidode alumínio é produzido submetendo ooxido de alumínio que apresenta uma estrutura cristalina tipo ou tipo θ ao tratamento detransformação a quente num estado que é formado pela deposição de vapor de modo aconverter a estrutura cristalina numa estrutura cristalina tipo , e que apresenta umaespessura média de camada na faixa de 3 a 15 m; e

(c) uma camada de superfície que é composta por uma camada de óxidodealumínio que apresenta uma estrutura cristalina tipo num estado que é formado pordeposição de vapor e que apresenta uma espessura de camada média na faixa de 0,5 a 2 μm.

O documento de patente JP 2004-188500 propõe uma ferramenta decerâmica com superfície revestida que apresenta uma camada de revestimento duro quepossui uma excelente resistência a choque térmico, que é formada na superfície de umaferramenta a base de uma liga dura a base de carbeto de tungstênio ou cerâmica a base decarbonitreto de titânio, e uma camada de revestimento duro que é composto pelosseguintes (a) e (b):

(a) uma camada interna que é composta de uma camada de composto de Ticonsistida de uma camada ou duas ou mais multicamadas selecionadas entre camada denitreto, camada de carbonitreto, camada de carbonato, e camada de óxidode carbonitretode Ti formada por deposição de vapor, e que apresenta uma espessura de camada médiana faixa de 3 a 20 μm;

(b) uma camada múltipla externa que apresenta uma camada lateral inferiore uma camada lateral superior, a camada lateral inferior é composta de uma camada deóxido de alumínio que apresenta estrutura cristalina tipo, a camada lateral inferiorapresenta uma estrutura de fragmentos dispersos gerados pela transformação a quente, e oóxido de alumínio é produzido submetendo o óxido de alumínio que apresenta umaestrutura cristalina tipo por tratamento de transformação a quente num estado que éformado pela deposição de vapor de modo a converter a estrutura cristalina numaestrutura cristalina tipo, e que apresenta uma espessura média de camada na faixa de 3 a15 m; e uma camada lateral superior que é composta de um óxido de alumínio queapresenta uma estrutura cristalina tipo num estado que é formado pela deposição a vapore que apresenta uma espessura média de camada na faixa de 0,5 a 2 m.

O documento de patente JP 2004-188575 propõe uma ferramenta de cortede cerâmica com superfície revestida que apresenta uma camada de revestimento duroque apresenta uma excelente resistência a choque térmico, que é formada na superfície deuma ferramenta a base de uma liga dura a base de carbeto de tungstênio ou cerâmica abase de carbonitreto de titânio, e a camada de revestimento duro é composta dos seguintes(a) e (b):

(a) uma camada interna que é composta de uma camada de composto de Tique consiste de uma camada ou duas ou mais multicamadas selecionadas entre camada decarbeto, camada de carbonitreto, camada de carbonato, e camada de óxidode carbonitretode titânio formada por deposição de vapor, e que apresenta uma espessura média decamada na faixa de 3 a 20 m; e

(b) uma camada múltipla externa que apresenta uma camada lateral inferiore uma camada lateral superior, a camada lateral inferior é composta de uma camada deóxido de alumínio que apresenta estrutura cristalina tipo , a camada lateral inferiorapresenta uma estrutura de fragmentos dispersos gerados pela transformação a quente, e oóxido de alumínio é produzido submetendo o óxido de alumínio que apresenta umaestrutura cristalina tipo por tratamento de transformação a quente num estado que éformado pela deposição de vapor de modo a converter a estrutura cristalina numaestrutura cristalina tipo , e que apresenta uma espessura média de camada na faixa de 1 a15 m; e uma camada lateral superior que é composta de um óxido de alumínio queapresenta uma estrutura cristalina tipo num estado que é formado pela deposição a vapore que apresenta uma espessura média de camada na faixa de 0,1 a 2 m.

O documento de patente JP 2004-351540 propõe uma ferramenta de cortede cerâmica com superfície revestida que apresenta uma camada de revestimento duroque apresenta uma excelente resistência ao desgaste, que é formada na superfície de umaferramenta a base de uma liga dura a base de carbeto de tungstênio ou cerâmica a base decarbonitreto de titânio, e a camada de revestimento duro é composta dos seguintes (a) e (b):

(a) uma camada de óxido de alumínio que apresenta uma espessura média decamada na faixa de 0,2 a 3 m como uma camada lateral superior;

(b) um camada de um composto de nitreto de Al e Ti tendo uma espessuramédia de camada na faixa de 0,2 a 3 m como uma camada lateral superior.; e a camadalateral inferior é composta de:

Pontos máximos de teor de Al e pontos mínimos de teor de Al existealternativamente e repetidamente em intervalos predeterminados junto com a direção daespessura da camada da camada lateral inferior.

A estrutura de distribuição da concentração do componente é tal que arazão do conteúdo de Al e de Ti muda continuamente do ponto máximo de Al ao pontomínimo de Al e do ponto mínimo de Al ao ponto máximo de Al.

O ponto mínimo de Al satisfaz a fórmula de composição (Ali xTix)N (ondeX representa 0,35 a 0,60 em razão atômica) enquanto o ponto máximo de Al satisfaz afórmula de composição (Ali-y Tíy)N (onde Y representa 0,05 a 0,30 em razão atômica); eo intervalo entre o ponto de Al mínimo adjacente e ponto de Al máximoser de 0,01 a 0,1 m.

O documento de patente japonês Hei 10-287491 propõe um membrorevestido de diamante cujo substrato é revestido por um revestimento e/ou carbono tipodiamante, a superfície de rugosidade média do substrato é ajustada na faixa de 0,1 a 2,5m em representação Ra enquanto a rugosidade média da superfície do revestimento éajustada em não mais do que 1,5 m em representação Ra, com Ra(c) _< Ra(s) onde Ra(c)denota a média da rugosidade média da superfície do revestimento e Ra(s) denota a médiada rugosidade média da superfície do substrato.

Revelação da Invenção

Problemas a serem Solucionados pela Invenção

As ferramentas de corte de cerâmica com superfície revestida propostaspelos documentos de patente acima 1 a 3 são supostos melhorar a resistência aoestilhaçamento pelo fornecimento de camadas de revestimento que apresentam algumascomposições químicas específicas. Embora a resistência ao calor destas ferramentas decorte é melhorada, o desempenho deteriora conforme o revestimento é fragmentado porfatores mecânicos tais como impacto ao corte. Além disso, a espessura da camada derevestimento não é especificada com base em porção, e há um receio de que a resistênciaao calor afeta se torna insuficiente.

A ferramenta de corte de cerâmica com superfície revestida proposta pelodocumento de patente 4 apresenta uma camada de óxidode alumínio para a superfícieexterna, mas o óxidode alumínio tem um coeficiente linear grande de expansão térmica, eapresenta uma falha crucial tal como deterioração da força de adesão em uma interface defilme marcadamente numa região de alta temperatura de 800°C ou mais. Num corte dealta velocidade, quando a temperatura da interface do filme se eleva, uma força de adesãosuficiente não é assegurada, causando problemas nos quais a resistência ao desgastedeteriora rapidamente e o desempenho de corte não pode ser mantido.

Por outro lado, a ferramenta de corte de cerâmica com superfície revestidaproposta pelos documentos acima citados são baseados nos estudos da composição dacamada de revestimento, e nenhum documento descreve pré-tratamento do substrato feitoantes de formar a camada de revestimento. Além disso, no documento de patente 5, estãolistados os méritos em que pelo ajuste da rugosidade da superfície, na produção derevestimentos que cobrem a superfície do substrato, o núcleo de diamante pode serfacilmente e massivamente formado, o revestimento pode ser denso, e a qualidade dorevestimento é excelente. Contudo, como descrito depois, de acordo com os estudos dospresentes inventores, tornou-se claro que a vida das ferramentas de corte usadas em cortede alta velocidade de aço duro não pode ser explicada apenas pelo ajuste da rugosidade dasuperfície.

Os presentes inventores tem estudado intensamente para solucionar taisproblemas e completaram uma ferramenta de corte que apresenta camadas de revestimentoque são excelentes na resistência ao choque térmico e resistência a fragmentação física equimicamente. Os presentes inventores também tem estudado intensamente o pré-tratamento aplicado ao substrato da ferramenta de corte (metal sinterizado) antes deformar as camadas de revestimento e completaram uma ferramenta de corte com uma vidaútil da ferramenta melhorada.

Um objetivo da presente invenção é fornecer uma ferramenta de corte comuma vida útil excelente.Meios de Solução dos Problemas

A presente invenção é resumida por uma ferramenta de corte mostrada em(1) abaixo e um método de produção da ferramenta de corte mostrada em (2) abaixo.

(1) uma ferramenta de corte que apresenta camadas de revestimento que sãoformadas sobre o substrato da ferramenta de corte feita de material duro, e as camadas derevestimento são compostas de uma camada interna de AlTiN, uma intercamada de TiN, euma camada externa de AI2O3.

Deste modo, pela interposição de uma intercamada de TiN com alta adesãoentre uma camada externa de AI2O3 e uma camada interna de AlTiN, resistência aodesgaste e força de adesão da camada externa de AI2O3 pode ser reforçada.

A ferramenta de corte é preferivelmente produzida submetendo seusubstrato a superfície limpa e a superfície de tratamento pela projeção de abrasivosflexíveis antes de formar as camadas de revestimento. A espessura total da camada derevestimento em um flanco da ferramenta de corte é preferivelmente na faixade 2 a 80 m,e ainda, é preferível que a espessura da camada interna, a intercamada, e a camadaexterna sobre o flanco são de 0,5 a 35 m, 1,0 a 40 m, e 0,5 a 5 m, respectivamente. Aespessura total da camada de revestimento sobre a face é preferivelmente na faixa de 2 a40 m, e ainda, é preferível que a espessura da camada interna, a intercamada, e a camadaexterna sobre a face são de 1 a 20 m, 1 a 20 m, e 0,01 a 2 m, respectivamente.

(2) um método para produzir uma ferramenta de corte, em que as camadasde revestimento são formadas sobre a superfície do substrato da ferramenta de corte feitode material duro por um revestimento seco após submeter a superfície à limpeza e tratar asuperfície com projeção de abrasivos suaves.

Efeitos da Invenção

Na ferramenta de corte da presente invenção, Al na camada interna dissociadurante o corte e difunde para fora para formar AI2O3 nas proximidades da superfície dacamada de revestimento para compensar a camada externa.

Deste modo, a resistência térmica e a resistência ao desgaste excelentespodem ser estavelmente obtidas, e a vida útil da ferramenta é longa. Além disso, deacordo com o método de produção de uma ferramenta de corte da presente invenção, aadesão entre o substrato da ferramenta de corte (metal sinterizado) e a camada derevestimento pode ser melhorada, e assim uma ferramenta de corte com uma vida útil deferramenta mais longa pode ser fornecida.

Melhor Modo de Realização da Invenção

A figura 1 é um diagrama esquemático que mostra um exemplo daferramenta de corte de acordo com a presente invenção. Como mostrado na figura 1, porexemplo, uma ferramenta de corte 1 se move relativamente na direção esquerda da figural(a) e corta a superfície de uma peça de trabalho 2. As ferramentas de corte incluemferramentas de corte, ferramentas giratórias e ferramentas de perfuração e outras.Adicionalmente, na explicação seguinte, o termo flanco é uma face que principalmente fazcontato com a peça de trabalho na ferramenta de corte; por exemplo, é uma face 3 numaferramenta de processamento em torno mostrada na figura l(b). Além disso, o termo faceé uma face para retirada de lascas da peça de trabalho; por exemplo, é uma face 4 naferramenta de processamento em torno mostrada na figura l(b).

1. Composição química do substrato da ferramenta de corte e camadas derevestimento.

Na ferramenta de corte da presente invenção, as camadas de revestimentocompostas das três camadas seguintes é formado sobre o substrato da ferramenta de cortefeita de material duro.

O material duro que constitui o substrato da ferramenta de corte não éparticularmente limitado, mas é listada uma liga dura caracterizada por WC-TiC 5% Co,etc., e cerâmica caracterizada por TiC-20% TiN-15% WC-10% Mo2C-5% Ni, etc. Entreestes, é preferível utilizar uma liga dura dos pontos de vista da condutividade térmica erelaxamento do estresse por calor da interface entre o substrato e as camadas derevestimento no corte.

A camada de revestimento é composta de uma camada interna de AlTiN,uma intercamada de TiN, e uma camada externa de AI2O3.

O AlTiN que constitui a camada interna é excelente em resistência ao calore resistência ao desgaste, com seu desempenho estável até IOOO0C, e também excelenteem adesão com o substrato da ferramenta de corte. Além disso, Al na camada internadissocia devido a um aumento de temperatura durante o corte, e difunde para fora parareagir com oxigênio do ar e assim formar um filme de proteção de AI2O3 na camada desuperfície (camada externa) dos revestimentos. Deste modo, a camada interna foideterminada para ser de AlTiN. Enquanto substancialmente feito de AlTiN, a camadainterna pode conter levemente impurezas.

TiN que constitui a intercamada é tão baixa quanto 700°C na temperaturade oxidação, e então é um material originalmente adequado para cortar numa velocidadebaixa ou média com geração relativamente pequena de calor. Contudo, é excelente emadesão e uma substância efetiva contra a fragmentação mecânica, e deste modo usadopara a intercamada. Enquanto substancialmente feito de TiN, a intercamada pode conterlevemente impurezas.

Embora AI2O3 que constitui a camada externa é fraco quanto àfragmentação mecânica, e deste modo usado para a intercamada. Enquantosubstancialmente feito de TiN, a intercamada pode conter levemente impurezas.

Como acima descrito, nas camadas de revestimento da ferramenta de corteda presente invenção, a camada externa é feita de um material de maior resistência aocalor e resistência ao desgaste, e do qual Al dissocia e difunde para fora. Daí, mesmoquando a camada externa e a intercamada são fragmentadas, o Al que dissocia da camadainterna assim que reage com o oxigênio na camada de superfície do revestimento paracompensar pelo filme de proteção da camada externa, tal que a resistência mais alta aocalor e a resistência ao desgaste podem ser obtidas estavelmente.

2. Espessura das camadas de revestimento.

2-1. Espessura das camadas de revestimento no flanco

Na ferramenta de corte da presente invenção, a espessura total das camadasde revestimento sobre o flanco é preferivelmente na faixa de 2 a 80 m. Uma vez que oflanco é um local da carga mais pesada durante o corte com geração intensa de calor, épreferível fazer a espessura da camada de revestimento do flanco o mais espessa possível.

Particularmente, para as camadas de revestimento do flanco, a espessuratotal é preferivelmente de 2 m ou mais. Contudo, quando a espessura total das camadasde revestimento do flanco excedem 80 m, fragmentação tende a ocorrer, e isto o tornafraco contra os choques mecânicos. Adicionalmente, o tempo requerido para a formaçãode filme se torna longo. A espessura total das camadas de revestimento sobre o flanco édeste modo preferivelmente na faixa de 2 a 80 m.

É preferível que a espessura da camada interna (AlTiN), a intercamada(TiN), é a camada externa (AI2O3) no flanco são 0,5 a 35 m, 1,0 a 40 m, e 0,5 a 5 m,respectivamente.

Quando a espessura da camada interna (AlTiN) no flanco é menor do que0,5 m, a resistência ao calor poderia se tornar insuficiente. Contudo, quando a espessurada camada interna (AlTiN) sobre o flanco é mais do que 35 m, a fragmentação tende aocorrer, reusltando apenas num aumento no tempo requerido para a formação do filme.Daí, é preferível que a espessura da camada interna (AlTiN) sobre o flanco seja de 0,5 a35 m.

Quando a espessura da intercamada (TiN) no flanco é menor do que 1,0 m,a resistência poderia se tornar insuficiente. Contudo, quando a espessura da intercamada(TiN) sobre o flanco é maior do que 40 m, a fragmentação tende a ocorrer, resultandoapenas num aumento do tempo requerido para a formação de filme. Daí, é preferível quea espessura da intercamada (TiN) sobre o flanco é 1,0 a 40 m.

A espessura da camada externa (AI2O3) sobre o flanco é preferivelmente de0,5 m ou mais para obter uma resistência ao calor suficiente. Contudo, quando aespessura da camada externa (AkCh) sobre o flanco é maior do que 50 m, a fragmentaçãotende a ocorrer, resultando apenas num aumento do tempo requerido para a formação defilme. Daí, é preferível que a espessura da camada externa (AI2O3) no flanco é 0,5 a 5 m.

2-2. Espessura de camadas de revestimento na face

Na ferramenta de corte da presente invenção, a espessura total das camadasde revestimento sobre a face é preferivelmente na faixa de 2 a 40 m. Embora a geraçãode calor durante o corte é pequeno, a face é um local que entra em contato com as lascas,e tal que a rugosidade da superfície é preferivelmente tão pequena quanto possível. Daí,é preferível que as camadas de revestimento sejam tão finas quanto possível.

Particularmente, a espessura total das camadas de revestimento sobre a faceé preferivelmente 40 m ou menos. Contudo, quando a espessura total das camadas derevestimento sobre a face é menor do que 2 m, o desgaste ocorre no início do corte, eentão a resistência ao calor poderia se tornar insuficiente. A espessura total das camadasde revestimento sobre a face fica deste modo preferivelmente na faixa de 2 a 40 m.

A espessura da camada interna (AlTiN), a intercamada (TiN), e a camadaexterna (AI2O3) sobre a face são preferivelmente de 1 a 20 m, 1 a 20 m, e 0,01 a 2 m,respectivamente.

Quando a espessura da camada interna (AlTiN) sobre a face é menor do que1 m, a resistência ao calor poderia se tornar insuficiente. Contudo, quando a espessura dacamada interna (AlTiN) sobre a face é maior do que 20 m, não apenas a fragmentaçãotende a ocorrer, mas também o tempo requerido para a formação de filme aumenta. Daí,é preferível que a espessura da camada interna (AlTiN) sobre a face fique na faixa de 1 a 20 m.

Quando a espessura da intercamada (TiN) sobre a face é menor do que 1m, a resistência ao calor e a adesão poderia se tornar insuficiente. Contudo, quando aespessura da intercamada (TiN) sobre a face é maior do que 20 m, não apenas afragmentação tende a ocorrer, mas também o tempo requerido para a formação de filmeaumenta. Daí, é preferível que a espessura da camada interna (AlTiN) sobre a face fiquena faixa de 1 a 20 m.

Quando a espessura da camada externa (AI2O3) sobre a face é menor do que0,01 m, uma suficiente resistência ao calor e adesão poderiam se tornar insuficientes.Contudo, quando a espessura da camada externa (AkCb) sobre a face é maior do que 2 m,não apenas a fragmentação tende a ocorrer, mas também o tempo requerido para aformação de filme aumenta. Daí, é preferível que a espessura da camada externa (AI2O3)sobre a face fique na faixa de 0,01 a 2 m.

3. Método para produção de ferramenta de corte de acordo com a presenteinvenção.

3-1. Método de produção do substrato da ferramenta de corte

O método de produção de uma liga dura ou cerâmica como substrato daferramenta de corte não é particularmente limitada. Por exemplo, este pode ser produzidopelas etapas: mistura de metal em pó e granulação da mistura; prensagem desta nummolde; recorte; e sinterização do compacto moldado resultante a vácuo.

3-2. Método para produção de camadas de revestimento

O método de produção das camadas de revestimento não é particularmentelimitado. Por exemplo, este pode adotar deposição física a vapor (DFV) representada porpulverização, metalização a arco iônico, e similares, ou deposição química a vapor(DQV) representada por DQV térmica e DQV de plasma. Tomando a deposição física avapor como um exemplo, esta é especificamente explicada.

Por exemplo, os elementos de metal em pó misturados que constituem acamada de revestimento é prensada numa geometria de disco num molde,e sinterizada avácuo, terminando como um alvo. Os componentes alvo são excitados eletricamentenuma fase gasosa por deposição física a vapor (DFV) tal como pulverização. Desdeentão, a fase gasosa de uma aparelho é enchida com, por exemplo, gás nitrogênio, comcujos componentes alvo da fase gasosa excitada são deixados se ligar quimicamente sobrea superfície do substrato da ferramenta de corte a ser revestida. Como resultado, oscomponentes do revestimento são depositados sobre a superfície do substrato daferramenta de corte. Por tratamento a quente tal substrato da ferramenta de corte, oscomponentes depositados se tornam uma composição quimicamente estável e adere aosubstrato da ferramenta de corte a ser revestido, resultando na camada de revestimentopredeterminada.

A camada interna (AlTiN) pode ser formada pelo seguinte método. Porexemplo, esta pode ser formada de tal forma que os pós de Al e Ti misturados sãoprensados numa forma desejada, e sinterizados a vácuo, finalizando como um alvo. Umaparelho de DFV é cheio com gás nitrogênio, com o qual a descarga excitada decomponentes de metal reage. A intercamada (TiN) da camada de revestimento pode serproduzida de tal forma que utiliza Ti em pó no lugar da mistura de pós acima, Ti enitrogênio são deixados reagir um com o outro num estado onde um aparelho DFV écheio com gás nitrogênio. Além disso, a camada externa (AI2O3) da camada derevestimento pode ser produzida de tal forma que usando Al em pó, Al e oxigênio sãodeixados reagir um com o outro num estado onde um aparelho DFV é cheio com gásoxigênio.No caso onde a espessura do flanco e a face são ajustadas para diferirem, oajuste pode ser feito para controlar a cobertura do filme do corpo revestido, controlandomecanicamente as posições de direção longitudinal/direção transversal do corpo revestidoou pela distorção das linhas magnéticas formadas entre os contra-eletrodos doalvo/substrato revestido com um campo elétrico não equilibrado.

3-3. Limpeza de superfície e tratamento de superfície por projeção deabrasivos flexíveis

No método de produção a ferramenta de corte da presente invenção, épreferível que após submeter a superfície à limpeza e tratamento da superfície porprojeção de abrasivos flexíveis (daqui em diante chamado "polimento por aerolap")previamente, a camada de revestimento é formada sobre o substrato da ferramenta decorte. Polimento por aerolap é um método de limpeza e acabamento de espelho dasuperfície do substrato numa ordem sub-micron por projeção com abrasivos flexíveis emalta velocidade.

O tratamento de polimento convencional envolve deslizar e girar enquantose prensa as superfícies superior e inferior de uma peça de trabalho com placas. Estetratamento é um processo úmido devido à dispersão em água de pós finos de alumina ouvidro numa ordem de sub-micron em partícula de diâmetro como um agente de polimentoé pulverizado numa interface deslizante. Tal tratamento de polimento é limitado a polircom um artigo plano, e tal que o polimento de uma parte arredondada, uma parteinclinada, e similares é estruturalmente difícil. Em vista disto, os presentes inventoresfocaram num polimento aerolap, que é capaz de polir partes arredondadas e partesinclinadas.

Então, como resultado do estudo de tratamento de polimento do substratoda ferramenta de corte pelo polimento por aerolap, os presentes inventores teremencontrado que o polimento por aerolap ajusta a rugosidade da superfície do substrato daferramenta de corte uniformemente e pode melhorar sua adesão com as camadas derevestimento, e ainda, pode fisicamente remover impurezas da superfície do substrato daferramenta de corte que não poderiam ser completamente removidas por limpeza úmidaconvencional. Isto é, com polimento aerolap, a adesão entre o substrato da ferramenta decorte e as camadas de revestimento que não pode ser explicada meramente pelarugosidade da superfície pode ser aumentada, melhorando marcadamente deste modo avida útil da ferramenta.

Os abrasivos flexíveis são um material de polimento particulado em que umgrão abrasivo de diâmetro de micrômetros é usado como um material de núcleo, e omaterial de núcleo é coberto com uma resina tipo polímero. Como um grão abrasivo, pelomenos um de diamante, carbeto de silício, e alumina pode ser usado. O tamanho do grãodo grão abrasivo é preferivelmente na faixa de 3000 a 10000 meshes. A resina tipopolímero não é particularmente limitada, e gelatina com a desejada elasticidade eviscosidade pelo teor de água pode ser usada. Quando a gelatina é usada, o diâmetro doabrasivo flexível é preferivelmente na faixa de 0,1 a 2 mm. Um multi-líquido paa a resinatipo polímero pode conter um óleo solúvel em água como um material de prevenção deevaporação. Como material de prevenção de evaporação, por exemplo, etileno glicol,sorbitol e similares podem ser usados.

Exemplos

Um experimento foi realizado para confirmar os efeitos da camada derevestimento da presente invenção. Neste experimento, primeiro, após a mistura egranulação de metal em pó,esta mistura foi moldada por pressão num molde, recortada, eo compacto moldado resultante foi sinterizado a vácuo a 1450°C por 1,0 hora,produzindo deste modo um substrato de ferramenta de corte.

Um experimento foi realizado para confirmar os efeitos da camada derevestimento da presente invenção. Neste experimento, primeiro, após mistura egranulação de metal em pó, esta mistura foi moldada por pressão num molde, recortado, eo compacto moldado resultante foi sinterizado a vácuo a 1450°C por 1,0 hora,produzindo deste modo um substrato de ferramenta de corte.

A ferramenta de corte do exemplo 1 da presente invenção foi produzida daseguinte maneira. O substrato da ferramenta de corte foi colocada num aparelho de DFV,um corpo sinterizado misto de Al e Ti foi usado como um alvo, o gás nitrogênio foi cheioneste, e cada metal excitado por descarga e o nitrogênio foi deixado reagir um com ooutro para formar uma camada interna de AlTiN sobre o substrato da ferramenta de corte.Desde então, no aparelho DFV, o alvo Ti foi excitado por descarga sob uma atmosfera denitrogênio para formar uma intercamada de TiN, e ainda, o alvo de Al foi excitado pordescarga sob uma atmosfera de oxigênio para formar uma camada externa de Al2O3.

Adicionalmente, neste momento, as respectivas espessuras do flanco e daface de cada camada foram ajustadas por distorção das linhas magnéticas formadas entreos contra-eletrodos de alvo/substrato revestido com um campo elétrico não equilibrado epor mudança intencionalmente da cobertura em filme do corpo revestido.

Por outro lado, numa ferramenta de corte do exemplo comparativo 1,usando do mesmo modo o aparelho de DFV, uma camada interna de TiCN, umaintercamada de Al2O3, e uma camada externa de TiN foram formadas no substrato daferramenta de corte pelo ajuste do alvo e gás atmosférico.

As ferramentas de corte assim obtidas foram analisadas pela realização derugosidade de superfície, coeficiente de atrito, e adesão, e também suas vidas úteis daferramenta foram comparadas após corte de uma liga (S13Cr) contendo 5% de níquil de85 mm de diâmetro externo e 500 mm de comprimento numa temperatura de 800°C oumais e numa velocidade de corte de 70 m/min.

Adicionalmente, a rugosidade de superfície foi medida como "médiaaritmética de rugosidade Ra" como definida pela JIS B 0601-1994 de tal forma que umcomprimento de 10 mm de uma superfície revestida com filme arbitrário foi varridausando um pino sensor (pino feito de diamante; diâmetro externo 25 m).

O coeficiente de atrito foi medido usando um verificador deslizante tipoBauden sob condições deslizantes de 5N de carga, temperatura ambiente, 4 mm/s develocidade, e esferas de aço feitas de SUS de 5 mm de diâmetro.

A adesão foi medida de tal modo que usando um verificador tipo ranhura, avarredura foi conduzida com um pino sensor de diamante de 200 m de diâmetro externosob uma carga na faixa de 0 a 100 N, numa velocidade de varredura de 10 mm/min e umavelocidade de carga de 100 N/min, e o valor da carga em que um sinal de vibraçãoanormal foi detectado foi definido como uma quebra de filme e assumida a força deadesão.

O termo vida útil da ferramenta significa o número de peças de trabalho queforam capazes de ser cortadas sem qualquer uma das situações mostradas de (1) a (3)abaixo.

(1) Quebra da própria ferramenta de corte (quebra de borda da lâmina,fragmentação, etc.)

(2) Fragmentação do filme de proteção duro (camda de revestimento) dasuperfície da ferramenta de corte.

(3) A adesão dos componentes de uma peça de trabalho sobre o filme deproteção duro.

Estas realizações são mostradas na tabela 1.

Tabela 1

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Tabela 1 (continuação)

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Tabela 1 (continuação)

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Como mostrado na tabela 1, uma vez que a força de adesão foi mantidabaixa no exemplo comparativo 1, o número de vida útil da ferramenta ficou tão baixoquanto 58 peças. Por outro lado, no exemplo 1, a força de adesão melhorada, o número de vida útil da ferramenta aumentou marcadamente para 195 peças.

Além disso, de modo a confirmar o efeito de tratamento de polimento dosubstrato da ferramenta de corte por polimento aerolap na presente invenção, umaferramenta em forma de pente para corte em rosca foi produzida, e um experimento foirealizado para examinar a vida útil da ferramenta. Neste experimento, primeiro, do mesmo modo como no experimento acima, após a mistura e granulação do metal em pópara o substrato da ferramenta de corte, esta mistura foi moldada sob pressão num molderecortado, e o compacto moldado resultante foi sinterizado a vácuo a 1450°C por 1 hora,produzindo deste modo, um substrato da ferramenta de corte. Este substrato foi usadopara formar uma ferramenta (exemplo 2 da presente invenção) no qual as camadas derevestimento foram formadas sem realizar qualquer tratamento e a ferramenta (exemplo 3da presente invenção) no qual as camadas de revestimento foram formadas após realizar otratamento de polimento por polimento aerolap.

O tratamento de polimento por polimento aerolap foi submetido usando ummaterial de polimento de 0,5 a 2,0 mm em diâmetro de partícula formada porcomposição de um grão de diamante abrasivo de 3000 meshes com uma resina tipopolímero.

Cada substrato da ferramenta de corte foi colocado num aparelho de DFV,que foi então cheio com gás nitrogênio com um corpo sinterizado misto de Al e Ti comoum alvo, e cada metal excitado por descarga e nitrogênio foram deixados reagir um com ooutro para formar uma camada interna de AlTiN sobre o substrato da ferramenta de corte.Desde então, no aparelho de DFV, o alvo de Ti foi excitado por descarga sob umaatmosfera de nitrogênio para formar uma intercamada de TiN, e ainda, o alvo de Al foiexcitado por descarga sob uma atmosfera de oxigênio para formar uma camada externa deAI2O3, produzindo deste modo uma ferramenta tipo pente para corte em rosca.

Cada ferramenta de corte assim produzida foi examinada quanto ao tempode vida. A vida útil da ferramenta foi medida da seguinte maneira que utiliza a ferramentatipo pente para corte em rosca produzida pelo método acima, uma liga contendo 5% deníquel (aço S13Cr) de 139,7 mm de diâmetro externo χ 11000 mm de comprimento foisubmetida ao corte em rosca de diâmetro externo VAM-TOP para quatro máquinas decorte numa temperatura de 800°C ou mais e numa velocidade de corte de 90 m/min, demodo a examinar a vida útil da ferramenta durante o corte.

O termo vida útil da ferramenta significa o número de peças de trabalho queforam capazes de serem cortadas sem qualquer uma das situações mostradas em (1) a (3)anteriores. Com base neste critério de avaliação, a vida média da ferramenta das quatromáquinas de corte e um desvio padrão foi obtida.

No exemplo 2 da presente invenção, onde o polimento aerolap não foisubmetido, a vida medida da ferramenta foi de 60,8 e o desvio padrão foi de 18,5,enquanto no exemplo 3 da presente invenção, onde o polimento aerolap foi submetido, avida média da ferramenta foi de 77,0 e o desvio padrão foi de 2,5. A partir dessesresultados, encontrou-se que a vida da ferramenta mais longa é estavelmente obtidaquando o polimento aerolap é realizado.

Aplicabilidade Industrial

De acordo com a presente invenção, Al na camada interna dissocia duranteo corte e difunde para fora para formar AI2O3 na proximidade da superfície das camadasde revestimento para compensar a camada externa. Deste modo, uma excelente resistênciaao calor e resistência ao desgaste podem ser obtidas estavelmente, o que pode forneceruma ferramenta de corte com uma vida útil de ferramenta longa. Ainda, de acordo comuma realização preferida da presente invenção que realiza polimento aerolap, a adesãoentre o substrato da ferramenta de corte e as camadas de revestimento melhoram, eportanto uma ferramente de corte com uma vida útil de ferramenta mais longa pode serprovida. Esta ferramenta de corte é útil particularmente como uma ferramenta em formade pente para corte em rosca usado em condições severas de corte tal com corte em roscade materiais em aço duro.

Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 representa um diagrama esquemático que mostra um exemplo deuma ferramenta de corte de acordo com a presente invenção.

Claims

1. Ferramenta de corte que apresenta camadas de revestimento,CARACTERIZADA pelo fato das camadas serem formadas sobre o substrato daferramenta de corte feita de material duro, e as camadas de revestimento seremcompostas de uma camada interna de AlTiN, uma intercamada de TiN, e uma camadaexterna de AI2O3.

2. Ferramenta de corte de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADA pelo substrato da ferramenta de corte ser submetido a uma limpezada superfície e tratamento da superfície pela projeção de abrasivos flexíveis antes daformação das camadas de revestimento.

3. Ferramenta de corte de acorrdo com a reivindicação 1 ou 2,CARACTERIZADA pela espessura total das camadas de revestimento sobre o flancoestar na faixa de 2 a 80 m.

4. Ferramenta de corte de acordo com a reivindicação 3,CARACTERIZADA pela espessura da camada interna, a intercamada, e a camadaexterna sobre o flanco serem de 0,5 a 35 m, 1,0 a 40 m, e 0,5 a 5 m,respectivamente.

5. Ferramenta de corte de acordo com as reivindicações 1 a 4,CARACTERIZADA pela espessura total das camadas de revestimento sobre a faceestar na faixa de 2 a 40 m.

6. Ferramenta de corte de acordo com a reivindicação 5,CARACTERIZADA pela espessura da camada interna, a intercamada, e a camadaexterna sobre a face serem de 1 a 20 m, 1 a 20 m, e 0,01 a 2 m, respectivamente.

7. Método para produção de uma ferramenta de corte,CARACTERIZADA pelas camadas de revestimento serem formadas sobre a superfí ciedo substrato da ferramenta de corte feita de material duro por um revestimento seco apósrealizar limpeza e tratamento da superfície por projeção de abrasivos flexíveis.