Pre- and post-treatment of HVOF-WC-CoCr-coated HSS cutting parts in order to substitute sintered cemented carbide cutting tool materials

Abstract

High-performance cutting tools generally consist of sintered solid cemented carbide, mostly based on tungsten carbide and cobalt. To produce the macrogeometry of shank tools, such as drilling or milling tools, carbide blanks are ground in various operations. Therefore, a considerable amount of material removal and long machining times are required. The shortage and the minor diversified supplier base of tungsten motivate the development of alternative concepts in the field of cutting tool materials. In this context, a new and innovative solution is to substitute the sintered solid carbide with HVOF-WC-CoCr coated cutting parts based on hardened high-speed steel. This method allows hardened high-speed steel to be used in machining beyond its material-specific limits. This saves costs and reduces environmental impact by less tungsten removal. To pursue this solution approach, the coating specific properties as well as the adjustment for the applications have to be investigated fundamentally.

Subject of this paper is the preparation steps of the cutting edges based on hardened high-speed steel according to the application of the HVOF-WC-CoCr coating. In order to accomplish this, grinding and wet abrasive jet machining processes are used. After the coating is applied, a suitable topography of the coating has to be produced by grinding for further machining processes. The paper presents investigations according to the ensued topographies. In the end, the main results are summarised. Therefore, the most favourable preparation parameters according to the post-treatment for HVOF-WC-CoCr coating are presented.

Abstract

Hartmetallwerkzeuge werden meist sintertechnologisch hergestellt und bestehen aus Wolframkarbiden, die in einer Kobaltmatrix gebunden sind. Um den gesinterten Rohling in ein Zerspanwerkzeug zu überführen, sind unterschiedliche Bearbeitungsschritte notwendig, bei denen ein großes Zerspanvolumen entsteht. Aufgrund der geringen Verfügbarkeit von Wolframkarbid ist es notwendig, eine Alternative zur konventionellen Herstellung von Hartmetallwerkzeugen zu entwickeln. Dabei besteht ein neuer und innovativer Lösungsansatz daraus, Hartmetallwerkzeuge durch HVOF-WC-CoCr beschichteten Schnellarbeitsstahl zu ersetzen. Durch diesen Ansatz kann Schnellarbeitsstahl in der Zerspanung über seine bisherigen Grenzen hinaus eingesetzt werden. Auf diese Weise könnten Kosten gespart und die Umweltbelastung durch einen geringen Abbau von Wolframkarbid reduziert werden. Um dieses Verfahren anwenden zu können, sind grundlegende Untersuchungen notwendig.

In diesem Artikel werden Untersuchungen hinsichtlich der Präparation von gehärtetem Schnellarbeitsstahl in Bezug auf die Applizierung einer HVOF-WCCoCr Beschichtung vorgestellt. Dabei werden ein Schleifprozess und ein Nassstrahlspanprozess verwendet. Nach dem Aufbringen der Beschichtung muss diese für den Einsatz vorbereitet werden. Im Rahmen dieses Artikels werden diesbezüglich erste Schleifuntersuchungen durchgeführt. Abschließend folgt eine Zusammenfassung der wesentlichen Erkenntnisse hinsichtlich der HVOFWC- CoCr Beschichtung von gehärtetem Schnellarbeitsstahl.