DE10131358A1 - Wälzfräser - Google Patents

Abstract

Wälzfräser mit DOLLAR A - einem Grundkörper aus Stahl DOLLAR A - einem auf dem Grundkörper befestigten ringförmigen Werkzeugkörper aus Hartmetall, wobei DOLLAR A - der Grundkörper innerhalb des Werkzeugkörpers am Umfang Vorsprünge aufweist, die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt und mit der zylindrischen Innenwandung des Werkzeugkörpers in Eingriff sind und wobei die Vorsprünge so dimensioniert und/oder geformt sind, dass sie bei einer thermischen Dehnung des Grundkörpers relativ zum Werkzeugkörper elastisch nachgeben.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf einen Wälzfräser nach dem Patentanspruch 1.
• Wälzfräser werden vor allen Dingen verwendet für die Herstellung von Verzahnungsteilen, wie Zahnräder, Schneckenräder, Zahnstangen oder dergleichen. Im Allgemeinen unterscheidet man zwischen einer Bohrungs- und einer Schaftausführung. Bei der Bohrungsausführung ist die Bohrung mit einer Längsnut zur formschlüssigen Drehmomentübertragung versehen. Alternativ kann die Bohrung mit einer ein- bzw. zweiseitigen Quernut zur formschlüssigen Drehmomentübertragung zusammenwirken. Es ist jedoch auch eine Bohrungsausführung mit stirnseitiger friktionaler Drehmomentübertragung bekannt. Bei der Schaftausführung sind beidseitige Schäfte zur kraftschlüssigen Drehmomentübertragung einteilig mit dem Werkzeugkörper geformt.
• Die Schäfte können beidseitig kegelig sein oder einseitig kegelig und anderseitig zylindrisch. Die kegeligen Schäfte können hohl sein und auch als Steilkegel ausgeführt werden.
• Als Material für derartige Wälzfräser dient in erster Linie Schnellstahl. Es ist jedoch auch bekannt, Wälzfräserkörper aus Hartmetall zu fertigen. Unter Hartmetall werden pulvermetallurgisch hergestellte Werkstoffe zusammengefasst, die im Wesentlichen aus den Hartstoffen Wolfram-Karbid, Titan-Karbid und Tantal-Karbid sowie aus dem Bindemetall Kobalt bestehen. Hartmetalle weisen eine gesteigerte Verschleißfestigkeit gegenüber Stahl auf, können daher für Einsätze mit höherer Schnittgeschwindigkeit verwendet werden, und zwar auch für die Trockenbearbeitung. Die Einsatztemperaturgrenze bei Hartmetall liegt viel höher als bei Stahl, beispielsweise bei etwa 1000C°.
• Hartmetall hat jedoch von Haus aus eine relativ hohe Sprödigkeit. Durch Schläge und Stöße kann es daher rasch zu einer Beschädigung des Werkzeugs kommen, dessen Herstellung außerordentlich aufwändig ist.
• Es ist auch bekannt, einen hohlen Werkzeugkörper aus Hartmetall auf einem Schaft aus Stahl zu befestigen. Die Befestigung erfolgt vor allen Dingen durch Löten. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass nur der eigentliche Werkzeugabschnitt aus dem günstigen Material Hartmetall besteht, während der Schaft aus wenig aufwändigem Material geformt ist. Es ist ferner bekannt, den Werkzeugkörper eines Wälzfräsers im sogenannten PVD-Verfahren mit einer Hartschicht zu versehen (z. B. Titannitrit). Die Beschichtung wird aufgebracht, nachdem der Werkzeugkörper auf dem Stahlschaft fertig bearbeitet worden ist. Dies ist aus Genauigkeitsgründen erforderlich. Die Beschichtung wird bei relativ hohen Temperaturen durchgeführt, z. B. bei 500°C. Da Stahl einen deutlich höheren Ausdehnungskoeffizienten als Hartmetall aufweist, besteht die Gefahr, dass der Werkzeugkörper durch Temperaturdehnung des Stahlschaftes zerstört wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wälzfräser zu schaffen, dessen Kern aus Stahl und dessen Werkzeugkörper aus Hartmetall besteht und der höheren Temperaturen unterworfen werden kann, ohne dass die Temperaturdehnung des Stahlkerns den Werkzeugkörper beeinträchtigt.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
• Bei dem Wälzfräser nach der Erfindung hat der Grundkörper innerhalb des ringförmigen Werkzeugkörpers in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt Vorsprünge, die mit der zylindrischen Innenwandung des Werkzeugkörpers in Eingriff sind. Die Vorsprünge sind so dimensioniert und/oder geformt, dass sie bei einer thermischen Dehnung des Grundkörpers relativ zum Werkzeugkörper elastisch nachgeben. Die Vorsprünge liegen unter einer mehr oder weniger hohen Pressung an der Innenwandung des Werkzeugkörpers an, sodass sie ein ausreichend hohes Drehmoment zu übertragen imstande sind. Es ist jedoch auch möglich, das Drehmoment durch an den Stirnseiten des Werkzeugkörpers angreifende Vorkehrungen vom Schaft bzw. vom Grundkörper auf den Werkzeugkörper zu übertragen. Die Vorsprünge halten den Werkzeugkörper zentriert auf dem Schaft und ermöglichen eine gewisse radiale Dehnung des Grundkörpers bei höheren Temperaturen, ohne dass es zu einer unerwünscht hohen Presskraft auf den Werkzeugkörper kommt, wodurch dieser zerstört werden könnte. Wie schon erwähnt, ist der Werkzeugkörper vor seiner endgültigen Herstellung auf den Schaft aufzubringen, damit die nötige Präzision, insbesondere Rundlaufgenauigkeit erreicht wird. Anschließend kann die gesamte Werkzeugeinheit einer gewünschten Beschichtung unterworfen werden.
• Der erfindungsgemäße Wälzfräser reduziert den Aufwand für die Herstellung des Werkzeugkörpers aus Hartmetall, ohne dass das Werkzeug durch Temperaturbeeinflussung Schaden erleiden kann. Der Werkzeugkörper kann nach Verschleiß oder Beschädigung durch einen anderen ausgetauscht werden. Mit anderen Worten, der Grundkörper bzw. der Schaft aus Stahl kann mehrfach verwendet werden, was den Aufwand weiter reduziert.
• Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Vorsprünge leistenförmig und erstrecken sich über die Länge des Werkzeugkörpers. Die Vorsprünge können nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung rippenartig geformt sein, wobei die rippenartigen Vorsprünge gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zur einen Seite hin geneigt sein können. Die Neigung gegenüber dem Radius kann relativ groß sein, beispielsweise größer als 45°. Auf diese Weise lässt sich ein Nachgeben bei radialer Pressung zwischen Grundkörper und Werkzeugkörper auf einfache Weise erreichen.
• Um Materialspannungen so klein wie möglich zu halten, sind die Außenseite und die Innenseite der geneigten rippenartigen Vorsprünge gebogen, nämlich außen konvex und innen konkav. Die Rippen gehen über in einen relativ breiten Fuß, der an den Umfang des Körpers angebunden ist. Der Umfang zwischen den Vorsprüngen ist vorzugsweise kreisförmig.
• Um eine axiale Sicherung des Werkzeugkörpers auf dem Grundkörper zu erhalten, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass der Grundkörper als Schaft ausgeführt ist, der zu beiden Seiten über den Werkzeugkörper übersteht und der Gewindeabschnitte aufweist für Gewindekappen zur axialen Festlegung des Werkzeugkörpers auf dem Grundkörper.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
• Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine erste Ausführungsform eines Wälzfräsers nach der Erfindung.
• Fig. 2 zeigt die Seitenansicht des Wälzfräsers nach Fig. 1.
• Fig. 3 zeigt vergrößert einen Teil des Grundkörpers des Wälzfräsers nach Fig. 1 und 2.
• Ein in den Fig. 1 und 2 dargestellter Wälzfräser weist das Bezugszeichen 10 auf. Er enthält einen Werkzeugkörper 12 mit zentrischer zylindrischer Bohrung 14 und Schneidzähnen 16 am Umfang in herkömmlicher Weise. Durch die Bohrung 14 erstreckt sich ein Grundkörper 18 in Form eines Schaftes, der mit einem kegeligen Abschnitt 20 zur einen Seite und einem zylindrischen Abschnitt 22 zur anderen Seite übersteht zwecks Einspannung in einer entsprechenden Werkzeugmaschine. Auf dem Grundkörper 18 sind Gewindeabschnitte 24, 26 geformt, auf denen Schraubkappen 28, 30 sitzen zur axialen Festlegung des Werkzeugkörpers 12 auf dem Grundkörper 18.
• Wie aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, ist der Grundkörper 18 im Bereich der Bohrung 14 mit einer Reihe von Rippen 32 versehen, die im 30°-Abstand gleichmäßig um den Umfang des Grundkörpers 18 verteilt sind und sich über die Länge der Bohrung 14 erstrecken. Wie sich insbesondere aus Fig. 3 ergibt, sind die rippenartigen Vorsprünge 32 nach rechts geneigt um einen Winkel von mehr als 45° gegenüber dem Radius. Außerdem sind sie außen bei 34 konvex und innen bei 36 konkav leicht gekrümmt. Zwischen den Vorsprüngen 32 hat der Grundkörper 18 Kreisform, wie bei 38 zu erkennen. Die Vorsprünge 32 gehen mit einem relativ breiten Fuß 40 in den Grundkörper 18 über, wobei insbesondere an der Innenseite eine ausgesprochene Rundung bei 42 zu erkennen ist, um Spannungen zu minimieren, die insbesondere bei radialer Belastung der Vorsprünge 32 auftreten könnten.
• Die Außenseite der Vorsprünge 32 ist abgeflacht, wie bei 44 zu erkennen. Sie kann in dem Maße eine Krümmung aufweisen, das dem Radius der Bohrung 14 des Werkzeugkörpers 12 entspricht. Die Flächen 44 liegen an der Bohrungswandung an, und zwar unter mehr oder weniger großer Pressung.
• Der Grundkörper 18 ist aus einem geeigneten Stahl gefertigt und der Werkzeugkörper 12 aus einem geeigneten Hartmetall. Die Werkstoffe haben einen unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Stahl dehnt sich stärker als Hartmetall aus. Bei einer Erwärmung des Werkzeugs 10 findet mithin eine stärkere Ausdehnung des Grundkörpers 18 relativ zum Werkzeugkörper 12 statt. Die rippenartigen Vorsprünge 32 können hierbei nachgeben und verhindern, dass der Werkzeugkörper 12 in einem Ausmaß belastet wird, dass er zerstört wird. Hohe Temperaturen bis zu 1000°C können sich bekanntlich beim Einsatz entwickeln. Auch bei einer Beschichtung des Werkzeugs 10 werden hohe Temperaturen angewendet. Diese Temperaturen können ohne weiteres verkraftet werden, ohne dass es zu einer Beschädigung des Werkzeugs kommt.

Claims (8)

1. Wälzfräser mit
einem Grundkörper (18) aus Stahl
einem auf dem Grundkörper (18) befestigten ringförmigen Werkzeugkörper (12) aus Hartmetall, wobei
der Grundkörper (18) innerhalb des Werkzeugkörpers (12) am Umfang Vorsprünge aufweist, die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt und mit der zylindrischen Innenwandung des Werkzeugkörpers (12) in Eingriff sind und wobei die Vorsprünge (32) so dimensioniert und/oder geformt sind, dass sie bei einer thermischen Dehnung des Grundkörpers (18) relativ zum Werkzeugkörper (12) elastisch nachgeben.

2. Wälzfräser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (32) sich leistenförmig über die Länge des Werkzeugkörpers (12) erstrecken.

3. Wälzfräser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (32) rippenartig geformt sind.

4. Wälzfräser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die rippenartigen Vorsprünge (32) zur einen Seite hin geneigt sind.

5. Wälzfräser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite der rippenförmigen Vorsprünge (32) schwach konvex und die Innenseite schwach konkav gekrümmt ist.

6. Wälzfräser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (32) sich nach außen im Querschnitt verjüngen.

7. Wälzfräser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (32) nahe dem äußeren Umfang des Grundkörpers (18) einen breiten Fuß aufweisen, der gerundet in den Umfang des Grundkörpers (18) übergeht.

8. Wälzfräser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12) als Schaft ausgeführt ist, der zu beiden Seiten über den Werkzeugkörper (12) übersteht und der Gewindeabschnitte (24, 26) aufweist für Gewindekappen (28, 30) zur axialen Festlegung des Werkzeugkörpers (12) auf dem Grundkörper (18).