DE102015108902B3

DE102015108902B3 - Reibahle

Info

Publication number: DE102015108902B3
Application number: DE102015108902.5A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Manner; Michael Hacker; Sebastian Kunschir; Armin Zimmermann; Xaver Spichtinger; Wolfgang Lang; Michaela Götz
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2015-06-05
Filing date: 2015-06-05
Publication date: 2016-07-07
Anticipated expiration: 2035-06-06
Also published as: CN106238781B; CN106238781A; US9895757B2; US20160354849A1

Abstract

Eine Reibahle hat einen Werkzeuggrundkörper aus Hartmetall (12) und einen stirnseitig in eine Vertiefung (28) eingesetzten, plattenförmigen Schneideinsatz (18). Der Schneideinsatz (18) ist zumindest teilweise aus polykristallinem Diamant, wobei seine Schneiden (20) axial zurückgesetzt liegen als die Schneiden (30) am Werkzeuggrundkörper (12) und somit später in Eingriff mit dem Werkstück kommen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Reibahle, mit der stirnseitig insbesondere in Bohrungen wie Ventilführungen in Motorzylinderköpfen eine bereits gebohrte Öffnung auf ein gewünschtes Maß mit hoher Genauigkeit aufgeweitet wird.
Solche Reibahlen sind beispielsweise aus der CN102059399A bekannt. Diese Reibahlen haben beispielsweise ein vorderes, dem Werkstück zugewandtes freies Ende, mit einem separaten Kopf, welcher die Schneiden trägt und welcher aus einem härteren Material als dem Werkzeuggrundkörpermaterial bestehen kann. Darüber hinaus gibt es Reibahlen, die entfernt vom vorderen Ende, an ihrem Umfangsabschnitt mehrere separate Schneideinsätze besitzen, die jeweils plattenförmig ausgebildet sind und in Längsschlitze, die im Wesentlichen in Längsrichtung des Werkzeuggrundkörpers verlaufen, eingesetzt sind.
Als Materialien für die Schneidkanten sind verschiedene Schneidstoffe, z.B. Hartmetalle im Einsatz. Darüber hinaus ist für Reibahlen theoretisch polykristalliner Diamant ein vorteilhafter Schneidstoff. Dieser hat jedoch den großen Nachteil, dass es bei höheren Einsatztemperaturen zu einer Graphitisierung kommen kann. Diese tritt besonders bei der Zerspanung eisenhaltiger Werkstoffe auf.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Reibahle zu schaffen, bei der Schneiden aus polykristallinem Diamant vorhanden sind, wobei diese Schneiden jedoch im Einsatz keinen zu hohen Temperaturen unterworfen sind, d. h. dass sich diese Temperaturen an den Schneidkanten aus polykristallinem Diamant nicht bilden. Darüber hinaus soll diese Reibahle vor allem einfach zu fertigen sein und eine hohe Genauigkeit besitzen.
Diese Aufgabe wird durch eine Reibahle nach Anspruch 1 gelöst.
Die Erfindung sieht vor, dass das vordere Ende, welches in das Werkstück eindringt, eine Stirnseite mit einer axialen Vertiefung besitzt, in welche ein plattenförmiger Schneideinsatz zumindest teilweise aus polykristallinem Diamant eingesetzt ist. Dieser Schneideinsatz ist im Gegensatz zu den üblicherweise seitlich eingesetzten, länglichen Schneideinsätzen, stirnseitig an der Reibahle vorhanden und hat mehrere radial abstehende Schneiden. Diese Schneiden kommen aber nicht zuerst mit dem Werkstück in Eingriff. In Vorschubrichtung kommen zuerst die mit dem Werkzeuggrundkörper einstückig ausgebildeten Hartmetallschneiden in Eingriff mit dem Werkstück und erhöhen dessen Durchmesser. Erst nach dieser ersten spanenden Bearbeitung kontaktieren die Schneiden des plattenförmigen Schneideinsatzes aus polykristallinem Diamant das Werkstück. Diese Diamantschneiden müssen dann den Durchmesser nur noch um wenige hundertstel Millimeter erhöhen, sodass sozusagen die Hartmetallschneiden die Vorarbeit geleistet haben und die polykristallinen Schneiden nur noch relativ wenig Material aus dem Werkstück entfernen müssen, wodurch die Temperaturerhöhung im Arbeitseinsatz sehr gering ist. Die Schneiden aus polykristallinem Diamant erreichen durch diese Vorgehensweise nicht die kritische Graphitisierungstemperatur.
Die erfindungsgemäße Reibahle hat noch weitere Vorteile. Dadurch, dass die polykristalline Diamant-Platte mehrere Schneiden hat, ist sie sehr einfach zu fertigen und auch einfach an dem Werkzeuggrundkörper zu befestigen. Darüber hinaus sind die Kosten für diese Platte relativ gering verglichen mit den zahlreichen Platten, die im Stand der Technik an einer Reibahle eingesetzt werden. Die Erfindung kommt mit einer einzigen Platte aus und erzeugt mit diesem Schneideinsatz mehrere Schneiden am Umfang. Schließlich ist es auch ein großer Vorteil, dass der Schneideinsatz aus polykristallinem Diamant an der Stirnseite angebracht ist, somit ist der axiale Abstand zu den Hartmetallschneiden relativ gering. Das wiederum bedeutet, dass Sacklochbohrungen oder Stufenbohrungen bis knapp vor dem Bohrungsgrund bzw. der Schulter gerieben werden können, wogegen im Stand der Technik mit den seitlich abstehenden, flügelartigen, sich in Längsrichtung erstreckenden Schneideinsätzen ein relativ deutlicher Abstand von dem vorderen Ende der Reibahle vorhanden ist. Zudem reduziert sich der nötige Vorschubweg auf ein Minimum.
In Umfangsrichtung wechseln sich die Hartmetallschneiden und die im Folgenden zur Vereinfachung als Diamantschneiden bezeichneten Schneiden aus polykristallinem Diamant ab. Allerdings ist auch ein anderes Verhältniss als 1:1 zwischen den beiden Schneidentypen möglich, wie z.B. 2:3 oder 1:2. Dies kann für die Angleichung der Standzeiten der beiden Schneidentypen sinnvoll sein.
Die Vertiefung an der Stirnseite verläuft vorzugsweise rechtwinklig zur Längsachse, d. h. sie hat eine Bodenfläche, an welcher der Schneideinsatz anliegt.
Der Schneideinsatz selbst, der ja plattenförmig ausgeführt ist, verläuft gemäß einer Ausführungsform der Erfindung rechtwinklig zur Längsachse der Reibahle.
Die Erfindung erlaubt eine Ausführung von Reibahlen in kleinen Durchmesserbereichen bis unter 5mm, wobei die möglichen Zähnezahlen nach dem Stand der Technik übertroffen werden. Der Durchmesserunterschied zwischen den Hartmetallschneiden und den Diamantschneiden beträgt üblicherweise weniger als 1/10 mm, wie eine Ausführungsform der Erfindung vorsieht.
Alternativ kann der Schneidstoff der Schneidplatte nicht aus polykristallinem Diamant, aber aus einem Werkstoff bestehen, der härter als das Hartmetall des Hartmetallschneiders ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Explosionsansicht der erfindungsgemäßen Reibahle, und
2 die Reibahle nach 1 in komplett gefertigtem Zustand.
In 1 ebenso wie in 2 ist eine Reibahle 10 dargestellt, welche einen Werkzeuggrundkörper 12 aus Hartmetall besitzt. Der Werkzeuggrundkörper 12 hat ein Einspannende 14, mit dem er in eine Aufnahme einer Werkzeugmaschine eingesetzt wird und von dieser in Drehung versetzt werden kann.
Dem Einspannende entgegengesetzt ist ein sogenanntes vorderes Ende 16. Stirnseitig an diesem vorderen Ende 16 ist ein plattenförmiger Schneideinsatz 18 angebracht. Der Schneideinsatz 18 hat mehrere am Umfang verteilte Schneiden 20 aus polykristallinem Diamant.
Der Schneideinsatz selbst ist ein Verbundbauteil mit einer oberen Schicht oder Platte 22 aus dem polykristallinen Diamant und einer darunterliegenden Trägerplatte 24 aus Hartmetall. Die beiden Platten 22, 24 sind durch Sintern miteinander verbunden und bilden eine Einheit.
Der Halter 12 wiederum hat an seiner Stirnseite 26 am vorderen Ende 16 eine Vertiefung 28, die eben und im rechten Winkel zur Längsachse der Reibahle ausgerichtet ist.
Gegenüber dieser Vertiefung 28 stehen mehrere kronenspitzenartige Finger axial vor, die jeweils das am weitesten axial nach vorne ragende Ende der gesamten Reibahle bilden. Am Außenumfang dieser, im vorliegenden Fall, drei Spitzen oder Finger, die einstückiger Bestandteil des Werkzeuggrundkörpers und damit aus Hartmetall sind, sind Hartmetallschneiden 30 gebildet. Diese Hartmetallschneiden liegen auf einem Durchmesser zur Mittelachse und Drehachse der Reibahle, der minimal kleiner als der Durchmesser ist, auf dem die Diamantschneiden 20 liegen.
Der Schneideinsatz 18 wird am vorderen Ende 16 mit der Trägerplatte 24 voraus auf die Bodenfläche der Vertiefung 28, auf die der Pfeil des Bezugszeichens 28 in 1 auch weist, aufgesetzt und mit dem Werkzeuggrundkörper aus Hartmetall fest verbunden.
Die zum Zentrum, d. h. radial nach innen weisenden Flächen 34 der axial vorstehenden kronenspitzenartigen oder fingerartigen Fortsätze, die die Hartmetallschneiden 30 ausbilden, sind grobe Ausrichtflächen zum Einsetzen des Schneideinsatzes 18.
In der in 2 gezeigten komplettierten Ausbildung der Reibahle liegen die Hartmetallschneiden 30 in axialer Vorschubrichtung X vor den Diamantschneiden 20, sodass sie zuerst mit einem Werkstück in Kontakt kommen und dieses zu einen größeren Durchmesser aufschneiden. Erst anschließend kommen die Schneiden 20 in Eingriff mit dem Werkstück. Da jedoch die Schneiden 20 auf einem Durchmesser liegen, der minimal, vorzugsweise nur weniger als 1/10 mm größer ist als der koaxial hierzu liegende Durchmesser, auf dem die Hartmetallschneiden 30 liegen, ist die Zerspanleistung, die die Diamantschneiden bringen müssen, sehr gering, womit auch die beim Schneiden entstehende Wärme an den Diamantschneiden 20 sehr gering ist.
Natürlich kann der Werkzeuggrundkörper auch aus mehreren Teilen zusammengesetzt werden, beispielsweise einem Hartmetallteil nahe des vorderen Endes 16 und einem zäheren, günstigeren Metall im Bereich des Einspannendes 14.
Wie den 1 und 2 zu entnehmen ist, hat der Werkzeuggrundkörper 12 ein vorderes Ende, das kronenartig ausgeführt ist, wobei die Schneiden samt ihrer vorstehenden Finger, an denen sie ausgebildet sind, die Kronenspitzen bilden.
Der Schneideinsatz 18 wiederum hat eine sternförmige, aber plattenförmige Gestalt. Die Diamantschneiden 20 bilden die Spitzen.
Zur perfekten Zentrierung der Schneiden 20 zu den Schneiden 30 werden nach dem Auflöten des Schneideinsatzes 18 die Schneiden 20 erst final geschliffen, so dass dadurch auch die Zentrierung zur Mittelachse des Werkzeuggrundkörpers 12 gegeben ist.

Claims

Reibahle, mit einem Werkzeuggrundkörper (12), zumindest teilweise aus Hartmetall, der ein Einspannende (14) und ein dem Einspannende entgegengesetztes, in das Werkstück eindringendes vorderes Ende (16) hat, das eine Stirnseite (26) aufweist und umfänglich axial abstehende Hartmetallschneiden (30) besitzt, wobei die Stirnseite (26) eine axiale Vertiefung (28) hat, in welche ein plattenförmiger Schneideinsatz (18) zumindest teilweise aus polykristallinem Diamant eingesetzt ist, der mehrere radial abstehende Diamantschneiden (20) hat, wobei vom vorderen Ende (16) beginnend zuerst die Hartmetallschneiden (30) schneiden und anschließend die Diamantschneiden (20), und wobei die Hartmetallschneiden (30) auf einem kleineren Durchmesser als die Diamantschneiden (20) liegen.
Reibahle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich in Umfangsrichtung die Hartmetallschneiden (30) und die Diamantschneiden (20) abwechseln Allerdings ist auch ein anderes Verhältniss als 1:1 zwischen den beiden Schneidentypen möglich, wie z.B. 2:3 oder 1:2.
Reibahle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (28) eine rechtwinklig zur Längsachse der Reibahle liegende Bodenfläche (28) hat und/oder der Schneideinsatz (18) mit seinen Planflächen rechtwinklig zur Längsachse der Reibahle angeordnet ist.
Reibahle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere Ende (16) des Werkzeuggrundkörpers (12) kronenförmig ausgebildet ist und die Hartmetallschneiden an Kronenspitzen ausgeführt sind.
Reibahle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneideinsatz (18) eine sternförmige Gestalt hat, mit Spitzen, an denen die Diamantschneiden (30) ausgebildet sind.
Reibahle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneideinsatz (18) am Werkzeuggrundkörper (12) angelötet ist.
Reibahle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneideinsatz (18) ein Verbundbauteil ist, mit einer vorderseitigen Schicht aus polykristallinem Diamant und einer angrenzenden Hartmetall-Trägerschicht.
Reibahle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneideinsatz (18) zumindest zwei Diamantschneiden (20) aufweist, die vorzugsweise gleichmäßig am Umfang verteilt sind.
Reibahle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesserunterschied zwischen den Durchmessern, auf denen die Hartmetallschneiden (30) und die Diamantschneiden (20) liegen, weniger als 1/10 mm beträgt.