DE102008002406A1

DE102008002406A1 - Schneidwerkzeug und Verfahren zum spanhebenden Bearbeiten von metallischen Werkstücken

Info

Publication number: DE102008002406A1
Application number: DE102008002406A
Authority: DE
Inventors: Peter Reim; Werner Prill; Stefan Knecht
Original assignee: Volkswagen AG; Sandvik GmbH
Current assignee: Volkswagen AG; Sandvik GmbH
Priority date: 2008-06-12
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2009-12-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug zum spanhebenden Bearbeiten von metallischen Werkstücken, aufweisend wenigstens einen Schneidzahn (10) mit einer Schnittkante (102), die in Bezug auf die (relative) Schneidrichtung (A) oder die Tangente (204) zur Werkstück-Schnittfläche (205) einen Spanwinkel (gamma) und einen Freiwinkel (alpha) aufweist. Es ist vorgesehen, dass hinter der Schnittkante (102) des Schneidzahnes (10) in Bezug auf die Schneidrichtung (A) ein Walzmittel (105) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum spanhebenden Bearbeiten von metallischen Werkstücken.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug zum spanhebenden Bearbeiten von metallischen Werkstücken mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen und ein Verfahren zum spanhebenden Bearbeiten von metallischen Werkstücken mit den im Oberbegriff des Anspruchs 13 genannten Merkmalen.
Es ist bekannt, dass in der Metallbearbeitung zum Erhöhen der Festigkeit der metallischen Werkstücke neben Schmieden und Härten alternativ oder ergänzend auch Festwalzen, Glattwalzen, Rollieren und Richtwalzen Anwendung finden. Beim Walzen wird ein Tiefenbereich des Werkstücks von seiner Oberfläche her durch eine aufzubringende Walzkraft plastisch verformt und verdichtet. Die dazu verwendeten Werkzeuge können drehbare Rollen oder feststehende Gleitwalzmittel aufweisen. Die Bearbeitung von Lagersitzen der Kurbel- oder Nockenwellen von Brennkraftmaschinen kann beispielsweise über zwanzig Bearbeitungsschritte aufweisen, wie in der WO 2007/137762 A1 dargelegt, und hierbei mehrere zwischen den spanhebenden Bearbeitungsschritten liegende Walzvorgänge aufweisen. Jeder dieser Walzvorgänge ist dafür ausgelegt, dass der Metallwerkstoff des Werkstücks tiefer verdichtet wird, als der darauf folgende Materialabtrag durch einen der spanhebenden Arbeitsschritte, so dass im Ergebnis an der Oberfläche des Werkstücks eine festgewalzte verdichtete Materialschicht entsteht, deren Endmaß und Form durch spanhebende Bearbeitung oder durch Schleifen präzise gefertigt sind. Durch das Festwalzen kann eine Festigkeitssteigerung des Werkstücks von bis zu 200 bis 300% erreicht werden. Für die durch das Drehfräsen abzutragende minimale Spandicke ist ein Richtwert von ungefähr 0,1 mm bekannt, der von dem Grad der Schärfe der Schnittkante abhängt und beispielsweise auch bis zu 0,05 mm betragen kann.
Das in der WO 2007/137762 A1 offenbarte Verfahren erfordert jedoch einen zeitaufwendigen Wechsel und Neueinrichtung einer großen Anzahl von verschiedenen Werkzeugen beziehungsweise die Bearbeitung des Werkstücks an mehreren Werkzeugmaschinen mit den dazwischen liegenden Schritten zum Entnehmen und Neueinrichten des Werkstücks und jeweiligen Werkzeugs. Diese mehrfach anfallenden Rüstzeiten verteuern insgesamt den Herstellungsprozess.
Die DE 102 43 415 A1 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung von Druckeigenspannungen in der Oberfläche von Werkstücken. Hierbei wird nach einer spanhebenden Bearbeitung mithilfe einer schwingenden Sonotrode die Oberfläche des Werkstücks plastisch verformt.
Speziell beim spanhebenden Bearbeiten und plastisch verformenden Festwalz-Bearbeiten der Haupt- und Pleuellager einer Kurbelwelle oder der Lager einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine wird das zu bearbeitende Werkstück beispielsweise von einer Drehfräsmaschine zu einer Walzrolliermaschine zeitaufwendig umgesetzt. Auch wenn alternativ dazu an nur einer Werkzeugmaschine lediglich ein Fräswerkzeug gegen ein Festwalzwerkzeug ausgetauscht wird, muss dennoch zeitaufwendig das nachfolgende Werkzeug auf das eingespannt gebliebene Werkstück einjustiert werden, bevor die Bearbeitung weitergeführt werden kann. Das Aufaddieren der hintereinander auszuführenden Bearbeitungsschritte verlängert außerdem die Gesamtbearbeitungszeit.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schneidwerkzeug und ein Verfahren zum spanhebenden und plastisch verformenden Bearbeiten metallischer Werkstücke derart anzugeben, um den Aufwand und die Rüstzeit zwischen einem spanhebenden Arbeitsvorgang und einem plastisch verformenden Festwalzvorgang zu reduzieren. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung, die obigen Ziele insbesondere beim Drehfräsen, vorzugsweise beim Drehfräsen von Lagersitzen einer Kurbel- oder Nockenwelle einer Brennkraftmaschine zu erreichen.
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird von einem Schneidwerkzeug zum spangebenden beziehungsweise spanhebenden Bearbeiten von metallischen Werkstücken (vorzugsweise durch eine Fräsmaschine) ausgegangen, aufweisend wenigstens einen Schneidzahn mit einer Schnittkante, die in Bezug auf die (relative) Schneidrichtung oder die Tangente zur Werkstück-Schnittfläche einen Spanwinkel und einen Freiwinkel aufweist.
Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden dadurch erreicht, dass hinter der Schnittkante des Schneidzahnes in Bezug auf die Schneidrichtung ein Walzmittel angeordnet ist. Dieses Walzmittel beaufschlagt die kurz vorher spanhebend bearbeitete Werkstück-Schnittfläche mit einer Walzkraft und verdichtet dadurch die oberen Schichtbereiche des vorzugsweise metallischen Werkstücks.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung schließt das erfindungsgemäße Walzmittel unmittelbar an der Schnittkante des Schneidzahnes an.
Das Walzmittel ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung von der Schnittkante des Schneidzahnes um einen ersten Abstand beabstandet angeordnet. Dieser Abstand ermöglicht es, direkt hinter der Schnittkante eine Freifläche zu haben, die einen positiven Freiwinkel aufweist, wodurch die spanhebende Bearbeitung leichter, genauer und sauberer ablaufen kann und die thermische Belastung der Schnittkante von der thermischen Belastung durch das Walzmittel räumlich beabstandet ist.
Gemäß einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Walzmittel von der Schnittkante des Schneidzahnes um einen die Längsabmessung des Schneidzahnes übertreffenden zweiten Abstand beabstandet und als ein gesondert positionierter Walzzahn angeordnet. Vorzugsweise kann das Walzmittel in einer weiteren Ausgestaltung eine sphärische Form aufweisen, das heißt abgerundet mit einer vorgegebenen Form und Krümmung.
Das Schneidwerkzeug ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung als ein Träger ausgeführt, in dem wenigstens ein Schneidzahn als ein austauschbarer Schneideinsatz befestigt ist. Diese Ausgestaltungsform bringt auch in dem erfindungsgemäßen Anwendungsfall die Vorteile, auf eine preiswerte Art und Weise das Schneidwerkzeug nach seiner Abnutzung erneuern zu können.
Ferner ist der austauschbare Schneideinsatz als eine Wendeschneidplatte ausgeführt, die in bekannter Weise zwei, drei oder vier Schnittkanten aufweist und dadurch mehrfach verwendbar ist.
Alternativ ist das Schneidwerkzeug mit dem wenigstens einen Schneidzahn in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung einteilig aus einem Werkstück ausgeführt.
Das Schneidwerkzeug ist erfindungsgemäß bevorzugt als ein Meißel oder eine Schaft- oder eine Scheibenfräse ausgeführt. Prinzipiell kann das erfindungsgemäße Schneidwerkzeug in allen Arten von spanhebenden Schnittwerkzeugen und Werkzeugmaschinen, sowohl mit einer translatorischen als auch einer rotatorischen Bearbeitungsbewegung zum Bearbeiten von flachen, gekrümmten oder zylindrischen Oberflächen vorzugsweise metallischer Werkstücke eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das Schneidwerkzeug eine Vielzahl von Schneidzähnen auf, wobei einem mit einem Walzmittel ausgestatteten Schneidzahn wenigstens ein herkömmlicher Schneidzahn vor- und/oder nachgeordnet ist. Durch diese Ausführung kann die spanhebende Bearbeitung durch mehr Spanvorgänge pro Walzvorgang stärker betont oder auch genauer ausgeführt werden.
In einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung nach vorliegender Erfindung ist der wenigstens eine mit einem Walzmittel ausgestattete Schneidzahn mit einer ausgesparten Schnittkante als lediglich ein Walzmittel ausgeführt. Dadurch werden die Aufgaben der spanhebenden Bearbeitung und der festwalzenden Bearbeitung auf verschiedene Werkzeugelemente aufgeteilt. Eine solche Aufgabenteilung hat zum Vorteil, dass ein als ein reines Walzmittel ausgeführter quasi Schneidzahn einfacher herzustellen und auf einem Träger flexibler in Bezug auf seine Tiefenwirkung positionierbar ist.
Der Freiwinkel und der Spannwinkel des Schneidzahnes können jeweils einen positiven und/oder negativen Wert aufweisen.
Nach einem verfahrenstechnischen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird von einem Verfahren zum spanhebenden Bearbeiten von metallischen Werkstücken ausgegangen, das wenigstens einen Schritt zum spanhebenden Bearbeiten und wenigstens einen Schritt zum Festwalzen der Werkstückoberfläche aufweist.
Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden verfahrenstechnisch dadurch gelöst, dass die spanhebende Bearbeitung und das Festwalzen in nur einem Schritt durch ein Werkzeug unmittelbar aufeinander folgend ausgeführt werden. Die Zwischenrüstzeit ist nicht nur reduziert, sondern gänzlich eliminiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens nach vorliegender Erfindung wird die spanhebende Bearbeitung und das Festwalzen mit einem Schneidwerkzeug ausgeführt, das wenigstens einen Schneidzahn mit einer Schnittkante aufweist, wobei hinter der Schnittkante des Schneidzahnes in Bezug auf die Schneidrichtung wenigstens ein Walzmittel angeordnet ist, mit dem die Oberfläche des metallischen Werkstücks mit einer vorgegebenen Walztiefe festgewalzt wird.
Der Vorschub des Schneidwerkzeugs wird in einer alternativen Ausführung des Verfahrens nach vorliegender Erfindung derart vorgegeben, dass dadurch eine Spanndicke, eine Walzdicke und eine Walzkraft vorgegeben werden.
Die Bewegungsgeschwindigkeit oder der Vorschub des Schneidwerkzeugs und/oder die Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks in Bezug zueinander werden gemäß einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung des Verfahrens nach vorliegender Erfindung derart vorgegeben, dass eine Spandicke und eine Walzdicke und dadurch eine Walzkraft vorgegeben werden. Vorzugsweise kann die Walzdicke im Wesentlichen gleich der halben Spandicke gewählt werden. Noch bevorzugter kann in Abhängigkeit von dem Material des Werkstücks ein Bereich zwischen 0,1 und 1,5 der Spandicke für die Walzdicke vorgesehen werden.
Ferner kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Walzmitteln, beispielsweise zwei oder drei, hintereinander an der Freifläche eines erfindungsgemäßen Schneidzahnes vorgesehen werden. Hierbei weist jedes nachfolgende Walzmittel eine gegenüber dem vorherigen tiefer ins Werkstück greifende Walzdicke auf, so dass der Walzvorgang in mehrere Walzvorgänge aufgeteilt wird.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Walzmittel als ein rotierbares Walzmittel, beispielsweise in Form von Rollen oder Kugeln, ausgeführt werden.
Die erfindungsgemäßen Schneidzähne können sowohl in einem Trägerfräswerkzeug als auch in einem Vollfräswerkzeug vorgesehen werden.
Der Durchmesser der Scheibenfräse und des zylindrischen Werkstücks können ferner aufeinander derart abgestimmt sein, dass eine erfindungsgemäße Kombination aus spanhebender und festwalzender Bearbeitung mit gewünschten Parametern erreicht wird.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der in der Zerspanungstechnik verwendeten herkömmlichen Schneidwerkzeuge mit den wichtigsten Winkelparametern;
2 eine schematische Querschnittansicht durch eine erste erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Schneidwerkzeugs;
3 eine schematische Querschnittansicht durch eine zweite erfindungsgemäße Ausgestaltung des Schneidwerkzeugs;
4 eine schematische Querschnittansicht durch eine dritte erfindungsgemäße Ausgestaltung des Schneidwerkzeugs;
5A eine schematische Teil-Draufsicht auf eine Scheibenfräse mit erfindungsgemäßen Wendeschneidplatten;
5B eine schematische Teil-Seitensicht auf eine Scheibenfräse mit erfindungsgemäßen Wendeschneidplatten und
6 eine schematische Querschnittansicht durch eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung des Schneidwerkzeugs mit zusätzlich seitlich wirkenden Schnittkanten.
1 zeigt eine schematische Darstellung der in der Zerspanungstechnik verwendeten herkömmlichen Schneidwerkzeuge mit den wichtigsten Winkelparametern. Diese Darstellung dient lediglich einer Einführung in die Zerspanungstechnik.
Das Schneidwerkzeug 10 ist hiebei in der Schubrichtung A in einer der Spandicke a entsprechenden Tiefe über der Werkstückschnittfläche oder Schnittebene 205 des Werkstücks 20 krafthaltig geführt und hebt mit seiner Schnittkante 102 einen Span 204 von dem Werkstück 20 ab.
Die Schnittleistung hängt hierbei von den Winkelparametern und dem Schärfegrad der Schnittkante 102 ab. Die Schnittkante oder auch der Schneidkeil 102 kann hierzu eine unterschiedlich gewählte Rundung aufweisen, wodurch eine Anpassung an die Materialhärte, die gewünschte minimale Spandicke a und Lebensdauer der Schnittkante 102 bis zu einer erneuten Schärfung vorgebbar sind.
Der Spanwinkel γ an einer Schneide beeinflusst das Stauchen und Abfließen des Spans 204 sowie die Wärmeverteilung bei der Zerspanung. Er wird durch die orthogonale Bezugsebene 203 und die Spanfläche 101 definiert. Positive Spanwinkel γ mit einem Winkel unter 90° lassen den Span 204 leichter über den Schneidkeil 102 gleiten. Die meiste Wärme wird mit dem Span 204 abtransportiert. Damit wird die Haftung des Spans 204 am Schneidkeil 102 erschwert. Nachteil eines positiven Spanwinkels γ ist die Erzeugung eines langen Spans 204, der durch erneutes Umlenken durch Spanleitstufen jedoch gebrochen werden kann. Um die Stabilität der Schneide bei der Zerspanung harter Werkstoffe zu erhöhen, wird ein kleiner oder sogar negativer Spanwinkel gewählt.
Der Freiwinkel α an einer Werkzeugschneide beschreibt bei der spanabhebenden Bearbeitung den Winkel des Freiraumes zwischen Werkzeug und bearbeiteter Fläche. Er ist bei typischen Arbeitsgängen wie Drehen und Fräsen von Bedeutung und beeinflusst die Reibung zwischen beiden Teilen.
Der Freiwinkel wird immer gerade so groß gewählt, dass das Werkzeug, je nach Material, genügend frei schneidet. Einen kleinen Winkel wählt man bei harten, kurz spanenden Werkstoffen, wie beispielsweise hoch legierten Stählen, einen großen Freiwinkel hingegen bei weichen, plastisch verformbaren Werkstoffen, etwa bei Kunststoffen.
Der Freiwinkel wird durch die Schnittebene 205 und Freifläche 103 gebildet und senkrecht zur Hauptschneide gemessen. Er bildet zusammen mit dem Keilwinkel den Schnittwinkel β. Freiwinkel α, Keilwinkel β–α und Spanwinkel γ ergeben in der Summe immer 90°, wenn γ nicht einen negativen Wert aufweist.
2 zeigt eine schematische Querschnittansicht durch eine erste erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Schneidwerkzeugs.
Ein erfindungsgemäßer Schneidzahn 10 ist in einem Träger 11 festgehalten und weist in dieser bevorzugten Ausgestaltung nur beispielsweise einen negativen Spanwinkel γ auf. Der Schneidkeil 102 schließt unter einem positiven Freiwinkel α mit einer Freifläche 103 auf. Beabstandet um einen vorgegebenen Abstand d von dem Schneidkeil 102 und ihm in Bezug auf die Schneidrichtung A nachfolgend angeordnet ist an der Freifläche 103 des Schneidzahnes 10 ein Vorsprung vorgesehen, der ein Walzmittel 105 ausbildet.
Das Walzmittel 105 weist eine sphärisch ausgebildete Gleitnocke 104 auf, die in dieser bevorzugten Ausgestaltung in Bezug auf die Schnittebene 205 des Werkstücks 20 um einen Betrag der Walzdicke b tiefer als der Schneidkeil 102 in das Werkstück 20 eingreift.
Der Betrag der Walzdicke b ist derart vorzugeben, dass eine gewünschte beziehungsweise technologisch realisierbare plastische Verdichtung der Oberschichten des Werkstücks 20 ausgeführt werden kann. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Walzdicke b ungefähr im Bereich einer halben Spandicke a gewählt. Sie kann jedoch auch in einem breiteren Bereich gewählt werden.
Im vorliegenden Beispiel ist der Schneidzahn 10 symmetrisch wendbar und austauschbar in dem Träger 11 ausgeführt, was seine Anwendung als eine Wendeschneidplatte ermöglicht.
Die Walztiefe c muss mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung des Vorschubs B und der Schneidgeometrie des Schneidzahnes 10 derart tief in das Innere des Werkstücks 20 erreichbar sein, dass sie stets größer als der (nachfolgende) Abtrag durch Spandicke a ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass der nachfolgende spanabhebende Vorgang durch einen nachfolgenden Schneidzahn 12 oder 10 nicht die gesamte verdichtete Schicht 202 abhebt.
Was den Vorschub B betrifft, so kann dieser entweder einmalig durch einen Einstechvorgang vorgegeben sein und die weitere Bearbeitung lediglich in Schneidrichtung A erfolgen, oder alternativ, ein stetiger kleiner Vorschub B beispielsweise beim Drehen oder Drehfräsen ausgeführt werden.
Im letzten Fall kann sogar erreicht werden, dass das Walzmittel 105 mit einem negativen Betrag der Walzdicke b weniger tief in Bezug auf das Werkstück 20 als der Schneidkeil 102 positioniert ist. In diesem Fall bedarf es zum Erzielen eines gleichzeitigen Walzeffektes einer bestimmten technologischen Zusammensetzung aus beispielsweise den Drehzahlen der Drehfräse und des Werkstücks 20 und des Vorschubs B.
3 zeigt eine schematische Querschnittansicht durch eine zweite erfindungsgemäße Ausgestaltung des Schneidwerkzeugs.
In dieser bevorzugten Ausgestaltung ist die Spanfläche 101 nur beispielhaft unter einem positiven Spanwinkel γ angeordnet. Der Schneidkeil 102 schließt unter einem negativen Freiwinkel α' mit einem als eine schräg angeordnete Fläche ausgebildeten aufschließenden Walzmittel 106 auf. Der negative Freiwinkel α und die Länge des aufschließenden Walzmittels 106 werden derart vorgegeben, dass sich eine gewünschte Walzdicke b ergibt. Die unmittelbar dem aufschließenden Walzmittel 106 bezüglich der Schneidrichtung A nachfolgend angeordnete Freifläche 103 weist beispielsweise einen positiven Freiwinkel α auf.
Auch in diesem Fall gilt das zuvor in Bezug auf die Walz- oder Verdichtungstiefe c und den Vorschub B Gesagte, so dass auf deren wiederholende Beschreibung verzichtet werden kann.
Die verschiedenen Ausgestaltungen des Schneidzahnes 10 in 2 und 3 können je nach Anwendung untereinander größere Vorteile aufweisen und dadurch den Einsatzbereich ausweiten helfen.
4 zeigt eine schematische Querschnittansicht durch eine dritte erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Schneidwerkzeugs.
Während die vorangegangenen Ausgestaltungen in den 2 und 3 eine universelle Anwendung in Rotations- und Translations-Werkzeugen und Bearbeitungsmaschinen zulassen, beschreibt 4 eine spezielle bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung im Falle einer Drehfräse.
Die Drehfräse weist einen in Drehrichtung A' rotierbar um ihre Drehachse D₁₀ gelagerten Träger 11 auf, in welchem wenigstens ein erfindungsgemäßer Schneidzahn 10 festgehalten ist.
Der Schneidzahn 10 weist in dieser bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung nur beispielsweise einen leicht negativen Spanwinkel γ auf. Der Schneidkeil 102 schließt im Wesentlichen tangential auf das als eine sphärische Freifläche ausgebildete Walzmittel 107 auf, die mit dem Radius R₁₀ der Drehbewegung des Schneidkeils 102 nachgebildet ist.
Das sphärische Walzmittel 107 wird während der Bearbeitung des Werkstücks 20, nachdem der Schneidkeil 102 seine spanabhebende Arbeit ausgeführt hat, in Kontakt mit der Schneidfläche 205 des zylinderförmigen und in Drehrichtung A'' in Drehung versetzten Werkstücks 20 gebracht und mit einer Walzkraft beaufschlagt, die derart bemessen ist, dass eine plastisch verformende Materialverdichtung durch eine vorgegebene Walzdicke b bis in eine gewünschte Walztiefe c in das Innere des Werkstücks 20 erfolgen kann.
Die Tatsache, dass im vorliegenden Beispiel die Drehrichtung A der Drehfräse und die Drehrichtung A'' des zylindrischen Werkstücks 20 einander entgegengerichtet sind (das heißt eigentlich im gleichen Drehsinn), bedeutet nicht, dass auch eine in gleicher Drehrichtung ausgeführte erfindungsgemäße Bearbeitung in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung Vorteile haben kann. Im letzteren Fall muss jedoch die Drehfräse vorzugsweise eine besonders deutlich höhere Drehzahl als das Werkstück 20 oder umgekehrt aufweisen, wenn eine möglichst gleichmäßige Oberflächengüte erreicht werden soll.
5A zeigt eine schematische Teil-Draufsicht auf eine Scheibenfräse mit Wendeschneidplatten 10_n und 12_n .
Die als Wendeschneidplatten ausgebildeten Schneidzähne 10_n und 12_n sind hierbei in herkömmlicher Weise in zwei Reihen abwechselnd angeordnet und mithilfe jeweils einer Schraube 13_n an dem Träger 11 festgeschraubt.
In vorliegender Ausgestaltung wird ein erfindungsgemäßer Schneidzahn 10_n in jeder der beiden Reihen 10_n nur beispielsweise von zwei nach und vorher an dem Träger 11 angeordneten herkömmlichen Schneidzähnen 12_n und 12_n-1 abgelöst. Es könnte jede beliebige Abwechslungsfolge gewählt werden, beispielsweise 1 zu 1 oder 3 zu 1. Ferner ist es in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung möglich, den Träger 11 ausschließlich mit den erfindungsgemäßen Schneidzähnen 10_n zu besetzen.
5B zeigt eine schematische Teil-Seitensicht auf einen äußeren Teilbereich einer Scheibenfräse mit Wendeschneidplatten aus 5A. Die Drehrichtung A' zeigt die Drehbewegung des als eine Scheibenfräse ausgeführten Werkzeugs, das einen Träger 11 aufweist, auf welchem radial hintereinander eine Vielzahl von herkömmlichen Schneidzähnen 12_n und 12_n-1 und erfindungsgemäßen Schneidzähnen 10_n angeordnet ist.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird anstelle eines erfindungsgemäßen Schneidzahnes 10 ein reines Walzmittel eingesetzt. Beispielsweise kann man ein solches Walzmittel durch Fortlassen oder Aussparung der Schnittkante 102 in 2 oder durch Abrunden der Schnittkante 102 in 3 entstehen lassen. In diesem Fall wird die spanhebende Arbeit allein durch die herkömmlichen Schneidzähne 12_n ausgeführt und die dann als reine Walzmittel ausgeführten quasi Walzzähne 10_n leisten keinen eigenen Anteil zur spanhebenden Bearbeitung. Durch eine solche Aufgabenaufteilung wird vorteilhaft erreicht, dass die Geometrie des Walzmittels einfacher und daher weniger aufwendig in der Produktion wird. Ferner wird auch die Einhaltung der Fertigungstoleranzen einer Drehfräse mit einer Vielzahl radial angeordneter Schneidzähne 10 hierdurch einfacher und flexibler gestaltbar, da die herkömmlichen Schneidzähne und die reinen Walzmittel-Zähne relativ zueinander in radialer Richtung in Bezug auf die Walzdicke b frei positioniert werden können.
6 zeigt eine schematische Querschnittansicht durch eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Schneidwerkzeugs mit seitlich wirkenden Schnittkanten 108.
Mit einem so ausgestalteten Schneidwerkzeug ist es möglich, beispielsweise beim Drehfräsen von Lagersitzen einer Kurbelwelle ohne Werkzeugtausch auch die beidseitigen Stirngleitlager spanhebend und gleichzeitig festwalzend zu bearbeiten. Hierzu weist auch der Schneidkeil 102 im seitlichen Bereich 108 eine erfindungsgemäße Schneidgeometrie auf, die dazu führt, dass eine vorgegebene Walzdicke b ein oben beschriebenes erfindungsgemäßes Festwalzen ermöglicht.
Ferner ist der Eckenbereich 109 der Schneidzähne 10 derart abgerundet und ebenso mit einem Walzmittel ausgestattet, dass durch diese Rundung der Übergang zwischen dem zylindrischen Lager, beispielsweise einer Kurbelwelle und den seitlichen Begrenzungslagern geformt wird.
Die vorangehenden Ausführungen der vorliegenden Erfindung sind lediglich beispielhaft und nicht als die vorliegende Erfindung einschränkend auszulegen. Die vorliegende Erfindungslehre kann leicht auf andere Anwendungen übertragen werden. Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist zur Veranschaulichung vorgesehen und nicht, um den Schutzbereich der Patentansprüche einzuschränken. Viele Alternativen, Modifikationen und Varianten sind für einen durchschnittlichen Fachmann offensichtlich, ohne dass er hierfür den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung verlassen müsste, der in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist.

10: Schneidzahn, Walzzahn
101: Spanfläche
102: Schneidkeil, Schnittkante
103: Freifläche
104: Gleitnocke des Walzmittels
105: Walzmittel
106: aufschließendes Walzmittel
107: sphärisches Walzmittel
108: seitlich wirkende Schnittkanten
109: Eckenbereich
11: Träger
12: herkömmlicher Schneidzahn
12_n: n-ter herkömmlicher Schneidzahn
13_n: n-te Schraube
20: Werkstück
201: abzutragende Schicht
202: verdichtete Metallschicht des Werkstücks
203: orthogonale Bezugsebene
204: Span
205: Werkstückschnittfläche, Schnittebene
α: Freiwinkel
α': negativer Freiwinkel
β: Schnittwinkel Spanwinkel
γ: Spanwinkel
a: Spandicke
b: Walzdicke
c: Walztiefe, Verdichtungstiefe
d: erster Abstand
e: zweiter Abstand
A: Schneidrichtung
A': Drehrichtung einer Drehfräse
A'': Drehrichtung des Werkstücks
B: Vorschubrichtung
D₁₀: Drehachse der Drehfräse
D₂₀: Drehachse des Werkstücks
R₁₀: Radius der Drehfräse
R₂₀: Radius des Werkstücks

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 2007/137762 A1 [0002, 0003]
- DE 10243415 A1 [0004]

Claims

Schneidwerkzeug zum spanhebenden Bearbeiten von metallischen Werkstücken, aufweisend wenigstens einen Schneidzahn (10) mit einer Schnittkante (102), die in Bezug auf die (relative) Schneidrichtung (A) oder die Tangente (204) zur Werkstück-Schnittfläche (205) einen Spanwinkel (γ) und einen Freiwinkel (α) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass hinter der Schnittkante (102) des Schneidzahnes (10) in Bezug auf die Schneidrichtung (A) ein Walzmittel (105) angeordnet ist.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzmittel (105) unmittelbar an der Schnittkante (102) des Schneidzahnes (10) anschließt.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzmittel (105) von der Schnittkante (102) des Schneidzahnes (10) um einen ersten Abstand (d) beabstandet angeordnet ist.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzmittel (105) von der Schnittkante (102) des Schneidzahnes (10) um einen die Längsabmessung des Schneidzahnes (10) übertreffenden zweiten Abstand (e) beabstandet und als ein gesondert positionierter Walzzahn (10) angeordnet ist.
Schneidwerkzeug nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzmittel (105) eine sphärische, zum Werkstück hin ausgewölbte Form aufweist.
Schneidwerkzeug nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidwerkzeug als ein Träger (11) ausgeführt ist, in dem wenigstens ein Schneidzahn (10) als ein austauschbarer Schneideinsatz befestigt ist.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der austauschbare Schneideinsatz als eine Wendeschneidplatte ausgeführt ist.
Schneidwerkzeug nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidwerkzeug mit dem wenigstens einen Schneidzahn (10) einteilig aus einem Werkstück ausgeführt ist.
Schneidwerkzeug nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidwerkzeug als ein Meißel oder eine Schaft- oder eine Scheibenfräse ausgeführt ist.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidwerkzeug eine Vielzahl von Schneidzähnen (10_n ) aufweist, wobei einem mit einem Walzmittel (105) ausgestatteten Schneidzahn (10_n ) wenigstens ein herkömmlicher Schneidzahn (12_n ) vor- und/oder nachgeordnet ist.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine mit einem Walzmittel (105) ausgestattete Schneidzahn (10) mit einer ausgesparten Schnittkante (102) als ein Walzmittel ausgeführt ist.
Schneidwerkzeug nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiwinkel (α) und der Spanwinkel (γ) des Schneidzahnes (10) jeweils einen positiven und/oder negativen Wert aufweisen.
Verfahren zum spanhebenden Bearbeiten von metallischen Werkstücken, aufweisend wenigstens einen Schritt zum spanhebenden Bearbeiten und wenigstens einen Schritt zum Festwalzen der Werkstückoberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die spanhebende Bearbeitung und das Festwalzen in nur einem Schritt durch ein Werkzeug unmittelbar aufeinander folgend ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die spanhebende Bearbeitung und das Festwalzen mit einem Schneidwerkzeug ausgeführt werden, das wenigstens einen Schneidzahn (10) mit einer Schnittkante (102) aufweist, wobei hinter der Schnittkante (102) des Schneidzahnes (10) in Bezug auf die Schneidrichtung (A) wenigstens ein Walzmittel (105) angeordnet ist, mit dem die Oberfläche des metallischen Werkstücks mit einer vorgegebenen Walztiefe (c) festgewalzt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschub (B) des Schneidwerkzeugs derart vorgegeben wird, dass eine Spandicke (a) und eine Walzdicke (b) und dadurch eine Walzkraft vorgegeben werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschub des Schneidwerkzeugs und/oder die Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks in Bezug zueinander derart vorgegeben werden, dass eine Spandicke (a) und eine Walzdicke (b) und dadurch eine Walzkraft vorgegeben werden.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Walztiefe (b) im Wesentlichen gleich der halben Spandicke (a) gewählt wird.