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Die
Erfindung betrifft ein drehantreibbares spanabhebendes Werkzeug,
insbesondere ein Feinbearbeitungswerkzeug wie zum Beispiel eine
Reibahle, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Derartige
Werkzeuge müssen unterschiedlichsten Anforderungen genügen.
Zum einen wird von solchen Werkzeugen eine immer höhere
Bearbeitungsgenauigkeit gefordert, was eine hohe Maßhaltigkeit
der Schneidenpositionierung und eine hohe Stabilität bei
der dynamischen Beanspruchung der Schneiden und des Schaftes voraussetzt.
Zum anderen wird von derartigen Werkzeugen eine immer höhere
Standzeit verlangt, weshalb in derartige Werkzeuge regelmäßig
eine Kühl-/Schmiermittelversorgung integriert wird. Diese
in das Werkzeug integrierte Kühl-/Schmiermittelversorgung
soll dabei sicherstellen, dass die am höchsten beanspruchten
Bereiche des Werkzeugs im Einsatz zu jedem Zeitpunkt eine ausreichende
Versorgung mit Kühl-/Schmiermittel erhalten.
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Es
gibt im Stand der Technik verschiedene Ansätze der Gestaltung
gattungsbildender Werkzeuge mit integrierter Kühl-/Schmiermittelversorgung.
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In
Dokument
DE 10347755
A1 ist ein gattungsbildendes Werkzeug in der Ausgestaltung
als Hochleistungsreibahle gezeigt, bei der ein mit einem Schaftteil
dreh- und axialfest verbundener Schneidkopf, der aus einem Hartstoff,
wie zum Beispiel einem Sinterwerkstoff hergestellt sein kann über
einen zentralen Kühl-/Schmiermittelversorgungskanal im Werkzeugschaft
und ein Radialkanalsystem im bzw. an der Schnittstelle zum Schneidkopf
mit Kühl-/Schmiermittel versorgt wird. Die radial außen liegenden
Mündungsöffnungen des Radialkanalsystems sind
von einer Kühlmittel-Leithülse abgedeckt, die
sich in Richtung der Werkzeugspitze bis in einen Auslaufbereich
der Spannuten erstreckt und somit dafür sorgen kann, dass
das zugeführte Kühl-/Schmiermittel mit möglichst
geringen Verlusten in die Spannuten eingespeist werden kann.
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Diese
bekannte in das Schaftwerkzeug integrierte Kühl-/Schmiermittelversorgung
eignet sich auch für die sogenannte MMS(Minimalmengenschmierung)-Technologie,
gemäß der das Kühl-/Schmiermittel – im
Gegensatz zur sogenannten "Nassbearbeitung" – in extrem
geringer Konzentration in einer Druckluftströmung zu den
Schneiden geführt wird. Das Schmiermedium wird also während der
Bearbeitung als Aerosol den Schneiden zugeführt, mit dem
Ziel, in unmittelbarer Nähe der Schneidkanten einen ausreichenden
Schmierfilm zu erzeugen.
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Bei
der MMS-Technologie kommt es allerdings darauf an, das Schmiermittel
in genauer Dosierung und in möglichst gleichbleibender
Konzentration an die Schneiden zu leiten. Um diese Aufgabe bei gleichzeitiger
Verringerung des herstellungstechnischen Aufwandes für
die Herstellung des Werkzeugs zu lösen, wird im Dokument
DE 20 2004 008 566
U1 eine Hochleistungsreibahle beschrieben, bei der sich eine
Hülse am Einspannabschnitt bis zum Nutenauslaufbereich
des Werkzeugs erstreckt, wobei die Hülse einstückig
mit dem Einspannabschnitt ausgebildet ist und im Inneren zur Ausbildung
axialer Kühl-/Schmiermittelkanäle den Reibahlenschaft
aufnimmt. Die sich axial erstreckenden Schmiermittelkanäle
werden von einem zentralen Schmiermittelkanal im Einspannabschnitt
derart versorgt, dass der Kühlkanal vom Schaftende bis
zum Nutenauslaufbereich einen konstanten Querschnitt erhält.
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In
beiden bekannten Fällen läßt sich die Kühl-/Schmiermittelversorgung
der Schneiden nur durch einen entsprechend großen Aufwand
bei der Herstellung des Werkzeugs erzielen. Darüber hinaus müssen
die bekannten Werkzeuge aus verschiedenen Komponenten zusammengestellt
werden.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein drehantreibbares
spanabhebendes Werkzeug der eingangs beschriebenen Art zu schaffen,
das die heutzutage geforderte Standzeit der Schneiden bei einem
vereinfachten Aufbau des Werkzeugs sicherstellt. Eine weitere Aufgabe
besteht darin, ein neues Verfahren zu schaffen, mit dem Kühl-/Schmiermittel
sowohl bei der Nass- auch auch bei der Trockenbearbeitung (MMS-Technologie)
mit geringem Aufwand, jedoch prozesssicher und in ausreichender
Mange an hochbelastete Schneiden eines gattungsbildenden Werkzeugs
herangebracht werden kann.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Werkzeugs durch die Merkmale des Patentanspruchs
1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs
15 gelöst.
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Erfindungsgemäß werden
in den Einspannabschnitt des Werkzeugs Kühl-/Schmiermittelkanäle derart
integriert, dass das aus diesen Kühl-/Schmiermittelkanälen
axial austretende Kühl-/Schmiermittel auf der Außenseite
des zum Schneidteil führenden Schafts, ansonsten jedoch
frei fliegend in jeweils eine Spannut des Schneidteils eingespeist
wird. Es wurde durch Versuche herausgefunden, dass mit dieser Gestaltung
der Werkzeuge sowohl bei der sogenannten Nassbearbeitung, d. h.
bei Verwendung von flüssigen Kühl-/Schmiermitteln,
als auch bei der sogenannten "Trockenbearbeitung" gemäß der MMS-Technologie,
im Bereich der Spannuten und auch an den für die Standzeit
entscheidenden Flächen der Werkzeugschneiden eine ausreichende Schmiermittelversorgung
selbst dann stabilisiert werden kann, wenn der Arbeitsdruck des
Kühl-/Schmiermittels auf einem leicht beherrschbaren Niveau
von beispielsweise über 5 bar, vorzugsweise über
10 bar gehalten wird.
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Untersuchungen
der Kühl-/Schmiermittelströmung entlang der Werkzeugachse,
d. h. vom Einspannabschnitt bis zur Werkzeugspitze haben gezeigt,
dass der aus den Kühl-/Schmiermittelkanälen austretende
Fluidstrahl selbst dann, wenn er unter Einwirkung der auftretenden
Zentrifugalkräfte eine beträchtliche axiale Länge
in Richtung Schneidkopf ohne radial außenliegende Begrenzung
zurücklegen muss, einen ausreichend großen Kernbereich
mit hoher Strömungsgeschwindigkeit in dem Moment besitzt,
in dem das Werkzeug in die zu bearbeitende Bohrung, insbesondere
in die Durchgangsbohrung eintaucht, die einer Fein-Nachbearbeitung
unterzogen werden soll. Mit zunehmender Eingriffslänge
der Werkzeugschneiden in der Durchgangsbohrung bildet sich sogar
ein immer stabiler werdendes Strömungsprofil in den einzelnen
von den Spannuten und der Bohrungswandung definierten Strömungskanälen
aus. Dadurch wird sichergestellt, dass die Werkzeugschneiden insbesondere
in den Bereichen, in denen es besonders wichtig ist, mit ausreichenden Mengen
an Kühl-/Schmierstoff versorgt werden. Weil sich die Strömung
in diesen Strömungskanälen mit zunehmendem Abstand
von der Werkstückoberfläche immer besser ausgeprägt,
wird auch die verhältnismäßig hoch belastete
Werkzeugschneide nahe der Werkzeugspitze wirksam gekühlt
bzw. geschmiert, wodurch es gelingt, die Standzeit des Werkzeugs
auf hohem Niveau zu halten.
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Dabei
ergibt sich durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen
der zusätzliche Vorteil, dass die Kühl-/Schmiermittelstrahlen,
die aus den stirnseitigen Austrittsöffnungen im Einspannabschnitt
austreten, besonders wirksam zum Abtransport der Späne in
Vorschubrichtung des Werkzeugs herangezogen werden können.
Dies eröffnet die Möglichkeit, Hochleistungs-Feinbearbeitungswerkzeuge,
wie zum Beispiel Hochleistungs-Reibahlen mit der vorstehend angesprochenen
integrierten Kühl-/Schmiermittelversorgung auszustatten.
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Derartige
Hochleistungs-Reibahlen werden mit beträchtlichen Schnittgeschwindigkeiten
betrieben. Es hat sich aber gezeigt, dass die aus den axialen Austrittsöffnungen
austretenden Einzelstrahlen selbst bei verhältnismäßig
kleinen Strömungsmitteldrücken in der Größenordnung
von etwa 5 bis 10 bar, d. h. von Strömungsmitteldrücken,
die sich ohne weiteres im Bereich von Arbeitsdrücken herkömmlicher Kühl-/Schmiermittelversorgungseinheiten
bewegen, ausreichend stabil sind, um den vorstehend beschriebenen
Effekt der prozesssicheren Auffüllung der von den Spannuten
des im Eingriff befindlichen Schneidteils begrenzten Strömungskanäle
zu bewirken, und zwar selbst bei erheblichen, auf die Fluidstrahlen
einwirkenden Zentrifugalkräften. Insgesamt ergibt sich
also durch das erfindungsgemäße Konzept der Werkzeuggestaltung
der Vorteil, dass durch die außenliegende Zuführung
des Kühl-/Schmiermittels die absolute Kühl-/Schmiermittelmenge
in den Spannuten erheblich angehoben werden kann.
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Die
Zufuhr von Kühl-/Schmiermittel an die für das
Werkzeug entscheidenden Stellen ist verlustarm, da Umlenkungen der
Kühl-/Schmiermittelströmung vermieden sind. Damit
eignet sich das erfindungsgemäße Konzept nicht
nur für die Nassbearbeitung, sondern auch für
die sogenannte Trockenbearbeitung bzw. für die Mindermengenschmierung (MMS-Technologie).
Die durch die erfindungsgemäße Gestaltung erhöhte
Strömungsgeschwindigkeit des Kühl-/Schmiermittels
in den Spannuten bzw. im Spanraum in axialer Richtung kann dabei
wirksam zum Späneabtransport genutzt werden.
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Die
erfindungsgemäße Integrierung der Kühl-/Schmiermittelversorgung
in das Werkzeug eröffnet darüberhinaus die Möglichkeit,
das Werkzeug einstückig und mit geringer Masse aufzubauen.
Dies ergibt dann besondere Vorteile, wenn das Werkzeug zumindest
im Bereich des Einspannabschnitts und des sich anschließenden
Schaftes aus einem sinterfähigen Hartstoff, beispielsweise
aus einem Vollhartmetall oder einem Cermet-Werkstoff besteht. Es
läßt sich beispielsweise dann, wenn eine VHM-Reibahle mit
einem Nenndurchmesser von 8 mm hergestellt werden soll, bezüglich
des Rohmaterials eine Materialersparnis von über 20% erzielen.
Da die erfindungsgemäße Gestaltung der in das
Werkzeug integrierten Kühl-/Schmiermittelversorgung mit
einem stark verringerten Volumen des Werkzeugs im Bereich des Schaftes
und des Einspannabschnitts auskommt, ergibt sich der zusätzliche
wirtschaftliche Vorteil eines verringerten Zeitspanvolumens bei
der Herstellung des Werkzeugs. Es genügt beispielsweise,
die Spannuten ausschließlich im Bereich des Schneidteils
einzuschleifen. Im übrigen Bereich des Werkzeugs, d. h.
im Bereich des Schafts und des Einspannabschnitts, kann ein spanabhebender
Bearbeitungsvorgang vollständig entfallen. Die innenliegenden
Kühl-/Schmiermittelkanäle im Einspannabschnitt und
gegebenenfalls die außenliegenden Führungsrinnen
im Schaft können bereits bei der Herstellung eines Sinterformrohlings
weitgehend mit Endmaß geschaffen werden.
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Hinsichtlich
des Verfahrens wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs
15 gelöst. Es hat sich gezeigt, dass der vorstehend beschriebene
erfindungsgemäße Aspekt einer ausreichenden Versorgung
des Schneidteils an den entscheidenden Stellen mit Kühl-/Schmiermittel
ohne weiteres schon dann sichergestellt werden kann, wenn das Kühl-/Schmiermittel
unter einem – bislang gaängigen – Druck
von über 5 bar zugeführt wird. Durch Variation
des Systemdrucks kann den Besondersheiten des jeweiligen Einsatzgebiets
des Werkzeugs Rechnung getragen werden, indem zum Beispiel der Systemdruck
mit zunehmender Länge des Werkzeugschafts und/oder mit
zunehmender, auf die einzelnen Kühl-/Schmiermittelstrahlen
einwirkender Fliehkraft entsprechend angehoben wird. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorzugsweise
berühren die Kühl-/Schmiermittelkanäle
im Einspannabschnitt jeweils den Außendurchmesser des Schafts,
wodurch die einzelnen Kühl-/Schmiermittelstrahlen auf dem
Weg zu den Spannuten soweit stabilisiert werden, dass der Kühl-/Schmiermitteldurchsatz
im Bereich des Schneidteils und damit die eingangs beschriebenen Effekte
der Schneidenkühlung und des Späne-Abtransports
weiter gesteigert werden können.
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Gleichzeitig
ergibt sich dann, wenn der Kühl-/Schmiermittelkanal radial
nach innen vergrößert und an den Außendurchmesser
des Schafts herangeführt wird, eine weiter vergrößerte
Materialersparnis für den Fall, dass das Werkzeug aus einem sinterfähigen
Material, wie zum Beispiel aus Vollhartmetall oder einem Cermet-Werkstoff
hergestellt wird.
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Die
im Einspannabschnitt ausgebildeten Kühl-/Schmiermittelkanäle
können umfangsseitig radial nach aussen offen sein. Die
Kühl-/Schmiermittelkanäle werden dann im Bereich
des Einspannabschnitts durch das Spannfutter geschlossen.
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Um
bei Verwirklichung großer Spannkräfte mehr Spielraum
für die geometrische Gestaltung des Querschnitts der Kühl-/Schmiermittelkanäle
im Einspannabschnitt zu erhalten, ist es von besonderem Vorteil,
die Kühl-/Schmiermittelkanäle im Einspannabschnitt
umseitig geschlossen zu gestalten. Diese innenliegenden Kanäle können
bei Verwendung von Sinterwerkstoffen, wie zum Beispiel Vollhartmetall- oder
Cermet-Werkstoffen bereits mit geringem herstellungstechnischen
Aufwand mit großer Formgenauigkeit bereits in den Sinterrohling
eingebracht, beispielsweise mit extrudiert werden. Es ergibt sich hierdurch
eine weitere Materialersparnis beim Rohmaterial. Die Formgebung
der Innenkanäle ist dabei ausreichend genau, um die eingangs
beschriebenen Effekte der Kühl-/Schmiermittelversorgung
zu erzielen, ohne die innenliegenden Kanäle einer Nachbearbeitung
unterziehen zu müssen. Nebenbei ergibt sich eine verbesserte
Stabilität des Werkzeugs, die Vorteile hinsichtlich einer
verbesserten Schwingungsdämpfung und Drehmomentübertragung
hat.
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Eine
besonders gute Versorgung der Schneiden mit Kühl-/Schmiermittel
und ein besonders guter Abtransport der Späne auch dann,
wenn diese in großen Mengen anfallen, wie es zum Beispiel
bei Hochleistungs-Reibahlen der Fall ist, ergibt sich mit der Weiterbildung
des Patentanspruchs 3. Die Spannuten eines gattungsbildenden Werkzeugs
können eine verhältnismäßig
komplexe Formbildung haben. Es lassen sich jedoch insbesondere dann,
wenn die im Einspannabschnitt vorgesehenen Kühl-/Schmiermittelkanäle
bereits im Urformprozess, wie zum Beispiel in einem Extrusionsprozess
oder einem Formpressprozess eingebracht werden, derartige, kompliziertere
Formgebungen des Kühlkanalabschnitts bereits im Sinterrohling
mit guter Formgenauigkeit realisieren. Mit diesen Maßnahmen
kann ein Maximum an Kühl-/Schmiermittel-Volumenstrom in
einem solchen radialen Abstand von der Werkzeugachse bereitgestellt
werden, dass im Eingriffsbereich des Werkzeugs in den Spannuten
eine besonders kräftige und ausgeprägte Kühl-/Schmiermittelströmung
aufgebaut und stabilisiert wird, wodurch die Leistungsfähigkeit
des Werkzeugs weiter angehoben wird.
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Die
besten Ergebnisse lassen sich dann erzielen, wenn in einer axialen
Projektion betrachtet der Querschnitt der Austrittsöffnung
des jeweiligen innenliegenden Kühl-/Schmiermittelkanals
im Einspannabschnitt die Spannut im Schneidteil vollständig
abdeckt bzw. mit dieser zumindest deckungsgleich ist.
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Vorzugsweise
hat die jeweilige axiale Austrittsöffnung der Kühl-/Schmiermittelkanäle
im Einspannabschnitt einen Querschnitt, der dem Querschnitt der
zugehörigen Spannut angepasst ist.
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Wenn
in der axialen Projektion betrachtet eine vollständige Überlappung
der Querschnitte der Austrittsöffnungen und der Spannuten
nicht möglich ist, ist es vorteilhaft, den Querschnitt
der axialen Austrittsöffnung hinsichtlich Lage und/oder Form
der Geometrie der zugeordneten Spannut zumindest derart anzupassen,
dass er in der axialen Projektion die jeweilige zur Schneidkante
führende Flanke der Spannut erfasst bzw. dieser nahe kommt,
vorzugsweise berührt.
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Die
eingangs beschriebenen Vorzüge des erfindungsgemäßen
Werkzeugs stellen sich in maßgeblichem Umfang auch dann
noch ein, wenn die Spannut um ein gewisses Maß bezüglich
des Kühl-/Schmiermittelstrahls radial um ein gewisses Maß nach
innen versetzt ist. Dies erlaubt es, Werkzeuge mit verschiedenen
Nenn-Arbeitsdurchmessern aus ein und demselben Werkzeugrohling mit
innenliegenden Kühl-/Schmiermittelkanälen im Einspannabschnitt
herzustellen, indem der Einspannabschnitt und die Geometrie des
Schaftes unverändert gehalten und lediglich im Bereich
des Schneidteils eine unterschiedlich große spanabhebende
Bearbeitung auf Endmaß des Nenn-Arbeitsdurchmessers und/oder
der Spannuten vorgenommen wird.
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Versuche
haben gezeigt, dass dann, wenn die Spannut im Schneidteil radial
etwas nach innen zum Querschnitt des Kühl-/Schmiermittelstrahls
versetzt ist, die Geometrie des Querschnitts der axialen Austrittsöffnung
gemäß Anspruch 5 auf die Geometrie der Spannut
abgestimmt sein sollte, damit sich im Eingriffsbereich des Werkzeugs
in den Spannuten ein solches Geschwindigkeitsprofil einstellt, das
in der Schneidenebene eine besonders gute Versorgung mit Schmiermittel
sicherstellt.
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Bei
der Herstellung des Werkzeugs aus einem Hartstoff, wie zum Beispiel
einem Sinterwerkstoff wie Hartmetall oder Cermet lassen sich die
innenliegenden Kühl-/Schmiermittelkanäle schon
im Rohling, d. h. im Urformprozess herstellen.
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Entscheidend
für das erfindungsgemäße Konzept der
ausreichenden Versorgung der Werkzeugschneiden mit Kühl-/Schmiermittel
ist die Beaufschlagung der Spannuten mit einzelnen axial gerichteten
Kühl-/Schmiermittelstrahlen. Dieses Konzept setzt allerdings
nicht notwendigerweise voraus, dass das Werkzeug gerade genutet
ist. Die Spannuten können auch wendelförmig verlaufen.
Wenn die Spannuten geradlinig, d. h. axial ausgerichtet verlaufen,
läßt sich ein noch größerer
Füllungsgrad der Spannuten mit Kühl-/Schmiermittel
im Eingriffsbereich des Schneidteils erzielen. Dabei ergibt sich
der weitere Vorteil, dass das Herstellungsverfahren vereinfacht
wird, indem die Schleifscheibe für das Einschleifen der
Spannuten im Schneidteil gleichzeitig für die Herstellung
der Führungsvertiefungen im Schaft des Werkzeugs genutzt
werden kann. Außerdem erlaubt ein gerade genutetes Werkzeug
die einstückige Herstellung des Werkzeugs im Extrusionsverfahren,
was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn als Werkstoff ein Hartstoff,
vorzugsweise ein Sinterwerkstoff wie Vollhartmetall oder Cermet,
zur Anwendung kommt.
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Wenn
zumindest der Schaft und der Einspannabschnitt des Werkzeugs aus
sinterfähigem Material, wie zum Beispiel aus Vollhartmetall
oder einem Cermetwerkstoff hergestellt wird, lassen sich die Kühl-/Schmiermittelkanäle
im Einspannabschnitt und gegebenenfalls die Führungsvertiefungen
im Schaft im Werkzeugrohling so weit vorformen, dass entweder eine
Nachbearbeitung nach dem Sinterprozess überhaupt nicht
mehr erforderlich wird, oder auf ein Minimum beschränkt
bleiben kann. Neben einer verbesserten Wirtschaftlichkeit bei der
Herstellung des Werkzeugs ergibt sich darüberhinaus ein
Minimum an Materialaufwand für das erforderliche Rohmaterial.
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Das
drehantreibbare, spanabhebende Werkzeug kann verschiedenste Anwendungsgebiete
haben. Es kann beispielsweise als Feinbearbeitungswerkzeug, als
Aufbohrwerkzeug, insbesondere als Reibahle, als Fräswerkzeug
oder als Gewindeschneidwerkzeug ausgebildet sein. Insbesondere dann,
wenn das Werkzeug, beispielsweise die Reibahle, mit einer über
den Umfang ungleichmäßigen Verteilung der Schneidstollen
ausgebildet ist, hat das erfindungsgemäße Werkzeug
den besonderen Vorteil, dass die Versorgung der Schneiden mit Kühl-/Schmiermittel
für alle Spannuten mit gleicher Qualität sichergestellt
werden kann, ohne den herstellungstechnischen Aufwand vergrößern
zu müssen. Für die ausreichende Versorgung der
im Eingriff befindlichen Schneiden des Werkzeugs genügen
für die gängigen Geometrien der in Frage kommenden Werkzeuge
Strömungsmitteldrücke im Bereich zwischen 5 und
70 bar. Dies läßt es zu, mit Strömungsmitteln
unterschiedlicher Konsistenz zu arbeiten, beispielsweise mit flüssigen
Kühl-/Strömungsmitteln, aber auch mit Aerosolen,
wie sie bei der Trockenbearbeitung bzw. bei der MMS-Technologie
verwendet werden.
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Mit
der Weiterbildung des Anspruchs 18 gelingt es, die einzelnen, aus
dem Einspannabschnitt austretenden Kühl-/Schmiermittelstrahlen
zusätzlich zu stabilisieren, um längere axiale
Distanzen zwischen Einspannabschnitt und Schneidteil so zu überbrücken,
dass die einzelnen Kühl-/Schmiermittelstrahlen die zugeordneten
Spannuten mit möglichst großer Flächenüberlappung
erreichen.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen
Unteransprüche.
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Nachstehend
werden anhand schematischer Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen
drehantreibbaren spanabhebenden Werkzeugs in der Ausgestaltung als
Reibahle nach einer ersten Ausführungsform;
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2 in
vergrößerter Darstellung die Ansicht gemäß "II"
in 1; und
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3 eine
perspektivitische Ansicht des Werkzeugs gemäß 1 und 2.
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In
den Figuren ist eine Ausführungsform eines drehantreibbaren,
spanabhebenden Bohrungsnachbearbeitungswerkzeugs in der Ausgestaltung als
Reibahle, insbesondere als Hochleistungs-Reibahle gezeigt. Das mit
dem Bezugszeichen 20 bezeichnete drehantreibbare, spanabhebende
Feinbearbeitungswerkzeug ist einstückig ausgebildet und besteht
aus einem Sinterwerkstoff, wie z. B. Vollhartmetall oder einem Cermet-Werkstoff,
d. h. einem Sinterwerkstoff, der als wesentlichen Härteträger
die Carbide und Nitride des Titans (TiC, TiN) besitzt und bei dem
als Bindephase überwiegend Nickel zum Einsatz kommt.
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Das
Werkzeug hat drei Abschnitte, nämlich einen Einspannabschnitt 22,
ein Schneidteil 24 und einen dazwischenliegenden, im Durchmesser
verringerten Schaft 26. Das Schneidteil 24 ist
gerade genutet und hat eine Mehrzahl von Schneidkanten 28 zwischen
denen sich jeweils eine Spannut 30 befindet. Die Spannut
hat im wesentlichen zwei Flanken, nämlich eine zur Schneidkante
führende erste Flanke 32 und eine dazu im Winkel
verlaufende zweite Flanke 34, sowie einen dazwischenliegenden
gerundeten Nutgrund 36 (siehe 2). Die
Schneidkanten 28 sind bei dem Ausführungsbeispiel über
den Umfang ungleichmäßig verteilt, was bei schnell
laufenden Hochleistungs-Reibahlen den Vorteil einer verbesserten
Laufruhe und verringerten Schwingungsneigung mit sich bringt. Die
Teilung kann jedoch auch gleichmäßig sein.
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Die
Besonderheit des in 1 bis 6 gezeigten
Werkzeugs besteht in der Ausgestaltung der in das Werkzeug integrierten
Kühl-/Schmiermittelversorgung, die nachfolgend näher
beschrieben wird:
Im Einspannabschnitt 22 sind in
axialer Richtung fluchtend mit den Spannuten 30 innenliegende Kühl-/Schmiermittelkanäle 38 in
Form von Axialnuten ausgebildet, die sich jeweils parallel zur Werkzeugachse 40 erstrecken
und auf der dem Schneidteil 24 zugewandten Seite des Einspannabschnitts 22 jeweils
eine axiale Austritts- bzw. Mündungsöffnung 42 ausbilden.
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Die
aus den Axialnuten austretenden Kühl-/Schmiermittelstrahle
schießen ohne seitliche Führung in axialer Richtung
radial außerhalb des Schafts 26 zum Schneidteil 24 und
treffen in die Spannuten 30.
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Die
Querschnitte der innenliegenden Kühl-/Schmiermittelkanäle 38 und
damit der Mündungsöffnungen 42 sind dem
Querschnitt der zugehörigen Spannuten 24 angepasst.
Sie können im wesentlichen deckungsgleich mit dem Querschnitt
der Spannuten sein.
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Im
gezeigten Beispiel ist der Querschnitt der axialen Austrittsöffnung 42 hinsichtlich
Lage und/oder Form der Geometrie der zugeordneten Spannut 30 derart
angepasst, dass er in der axialen Projektion (2)
die jeweilige zur Schneidkante 28 führende Flanke
der Spannut 30 erfasst bzw. dieser nahe kommt, vorzugsweise
berührt.
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In
jedem Fall ist der Querschnitt der jeweiligen axialen Austrittsöffnung 42 für
den Kühl-/Schmiermittelstrahl mit einem Querschnitt versehen,
der dem Querschnitt der zugehörigen Spannut 30 angepaßt
ist.
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Bei
der Ausgestaltung gemäß 1 bis 3 ist
die Spannut 30 tiefer als der Außendurchmesser
des Schafts 26 und damit tiefer als der Nutgrund der axialen
Kanäle 38. Die Spannuten 30 haben demgemäß einen
Auslaufabschnitt 46 zum Schaft 26.
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Auf
der in 1 rechten Seite des Einspannabschnitts 22 wird – wenn
das Werkzeug in einer Werkzeugaufnahme eingespannt ist – über
eine geeignete Schnittstelle Kühl-/Schmiermittel unter
einem Druck von beispielsweise 5 bis 70 bar eingespeist. Hierbei
kann es sich um flüssiges oder gasförmiges, das
Schmiermittel transportierendes Strömungsmittel handeln,
beispielsweise um ein Aerosol, d. h. mit Schmiermitteltröpfchen
versetzte Druckluft. Die Drehrichtung des Werkzeugs ist in 2 mit
dem Pfeil RD angedeutet. Die Nuten 38 werden von dem Spannfutter
radial außen abgedeckt, so dass Kühl-/Schmiermittelkanäle 38 ausgebildet
werden.
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Das
im Einspannabschnitt 22 über eine übliche
Schnittstelle eingespeiste Kühl-/Strömungsmittel strömt
somit mit hoher Geschwindigkeit durch die im Einspannabschnitt 22 ausgebildeten
Kühl-/Schmiermittelkanäle 38 und tritt
an den Mündungsöffnungen 42 mit axialer
Ausrichtung aus. Im radial inneren Bereich sind die einzelnen Kühl-/Schmiermittelstrahlen nur
von der zylindrischen Mantelfläche des Schafts 26 quasi „geführt",
ansonsten jedoch frei fliegend.
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Die
einzelnen, über den Umfang entsprechend der Teilung des
Werkzeugs verteilten Kühl-/Schmiermittelstrahlen treffen
sozusagen nach frei fliegender Strömung die Spannuten 30.
Sobald das Werkzeug in die zu bearbeitende Bohrung, vorzugsweise
eine Durchgangsbohrung, eintaucht, wird die Spannut von der Bohrungswandung
weitestgehend über den gesamten Umfang geschlossen, so dass
erneut ein quasi geschlossener Strömungskanal für
das eingespeiste Kühl-/Strömungsmittel geschaffen
wird. Das in diesem Strömungskanal von den zugeordneten
innenliegenden Kühl-/Schmiermittelkanälen 38 kommende
und aufgefangene Strömungsmittel hat – wie durch
Versuche gezeigt werden konnte – schon bei Strömungsmittel-Systemdrücken
von über 5 bar, vorzugweise von über 10 bar, einen
derartig hohen Massendurchsatz, dass sich in den Spannuten ein Strömungsprofil
ausbildet, welches sicherstellt, dass die Schneidkanten prozesssicher
mit einer ausreichenden Schmiermittelmenge versorgt werden. Dadurch
ist sichergestellt, dass die Standzeit des Werkzeugs auf einem ausreichenden Niveau
gehalten werden kann.
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Durch
Versuche wurde herausgefunden, dass die Durchflussmenge des Kühl-/Schmiermittels in
den Spannuten ganz entscheidend von der Profilgestaltung der im
Einspannabschnitt ausgebildeten Kühl-/Schmiermittelkanäle
abhängt.
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Durch
die erfindungsgemäße, aussenliegende Zuführung
des Kühl-/Schmiermittels und durch den erfindungsgemäß vergrößerten
Querschnitt der innenliegenden Kühl-/Schmiermittelkanäle
im Einspannabschnitt 22 kann die zu den Schneiden geführte
Kühl-/Schmiermittelmenge im Vergleich zu Werkzeugen mit
zentralem innenligenden Versorgungskanal erheblich angehoben werden.
Dies kann nicht nur zur Verbesserung der Standzeit der Schneiden,
sondern gleichzeitig zu einer Verbesserung des Späne-Abtransports
genutzt werden.
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Die
Zuführung des Kühl-/Schmiermittels erfolgt bei
dem erfindungsgemäßen Werkzeug darüber hinaus
sehr verlustarm, da mehrfache Umlenkungen vermieden werden. Da eine
Vielzahl von verhältnismäßig großflächigen
Kühl-/Schmiermittelkanälen im Einspannabschnitt
ausgebildet sind, ergibt sich für das Werkzeug ein geringes
Gewicht, beziehungsweise ein geringer Rohmaterialbedarf für
den Fall, dass das Werkzeug aus einem Sinterrohling hergestellt wird.
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Die
innenliegenden Kühl-/Schmiermittelkanäle im Einspannabschnitt
und auch die Spannuten im Schneidteil können bereits im
Sinterrohling weitestgehend mit Endmaß im Urformprozess
hergestellt werden. Eine Bearbeitung der innenliegenden Kühlkanäle
im Einspannabschnitt ist dann nicht mehr erforderlich. Ebenso kann
ein Einschleifen von Führungsvertiefungen im Schaft ganz
entfallen. Lediglich im Bereich des Schneidteils sind spanabhebende Bearbeitungsvorgänge,
nämlich das Schleifen auf Endmaß, erforderlich,
wodurch sich ein stark verringertes Zeitspanvolumen bei der Herstellung
des Werkzeugs ergibt.
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Das
Werkzeug gemäß 1 bis 3 wurde
als Hochleistungs-Reibahle mit einem Nenndurchmesser von 8,0 mm
ausgebildet. Es konnte anhand von Versuchen nachgewiesen werden,
dass die auf die einzelnen Kühl-/Strömungsmittelstrahle
einwirkende Fliehkraft die Versorgung der Schneiden mit einer ausreichenden
Kühl-/Schmiermittelmenge nicht beeinträchtigt.
Das Zeitspanvolumen bei der Herstellung, d. h. beim Nutenschleifen,
ist bei dem beschriebenen Werkzeug auf ein Minimum beschränkt.
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Es
kann ein Sinterrohling für einen bestimmten Nenndurchmesserbereich
von z. B. 6 bis 8 mm herangezogen werden, wobei lediglich geringfügig variierende
spanabhebende Bearbeitungsvorgänge anfallen.
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Selbstverständlich
sind Abweichungen von den beschriebenen Ausführungsbeispielen
möglich, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen.
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Der
Außendurchmesser des Schafts kann z. B. weiter reduziert
werden, so dass auch der Kanal 38 im Querschnitt vergrößert
und in größere Deckung mit der Spannut 30 gebracht
werden kann.
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So
ist es beispielsweise nicht unbedingt erforderlich, den Schneidkopf
einstückig mit dem Rest des Werkzeugs auszubilden. Der
Schneidkopf kann auch an den Schaft in bekannter Weise dreh- und axialfest
angesetzt, beispielsweise angelötet, werden. Die vorstehend
angesprochenen Vorteile bleiben bei dieser Variante sämtlich
erhalten.
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Das
Werkzeug selbst muß auch nicht notwendigerweise aus einem
Sinterwerkstoff hergestellt sein.
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Die
verschiedenen Funktionsabschnitte des Werkzeugs können
darüberhinaus mit an sich bekannten Beschichtungen versehen
sein. Schließlich kann das Schneidteil des Werkzeugs auch
mit Schneideinsätzen ausgestattet sein.
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Sämtliche,
vorstehend beschriebene Werkzeuge sind als Reibahlen ausgebildet.
Es soll jedoch hervorgehoben werden, dass das erfindungsgemäße Werkzeug
gleichermaßen als gewöhnliches Aufbohrwerkzeug,
als Fräswerkzeug oder als Gewinde-Schneidwerkzeug ausgebildet
sein kann.
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Wenn
es sich um ein gerade genutetes Werkzeug handelt, ergeben sich zusätzliche
Vorteile bei der Herstellung, insbesondere dann, wenn das Werkzeug
aus einem Sintermaterialrohling hergestellt wird, der beispielsweise
extrudiert oder in einem Formpressverfahren mit bereits eingearbeiteten
innenliegenden Kühl-/Schmiermittelkanälen und/oder Führungsvertiefungen
und/oder vorbereiteten Spannuten ausgebildet werden kann.
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Das
Schneidteil kann jedoch auch mit wendelförmigen Spannuten
ausgestattet sein. In diesem Fall kann es von Vorteil sein, wenn
das Schneidteil als separates Bauteil an dem Schaft angesetzt ist.
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Die
Erfindung schafft somit ein drehantreibbares, spanabhebendes Werkzeug,
vorzugsweise in der Ausgestaltung als Feinbearbeitungswerkzeug, wie.
z. B. als Hochleistungsreibahle, mit integrierter Kühl-/Schmiermittelversorgung,
zur Bearbeitung von Bohrungen, vorzugsweise von Durchgangsbohrungen.
Das Werkzeug hat ein Schneidteil, an dem eine Vielzahl von Schneiden
beziehungsweise Schneidkanten und Spannuten ausgebildet sind, und
einen Schaft, der auf einer dem Schneidteil abgewandten Seite einen
Einspannabschnitt ausbildet. Zur wirksameren Versorgung der Schneidkanten
mit Kühl-/Strömungsmittel bei gleichzeitiger Verbesserung
der Wirtschaftlichkeit des Herstellungsverfahrens sind im Einspannabschnitt
eine der Anzahl der Spannuten entsprechende Anzahl von Kühl-/Schmiermittelkanälen
ausgebildet, die jeweils eine axiale Austrittsöffnung haben.
Das aus den Kühl-/schmiermittelkanälen austretende
Kühl-/Schmiermittel wird quasi „frei fliegend",
ggfs. durch den Außendurchmesser des Schafts gestützt,
in die zugehörige Spannut des Schneidteils eingespeist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10347755
A1 [0004]
- - DE 202004008566 U1 [0006]