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Die Erfindung betrifft ein drehantreibbares, spanabhebendes Werkzeug, insbesondere Feinbearbeitungswerkzeug, wie z. B. Maschinen-Reibahle, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Es sind vielfach Versuche unternommen worden, solche Werkzeuge mit integrierter Kühl-/Schmiermittelversorgung derart aufzubauen, dass sich ein Hochleistungswerkzeug ergibt, welches sich bei einfacher Herstellung durch gute Maßhaltigkeit und gute Standzeit auszeichnet.
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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 202004008566 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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Zur Sicherstellung von heutzutage geforderten Standzeit der Schneiden bei einem vereinfachten Aufbau des Werkzeugs wird gemäß der
DE 10 2007 023 168 A1 vorgeschlagen, in den Einspannabschnitt des Werkzeugs Kühl-/Schmiermittelkanäle derart zu integrieren, 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. Allerdings lassen sich mit einem solchen Aufbau nur Werkzeuge in einem mittleren Nenndurchmesserbereich herstellen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung der Leistungsmerkmale des Werkzeugs, den Aufbau des Werkzeugs weiter zu vereinfachen, und zwar derart, dass sich der Aufbau für einen erweiterten Nenndurchmesserbereich bis hinunter zu 1 mm beibehalten lässt.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird das Schneidteil in besonderer Weise an einen als Rohr ausgebildeten Schaft angesetzt, und zwar so, dass beim gegebenenfalls zentrierten Anfügen des Schneidteils an die Stirnseite des Rohrs eine geführte Strömungsmittelverbindung zwischen der Innenausnehmung des Rohrs und den axial dem Rohr zugewandten Enden der einzelnen Spannuten ausgebildet wird. Das durch die Innenausnehmung des Schafts zugeführte Kühl-/Schmiermittel kann somit an der Stirnseite des Schneidteils vorbei in die Spannuten fließen. Es hat sich gezeigt, dass diese Konzept sowohl bei der Nass- als auch bei der Trockenbearbeitung (MMS-Technologie) anwendbar ist. Das Kühl-/Schmiermittel kann trotz denkbar einfachem Aufbau des Werkzeugs prozesssicher und in ausreichender Mange an hochbelastete Schneiden eines gattungsbildenden Werkzeugs herangebracht werden, und zwar auch dann, wenn das Werkzeug mit einem sehr kleinen Nenndurchmesser von beispielsweise etwa 1 mm ausgestattet wird. Nach oben ist der Nenndurchmesser nicht beschränkt. Dabei ergibt sich der zusätzliche Vorteil, dass es der Aufbau des Werkzeugs erlaubt, die unterschiedlich beanspruchten Bereiche des Werkzeugs in unterschiedlichen, jeweils optimal angepassten Materialien auszubilden. So kann z. B. das Schneidteil – entweder gesamt oder bereichsweise – aus einem verschleißfesten Hartstoff bestehen, z. B. einem Vollhartmetall (VHM) mit feinster Körnung, während für das Rohr des Schafts ein Schnellstahl(HSS oder HSSE)-Werkstoff zur Anwendung kommt.
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Versuche haben gezeigt, dass sich mit dem erfindungsgemäßen Aufbau des Werkzeugs im Bereich der Spannuten und auch an den für die Standzeit entscheidenden Flächen der Werkzeugschneiden eine ausreichende Schmiermittelversorgung selbst dann stabilisieren lässt, wenn der Arbeitsdruck des Kühl-/Schmiermittels auf einem leicht beherrschbaren Niveau von beispielsweise über 5 bar, vorzugsweise über 10 bar gehalten wird. Dabei wird von dem Umstand Gebrauch gemacht, dass die Schneiden des oftmals als Bohrungs-Nachbearbeitungswerkzeug eingesetzten Werkzeugs, mehr oder weniger weit in der nachzubearbeitenden Bohrung aufgenommen sind, so dass die Spannuten einen Strömungskanal ausbilden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Für die Verbindung zwischen Schaft und Schneidteil können grundsätzlich alle bekannten Verbindungstechniken herangezogen werden, z. B. auch Schraubverbindungen. Insbesondere im extrem kleinen Durchmesserbereich hat die Weiterbildung des Anspruchs 2 besondre Vorteile.
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Eine besonders einfache Ausgestaltung der Verbindungstechnik ergibt sich dann, wenn sich gemäß Anspruch 3 die Innenausnehmung des Rohres auf der dem Schneidteil zugewandten Seite kegelförmig auf einen Durchmesser erweitert, der größer ist als der Durchmesser des Fußkreises der Spannuten.
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In der einfachsten Ausgestaltung wird dabei eine Plan-Stirnfäche des Rohres mit Bereichen der einzelnen Stirnflächen der Schneidstege unter Freilassung der radial innenliegenden Bereiche der Spannuten materialschlüssig verbunden, wie z. B. verlötet oder verklebt. Es hat sich gezeigt, dass selbst diese Ausgestaltung in der Lage ist, die entscheidenden Bereiche der Schneidkanten dauerhaft mit ausreichend Kühl-/Schmierstoff zu versorgen.
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Der endseitige Innenkonus des das Schneidteil tragenden Rohrs kann – gemäß Anspruch 5 – in vorteilhafter Weise zur Zentrierung des Schneidteils am Rohr herangezogen werden. Über den von einer Verlängerung der Spannuten unterbrochenen Kegelstumpf am Schneidteil kann in einer alternativen Ausgestaltung auch eine Verschraubung mit dem Rohr erfolgen.
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Eine vorteilhafte Variante, mit der es gelingt, die Fügeflächen zu vergrößern und gleichzeitig die Strömungsverhältnisse für die Einspeisung des Kühl-/Schmiermittels in die Spannuten zu optimieren, ist Gegenstand des Anspruchs 6. Die schräg nach außen zur Stirnfläche des Rohrs geführten Stichkanäle müssen nicht geradlinig ausgebildet sein. Sie können auch so gestaltet werden, dass der Strömungsmittelaustritt achsparallel in die Spannuten erfolgt, wodurch die Kühl-/Schmiermittelversorgung weiter verbessert wird.
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Auch bei dieser Variante kann mit einfachen gestalterischen Maßnahmen eine Zentrierung des Schneidteils am Rohr bereitgestellt werden. Der Zentrierzylinder kann in der einfachsten Ausgestaltung mit der Innenausnehmung des Rohrs zusammenwirken.
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Mit der Weiterbildung des Anspruchs 8 können für den Spannabschnitt und das Schneiden-Trägerteil verschiedene Werkstoffe verwendet werden.
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Die Erfindung lässt sich in besonders vorteilhafter Weise nutzen, wenn das Schneidteil entweder einstückig oder bereichs- oder abschnittsweise aus Hartstoff, wie z. B. Volllhartmetall (VHM), Kubisches Bornitrid (CBN), Polykristallinem Diamant (PKD) oder einem Cermet-Werkstoff besteht.
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Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen 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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1a in vergrößerter schematischer Darstellung und mit stark verkürzter Darstellung des das Schneidteil tragenden Rohres eine erste Variante der Ausbildung der Fügestelle zwischen Schneidteil und Rohr, wobei die beiden Teile noch getrennt sind;
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1b die Ausgestaltung gemäß 1a im zusammengefügten Zustand der Komponenten;
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3a eine der 1a entsprechende Darstellung einer dritten Variante der Ausbildung der Fügestelle zwischen Schneidteil und Rohr, wobei die beiden Teile noch getrennt sind; und
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3b die Ausgestaltung gemäß 3a im zusammengefügten Zustand der Komponenten.
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In den Figuren sind Ausführungsformen eines drehantreibbaren, spanabhebenden Bohrungsnachbearbeitungswerkzeugs in der Ausgestaltung als Reibahle, insbesondere als Hochleistungs-Reibahle gezeigt. Es soll aber hervorgehoben werden, dass auch andere Werkzeuge mit axial durchgehenden Spannuten gleichermaßen in erfindungsgemäßer Weise aufgebaut werden können.
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Das mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnete drehantreibbare, spanabhebende Feinbearbeitungswerkzeug in der Ausgestaltung als Hochleistungs-Reibahle (Kopf-Reibahle) ist aus zumindest zwei Teilen zusammengesetzt. Ein Schneidteil 22 besteht entweder insgesamt oder zumindest abschnitts- oder bereichsweise aus einem Hartstoff, wie z. B. einem PKD- oder CBN-Werkstoff oder einem Sinterwerkstoff, wie z. B. Vollhartmetall (VHM) 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. Das Schneidteil 22 ist stirnseitig an einen im Durchmesser verringerten Schaft 24 angesetzt, der in einem Einspannabschnitt 26 endet.
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Das Schneidteil 22 ist in der gezeigten Ausführungsform gerade genutet und hat eine Mehrzahl von durch Spannuten 28 voneinander getrennten Schneidstegen 30. 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 1a). Die Schneidkanten und Spannuten 28 sind bei dem Ausführungsbeispiel über den Umfang gleichmäßig verteilt. Es ist jedoch gleichermaßen möglich, eine ungleichmäßige Verteilung vorzusehen, was bei schnell laufenden Hochleistungs-Reibahlen den Vorteil einer verbesserten Laufruhe und verringerten Schwingungsneigung mit sich bringt. Die Spannuten 28 können auch schräg zur Achse des Werkzeugs verlaufen.
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Das Werkzeug hat eine integrierte Kühl-/Schmiermittelversorgung. Hierzu ist der Schaft 24 – wie am besten aus der 1a erkennbar – von einem Rohr, genauer von einem Kreisrohr gebildet, an dessen Stirnseite, nämlich über die Stirnfläche 38, das Schneidteil 22 derart angefügt ist, dass eine geführte Strömungsmittelverbindung zwischen der Rohr-Innenausnehmung 40 den axial dem Rohr 24 zugewandten Enden der einzelnen Spannuten 28 ausgebildet wird.
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Die Verbindung zwischen dem Schneidteil 22 an dem Rohr erfolgt bei der gezeigten Ausführungsform durch Materialschluss, also z. B. durch eine Klebe- oder Löttechnik.
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Bei der Ausführungsform nach 1a, 1b erweitert sich die Innenausnehmung 40 des Rohres 24 auf der dem Schneidteil 22 zugewandten Seite kegelförmig auf einen Durchmesser DS, der größer ist als der Durchmesser DF des Fußkreises KF der Spannuten 28.
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Wie man am besten aus der 1b ersehen kann, wird die Plan-Stirnfäche 38 des Rohres 24 mit gestrichelt schraffiert angedeuteten Bereichen 42 der einzelnen Stirnflächen 30S der Schneidstege 30 unter Freilassung der radial innenliegenden Bereiche 28* der Spannuten 28 materialschlüssig verbunden, wie z. B. verlötet oder verklebt.
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Zusätzlich wird bei der Ausführungsform gemäß 1a, 1b die konische Erweiterung der Innenausnehmung 40 des Rohres 24 zur Zentrierung des Schneidteils 22 am Rohr 24 herangezogen. Hierzu hat das Schneidteil 22 einen dem Innenkonus 40K entsprechenden, von einer axialen Verlängerung der Spannuten 28 unterbrochenen Kegelstumpf 44. Dieser kann zusätzlich zur Ausbildung der materialschlüssigen Verbindung zuwischen Schneidteil 22 und Schaft 24 herangezogen werden, was durch die gestrichelt schraffierte Fläche 46 in 1b angedeutet ist.
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Auf diese Weise entsteht ein Werkzeug, bei dem das durch die Innenausnehmung 40 eingespeiste Kühl-/Schmiermittel (nass oder trocken) über die Bereiche 28* in die Spannuten 28 strömen und die Schneiden versorgen kann.
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Die Ausführungsform nach 2a, 2b unterscheidet sich von der Variante nach 1a, 1b dadurch, dass der Kegelstumpf 44 fehlt. Für die materialschlüssige Verbindung, z. B. unter Verwendung von Klebe- oder Lötfolien, stehen hier nur die Berührungsflächen 42 zwischen der Ring-Stirnfläche 38 des Rohrs 24 und den stirnseitigen Flächen 30S der Werkzeugstege 30 zur Verfügung.
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3a, 3b zeigt eine modifizierte Ausführungsform des Werkzeugs. Diejenigen Komponenten, die den Bauelementen der zuvor beschriebenen Ausführungsform entsprechen, sind mit Ähnlichen Bezugszeichen versehen, denen eine „1” vorangestellt ist.
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Hier ist die Art der Verbindung zwischen Schneidteil 122 und Schaft 124 modifiziert. Von der Innenausnehmung 140 des Rohres 124 gehen schräg nach außen zur Stirnfläche 138 geführte Stichkanäle 150 ausg, die in der stirnseitigen Fügefläche 138 zum Schneidteil 122 derart münden, dass sie im zusammengefügten Zustand von Schneidteil 122 und Schaft/Rohr 124 jeweils mit einer Spannut 128 fluchten (siehe 3b).
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Die Verbindung zwischen Schneidteil 122 und Schaft 124 kann durch Materialschluss (Löten oder Kleben) über die einander gegenüberliegenden Stirnflächen 138 und 124S erfolgen. Die Fügefläche ist bei diesem Ausführungsbeispiel vergrößert.
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Zusätzlich weist die dem Rohr 124 zugewandte Stirnfläche 122S des Schneidteils 122 einen Zentrierzylinder 144 auf, der mit einer entsprechenden Passungsausnehmung 152 im Rohr 124 zusammenwirkt. Die Passungsausnehmung 152 kann auch von der Innenausnehmung 140 gebildet sein.
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Anstelle der geradlinigen Stichkanäle 150 können auch abgewinkelte Kanäle verwendet werden, vorzugsweise derart, dass die in die Stirnfläche mündenden Kanalabschnitte im Wesentlichen achsparallel ausgerichtet sind.
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Abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel kann der Spannabschnitt 26 vom Rohr 24 selbst gebildet sein.
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Der vorstehend beschriebene Aufbau hat den Vorteil, dass unterschiedlich beanspruchte Bauelemente des Werkzeugs in optimal ausgewähltem Material ausgeführt werden können und dass der Aufbau für einen erweiterten Nenndurchmesserbereich bis in die Größenordnung von 1 mm anwendbar ist. Der Schaft 24 mit Einspannabschnitt 26 besteht vorteilhafter Weise aus Werkzeugstahl (HSS oder HSSE), während das Schneidteil 22 entweder insgesamt oder bereichsweise aus Hartstoff, wie z. B. Volllhartmetall (VHM), einem CBN-, PKD- oder einem Cermet-Werkstoff besteht.
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Die Erfindung schafft also ein drehantreibbares, spanabhebendes Werkzeug, insbesondere Feinbearbeitungswerkzeug, wie z. B. Maschinen-Reibahle, mit integrierter Kühl-/Schmiermittelversorgung zur Bearbeitung von Bohrungen. Das Werkzeug hat einen Schaft und ein daran angesetztes Schneidteil, an dem eine Vielzahl von durch Spannuten voneinander getrennten Schneidstegen ausgebildet sind. Zur Bereitstellung eines wirtschaftlichen Herstellungsverfahrens, das bis in kleinste Nenndurchmesserbereiche von 1 mm anwendbar ist, wird der Schaft von einem Rohr gebildet, an dessen Stirnseite das Schneidteil gegebenenfalls zentriert derart fest angefügt ist, dass eine geführte Strömungsmittelverbindung zwischen der Innenausnehmung des Rohrs und den axial dem Rohr zugewandten Enden der einzelnen Spannuten ausgebildet wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10347755 A1 [0003]
- DE 202004008566 U1 [0005]
- DE 102007023168 A1 [0007]
