DE102011054677A1

DE102011054677A1 - milling tool

Info

Publication number: DE102011054677A1
Application number: DE102011054677A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Volz; Benjamin Prescher
Original assignee: Guehring KG
Current assignee: Guehring KG
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2013-04-25
Anticipated expiration: 2031-10-21
Also published as: DE102011054677B4; WO2013057237A1

Abstract

Beschrieben wird ein Fräswerkzeug zum Fräsen faserverstärkter Kunststoffe, mit einem Schaft (12) und einem Schneidteil (14) mit einer Vielzahl von am Umfang ausgebildeten Hauptschneiden und dazwischen liegenden Spannuten. Die Hauptschneiden sind von leistenartigen Schneideinsätzen (16A, 16G) gebildet, die aus einem Hartstoff, wie z. B. Vollhartmetall oder PKD bestehen, wobei zumindest zwei Hauptschneiden (16A) zueinander gegensinnig zur Drehachse (24) angestellt sind.Disclosed is a milling tool for milling fiber reinforced plastics, comprising a shank (12) and a cutting member (14) having a plurality of circumferentially formed major cutting edges and flutes therebetween. The main cutting edges are formed by strip-like cutting inserts (16A, 16G), which consist of a hard material, such. B. solid carbide or PCD, wherein at least two main cutting edges (16A) are opposite to each other in opposite directions to the axis of rotation (24) employed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug zum Fräsen faserverstärkter Kunststoffe, insbesondere zum Fräsen von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK), das heißt von Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff, bei dem in eine Matrix (z. B. aus Kunststoff) Kohlenstofffasern, zumeist in mehreren Lagen, als Verstärkung eingebettet sind. Solche Werkstoffe sind allgemein bekannt und finden dann Anwendung, wenn es darum geht, Bauteile mit geringem Gewicht und hoher Festigkeit bereitzustellen. Unter dem Begriff CFK sollen auch keramische Faserverbundwerkstoffe und kurzfaserverstärkte Metalle, sogenannte Metall Matrix Composites (MMC) verstanden werden.The invention relates to a milling tool for milling fiber-reinforced plastics, in particular for milling carbon fiber reinforced plastic (CFRP), that is of fiber-plastic composite material in which in a matrix (eg., Plastic) carbon fibers, usually in multiple layers, as Reinforcement are embedded. Such materials are well known and find application when it comes to providing components with low weight and high strength. The term CFK should also be understood to mean ceramic fiber composites and short fiber reinforced metals, so-called metal matrix composites (MMC).

Derartige Materialien lassen sich nicht so leicht bearbeiten. Beim Einsatz herkömmlicher Fräswerkzeuge kommt es häufig zu einer Ausfransung, Auswerfung und/oder Delamination der Deckschichten oder zu einer Temperaturschädigung der Verbundwerkstoffe.Such materials are not easy to work with. When conventional milling tools are used, fraying, ejection and / or delamination of the cover layers or damage to the temperature of the composite materials often occur.

Es sind verschiedene Ansätze bekannt, Fräswerkzeuge gezielt zur Bearbeitung dieser Verbundwerkstoffe zu modifizieren. Solche Ansätze sind beispielsweise in den Dokumenten DE 10 2008 034 784 A1 , WO 2008/128035 A1 , WO 2009/122937 A1 bekannt. Ein gattungsbildendes Fräswerkzeug, bei dem die Hauptschneiden von leistenförmigen Schneideinsätzen gebildet sind, ist aus dem Dokument DE 20 2010 015 446 U1 bekannt.Various approaches are known to specifically modify milling tools for processing these composites. Such approaches are for example in the documents DE 10 2008 034 784 A1 . WO 2008/128035 A1 . WO 2009/122937 A1 known. A generic milling tool, in which the main cutting edges are formed by strip-shaped cutting inserts, is from the document DE 20 2010 015 446 U1 known.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein gattungsgemäßes Fräswerkzeug zu schaffen, das sich dadurch auszeichnet, dass faserverstärkte Verbundwerkstoffe wirtschaftlicher und sauberer einer Fräsbearbeitung unterzogen werden können.The invention has for its object to provide a generic milling tool, which is characterized in that fiber-reinforced composite materials can be economically and cleanly subjected to milling.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß trägt der Schneidteil des als Schaftfräser ausgebildeten Fräswerkzeugs zumindest zwei Hauptschneiden, die zur Drehachse und zueinander gegensinnig angestellt sind. Auf diese Weise ergibt sich nicht nur eine verbesserte Laufruhe, sondern darüber hinaus der besondere Vorteil, dass sich aufgrund der zueinander gegensinnig angestellten Hauptschneiden jeweils ein ziehender Schnitt realisieren lässt, der dafür sorgt, dass die aus der Schnittfläche herausragenden Fasern einer oben liegenden Faserschicht nach unten und einer unten liegenden Faserschicht nach oben gezogen werden. Es hat sich herausgestellt, dass die erfindungsgemäße Gestaltung des Fräswerkzeugs insbesondere dann in der Lage ist die gestellte Aufgabe zu lösen, wenn die Hauptschneiden von Schneideinsätzen gebildet sind, die aus einem Hartstoff, wie zum Beispiel Feinkorn-Vollhartmetall (VHM) oder Polykristallinem Diamant (PKD) bestehen, da in diesem Fall die Schneiden besonders stabil sind.This object is solved by the features of claim 1. According to the invention, the cutting part of the milling cutter designed as an end mill carries at least two main cutting edges, which are employed in opposite directions to the axis of rotation and to one another. In this way, not only an improved smoothness, but also the particular advantage that can be realized in each case a pulling cut due to the mutually oppositely employed main cutting, which ensures that the protruding from the cut surface fibers of an overhead fiber layer down and a lower fiber layer are pulled up. It has been found that the design of the milling tool according to the invention is in particular capable of solving the stated problem if the main cutting edges are formed by cutting inserts made of a hard material, such as fine grain solid carbide (VHM) or polycrystalline diamond (PCD ), since in this case the cutting edges are particularly stable.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments are the subject of the dependent claims.

Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich mit der Weiterbildung des Anspruchs 2, wonach die Hauptschneiden abwechselnd achsparallel und zur Werkzeugachse gegensinnig angestellt verlaufen. Es hat sich gezeigt, dass es bereits mit vier Schneideinsätzen gelingt, höchste Zerspanungsleistungen bereitzustellen.A particularly simple structure results from the development of claim 2, according to which the main cutting edges alternately axially parallel and run counter to the tool axis employed. It has been shown that it is already possible with four cutting inserts to provide maximum cutting performance.

Über die Verteilung der Schneideinsätze über den Umfang lässt sich die Laufruhe des Fräswerkzeugs beeinflussen. Gleiches gilt für die Auswahl der axialen Länge der gegensinnig angestellten Hauptschneiden. Über eine ungleiche Hauptschneidenteilung kann verhindert werden, dass das Fräswerkzeug zu Eigenschwingungen neigt.The smoothness of the milling tool can be influenced by the distribution of the cutting inserts over the circumference. The same applies to the selection of the axial length of the opposing main cutting edges. An uneven main cutting pitch can prevent the milling tool from tending to oscillate.

Besonders saubere Bearbeitungsflächen lassen sich dann erzielen, wenn das Fräswerkzeug insgesamt, zumindest aber der Schneidteil aus besonders biegefestem Material, wie zum Beispiel Vollhartmetall gefertigt ist.Particularly clean working surfaces can be achieved if the milling tool as a whole, but at least the cutting part is made of particularly resistant to bending material, such as solid carbide.

PKD-Schneideinsätze sind hochfest, jedoch nicht besonders duktil. Deshalb ist es von Vorteil, die Schneideinsätze () jeweils über ihre gesamte Länge () im Wesentlichen vollflächig am Schneidteil () abzustützen. Da sich erfindungsgemäß eine gerade Spannut mit einer zur Werkzeugachse schräg bzw. angestellt verlaufenden Spannut abwechselt ergibt sich durch diese Maßnahme der Effekt, dass die zur Werkzeugachse angestellten Schneideinsätze in unterschiedlichem Abstand zur Stirnseite des Fräswerkzeugs enden.PCD cutting inserts are high strength, but not particularly ductile. Therefore, it is advantageous to support the cutting inserts (13) over their entire length () substantially over the entire surface of the cutting part (10). Since, in accordance with the invention, a straight flute alternates with a flute running obliquely to the tool axis, the result is the effect that the cutting inserts employed for the tool axis end at different distances from the face of the milling tool.

Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.Further embodiments are the subject of the remaining dependent claims.

Nachstehend wird anhand schematischer Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to schematic drawings. Show it:

1 eine perspektivische Ansicht des Fräswerkzeugs leicht schräg von vorne; und 1 a perspective view of the milling tool slightly obliquely from the front; and

2 eine perspektivische Ansicht des Fräswerkzeugs gemäß 1 bei einer Blickrichtung von der anderen Seite. 2 a perspective view of the milling tool according to 1 looking from the other side.

In den Figuren ist mit dem Bezugszeichen 10 ein Fräswerkzeug zum Fräsen faserverstärkter Kunststoffe bezeichnet, wobei der Schaft mit dem Bezugszeichen 12 und der Schneidteil mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet ist. Der Schneidteil 14, der aus einem hochfesten Werkstoff, wie zum Beispiel HSS, HSSE oder Hartmetall besteht, trägt eine Vielzahl, nämlich vier, von am Umfang liegenden Hauptschneiden, die von leistenartigen Schneideinsätzen 16G und 16A gebildet sind. Zwischen den Schneideinsätzen, das heißt in Drehrichtung jeweils vor den Schneideinsätzen sind Spannuten 18G und 18A ausgebildet.In the figures, the reference numeral 10 a milling tool for milling fiber reinforced plastics, wherein the shaft with the reference numeral 12 and the cutting part by the reference numeral 14 is designated. The cutting part 14 , which consists of a high strength material, such as HSS, HSSE or hard metal, carries a variety, namely four, of circumferential main cutting, of strip-like cutting inserts 16G and 16A are formed. Between the cutting inserts, that is in the direction of rotation in each case before the cutting inserts are flutes 18G and 18A educated.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Schneideinsätze 16G und 16A von sogenannten PKD-Schneideinsätzen gebildet, bei denen eine dünne Schicht (dunklere Deckschicht 20) aus Polykristallinem Diamant (PKD) auf einem Grundkörper 22 befestigt, beispielsweise festgeklebt oder laserverschweißt oder festgesintert ist.In the embodiment shown, the cutting inserts 16G and 16A formed by so-called PCD cutting inserts, in which a thin layer (darker cover layer 20 ) made of polycrystalline diamond (PCD) on a base body 22 attached, for example, glued or laser welded or firmly sintered.

Man erkennt, dass die einzelnen Schneideinsätze 16G, 16A über ihre gesamte Länge LG bzw. LA im Wesentlichen vollflächig auf dem Schneidteil 14 abgestützt sind, sodass Biegebeanspruchungen der Schneideinsätze minimiert werden. Die Abstützung des in 1 sichtbaren wendelförmigen Schneideinsatzes 16A wird von dem Materialblock 28 gebildet, die Abstützung für den in 2 sichtbaren wendelförmigen bzw. zur Werkzeugachse 24 angestellten Schneideinsatzes 16A von dem Schneidteilblock 30.It can be seen that the individual cutting inserts 16G . 16A over its entire length LG or LA substantially over the entire surface on the cutting part 14 are supported so that bending stresses of the cutting inserts are minimized. The support of the in 1 visible helical cutting insert 16A gets from the block of material 28 formed the support for the in 2 visible helical or tool axis 24 employed cutting insert 16A from the cutting block 30 ,

Während die Spannuten 18G, die parallel zur Achse 24 verlaufen und durch eine axiale lineare Bewegung einer Schleifscheibe hergestellt werden können, werden die den Schneideinsätzen 16A zugeordneten Spannuten 18A dadurch gebildet, dass eine parallel zum Schneideinsatz 18A verlaufende wendelförmige Nut in den Schneidteil 14 eingefräst wird. Dadurch, dass die einander im Wesentlichen diametral gegenüberliegenden Spannuten 18A zueinander gegensinnig zur Achse 24 des Werkzeugs angestellt sind, endet der in 2 gezeigte Schneideinsatz 16A in einem größeren Abstand A von der Stirnseite des Werkzeugs als der diametral gegenüberliegende, in 1 sichtbare Schneideinsatz 16A.While the flutes 18G parallel to the axis 24 run and can be made by an axial linear movement of a grinding wheel, which are the cutting inserts 16A assigned flutes 18A formed by having one parallel to the cutting insert 18A extending helical groove in the cutting part 14 is milled. Characterized in that the mutually substantially diametrically opposed flutes 18A to each other in opposite directions to the axis 24 of the tool are used, the ends in 2 shown cutting insert 16A at a greater distance A from the front of the tool than the diametrically opposite, in 1 visible cutting insert 16A ,

Der Anstellwinkel der Schneideinsätze 16A zu einer durch Achse 24 und durch den Schneideinsatz 16A verlaufenden Ebene kann in weiten Grenzen variiert werden. Er liegt beispielsweise im Bereich zwischen 10 und 15°. Die Schneideinsätze 16A können – ebenso wie die zugeordneten Spannuten 18A – wendelförmig verlaufen. Es ist gleichermaßen möglich die Schneideinsätze als ebene Körper auszubilden.The angle of attack of the cutting inserts 16A to one by axis 24 and through the cutting insert 16A extending level can be varied within wide limits. It is for example in the range between 10 and 15 °. The cutting inserts 16A can - as well as the assigned flutes 18A - helical. It is equally possible to form the cutting inserts as a flat body.

Während der in 1 sichtbare, zur Werkzeugachse 24 angestellte Schneideinsatz 16A eine Nebenschneide 26A ausbildet, die auf gleicher Höhe mit den Nebenschneiden 26G der Schneideinsätze 16G liegt, trifft dies für den axial verkürzten Schneideinsatz 16A gemäß 2 nicht zu.While in 1 visible, to the tool axis 24 employed cutting insert 16A a minor cutting edge 26A training, which is at the same height with the minor cutting edges 26G the cutting inserts 16G This is true for the axially shortened cutting insert 16A according to 2 not too.

Abweichend von dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann das gesamte Werkzeug, das heißt der Schaft, der Schneidteil und die Schneiden aus Vollhartmetall bestehen.Notwithstanding the embodiment shown, the entire tool, that is, the shank, the cutting part and the cutting made of solid carbide.

Die Anzahl der Schneideinsätze und auch die Teilung kann beliebig variiert werden, solange zumindest zwei Hauptschneiden vorhanden sind, die zur Drehachse und zueinander gegensinnig angestellt sind.The number of cutting inserts and the pitch can be varied as desired, as long as at least two main cutting edges are provided, which are employed in opposite directions to the axis of rotation and each other.

Die Erfindung schafft somit ein Fräswerkzeug zum Fräsen faserverstärkter Kunststoffe, mit einem Schaft und einem Schneidteil mit einer Vielzahl von am Umfang ausgebildeten Hauptschneiden und dazwischen liegenden Spannuten. Die Hauptschneiden sind von leistenartigen Schneideinsätzen gebildet, die aus einem Hartstoff, wie z. B. Vollhartmetall oder PKD bestehen, wobei zumindest zwei Hauptschneiden zueinander gegensinnig zur Drehachse angestellt sind.The invention thus provides a milling cutter for milling fiber reinforced plastics, comprising a shank and a cutting member having a plurality of circumferentially formed major cutting edges and flutes therebetween. The main cutting edges are formed by strip-like cutting inserts, which consist of a hard material such. B. solid carbide or PCD exist, wherein at least two main cutting edges are employed in opposite directions to each other to the axis of rotation.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008034784 A1 [0003]
WO 2008/128035 A1 [0003]
WO 2009/122937 A1 [0003]
DE 202010015446 U1 [0003]

Claims

Milling tool for milling fiber-reinforced plastics, with a shank ( 12 ) and a cutting part ( 14 ) with a plurality of circumferentially formed main cutting edges and intervening flutes ( 18A . 18G ), the main cutting edges of strip-like cutting inserts ( 16A . 16G ) are formed, which consist of a hard material such. B. solid carbide or PCD, characterized in that at least two main cutting edges ( 16A ) in opposite directions to the tool axis or axis of rotation ( 24 ) are employed.

Milling tool according to claim 1, characterized in that the main cutting edges alternately parallel to the axis and to the tool axis ( 24 ) run in opposite directions.

Milling tool according to claim 2, characterized in that four main cutting edges ( 16A . 16G ) are provided, wherein the paraxial main cutting edges ( 16G ) are substantially diametrically offset from each other and the tool axis ( 24 ) oppositely employed main cutting edges ( 16A ) lie substantially in the middle between.

Milling tool according to one of claims 1 to 3, characterized by an uneven main cutting pitch.

Milling tool according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least the cutting part ( 14 ) of the milling tool is made of solid carbide.

Milling tool according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cutting inserts ( 16A . 16G ) over their entire length (LG, LA) substantially over the entire surface of the cutting part ( 14 ) are supported.

Milling tool ( 10 ) according to one of claims 1 to 6, characterized by a relative to the cutting part ( 14 ) diameter-reinforced shaft ( 12 ).

Milling tool according to one of claims 1 to 7, characterized by at the end face of the cutting part ( 14 ) trained minor cutting edges ( 26A . 26G ).

Milling tool according to one of claims 1 to 8, characterized in that the axis of rotation ( 24 ) employed main cutting edges ( 16A ) helically.

Milling tool according to one of claims 1 to 9, characterized in that the axis of rotation ( 24 ) employed main cutting edges ( 16A ) to one through the milling tool axis ( 24 ) extending plane are made at an angle which is between 10 and 50 °.