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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schneidplatte zur spanenden Bearbeitung, insbesondere Hartbearbeitung von Werkstücken, mit einem Trägersubstrat, das im Bereich von wenigstens einer Ecke eine Aussparung und/oder das eine Abflachung aufweist, wobei ein Schneidelement in die Aussparung oder Abflachung eingesetzt und mit dem Trägersubstrat verbunden ist, wobei das Schneidelement einen Schneidabschnitt aufweist, der aus einem Schneidstoff wie CBN, PKD, MKD, CVD, Naturdiamant, Cermet, Hartmetall oder dergleichen hergestellt ist.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Zerspanungswerkzeug, insbesondere in Form eines Bohrers, eines Fräsers, einer Bohrstange oder einer Reibahle, mit einem Schneidplattenhalter, an dem eine Schneidplatte auswechselbar festgelegt ist.
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Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Schneidplatte.
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Auf dem Gebiet der Schneidplatten für Zerspanungswerkzeuge ist es bekannt, ein Trägersubstrat aus einem Hartmetall bereitzustellen, und an dem Hartmetall ein Schneidelement festzulegen, wobei das Schneidelement aus unterschiedlichen Schneidstoffen hergestellt sein kann.
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Das Trägersubstrat aus Hartmetall ist aufgrund gestiegener Rohstoffpreise vergleichsweise teuer, insbesondere, wenn das Hartmetall Wolfram enthält.
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Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Schneidplatte, ein verbessertes Zerspanungswerkzeug sowie ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Schneidplatte anzugeben.
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Die obige Aufgabe wird bei der eingangs genannten Schneidplatte dadurch gelöst, dass das Trägersubstrat aus einem Keramikmaterial hergestellt ist.
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Ferner wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Zerspanungswerkzeug, insbesondere in Form eines Bohrers, eines Fräsers, einer Bohrstange oder einer Reibahle, mit einem Schneidplattenhalter, an dem eine erfindungsgemäße Schneidplatte auswechselbar festgelegt ist.
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Schließlich wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Schneidplatte, insbesondere einer erfindungsgemäßen Schneidplatte, mit den Schritten, einen Trägersubstratrohling bereitzustellen, der aus einem Keramikmaterial hergestellt ist, den Trägersubstratrohling zu bearbeiten, um an dem Trägersubstratrohling wenigstens eine Aussparung und/oder eine Abflachung auszubilden, um ein Trägersubstrat herzustellen, und ein Schneidelement bereitzustellen, dieses in die Aussparung oder Abflachung einzusetzen bzw. anzusetzen und das Schneidelement mit dem Trägersubstrat zu verbinden.
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Das Trägersubstrat nimmt ein relativ großes Volumen der Schneidplatte ein, jedenfalls verglichen mit dem Schneidelement. Durch die Verwendung von Keramikmaterial zur Herstellung des Trägersubstrats können die Kosten für das Trägersubstrat deutlich reduziert werden.
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Zudem kann ein solches Trägersubstrat aus Keramikmaterial einfacher bearbeitet werden.
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Beispielsweise kann der Trägersubstratrohling durch einen Sintervorgang bereitgestellt werden. Dabei ist es möglich, die Aussparung und/oder Abflachung an dem Trägersubstrat bereits bei dem Sinterschritt zur Bildung des Trägersubstratrohlings auszubilden.
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Das Verfahren zum Herstellen einer Schneidplatte kann vorzugsweise den Schritt beinhalten, bei der Bearbeitung des Trägersubstratrohlings zur Ausbildung der Aussparung und/oder Abflachung einen Laserschritt und/oder einen Schwingläppschritt durchzuführen.
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Insbesondere, wenn die Aussparung und/oder Abflachung an dem Trägersubstratrohling bereits ausgebildet ist, bspw. durch Sintern, kann die Endbearbeitung durch Lasern oder durch Schwingläppen erfolgen. Generell ist es jedoch auch denkbar, die Aussparung und/oder Abflachung vollständig durch einen Laserschritt oder einen Schwingläppschritt zu realisieren.
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An dem Trägersubstrat kann ein einzelnes Schneidelement festgelegt sein. Alternativ kann auch eine Mehrzahl von Schneidelementen an dem Trägersubstrat festgelegt sein. Die Schneidplatte als Wende-Schneidplatte ausgebildet sein.
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Die Aussparung kann so ausgebildet sein, dass ein Formschluss des Schneidelementes an dem Trägersubstrat in wenigstens einer Achse erzielbar ist, vorzugsweise in wenigstens zwei Achsen und ggf. auch in wenigstens drei Achsen, die jeweils quer zueinander ausgerichtet sind.
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Generell ist es jedoch auch denkbar, an dem Trägersubstrat eine Abflachung vorzusehen, auf die das Schneidelement aufgebracht wird, nach der Art eines Schneidelement-Belages (auf einer Seite oder auf beiden Seiten).
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Der Begriff des Einsetzens in die Aussparung oder Abflachung beinhaltet folglich, das Schneidelement in eine Aussparung einzusetzen oder auf eine Abflachung aufzusetzen bzw. aufzulegen.
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Die Verwendung von Keramikmaterial für das Trägersubstrat hat den weiteren Vorteil, dass die Bearbeitung vereinfacht werden kann. Während Trägersubstrate aus Hartmetall des Standes der Technik generell durch Schleifen bearbeitet werden, kann ein Keramikmaterial deutlich kostengünstiger mit einem Laser bearbeitet werden.
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Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Schneidelement über eine Zwischenschicht mit dem Trägersubstrat verbunden.
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Die Zwischenschicht kann bspw. durch einen Hartstoff gebildet sein, insbesondere ein Hartmetall. Die Zwischenschicht kann durch einen Sinterschritt gebildet sein.
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Auf diese Weise kann der eigentliche Schneidabschnitt des Schneidelementes mit einem geringeren Volumen hergestellt sein, so dass sich ebenfalls Kostenvorteile ergeben.
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Dabei ist es von besonderem Vorzug, wenn die Zwischenschicht ein Bestandteil des Schneidelementes ist. Das Schneidelement wird bei dieser Ausführungsform folglich als Verbundbauteil aus der Zwischenschicht und dem Schneidabschnitt bereitgestellt. Die Verbindung zwischen dem Schneidabschnitt und der Zwischenschicht kann auf beliebige Art und Weise erfolgen, bspw. durch Löten, Kleben, Schweißen, etc.
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Wie oben erwähnt, ist die Zwischenschicht vorzugsweise aus einem Hartmetall hergestellt, und zwar vorzugsweise durch Sintern.
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Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist das Schneidelement direkt mit dem Trägersubstrat verbunden.
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Bei dieser Ausführungsform ist das Schneidelement durch den Schneidabschnitt selbst gebildet, ist also vorzugsweise als einstückiges Element aus einem Schneidstoff bereitgestellt und mit dem Trägersubstrat verbunden.
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Die Verbindung des Schneidelementes und des Trägersubstrates kann durch eine Klebverbindung, eine Lötverbindung, eine Schweißverbindung, eine Schraubverbindung und/oder eine Spannverbindung erfolgen.
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Von besonderem Vorzug ist eine Lötverbindung, insbesondere durch einen Vakuum-Lötschritt.
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Bei einem Vakuum-Lötvorgang ist vorteilhaft, dass das Lot nicht zu stark in den ggf. spröden bzw. porösen Keramikkörper des Trägersubstrates eindringt. Demzufolge ist es bevorzugt, wenn das Trägersubstrat vor dem Verbindungsvorgang nicht vorher beschichtet wird. Bei anderen Verbindungstechniken kann jedoch eine Beschichtung des Trägersubstrates im Bereich der Aussparung und/oder Abflachung erfolgen, um eine bessere Haftung zu erzielen.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Verbindung des Schneidelementes und des Trägersubstrates eine formschlüssige, eine stoffschlüssige und/oder eine kraft- bzw. reibschlüssige Verbindung aufweist.
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Hierbei wird gewährleistet, dass das Schneidelement fest und verliersicher an dem Trägersubstrat angebracht werden kann.
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Das Keramikmaterial kann insbesondere ein Oxidkeramikmaterial auf der Basis von Aluminium, Magnesium, Zircon, Titan und/oder Silicium sein. Das Keramikmaterial kann jedoch auch ein Nicht-Oxid-Keramikmaterial in Form von Carbiden, Nitriden, Boriden und/oder Siliciden aufweisen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines Zerspanungswerkzeuges mit einer erfindungsgemäßen Schneidplatte;
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2 das Zerspanungswerkzeug der 1 in einer um 90° versetzten Ansicht;
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3 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schneidplatte;
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4 eine der 3 vergleichbare Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schneidplatte;
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5 eine der 3 vergleichbarer Ansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schneidplatte;
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6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schneidplatte; und
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7 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schneidplatte.
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In den 1 und 2 ist ein Zerspanungswerkzeug schematisch dargestellt und generell mit 10 bezeichnet. Das Zerspanungswerkzeug 10 kann ein Bohrer, ein Fräser, eine Bohrstange oder eine Reibahle sein, um Beispiele zu nennen.
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Das Zerspanungswerkzeug 10 weist einen Grundkörper 12 auf, der bspw. einen Spannabschnitt zum Einspannen in ein Spannfutter einer Werkzeugmaschine beinhalten kann, was in 1 jedoch nicht dargestellt ist.
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Ferner beinhaltet das Zerspanungswerkzeug 10 einen Schneidplattenhalter 14, der ggf. auswechselbar an dem Grundkörper festgelegt sein kann. Der Schneidplattenhalter 14 definiert eine Längsachse 16 des Zerspanungswerkzeuges 10.
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An dem Schneidplattenhalter 14 ist ein Plattensitz 18 ausgebildet, der nach der Art einer Tasche oder dergleichen ausgebildet sein kann. In den Plattensitz 18 ist eine Schneidplatte 20 eingesetzt und mit dem Schneidplattenhalter 14 verbunden. Die Verbindung zwischen der Schneidplatte 20 und dem Schneidplattenhalter 14 kann über eine Schraub- oder Spannverbindung erfolgen. Es handelt sich insbesondere um eine Verbindung, die eine Auswechslung der Schneidplatte 20 ermöglicht. Eine Verbindungsachse dieser Verbindung zwischen Schneidplatte 20 und Schneidplattenhalter 14 ist bei 22 gezeigt. Die Verbindungsachse 22 ist vorzugsweise quer zu der Längsachse 16 ausgerichtet.
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Die Schneidplatte 20 kann ein Schneidelement 26 aufweisen, kann jedoch auch, wie in 2 dargestellt, eine Mehrzahl von Schneidelementen 26, 26a, 26b, 26c aufweisen, die vorzugsweise an jeweiligen Ecken der Schneidplatte 20 ausgebildet sind.
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In den 3 bis 7 sind bevorzugte Ausführungsformen von Schneidplatten 20 dargestellt, die in Verbindung mit einem Zerspanungswerkzeug 10 der in den 1 und 2 beschriebenen Art verwendbar sind.
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In allen diesen Ausführungsformen weist die Schneidplatte jeweils ein Trägersubstrat 24 auf, das aus einem Keramikmaterial hergestellt ist. Das Trägersubstrat ist insbesondere als einstückiges Material hergestellt. Das Keramikmaterial kann ein Oxidkeramikmaterial auf der Basis von Aluminium, Magnesium, Zircon, Titan und/oder Silicium sein. Das Keramikmaterial kann jedoch auch ein Nicht-Oxid-Keramikmaterial in Form von Carbiden, Nitriden, Boriden und/oder Siliciden sein. Das Trägersubstrat kann derartige Keramikmaterialien jedoch auch aufweisen und muss nicht notwendigerweise vollständig aus diesen Keramikmaterialien hergestellt sein. Bevorzugt ist es jedoch, wenn das Trägersubstrat zu wenigstens 50%, insbesondere zu wenigstens 75%, vorzugsweise zu wenigstens 90% aus Keramikmaterial hergestellt ist.
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Bei den Ausführungsformen der 3 und 4 ist an dem Trägersubstrat 24 jeweils eine Aussparung 28 für ein Schneidelement 26 ausgebildet. Die Aussparung 28 kann aus einem Trägersubstratrohling durch Lasern und/oder durch schleifende und/oder läppende Bearbeitung hergestellt sein. Bevorzugt ist es, wenn ein Trägersubstratrohling gesintert wird, wobei die Aussparung 28 in dem Sinterschritt bereits mit ausgebildet wird. Zur Verbesserung der Oberflächengüte der Aussparung kann der Trägersubstratrohling dann anschließend noch bearbeitet werden, insbesondere im Bereich der Aussparung 28. Diese weitere Bearbeitung der Aussparung kann insbesondere durch Lasern oder durch Schwingläppen erfolgen.
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Die Aussparung 28 ist so ausgebildet, dass zwischen dem Trägersubstrat 24 und dem Schneidelement 26 eine formschlüssige Verbindung in wenigstens zwei quer zueinander verlaufenden Achsen eingerichtet wird, wie es in 3 schematisch bei F1, F2 dargestellt ist.
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Bei der Ausführungsform der 3 beinhaltet die Schneidplatte 20 ein Schneidelement 26, das mit einer Zwischenschicht 30 verbunden ist. Vorzugsweise beinhaltet das Schneidelement 26 die Zwischenschicht 30 und wird als Verbundelement bereitgestellt, bevor es an dem Trägersubstrat 24 festgelegt wird. Die Zwischenschicht 30 kann insbesondere aus einem Hartmetall hergestellt sein, wobei die Zwischenschicht bspw. durch Sintern hergestellt ist.
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Das Schneidelement 26 mit der Zwischenschicht 30 wird in die Aussparung 28 eingesetzt und mit dem Trägersubstrat 24 verbunden. Diese Verbindung ist in 3 bei 32 gezeigt. Die Verbindung kann durch eine Klebverbindung, eine Lötverbindung, eine Schweißverbindung, eine Schraubverbindung und/oder eine Spannverbindung gebildet sein. Besonders bevorzugt ist eine Lötverbindung, die durch Vakuumlöten hergestellt wird.
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Das Schneidelement 26 weist einen Schneidabschnitt 36 auf, der über eine Verbindung 34 mit der Zwischenschicht 30 verbunden ist. Die Verbindung 34 kann ebenfalls eine Klebbindung, eine Lötverbindung, eine Schweißverbindung sein, insbesondere stoffschlüssige Verbindung.
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Der Schneidabschnitt 36 des Schneidelementes 26 ist aus einem Schneidstoff wie CBN, PKD, MKD, CVD, Naturdiamant, Cermet, Hartmetall oder dergleichen hergestellt.
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Durch die Verwendung von Keramikmaterial für das Trägersubstrat kann die Schneidplatte 20 insgesamt kostengünstig hergestellt werden, und zwar aufgrund der guten Bearbeitbarkeit und der geringen Materialkosten.
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Die oben beschriebene Schneidplatte 20 kann insbesondere zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken verwendet werden, insbesondere zur Harbearbeitung.
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In den 4 und 5 sind weitere Ausführungsformen von Schneidplatten gezeigt, die hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell der Schneidplatte 20 der 3 entsprechen. Gleiche Elemente sind daher durch gleiche Bezugszeichen dargestellt.
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Bei der in 4 gezeigten Schneidplatte 20' ist das Schneidelement 26 durchgehend aus einem Schneidstoff hergestellt.
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Bei der Schneidplatte 20' ist folglich der Schneidabschnitt 36 durch das Schneidelement 26 gebildet, und zwar einstückig aus einem Schneidstoff. Demzufolge wird das Schneidelement 26 direkt mit dem Trägersubstrat verbunden, und zwar über eine Verbindung 32, die ausgebildet sein kann, wie bei der Ausführungsform der 3.
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In 5 ist eine weitere Ausführungsform einer Schneidplatte 20'' gezeigt, bei der an einem Trägersubstrat 24 eine Abflachung 38 ausgebildet ist, auf die ein Schneidelement 26 nach der Art eines Belages aufgebracht ist. Das Schneidelement 26 kann einstückig aus einem Schneidstoff hergestellt sein, ähnlich wie bei der 4. Das Schneidelement 26 kann jedoch auch durch einen Schneidabschnitt aus einem Schneidstoff und eine Zwischenschicht gebildet sein, wie bei der Ausführungsform der 3. Die Verbindung 32 zwischen der Schneidelement 26 und dem Trägersubstrat 24 kann in ähnlicher Weise ausgebildet sein wie bei der Ausführungsform der 3.
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In den 6 und 7 sind weitere Ausführungsformen von Schneidplatten 20''', 20 IV dargestellt, die insbesondere als Bohrstangen verwendbar sind. Hier ist an einem Trägersubstrat 24 aus einem Keramikmaterial jeweils ein Schneidelement 26 festgelegt, das einen Schneidabschnitt aus einem Schneidstoff beinhaltet.
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Während die unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschriebenen Schneidplatten jeweils im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet sind, können die Schneidplatten auch im Wesentlichen stabförmig ausgebildet sein, wobei das Trägersubstrat 24 einen Stababschnitt aufweist, an dessen vorderem Ende ein Bearbeitungsabschnitt ausgebildet ist, an dem das Schneidelement 26 festgelegt ist.
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Der Stababschnitt des Trägersubstrates 24 kann bei den Ausführungsformen der 6 und 7 rotationssymmetrisch ausgebildet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112006002143 T5 [0006]
- DE 102012218193 A1 [0006]
- DE 102012012471 A1 [0006]
- DE 102009028579 A1 [0006]
- DE 102007047590 A1 [0006]
- DE 10332101 A1 [0006]
- DE 102008001857 A1 [0006]
