DE102014207510A1

DE102014207510A1 - Zerspanungswerkzeug sowie Verfahren zum Herstellen eines Zerspanungswerkzeugs

Info

Publication number: DE102014207510A1
Application number: DE102014207510.6A
Authority: DE
Inventors: Eduard Ach; Christoph Gey
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2015-10-22
Anticipated expiration: 2034-04-18
Also published as: US20150298221A1; US10369636B2; DE102014207510B4; CN105033291B; CN105033291A

Abstract

Das Zerspannungswerkzeug weist im Bereich einer Werkzeugspitze eine integrierte Kühlstruktur (50, 60) für einen Kühlmitteltransport auf, wobei die Kühlstruktur wahlweise oder in Kombination als eine poröse Struktur (50) ausgebildet ist oder zumindest einen Kühlkanal (60) aufweist, welcher einen gebogenen Umkehrabschnitt aufweist, so dass zwei gegenläufig orientierte Kanalabschnitte (60a, 60b) ausgebildet sind. Die Kühlstruktur ist dabei insbesondere in einem Grundkörper (6) eines Trägerwerkzeugs integriert. Die Kühlstruktur wird erfindungsgemäß mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Zerspanungswerkzeug, insbesondere ein Rotationswerkzeug wie Bohrer oder Fräser, das sich in einer Axialrichtung erstreckt und im Bereich einer Werkzeugspitze eine integrierte Kühlstruktur für die Führung eines Kühlmittels aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Zerspanungswerkzeuges.
Zerspanungswerkzeuge, insbesondere Bohrer weisen üblicherweise einen sich in Axialrichtung erstreckenden Spannschaft auf, an den sich ein üblicherweise genutetes Schneidteil anschließt, das sich bis zu einer vorderen Werkzeugspitze, insbesondere Bohrerspitze erstreckt. Bei diesen auch als Schaftwerkzeugen bezeichneten Zerspanungswerkzeugen sind im Inneren des Grundkörpers oftmals Ausnehmungen insbesondere für Kühlmittelkanäle ausgebildet, wie sie beispielsweise aus der EP 0 843 609 B1 zu entnehmen sind.
Die Einbringung von Kühlstrukturen, beispielsweise von Kühlmittelleitungen im Bereich der Werkzeugspitze ist herstellungstechnisch aufwendig. Teilweise können Kühlmittelaustritte nicht optimal positioniert werden. Darüber hinaus bestehen je nach zu bearbeitenden Werkstoff unterschiedliche Anforderungen an eine Kühlung/Schmierung. Oft werden sogenannte Mindermengenschmierungen eingesetzt, bei denen nur noch geringe Mengen an Kühl-/Schmiermittel eingesetzt werden. Teilweise wird eine weitere Reduzierung des Kühlmittelverbrauchs angestrebt, in einigen Anwendungsfällen ist ein Kontakt von Kühlmittel mit dem Werkstück unerwünscht.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine effiziente Kühlung oder Schmierung im Bereich einer Werkzeugspitze bei einem Zerspannungswerkzeug zu ermöglichen.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Zerspanungswerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei dem Zerspannungswerkzeug handelt es sich insbesondere um ein Rotationswerkzeug, also um ein Zerspannungswerkzeug, welches im Betrieb um eine Rotationsachse rotiert. Insbesondere handelt es sich hierbei um einen Bohrer oder Fräser.
Das Zerspanungswerkzeug erstreckt sich in einer Axialrichtung und vorzugsweise entlang einer Mittenachse, die bei Rotationswerkzeugen zugleich auch die Rotationsachse bildet. Im Bereich der Werkzeugspitze ist eine Kühlstruktur integriert, über die im Betrieb ein Kühl-/Schmiermitteltransport erfolgt. Die Kühlstruktur ist dabei zumindest in Teilbereichen als eine poröse Struktur ausgebildet oder umfasst zumindest einen Kühlkanal, welcher einen Umkehrabschnitt aufweist, so dass zwei gegenläufig orientierte Kanalabschnitte ausgebildet sind. Beide Möglichkeiten, welche auch kombiniert angewandt werden können, dienen für eine zielgerichtete, definierte Führung des Kühl-/Schmiermittels im Bereich der Werkzeugspitze. Über die poröse Struktur ist dabei eine vergleichsweise großflächige Kühlung / Schmierung mit nur geringem Kühlmittelaustritt ermöglicht. Mit Hilfe des über einen Umkehrabschnitt geführten Kühlkanals lassen sich gezielt Schneidbereiche mit Kühlmittel versorgen, so dass aufgrund der gezielten Ausrichtung ein nur geringer Kühlmittelbedarf besteht.
Zur Herstellung des Zerspanungswerkzeugs ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass dieses zumindest zur Ausbildung der Kühlstruktur mit Hilfe eines 3D-Druckverfahrens hergestellt wird. Bei einem derartigen 3D-Druckverfahren wird allgemein der herzustellende Körper schicht- oder lageweise aufgebaut, wobei zur Ausbildung der jeweiligen Schicht mit einer vorgegebenen Geometrie pulverförmiges Material mit Hilfe eines Lasers verdichtet, beispielsweise verschmolzen oder gesintert wird, so dass ein zusammenhängender Körper ausgebildet wird. Bei dem verwendeten Pulver handelt es sich beispielsweise um Metall- oder auch Keramikpulver, welches typischerweise eine mittlere Korngröße im Bereich von 10 bis 50 µm aufweist. In Folge dieses speziellen Herstellverfahrens lassen sich sehr komplexe Geometrien problemlos ausbilden, insbesondere auch die poröse Struktur oder der Umkehrabschnitt der Kühlstruktur.
Das Zerspanungswerkzeug weist allgemein an seinem vorderen Ende eine Werkzeugspitze auf, die selbst als Schneidelement ausgebildet ist oder in deren Bereich ein oder mehrere Schneidelemente angeordnet sind. Unter Werkzeugspitze wird daher vorliegend allgemein der frontendseitige Endbereich des Zerspanungswerkzeugs verstanden. Bevorzugt ist das Zerspanungswerkzeug als ein modulares Trägerwerkzeug ausgebildet, bei dem an einem (Träger-)Grundkörper ein austauschbares Schneidelement (Schneideinsatz) befestigt ist. Gemäß einer bevorzugten Variante ist die Werkzeugspitze dabei selbst als ein austauschbarer Schneideinsatz gebildet. Dieser lässt sich beispielsweise mit Hilfe von Befestigungselementen wie Schrauben oder alternativ auch durch ein einfaches Verdrehen durch Verklemmen am Grundkörper reversibel und austauschbar befestigen. Hierzu wird er insbesondere zwischen zwei Halte- oder Klemmstegen des Grundkörpers klemmend gehalten. Alternativ ist das Trägerwerkzeug mit Plattensitzen zur Befestigung von (Wende-)Schneidplatten ausgebildet. Hierbei wird der Bereich der Plattensitze als Werkzeugspitze verstanden. Bei einem nichtmodularen, einstückigen Werkzeug mit beispielsweise stirnseitig eingeschliffenen Hauptschneiden wird ein vorderer Stirnbereich mit einer axialen Länge beispielsweise im Bereich eines Nenndurchmessers als Werkzeugspitze bezeichnet.
Unter poröse Struktur wird vorliegend allgemein eine nicht massive Struktur mit einer Vielzahl von Poren, also Luft- oder Gaseinschlüssen, oder auch mit einer Vielzahl von (Micro-)Kanälen, beispielsweise nach Art einer Wabenstruktur oder auch einer bionischen, ungeordneten Struktur verstanden. Hierbei handelt es sich um eine offenen, insbesondere offenporige Porenstruktur, bei der also die einzelnen Poren zumindest teilweise miteinander verbunden sind, so dass insgesamt Kanäle ausgebildet sind und die gesamte Porenstruktur zur Kühlmittelleitung geeignet ist.
Zweckdienlicherweise weist dabei die poröse Struktur eine Porosität im Bereich von 5 bis 90 % auf, das heißt 5 bis 90 Prozent der porösen Struktur sind durch Poren, also Lufteinschlüsse gebildet. Trotz dieses vergleichsweise großen Porenvolumens ist weiterhin eine ausreichend hohe Stabilität gewährleistet. Vorzugsweise haben die Poren im Mittel eine Porenweite, die im Bereich von 15 bis 45 µm liegt.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, innerhalb des Zerspannungswerkzeugs unterschiedliche Strukturen miteinander zu kombinieren und auch innerhalb eines Teilbereichs die Struktur zu variieren, also beispielsweise die Porosität zu verändern.
Im Hinblick auf die poröse Struktur ist dabei zweckdienlicherweise an einer Außenwandung im Bereich der Werkzeugspitze eine Austrittsstelle angeordnet, das heißt die poröse Struktur tritt nach außen hervor und ist nicht verschlossen. Hierdurch wird der besondere Vorteil erzielt, dass über die poröse Struktur möglichst großflächig Kühlmittel auch in geringen Mengen dosiert nach außen geführt werden kann und gleichzeitig eine möglichst effektive Kühlung oder auch Schmierung von großen Flächenbereichen sicher gestellt ist. Anders als bei Kühlmittelbohrungen treten daher pro Flächenabschnitt nur sehr geringe Mengen aus. Insbesondere wird die Kühlmittelzufuhr dabei derart eingestellt, dass die Oberflächen quasi lediglich benetzt werden.
Zweckdienlicherweise handelt es sich daher bei der Austrittsstelle um eine flächige Austrittsstelle.
Gemäß einer ersten Variante befindet sich die Austrittsstelle dabei an einer radial äußeren Umfangswand, insbesondere an dem sogenannten Bohrerrücken. Über diese Austrittsstelle kann daher ein Kühl- oder Schmiermittel zielgerichtet in den Bereich zwischen den Umfang des Zerspannungswerkzeuges und dem zu bearbeitenden Werkstück, insbesondere eine Bohrungswand eingebracht werden.
In einer alternativen Variante ist die Austrittsstelle in einer Spannutwand einer Spannut ausgebildet. Insbesondere bei einer großflächigen Austrittsstelle kann hierdurch sehr effizient beispielsweise ein abzutransportierender Span gekühlt werden. Die Oberfläche der Spannut, also die Spannutwand wird hierdurch effizient gekühlt.
Schließlich ist in einer dritten Variante vorgesehen, dass die Austrittsstelle stirnseitig an einer vorderen Stirnfläche ausgebildet ist, welche einer Hauptschneide entgegen der Drehrichtung nachfolgend ausgebildet ist.
Die unterschiedlichen Varianten für die Austrittsstelle können dabei beliebig miteinander kombiniert werden. Auch lassen sich unterschiedliche Porositäten mit unterschiedlich großen Poren ausbilden, so dass – bei gleichem Kühlmitteldruck – über die unterschiedlich ausgebildeten porösen Strukturen gezielt unterschiedliche Kühl-/Schmiermittelmengen an den einzelnen Austrittsstellen bereit stellen lassen.
Bei der Ausführungsvariante mit dem einen Umkehrabschnitt aufweisenden Kühlkanal weist dieser zweckdienlicherweise einen Kanalaustritt auf, welcher zielgerichtet in Richtung zu einem Schneidelement, insbesondere ein Schneideinsatz orientiert ist. Der Schneideinsatz ist dabei vorzugsweise ein reversibel austauschbarer Schneideinsatz, insbesondere eine Schneidplatte, vorzugsweise eine Wendeschneidplatte. In dieser Ausführungsvariante ist der Kanalaustritt daher auf einen Plattensitz gerichtet. Alternativ ist das Schneidelement eine als Einsatz ausgebildete Werkzeugspitze oder auch lediglich eine eingeschliffene Schneide. Insbesondere bei modularen Trägerwerkzeugen sind die Schneidelemente oftmals derart orientiert, dass sie mit herkömmlichen Kühlmittelaustrittsbohrungen nur bedingt zufriedenstellend zu kühlen sind. Durch die durch das 3D-Druckverfahren geschaffene Möglichkeit, auch Strukturen mit einem Umkehrabschnitt auszubilden, so dass also ein Kühlmittelabschnitt wieder in die rückwärtige Richtung geführt wird, lassen sich auch derartige Schneidelemente gut kühlen.
Zweckdienlicherweise ist hierzu der Umkehrabschnitt etwa U-förmig gebogen ausgebildet, insbesondere ist also der Kanalaustritt nach hinten orientiert. Der Kühlkanal weist daher insbesondere zwei anti-parallel zueinander geführte Kanalabschnitte auf.
In zweckdienlicher Ausgestaltung ist ein geschlossener Kühlmittelkreislauf vorgesehen, so dass also die Ein- und Austrittsstelle des Kühlkanals, also die Öffnungen der einzelnen Kühlkanal-Abschnitte, beide zu einer gemeinsamen Schnittstelle geführt werden, über die das Kühl-/Schmiermittel zugeführt und wieder abgeführt wird. Bei einem einstückigen, monolithischen Zerspannungswerkzeug werden die beiden Kühlkanal-Abschnitte vollständig zu einer rückseitigen Kühlmittel-Einspeisungsstelle geführt.
In besonders zweckdienlicher Weiterbildung ist der Kanalaustritt dabei langgestreckt, insbesondere gebogen und vorzugsweise ringförmig ausgebildet. Alternativ hierzu weist er mehrere Kanalaustritte auf, die auf ein Schneidelement gerichtet sind. Durch die langegestreckte, in etwa schlitzartige Ausgestaltung lässt sich ein vergleichsweise großflächiger Bereich effektiv mit Kühl- oder Schmiermittel versorgen. Gleiches gilt auch für die Ausgestaltung, bei der mehrere Kanalaustritte auf ein einziges Schneidelement, beispielsweise auf einen Plattensitz gerichtet sind.
Beschreibung der Figuren
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen jeweils in teilweise schematischen Darstellungen:
1 Eine Seitenansicht eines als modulares Trägerwerkzeug ausgebildeten Zerspanungswerkzeuges,
2 eine Schnittansicht durch das Zerspanungswerkzeug gemäß 1 entlang der Schnittlinie A-A,
3 eine Schnittansicht durch das Zerspanungswerkzeug gemäß 1 entlang der Schnittlinie C-C,
4 eine Schnittansicht durch das Zerspanungswerkzeug entlang der Schnittlinie B-B, sowie
5 eine Schnittdarstellung einer gitterförmigen Kernstruktur.
6 eine vergrößerte Darstellung des mit einem Kreis „E“ in 1 markierten Bereichs der Werkzeugspitze,
7 eine perspektivische Darstellung eines Zerspanungswerkzeugs,
8 eine vergrößerte Darstellung des in 7 mit einem Kreis „D“ gekennzeichneten Bereichs der Werkzeugspitze,
9 eine Seitenansicht eines weiteren Zerspannungswerkzeug sowie
10 eine Schnittansicht des Zerspannungswerkzeugs gemäß der 9 entlang der Schnittlinie F-F. In den Figuren sind gleichwirkende Teile mit gleichen Bezugszeichen dargestellt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das in der 1 dargestellte Zerspanungswerkzeug 2 ist als ein modulares Bohrer-Werkzeug ausgebildet. Es weist eine Werkzeugspitze 4 als Schneidelementaus Vollhartmetall oder Keramik auf, welche frontendseitig an einem Grundkörper 6 reversibel austauschbar befestigt ist. Unter Werkzeugspitze wird vorliegend allgemein der frontendseitige Endbereich des Zerspanungswerkzeugs 2 verstanden, also ein vorderer Stirnbereich des Zerspanungswerkzeugs. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist dies durch die austauschbare Werkzeugspitze 4 gebildet. Bei einem Trägerwerkzeug mit Plattensitzen zur Befestigung von (Wende-)Schneidplatten als Schneidelemente wird der Bereich der Plattensitze als Werkzeugspitze verstanden. Bei einem nichtmodularen, einstückigen Werkzeug wird ein vorderer Stirnbereich mit einer axialen Länge beispielsweise im Bereich eines Nenndurchmessers des Zerspanungswerkzeugs 2 als Werkzeugspitze bezeichnet. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist die Werkzeugspitze 4 als reversibel austauschbarer Einsatz zwischen zwei Klemm- oder Haltestegen 7 des Grundkörpers 6 eingeklemmt.
Das Zerspanungswerkzeug 2 und damit auch der Grundkörper 6 sowie die Werkzeugspitze 4 erstrecken sich jeweils entlang einer Mittenachse 8 von einem rückwärtigen Ende in einer Axialrichtung 10 zu einem vorderen Ende. Die Mittenachse 8 definiert dabei zugleich eine Rotationsachse, um die das Zerspanungswerkzeug im Betrieb in einer Drehrichtung D rotiert.
Der Grundkörper 6 wiederum ist unterteilt in einen hinteren Schaftteil 12, mit dem das Zerspanungswerkzeug 2 im Betrieb in einem Spannteil einer Werkzeugmaschine eingespannt gehalten ist. An den Schaftteil 12 schließt sich in Axialrichtung 10 ein mit Spannuten 14 versehenes Schneidteil 16 an. Die Spannuten 14 verlaufen im Ausführungsbeispiel wendelförmig. Die stirnseitige Werkzeugspitze 4 weist Hauptschneiden 18 auf, die an der Umfangsseite üblicherweise in jeweils eine Nebenschneide 20 übergehen. Diese werden im Schneidteil 16 weiter geführt.
An die Nebenschneide 20 schließt sich entgegen der Drehrichtung eine Stützfase 24 an.
Wie nachfolgend anhand der 2 bis 5 erläutert wird, handelt es sich bei dem Grundkörper 6 um einen monolithischen Grundkörper 6, welcher jedoch nicht aus einem massiven Vollmaterial ausgebildet ist, sondern vielmehr zumindest in axialen Teilbereichen eine nicht massive Kernstruktur 26 aufweist. Im Schaftteil 12 ist diese im Querschnitt betrachtet als eine kreisförmige Struktur ausgebildet, wie sich dies insbesondere aus 2 ergibt. Die Kernstruktur 26 im Schaftteil 12 ist dabei vorzugsweise mit gleichbleibendem Radius R₁ ausgebildet. Sie erstreckt sich bevorzugt zumindest nahezu über die gesamte Länge des Schaftteils 12 nach Art eines Zylinders. Diese zylinderförmige Kernstruktur 26 ist von einem Außenmantel 28 umgeben, welcher – bis auf eine von außen eingearbeitete Abflachung 30 – kreisringförmig ausgebildet ist. Der Außenmantel 28 weist dabei einen Radius R₂ auf. Der Radius R₁ der Kernstruktur 26 beträgt vorzugsweise etwa 50 bis 90 % des Außenradius R₂. Die Kernstruktur 26 weist eine Kernquerschnittsfläche A1 und das Zerspanungswerkzeug 2 eine Gesamt-Querschnittsfläche A2 auf. Diese ist definiert durch die Fläche, die von dem Außenmantel 28 umschlossen ist, inklusive der Fläche des Außenmantels 28.
Am rückseitigen Ende des Schaftteils 12 ist dieses wahlweise mit einer aus massivem Material ausgebildeten Stirnendplatte abgeschlossen, d.h. die nicht massive Kernstruktur 26 wird lediglich im Inneren des Schaftteils 12 ausgebildet, ohne dass sie von der rückseitigen Stirnseite her erkennbar ist. In dieser massiven Stirnendplatte ist zweckmäßigerweise eine Kühlmittelübergabestelle ausgebildet und eingearbeitet. Insbesondere ist eine Quernut mit Durchgangsbohrungen zur Kernstruktur 26 hin eingebracht.
In ähnlicher Weise ist im Ausführungsbeispiel die Kernstruktur 26 auch in Axialrichtung 10 im Endbereich des Schaftteils 12 von einer massiven Zwischenwandung 32 begrenzt, durch die zumindest ein, im Ausführungsbeispiel zwei Durchbrüche 34 hindurchgeführt sind. Alternativ ist die Kernstruktur 26 auch vollständig und ohne Zwischenwandung 32 vom Schaftteil 12 in den Schneidteil 6 durchgeführt. Eine Zwischenwandung 32 ist insbesondere bei Zerspanungswerkzeugen 2 ohne interne Kühlmittelversorgung vorgesehen. Eine Kühlmittelversorgung ist grundsätzlich aber über die Durchbrüche 34 in das Schneidteil 16 ermöglicht.
Im vorderen Bereich des Zerspanungswerkzeugs 2, also im Bereich der Werkzeugspitze 4 ist zumindest eine Austrittsstelle 35 für Kühl- oder Schmiermittel ausgebildet. Vorzugsweise sind mehrere Austrittsstellen 35 ausgebildet, welche beispielsweise auf Schneidbereiche zu orientiert sind, in einer vorderen Stirnfläche ausgebildet sind oder auch umfangsseitig ausgebildet sind. Die Austrittsstelle 35 kann in herkömmlicher Weise als Bohrung ausgebildet sein. Bevorzugt ist sie jedoch ebenfalls mittels des 3D-Druckverfahrens ausgebildet und weist eine komplexe Geometrie auf. Die Kernstruktur 26 ist vorzugsweise zur Ausbildung der Austrittsstelle 35 nach außen geführt. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist beispielhaft eine Austrittsstelle 35 in einer Umfangswand 36 im Bereich der Werkzeugspitze und insbesondere als eine poröse Struktur ausgebildet. Die Austrittsstelle 35 ist dabei im Ausführungsbeispiel allgemein in die Haltestege 7 integriert.
Im Schneidteil 16 selbst wird die Kernstruktur 26 weitergeführt (4). Aufgrund der Spannuten 14 und der dadurch veränderten Umfangsgeometrie des Grundkörpers 6 ist die Querschnittsgeometrie der Kernstruktur 26 angepasst, insbesondere derart, dass sie überall in etwa von einer gleichen Wandstärke des Außenmantels 28 umschlossen ist. Insbesondere ist die Kernstruktur 26 im Schneidteil 16 langgestreckt ausgebildet und weist einen Mittenbereich 37 auf, welcher beidendseitig in Verbreiterungen 38 übergeht. Diese weisen an ihrem Außenrand eine bogenförmige Kontur auf, so dass sie konzentrisch zu der Umfangslinie des Grundkörpers 6 verlaufen.
Die Kernstruktur 26 ist vorzugsweise über ihre gesamte Querschnittsfläche A1 homogen und gleichmäßig ausgebildet. Alternativ können in hier nicht näher dargestellter Weise zusätzliche Streben ausgebildet sein. Separate Kühlmittelkanäle sind bei der Ausführungsvariante der 1 zweckdienlicherweise nicht ausgebildet.
Gemäß einer ersten Ausführungsvariante ist die Kernstruktur 26 als eine poröse Struktur ausgebildet. Gemäß einer zweiten, in 5 dargestellten Ausführungsvariante ist die Kernstruktur 26 demgegenüber als eine gitterartige, insbesondere wabenartige Struktur ausgebildet. Diese weist eine Vielzahl von einzelnen sich in Axialrichtung 10 erstreckende Kanäle 40 auf. In der 5 sind schematisiert rechteckförmige Kanäle dargestellt. Die einzelnen Kanäle 40 sind dabei jeweils durch Trennwände 42 voneinander getrennt. Die Trennwände 42 weisen dabei vorzugsweise lediglich eine geringe Materialstärke von beispielsweise kleiner 0,3 und insbesondere kleiner 0,15 mm auf. Die einzelnen Kanäle 40 weisen eine Kanalweite W von üblicherweise kleiner 0,5 mm auf.
Die Herstellung des Grundkörpers 6 erfolgt mit Hilfe eines sogenannten 3D-Druckverfahrens. Bei diesem wird sukzessive und damit lageweise ein Metallpulver mittels Laserbehandlung entsprechend der gewünschten Querschnittsgeometrie der jeweiligen Lage behandelt und zu einem zusammenhängenden, monolithischen Teilkörper verschmolzen bzw. gesintert. Die jeweilige Querschnittskontur einer jeweiligen Lage wird dabei durch den Laser vorgegeben. Aufgrund dieses 3D-Druckverfahrens können nahezu beliebige und auch komplexe und insbesondere auch variable Querschnittsgeometrien ausgebildet werden. Insbesondere wird hierdurch die zu den 2 bis 5 beschriebene Kernstruktur 26 mit dem massiven umgebenden Außenmantel 28 ausgebildet. Durch dieses Herstellverfahren ist der gesamte Grundkörper 6 also als ein einstückig hergestellter, monolithischer Körper ausgebildet. Dieser kann bei Bedarf nach dem 3D-Druckverfahren noch einer Finishing-Bearbeitung unterzogen werden.
Der Grundkörper 6 besteht dabei vorzugsweise aus einem Werkzeugstahl gemäß der DIN EN 10027, beispielsweise mit der Materialnummer 1.2709 und / oder 1.2344.
Wie insbesondere aus der 6 in Verbindung mit der 1 hervorgeht, weist das Zerspanungswerkzeug 2 im Bereich der Werkzeugspitze 4 eine Kühlstruktur auf, welche in der Ausführungsvariante der 6 als eine flächige, poröse Struktur 50 ausgebildet ist. Diese ist von innen nach außen geführt und bildet in der einen Bohrerrücken bildenden Umfangswand 36 die Austrittsstelle 35 aus. Die Umfangswand 36 bildet dabei eine Außenwandung. Wie aus der 6 zu entnehmen ist, erstreckt sich die Austrittsstelle 35 dabei über einen großen Teil der Umfangswand 36 und ist flächig ausgebildet. In Umfangsrichtung betrachtet erstreckt sich daher die Austrittsstelle 35 beispielsweise über 40 bis 80 % des verfügbaren Bereiches zwischen der Nebenschneide 20 und der nachfolgenden Spannut 14. Zwischen diesen beiden Elementen erstreckt sich die Umfangswand 36 in Umfangsrichtung. Auch in Axialrichtung 10 erstreckt sich die poröse Struktur 50 und damit die Austrittsstelle 35 über eine große axiale Länge der Umfangswand 36, beispielsweise wiederum über eine axiale Länge, die dem 0,25 bis 4-fachen des Nenndurchmessers des Zerspanungswerkzeugs 2 entspricht.
Alternativ oder ergänzend ist eine derartige poröse Struktur mit Austrittsstelle 35 auch im Bereich einer Spannutwand 56 der Spannut 14 ausgebildet. Dies ist in den 7 und 8 dargestellt. Auch hier ist die Austrittsstelle 35 großflächig ausgebildet. Sie erstreckt sich vorzugsweise über 10 bis 100 % der axialen Länge der Werkzeugspitze 4, oder liegt beispielsweise im Bereich von 30 bis 100 % des Nenndurchmessers des Zerspannungswerkzeugs 2. Bei Bedarf kann die poröse Struktur 50 auch im Grundkörper 6 in der Spannutwand 56 oder auch an der Umfangswand 36 ausgebildet sein. Weiterhin ist insbesondere auch an der 8 zu erkennen, dass die Austrittsstelle 35 sich innerhalb der Spannut 14 über einen vergleichsweise großen Bogenabschnitt der Spannut 14 erstreckt und beispielsweise etwa 10 bis 60 % der Spannutwand 56 in Umfangsrichtung der Spannut 14 überdeckt. Im Ausführungsbeispiel ist die Austrittsstelle 35 dabei an dem der Nebenschneide 20 gegenüberliegenden Ende der Spannut 14 bevorzugt im Haltesteg 7 ausgebildet.
Im Ausführungsbeispiel der 7 weist der Grundkörper 6 ebenso wie im Ausführungsbeispiel der 1 zwei gegenüberliegende als Klemmstege ausgebildete Haltestege 7 auf, zwischen denen die Werkzeugspitze 4 als Schneideinsatz eingeklemmt ist. Die Werkzeugspitze 4 ist reversibel austauschbar und vorzugsweise allein durch Klemmkraft zwischen den beiden Haltestegen 57 gehalten. Die Kühlstruktur ist allgemein insbesondere in diese Haltestege 7 integriert und die zumindest eine Austrittsstelle 35 ist an diesen Haltestegen 7 ausgebildet.
Schließlich ist anhand 8 noch eine weitere dritte Austrittsstelle 35 in einer Stirnfläche 58 zu erkennen. Hierdurch ist ein Kühlmittelaustritt unmittelbar im Bereich nahe der Hauptschneiden ermöglicht. Wie beispielsweise aus der 7 zu entnehmen ist, ist diese Stirnfläche 58 im Vergleich zu der eingesetzten Werkzeugspitze 4 geringfügig zurückgesetzt. Die Stirnfläche 58 ist dabei im Ausführungsbeispiel in den seitlichen Haltestegen 7 ausgebildet.
Die poröse Struktur 50 steht insbesondere mit der porösen Kernstruktur 26 in Verbindung und wird über diese im Betrieb mit Kühl-/Schmiermittel gespeist. Zweckdienlicherweise unterscheiden sich die beiden Strukturen 50, 26 beispielsweise im Hinblick auf ihre Porosität oder auch im Hinblick auf die Porengrößen etc. Innerhalb der Kernstruktur 26 kann dabei auch eine Variation vorgesehen sein mit unterschiedlichen Strukturen einmal im Schaftbereich und einmal im Schneidbereich.
In den 9 und 10 ist schließlich eine weitere Ausführungsvariante dargestellt, bei der an Stelle der porösen Struktur 50 als Kühlstruktur in der Werkzeugspitze mehrere Kühlkanäle 60 ausgebildet sind, welche im Bereich der Werkzeugspitze 4 U-förmig gebogen sind und einen Umkehrabschnitt 62 aufweisen. Der Kühlkanal 60 weist daher zwei quasi antiparallel gerichtete Kanalabschnitte 60a, 60b auf. Im Ausführungsbeispiel endet der eine Kanalabschnitt 60b an einem Kanalaustritt 64, welcher von dem vorderen Ende des Zerspannungswerkzeugs 2 weg gerichtet ist. Der andere Kanalabschnitt 60a wird im Grundkörper 6 bis zu einem hinteren Ende im Bereich des Schaftteils 12 zu einer Kühlmittel-Schnittstelle geführt, und zwar insbesondere geradlinig oder parallel oder koaxial zur Mittenachse 8. Der Umkehrabschnitt 62 ist wiederum in den jeweiligen Haltesteg 7 integriert. Bei der dargestellten Ausführungsvariante sind ergänzend noch herkömmliche weitere Kühlkanäle 66 ausgebildet (9), welche beispielsweise wendelförmig im Grundkörper 6 verlaufen und an der Stirnfläche 58 oder auch in der Spannut 14 austreten.
Der Kanalaustritt 64 ist dabei vorzugsweise auf ein hier nicht näher dargestelltes Schneidelement gerichtet. Bei dem Schneidelemente handelt es sich insbesondere um eine austauschbare Schneidplatte. Im Betrieb gelangt das aus dem Kanalaustritt 64 austretende Kühlmittel daher gezielt zu dem Schneidelement. Eine Verlängerung einer gedachten Längsachse des Kanalabschnitts 60b vor dem Kanalaustritt 64 schneidet daher insbesondere die Schneide des Schneidelements.
Alternativ zu dieser Ausführungsvariante mit dem Kanalaustritt 64 besteht auch die Möglichkeit, einen geschlossenen Kühlkreislauf zu bilden. Hierzu würde dann auch der zweite Kanalschnitt 60b wieder an die rückseitige Kühlmittel-Schnittstelle im Endbereich des Schaftteils 12 geführt werden. Auch bei dieser Ausführungsvariante sind die Kühlkanäle 60 mit dem Umkehrabschnitt 62 im jeweiligen Klemmsteg des Grundkörpers 6 ausgebildet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0843609 B1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 10027 [0045]

Claims

Zerspanungswerkzeug (2), insbesondere Rotationswerkzeug wie Bohrer oder Fräser, das sich in einer Axialrichtung erstreckt und im Bereich einer Werkzeugspitze (4) eine integrierte Kühlstruktur für die Führung eines Kühl- oder Schmiermittels aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlstruktur zumindest in Teilbereichen – als eine poröse Struktur (50) ausgebildet ist oder – zumindest einen Kühlkanal (60) umfasst, welcher einen Umkehrabschnitt (62) aufweist, so dass zwei gegenläufig orientierte Kanalabschnitte (60a, 60b) ausgebildet sind.
Zerspanungswerkzeug (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer porösen Struktur (50) diese eine Porosität im Bereich von 5–90% aufweist.
Zerspanungswerkzeug (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Außenwandung (36) aufweist, an der die poröse Struktur (50) an einer Austrittsstelle (35) austritt.
Zerspanungswerkzeug (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Austrittsstelle (35) um eine flächige Austrittsstelle handelt.
Zerspanungswerkzeug (2) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsstelle (35) an einer radial äußeren Umfangswand (36) ausgebildet ist.
Zerspanungswerkzeug (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannut (14) mit einer Spannutwand (56) ausgebildet ist und die Austrittsstelle (35) an der Spannutwand (56) angeordnet ist.
Zerspanungswerkzeug (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsstelle (35) an einer Stirnfläche (58) angeordnet ist.
Zerspanungswerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kühlkanal (60) einen Kanalaustritt (64) aufweist, welcher in Richtung zu einem Schneidelement orientiert ist.
Zerspanungswerkzeug (2) nach Anspruch 8, bei dem es sich bei dem Schneidelement um eine austauschbare Schneidplatte handelt.
Zerspanungswerkzeug (2) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanalaustritt (64) langgestreckt ausgebildet ist oder mehrere Kanalaustritte (64) auf ein Schneidelement gerichtet sind.
Zerspanungswerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umkehrabschnitt (62) U-förmig gebogen ausgebildet ist.
Zerspanungswerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als ein Trägerwerkzeug ausgebildet ist, welches einen Grundkörper (6) aufweist, an dem ein Schneidelement insbesondere reversibel befestigbar ist.
Zerspanungswerkzeug (2) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (6) Haltestege (7) ausbildet, zwischen denen die Werkzeugspitze (4) einsetzbar ist, wobei die Kühlstruktur zumindest teilweise in die Haltestege (7) integriert ist.
Verfahren zum Herstellen eines Zerspanungswerkzeugs (2) insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerspanungswerkzeug (2) zumindest teilweise mit Hilfe eines 3D Druckverfahrens mit einer integrierten Kühlstruktur (50, 60) hergestellt wird.