DE102010021730A1

DE102010021730A1 - Wendeschneidplatte

Info

Publication number: DE102010021730A1
Application number: DE102010021730A
Authority: DE
Inventors: Igor Kaufmann; Anwar Sadat Mohideen Abdul
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2011-12-01
Anticipated expiration: 2030-05-28
Also published as: BRPI1102622A2; DE102010021730B4; US8616810B2; GB2480770A; FR2960459A1; CN102259200A; CN102259200B; US20110293383A1; GB201109094D0

Abstract

Wendeschneidplatte mit zwei einander abgewandten Hauptflächen (1) mit jeweils einer am Flächenrand umlaufenden Schneidkante (3) und mit einer an die Schneidkante (3) angrenzenden Spanstufe (6) mit einer durchgehend gekrümmten Oberfläche.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine doppelseitige Wendeschneidplatte. Diese Wendeschneidplatten weisen zwei einander abgewandte Hauptflächen auf. Jede der Hauptflächen ist an ihrem Flächenrand von einer umlaufenden Schneidkante umsäumt. An die Schneidkante grenzt eine Spanstufe an. Eine derartige Wendeschneidplatte ist beispielsweise aus der US 7,278,805 B2 bekannt. Derartige Spanstufen bestehen in der Regel aus einem Einlaufbereich und einem Auslaufbereich. Der Einlaufbereich weist hierbei eine gegenüber der Schneidkante schräggestellte ebene Fläche auf. Am tiefsten Punkt der Spanstufe geht der Einlaufbereich in den Auslaufbereich über. Der Auslaufbereich ist hierbei üblicherweise ausgerundet. Im Bereich des Übergangs vom Einlaufbereich zum Auslaufbereich treten an der Spanstufe häufig unerwünschte Spannungsspitzen auf. Diese Spannungsspitzen führen zu einer Zerstörung der Wendeschneidplatte.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Wendeschenidplatte so zu gestalten, dass die Wechselbeanspruchungen verringert sind.
Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe ist durch die Merkmalskombination des Patentanspruchs 1 in erfinderischer Weise gelöst. Die Unteransprüche beinhalten teilweise vorteilhafte und teilweise für sich selbst erfinderische Weiterbildungen der Erfindung.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die Oberfläche der Spanstufe durchgehend gekrümmt auszugestalten. Zunächst ist der Krümmungsradius der Oberfläche der Spanstufe sehr groß und verkleinert sich zusehends und bildet so wiederum einen Einlaufbereich der Spanstufe. Vom tiefsten Punkt der Spanstufe geht dieser dann kleine Krümmungsradius in einen Bereich mit größerem Krümmungsradius über und bildet so den Auslaufbereich der Spanstufe. Aufgrund der stets vorhandenen Krümmung der Oberfläche der Spanstufe findet eine gleichmäßige Spanformung statt. Der Span, der mit wachsendem Abstand von der Schneide abkühlt, wird noch im sehr warmen Zustand leicht umgeformt. Die Umformung des Spans steigt mit dem sich progressiv verkleinernden Radius ebenfalls progressiv an. Auf diese Weise erhält der Span sofort eine Neigung, sich innerhalb der Spanstufe kontinuierlich zu verformen. Infolge der kontinuierlichen Verformung des Spans wird auch die Reibung des Spans auf der Werkzeugfläche minimiert.
Vorteilhaft ist eine Spanstufe mit einem Einlaufbereich mit mehreren schrittweise kleiner werdenden Krümmungsradien der Oberfläche und mit einem Auslaufbereich mit schrittweise größer werdenden Krümmungsradien der Oberfläche. Der Keilwinkel ändert sich somit um dasselbe Maß.
Die Verkleinerung des Krümmungsradius der Spanstufenoberfläche im Einlaufbereich und die Vergrößerung des Krümmungsradius der Spanstufenoberfläche im Auslaufbereich kann entweder schrittweise oder kontinuierlich erfolgen. Wichtig ist es nur, dass die Krümmungsradien tangential ineinander übergehen, um eine gewellte Oberfläche im Bereich der Spanstufe zu vermeiden. Diesbezüglich unterscheidet sich die vorliegende Erfindung auch grundsätzlich von der aus der EP 1 181 123 B1 bekannten wellenförmigen Ausgestaltung der dort gezeigten Spanmulde.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind im Bereich der Spanstufe noch mehrere Spanformelemente nebeneinander angeordnet. Die Spanformelemente folgen in ihrer Ausgestaltung wiederum dem mit der Erfindung grundsätzlich verfolgten Konzept, an den Einlaufbereich der Spanmulde einen Auslaufbereich mit sich stetig progressiv ändernden Radien der Oberflächenkrümmung anzuschließen. Die der Schneidkante zugewandten Auflaufflächen der Spanformelemente weisen deshalb jeweils eine gekrümmte Oberfläche mit sich progressiv änderndem Krümmungsradius auf. Auch diese Krümmungsradien gehen tangential ineinander über.
In weiterer Ausgestaltung weisen die Spanformelemente an ihrem der Schneidkante abgewandten Ende der Auflauffläche eine hinausstehende Querrippe auf. Diese Querrippe wirkt mit einer im Anschluss an die Querrippe in den Plattenkörper eingeformten Abstandsnut zusammen. Die Abstandsnut ist nämlich zwischen dem jeweiligen Spanformelement und einem aus der Hauptfläche hinausragenden zentralen Anlagebereich angeordnet. Mit dem zentralen Anlagebereich liegt die Wendeschneidplatte mit einer Hauptfläche bei gespanntem Werkzeug an einer entsprechenden Gegenfläche im Werkzeugsitz bündig an. Um zu verhindern, dass dieser zentrale Anlagebereich durch Späne oder Spanfragmente beschädigt wird, sorgen die Querrippen auf den Spanformelementen und die Abstandsnuten dafür, dass der von den Spanformelementen abgeleitete Span nicht mit dem zentralen Anlagebereich in Berührung gelangen kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der zentrale Anlagebereich durch eingeformte Zwischenkanäle in eine Vielzahl von Anlagestümpfen aufgeteilt. Diese Anlagestümpfe ragen aus dem von den Zwischenkanälen gebildeten Kanalsystem nach Art von Inseln empor. Die Zwischenkanäle ermöglichen die Verwendung einer Überflutungskühlung. Das verwendete Kühlschmiermittel gelangt so einfach in den Bereich der Spanstufe und kann damit einfach zur Schneidkante weitergeleitet werden.
Da infolge der Zerklüftung des zentralen Anlagebereichs der Werkzeugquerschnitt der Wendeschneidplatte insgesamt geschwächt ist, ist in weiterer bevorzugter Ausführungsform vorgeschlagen, den Bohrungsrand der zentralen Durchgangsbohrung, welche beispielsweise einen Spannstift aufnehmen kann, zum Bohrungsinnenraum hin ansteigend auszugestalten, um so den Materialquerschnitt am Werkzeug wieder zu erhöhen.
Beschreibung der Figuren
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsmäßigen Wendeschneidplatte,
2 zeigt einen Querschnittsdarstellung des Oberflächenverlaufs der Spanstufe,
3 zeigt eine Querschnittsdarstellung des Oberflächenverlaufs eines Spanformelements,
4 zeigt eine vergleichende Darstellung der Spannungsverteilung in einer Wendeschneidplatte nach dem Stand der Technik und in der erfindungsgemäß ausgestalteten Wendeschneidplatte,
5 zeigt vergleichend den stufenförmigen Verlauf einer Spanstufe nach dem Stand der Technik und den kontinuierlichen Verlauf der erfindungsgemäß ausgestalteten Spanstufe,
6 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsmäßige Wendeschneidplatte mit einem in eine Vielzahl von Anlagestümpfen aufgeteilten zentralen Anlagebereich,
7 zeigt in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt VII aus 6,
8 zeigt einen Schnitt durch eine Wendeschneidplatte mit einem in eine Vielzahl von Anlagestümpfen aufgeteilten Anlagebereich,
9 zeigt den Ausschnitt IX aus 8.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Dem Betrachter ist in 1 die Hauptfläche 1 und die beiden vertikalen Seitenflächen 2 der erfindungsmäßigen Wendeschneidplatte zugewandt. Die Hauptfläche 1 ist von der umlaufenden Schneidkante 3 umsäumt. Die Hauptfläche 1 ist in ihrer Mitte von einer zentralen Durchgangsbohrung 4 durchbrochen. Die Durchgangsbohrung 4 dient bei der im Trägerwerkzeug gespannten Wendeschneidplatte zur Aufnahme eines Spannbolzens oder ähnlichem. Die Durchgangsbohrung 4 ist von dem aus der Hauptfläche 1 hinausragenden zentralen Anlagebereich 5 umsäumt. Mit dem zentralen Anlagebereich 5 liegt die Wendeschneidplatte im gespannten Zustand an einer entsprechenden Gegenfläche im Werkzeugsitz an.
An die Schneidkante 3 schließt sich in Richtung auf den zentralen Anlagebereich 5 die Spanstufe 6 an. In der Spanstufe 6 sind jeweils mehrere Spanformelemente 7 mit Abstand zueinander angeordnet. Zwischen den Spanformelementen 7 und dem zentralen Anlagebereich 5 sind jeweils Abstandsnuten 8 eingeformt. Die Spanformelemente 7 weisen jeweils eine Querrippe 9 auf.
In 2 dargestellt ist der Verlauf der Oberfläche der Spanstufe 6. Die Spanstufe 6 schließt sich in 2 direkt an die Schneidkante 3 an. Es ist jedoch auch denkbar, dass sich an die Schneidkante 3 zunächst eine Schutzfase oder eine Kantenverrundung anschließt, an welche sich jeweils die Spanstufe 6 dann ihrerseits wiederum anschließt. Von der Schneidkante 3 her betrachtet, also in 2 von rechts her betrachtet, weist die Oberfläche der Spanstufe 6 zunächst den Einlaufbereich 10 auf. Am tiefsten Punkt der Spanstufe 6 geht der Einlaufbereich 10 in den Auslaufbereich 11 über. Im Einlaufbereich sind mehrere große Radien R1 vorgesehen, die mit wachsendem Abstand von der Schneidkante kleiner werden. Im Auslaufbereich 11 ist zunächst der gegenüber dem großen Radius R1 sehr viel kleinere Radius R2 angeordnet, der im weiteren Verlauf des Auslaufbereichs 11 in den wieder größeren Radius R3 tangential übergeht. Die Spanstufe 6 weist so im Einlaufbereich 10 kleiner werdende Krümmungsradien R der Oberfläche auf und im Auslaufbereich 11 wieder größer werdende Krümmungsradien R der Oberfläche auf.
3 zeigt den entsprechenden Verlauf der Krümmung der Auflauffläche 12 am Spanformelement 7. Die Auflauffläche 12 beginnt wiederum von der Schneidkante 3, also von rechts in 3 her gesehen, mit einem großen Radius R1. An diesen großen Radius R1 schließt der kleinere Radius R2 an. An den noch kleineren Radius R2' schließt sich wiederum der größere Radius R3 an. Die Radien R1, R2 und R3 sowie die daraus resultierenden Winkel haben in der Zerspanungstechnik übliche Werte.
In 4 ist mit gestrichelten Linien der Span 13 angedeutet gezeichnet, der vom ebenfalls gestrichelt angedeutet gezeichneten Werkstück 14 abgespant wird. Im linken Teil der 4 ist der Spannungsverlauf am Querschnitt einer Spanstufe 6' nach dem Stand der Technik dargestellt. Die Pfeile symbolisieren den Spannungsverlauf über die Spanstufenfläche. Deutlich erkennbar ist die Spannungsspitze S am tiefsten Punkt der Spanstufe 6' nach dem Stand der Technik mit gestufter Spanstufenoberfläche. Im rechten Teil der 4 ist demgegenüber mit den Pfeilen der konstante Spannungsverlauf der Spanstufe 6 nach der Erfindung dargestellt. Hier treten aufgrund der tangential ineinander übergehenden Radien keine Spannungsspitzen S auf. Die Messungen wurden bei einer Schnittgeschwindigkeit von 200 m pro Minute, einer Schnitttiefe von 3 mm und einem Vorschub von 0,5 mm pro Umdrehung vorgenommen.
Entsprechend zeigt der linke Teil der 5 die Querschnittsdarstellung der stufenförmigen Oberfläche der Spanstufe 6' nach dem Stand der Technik und entsprechend der rechte Teil der 5 die Querschnittsdarstellung der durchgehend gekrümmten Oberfläche der Spanstufe 6 nach der Erfindung. Im linken Teil der 5 ist deutlich die Oberflächenveränderung infolge der Wechselbeanspruchung im Bereich der Spannungsspitze S erkennbar.
In der Darstellung der 7 sind noch einmal die Auflaufflächen 12 und die die Auflaufflächen 12 an ihrer der Schneidkante 3 abgewandten Seite begrenzenden Querrippen 9 der Spanformelement 7 erkennbar. Des Weiteren erkennbar sind die zwischen den Spanformelementen 7 und dem zentralen Anlagebereich 5 eingeformten Abstandsnuten 8.
Aus der Darstellung der 6 ist weiterhin die Ausführungsform des zentralen Anlagebereichs 5 ersichtlich, welcher von Zwischenkanälen 15 in eine Vielzahl von Anlagestümpfen 16 aufgeteilt ist. In 8 und 9 ist schließlich der zur Durchgangsbohrung 4 hin ansteigende Bohrungsrand 17 gezeigt. Infolge des Anstiegs des Bohrungsrands 17 zur Durchgangsbohrung 4 hin wird die Materialmenge im Bereich des Bohrungsrandes 17 maximiert, was zur Stabilisierung der Wendeschneidplatte beiträgt.
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

US 7278805 B2 [0001]
EP 1181123 B1 [0006]

Claims

Wendeschneidplatte mit zwei einander abgewandten Hauptflächen (1) mit jeweils einer am Flächenrand umlaufenden Schneidkante (3) und mit einer an die Schneidkante angrenzenden Spanstufe (6), gekennzeichnet durch eine durchgehend gekrümmte Oberfläche der Spanstufe (6).
Platte nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen an die Schneidkante (3) angrenzenden Einlaufbereich (10) der Spanstufe (6) mit mehreren sich mit zunehmendem Abstand von der Schneidkante verkleinernden Krümmungsradien (R1) der Oberfläche der Spanstufe (6) und mit einem sich an den Einlaufbereich (10) anschließenden Auslaufbereich (11) mit sich schrittweise vergrößernden Krümmungsradien (R2, R3) der Oberfläche der Spanstufe (6).
Platte nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Einlaufbereich (10) der Spanstufe (6) mit sich stetig verkleinerndem Krümmungsradius (R) und/oder durch einen Auslaufbereich (11) der Spanstufe (6) mit sich steitig vergrößerndem Krümmungsradius (R).
Platte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass der Einlaufbereich (10) am tiefsten Punkt der Krümmung der Oberfläche der Spanstufe (6) in den Auslaufbereich (11) übergeht.
Platte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch nebeneinander angeordnete Spanformelemente (7) in der Spanstufe (6) mit jeweils einer der Schneidkante (3) zugewandten Auflauffläche (12) für den auflaufenden Span mit gekrümmter Oberfläche, vorzugsweise mit einer Oberfläche mit progressiv abfallendem Krümmungsradius (R) mit wachsendem Abstand von der Schneidkante (3).
Platte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet dass die sich vergrößernden und/oder verkleinernden Krümmungsradien (R) sowohl der Oberfläche der Spanstufe (6) als auch der Auflauffläche (12) der Spanformelemente (7) jeweils tangential ineinander übergehen.
Platte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine aus dem Körper des Spanformelements (7) an dem der Schneidkante (3) abgewandten Ende der Auflauffläche (12) hinausstehende Querrippe (9) und durch eine im Anschluss an die Querrippe (9) in den Plattenkörper eingeformte Abstandsnut (8).
Platte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen aus der Hauptfläche (1) hinausragenden zentralen Anlagebereich (5) dessen Deckfläche bei gespanntem Werkzeug an einer Gegenfläche im Werkzeugsitz bündig anliegt, wobei der Anlagebereich (5) durch eingeformte Zwischenkanäle (15) in eine Vielzahl von Anlagestümpfen (16) aufgeteilt ist.
Platte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine zentrale Durchgangsbohrung (4) mit einem zur Bohrung hin ansteigenden Bohrungsrand (17).