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Die Erfindung bezieht sich auf ein rotierendes Schneidwerkzeug zur Bearbeitung der Oberflächen von, vorzugsweise zylindrischen, Erzeugnissen und Materialien, das Sätze von im wesentlichen radial in bezug auf die Drehachse angebrachten elastischen Meisselelementen in Gestalt von Drahtstücken gleicher Länge enthält, die an ihren einen Enden über ihre Seitenflächen aneinander angedrückt miteinander verbunden sihd, wogegen sie mit ihren entgegengesetzten freien Enden eine Schneidfläche des Werkzeuges mit einem auf die Stirnseiten der Meisselelemente bezogenen Füllungskoeffizienten von p = 0, 1 bis 0, 99 bilden.
Die Erfindung wird insbesondere zum Reinigen der zylindrischen Oberflächen von Rohlingen geringen Durchmessers, beispielsweise zum Reinigen von Walzdraht, verwendet werden, der zum weiteren Bearbeiten auf Ziehmaschinen bestimmt ist.
Gegenwärtig werden verschiedene Verfahren und Werkzeuge zum Bearbeiten (Reinigen) zylindrischer Oberflächen von Metallen und Materialien weitgehend verwendet, u. zw. solche wie :
1. Ätzen,
2. Schleifscheiben und Schleifbänder,
3. besondere Schruppmaschinen,
4. mittels rotierender Bürsten,
5. Nadelfräsen.
Zum Bearbeiten (Reinigen) zylindrischer Oberflächen von Erzeugnissen und Materialien wird gegenwärtig meist kontinuierliches Ätzverfahren und Ätzen in ortsfesten Bädern verwendet.
Die Nachteile des chemischen Ätzens sind allgemein bekannt ; es verunreinigt die Umgebung, wirkt schädigend auf das Bedienungspersonal, erfordert hohe Kapitalinvestitionen und grossen Betriebsaufwand.
Zum Bearbeiten (Reinigen) zylindrischer Oberflächen von Erzeugnissen und Materialien wird ferner Schleifreinigen auf ortsfesten Maschinen verwendet.
Die Schleifscheiben und-bänder sind von sehr kurzer Lebensdauer, beim Bearbeiten von zähen Werkstoffen setzen diese Werkzeuge zu und bilden"Brennspuren"auf der zu bearbeitenden Oberfläche.
Das Reinigen zylindrischer Oberflächen mit Schleifwerkzeugen ist ein arbeitsaufwendiger und kostspieliger Prozess und infolge der kurzen Lebensdauer der Werkzeuge wird der Automatisierungsprozess beim Bearbeiten mit denselben erschwert.
Durch Schleifreinigung kann das Bearbeiten von zähen NE-Metallen (Aluminium, Kupfer u. a.) nicht produktiv ausgeführt werden.
Ausserdem verunreinigen die Schleifwerkzeuge während des Bearbeitens die Umgebung durch Schleifstaub.
Das Bearbeiten (Reinigen) zylindrischer Oberflächen von Erzeugnissen und Materialien erfolgt auch auf besonderen Schruppmaschinen.
Jedoch kann auf den Schruppmaschinen nur eine beschädigte Schicht mit einer Stärke der abzuschneidenden Schicht von mindestens 0, 5 mm entfernt werden, während das. Entfernen dünnen Zunders auf denselben unmöglich ist.
Einer der wichtigen Nachteile dieses Verfahrens ist hoher Metallverlust und grosser Verbrauch des Schruppwerkzeuges.
Angewendet wird auch die Reinigung zylindrischer Oberflächen von Metallen und Materialien mit Hilfe von rotierenden Bürsten. Zum Beispiel ist in der US-PS Nr. 3, 820, 184 eine solche Bürste dargestellt.
Diese Bürsten enthalten Sätze von radial angebrachten Borsten, die an den einen Enden miteinander verbunden sind, während sie an den entgegengesetzten Enden die Arbeitsfläche des Werkzeuges bilden, wobei die Borsten im Satz am äusseren Umfang miteinander verbunden sind, so dass sie im Querschnitt des Werkzeuges einen Ring bilden.
Jedoch können die bekannten Bürsten von der Oberfläche der Rohlinge den Zunder nicht entfernen ; sie sind vielmehr nur zum teilweisen Entfernen der äusseren aufgelockerten Rost- bzw.
Schutzschicht geeignet und können auf der zu bearbeitenden Oberfläche keine Querritzen bilden, die zum Festhalten der Schmierung während der nachfolgenden Bearbeitung auf Ziehmaschinen erforderlich sind. Im wesentlichen kann mit dem Werkzeug gemäss der US-PS Nr. 3, 820, 184 die zu
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bearbeitende Fläche ohne das Entfernen der Materialschicht vorgegebener Dicke abgerieben werden.
Das lässt sich dadurch erklären, dass die Anordnungsdichte der Stirnseiten der Meisselelemente an der Schneidfläche der Bürste (Füllungskoeffizient) entweder eine Ausgangsgrösse, d. h. weniger als 0, 01, oder eine maximale Grösse (falls sie zusammengedrückt wird) bilden kann, d. h. ohne Spalte zwischen den freien Enden der Drahtstücke. In beiden Fällen wird die Bürste nicht schneiden, weil zu diesem Zweck der Füllungskoeffizient (die Anordnungsdichte) der Stirnseiten der Meisselelemente in einem Bereich von 0, 1 bis 0, 99 liegen soll.
Gegenwärtig gewinnt das Verfahren zum Bearbeiten (Reinigen) zylindrischer Oberflächen mit Hilfe eines Schneidwerkzeuges - dem Nadelfräser - immer stärkere Verbreitung. Dies ist dadurch bedingt, dass diese Werkzeuge eine hohe Schneidfähigkeit besitzen sowie bequem und einfach im Betrieb sind.
Zu solchen Werkzeugen gehört ein rotierendes Schneidwerkzeug, das auf einem Dorn radial angebrachte elastische Meisselelemente in Gestalt von Drahtstücken gleicher Länge enthält, die an den einen Enden miteinander verbunden sind, in deren unmittelbarer Nähe diese Meisselelemente mit ihren Seitenflächen aneinander angedrückt sind, während sie an den entgegengesetzten freien Enden die Schneidfläche des Werkzeuges in Gestalt einer'Rotationsfläche bilden, wobei das Verhältnis der Summe der Flächeninhalte der Stirnseiten der freien Enden der Drahtstücke an der Schneidfläche des Werkzeuges zur Gesamtfläche der Schneidfläche des Werkzeuges 0, 10 bis 0, 99 beträgt (s. z. B. US-PS Nr. 3, 928, 900).
Bei diesem Werkzeug sind die Meisselelemente zu Sätzen zusammengefasst und zwischen diesen Sätzen sind in der Zone der verbundenen Enden Ringeinlagen angebracht, derart, dass die Krümmung der Schneidfläche im Querschnitt praktisch die Krümmung der zu bearbeitenden Oberfläche des Erzeugnisses wiederholt.
Dieses bekannte Werkzeug wird jedoch vorwiegend zum Bearbeiten (Reinigen) von Walzgutflächen und Entfernen der Krusten vos der Oberfläche der Gussteile eingesetzt ; es findet nur beschränkt Verwendung zum Reinigen zylindrischer Oberflächen geringen Durchmessers und ist zum Bearbeiten von Walzdraht nicht geeignet. Dies erklärt sich dadurch, dass beim Bearbeiten des Walzdrahtes an dessen Oberfläche nutenähnliche Längsritzen (und nicht Querritzen) zurückbleiben, die an der Oberfläche des Rohlings die Schmierung nicht festhalten können, welche zur weiteren Bearbeitung auf Ziehmaschinen erforderlich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein rotierendes Schneidwerkzeug zu schaffen, bei dem die Sätze der Meisselelemente so ausgeführt sind, dass die Schneidfähigkeit des Werkzeuges und dessen Arbeitsleistung beträchtlich gesteigert werden können.
Dies wird gemäss der Erfindung bei einem Schneidwerkzeug'der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass die Meisselelemente in an sich bekannter Weise im Satz miteinander am äusseren Umfang unter Bildung eines Ringes im Querschnitt des Werkzeuges verbunden sind, wobei jeder Satz der Meisselelemente im Längsschnitt praktisch zwei einander gegenüberliegende, mit ihren grösseren Grundflächen der Drehachse zugewendete Trapeze bildet, die von der Drehachse des Werkzeuges in gleichem Radialabstand angeordnet sind, wobei das Verhältnis der grösseren Grundfläche des Trapezes zur kleineren Grundfläche aus der Beziehung bestimmt wird :
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worin bedeuten :
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fläche, die von ihren miteinander verbundenen Enden gebildet ist, zur Anordnungs- dichte der Stirnseiten der Meisselelemente an der Schneidfläche A des Werkzeuges, z = Länge der Meisselelemente, D = Durchmesser der Schneidfläche des Werkzeuges.
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Bei dieser Ausführung erfolgt während der Reinigung der Kontakt der Schneidfläche des Werkzeuges mit der zu bearbeitenden Oberfläche des Rohlings auf einer Fläche, was die Möglichkeit bietet, die Schneidfähigkeit des Werkzeuges beträchtlich zu steigern und die Zahl der Werkzeuge, die zum Erfassen des ganzen Umfangs des Rohlings erforderlich sind, zu verringern.
Durch das angegebene Verhältnis der Breite der Schneidfläche des Werkzeuges zur Oberfläche der peripheren, miteinander verbundenen Enden der Meisselelemente bezüglich der zu bearbeitenden Oberfläche wird ein positiver Schnittwinkel in bezug auf die Richtung der Axialverschiebung des zu reinigenden Erzeugnisses erzielt sowie die Möglichkeit gegeben, an der Schneidfläche des Werkzeuges eine genau vorgegebene Füllungsdichte durch die Stirnseiten der freien Enden der Meisselelemente in der Spanne von 0, 1 bis 0, 99 zu erhalten und somit auch die Schneidfähigkeit des Werkzeuges zu erhöhen.
Das erfindungsgemässe Werkzeug reinigt die Oberfläche durch Abschneiden der fehlerhaften Schicht des Materials mit der vorgegebenen Stärke, die in einem Bereich von einigen Mikrometern bis zu einigen Millimetern liegt. Das wird dadurch erreicht, dass beim erfindungsgemässen Werkzeug der Füllungskoeffizient der Schneidfläche mit Stirnseiten der Meisselelemente im voraus vorgegeben, d. h. normiert sein soll, und er soll in einem Bereich von 0, 1 bis 0, 99 in Abhängigkeit von dem zu bearbeitenden Werkstoff, der Stärke der anzuschneidenden Schicht und der vorgegebenen Leistung des Werkzeuges in Gramm des abzuschneidenden Metalls/min auf 1 cm der Breite der Schneidfläche des Werkzeuges liegen.
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Meisselelemente in einem Bereich von 0, 1 bis 0, 99 zu gewährleisten.
Infolge des Vorhandenseins von den oben genannten konstruktiven Merkmalen, nämlich der vorgegebenen Anordnungsdichte der Stirnseiten der Meisselelemente an der Schneidfläche des Werk-
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zeuges von der zu bearbeitenden Oberfläche Schichten vorgegebener Stärke abzuschneiden, was z. B. mit dem bekannten Werkzeug gemäss der US-PS Nr. 3, 820, 184 nicht erreicht werden kann.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die benachbarten Gruppen der Sätze der Meisselelemente relativ zueinander radial um eine Grösse
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versetzt sind, worin bedeuten :
D = Durchmesser der Schneidfläche des Werkzeuges, D = Durchmesser der zu reinigenden Oberfläche,
A = Grösse des Anstellübermasses des Werkzeuges bezüglich der zu reinigenden Oberfläche.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachstehend ein konkretes Ausführungsbeispiel derselben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen : Fig. 1 ein erfindungsgemässes Schneidwerkzeug, das aus mehreren Sätzen von Meisselelementen besteht, Fig. 2 das Werkzeug wie in Fig. 1, aber mit der Zusammenfassung von mehreren Sätzen von Meisselelementen zu Gruppen, und Fig. 3 bis 6 schematische Darstellungen der Versetzung der Meisselelemente.
Das in Beispiel 1 dargestellte Schneidwerkzeug zum Bearbeiten von vorwiegend zylinderförmigen Erzeugnissen besteht aus mehreren Sätzen-l-von elastischen Meisselelementen--2--, beispielsweise in Gestalt von Drahtstücken gleicher Länge, die an den einen Enden --3-- miteinander verbunden sind. In unmittelbarer Nähe dieser verbundenen Enden --3-- sind die Meisselelemente --2-- über ihre Seitenflächen aneinander angedrückt, während diese Elemente mit ihren entgegengesetzten freien Enden --4-- eine Schneidfläche --A-- des Werkzeuges mit einem vorgegebenen
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Füllungskoeffizienten derselben durch die Stirnseiten der Meisselelemente in der Spanne von 0, 1 bis 0, 99 bilden.
Zwischen den Seitenflächen der Sätze --1-- sind seitens der verbundenen Enden --3-- der Meisselelemente --2-- Ringeinlagen --5-- angeordnet, die ringförmige Schlitze --6-- aufweisen. Die Sätze-l-der elastischen Meisselelemente --2-- mit den Ringeinlagen --5-- sind in einer exzentrischen Hülse --7-- untergebracht. Die Meisselelemente --2-- können aus einem Draht runden, quadratischen oder rechteckigen Querschnitts sowie in Gestalt von Platten ausgeführt sein, die durch Hartmetall oder Schleifmittel armiert sind.
Jeder Satz --1-- der Meisselelemente --2-- be- sitzt die Form eines Ringes, dessen Querschnitt praktisch zwei Trapeze --8-- darstellt, die von der Drehachse des Werkzeuges in gleichem Abstand liegen und mit ihren grösseren Grundflächen B zu dieser Drehachse gekehrt sind. Hiebei wird das Verhältnis der Grösse der grösseren Grundfläche B des Trapezes --8-- zur kleineren Grundfläche B, aus der Beziehung bestimmt :
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worin bedeutet :
B = Breite der Schneidfläche A des Werkzeuges,
B, = Breite der Oberfläche, die durch die verbundenen Enden --3-- der Meisselelemen- te --2-- gebildet ist,
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dichte der Stirnseiten der Meisselelemente --2-- an der Schneidfläche A des Werk- zeuges, 9, = Länge der Meisselelemente,
D = Durchmesser der Schneidfläche A des Werkzeuges.
Das in Fig. 2 dargestellte Werkzeug besteht aus mehreren Sätzen --1-- von Meisselelementen --2--, die zu Gruppen --11-- zusammengefasst sind, wobei die benachbarten Gruppen-11-
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worin bedeuten :
D = Durchmesser der Schneidfläche A des Werkzeuges,
Do = Durchmesser der zu reinigenden Oberfläche,
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stelle der Schneidfläche des Werkzeuges mit der zu reinigenden Oberfläche unter der Andruckkraft des Werkzeuges einbiegen soll. Diese Grösse wird technologisch in Abhängigkeit von der Beziehung zwischen der Länge der Meisselelemente und dem Durchmesser derselben, der erforderlichen Grösse der abzuschneidenden Metallschicht und der Leistung des Werkzeuges bestimmt.
Zur Erläuterung zeigen : Fig. 3 die Grösse der Versetzung eines Satzes bis zur Kontaktstelle der Schneidfläche des Werkzeuges mit der zu bearbeitenden Oberfläche des Erzeugnisses, Fig. 4 die Grösse einer vollständigen Versetzung eines Satzes unter der Berücksichtigung des Umstandes, dass sich die Meisselelemente an der Kontaktstelle um eine Grösse A eingebogen haben, Fig. 5 die Grösse C der radialen Versetzung der benachbarten Gruppen der Sätze von Meisselelementen und Fig. 6 den Abstand zwischen zwei benachbarten freien (Arbeits-) Enden der Meisselelemente.
Die Bürstenbohrung soll nicht kleiner als der Durchmesser des zu reinigenden Erzeugnisses sein. In einem solchen Fall würden nämlich beim Rotieren des Werkzeuges gleichzeitig alle Meissel-
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elemente im Kontakt mit der zu bearbeitenden Oberfläche stehen, was z. B. beim Nadelfräsen unzulässig wäre, weil die Schneidkraft, die von einer Reihe von Meisselelementen aufgenommen wird, durch die Steifigkeit von mehreren Reihen der Meisselelemente ausgeglichen werden soll, die hinter den im gegebenen Zeitpunkt schneidenden Meisselelementen angeordnet sind.
Die beschriebene Konstruktion des Werkzeuges gestattet es, das kinematische Schema der Maschine zu vereinfachen, da die Rohlingsbearbeitung durch Verschieben einer Stange in der durch Pfeil E angedeuteten Richtung und Drehen des Werkzeuges vorwiegend um seine eigene Achse erfolgt, wobei seine Drehung um das Erzeugnis gering ist und hauptsächlich nur zur Veränderung der Kontaktstelle der Schneidfläche A mit der zu bearbeitenden Oberfläche geschieht.
Die erfindungsgemässe Ausführung des Schneidwerkzeuges und das Verhältnis der Breite der Schneidfläche des Werkzeuges zur Oberfläche an den verbundenen Enden gestatten, den Kontakt der Schneidfläche und der zu bearbeitenden Oberfläche praktisch auf einer Fläche herzustellen und an der Schneidfläche eine genau vorgegebene Anordnungsdichte der freien Enden der Meisselelemente zu erhalten, was insgesamt die Schneidfähigkeit des Werkzeuges beträchtlich erhöhen und die Zahl der Werkzeuge verringern lässt, die zum Erfassen des ganzen Umfangs des Rohlings erforderlich sind.
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele des beschriebenen Werkzeuges angeführt.
Beispiel 1 : Es sei ein rotierendes Schneidwerkzeug zum Reinigen von Walzdraht mit einem Innendurchmesser D der Schneidfläche A des Werkzeuges gleich 30 mm herzustellen. Ausgehend von der Arbeitsleistung des Werkzeuges sei die Breite B seiner Schneidfläche gleich 30 mm. Die Anordnungsdichte p der Stirnseiten der Meisselelemente an der Schneidfläche A beträgt 0, 8, also p = 0, 8. Ausgehend von der vorgegebenen Standzeit des Werkzeuges von 500 h wird die Länge t der Meisselelemente gleich 25 ml1Í gewählt.
Die grösstmögliche Anordnungsdichte p t der Stirnseiten der Meisselelemente an der Oberfläche, die von ihren verbundenen Enden gebildet ist, beträgt bei der Ausführung der Meisselelemente in Form eines Drahtes runden Querschnitts 0, 906, und die tatsächlich erreichte Anordnungsdichte pi ist nach dem Abpressen mit einer Presskraft
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einsetzt, so erhält man :
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Da die Oberfläche eines Satzes von Meisselelementen seitens ihrer verbundenen Enden nach dem Abpressen eine leicht konvexe Form haben wird, so liegt dann die Grösse B 1 im Bereich von 11, 5 bis 12 mm.
Beispiel 2 : Das nach dem Beispiel 1 hergestellte rotierende Schneidwerkzeug wird als Gruppen von Meisselelementensätzen zur Reinigung des Walzdrahtes mit einem Durchmesser von 00 = 10 mm eingesetzt. In diesem Fall beträgt die Versetzungsgrösse der einen Gruppe der Meisselelementensätze in bezug auf die andere Gruppe
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C =D-Do + 2A. (V)
C = 30 - 10 + 20, 5 = 21 mm.
PATENTANSPRÜCHE :
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lindrischen, Erzeugnissen und Materialien, das Sätze von im wesentlichen radial in bezug auf die Drehachse angebrachten elastischen Meisselelementen in Gestalt von Drahtstücken gleicher Länge enthält, die an ihren einen Enden über ihre Seitenflächen aneinander angedrückt miteinander verbunden sind, wogegen sie mit ihren entgegengesetzten freien Enden eine Schneidfläche des Werkzeuges mit einem auf die Stirnseiten der Meisselelemente bezogenen Füllungskoeffizienten von p = 0, 1 bis 0, 99 bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Meisselelemente (2) in an sich bekannter Weise im Satz miteinander am äusseren Umfang unter Bildung eines Ringes im Querschnitt des Werkzeuges verbunden sind, wobei jeder Satz (1) der Meisselelemente (2) im Längsschnitt praktisch zwei einander gegenüberliegende,
mit ihren grösseren Grundflächen (B) der Drehachse zugewendete Trapeze (8) bildet, die von der Drehachse des Werkzeuges in gleichem Radialabstand angeordnet sind, wobei das Verhältnis der grösseren Grundfläche (B) des Trapezes (8) zur kleineren Grundfläche (B,) aus der Beziehung bestimmt wird :
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worin bedeuten :
B = Breite der Schneidfläche (A) des Werkzeuges,
B, = Breite der Oberfläche, die durch die verbundenen Enden der Meisselelemente des
Werkzeuges gebildet ist,
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fläche, die von ihren miteinander verbundenen Enden gebildet ist, zur Anordnungs- dichte der Stirnseiten der Meisselelemente an der Schneidfläche A des Werkzeu- ges,
Länge der Meisselelemente,
D = Durchmesser der Schneidfläche A des Werkzeuges.