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Hintergrund
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Die Erfindung betrifft einen Werkzeughalter, der einen Schneideinsatz hält, der bei einem Materialabtragungsvorgang in ein Werkzeug eingreift, wobei der Werkzeughalter während des Materialabtragungsvorgangs eine interne Kühlmittelzufuhr zum Schneideinsatz bereitstellt. Insbesondere betrifft die Erfindung einen solchen Werkzeughalter, bei dem der Aufbau des Kühlmittelkanals im Werkzeughalter den Wirkungsgrad der Kühlmittelzufuhr zum Schneideinsatz während eines Materialabtragungsvorgangs verbessert. In diesem Zusammenhang stellt der Aufbau des Kühlmittelkanals eine Kühlmittelströmung in Tangentialrichtung bereit, sodass das strömende Kühlmittel nicht abrupt auf eine Oberfläche aufprallt und die Kühlmittelströmung daher weitgehend ununterbrochen ist.
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Bisher wurde die Zufuhr von Kühlmittel zu einem Schneideinsatz während des Materialabtragungsvorgangs genutzt, um den gesamten Abtragungsvorgang zu verbessern. Nachfolgend sind beispielhafte Patente aufgeführt, die verschiedene Methoden offenbaren, um einem Schneideinsatz während des Materialabtragungsvorgangs Kühlmittel zuzuführen: US-Patent Nr.
4 955 264 , erteilt an Armbrust, US-Patent Nr.
5 148 728 , erteilt an Mazurkiewicz,
US-Patent Nr. 5 340 242 , erteilt an Armbrust et al., US-Patent Nr.
6 471 448 , erteilt an Lagerberg, US-Patent Nr.
5 388 487 erteilt an Danielson, US-Patent Nr.
8 256 999 , erteilt an Prichard et al., und US-Patent Nr.
6 443 672 , erteilt an Lagerberg.
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Ferner sind aus der
US 2002 / 0 122 698 A1 , der
US 4 409 868 A sowie aus der
JP H11 - 291 101 A Werkzeughalter mit Schneideinsätzen bekannt.
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Obwohl bestehende Methoden zur Kühlmittelzufuhr zum Schneideinsatz und insbesondere zur Kühlmittelzufuhr in die Umgebung der Schnittstelle zwischen dem Schneideinsatz und dem Werkstück in befriedigender Weise ausgeführt werden, besteht nach wie vor der Bedarf zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Kühlmittelzufuhr. Ein Nachteil bisheriger Methoden, um der Schnittstelle zwischen dem Schneideinsatz und dem Werkstück während des Materialabtragungsvorgangs Kühlmittel zuzuführen, besteht darin, dass das strömende Kühlmittel abrupt auf eine Oberfläche aufprallt, sodass die Kühlmittelströmung unterbrochen wird. Dieser abrupte Aufprall könnte zu Turbulenzen führen und den Wirkungsgrad der Kühlmittelzufuhr zum Schneideinsatz verringern. Dies kann insbesondere bei hohem Druck der Fall sein (z.B. bei einem Druck von ca. 7 MPa (70 bar)). Es wäre daher sehr wünschenswert, einen Werkzeughalter bereitzustellen, der einen Schneideinsatz hält, der bei einem Materialabtragungsvorgang in ein Werkzeug eingreift, wobei der Werkzeughalter eine Kühlmittelzufuhr in einer solchen Weise bereitstellt, dass das strömende Kühlmittel nicht abrupt auf die Oberfläche aufprallt, die die Kühlmittelkammer definiert. Es wäre sehr wünschenswert, einen Werkzeughalter bereitzustellen, der einen Schneideinsatz hält, der bei einem Materialabtragungsvorgang in ein Werkzeug eingreift, wobei der Werkzeughalter eine Kühlmittelzufuhr in einer solchen Weise bereitstellt, die den Wirkungsgrad der Zufuhr des strömenden Kühlmittels zum Schneideinsatz erhöht.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Werkzeughalter nach Patentanspruch 1. Die Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Werkzeughalter nach Patentanspruch 7.
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Bei einer Form ist die Erfindung ein Werkzeughalter zum Tragen eines Schneideinsatzes, wobei der Schneideinsatz zur Abtragung von Material während eines Materialabtragungsvorgangs dient. Der Werkzeughalter umfasst einen Werkzeughalterkörper, der eine Tasche umfasst, die so gestaltet ist, dass sie den Schneideinsatz trägt, einen Kühlmitteleinlass, der mit einer unter Druck stehenden Kühlmittelquelle in Verbindung steht, eine Kühlmittelkammer mit einem zentralen Bereich, einen stromaufwärtigen Kühlmittelkanal mit einer zentralen Längsachse des stromaufwärtigen Kühlmittelkanals und einen stromabwärtigen Kühlmittelkanal mit einer zentralen Längsachse des stromabwärtigen Kühlmittelkanals. Der stromabwärtige Kühlmittelkanal endet in einer Öffnung. Der stromaufwärtige Kühlmittelkanal öffnet sich in die Kühlmittelkammer, und der stromaufwärtige Kühlmittelkanal ist in Bezug auf die Kühlmittelkammer so ausgerichtet, dass die zentrale Längsachse des stromaufwärtigen Kühlmittelkanals gegenüber dem zentralen Bereich der Kühlmittelkammer versetzt ist, wodurch Kühlmittel in einer tangentialen Weise in die Kühlmittelkammer strömt.
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Bei einer weiteren Form ist die Erfindung ein Werkzeughalter zum Tragen eines Schneideinsatzes, wobei der Schneideinsatz zur Abtragung von Material während eines Materialabtragungsvorgangs dient. Der Werkzeughalter umfasst einen Werkzeughalterkörper, der eine Tasche umfasst, die so gestaltet ist, dass sie den Schneideinsatz trägt, einen Kühlmitteleinlass, der mit einer unter Druck stehenden Kühlmittelquelle in Verbindung steht, eine Kühlmittelkammer mit einem zentralen Bereich und einen stromaufwärtigen Kühlmittelkanal mit einer zentralen Längsachse des stromaufwärtigen Kühlmittelkanals. Der Werkzeughalter enthält ferner eine Vielzahl stromabwärtiger Kühlmittelkanäle, wobei jeder stromabwärtige Kühlmittelkanal eine zentrale Längsachse des stromabwärtigen Kühlmittelkanals aufweist. Der stromabwärtige Kühlmittelkanal endet in einer Öffnung. Der stromaufwärtige Kühlmittelkanal öffnet sich in die Kühlmittelkammer, und der stromaufwärtige Kühlmittelkanal ist in Bezug auf die Kühlmittelkammer so ausgerichtet, dass die zentrale Längsachse des stromaufwärtigen Kühlmittelkanals gegenüber dem zentralen Bereich der Kühlmittelkammer versetzt ist, wodurch Kühlmittel in einer tangentialen Weise in die Kühlmittelkammer strömt.
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Bei einer weiteren Form ist die Erfindung ein Werkzeughalter zum Tragen eines Schneideinsatzes, wobei der Schneideinsatz zur Abtragung von Material während eines Materialabtragungsvorgangs dient. Der Werkzeughalter umfasst einen Werkzeughalterkörper, der eine Tasche umfasst, die so gestaltet ist, dass sie den Schneideinsatz trägt, einen Kühlmitteleinlass, der mit einer unter Druck stehenden Kühlmittelquelle in Verbindung steht, eine Kühlmittelkammer mit einem zentralen Bereich und einen stromaufwärtigen Kühlmittelkanal mit einer zentralen Längsachse des stromaufwärtigen Kühlmittelkanals. Der Werkzeughalter enthält ferner einen zentralen stromabwärtigen Kühlmitteldurchgang, der eine zentrale Düse mit einem daran angebrachten zentralen Düsenkanal aufweist. Ein seitlicher stromabwärtiger Kühlmitteldurchgang, der einen seitlichen Düsenkanal aufweist, befindet sich auf jeder Seite des zentralen stromabwärtigen Kühlmitteldurchgangs. Der zentrale Düsenkanal ist größer als jeder der seitlichen Düsenkanäle. Der stromaufwärtige Kühlmittelkanal öffnet sich in die Kühlmittelkammer und ist in Bezug auf die Kühlmittelkammer so ausgerichtet, dass die zentrale Längsachse des stromaufwärtigen Kühlmittelkanals gegenüber dem zentralen Bereich der Kühlmittelkammer versetzt ist, wodurch Kühlmittel in einer tangentialen Weise in die Kühlmittelkammer strömt.
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Figurenliste
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Das Folgende ist eine kurze Beschreibung der Zeichnungen, die einen Teil dieser Patentanmeldung bilden:
- 1 ist eine Draufsicht einer bestimmten Ausführungsform einer Schneidbaugruppe, die einen Werkzeughalter mit einem daran angebrachten Schneideinsatz umfasst, wobei der Werkzeughalter eine Düse aufweist, die dem Schneideinsatz Kühlmittel zuführt;
- 2 ist eine Querschnittansicht der Schneidbaugruppe aus 1 entlang der Schnittlinie 2-2 aus 1;
- 2A ist eine vergrößerte Querschnittansicht der Verbindung der Kühlmittelkammer mit dem stromaufwärtigen Kühlmittelkanal und der Verbindung zwischen der Kühlmittelkammer und dem stromabwärtigen Kühlmittelkanal der Schneidbaugruppe aus 1;
- 2B ist eine vergrößerte Querschnittansicht, die die Verbindung der Kühlmittelkammer mit dem stromaufwärtigen Kühlmittelkanal und die Verbindung zwischen der Kühlmittelkammer und dem stromabwärtigen Kühlmittelkanal der Schneidbaugruppe aus 1 zeigt, wobei die Kühlmittelströmung durch Pfeile veranschaulicht ist;
- 2C ist eine Querschnittansicht der Draufsicht der Verbindung der Kühlmittelkammer mit dem stromaufwärtigen Kühlmittelkanal und der Verbindung zwischen der Kühlmittelkammer und dem stromabwärtigen Kühlmittelkanal der Schneidbaugruppe aus 1;
- 3 ist eine Querschnittansicht einer weiteren bestimmten Ausführungsform einer Schneidbaugruppe, die einen Werkzeughalter mit einem daran angebrachten Schneideinsatz umfasst, wobei der Werkzeughalter drei Düsen aufweist, die dem Schneideinsatz Kühlmittel zuführen;
- 3A ist eine vergrößerte Querschnittansicht der Verbindung der Kühlmittelkammer mit dem stromaufwärtigen Kühlmittelkanal und der Verbindung zwischen der Kühlmittelkammer und dem stromabwärtigen Kühlmittelkanal der Schneidbaugruppe aus 3;
- 4 ist eine Querschnittansicht der Schneidbaugruppe aus 3 entlang der Schnittlinie 4-4 aus 3A; und
- 5 ist eine Querschnittansicht der Draufsicht einer weiteren bestimmten Ausführungsform und der Verbindung der Kühlmittelkammer mit dem stromaufwärtigen Kühlmittelkanal und der Verbindung zwischen der Kühlmittelkammer und dem stromabwärtigen Kühlmittelkanal, wobei die zentrale Düse einen größeren Kanal als den Kühlmittelkanal in einer der beiden seitlichen Düsen aufweist.
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Ausführliche Beschreibung
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist in den 1, 2 bis 2C eine bestimmte Ausführungsform einer Schneidbaugruppe dargestellt, die allgemein mit 20 bezeichnet ist. Die Schneidbaugruppe 20 umfasst einen allgemein mit 22 bezeichneten Werkzeughalter und einen allgemein mit 24 bezeichneten Schneideinsatz. Der Werkzeughalter kann eine von vielen unterschiedlichen Arten von Werkzeughalterstrukturen aufweisen, vorausgesetzt, der Werkzeughalter enthält die internen Kühlmittelzufuhrmerkmale der Erfindung. Die jeweilige Art des Werkzeughalters hängt von der jeweiligen Schneidanwendung (bzw. Materialabtragungsanwendung) ab. Der Schneideinsatz kann je nach der betreffenden Schneidanwendung (bzw. Materialabtragungsanwendung) eine von vielen Geometrien eines Schneideinsatzes aufweisen.
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Unter fortgesetzter Bezugnahme auf die in den 1, 2, 2A und 2B dargestellte bestimmte Ausführungsform umfasst der Werkzeughalter 22 einen Werkzeughalterkörper 30, der ein axiales Vorderende 32 und ein axiales Hinterende 34 aufweist. Der Werkzeughalterkörper 30 enthält an seinem axialen Vorderende 32 eine Tasche 36. Die Tasche 36 ist so gestaltet, dass sie den Schneideinsatz 24 aufnimmt und dessen Festhalten im Werkzeughalterkörper 30 erleichtert. Der Werkzeughalterkörper 30 enthält einen Kühlmitteleinlass 40, der über eine in 2 schematisch dargestellte Leitung 44 betriebsfähig mit einer Quelle von unter Druck stehendem Kühlmittel 42 verbunden ist. Eine interne Verbindung 46 verbindet den Kühlmitteleinlass 40 mit einem stromaufwärtigen Kühlmittelkanal 50. Eine Verschlussschraube 70 dichtet das distale Ende des stromaufwärtigen Kühlmittelkanals 50 ab.
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Der Werkzeughalter 22 enthält eine Kühlmittelkammer 56. Die Kühlmittelkammer 56 weist eine zylindrische (z.B. weitgehend gebogene) Form auf. Die Kühlmittelkammer 56 weist eine zylindrische Wand 57 und gegenüberliegende flache Enden 59 und 61 auf. Wie in 1 dargestellt, weist die Kühlmittelkammer 56 eine zentrale Längsachse D-D auf. Für die Funktion der Kühlmittelkammer 56 ist es wichtig, dass sie eine zylindrische Form oder eine Form aufweist, die eine allmähliche Umleitung der in die Kühlmittelkammer 56 eintretenden Kühlmittelströmung und der aus der Kühlmittelkammer 56 austretenden Kühlmittelströmung bereitstellt. Kühlmittel gelangt durch den stromaufwärtigen Kühlmittelkanal 50 in die Kühlmittelkammer 56. Der stromaufwärtige Kühlmittelkanal 50 weist eine zentrale Längsachse A-A des stromaufwärtigen Kühlmittelkanals auf (siehe 2A). Die Kühlmittelkammer 56 weist einen zentralen Bereich auf, der allgemein mit 58 bezeichnet ist. Der zentrale Bereich 58 ist im Wesentlichen der mittlere Abschnitt bzw. das mittlere Volumen der Kühlmittelkammer 56.
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Wie insbesondere in den 2A und 2B dargestellt, ist der stromaufwärtige Kühlmittelkanal 50 in Bezug auf die Kühlmittelkammer 56 so ausgerichtet, dass sich der stromaufwärtige Kühlmittelkanal 50 zur Kühlmittelkammer 56 öffnet bzw. in diese eintritt, sodass die zentrale Längsachse A-A des stromaufwärtigen Kühlmittelkanals gegenüber dem zentralen Bereich 58 der Kühlmittelkammer 56 versetzt ist. Der stromaufwärtige Kühlmittelkanal 50 steht in einem tangentialen Verhältnis zum benachbarten Abschnitt der Wand 57 der Kühlmittelkammer 56. Ferner verläuft die stromaufwärtige zentrale Kühlmittelkanal-Längsachse A-A des stromaufwärtigen Kühlmittelkanals 50 bei Betrachtung in Richtung der stromaufwärtigen zentralen Kühlmittelkanal-Längsachse A-A weitgehend senkrecht zur zentralen Längsachse D-D der Kühlmittelkammer 56. Die Art der Ausrichtung des stromaufwärtigen Kühlmittelkanals 50 in Bezug auf die Kühlmittelkammer 56 ist so gestaltet, dass der stromaufwärtige Kühlmittelkanal 50 die Kühlmittelströmung in einer tangentialen Weise in die Kühlmittelkammer 56 leitet. Dadurch, dass Kühlmittel in einer tangentialen Weise geleitet wird, prallt Kühlmittel nicht abrupt auf die Oberfläche der Kühlmittelkammer 56. Stattdessen bewegt sich das Kühlmittel entlang der zylindrischen Wand der Kühlmittelkammer 56, und die Richtung der Kühlmittelströmung wird dadurch allmählich und sanft in Richtung eines stromabwärtigen Kühlmittelkanals 60 umgeleitet. Die sanfte Umleitung der Kühlmittelströmung erhöht den Wirkungsgrad der Zufuhr von Kühlmittel zum Schneideinsatz.
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Der stromabwärtige Kühlmittelkanal 60 nimmt Kühlmittel direkt aus der Kühlkammer 56 auf und ermöglicht dadurch dem Kühlmittel, zur Düse 64 zu strömen, die am distalen Ende des stromabwärtigen Kühlmittelkanals 60 angebracht ist. Es sollte klar sein, dass der stromabwärtige Kühlmittelkanal 60 am distalen Ende einen Gewindebereich aufweist, über den normalerweise die Düse 64 in den Werkzeughalterkörper 30 eingeschraubt ist, um einen Düsenauslass bereitzustellen, durch den Kühlmittel in Richtung des Schneideinsatzes 24 spritzt bzw. ausgestoßen wird. Der Kühlmittelsprühnebel ist in 2 mit CF bezeichnet.
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Der stromabwärtige Kühlmittelkanal 60 weist eine zentrale Längsachse B-B des stromabwärtigen Kühlmittelkanals auf (siehe 2A). Wie oben beschrieben weist die Kühlmittelkammer 56 einen allgemeinen mit 58 bezeichneten zentralen Bereich auf, der im Wesentlichen der mittlere Abschnitt bzw. das mittlere Volumen der Kühlmittelkammer 56 ist. Wie insbesondere in 2A dargestellt, ist der stromabwärtige Kühlmittelkanal 60 in Bezug auf die Kühlmittelkammer 56 so ausgerichtet, dass der stromabwärtige Kühlmittelkanal 60 mit der Kühlmittelkammer 56 in Verbindung steht, sodass die zentrale Längsachse B-B des stromabwärtigen Kühlmittelkanals gegenüber dem zentralen Bereich 58 der Kühlmittelkammer 56 versetzt ist. Der stromabwärtige Kühlmittelkanal 60 steht in einem tangentialen Verhältnis zum benachbarten Abschnitt der Wand 57 der Kühlmittelkammer 56. Ferner verläuft die stromabwärtige zentrale Kühlmittelkanal-Längsachse B-B des stromabwärtigen Kühlmittelkanals 60 bei Betrachtung in Richtung der stromabwärtigen zentralen Kühlmittelkanal-Längsachse B-B weitgehend senkrecht zur zentralen Längsachse D-D der Kühlmittelkammer 56. Die Art der Ausrichtung des stromabwärtigen Kühlmittelkanals 60 in Bezug auf die Kühlmittelkammer 56 ist so gestaltet, dass der stromabwärtige Kühlmittelkanal 60 den Kühlmittelaustritt aus der Kühlmittelkammer 56 in einer tangentialen Weise ermöglicht.
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Unter Bezugnahme auf 2B ist die Kühlmittelströmung durch Pfeile veranschaulicht. Das Kühlmittel strömt unter Druck durch den stromaufwärtigen Kühlmittelkanal 50, wo es in die Kühlmittelkammer 56 eintritt. Wie oben beschrieben ist der stromaufwärtige Kühlmittelkanal 50 gegenüber dem zentralen Bereich 58 der Kühlmittelkammer 56 versetzt, sodass eine tangential ausgerichtete Kühlmittelströmung entsteht. Anders ausgedrückt tritt das Kühlmittel, das über den stromaufwärtigen Kühlmittelkanal 50 in die Kühlmittelkammer 56 gelangt, in die Kühlmittelkammer auf einer Tangente zur zylindrischen Wand ein, die die zylindrische Kühlmittelkammer 56 in der Weise definiert, dass der Vektor der Kühlmittelströmung in eine Richtung zeigt, die weitgehend tangential zu der Wand verläuft, die die Kühlmittelkammer 56 definiert, und diese Art der Kühlmittelströmung führt in der Kühlmittelkammer 56 zur Erzeugung eines Verwirbelungseffekts bzw. eines strudelähnlichen Effekts. Nachdem das Kühlmittel auf die gebogene Form der Kühlmittelkammerwand 57 auftrifft, leitet die Wand 57 das in die Kühlmittelkammer 56 strömende Kühlmittel in eine solche Richtung um, dass das Kühlmittel direkt in den stromabwärtigen Kühlmittelkanal 60 strömt.
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Die zylindrische Wand leitet die Kühlmittelströmung allmählich und nicht abrupt um die Kontur der Wand, die die Kühlmittelkammer 56 definiert, und in Richtung der Öffnung zum stromabwärtigen Kühlmittelkanal 60. Wie oben beschrieben ist der stromabwärtige Kühlmittelkanal 60 gegenüber dem zentralen Bereich 58 der Kühlmittelkammer 56 versetzt, sodass er eine tangential ausgerichtete Kühlmittelströmung aufnimmt. Anders ausgedrückt strömt das direkt in den stromabwärtigen Kühlmittelkanal 60 gelangende Kühlmittel in einer Richtung, die weitgehend tangential zu der Wand verläuft, die die Kühlmittelkammer 56 definiert. Es sollte klar sein, dass diese Art der in einer tangentialen Weise verlaufenden Kühlmittelströmung zu einer gleichmäßigen und effizienten Umleitung des Kühlmittels vom stromaufwärtigen Kühlmittelkanal 50 führt, das in die Kühlmittelkammer 56 gelangt und aus der Kühlmittelkammer 56 in den stromabwärtigen Kühlmittelkanal 60 strömt. Strömendes Kühlmittel, das nicht in den stromabwärtigen Kühlmittelkanal 60 gelangt, wird durch die zylindrische Wand, die die Kühlmittelkammer 56 definiert, zurück in den eintretenden Kühlmittelstrom umgeleitet und strömt in eine Richtung, die weitgehend tangential zur Wand der Kühlmittelkammer 56 verläuft, wodurch dieses Kühlmittel direkt in den stromabwärtigen Kühlmittelkanal 60 gelangt.
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Unter fortgesetzter Bezugnahme auf die Zeichnungen veranschaulichen die 3, 3A und 4 eine weitere bestimmte Ausführungsform einer Schneidbaugruppe, die allgemein mit 80 bezeichnet ist. Die Schneidbaugruppe 80 umfasst einen allgemein mit 82 bezeichneten Werkzeughalter und einen Schneideinsatz 84. Der Werkzeughalter kann eine von vielen unterschiedlichen Arten von Werkzeughalterstrukturen aufweisen, vorausgesetzt, der Werkzeughalter enthält die internen Kühlmittelzufuhrmerkmale der Erfindung. Die jeweilige Art des Werkzeughalters hängt von der jeweiligen Schneidanwendung (bzw. Materialabtragungsanwendung) ab. Der Schneideinsatz kann je nach der betreffenden Schneidanwendung (bzw. Materialabtragungsanwendung) eine von vielen Geometrien eines Schneideinsatzes aufweisen.
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Der Werkzeughalter 82 umfasst einen Werkzeughalterkörper 88, der ein axiales Vorderende 90 und ein axiales Hinterende aufweist, das nicht abgebildet ist. Der Werkzeughalterkörper 88 enthält an seinem axialen Vorderende 90 eine Tasche 92. Die Tasche 92 ist so gestaltet, dass sie den Schneideinsatz 84 trägt und dessen Festhalten im Werkzeughalterkörper 88 erleichtert.
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Ein stromaufwärtiger Kühlmittelkanal 96 stellt eine Verbindung bereit, sodass das Kühlmittel in die Kühlmittelkammer 100 gelangen kann. Die Kühlmittelkammer 100 weist eine zylindrische Wand (bzw. Oberfläche) 101 und gegenüberliegende flache Enden auf (103 und 105). Die Kühlmittelkammer 100 weist eine zentrale Längsachse Z-Z auf. Der stromaufwärtige Kühlmittelkanal 96 weist eine zentrale Längsachse H-H des stromaufwärtigen Kühlmittelkanals auf (siehe 3A). Die Kühlmittelkammer 100 weist einen zentralen Bereich auf, der allgemein mit 102 bezeichnet ist. Der zentrale Bereich 102 ist im Wesentlichen der mittlere Abschnitt bzw. das mittlere Volumen der Kühlmittelkammer 100. Wie insbesondere in 3A dargestellt, ist der stromaufwärtige Kühlmittelkanal 96 in Bezug auf die Kühlmittelkammer 100 so ausgerichtet, dass sich der stromaufwärtige Kühlmittelkanal 96 zur Kühlmittelkammer 100 öffnet bzw. in diese eintritt, sodass die zentrale Längsachse H-H des stromaufwärtigen Kühlmittelkanals gegenüber dem zentralen Bereich 102 der Kühlmittelkammer 100 versetzt ist. Ferner verläuft die stromaufwärtige zentrale Kühlmittelkanal-Längsachse H-H des stromaufwärtigen Kühlmittelkanals 96 bei Betrachtung in Richtung der stromaufwärtigen zentralen Kühlmittelkanal-Längsachse H-H weitgehend senkrecht zur zentralen Längsachse Z-Z der Kühlmittelkammer 100. Die Art der Ausrichtung des stromaufwärtigen Kühlmittelkanals 96 in Bezug auf die Kühlmittelkammer 100 ist so gestaltet, dass der stromaufwärtige Kühlmittelkanal 96 die Kühlmittelströmung in einer tangentialen Weise in die Kühlmittelkammer 100 leitet. Dadurch, dass Kühlmittel in einer tangentialen Weise geleitet wird, prallt Kühlmittel nicht abrupt auf die Oberfläche der Kühlmittelkammer 100. Stattdessen bewegt sich das Kühlmittel entlang der zylindrischen Wand (103, 105) der Kühlmittelkammer 100, und die Richtung der Kühlmittelströmung wird dadurch allmählich und sanft in Richtung eines stromabwärtigen Kühlmittelkanals 106 umgeleitet. Die sanfte Umleitung der Kühlmittelströmung erhöht den Wirkungsgrad der Zufuhr von Kühlmittel zum Schneideinsatz. Dadurch, dass Kühlmittel in einer tangentialen Weise geleitet wird, wird das Ausmaß von Turbulenzen des Kühlmittels verringert und dadurch der Wirkungsgrad der Zufuhr von Kühlmittel zum Schneideinsatz erhöht.
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Bei dieser bestimmten Ausführungsform liegen drei stromabwärtige Kühlmittelkanäle (106, 106A, 106B) vor. Jeder der stromabwärtigen Kühlmittelkanäle (106, 106A, 106B) nimmt Kühlmittel direkt aus der Kühlkammer 100 auf und stellt Kühlmittelstrom für seine entsprechende Düse (110, 100A, 110B) bereit, die am distalen Ende des stromabwärtigen Kühlmittelkanals (106, 106A, 106B) angebracht ist. Es sollte klar sein, dass der stromabwärtige Kühlmittelkanal (106, 106A, 106B) am distalen Ende einen Gewindebereich (108, 108A, 108B) aufweist, über den normalerweise jede der Düsen (110, 110A, 110B) in den Werkzeughalterkörper 88 eingeschraubt ist, um einen Düsenauslass bereitzustellen, durch den Kühlmittel in Richtung des Schneideinsatzes 84 spritzt bzw. ausgestoßen wird. Der Kühlmittelsprühnebel ist in 3 mit CF' bezeichnet.
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Die Beschreibung des stromabwärtigen Kühlmittelkanals 106 dient auch als Beschreibung der anderen beiden stromabwärtigen Kühlmittelkanäle 106A und 106B. In diesem Zusammenhang weist der stromabwärtige Kühlmittelkanal 106 eine zentrale Längsachse I-I des stromabwärtigen Kühlmittelkanals auf. Wie oben beschrieben weist die Kühlmittelkammer 100 einen allgemeinen mit 102 bezeichneten zentralen Bereich auf, der im Wesentlichen der mittlere Abschnitt bzw. das mittlere Volumen der Kühlmittelkammer 100 ist. Wie insbesondere in 3A dargestellt, ist der stromabwärtige Kühlmittelkanal 106 in Bezug auf die Kühlmittelkammer 100 so ausgerichtet, dass der stromabwärtige Kühlmittelkanal 106 mit der Kühlmittelkammer 100 in Verbindung steht, sodass die zentrale Längsachse I-I des stromabwärtigen Kühlmittelkanals gegenüber dem zentralen Bereich 102 der Kühlmittelkammer 100 versetzt ist. Ferner verläuft die stromabwärtige zentrale Kühlmittelkanal-Längsachse I-I des stromabwärtigen Kühlmittelkanals 106 bei Betrachtung in Richtung der stromabwärtigen zentralen Kühlmittelkanal-Längsachse I-I weitgehend senkrecht zur zentralen Längsachse Z-Z der Kühlmittelkammer 100. Die Art der Ausrichtung des stromabwärtigen Kühlmittelkanals 106 in Bezug auf die Kühlmittelkammer 100 ist so gestaltet, dass der stromabwärtige Kühlmittelkanal 106 den Kühlmittelaustritt aus der Kühlmittelkammer 100 in einer tangentialen Weise ermöglicht. Die Beschreibung der Kühlmittelströmung bei der ersten bestimmten Ausführungsform der Schneidbaugruppe 20 gilt für die Kühlmittelströmung bei dieser bestimmten Ausführungsform der Schneidbaugruppe 80.
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Bei der bestimmten Ausführungsform aus den 3, 3A und 4 steht der stromaufwärtige Kühlmittelkanal 96 in einem tangentialen Verhältnis zum benachbarten Abschnitt der Wand 101 der Kühlmittelkammer 100. Ferner steht der stromabwärtige Kühlmittelkanal (106, 106A, 106B) in einem tangentialen Verhältnis zu den betreffenden benachbarten Abschnitten der Wand 101 der Kühlmittelkammer 100.
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Bei dieser bestimmten Ausführungsform sollte klar sein, dass sich der stromaufwärtige Kühlmittelkanal 96 zentral in der Mitte zwischen dem seitlichen stromabwärtigen Kühlmittelkanal 106 und 106B befindet, um eine ausgeglichene, gleichmäßig verteilte Kühlmittelzufuhr zwischen jedem der stromabwärtigen Kühlmittelkanäle 106, 106A und 106B zu gewährleisten. Die Kühlmittelkammer 100 weist eine zylindrische Form mit einer zylindrischen Wand 101 und gegenüberliegenden flachen Enden (103, 105) auf, wobei die flachen Enden eine verbesserte Kühlmittelströmung mit weniger Turbulenzen gewährleisten. Ferner sind die seitlichen stromabwärtigen Kühlmittelkanäle 106 und 106B von den flachen Enden der Kühlmittelkammer 100 beabstandet angeordnet, sodass das Kühlmittel in die seitlichen stromabwärtigen Kühlmittelkanäle 106 und 106B von deren beiden Seiten einströmen kann. Anders ausgedrückt blockieren oder behindern die flachen Wände 103, 105 die in die seitlichen stromabwärtigen Kühlmittelkanäle 106 und 106B gelangende Kühlmittelströmung nicht.
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Bei noch einer weiteren bestimmten Ausführungsform zeigt 5 eine Schneidbaugruppe 200, die einen Werkzeughalter 201 aufweist. Der Werkzeughalter 201 enthält einen stromaufwärtigen Kühlmittelkanal 202, der Kühlmittel in eine Kühlmittelkammer 204 leitet. Die Kühlmittelkammer 204 weist eine zylindrische Form auf. Ein Trio aus stromabwärtigen Kühlmittelkanälen (206, 208, 210) nimmt Kühlmittel aus der Kühlmittelkammer 204 auf. Eine seitliche Düse 212 ist am distalen Ende des stromabwärtigen Kühlmittelkanals 206 angebracht, wobei die seitliche Düse 212 einen Kühlmittelkanal 214 mit der Abmessung YY aufweist. Eine weitere seitliche Düse 220 ist am distalen Ende des stromabwärtigen Kühlmittelkanals 210 angebracht, wobei die seitliche Düse 220 einen Kühlmittelkanal 222 mit der Abmessung XX aufweist. Bei dieser bestimmten Ausführungsform sind die Abmessungen XX und YY einander weitgehend gleich. Die zentrale Düse 216 ist am distalen Ende des stromabwärtigen Kühlmittelkanals 208 angebracht, wobei die zentrale Düse 216 einen Kühlmittelkanal 218 mit der Abmessung ZZ aufweist. Bei dieser bestimmten Ausführungsform ist die Abmessung ZZ größer als jede der Abmessungen XX und YY. Das Kühlmittel strömt in Richtung des Schneideinsatzes 224. Bei dieser bestimmten Ausführungsform erleichtert das Zuführen eines größeren Volumens von Kühlmittel durch die zentrale Düse 208 das Kühlen des Schneideinsatzes und das Brechen des Spans an der Schnittstelle zwischen dem Schneideinsatz und dem Werkstück.
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Es wurden Drehtests durchgeführt, um bestimmte Ausführungsformen des Werkzeughalters zu bewerten, wobei die Testergebnisse nachstehend dargelegt werden. Die Tests wurden an einem Werkstück aus der Titanlegierung Ti6A14V durchgeführt, wobei ein unbeschichteter Hartmetall-Schneideinsatz (mit niedrigem Cobaltgehalt) aus feinkörnigem Wolframcarbid verwendet wurde. Die Tests wurden mit den folgenden Parametern durchgeführt: VC = 100 Meter/Minute; f = 0,2 mm; ap = 2 mm / 4 mm; Verschleißkriterium = 0,300 mm. Bei den Tests wurde eine Boehringer-Maschine verwendet, und der Kühlmitteldruck betrug 8 MPa (80 bar). Die Tabellen 1 und 2 enthalten die bei dem Werkstück aus der Titanlegierung Ti6A14V erzielten Ergebnisse, wobei Tabelle 1 und Tabelle 2 jeweils die Ergebnisse zeigen, als die Schnitttiefe 2 mm betrug. Tabelle 1 Testergebnisse mit dem Werkstück aus der Titanlegierung Ti6A14V bei einer Schnitttiefe von 2 mm
| Testmuster/Parameter | 34
(herkömmlich) | 34
(herkömmlich) | 35
(erfindungsgemäß) | 35
(erfindungsgemäß) |
| Werkzeugstandzeit (min) | 4 | 3 | 4 | 4 |
| Max. Verschleiß (mm) | 0,507 | 0,338 | 0,301 | 0,345 |
| Q (Liter/min) | 27,0 | 27,0 | 28,05 | 28,05 |
| Düse | 3 × 1,4 mm | 3 × 1,4 mm | 3 × 1,4 mm | 3 × 1,4 mm |
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Unter Bezugnahme auf die in Tabelle 1 dargelegten Ergebnisse wurde bei zwei Tests das Werkzeughalter-Testmuster 34 verwendet, das eine herkömmliche Kühlmittelkammer enthielt, die das Merkmal der Tangentialströmung nicht zeigte. Anders ausgedrückt gelangte das Kühlmittel in die Kühlmittelkammer mehr in der Mitte der Kühlmittelkammer. Der Werkzeughalter des Testmusters 34 stand im Gegensatz zum Testmuster 35, das das Merkmal der Tangentialströmung der Erfindung zeigte. Bei jedem Werkzeughalter wurden drei Düsen verwendet, wobei jede Düse einen Düsenkanal mit einem Durchmesser von 1,4 mm aufwies. Die drei Düsen sprühten Kühlmittel in Richtung der Umgebung der Schnittstelle zwischen dem Schneideinsatz und dem Werkstück.
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Tabelle 1 zeigt, dass die Lebensdauer des Schneideinsatzes, der durch den Werkzeughalter des Testmusters 35 gehalten wurde, bei dem die erfindungsgemäße Kühlmittelkammer verwendet wurde, größer als die Werkzeugstandzeit des Schneideinsatzes war, der durch den Werkzeughalter des Testmusters 34 gehalten wurde. Der Werkzeughalter des Testmusters 35 (erfindungsgemäß) führte außerdem zu einem geringeren maximalen Verschleiß an dem von diesem Werkzeughalter gehaltenen Schneideinsatz als an dem Schneideinsatz, der durch den Werkzeughalter des Testmusters 34 (herkömmlich) gehalten wurde. In diesem Zusammenhang betrug der in Millimetern angegebene durchschnittliche maximale Verschleiß bei dem durch den Werkzeughalter des Testmusters 35 gehaltenen Schneideinsatz 0,323 mm, während der durchschnittliche maximale Verschleiß bei dem durch den Werkzeughalter des Testmusters 34 gehaltenen Schneideinsatz 0,424 mm betrug.
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Der Werkzeughalter des Testmusters 35 (erfindungsgemäß) führte dem Schneideinsatz auch ein größeres Volumen des Kühlmittels als der Werkzeughalter des Testmusters 34 (herkömmlich) zu. In diesem Zusammenhang betrug die durchschnittliche Kühlmittelmenge beim Werkzeughalter des Testmusters 35 28,05 Liter pro Minute, während die durchschnittliche Kühlmittelmenge beim Werkzeughalter des Testmusters 34 27,0 Liter pro Minute betrug. Es ist offensichtlich, dass der Werkzeughalter des Testmusters 35, bei dem es sich um den erfindungsgemäßen Werkzeughalter handelt, eine größere Kühlmittelzufuhr in Richtung der Umgebung der Schnittstelle zwischen dem Schneideinsatz und dem Werkstück bereitstellt als der Werkzeughalter des Testmusters 34. Die durch den Werkzeughalter des erfindungsgemäßen Testmusters 35 gehaltenen Schneideinsätze unterlagen einem kleineren maximalen Verschleiß und wiesen eine längere Werkzeugstandzeit als die Schneideinsätze auf, die durch den herkömmlichen Werkzeughalter des Testmusters 34 gehalten wurden. Tabelle 2 - Testergebnisse mit dem Werkstück aus der Titanlegierung Ti6A14V bei einer Schnitttiefe von 2 mm
| Testmuster/Parameter | 32-1 | 32-2 | 32-3 | 32-4 |
| Werkzeugstandzeit (min) | 4 | 4 | 5 | 4 |
| Max. Verschleiß (mm) | 0,403 | 0428 | 0,450 | 0,385 |
| Q (Liter/min) | 27,75 | 27,73 | 21,3 | 21,3 |
| Düse | 3 × 1,4 mm | 3 × 1,4 mm | 1,0 mm | 1,0 mm |
| | | | 1,4 mm | 1,4 mm |
| | | | 1,0 mm | 1,0 mm |
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Unter Bezugnahme auf die in Tabelle 2 dargelegten Testergebnisse wurden bei den Werkzeughaltern, die durch die Testmuster 32-1 bis 32-4 dargestellt sind, herkömmliche Kühlkammern verwendet, aber der Unterschied zwischen den Werkzeughaltern der Testmuster 32-1 und 32-2 und den Werkzeughaltern der Testmuster 32-3 und 32-4 bestand in den Düsenanordnungen. In diesem Zusammenhang umfasste die Düsenanordnung bei den Testmustern 32-1 und 32-2 drei Düsen, die jeweils einen Düsenkanal mit einem Durchmesser von 1,4 mm aufwiesen, wobei die Düsen zur Kühlmittelzufuhr in Richtung der Umgebung der Schnittstelle zwischen dem Schneideinsatz und dem Werkstück ausgerichtet waren. Die Düsenanordnung bei den Testmustern 32-3 und 32-4 umfasste eine zentrale Düse mit einem Düsenkanal von 1,4 mm Durchmesser und einer seitlichen Düse an jeder Seite der zentralen Düse, wobei jede seitliche Düse einen Durchmesser von 1,0 mm aufwies und die Düsen zur Kühlmittelzufuhr in Richtung der Umgebung der Schnittstelle zwischen dem Schneideinsatz und dem Werkstück ausgerichtet waren.
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Ein Vergleich der Werkzeugstandzeit der durch diese Werkzeughalter gehaltenen Schneideinsätze zeigt, dass die Verwendung der Düsenanordnung mit der zentralen Düse (1,4 mm Durchmesser) und zwei seitlichen Düsen (1,0 mm Durchmesser) (d.h. Testmuster 32-3 und 32-4) zu einer höheren Lebensdauer der von diesen Werkzeughaltern gehaltenen Schneideinsätze als die Werkzeugstandzeit führte, die bei den Schneideinsätzen erreicht wurde, die durch die Werkzeughalter (Testmuster 32-1 und 32-2) mit drei Düsen gehalten wurde, von denen jede einen Durchmesser von 1,4 mm aufwies. Der durchschnittliche maximale Verschleiß war bei den Schneideinsätzen nahezu identisch, die durch jedes der Testmuster 32-1/32-2 und Testmuster 32-3/32-4 gehalten wurden. Die der Umgebung der Schnittstelle zwischen dem Schneideinsatz und dem Werkstück zugeführte Kühlmittelmenge war jedoch bei dem Werkzeughalter mit der Düsenanordnung aus der zentralen Düse (1,4 mm Durchmesser) und zwei seitlichen Düsen (1,0 mm Durchmesser) (d.h. Testmuster 32-3 und 32-4) kleiner als bei dem Werkzeughalter mit der Düsenanordnung aus drei Düsen mit dem Durchmesser von 1,4 mm (d.h. Testmuster 32-1 und 32-2). Insbesondere betrug die durchschnittliche Kühlmittelmenge, die der Umgebung der Schnittstelle zwischen dem Schneideinsatz und dem Werkstück bei Verwendung der Testmuster 32-3 und 32-4 zugeführt wurde, 21,3 Liter pro Minute, im Gegensatz zum durchschnittlichen Kühlmittelvolumen von 27,74 Litern pro Minute. Es ist zu erkennen, dass die Verwendung eines Werkzeughalters mit der Düsenanordnung aus der zentralen Düse (1,4 mm Durchmesser) und zwei seitlichen Düsen (1,0 mm Durchmesser) (d.h. Testmuster 32-3 und 32-4) bei den Schneideinsätzen, bei denen eine geringere Kühlmittelmenge als bei den Werkzeughaltern mit der Düsenanordnung aus drei Düsen mit einem Durchmesser von jeweils 1,4 mm (d.h. Testmuster 32-1 und 32-2) verwendet wurde, zu einer weitgehend ähnlichen Werkzeugstandzeit führte.
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Insgesamt ist im Zusammenhang mit der Verwendung der erfindungsgemäßen Kühlmittelkammer zu erkennen, dass der Werkzeughalter des Testmusters 35, bei dem es sich um den erfindungsgemäßen Werkzeughalter handelt, eine größere Kühlmittelzufuhr in Richtung der Umgebung der Schnittstelle zwischen dem Schneideinsatz und dem Werkstück bereitstellt als der Werkzeughalter des Testmusters 34. Die durch den Werkzeughalter des erfindungsgemäßen Testmusters 35 gehaltenen Schneideinsätze unterliegen einem geringeren maximalen Verschleiß und weisen eine längere Werkzeugstandzeit als die Schneideinsätze auf, die durch den herkömmlichen Werkzeughalter des Testmusters 34 gehalten wurden. Unter Bezugnahme auf einen Vergleich der Düsenbaugruppen ist offensichtlich, dass die Verwendung eines Werkzeughalters mit der Düsenanordnung aus der zentralen Düse (1,4 mm Durchmesser) und zwei seitlichen Düsen (1,0 mm Durchmesser) (d.h. Testmuster 32-3 und 32-4) zu einer weitgehend ähnlichen Werkzeugstandzeit der Schneideinsätze führte, bei denen eine kleinere Kühlmittelmenge als bei den Werkzeughaltern mit der Düsenanordnung aus drei Düsen mit einem Durchmesser von jeweils 1,4 mm (d.h. Testmuster 32-1 und 32-2) verwendet wurde. Es bestehen Überlegungen dahingehend, dass die Verwendung eines Werkzeughalter mit der erfindungsgemäßen Kühlmittelkammer zusammen mit der Düsenanordnung aus der zentralen Düse (1,4 mm Durchmesser) und zwei seitlichen Düsen (1,0 mm Durchmesser) (d.h. Testmuster 32-3 und 32-4) zu einer Verbesserung der Werkzeugstandzeit des Schneideinsatzes und zu einem verbesserten Wirkungsgrad der Kühlmittelzufuhr führen würde.
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Die hierin bezeichneten Patente und andere Dokumente sind durch Bezugnahme hierin eingeschlossen. Unter Berücksichtigung der Beschreibung oder einer hierin offenbarten praktischen Umsetzung der Erfindung sind für den Fachmann andere Ausführungsformen der Erfindung offensichtlich. Die Beschreibung und die Beispiele sind lediglich zur Veranschaulichung und nicht als Einschränkung des Schutzbereichs der Erfindung gedacht. Der eigentliche Schutzbereich und Grundgedanke der Erfindung sind in den nachstehenden Ansprüchen angegeben.
