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Die
Erfindung betrifft eine Reibahle gemäß Oberbegriff des Anspruchs
1 sowie ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 19.
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Reibahlen
und Verfahren zu deren Herstellung sind beispielsweise aus
DE 197 19 892 A1 ,
DE 43 29 553 A1 oder
DE 39 24 998 C2 bekannt.
Es hat sich herausgestellt, dass gerade bei der Bearbeitung schwer
zerspanbarer Werkstoffe sich Material der Bohrungswand auf der Außenseite
der mindestens einen Führungsleiste
der Reibahle absetzt. Ein derartiger Materialaufbau führt dazu,
dass die Qualität der
Bohrungsoberfläche
zumindest leidet, außerdem verändert sich
die Geometrie der Reibahle so, dass der gewünschte Bohrungsdurchmesser
nicht mehr erzielt werden kann. Um dies zu vermeiden, wird zumindest
die Außenfläche der
mindestens einen Führungsleiste
aus polykristallinem Diamant (PKD) hergestellt. Bei der Herstellung
derartiger Reibahlen hat sich gezeigt, dass zur Einstellung des
endgültigen Bearbeitungsdurchmessers
der Reibahle Justiereinrichtungen vorgesehen werden müssen, die
bei Reibahlen mit kleinen Durchmessern nicht realisierbar sind,
außerdem
erhöhen
Justiereinrichtungen der hier angesprochenen Art den Preis derartiger
Werkzeuge.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Reibahle zur spanenden Bearbeitung
von Bohrungsoberflächen
in Werkstücken
aus schwer zerspanbaren Werkstoffen zu schaffen, die kostengünstig realisierbar
ist.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird eine Reibahle mit den in Anspruch 1 genannten
Merkmalen vorgeschlagen. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass sie
mindestens eine Führungsleiste
und mindestens eine Messerplatte aufweist, die lagefest in den Grundkörper eingesetzt
sind. Außerdem
ist zumindest die über
die Umfangsfläche
der Reibahle hinausragende Außenfläche der
Führungsleiste
härter als
das Material der Schneide. Es wird also eine Reibahle mit fest eingebauter
Schneide realisiert, die auch als Monoblockwerkzeug bezeichnet wird.
Der Vorteil, dass die Reibahle durch mindestens eine Führungsleiste
in der zu bearbeitenden Bohrung geführt wird, bleibt bei der Realisierung
der Reibahle erhalten.
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Weitere
Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer Reibahle
vorgeschlagen, mit dessen Hilfe die genannten Nachteile vermieden
werden. Bei diesem Verfahren wird in den Grundkörper einer Reibahle mindestens
eine Führungsleiste
eingebracht und anschließend
deren Außenfläche bearbeitet,
um den Überstand
der Außenfläche über den
Grundkörper
der Reibahle einzustellen und eine Oberfläche zu schaffen, die die Reibahle in
der zu bearbeitenden Bohrung führt.
Anschließend wird
mindestens eine Messerplatte in den Grundkörper des Werkzeugs eingesetzt
und dann dessen Schneide bearbeitet, um den Bearbeitungsdurchmesser
der Reibahle einzustellen. Es ist bekannt, dass die Schneide einer
Reibahle weiter über
deren Umfangsfläche
hinaussteht als die Außenfläche der mindestens
einen Führungsleiste.
Dadurch, dass zunächst
die Außenfläche in der
mindestens einen Führungsleiste
und erst dann die Schneide einer in die Reibahle eingesetzten Messerplatte
bearbeitet wird, können
die gewünschten Überstände der
Führungsleiste
und der Schneide der Reibahle eingestellt werden, damit der so genannte
Flugkreis der Führungsleiste
und der der Schneide. Besonders vorteilhaft ist es, dass eine genaue
Durchmesservorgabe möglich ist,
ohne Justiereinrichtungen zu verwenden. Daher können auch Reibahlen zur Bearbeitung
kleiner Bohrungsdurchmesser kostengünstig realisiert werden.
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Weitere
Ausführungsformen
des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Prinzipskizze einer Reibahle in Seitenansicht und
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2 eine
Prinzipskizze einer vergrößerten Reibahle
in Stirnansicht.
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Die
aus 1 ersichtliche Reibahle 1 weist einen
Grundkörper 3 auf,
in dessen Umfangsfläche 5 eine
Messerplatte 7 mit einer geometrisch bestimmten Schneide 9 eingesetzt
ist. Die Messerplatte 7 befindet sich im Bereich der Stirnseite 11 der
Reibahle 1 und erstreckt sich in axialer Richtung der Reibahle 1,
also in Richtung von deren Drehachse 13. Aus der Prinzipskizze
ist nicht ersichtlich, dass ein erster Bereich der Schneide 9 in
Richtung der durch einen Pfeil 15 angedeuteten Vorschubrichtung
der Reibahle geneigt ist und die Hauptschneide bildet, während ein
sich in 1 links anschließender Bereich
der Schneide 9 in entgegengesetzter Richtung abfällt und
die Nebenschneide der Messerplatte 7 bildet. Die Ausgestaltung
derartiger Schneiden ist bekannt, so dass darauf nicht näher eingegangen
wird.
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In
die Umfangsfläche 5 der
Reibahle 1 ist mindestens eine Führungsleiste 17 eingesetzt,
die, ausgehend von der Stirnseite 11, sich über einen
größeren axialen
Bereich, in Richtung der Drehachse 13 gesehen, erstreckt,
als die Messerplatte 7. Die Führungsleiste 17 dient
der Abstützung
der Reibahle 1 in der zu bearbeitenden Bohrung. Ihre Länge wird
auf die bei der Bearbeitung einer Bohrung auftretenden Stützkräfte abgestimmt
und ist hier lediglich beispielhaft wiedergegeben. Es ist also möglich, längere oder
kürzere
Führungsleisten 17 vorzusehen,
als dies aus 1 ersichtlich ist. Im Übrigen sei
noch darauf hingewiesen, dass die Länge der Führungsleisten auch in Abhängigkeit
von der Anzahl bei einer Reibahle vorgesehenen Führungsleisten festgelegt werden
kann.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist, in Richtung
der Drehachse 13 gesehen, in einem axialen Abstand zur
ersten Messerplatte 7 eine Messerplatte 19 vorgesehen,
die eine unter einem Winkel zur Drehachse 13 geneigte,
in Richtung zur Stirnseite 11 abfallende Schneide 21 aufweist,
die der Herstellung einer Fase dient. Daher wird diese Schneide 21 auch
als Fasenschneide bezeichnet.
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Der
Winkel der Fasenschneide wird an die gewünschten Gegebenheiten angepasst.
Es ist ersichtlich, dass im Bereich der zweiten Messerplatte 19 hier
keine Führungsleiste
vorgesehen ist.
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Aus 1 ist
noch ersichtlich, dass den Messerplatten 7 und 19 ein
Spanraum 23 zugeordnet ist, über den die von den Schneiden 19, 21 der
Messerplatten 7, 19 abgetragenen Späne abgeführt werden
können.
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Der
Grundkörper 3 der
Reibahle 1 kann links, also gegenüber der Stirnseite 11,
beliebig ausgebildet sein, um die Reibahle 1 mit der Werkzeugaufnahme
einer hier nicht dargestellten Werkzeugmaschine, einem Adapter,
einem Zwischenstück
oder dergleichen zu verbinden. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
ist ein zylindrischer Bereich 25 vorgesehen, der dazu dient,
die Reibahle 1 festzuspannen.
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Für die Bearbeitung
eines Werkstücks
ist es dabei letztlich irrelevant, ob die Reibahle 1 in
Rotation versetzt wird, was üblich
ist, oder ob das Werkstück
rotiert und die Reibahle 1 feststeht. Grundsätzlich können die
beiden Teile, Werkzeug und Werkstück auch eine Relativdrehung
durchführen,
wobei eine axiale Relativbewegung überlagert ist.
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2 zeigt
eine Reibahle 1 in stark vergrößerter Stirnansicht. Es ist
hier also die Stirnseite 11 der Reibahle 1 zu
erkennen. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen,
so dass insofern auf die Beschreibung der Reibahle gemäß 1 verwiesen
wird.
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Die
in 2 dargestellte Reibahle 1 weist im Bereich
der Stirnseite 11 eine einzige Messerplatte 7 mit
einer Schneide 9 auf. Außerdem ist hier die aus 1 erkennbare
Führungsleiste 17 zu
sehen. Die Reibahle 1 gemäß 1 weist
außerdem
eine diametral der Führungsleiste 17 gegenüberliegende Führungsleiste 17a auf,
die in der durch einen Pfeil 27 angedeuteten Drehrichtung
der Reibahle 1 gesehen, der Messerplatte 7 um
ca. 70° nacheilt.
Damit eilt also die Führungsleiste 17 der
Messerplatte 7, genauer gesagt deren Schneide 9,
um 250° nach,
wobei die hier genannten Winkel von der Schneide 9 aus
bis zur Mittelebene einer Führungsleiste
gemessen werden, die durch die Drehachsen 13 der Reibahle 1 verläuft.
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Schließlich zeigt 2,
dass der Messerplatte 7 gegenüberliegend eine Führungsleiste 17b vorgesehen
ist.
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In
die Umfangsfläche 5 des
Grundkörpers 3 der
Reibahle 1 ist hier mindestens eine Kühl-/Schmiermittelnut 29 eingebracht,
vorzugsweise ist jeder Führungsleiste 17a, 17b, 17 eine
derartige Kühl-/Schmiermittelnut
zugeordnet. Die Stirnansicht gemäß 2 zeigt,
dass eine erste Kühl-/Schmiermittelnut 29 der
ersten Führungsleiste 17a,
eine zweite Kühl-/Schmiermittelnut 31 der
zweiten Führungsleiste 17b und
eine dritte Kühl-/Schmiermittelnut 33 der
dritten Führungsleiste 17 zugeordnet
ist. Dabei eilen, in der durch den Pfeil 27 angedeuteten
Drehrichtung gesehen, die Nuten den Führungsleisten um ca. 25° vor.
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Die
Außenflächen 35a der
Führungsleiste 17a, 35b der
Führungsleiste 17b und 35 der
Führungsleiste 17 sind
gekrümmt,
vorzugsweise kreisbogenförmig
ausgebildet, wobei besonders Außenflächen 35a, 35b und 35 der
Führungsleisten 17a, 17b, 17 bevorzugt
werden, die auf einem Kreis liegen, dessen Radius kleiner ist als
der Radius der bearbeiteten Bohrung.
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Der
Abstand der Außenflächen 35a, 35b, 35 zur
Drehachse 13 ist etwas kleiner als der Abstand der Schneide 9 zur
Drehachse 13. Also ragt die Schneide 9 etwas weiter über die
Umfangsfläche 5 des
Grundkörpers 3 der
Reibahle 1, also die Außenflächen der Führungsleisten, hinaus. Vorzugsweise ist
vorgesehen, dass die Schneide 19 0,005 bis 0,02 mm weiter über die
Umfangsfläche 5 hinaus ragt,
als die Außenflächen 35a, 35b, 35 der
Führungsleisten 17a, 17b, 17.
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In
Drehrichtung gesehen vor der Messerplatte 7 ist der Spanraum 23 erkennbar,
in den die von der Schneide 9 abgetragenen Späne einer
Bohrungswand gelangen und aus dem Arbeitsbereich abgeführt werden
können.
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2 zeigt,
dass bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Reibahle 1 zwei Kühl-/Schmiermittelkanäle 37, 39 in
der Stirnseite 11 münden.
Aus diesen austretendes Kühl-/Schmiermittel
kann, insbesondere bei der Bearbeitung von Sacklöchern, durch den Spanraum 23 und
durch die Kühl-/Schmiermittelnuten 29, 31, 31' abgeführt werden.
Da hier jeder Führungsleiste 17a, 17b, 17 ein Kühl-/Schmiermittelkanal 29, 31, 33 zugeordnet
ist, wird die Außenfläche 35a, 35b, 35 der
Führungsleisten
optimal gekühlt
und geschmiert, während
die Reibahle 1 die Oberfläche einer Bohrung eines Werkstücks spanend
bearbeitet.
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Die
Draufsicht auf die Stirnseite 11 der Reibahle 1 lässt erkennen,
dass die Messerplatte 7, außerdem die Führungsleisten 17a, 17b und 17 in
Nuten eingesetzt sind, die in den Grundkörper 3 der Reibahle 1 eingebracht
wurden. Die innen liegenden Grundseiten der Führungsleisten sind quasi trapezförmig ausgebildet,
um die Berührungsoberfläche zwischen
Grundkörper
und Innenseite der Führungsleisten
zu vergrößern und
damit auch die Haltekräfte.
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Für die Messerplatte 7 ist
eine Nut 41 eingebracht, die im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet
ist und eine rückwärtige Flanke 43 aufweist,
an der sich die Messerplatte 7 bei der Bearbeitung einer Bohrungswand
eines Werkstücks
abstützt.
Der Schneide 9 gegenü berliegend
ist eine Grundfläche 45 der
Nut 41 erkennbar, an der sich die Messerplatte 7 vorzugsweise
vollflächig
abstützt.
Entsprechend ist also die Messerplatte 7 in diesem Bereich
ebenfalls rechteckförmig
ausgebildet.
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Die
Vorderseite 47 der Messerplatte 7, die auch als
Messerbrust bezeichnet wird, stützt
sich an einer der rückseitigen
Flanke 43 gegenüberliegenden
Begrenzungswand 47 der Nut 41 ab. Es ist also erkennbar,
dass die Nut 41 die Messerplatte 7 an drei Seiten
umfasst und damit einen relativ großen Berührungsbereich zwischen der
Messerplatte 9 und dem Grundkörper 3 der Reibahle 1 zur
Verfügung
stellt. Die Messerplatte 9 wird damit sehr gut im Grundkörper 3 der
Reibahle 1 verankert.
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Es
ist hier vorgesehen, dass die rückwärtige Flanke 43 und
die Begrenzungswand 49 der Nut 41 im Wesentlichen
parallel zueinander verlaufen, wobei die Begrenzungswand 49 mit
einer Durchmesserlinie 51 zusammenfällt, auf der auch die Schneide 9 liegt, ebenso
die Vorderseite 47 der Messerplatte 7. Die Grundfläche 45 verläuft senkrecht
zu den übrigen Wänden der
Nut 41, damit senkrecht zur Durchmesserlinie 51.
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2 zeigt
noch, dass die der Schneide 9 nacheilende Flanke 53 der
Messerplatte 7 nicht parallel zur Grundfläche 45 der
Nut 41 und damit zur Bodenfläche der Messerplatte 7 verläuft, sondern
vielmehr unter einem Winkel nach rechts abfällt und damit die Freifläche der
Schneide 9 bildet.
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Im
Folgenden wird auf das Verfahren zur Herstellung einer Reibahle 1 näher eingegangen:
Zunächst wird
in den Grundkörper 3 einer
Reibahle 1 mindestens eine Führungsleiste 17 eingebracht.
Dabei würde
es grundsätzlich
ausreichen, der Schneide 9 gegenüberliegend eine Führungsleiste 17b vorzusehen.
Gute Führungseigenschaften
ergeben sich bereits dann, wenn zusätzlich eine der Messerplatte 7 um
ca. 70° nacheilende
erste Führungsleiste 17a vorgesehen
wird.
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Optimale
Führungseigenschaften
ergeben sich, wenn der ersten Führungsleiste 17a eine
dritte Führungsleiste 17 gegenüberliegend
angeordnet ist, die auch aus 1 ersichtlich
ist.
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Die
Führungsleisten 17a, 17b und 17 können in
den Grundkörper 3 eingeklebt
oder eingelötet
werden. Vorzugsweise werden sie im Wege eines Hartlötverfahrens
im Grundkörper 3 der
Reibahle 1 verankert.
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In
einem nachfolgenden Schritt werden die Außenflächen 35a, 35b und 35 der
Führungsleisten 17a, 17b und 17 bearbeitet,
um einen definierten Überstand
der Außenflächen gegenüber der
Umfangsfläche 5 des
Grundkörpers 3 und
geeignete Oberflächenqualitäten zu erreichen.
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Vorzugsweise
sind die Außenflächen aus
einem besonders abriebfesten Material hergestellt, das sich auch
dadurch auszeichnet, dass sich Material der Bohrungswand hier nicht
absetzt und quasi aufgeschweißt
wird. Besonders bewährt
hat sich polychristalliner Diamant (PKD).
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Anschließend wird
die Messerplatte 7 in den Grundkörper 3 eingesetzt,
nämlich
in die dazu vorgesehene Nut 41 und dort auf geeignete Weise
befestigt. Es ist möglich,
hier ein Klebe- oder Lötverfahren, insbesondere
Weichlötverfahren,
einzusetzen. Besonders bevorzugt wird ein Klebeverfahren, weil sich damit
ein sehr guter Halt der Messerplatte 7 im Grundkörper 3 ergibt.
Außerdem
wird sichergestellt, dass die bei diesem Verfahren erforderlichen
Temperaturen nicht mehr zu einer Erweichung der Verbindung zwischen
den Führungsleisten 17a, 17b und 17 und
dem Grundkörper 3 der
Reibahle 1 führen.
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Anschließend kann
die Schneide 9 bearbeitet werden, um einen Überstand
gegenüber
der Umfangsfläche 5 des
Grundkörpers 3 zu
gewährleisten, der
etwas größer ist
als der der Außenflächen 35a, 35b und 35 der
Führungsleisten 17a, 17b und 17. Dabei
wird bevorzugt vorgesehen, dass die Schneide 9 0,005 bis
0,02 mm weiter über
die Umfangsfläche 5 der
Reibahle 1 hinaus steht, als die Außenflächen der Führungsleisten.
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Die
Schneide 9, vorzugsweise die ganze Messerplatte 7,
wird aus Hartmetall hergestellt. Damit ist gewährleistet, dass das Material
der Außenflächen der
Führungsleisten
härter
ist als das der Schneide 9. Damit ergeben sich optimale
Bearbeitungsqualitäten
bei der spanenden Bearbeitung von Bohrungsoberflächen in Werkstücken aus
schwer zerspanbaren Materialien.
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Durch
das hier beschriebene Herstellungsverfahren ist es möglich, Reibahlen 1 zu
erzeugen, deren Messerplatte 7 lagefest im Grundkörper 3 verankert
ist. Es ist also keine Justiereinrichtung vorgesehen, die einerseits
in der Realisierung teuer ist, andererseits bei Reibahlen 1 mit
kleinen Durchmessern gar nicht mehr realisiert werden kann.
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Die
Reibahle 1 zeichnet sich also dadurch aus, dass sie quasi
als Monoblockwerkzeug ausgebildet ist und dennoch für die Bearbeitung
von Bohrungsoberflächen
mindestens eine Führungsleiste aufweist,
wobei vorzugsweise zumindest die erste Führungsleiste 17a und
die zweite Führungsleiste 17b vorzusehen
sind. Besonders bevorzugt wird jedoch eine Reibahle, die, gemäß 2,
drei Führungsleisten 17a, 17b und 17 aufweist
und sich durch optimale Führungseigenschaften
in der bearbeiteten Bohrung auszeichnet.
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Für die Realisierung
der Reibahle ist es letztlich irrelevant, ob lediglich die Außenflächen 35a, 35b und 35 der
Führungsleisten 17a, 17b und 17 aus PKD
bestehen oder ob die gesamten Führungsleisten
aus diesem Material hergestellt sind. Entsprechendes gilt für die Messerplatte 7.
Dort könnte
im Bereich der Schneide 9 auch ein Hartmetalleinsatz vorgesehen
werden, während
die übrige
Messerplatte 7 aus einem anderen Material besteht. Die
preiswerteste Lösung
ist jedoch darin zu sehen, die komplette Messerplatte 7 aus
Hartmetall herzustellen.