DE102006026820A1

DE102006026820A1 - Fräswerkzeug zum Formstoff-Fräsen von Sandgussformen

Info

Publication number: DE102006026820A1
Application number: DE200610026820
Authority: DE
Inventors: Josef Scherübl
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2007-12-13

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fräswerkzeug (4) zum Formstoff-Fräsen von Sandgussformen, insbesondere bestehend aus bindemittelhaltigem Formsand, im Wesentlichen bestehend aus einem endseitig eines lang gestreckten hohlen Schaftes (6) angeordneten, mit mindestens einem Schneidelement (21) versehenen Fräskopf (7). Ein äußerst günsiges Kosten-Standzeit-Verhältnis des Schneidelementes (21) lässt sich dadurch erreichen, dass dieses aus einem polykristallinen Diamant (PKD) besteht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fräswerkzeug zum Formstoff-Fräsen von Sandgussformen, insbesondere bestehend aus bindemittelhaltigem Formsand, gemäß Oberbegriff des Patentspruches 1.
Ein derartiges Fräswerkzeug ist beispielsweise in der DE 101 47 843 A1 gezeigt, die ein Verfahren zum Fräsen von Gießformen im Einzelnen beschreibt. Das dabei zum Einsatz kommende Fräswerkzeug in Gestalt eines Schruppwerkzeuges oder eines Schlichtfräsers für die Herstellung von hitzebeständigen Gießformen aus Formstoff, insbesondere aus bindemittelhaltigem Formsand, oder die Herstellung von Modellen bzw. Prototypen aus Kunststoff, Graphit, Holzwerkstoffen oder sonstigen fräsbaren Werkstoffen ist gekennzeichnet durch einen als dünnwandigen Hülsenkörper ausgebildeten und ausgewuchteten rotationsymmetrischen Werkzeugschaft, der stirnseitig einen Schneidkopf mit einer oder mehreren Schneidplatten oder flügelartigen Einsätzen aufweist und auf dem gegenüberliegenden endseitigen Schaftbereich mit einem Spannschaft versehen ist. Die Schneidplatten sind dabei aus Hartmetallplatten geschnitten. Die Schneidplatten können ferner beschichtet werden oder außerdem aus Schnellarbeitsstahl sowie aus Keramik und Cermet bestehen.
Das Gebrauchsmuster DE 201 15 961 U1 beschreibt einen Schaftfräser mit auswechselbaren Schneidplatten für die Herstellung von hitzebeständigen Gießformen, insbesondere aus bindemittelhaltigem Formsand, bestehend aus einem hülsenförmigen Hohlschaft und mindestens einer formschlüssig oder kraftschlüssig mit dem Hohlschaft verbundenen Schneidplatte, die eine hintere Seitenkante aufweist, die mit einem dem Innendurchmesser des Hohlschaftes entsprechenden Zentrieransatz versehen ist. Die Herstellung der Schneidplatte kann dabei aus einem beschichteten oder unbeschichteten plattenförmigen Material mit einer Dicke von ca. 1-3 mm vorgenommen werden, das aus Hartmetall, Schnellarbeitstahl, sowie aus Keramik und Sermet besteht.
Entsprechende Vorschläge für die Ausgestaltung von Schneidplatten gehen aus der DE 102 47 715 B4 hervor, die ein mehrschneidiges Fräswerkzeug mit Schneidplatten für das direkte Formstoff-Fräsen beschreibt, wobei ein um eine Fräswerkzeugachse rotierender Fräskronenkörper mit einem Ringbund vorgesehen ist, der mit einer umfangsverteilten Kronenverzahnung versehen ist.
Der Vollständigkeit halber sei noch auf die EP 1 108 498 B1 und die DE 42 00 808 C2 verwiesen, in denen Werkzeugeinheiten für Fräsmaschinen beschrieben sind, wobei zentrale Bohrungen u.s.w. für die Zufuhr von Schmier- und Kühlmittel bzw. Druckluft vorhanden sind.
Beim direkten Formstoff-Fräsen werden z. B. Gussformen erzeugt, ohne dass vorab ein Werkzeug zur Formherstellung angefertigt wird. Die Bestandteile der Gussform werden aus Blöcken von gießereiüblichen Formstoffen nach den 3D-CAD-Daten der Form für das Gussteil gefräst. Gegenüber der Verwendung einer Modelleinrichtung nach dem konventionellem Weg zeichnet sich das direkte Formstoff-Fräsen durch eine beträchtliche Zeit- und Kostenersparnis aus. Alle sandgussüblichen Werkstoffe, von Aluminium- oder Magnesiumlegierungen bis zu hochlegierten Stählen oder Grauguss können in den gefrästen Gießformen vergossen werden. Das Formstoff-Fräsen ist besonders vorteilhaft, weil bei der Gießform auf Ausformschrägen und Verrundungen verzichtet werden kann. Außerdem ist die Bearbeitung von Hinterschnitten möglich.
Bei dem dabei zum Einsatz kommenden Hochgeschwindigkeitsfräsen sind die Werkzeuge erheblichen Belastungen unterworfen. Da in der Regel mit sehr hohen Schnittgeschwindigkeiten gearbeitet wird unterliegen die Fräswerkzeuge hohen Fliehkraftbelastungen. Mit hohen Umfangsgeschwindigkeiten muss auch die Werkzeugunwucht berücksichtigt werden, die ansonsten von eher untergeordneter Bedeutung ist.
Mit den Maßnahmen gemäß vorstehend abgehandeltem Stand der Technik mag es in Grenzen gelungen sein, diesen besonderen Anforderungen an die Fräswerkzeuge gerecht zu werden. Weder behandelt noch gelöst wird in diesem Stand der Technik aber das Problem der nur äußerst begrenzten Standzeit der eingesetzten Schneidelemente, die sich aufgrund deren massiver Beanspruchung im Bearbeitungsprozess ergibt. Von daher ist es die Aufgabe der Erfindung, diesbezüglich eine Optimierung herbeizuführen.
Eine entscheidende Standzeitverlängerung eines Fräswerkzeuges zum Formstoff-Fräsen von Sandgussformen, insbesondere bestehend aus bindemittelhaltigem Formsand, gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1, ergibt sich überraschender Weise durch den Einsatz an sich bekannter Schneidelemente aus polykristallinem Diamant (PKD), gemäß Kennzeichen des Patentanspruches 1.
Üblicherweise wird dieser Schneidwerkstoff hauptsächlich bei der Bearbeitung von Hartmetall, Holz und Aluminium mit hohem Siliziumanteil eingesetzt. Bei von der Anmelderin durchgeführten Versuchen mit diesem Schneidwerkstoff für den anmeldungsgemäßen Verwendungszweck ergaben sich ungemein hohe Standzeiten, so dass trotz relativ hoher Anschaffungskosten für PKD-Schneiden ein insgesamt sehr gutes Kosten-Standzeit-Verhältnis die Folge ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht.
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen
1 eine schematisierte Gesamtdarstellung einer Anlage zum direkten Formstoff-Fräsen und
2 eine teilgeschnittene Darstellung eines dabei zum Einsatz kommenden erfindungsgemäßen Fräswerkzeuges.
Gemäß 1 besteht eine Anlage 1 zum direkten Formstoff-Fräsen im Wesentlichen aus einem Mehrachsen-Gelenkarmroboter 2, an dessen Handachse 3 ein erfindungsgemäß aufgebautes Fräswerkzeug 4 angeflanscht ist. Dieses besteht, wie im Detail weiter aus 2 ersichtlich, aus einer Antriebseinheit 5 und einem in diese stirnseitig eingesetzten lang gestreckten Schaft 6 mit endseitig daran befestigtem Fräskopf 7.
Mittels dieses Fräswerkzeuges 7 wird nun ein an einem vorzugsweise vertikal ausgerichteten Spannrahmen 8 befestigter plattenförmiger Rohling 9 bearbeitet und durch Einbringen einer Gravur 10 letztendlich eine Sandgussform erzeugt, die sich insbesondere für die Einzelstückfertigung und Kleinserienfertigung großer Gussteile in Industriegießereien eignet.
2 zeigt das Fräswerkzeug 4 in teilgeschnittener Darstellung. Die hier nur angedeutete im Stand der Technik an sich bekannte Antriebseinheit 5 beherbergt Mittel zum Aufnehmen bzw. Einspannen des Schaftes 6 sowie weiterhin Antriebsmittel um diesen für die eigentliche Fräsbearbeitung mit hoher Drehzahl rotieren zu lassen. Dabei ist der Schaft 6 über einen einenends angeordneten kegelstumpfförmigen Adapter 12 in die Antriebseinheit 5 eingesetzt. Ein konzentrisch angeordneter, sowohl den Adapter 12 als auch den Schaft 6 durchziehender Kanal 13 endet kurz vor einer gegenüberliegenden Stirnseite 14 des Schaftes 6 und verzweigt sich dort in drei, im Umfang um 120° versetzt angeordnete, schräg nach außen gerichtete Austrittsbohrungen 15 für durch den Kanal 13 geleitete Druckluft 11. Über eine geeignete, innerhalb der Antriebseinheit 5 angeordnete Druckluftversorgung kann damit während der Fräsbearbeitung des Rohlings 9 über den Kanal 13 sowie die Austrittsbohrungen 15 die Druckluft 11 in den Bereich der Werkstückbearbeitung geblasen werden mit der Folge, dass eine nachteilige Ansammlung von aus dem Rohling 9 herausgefrästem Formsand vermieden werden kann, da dieser von der Bearbeitungsstelle weggeblasen wird.
In die Stirnseite 14 des Schaftes 6 ist eine Gewindebohrung 16 eingearbeitet, in die ein Gewindezapfen 17 des als Kugelfräser ausgebildeten Fräskopfes 7 einschraubbar ist. Ein an den Gewindezapfen 17 sich anschließender zylindrischer Absatz 18 ist beidseitig mit Abflachungen 19 versehen, so dass dort ein Gabelschlüssel zum sicheren Einschrauben des Gewindezapfens 17 angreifen kann.
Der Fräskopf 7 ist an seinem vorderen kugelförmigen Abschnitt 20 mit zwei diametral gegenüberliegend angeordneten Beschichtungen 21 aus polykristallinem Diamant (PKD) ausgestattet, über die letztendlich der Rohling 9 bearbeitet werden kann. Selbstverständlich wäre es anstatt der unmittelbaren Aufbringung der PKD-Beschichtung auch möglich, entsprechende im Stand der Technik bekannte Wendeschneideplatten aus polykristallinem Diamant zu verwenden.

Claims

Fräswerkzeug zum Formstoff-Fräsen von Sandgrußformen, insbesondere bestehend aus bindemittelhaltigem Formsand, im Wesentlichen bestehend aus einem endseitig eines lang gestreckten, hohlen Schaftes angeordneten, mit mindestes einem Schneidelement versehenen Fräskopf, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidelement aus polykristallinem Diamant (PKD) besteht.
Fräswerkzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei diametral gegenüberliegend, unmittelbar auf den Fräskopf (7) aufgebrachte Beschichtungen (21) aus polykristallinem Diamant.
Fräswerkzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei diametral gegenüberliegend am Fräskopf befestigte Wendeschneideplatten aus polykristallinem Diamant.
Fräswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (6) von Kanälen (13, 15) zur Zufuhr von Druckluft (11) in den Bereich des Fräskopfes (7) durchzogen ist.
Fräswerkzeug nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen konzentrisch den Schaft (6) durchziehenden Kanal (13), der sich unmittelbar vor einer fräskopfseitigen Stirnseite (14) des Schaftes (6) in drei, im Umfang um 120° versetzt angeordnete, schräg nach vorne außen gerichtete Austrittsbohrungen (15) verzweigt.