DE102007019933A1

DE102007019933A1 - Schneidenträger mit aufgelötetem Schneidkörper und Fräsmesserkopf

Info

Publication number: DE102007019933A1
Application number: DE102007019933A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Ehrmann
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2008-10-30
Also published as: WO2008131717A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schneidenträger mit aufgelötetem Schneidkörper zum Einbau in ein Fräswerkzeug sowie einen Fräsmesserkopf mit mindestens einem solchen Schneidenträger. Erfindungsgemäß ist der Schneidkörper auf dem Schneidenträger axial und radial positiv angeordnet, wobei die Nebenschneide des Schneidkörpers mindestens einen ersten Schneidkantenabschnitt und einen zweiten Schneidkantenabschnitt besitzt, welche winklig zueinander angeordnet sind. Der erste Schneidkantenabschnitt schließt in einem Winkel zwischen 70 und 80° an die Hauptschneide an und verläuft im Wesentlichen gerade, wohingegen der zweite Schneidkantenabschnitt zumindest über einen Teilbereich konvex gekrümmt ist und einen Krümmungsradius zwischen 180 bis 420 mm besitzt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schneidenträger mit einem aufgelöteten Schneidkörper zum Einbau in ein Fräswerkzeug, insbesondere einen Planfräser, für die zerspanende Bearbeitung von Werkstücken aus Aluminium und Aluminium enthaltenden Legierungen, wobei der Schneidkörper eine Hauptschneide und eine Nebenschneide aufweist.
Die Erfindung betrifft ferner einen Fräsmesserkopf eines Fräswerkzeuges, insbesondere eines Planfräsers, für die zerspanende Bearbeitung von Werkstücken aus Aluminium und Aluminium enthaltenden Legierungen mit mindestens einem Schneidenträger der vorgenannten Art.
Die Anforderungen an die mechanischen Kennwerte von Werkstückstoffen steigen ständig. Um Werkstücken aus Aluminiumguss eine höhere Festigkeit zu verleihen, werden sie beispielsweise einer nach dem Gießen durchgeführten Wärmebehandlung unterzogen. Mit einer höheren Festigkeit geht auch eine veränderte Randzonenbeschaffenheit einher, welche sich auf die zur Bearbeitung eingesetzten Werkzeuge in einer verringerten Standzeit auswirkt. Dem Verschleiß kann u. a. dadurch entgegengewirkt werden, dass verschleißfestere Werkstoffe für die Werkzeuge eingesetzt werden. So sind nach dem Stand der Technik mit Diamant beschichtete Schneideinsätze für die zerspanende Bearbeitung von Werkstücken bekannt. Eine Hartmetallwendeschneidplatte mit Diamantschicht für die zerspanende Bearbeitung von Teilen aus Leichtmetall wird beispielsweise in der DE 20 2004 014 495 U1 beschrieben.
Ein bekanntes Verfahren zur Aufbringung einer Diamantschicht stellt die chemische Gasabscheidung (CVD) dar. Ein solches Verfahren wird in der DE 100 46 973 B4 beschrieben (Verfahren zur Herstellung eines Diamantwerkzeuges). Die Herstellung von Schneideinsätzen aus CVD-Diamant ist jedoch aufgrund hoher Rohmaterialkosten sowie hoher Verarbeitungskosten sehr kostenintensiv.
Darüber hinaus kann dem Verschleiß des Werkzeuges auch durch eine positive Schneidengeometrie entgegengewirkt werden, welche eine Verringerung der Axialkraft auf die Werkstückoberfläche zur Folge hat. Positive Geometrien werden beispielsweise durch Einlasern einer Spanleitstufe erzeugt, was jedoch den Nachteil hat, dass ein ggf. erforderliches Nachschleifen der Schneide nur bedingt möglich ist.
Mit dem Verschleiß des Werkzeuges geht in der Regel auch eine Verschlechterung der Oberflächenqualität des bearbeiteten Werkstücks einher. Beim Planfräsen wird aufgrund von Schneidenfehler das Material im Auslauf der Fräsbahn nicht mehr vollständig zerspant, sondern nach außen über den Werkstückrand weggedrückt, was zur Gratbildung führt.
Ein Schneideinsatz, der höchsten Anforderungen hinsichtlich Standzeit und Oberflächengüte gerecht werden soll, wird in der EP 0 742 743 B1 beschrieben. Er besitzt vier Hauptschneiden und an den Eckbereichen vier Nebenschneiden, wobei Haupt- und Nebenschneiden entgegengesetzt schräg zur Auflagefläche stehen. Ferner wird vorgeschlagen, zwischen Haupt- und Nebenschneide eine Sekundär-Nebenschneide anzuordnen, die im Wesentlichen parallel zur Auflagefläche verlaufen soll. Dank dieser Schneidkantengeometrie soll der Schneideinsatz den hohen Belastungen beim Fräsen besonders gut standhalten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schneideinsatz mit einer verbesserten Schneidkantengeometrie im Hinblick auf die Gratbildung und einer damit einhergehenden Erhöhung der Standzeit zu entwickeln. Ferner soll der Schneideinsatz eine hohe Oberflächengüte des Werkstücks in Bezug auf Rauhigkeit als auch Welligkeit ermöglichen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird der Schneidenträger mit aufgelötetem, eine Haupt- und eine Nebenschneide aufweisenden Schneidkörper nach Anspruch 1 vorgeschlagen.
Ferner ist es Aufgabe, eine optimale Einbaulage des Schneidenträgers mit aufgelötetem Schneidkörper in einem Fräswerkzeug zu gewährleisten. Vorzugsweise soll das Fräswerkzeug zum Planfräsen, weiterhin vorzugsweise zum Planfräsen von Werkstücken aus Aluminium und Aluminium enthaltenden Legierungen, geeignet sein. Hierzu wird der Fräsmesserkopf nach Anspruch 8 vorgeschlagen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß ist der Schneidkörper axial und radial positiv auf dem Schneidenträger angeordnet und die Nebenschneide des Schneidkörpers besitzt mindestens einen ersten und einen zweiten Schneidkantenabschnitt, welche winkelig zueinander angeordnet sind. Der erste Schneidkantenabschnitt schließt in einem Winkel (γ) zwischen 70° und 80°, vorzugsweise 75°, an die Hauptschneide an und verläuft im Wesentlichen gerade. Der zweite Schneidkantenabschnitt weist zumindest über einen Teilbereich eine konvexe Krümmung auf, wobei der Krümmungsradius (R1) 180 mm bis 420 mm, vorzugsweise 200 mm, beträgt. Die Kombination aus doppelt-positiver Einbettung des auf den Schneidenträger aufgelöteten Schneidkörpers (axial und radial positiv) und beschriebener Schneidkantengeometrie bewirkt eine niedrige Axialkraft (daraus resultierende niedrige Welligkeit) einerseits, andererseits, dass die Nebenschneide als Schlichtschneide und somit zum Glätten des Schneidbereichs einsetzbar ist.
Die winkelig zueinander angeordneten Schneidkantenabschnitte der Nebenschneide schließen einen Winkel < 180° ein. Darüber hinaus beträgt die Länge des zweiten Schneidkantenabschnitts und die Länge der Hauptschneide ein Vielfaches der Länge des ersten Schneidkantenabschnitts. Zudem ist der zweite Schneidkantenabschnitt länger als die Hauptschneide. Bevorzugt weist der erste Schneidkantenabschnitt eine Länge von 0,5 mm bis 0,9 mm, vorzugsweise von 0,7 mm auf. Der Schneidkantenverlauf zeigt somit eine Anschnittgeometrie, d. h. der Übergang der Hauptschneide zur Nebenschneide erfolgt im stumpfen Winkel, wobei die Nebenschneide selbst erneut abgewinkelt ist.
Weiterhin bevorzugt ist der Schneidkörper zur Herstellung einer axialen Positivgeometrie in einem Winkel (α) zwischen 6° und 10°, vorzugsweise 8°, zur Längsachse des Schneidenträgers und zur Herstellung einer radialen Positivgeometrie in einem Winkel (β) zwischen 4° und 8°, vorzugsweise 6°, zu einer radialen Mittellinie des Schneidenträgers angeordnet.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Übergang der Hauptschneide in den ersten Schneidkantenabschnitt der Nebenschneide verrundet, wobei der Verrundungsradius (R2) 0,2 mm bis 0,4 mm, vorzugsweise 0,3 mm, beträgt. Die Verrundung verleiht der Schneidkante eine zusätzliche Stabilität.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Schneidkörper aus einem verschleißfesten Material, nämlich einem Hartmetall-, CBN- oder PKD-Körper besteht (CBN = Kubisches Bornitrid, PKD = Polykristalliner Diamant).
Ferner soll der erfindungsgemäße Schneidenträger mit aufgelötetem Schneidkörper zum Einbau in ein Fräswerkzeug geeignet sein. Hierzu weist er einen in der Grundrissprojektion zylindrischen Schaft auf, der umfangseitig und an seinem dem Schneidkörper abgewandten Ende Planflächen aufweist, die in Anlage mit Flächen von Klemm- und/oder Keilkörpern und/oder Gewindestiften bringbar sind, um den Schneidenträger beim Einbau axial auszurichten und/oder zu fixieren.
Für den Einbau eines vorstehend beschriebenen Schneidenträgers in ein Fräswerkzeug, insbesondere einen Planfräser, wird darüber hinaus ein Fräsmesserkopf mit mindestens einem erfindungsgemäßen Schneidenträger vorgeschlagen.
Zum Einsetzen des Schneidenträgers ist stirnseitig an dem Fräsmesserkopf eine Ausnehmung vorgesehen. Diese ist mit einer weiteren stirnseitigen Ausnehmung und wenigstens einer umfangseitigen Ausnehmung verbunden, in welche jeweils ein Klemm- und/oder Keilkörper und/oder Gewindestift einsetzbar ist. Der Klemm- und/oder Keilkörper ist mittels einer Befestigungs- und/oder Justierschraube in der jeweiligen Ausnehmung fixierbar.
Bevorzugt wird ein Keilkörper in eine umfangseitige Ausnehmung eingesetzt, und zwar derart, dass der Keilkörper mit seiner Keilfläche an der unterseitigen Planfläche des Schneidenträgers anliegt. Durch Drehen einer durch den Keilkörper geführten Justierschraube wird der Keilkörper innerhalb der Ausnehmung bewegt, wobei die Keilfläche an der unterseitigen Planfläche des Schneidenträgers entlang geführt und eine axiale Feineinstellung des Schneidenträgers vorgenommen wird.
In einer ggf. weiteren umfangseitigen Ausnehmung wird ein Klemmkörper eingesetzt und in Anlage mit einer umfangseitigen Planfläche des Schneidenträgerschaftes gebracht. Die Befestigung des Klemmkörpers erfolgt vorzugsweise ebenfalls über eine Justierschraube. Ein wiederholtes Klemmen und Lösen ist somit genau reproduzierbar.
In die weitere stirnseitige Ausnehmung des Fräsmesserkopfes wird bevorzugt ein Gewindestift eingesetzt, der in Eingriff mit einer umfangseitigen, aus zwei schräg zur Längsachse (a) stehenden Planflächen gebildeten Ausnehmung des Schneidenträgers gebracht wird. Der Gewindestift trägt zur Fliehkraftsicherung des Schneidenträgers im Fräsmesserkopf bei.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist einer von mehreren im Fräsmesserkopf eingesetzten Schneidenträgern einen axialen Überstand gegenüber den anderen Schneidenträgern auf. Die Nebenschneide dieses Schneidkörpers dient als Schlichtschneide.
Jeweils ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schneidenträgers sowie eines Fräsmesserkopfes mit wenigstens einem solchen Schneidenträger werden im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1a–c verschiedene Ansichten eines Schneidenträgers mit aufgelötetem Schneidkörper,
2 eine Detailansicht des aufgelöteten Schneidkörpers aus 1b,
3 eine perspektivische Darstellung des Schneidenträgers aus 1a–c,
4 eine perspektivische Darstellung eines Fräsmesserkopfes und
5 einen Teilschnitt durch den Fräsmesserkopf aus 4
Den Ansichten der 1a–c ist ein Schneidenträger 1 mit einem aufgelöteten Schneidkörper 2 und einem in der Grundrissprojektion zylindrischen Schaft zu entnehmen. Zur Aufnahme des Schneidkörpers 2 ist der Schaft im Kopfbereich ausgeklinkt. Der vorliegend trapezförmige Schneidkörper 2 liegt mit seiner Grundfläche und einer im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse (a) des Schneidenträgers 1 stehenden Seitenfläche am Schaft an. Die der Grundfläche gegenüberliegende Spanfläche bildet mit zwei weiteren Seitenflächen eine Hauptschneide 3 und eine Nebenschneide 4.
Darüber hinaus ist den 1a–c eine doppelt positive Einbettung des Schneidkörpers 2 zu entnehmen. 1a verdeutlich die axiale Positivgeometrie, wobei die Hauptschneide 3 des Schneidkörpers 2 in einem Winkel (α) = 8° gegenüber der Längsachse (a) des Schneidenträgers 1 geneigt angeordnet ist. 1c dagegen zeigt die radiale Positivgeometrie des Schneideinsatzes. Gegenüber eine radialen Mittellinie (r) ist der Schneidkörper 2 in einem Winkel (β) = 6° geneigt angeordnet.
Ferner ist in 1b der Krümmungsradius (R1) der Nebenschneide 4 angedeutet. Der Krümmungsradius (R1) beträgt hier 200 mm.
2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 1b, nämlich eine Detailansicht des Schneidkörpers 2. Die Detailansicht verdeutlicht, dass die Nebenschneide 4 einen ersten Schneidkantenabschnitt 4.1 und einen zweiten Schneidkantenabschnitt 4.2 aufweist, welche winkelig zueinander angeordnet sind. Der erste Schneidkantenabschnitt 4.1 bildet mit der Hauptschneide 3 eine stumpfwinkelige Schneidkantenecke aus. In der Zeichnung ist der Winkel (γ) zwischen der Verlängerung des ersten Schneidkantenabschnitts 4.1 und der Hauptschneide 3 angegeben. Der Winkel (γ) beträgt vorliegend 75°.
Ferner sind 2 die Längenverhältnisse der einzelnen Schneidkantenabschnitte zu entnehmen. Der erste Schneidkantenabschnitt 4.1 der Nebenschneide ist deutlich kürzer als der zweite Schneidkantenabschnitt 4.2 oder die Hauptschneide 3. Des Weiteren ist auch die Hauptschneide 3 kürzer als die Nebenschneide. 4 bzw. als der zweite Schneidkantenabschnitt 4.2. In dem dargestellten Beispiel beträgt die Länge (L) des ersten Schneidkantenabschnitts 0,7 mm. Lage und Länge des ersten Schneidkantenabschnitts 4.1 erzeugen eine Anschnittgeometrie, welche wesentlich zur Lösung der gestellten Aufgabe beiträgt. Die Anschnittgeometrie bewirkt, dass die Belastung der Schneidkante in diesem Bereich geringer ist, ferner dass bei Neigung des Werkstoffes zur Gratbildung die Gratwurzel bei der Bearbeitung abgespant wird.
Bei dem dargestellten Schneidkörper 2 ist der Übergang der Hauptschneide 3 in den ersten Schneidkantenabschnitt 4.1 der Nebenschneide 4 zusätzlich verrundet. Der Verrundungsradius (R2) beträgt 0,3 mm. Auch diese Maßnahme wirkt sich vorteilhaft auf die Schneidkantenstabilität aus. Darüber hinaus soll der dargestellte Schneidkörper 2 ein besonders verschleißfester PKD-Körper sein.
Zum Einbau in ein Fräswerkzeug weist der Schneidenträger 1 umfangseitig und an seinem dem Schneidkörper 2 abgewandten Ende Planflächen 5.1, 5.2 und 6 auf. Im eingebauten Zustand liegen diese Planflächen an den entsprechenden Flächen eines Keilkörpers 8 und eines Klemmkörpers 7 sowie eines Gewindestiftes 13 an (5).
Ein zur Aufnahme von Schneidenträgern gemäß 3 geeigneter Fräsmesserkopf ist in 4 dargestellt. Er weist stirnseitig zylindrische Ausnehmungen 9 auf, in die die Schneidenträger 1 eingesetzt werden. Umfangseitig angeordnete Bohrungen 11 dienen der Aufnahme von Klemm- und Keilkörpern 7, 8, die derart eingesetzt werden, dass deren Klemm- und Keilflächen an den jeweiligen Planflächen 5.1 und 6 eines Schneidenträgers 1 anliegen. Die Positionierung und Befestigung der Klemm- und Keilkörper 7, 8 in den Bohrungen 11 erfolgt mittels Justierschrauben 12. Durch Drehen der mit dem Keilkörper 8 verbundenen Justierschraube 12 wird der Keilkörper 8 innerhalb der umfangseitigen Bohrung 11 im Wesentlichen in radialer Richtung verschoben, so dass eine axiale Einstellung des anliegenden Schneidenträgers 1 einschließlich des Schneidkörpers 2 erfolgt.
Wie aus 5 hervorgeht, sind darüber hinaus Bohrungen 10 auf der Stirnseite des Fräsmesserkopfes vorgesehen, in welche Gewindestifte 13 eingelassen werden, die jeweils in Anlage mit einer schräg zur Längsachse (a) stehenden Planfläche 5.2 des Schneidenträgers 1 gebracht werden. Sie tragen zur formschlüssigen Fliehkraftsicherung bei.
Der dargestellte Fräsmesserkopf mit den erfindungsgemäßen Schneideinsätzen ist zum Planfräsen und insbesondere zur Bearbeitung von Werkstücken aus Aluminium und Aluminium enthaltenden Legierungen geeignet. Er gewährleistet eine optimale Einbaulage der Schneidenträger sowie deren exakte Ausrichtung und stellt damit sicher, dass die hohen Anforderungen an die Oberflächengüte des herzustellenden Werkstückes erfüllt werden.
Die Schneidkörper der in den Fräsmesserkopf eingesetzten Schneidenträger weisen eine für die vorstehend genannten Arbeiten optimierte Schneidkantengeometrie auf und garantieren, auch aufgrund einer erhöhten Schneidkantenstabilität, eine gratarme Bearbeitung des Werkstücks.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 202004014495 U1 [0003]
- DE 10046973 B4 [0004]
- EP 0742743 B1 [0007]

Claims

Schneidenträger (1) mit einem aufgelöteten Schneidkörper (2) zum Einbau in ein Fräswerkzeug, insbesondere einen Planfräser, für die zerspanende Bearbeitung von Werkstücken aus Aluminium und Aluminium enthaltenden Legierungen, wobei der Schneidkörper (2) eine Hauptschneide (3) und eine Nebenschneide (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidkörper (2) auf dem Schneidenträger (1) axial und radial positiv angeordnet ist und die Nebenschneide (4) des Schneidkörpers (2) mindestens einen ersten Schneidkantenabschnitt (4.1) und einen zweiten Schneidkantenabschnitt (4.2) besitzt, welche winkelig zueinander angeordnet sind, wobei der erste Schneidkantenabschnitt (4.1) in einem Winkel (γ) zwischen 70° und 80°, vorzugsweise 75°, an die Hauptschneide (3) anschließt und im Wesentlichen gerade verläuft und der zweite Schneidkantenabschnitt (4.2) zumindest über einen Teilbereich konvex gekrümmt ist, wobei der Krümmungsradius (R1) 180 mm bis 420 mm, vorzugsweise 200 mm, beträgt.
Schneidenträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schneidkantenabschnitt (4.1) eine Länge von 0,5 mm bis 0,9 mm, vorzugsweise von 0,7 mm aufweist.
Schneidenträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidkörper (2) zur Herstellung der axialen Positivgeometrie in Bezug auf die Längsachse (a) des Schneidenträgers (1) in einem Winkel (a) zwischen 6° und 10°, vorzugsweise 8°, geneigt ist.
Schneidenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidkörper (2) zur Herstellung der radialen Positivgeometrie in Bezug auf eine radiale Mittellinie (r) des Schneidenträgers (1) in einem Winkel (β) zwischen 4° und 8°, vorzugsweise 6°, geneigt ist.
Schneidenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang von der Hauptschneide (3) in den ersten Schneidkantenabschnitt (4.1) der Nebenschneide (4) verrundet ist, wobei der Verrundungsradius (R2) 0,2 mm bis 0,4 mm, vorzugsweise 0,3 mm, beträgt.
Schneidenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidkörper (2) aus einem Hartmetall-, CBN- oder PKD-Körper besteht (CBN = Kubisches Bornitrid, PKD = Polykristalliner Diamant).
Schneidenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er zum Einbau in ein Fräswerkzeug einen in der Grundrissprojektion zylindrischen Schaft aufweist, der umfangseitig und an seinem dem Schneidkörper (2) abgewandten Ende Planflächen (5, 6) aufweist, die in Anlage mit Flächen von Klemmkörpern (7) und/oder Keilkörpern (8) und/oder einem Gewindestift (13) bringbar sind, um den Schneidenträger (1) beim Einbau axial auszurichten und/oder zu fixieren.
Fräsmesserkopf eines Fräswerkzeuges, insbesondere eines Planfräsers, für die zerspanende Bearbeitung von Werkstücken aus Aluminium und Aluminium enthaltenden Legierungen mit mindestens einem Schneidenträger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stirnseitig eine Ausnehmung (9) zum Einsetzen des Schneidenträgers (1) vorgesehen ist, wobei die Ausnehmung (9) mit einer weiteren stirnseitigen Ausnehmung (10) und wenigstens einer umfangseitigen Ausnehmung (11) verbunden ist, in welche jeweils ein Klemmkörper (7) und/oder Keilkörper (8) und/oder Gewindestift (13) einsetzbar ist, wobei der Klemm- und/oder Keilkörper (7, 8) mittels einer Befestigungs- und/oder Justierschraube (12) fixierbar ist.
Fräsmesserkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass einer von mehreren eingesetzten Schneidenträgern (1) einen axialen Überstand gegenüber den anderen Schneidenträgern (1) aufweist.