DE102005055579A1

DE102005055579A1 - Kegelsenker mit axial-radialem Hinterschliff

Info

Publication number: DE102005055579A1
Application number: DE102005055579A
Authority: DE
Original assignee: Giess & Quanz & Co KG GmbH
Current assignee: Giess & Quanz & Co KG GmbH
Priority date: 2004-11-18
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2006-04-20

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kegelsenker (1), welcher aus einem Einspannschaft (3) und einem Senkerkopf (2) besteht. Der Senkerkopf (2) weist mindestens eine Schneidkante (4) auf, an die sich in Drehrichtung des Kegelsenkers (1) eine Freifläche (6) mit radialem Hinterschliff und eine Spannut (8) anschließen, wobei dem radialen Hinterschliff ein axialer Hinterschliff überlagert ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Fertigen eines Kegelsenkers. Die Formgebung des axial-radialen Hinterschliffs erfolgt durch überlagerte relative Zustellbewegungen zwischen Kegelsenker (1) und Formscheibe (15).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kegelsenker bestehend aus einem Einspannschaft und einem Senkerkopf, der mindestens eine Schneidkante aufweist, an die sich in Drehrichtung des Kegelsenkers eine Freifläche mit radialem Hinterschliff und daran eine Spannut anschließen.
Als spanendes Fertigungsverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide erfolgt das Senken im Anschluss an das Bohren oder Gießen. Mit einem Senker werden die Bohrungen am Ansatz aufgeweitet, um geeignete Auflageflächen für Verbindungselemente zu schaffen. Ein Kegelsenker erzeugt eine trichterförmige Aufweitung, vorzugsweise zur Aufnahme von Schraubköpfen von Senkschrauben.
Stand der Technik sind Kegelsenker, die sich z.B. durch drei Schneiden mit jeweils angrenzender Freifläche und Spannut sowie einen radialen Hinterschliff auszeichnen. Der radiale Hinterschliff ist erforderlich, damit durch die drehende Schnittbewegung Stoffteile an der Schneide in Form von Spänen mechanisch getrennt werden können. Ohne Hinterschliff würde wie beim Reiben mit Reibahlen nur ein Abtrag geringer Spanungsdicke stattfinden.

Das radiale Hinterschliff-Profil kann beschrieben werden durch einen Kurvenzug in einer Ebene orthogonal zur Kegelachse (Schnitt senkrecht zur Senker-Drehachse). Das US-Patent 2,442,554 offenbart die Formgebung eines einschneidigen Kegelsenkers mit einem solchen radialen Hinterschliffprofil.

Die Formung des Hinterschliffs erfolgt dem Stand der Technik gemäß im Herstellungsprozess des Kegelsenkers durch einen Schleifvorgang mit einer zylindrischen Schleifscheibe, die mit ihrer Deck- oder Mantelfläche im gewünschten Senkwinkel des Kegels parallel zu dessen Mantelfläche angestellt und mit einer Bewegungsrichtung senkrecht zur Kegelfläche in Abhängigkeit des Umfangswinkels des Senkers zugestellt wird. Bei 3-schneidigen Senkern erfolgt diese Hubbewegung in gleicher Wiese für die jeweilige Freifläche jeder der drei 120°-Mantel-Segmente.

Beginnend an den Umfangswinkeln, welche die Lage der Schneidkanten angeben, wächst die Auslenkung (Zustellung) der Schleifscheibe bis zum Übergang Freifläche – Spannut an. Der Kegel weist somit funktionsgemäß in jeder zur Drehachse orthogonalen Ebene an den Schneidkanten den größten Durchmesser auf. An diesem als Größtmaß bezeichneten Kegeldurchmesser findet minimalster Materialabtrag statt, wohingegen infolge des maximalen Hubs der Schleifscheibe an dem Übergang Freifläche – Spannut der maximale Materialabtrag erfolgt (kleinster Radius). Alternativ dazu kann die Formgebung durch eine Formscheibe erfolgen. Diese Art der Schleifscheibe besitzt einen zylindrisch ausgeprägten und einen daran angrenzenden konischen Teil. Die US Patentschrift 1,379,853 offenbart ein Verfahren mittels Formscheibe zum Fertigen eines kombinierten Bohr- und Senkwerkzeugs. Dabei werden in einem Arbeitsgang gleichzeitig sowohl die Bohrspitze als auch der Senkerabschnitt geformt. Die Drehachsen der Formscheibe und des Bohr-Senkwerkzeugs verlaufen parallel zueinander. Durch einen Hebelmechanismus mit Exzenterscheibe kann die Werkzeugdrehachse für festgelegte Umfangswinkel des Werkzeugs periodisch an die Formscheibendrehachse seitlich herangeführt werden. In diesen Winkelbereichen erfolgt ein größerer radialer Materialabtrag, der den radialen Hinterschliff ausbildet. Da sich dieser Hinterschliff auf Bohr- und Senkabschnitt des Werkzeugs auswirkt, ist gleichzeitig ein axialer Vortrieb des Werkzeugs entlang seiner Längsachse vorgesehen. Eine reine Längsbewegung bewirkt einen Kontakt zwischen Werkstück und Formscheibe nur im Bereich der Konusflächen und damit eine weitere Formung des radialen Hinterschliffs nur im Senkabschnitt des Werkstücks. Nachdem also der Bohrabschnitt seine Form erhalten hat, wird die endgültige Formung des Senkabschnitts durch eine reine Axialbewegung bewirkt.

Zu beobachten ist weiterhin eine durch die Hubbewegung der zylinderförmigen Schleifscheibe verursachte Riefenbildung auf der Kegelfläche. Sichtbar sind diese Schleifspuren auf der Freifläche als Linien, die bei dem oben beschriebenen Formgebungsprozess zwischen der Schneidkante und der Spannut nahezu senkrecht zur Senker-Drehachse auf der Mantelfläche verlaufen. Es ist bekannt, dass durch eine Oszillation der zylindrischen Schleifscheibe entlang ihrer Drehachse, also parallel zur Senker-Mantelfläche, die Riefenspuren in Kegellängsrichtung verschliffen werden können. Es entstehen dann v-förmige Schleifmuster auf der Freifläche. In aller Regel erfolgt diese Oszillation asynchron zu der Hubbewegung der Schleifscheibe und zu der Rotation des Senkers, so dass sich bei mehrschneidigen Senkern auf jeder Freifläche verschiedene Ausprägungen des v-förmigen Musters ergeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik einen Kegelsenker mit exakteren Schnitteigenschaften und ruhigeren Laufeigenschaften zu entwickeln.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass dem radialen Hinterschliff durch eine gleichzeitige radiale Zustellbewegung einer Formscheibe und durch eine axiale Vorschubbewegung des Kegelsenkers ein axialer Hinterschliff überlagert ist.

Weiterhin wird die Aufgabe derart durch ein Verfahren gelöst, dass die Formscheibe mit einer parallel zur Kegelsenker-Drehachse verlaufenden Drehachse radial in Bezug zu der Senkerdrehachse zugestellt wird und während des gesamten Formprozesses gleichzeitig eine axiale Vorschubbewegung des Kegelsenkers überlagert wird.

Der erfindungsgemäße Hinterschliff ist deutlich erkennbar an dem Verlauf des Schliffmusters, das sich auf der Freifläche abzeichnet. Das Schliffbild besteht aus parallelen, kreisbogenförmig zum Kegelinneren gekrümmten Linien, die von der Schneidkante in Richtung des Einspannschaftes verlaufen. Der axiale Versatz zwischen dem Linienanfangspunkt am Größtmaß des Radius an der Schneidkante und dem Endpunkt am kleinsten Radius an dem Übergang zur Spannut beträgt 1mm–5mm, vorzugsweise 2mm.

Die Formgebung der Freifläche kommt durch einen Materialabtrag entlang dieser Kurvenschar zustande, wobei die Schleifbewegung eine überlagerte Bewegung ist, bestehend aus einer Vorschubbewegung des Kegelsenkers entlang seiner Drehachse und einer Seitwärtsbewegung der Formscheibe, die radial in Bezug zur Senkerdrehachse verläuft. Durch Steuerung des Größenverhältnisses der beiden Vortriebsgeschwindigkeiten kann die Krümmung des radialen Hinterschliffs, das Querschnitts-Profil der Mantelfläche, variiert werden.

Durch die erfindungsgemäße Formgebung der Freifläche kann zwischen Schneidkante und Spannut ein Hinterschliff-Profil erzeugt werden, das in allen Ebenen orthogonal zur Drehachse des Kegelsenkers einen maximalen Hub von 0,05 mm–0,30 mm, vorzugsweise 0,1 mm aufweist.

Der erfindungsgemäße Hinterschliff ist vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass er in Längsrichtung des Kegelsenkers einen von der Kegelspitze zur Kegelgrundfläche stetig steiler werdenden Kegelwinkel aufweist.

Die Formung des resultierenden axial-radialen Hinterschliffs erfolgt durch die Überlagerung einer zusätzlichen Schwenkbewegung der Formscheibe um eine Achse, wobei die Achse durch die Drehachse der Formscheibe verläuft und senkrecht auf der durch die Drehachse von Kegelsenker und Formscheibe aufgespannten Ebene steht.

Der recht flache Verlauf des radialen Hinterschliffs ebenso wie der an der Kegelspitze mit flachem Verlauf beginnende axiale Hinterschliff entspricht einem geringen Hub der Schleifscheibe und damit wenig Materialabtrag. Der flachere Verlauf des Hinterschliffs garantiert eine bessere Führung des Senkers bei der Bearbeitung und erlaubt eine ratterfreie Bearbeitung von Werkstücken.

Die resultierende Bewegung aus radialem Heranführen der Schleifscheibe, axialem Vortrieb des Senkers und Schwenkbewegung der Schleifscheibe beginnt in dem Zeitpunkt, in dem die Schneidkante die Berührungslinie zur Schleifscheibe bildet (Größtmaß) und endet für einen Schleifzyklus an dem Übergang zur Spannut, woraus sich oben beschriebenes Schliffbild auf der Mantelfläche abzeichnet.

Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass die Oberfläche eine Rauhtiefe R_Z von 1,0 μm–3,0 μm aufweist und infolge der axialen Bewegung die Schleifscheibe eine gleichmäßigere Abnutzung erfährt.

Anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

1 einen 3-schneidigen Kegelsenker in Gesamtdarstellung,

2 schematisch einen Schnitt durch einen Kegelsenker gemäß 1 senkrecht zur Senker-Drehachse,

3 schematisch ein axiales Profil mit Schliffbild nach der erfindungsgemäßen Formung des axial-radialen Hinterschliffs,

4 schematisch die Formung des axial-radialen Hinterschliffs durch das Zustellen einer 45°-Formscheibe.

1 zeigt einen 3-schneidigen Kegelsenker 1, bestehend aus einem Senkerkopf 2 und einem Einspannschaft 3 in Gesamtdarstellung. Der Senkerkopf 2 ist in drei 120°-Segmente unterteilt, die sich jeweils aus einer in Senker-Drehrichtung R an die Schneidkante 4 angrenzenden Freifläche 6 und einer daran anschließenden Spannut 8 zusammensetzen. Die in 1 dargestellte Entgratung eine Bohrlochs findet durch Zerspanen des Werkstückmaterials 9 mittels der drei Schneidkanten 4 statt. Hierzu rotiert der Kegelsenker 1 im Sinn einer Rechtsschraube um seine Längsachse (z-Achse) und wird mit einem Vortrieb in entlang dieser Längsachse (z-Richtung) beaufschlagt.
2 verdeutlicht das radiale Profil des erfindungsgemäßen axial-radialen Hinterschliffs. Die Zeichnung zeigt einen Schnitt durch den Senkkopf 2 in einer Ebene x-y senkrecht zur Drehachse z. Erkennbar ist das radial flacher verlaufende Profil 10 der Freifläche 6 im Vergleich zu dem stärker zur Kegelachse hin gekrümmten Profil 12, welches aus dem Stand der Technik bekannt ist (gestrichelte Linie). In jeder x-y Ebene (die sich jeweils durch die z-Koordinate auf der Senker-Drehachse, d.h. die Höhe des Kegels, unterscheidet) und für jedes der drei 120°-Segmente bildet die Schneidkante 4 funktionsgemäß den größten Radius. Die Umfangslinie der Freifläche entspricht den Hinterschliff-Profilen 10, 12.
3 zeigt das axiale Profil des erfindungsgemäßen axial-radialen Hinterschliffs zusammen mit dem Schliffbild, das sich nach der erfindungsgemäßen Formgebung des axial-radialen Hinterschliff-Profils 10 auf der Freifläche 6 abzeichnet. Die durch den Schleifvorgang entstehenden Linien 14 verlaufen bogenförmig, an der Schneidkante 4 beginnend und in Drehrichtung R abfallend bis zur Spannut 8. Sie enden dort mit einem axialen Versatz H. An der Kante zur Spannut 8 ist der von der Kegelspitze zur Kegelgrundfläche stetig steiler werdende Kegelwinkel erkennbar, der sich durch die Schwenkbewegung der Formscheibe 15 ausbildet und zu einem verstärkten Materialabtrag führt.
Die Formung des Hinterschliffs mittels Zustellen einer 45°-Formscheibe 15 ist in 4 gezeigt. Die rotierende Formscheibe 15 wird in (-y)-Richtung in Bezug auf die Senker-Drehachse Z mit einem radialen Hub zugestellt und zugleich um die Achse A auf den Kegelsenker 1 zu geschwenkt. Der Kegelsenker 1 selbst erfährt einen Vortrieb entlang seiner Achse in z-Richtung um den axialen Hub H. Alle drei Bewegungen beginnen synchron ausgehend von einer Parallelstellung der Kegelsenker- und der Formscheiben-Drehachse in dem Zeitpunkt, in dem die Schneidkante 4 die Berührungslinie mit der Formscheibe 15 bildet. Der radiale Zustell-Hub wächst unter gleichzeitiger Schwenkung der Formscheibe 15 vom Wert 0 auf den maximalen Wert an, während der Senker 1 sich von der Schneidkante 4 zur Spannut-Kante weiterdreht und um den axialen Hub H vorgetrieben wird. Dieser Bewegungsablauf wiederholt sich bei mehrschneidigen Senkern in jedem Segment und führt zu dem kennzeichnenden Schliffbild mit den Linien 14.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, daß grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.

Claims

Kegelsenker (1) bestehend aus einem Einspannschaft (3) und einem Senkerkopf (2), der mindestens eine Schneidkante (4) aufweist, an die sich in Drehrichtung des Kegelsenkers (1) eine Freifläche (6) mit radialem Hinterschliff und eine Spannut (8) anschließen, dadurch gekennzeichnet, dass dem radialen Hinterschliff durch eine gleichzeitige radiale Zustellbewegung einer Formscheibe (15) und durch eine axiale Vorschubbewegung des Kegelsenkers (1) ein axialer Hinterschliff überlagert ist.
Kegelsenker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hinterschliff derart ausgebildet ist, dass er in Längsrichtung des Kegelsenkers (1) einen von der Kegelspitze zur Kegelgrundfläche stetig steiler werdenden Kegelwinkel aufweist.
Kegelsenker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schliffbild auf der Freifläche (6) parallele, bogenförmige gekrümmte Linien (14) aufweist, die an der Schneidkante (4) beginnen und in Richtung des Einspannschaftes (3) mit einem axialen Hub (H) an der Spannut-Kante enden.
Kegelsenker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das radiale Hinterschliffprofil einen radialen Hub von 0,05 mm–0,30 mm, vorzugsweise 0,1 mm aufweist.
Kegelsenker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Hub (H) einen Wert von 1 mm–5mm, vorzugsweise 2mm aufweist.
Kegelsenker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauhtiefe R_Zder Kegel-Mantelfläche nach DIN 4768 (gemittelte Rauhtiefe) im Bereich von 1,0 μm–3,0 μm liegt.
Kegelsenker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelsenker (1) 1-,3-, 5-, oder 7-schneidig ausgeführt ist.
Kegelsenker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelwinkel einen beliebigen Wert aufweist, insbesondere 60°, 75°, 90° oder 120° beträgt.
Verfahren zum Fertigen eines Kegelsenkers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formscheibe (15) mit einer parallel zur Kegelsenker-Drehachse verlaufenden Drehachse radial in Bezug zu der Senkerdrehachse (Z) zugestellt wird und während des gesamten Formprozesses gleichzeitig eine axiale Vorschubbewegung des Kegelsenkers (1) überlagert wird.
Verfahren zum Fertigen eines Kegelsenkers nach den Ansprüchen 2 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zustellbewegungsablauf nach Anspruch 9 eine zusätzliche Schwenkbewegung der Formscheibe (15) um eine Achse (A) überlagert ist, wobei die Achse (A) durch die Drehachse der Formscheibe (15) verläuft und senkrecht auf der durch die Drehachse von Kegelsenker (1) und Formscheibe (15) aufgespannten Ebene steht.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die sich überlagernden Zustellbewegungen synchron starten, sobald die Berührungslinie zwischen Kegelsenker (1) und Formscheibe (15) auf eine der Schneidkanten (4) fällt.