DE10006303A1 - Schneideinsatz, insbesondere Abstechschneideinsatz - Google Patents

Abstract

Der Schneideinsatz (10), insbesondere Abstechschneideinsatz, ist mit einer in Spanleitrichtung (20) gekrümmten Spanleitstufe (11) versehen. Hierbei ist vorgesehen, dass die Spanleitstufe (11) zusätzlich in Spanbreitenrichtung (22) gekrümmt ist. Vorteilhafterweise ist die Spanleitstufe (11) als eine mit wenigstens einer Kugelfläche versehene Spanmulde (12) ausgebildet. Dabei weist die Spanmulde (12) einen vorderen Spaneintrittsbereich (13) mit positivem Spanwinkel und einen hinteren Spanauslaufbereich (14) mit negativem Spanwinkel auf.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schneideinsatz, insbe­ sondere Abstechschneideinsatz, mit einer in Span­ leitrichtung gekrümmten Spanleitstufe, gemäß Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Derartige Schneideinsätze, wie zum Beispiel Ab­ stechschneideinsätze, sind bereits bekannt. Diese Schneideinsätze sind auswechselbar an einem Werk­ zeugträgerelement montierbar. Hierzu sind sie keil­ förmig ausgebildet und in an sich bekannten, selbstklemmenden Aufnahmesitzen des Werkzeugträger­ elements spannbar. Die bekannten Schneideinsätze weisen eine in Spanleitrichtung gekrümmte bezie­ hungsweise bogenförmige Spanleitstufe auf. Dabei dient die Spanleitstufe zur Umlenkung des von einem Werkstück abgehobenen Spans. In Abhängigkeit des Umlenkungsgrads der Spanleitstufe und der Material­ eigenschaften des abgehobenen Spans, insbesondere der Verformungsfähigkeit des Spanmaterials, kann erreicht werden, dass der abgehobene Span in der Spanleitstufe bricht oder sich lockenförmig auf­ rollt. Ferner kann mittels einer Spanleitstufe eine Breitenverformung des abgehobenen Spans erzielt werden. Hierzu erfolgt eine Reduzierung der Span­ breite auf einen Wert, der kleiner ist als die Ab­ stechbreite des Schneideinsatzes, welche zugleich der gestochenen Stechnut im Werkstück entspricht. Eine derartige Breitenverformung des abgehobenen Spans erfolgt in einem vorderen Spaneintrittsbe­ reich der Spanleitstufe, während der hintere Span­ auslaufbereich in Bezug auf eine Breitenverformung des Spans unwirksam ist und lediglich zur Erzielung einer Spanumlenkung dient.

Derartige, mit einer entsprechenden Geometrie ver­ sehene Schneideinsätze, insbesondere Abstech­ schneideinsätze, sind nachteilhafterweise nicht zur zuverlässigen Bearbeitung (Abstechen) von hochle­ gierten Stählen, wie zum Beispiel rostfreien Stäh­ len oder Kugellagerstählen, geeignet. Dies ist ins­ besondere darauf zurückzuführen, dass bei der Bear­ beitung von hochlegierten Stählen mit bekannten Ab­ stechschneideinsätzen auch unter extremen Zerspa­ nungsparametern, wie zum Beispiel überaus große Vorschübe des Abstechwerkzeugs und/oder sehr hohe Schnittgeschwindigkeiten, oftmals keine kontrol­ lierbaren Spanbrüche erzielbar sind. Derartig hohe Vorschübe führen jedoch nachteilhafterweise zu ei­ nem hohen Werkzeugmaschinenaufwand und gleichzeitig zu geringen Standzeiten der Abstechwerkzeuge bezie­ hungsweise der Schneideinsätze. Insbesondere kann es zu einem nicht erwünschten und unkontrollierba­ ren Ausbrechen der Schneideinsätze in ihrem Fasen- und/oder Radiusbereich kommen, was zur Zerstörung des gesamten Abstechwerkzeugs und/oder zu Folge­ schäden der gesamten Werkzeugmaschine führen kann. Dadurch entstehende Maschinenstillstandszeiten wir­ ken sich besonders nachteilhaft auf eine moderne Fertigung aus, welche vorzugsweise durch einen un­ terbrechungsfreien, automatischen Betrieb mit le­ diglich zu bestimmten Taktzeiten vorgesehenen Werk­ zeugwechselperioden gekennzeichnet ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Schneideinsatz, insbesondere Abstechschneideinsatz, der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mittels welchem auch bei der Bearbeitung von hochlegierten Stählen zu­ friedenstellende und sich zuverlässig wiederholende Zerspanungsergebnisse unter betriebssicheren Zerspanungsparametern erzielbar sind.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Schneideinsatz, insbesondere Abstechschneideinsatz, mit den Merkma­ len des Anspruchs 1 vorgeschlagen, der sich dadurch auszeichnet, dass die Spanleitstufe zusätzlich in Spanbreitenrichtung gekrümmt ist. Aufgrund der Krümmung der Spanleitstufe sowohl in Spanleitrich­ tung als auch in Spanbreitenrichtung ergibt sich ein materialverstärkter Schneidenbereich. Aufgrund der hierdurch erhöhten Stabilität des Schneidenbe­ reichs des Schneideinsatzes lassen sich zufrieden­ stellende und sich zuverlässig wiederholende Zerspanungsergebnisse unter betriebsgünstigen Zerspanungsparametern auch bei hochlegierten Stäh­ len erzielen. Dabei beruht die erzielte Stabili­ tätssteigerung im Schneidenbereich insbesondere darauf, dass eine in Spanbreitenrichtung gekrümmte Spanleitstufe im Vergleich zu der als Stand der Technik bekannten, in Spanbreitenrichtung sich gradlinig erstreckenden Spanleitstufe eine belas­ tungsgünstigere Geometrie darstellt, da die seitli­ chen Ränder des Schneidenbereiches aufgrund der Krümmung in Spanbreitenrichtung materialverstärkt sind.

Vorteilhafterweise ist die Spanleitstufe als eine mit wenigstens einer Kugelfläche versehene Spanmulde ausgebildet. Eine eine Kugelfläche aufweisende Spanmulde als Spanleitstufe ist aufgrund ihrer ab­ satzfreien Oberfläche besonders geeignet, einen un­ gehinderten Spanfluss sowie eine effektive Stabili­ sierung insbesondere des Schneidenbereichs zu ge­ währleisten.

Mit Vorteil weist die Spanmulde einen vorderen Spaneintrittsbereich mit positivem Spanwinkel und einen hinteren Spanauslaufbereich mit negativem Spanwinkel auf. Hierbei dient der positive Spanwin­ kel des vorderen Spaneintrittsbereichs zur Erzie­ lung eines ungehinderten Spanflusses, während der negative Spanwinkel des hinteren Spanauslaufbe­ reichs zur Spanumlenkung und somit zum Spanbruch beziehungsweise zur Förderung eines lockenförmigen Aufrollens des Spans dient. Aufgrund eines kontrol­ lierten Spanbruchs können vorteilhafterweise Ma­ schinenstillstandszeiten vermieden werden, welche zum oft mühsamen Entfernen von langen, ungebroche­ nen und zum Beispiel um ein Werkzeug gewickelten Abstechspänen notwendig sind.

Vorzugsweise ist die Spanmulde Teil einer Span­ fläche, die eine zwischen der Spanmulde und einer Schneide sich erstreckende Spanflächenfase auf­ weist. Die Vorsehung einer Spanflächenfase dient zur Stabilisierung des Schneidenbereichs, wobei aufgrund der zusätzlichen Krümmung der Spanleit­ stufe in Spanbreitenrichtung die seitlichen Randbe­ reiche der Spanflächenfase materialverstärkt sind. Diese Materialverstärkung der Spanflächenfase wirkt stabilisierend auf den Schneidenbereich des Schneideinsatzes.

Vorteilhafterweise weist die Spanflächenfase eine an die Spanmulde grenzende, in Spanleitrichtung konvex gekrümmte Übergangskante auf. Aufgrund der sowohl in Spanleitrichtung als auch in Spanbreiten­ richtung gekrümmten Spanleitstufe ergibt sich eine an die Spanflächenfase (Schneidenbereich) grenzende Übergangskante, welche in Spanleitrichtung gesehen konvex gekrümmt ist. Bei einer konvexen Krümmung der Übergangskante ist die sich in Spanleitrichtung erstreckende Höhe des Schneidenbereichs im Bereich der Schneidenmitte verhältnismäßig klein und in den zwei seitlichen Randbereichen der Schneide verhält­ nismäßig groß. Dabei sind sowohl der Bereich der Schneidenmitte als auch die zwei seitlichen Randbe­ reiche der Schneide aufgrund der entsprechenden Krümmungen in Spanleitrichtung beziehungsweise in Spanbreitenrichtung der Spanleitstufe materialver­ stärkt und somit beanspruchungsgünstig ausgebildet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Übergangskante in beidseitig zur Spanmulde sich in Spanleitrichtung erstreckenden Schulterbereichen absatzfrei und in Spanbreitenrichtung geradlinig ausgebildet. Ein absatzfreier Übergang von den sich in Spanleitrichtung erstreckenden, seitlich zur Spanmulde liegenden Schulterbereichen der Span­ fläche gewährleistet einen ungehinderten Spanfluss und verhindert in beanspruchungsgünstiger Weise die Bildung von Spannungsspitzen während eines Bearbei­ tungsprozesses.

Vorteilhafterweise nimmt die Breite des vorderen Spaneintrittsbereichs in Spanleitrichtung wenig­ stens bereichsweise zu und die Breite des hinteren Spanauslaufbereichs in Spanleitrichtung ab. Auf­ grund der zunächst zunehmenden Breite des vorderen Spaneintrittsbereichs in Spanleitrichtung wird der Spanfluss in die Spanleitstufe begünstigt, während eine Abnahme der Breite des sich in Spanleitrich­ tung anschließenden Bereichs der Spanleitstufe zu einer erwünschten Breitenverformung des vom Werk­ stück abgehobenen Spans führt. Dabei wird der Span derart verformt, dass seine Breite entsprechend der Breitenänderung der Spanleitstufe in Spanleitrich­ tung kontinuierlich abnimmt.

Mit Vorteil ist die Spanflächenfase eben ausgebil­ det. Eine derart ausgebildete Spanflächenfase wirkt sich besonders stabilisierend auf den Schneidenbe­ reich aus.

Vorzugsweise nimmt die sich in Spanleitrichtung erstreckende Länge der Spanflächenfase jeweils von der der Mitte der Schneide in Richtung Schulterbe­ reiche zu. Eine derart ausgebildete Spanflächenfase wirkt sich stabilisierend und beanspruchungsgünstig auf den Schneidenbereich aus. Dabei sind die beson­ ders gefährdeten Schulterbereiche aufgrund der zu­ sätzlichen Krümmung der Spanleitstufe in Spanbrei­ tenrichtung materialverstärkt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeich­ nungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 und 2 jeweils eine schematische, perspekti­ vische Ansicht eines Schneideinsatzes;

Fig. 3 eine schematische Draufsicht des Schneid­ einsatzes in vergrößertem Maßstab;

Fig. 4 bis 6 eine schematische, geschnittene Vorderan­ sicht des in Fig. 3 gemäß den Schnitt­ linien IV bis VI geschnittenen Schneid­ einsatzes und

Figuren eine schematische Darstellung der sich in 7 bis 9 den Bereichen des Schneideinsatzes gemäß den Fig. 4 bis 6 einstellenden Span­ formen jeweils im Querschnitt.

Fig. 1 bis 3 zeigen einen mit 10 bezeichneten Schneideinsatz, insbesondere Abstechschneideinsatz. Der Schneideinsatz 10 ist mit einer Spanleitstufe 11 versehen, die sowohl in Spanleitrichtung 20 als auch in Spanbreitenrichtung 22 gekrümmt ist. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Span­ leitstufe 11 als eine mit einer Kugelfläche verse­ hene und somit sphärisch gekrümmte Spanmulde 12 ausgebildet. Die Spanmulde 12 weist einen vorderen Spaneintrittsbereich 13 mit positivem Spanwinkel und einen hinteren Spanauslaufbereich 14 mit nega­ tivem Spanwinkel auf. Die Spanmulde 12 ist Teil ei­ ner Spanfläche 15, welche eine zwischen der Span­ mulde 12 und einer Schneide 16 sich erstreckende Spanflächenfase 17 aufweist. Die Spanflächenfase 17 grenzt mit einer in Spanleitrichtung 20 konvex ge­ krümmten Übergangskante 18 an die Spanmulde 12. Da­ bei ist die Übergangskante 18 in beidseitig zur Spanmulde 12 sich in Spanleitrichtung 20 erstre­ ckenden Schulterbereichen 19 der Spanfläche 15 ab­ satzfrei und in Spanbreitenrichtung 22 geradlinig ausgebildet. Die sich in Spanleitrichtung 20 erstreckende Höhe der eben ausgebildeten Spanflä­ chenfase 17 nimmt jeweils von der Mitte der Schnei­ de 16 in Richtung Schulterbereiche 19 zu.

In den Fig. 3 bis 6 ist der Breitenverlauf in Spanleitrichtung 20 der Spanleitstufe 11 darge­ stellt. Dabei zeigt Fig. 4 eine Vorderansicht des gemäß der Linie IV-IV quergeschnittenen Schneid­ einsatzes 10. In entsprechender Weise zeigen die Fig. 5 und 6 den gemäß den Linien V-V bezie­ hungsweise VI-VI quergeschnittenen Schneideinsatz 10 in einer Vorderansicht. Wie in Fig. 3 darge­ stellt, nimmt die Breite des vorderen Spanein­ trittsbereichs 13 ausgehend von der Übergangskante 18 in Spanleitrichtung 20 kontinuierlich bis auf eine Maximalbreite zu und im hieran anschließenden Bereich der Spanmulde 12 in Spanleitrichtung 20 zum hinteren Spanauslaufbereich 14 wieder kontinuier­ lich ab. Der Spanauslaufbereich 14 ragt weit in den hinteren Bereich der Spanfläche 15, wobei gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Krümmungsra­ dius des Spanauslaufbereichs 14 deutlich geringer ist als der Krümmungsradius des Spaneintrittsbe­ reichs 13. Dementsprechend ist die Breitenzunahme im Spaneintrittsbereich 13 in Spanleitrichtung 20 deutlich größer als die Breitenzunahme des Spanaus­ laufbereichs 14 entgegen der Spanleitrichtung 20. Ein entsprechend Fig. 3 ausgebildeter Spanauslauf­ bereich 14 ist durch eine verhältnis­ mäßig geringe Kontaktfläche für den umzulenkenden Span gekennzeichnet, so dass die Spanleitstufe 11 in diesem Bereich einem geringeren Verschleiß (zum Beispiel durch Reibung, thermische Beanspruchung) ausgesetzt ist. Fig. 4 zeigt die Breite der Span­ mulde 12 an der Schnittstelle IV im Spaneintritts­ bereich 13, wobei ferner die Abstechbreite B1 des Schneideinsatzes 10 dargestellt ist, welche der Länge der Schneide 16 (siehe auch Fig. 3) ent­ spricht. Fig. 5 zeigt die Breite der Spanmulde 12 an der Schnittstelle V in einem mittleren Bereich der Spanleitstufe 11 mit kontinuierlich in Span­ leitrichtung 20 abnehmender Breite. In Fig. 6 ist die im Vergleich zu den Fig. 4 und 5 stark redu­ zierte Breite der Spanmulde 12 an der Schnittstelle VI des Spanauslaufbereichs 14 dargestellt.

In den Fig. 7 bis 9 ist die Ausbildung eines Spans 21 in der Spanmulde 12 gemäß den Fig. 4 bis 6 beziehungsweise entsprechend der Fig. 3 dar­ gestellt. Hierbei wird die Breite des Spans 21, welche an der Schneide 16 des Schneideinsatzes 10 der mit B1 bezeichneten Abstechbreite entspricht, aufgrund einer erwünschten Breitenverformung in der Spanmulde 12 auf einen reduzierten Wert B2 (Fig. 7 beziehungsweise Fig. 4), anschließend auf einen weiter reduzierten Wert B3 (Fig. 8 beziehungsweise Fig. 5) und schließlich auf einen maximal redu­ zierten Wert B4 (Fig. 9 beziehungsweise Fig. 6) verringert. Die erwünschte Breitenreduzierung des Spans 21 gemäß den Fig. 7 bis 9 wird durch An­ passung des Spans 21 an die jeweils in Spanbreiten­ richtung 22 vorliegende Krümmung der Spanmulde 12 erzielt. Der durch die Schneide 16 des Schneidein­ satzes 10 von einem Werkstück (nicht dargestellt) abgehobene und im Querschnitt im Wesentlichen ge­ radlinige Span wird somit beim Abgleiten auf der Spanleitstufe 11 aufgrund der speziellen sphärisch- geometrischen Ausgestaltung der Spanmulde 12 derart unter Ausbildung einer Spanbreitenreduzsierung plas­ tisch verformt, dass aufgrund einer geometrischen Anpassung des Spans 21 in Spanbreitenrichtung 22 eine Spanausbauchung gemäß den Fig. 7 bis 9 er­ zeugt wird. Dabei wirkt die zusätzlich in Spanbrei­ tenrichtung 22 gekrümmte Spanleitstufe 11 besonders verformungsbegünstigend auf den breitenzureduzie­ renden Span 21. Diese sphärisch-geometrische und kontinuierlich breitenverändernde Spanverformung erzeugt kurze, "uhrfederähnliche" Späne, die stö­ rungsfrei abgeführt werden.

Gemäß einer nicht dargestellten, alternativen Aus­ führungsform kann der Krümmungsradius des Spanaus­ laufbereichs 14 auch gleich groß oder auch größer sein als der Krümmungsradius des Spaneintrittsbe­ reichs 13.

Claims (9)

1. Schneideinsatz, insbesondere Abstechschneidein­ satz, mit einer in Spanleitrichtung gekrümmten Spanleitstufe, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanleitstufe (11) zusätzlich in Spanbreitenrich­ tung (22) gekrümmt ist.

2. Schneideinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Spanleitstufe (11) als eine mit wenigstens einer Kugelfläche versehene Spanmulde (12) ausgebildet ist.

3. Schneideinsatz nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanmulde (12) einen vorderen Spaneintrittsbereich (13) mit positivem Spanwinkel und einen hinteren Spanaus­ laufbereich (14) mit negativem Spanwinkel aufweist.

4. Schneideinsatz nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanmulde (12) Teil der Spanfläche (15) ist, die eine zwi­ schen der Spanmulde (12) und einer Schneide (16) sich erstreckende Spanflächenfase (17) aufweist.

5. Schneideinsatz nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanflä­ chenfase (17) eine an die Spanmulde (12) grenzende, in Spanleitrichtung (20) konvex gekrümmte Über­ gangskante (18) aufweist.

6. Schneideinsatz nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Über­ gangskante (18) in beidseitig zur Spanmulde (12) sich in Spanleitrichtung (20) erstreckenden Schul­ terbereichen (19) absatzfrei und in Spanbreiten­ richtung (22) geradlinig ausgebildet ist.

7. Schneideinsatz nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des vorderen Spaneintrittsbereichs (13) in Span­ leitrichtung (20) wenigstens bereichsweise zunimmt und die Breite des hinteren Spanauslaufbereichs (14) in Spanleitrichtung (20) abnimmt.

8. Schneideinsatz nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanflä­ chenfase (17) eben ausgebildet ist.

9. Schneideinsatz nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sich in Spanleitrichtung (20) erstreckende Länge der Span­ flächenfase (17) jeweils von der Mitte der Schneide (16) in Richtung Schulterbereich (19) zunimmt.