DE102005037310A1

DE102005037310A1 - Schneideinsatz

Info

Publication number: DE102005037310A1
Application number: DE102005037310A
Authority: DE
Inventors: Markus Heinloth; Jürgen Bär; Martin Hausmann; Carsten Schwaner
Original assignee: Kennametal Widia Produktions GmbH and Co KG
Current assignee: Kennametal Widia Produktions GmbH and Co KG
Priority date: 2005-06-02
Filing date: 2005-08-04
Publication date: 2006-12-07
Also published as: WO2006128411A1; JP5079690B2; KR20080009734A; US20090123242A1; RU2411109C2; CA2609758A1; MX2007015013A; RU2007144538A; EP1888283A1; EP1888283B1; BRPI0611509A2; JP2008542046A; US8317435B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schneideinsatz zum Einspannen in einen scheiben- oder leistenförmigen Werkzeugkörper, insbesondere zum Fräsen von Kurbelwellen, der im Wesentlichen quaderförmig ist und zwei Frontflächen, deren Abstand die Breite des Schneideinsatzes definiert, zwei als Spanflächen dienende Seitenflächen, deren Abstand die Dicke des Schneideinsatzes bestimmt und eine obere und eine untere Seitenfläche besitzt, wobei zwischen den Frontflächen und der oberen und der unteren Seitenfläche jeweils eine konkave Stirnfläche angeordnet ist, so dass die obere und untere Seitenfläche und die konvexe Stirnfläche jeweils mit einer Seitenfläche Schneidkanten bildet, die seitlich in Schneidecken auslaufen. Erfindungsgemäß ist der Schneideinsatz dadurch gekennzeichnet, dass sich an die konvexe Stirnfläche eine einwärts abfallende Fläche 2 anschließt, welche die Schneidecke vorstehen lässt, dass zwischen den einwärts abfallenden Flächen 2 auf der Frontfläche beidseitig einer planen Auflagefläche zur Außenkante hin abfallende Abschrägungen vorgesehen sind, und dass die Breite und die Dicke des Schneideinsatzes maximal um 20% voneinander abweichen, vorzugsweise identische Längen aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schneideinsatz zum Einspannen in einem scheiben- oder leistenförmigen Werkzeugkörper, insbesondere zum Fräsen von Kurbelwellen, der im Wesentlichen quaderförmig ist und zwei Frontflächen, deren Abstand die Breite des Schneideinsatzes definiert, zwei als Spanfläche dienende Seitenflächen, deren Abstand die Dicke des Schneideinsatzes bestimmt, und eine obere und untere Seitenfläche besitzt, wobei zwischen den Frontflächen und der oberen sowie der unteren Seitenfläche jeweils eine konvexe Stirnfläche angeordnet ist, so dass die obere und untere Seitenfläche und die konvexe Stirnfläche jeweils mit einer Seitenfläche Schneidkanten bilden, die seitlich in Schneidecken auslaufen. Solche Schneideinsätze sind beispielsweise aus der DE 197 04 931 C1 bekannt.
Um bei der Lagerstellenbearbeitung einer Kurbelwelle eine 90°-Schulter einzuarbeiten, muss dieses Lager zunächst mit einer ersten Schneidplatte vorbearbeitet werden, bevor anschließend die Zylinderfläche mittels einer sogenannten Durchmesserplatte nachgearbeitet wird. Verwendet man für diese Bearbeitungsvorgänge zwei unterschiedliche Wendeschneidplatten mit jeweils vier Schneidkanten, ergibt sich eine relativ geringe Produktivität.

Die DE 197 04 931 C1 beschreibt einen Schneideinsatz mit einem im Wesentlichen kubischen Grundkörper, der als Wendeschneidplatte mit acht nutzbaren Schneidplatten ausgestattet ist. Dieser Schneideinsatz besitzt zwei parallel zueinander angeordnete Ebenen und von einem Befestigungsloch durchdrungene größere Flächen und vier hieran jeweils angrenzende Seitenflächen, nämlich zwei parallel zueinander liegende stirnseitige kleine Endflächen und größere Längsflächen, die jeweils mittig entlang ihrer Längsachse einen vorstehenden und als Anlagefläche beim Einspannen des Schneideinsatzes in einen Werkzeugträger dienenden Steg aufweisen. Die größeren Flächen gehen über eine gerundete Kante in die kleinen Endflächen über, so dass sich an der Längsseite etwa viertelkreisförmig ausgebildete Schneidkanten als Grenzlinien zu den Endflächen im Eckenbereich ergeben. Die langen Schneidkanten als Grenzlinien als zwischen den größeren Flächen und der jeweils angren zenden Längsfläche sind bogenförmig gekrümmt, so dass sich ein zur Längsmittel- und zur Quermittelebene spiegelsymmetrischer Körper ergibt. Die langen Schneidkanten mit ihren jeweiligen Enden und die gerundete Kante bilden zwischen der kleinen Endfläche und der größeren Fläche einen Winkel zwischen 70° und 90°. Trotz dieser acht Schneidkanten können mit einem solchen Schneideinsatz keine 90°-Schultern geschnitten werden, da die Nebenschneiden die Wangen der 90°-Schulter nachschneiden würden. Somit ist auch der Einsatz dieser Schneidplatten auf die Nutzung von vier Schneidkanten beschränkt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Wendeschneidplatte zur Bearbeitung einer 90°-Schulter zu schaffen, die für die Durchführung aller hierzu notwendigen Zerspanungsoperationen geeignet ist und gleichzeitig eine möglichst große Anzahl an wirksamen Schneidkanten aufweist.

Diese Aufgabe wird durch den Schneideinsatz nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß schließt sich bei diesem Schneideinsatz an die konvexe Stirnfläche eine einwärts abfallende Fläche an, welche die Schneidecke vorstehen lässt. Ferner sind zwischen den einwärts abfallenden Flächen auf der Frontfläche beidseitig einer planen Auflagefläche zur Außenkante hin abfallende Abschrägungen vorgesehen. Die Breite und die Dicke des Schneideinsatzes weichen maximal um 20% voneinander ab, vorzugsweise weisen sie identische Längen auf. Durch die vorstehend erwähnten Maßnahmen wird erreicht, dass die Nebenschneiden der erfindungsgemäßen Schneideinsätze freigelegt sind, so dass sie an einer Wange einer Kurbelwelle nicht nachschneiden können. Da der definierte Schneideinsatz aufgrund seiner etwa gleich großen Dicke und Breite sowohl für das Bearbeiten einer 90°-Schulter als auch für die Zapfendurchmesserbearbeitung einer Kurbelwelle verwendet werden kann, ersetzt der erfindungsgemäße Schneideinsatz die üblicherweise eingesetzten zwei Typen von Wendeschneidplatten. Dies minimiert sowohl die Werkzeuglagerkosten als auch die Herstellungskosten für die Schneideinsätze und führt insgesamt wegen der größeren Anzahl der nutzbaren Schneiden zu niedrigeren Fertigungskosten. Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

So soll nach einer Weiterbildung der Erfindung die Befestigungsschraube, die im eingespannten Zustand eine Bohrung durchgreift, die senkrecht zu den Frontflächen liegt, kürzer sein als die Schneidkantenlänge. Mit dieser Maßnahme wird eine übermäßige Längung der Befestigungsschraube verhindert.

Vorzugsweise besitzt die Frontfläche zwischen den beiden genannten Fasen eine ebene Anlagefläche, wobei die Anlageflächen der beiden beabstandeten Frontflächen exakt parallel zueinander liegen.

In einer konkreten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betragen die Neigungen der abfallenden Fläche relativ zur Auflagefläche 1° bis 10°, vorzugsweise 5°. Die Neigung der Abschrägungen zur Ebene der Auflagefläche liegt zwischen 15° und 30°, vorzugsweise bei 25°.

Um eine sichere Auflage zu schaffen, sind die Auflageflächen in der Frontfläche eben ausgebildet und liegen beidseitig der Bohrung zur Aufnahme der Befestigungsschraube. Die Auflageflächen und die Linien, die auf den konvexen Stirnflächen liegen und am weitesten vorstehen, liegen in einer einzigen Ebene, welche die Auflageebene bildet.

Der Spanwinkel entlang der Schneidkante wird vorzugsweise positiv gewählt und beträgt bis zu 20°, insbesondere 10° bis 15°. Zur Schneidkantenstabilisierung kann entlang der Schneidkante auch eine Fase angeordnet sein, die vorzugsweise unter einem Fasenwinkel von 0° bis –15° angeordnet ist. Der Krümmungsradius der konvexen Stirnflächen liegt nach einer Ausbildung der Erfindung zwischen 1 mm bis 1,5 mm, vorzugsweise bei 1,2 mm.

Weitere Ausführungsvarianten sowie Vorteile des Schneideinsatzes ergeben sich aus den Zeichnungen. Es zeigen
1 und 2 unterschiedliche Ansichten eines erfindungsgemäßen Schneideinsatzes in einer ersten Ausführungsform,
3 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform des Schneideinsatzes auf die Frontfläche,
4 eine Draufsicht auf eine Seitenfläche des Schneideinsatzes nach
3,
5 eine Detaildarstellung B gemäß 4 und
6 eine Schnittdarstellung E-E gemäß 4.
Der quaderförmige Schneideinsatz besitzt gegenüberliegende Frontflächen 10 und 11, die oben und unten durch konvexe Stirnflächen 1 in eine obere und untere Seitenfläche 5 übergehen. Die Spanflächen werden durch die Seitenflächen 6 gebildet, welche die Frontflächen 10 und 11 miteinander verbinden. Diese Seitenflächen 6 werden durch die mit der oberen und unteren Fläche 5 und der konvexen Stirnfläche 1 gebildete Schneidkante 7 begrenzt, die in dem Eckenbereich 7' einen Winkel von 90° überstreicht und ein nach innen geneigte Nebenschneide besitzt, die durch die im Anschluss an die Stirnfläche 1 sich anschließende abfallende Fläche 2 gebildet wird. Diese Fläche 2 erstreckt sich über die gesamte Dicke 3 des Schneideinsatzes und bewirkt, dass die Nebenschneide freigelegt wird, so dass diese Nebenschneide beim rechtwinkligen Eintauchen des Schneidwerkzeuges in das Werkstück nicht nachschneiden kann. Die beiden Frontflächen 10 und 11 besitzen ferner auf jeder Seite eine ebene Anlagefläche 8, wobei sich diese Anlageflächen parallel gegenüber liegen. In der Anlagefläche befindet sich ein Befestigungsloch 9, in welchem eine Spannschraube 12 aufgenommen wird. Beidseitig der ebenen Anlagefläche 8 und zwischen den abfallenden Flächen 2 (oben und unten) sind Abschrägungen 13 und 14 angeordnet. Die Breite 4 des Schneideinsatzes und die Dicke 3 sind nahezu identisch lang. Die Befestigungsschraube 12 soll nicht länger sein als der geradlinige Anteil der Schneidkante 7, um eine übermäßige Längung der Schraube zu verhindern. Der Schneideinsatz wird so in den Werkzeugträger eingebaut, dass er exakt unter einem Winkel von 90° in das Werkzeugstück eintaucht und eine exakte 90° Schulter schneidet. Vorzugsweise kann der Schneideinsatz überall bei der Kurbelwellenbearbeitung eingesetzt werden, wo der Ölbund so hoch ist, dass die gegenüberliegende Schneide nicht nachschneidet bzw. freiliegt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß 3 und 4, sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen wie beim Schneideinsatz nach 1 und 2 versehen. Auch der in 3 bis 6 dargestellte Schneideinsatz ist im Wesentlichen quaderförmig, wobei die aus 4 ersichtliche Breite 4 des Schneideinsatzes, die im Wesentlichen durch den Abstand der Schneidkantenecken 7' bestimmt wird, etwa um 20% größer als die Dicke 3 des Schneideinsatzes ist. An das Befestigungsloch 9 schließen sich jeweils beidseitig, in 3 oberhalb und unterhalb zwei kleine etwa trapezförmig gestaltete Auflageflächen 8 an, die mit Linien 15, wie aus 4 ersichtlich, in einer Ebene liegen. Die Linie 15, die etwa den Übergang der abfallenden Fläche 2 zu der gekrümmten Fläche 1 ausmacht, bildet wie aus 4 zu erkennen, in einer einzigen Ebene mit Flächen 8 liegend eine sichere Auflage. Wie aus 5 ersichtlich, beträgt der Winkel α, um den die Nebenschneide 17 gegenüber einer Vertikalen zur Schneidkante 7 nach innen geneigt ist, 5°. Entlang der Schneidkante erstreckt sich eine Fase 18 mit einem Winkel β von (–) 15° (siehe 6). Der Spanwinkel γ liegt bei 12° bis 15°.
Die Spanflächen 16 können mit Spanformelementen versehen sein, wobei auf die nach dem Stand der Technik bekannten Ausformungen in Form von Erhebung oder Absenkungen zurückgegriffen werden kann. Die Spanformelemente sollen insbesondere zum Abheben des Spans sowie zum Spanbruch dienen.
Der erfindungsgemäße Schneideinsatz kann aus einem Hartmetall oder einem Cermet-Körper bestehen, der unbeschichtet oder mit einer ein- oder mehrlagigen Beschichtung versehen ist. Die Materialwahl des Schneideinsatzes sowie der Beschichtung richtet sich im Wesentlichen nach den zu zerspanenden Werkstoff, der ein Nichteisenmetall, Eisen oder ein Gusswerkstoff sein kann, z. B. eine Kurbelwelle. Weiterhin wird die Materialwahl durch die Verfahrensparameter bestimmt, wobei beim Kurbelwellefräsen, das sowohl als Innen- als auch als Außenfräsen durchgeführt werden kann, vorzugsweise hohe Schnittgeschwindigkeiten von mehr als 160 m/min bis 300 m/min angestrebt werden.

Claims

Schneideinsatz zum Einspannen in einen scheiben- oder leistenförmigen Werkzeugkörper, insbesondere zum Fräsen von Kurbelwellen, der im Wesentlichen quaderförmig ist und zwei Frontflächen (10, 11), deren Abstand die Breite (4) des Schneideinsatzes definiert, zwei als Spanflächen (6) dienende Seitenflächen, deren Abstand die Dicke (3) des Schneideinsatzes bestimmt, und eine obere und eine untere Seitenfläche (5) besitzt, wobei zwischen den Frontflächen (10, 11) und der oberen und der unteren Seitenfläche (5) jeweils eine konkave Stirnfläche (1) angeordnet ist, so dass die obere und untere Seitenfläche (5) und die konvexe Stirnfläche jeweils mit einer Seitenfläche (6) Schneidkanten (7) bildet, die seitlich in Schneidecken (7') auslaufen, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die konvexe Stirnfläche (1) eine einwärts abfallende Fläche (2) anschließt, welche die Schneidecke (7') vorstehen lässt, dass zwischen den einwärts abfallenden Flächen (2) auf der Frontfläche (10, 11) beidseitig einer planen Auflagefläche (8) zur Außenkante hin abfallende Abschrägungen (13, 14) vorgesehen sind, und dass die Breite und die Dicke des Schneideinsatzes maximal um 20% voneinander abweichen, vorzugsweise identische Längen aufweisen.
Schneideinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsschraube (12), die im eingespannten Zustand eine Bohrung (9) durchgreift, die senkrecht zu den Frontflächen (10, 11) liegt, kürzer als die Schneidkantenlänge (7) ist.
Schneideinsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontfläche zwischen zwei Fasen (2) eine ebene Anlagefläche (8) aufweist, wobei die Anlageflächen (8) der beiden Frontflächen (10, 11) exakt parallel zueinander liegen.
Schneideinsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der abfallenden Fläche (2) relativ zur Auflagefläche (8) 1° bis 10°, vorzugsweise 5° beträgt.
Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der Abschrägung (13, 14) zur Ebene der Auflagefläche (8) 15° bis 30°, vorzugsweise 25° beträgt.
Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageflächen (8) in einer Frontfläche ebene Flächenstücke sind, die beidseitig der Bohrung (9) zur Aufnahme der Befestigungsschraube (12) angeordnet sind und die mit den Linien auf den konvexen Stirnflächen, die am weitesten hervorstehen, in einer Ebene liegen.
Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spanwinkel (γ) entlang der Schneidkante (7) positiv ist und bis zu 20°, vorzugsweise 10° bis 15° beträgt.
Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Schneidkante (7) eine Fase (18) angeordnet ist, vorzugsweise unter einem Fasenwinkel (β) von 0° bis –15°.
Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius (R) der konvexen Stirnflächen (1) 1 mm bis 1,5 mm, vorzugsweise 1,2 mm beträgt.