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Die Erfindung betrifft eine Hartbearbeitungseinrichtung zur Hartbearbeitung eines Werkstoffs mit geometrisch bestimmter Schneide, umfassend einen Werkzeughalter und eine am Werkzeughalter angeordnete Schneidplatte, wobei die Schneidplatte mindestens eine Spanfläche und mindestens eine Freifläche aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Hartbearbeitung eines Werkstoffs unter Einsatz einer solchen Hartbearbeitungseinrichtung.
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Unter Hartbearbeitung wird das Bearbeiten von Werkstoffen oder Materialien ab einer Härte von 54 HRC (Härte nach Rockwell) verstanden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Hartbearbeitungseinrichtung und ein Verfahren zur Hartbearbeitung eines Werkstoffs unter Einsatz einer solchen Hartbearbeitungseinrichtung anzugeben, mit welcher eine Reduzierung eines Freiflächenverschleißes bei der Hartbearbeitung mit geometrisch bestimmter Schneide erzielbar ist.
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Die Aufgabe wird durch eine Hartbearbeitungseinrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 3 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Hartbearbeitungseinrichtung zur Hartbearbeitung eines Werkstoffs mit geometrisch bestimmter Schneide umfasst einen Werkzeughalter und eine am Werkzeughalter angeordnete Schneidplatte, wobei die Schneidplatte mindestens eine Spanfläche und mindestens eine Freifläche aufweist, und wobei der Werkzeughalter mindestens einen Kühlschmierstoffzuführkanal, mindestens eine erste Kühlschmierstoffaustrittsöffnung und mindestens eine zweite Kühlschmierstoffaustrittsöffnung aufweist, wobei jede Kühlschmierstoffaustrittsöffnung mit mindestens einem Kühlschmierstoffzuführkanal verbunden ist, wobei die mindestens eine erste Kühlschmierstoffaustrittsöffnung zur Abgabe mindestens eines ersten Kühlschmierstoffstrahls in Richtung der Spanfläche ausgebildet ist und wobei die mindestens eine zweite Kühlschmierstoffaustrittsöffnung zur Abgabe mindestens eines weiteren Kühlschmierstoffstrahls in Richtung der mindestens einen Freifläche ausgebildet ist, und umfasst weiterhin mindestens eine, mit dem mindestens einen Kühlschmierstoffzuführkanal verbundene Hochdruckpumpe zur Versorgung des mindestens einen Kühlschmierstoffzuführkanals mit mindestens einem Kühlschmierstoff.
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Durch die gezielte Zuführung von Kühlschmierstoff mit definiertem Druck auf die Freifläche(n) und gleichzeitig der Schneidplatte bei der Hartbearbeitung (unter gleichbleibenden Schnittparametern) lässt sich der Freiflächenverschleiß effizient minimieren und damit die Werkzeugkosten signifikant senken.
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Des weiteren kann durch Erhöhung der bekannten Schnittparameter die Taktzeit bei gleichbleibender Oberflächenqualität reduziert werden.
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Die Schneidplatte für die Hartbearbeitung ist insbesondere eine Wendeschneidplatte und ist bevorzugt über ein Spannsystem am Werkzeughalter festgeklemmt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Hartbearbeitungseinrichtung sind zwei erste Kühlschmierstoffaustrittsöffnungen und eine zweite Kühlschmierstoffaustrittsöffnung vorhanden. Dies ermöglicht eine effektive Kühlung und Schmierung der Schneidplatte im Bereich der mindestens einen Spanfläche und mindestens einen Freifläche.
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Die Aufhabe wird für das Verfahren zur Hartbearbeitung eines Werkstoffs unter Einsatz einer erfindungsgemäßen Hartbearbeitungseinrichtung gelöst, indem die mindestens eine Hochdruckpumpe den mindestens einen Kühlschmierstoff mit einem Druck von mindestens 50 bar, insbesondere von 70 bar, in den mindestens einen Kühlschmierstoffzuführkanal befördert. Die Aufbringung des Kühlschmierstoffs unter hohem Druck auf die Span- und Freiflächen verbessert die Kühlung und Schmierung bei der Hartbearbeitung signifikant und senkt damit den Verschleiß an der Schneidplatte. Insbesondere erfolgt die Hartbearbeitung des Werkstoff, der mindestens eine Härte von 54 HRC aufweist, mittels Hartdrehens.
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Die Vorteile dieses Verfahrens sind:
- – Einsparung von Taktzeiten bei der geometrisch bestimmten Hartzerspanung
- – Reduzierung von Werkzeugkosten bei der geometrisch bestimmten Hartzerspanung
- – Reduzierung von Randzonenschädigungen, die bei der Hartzerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide durch hohe Prozesstemperaturen entstehen
- – Reduzierung der Aufmaße für nachgeschaltete Prozesse (z. B. Schleifen, Honen); nützliche Effekte: Reduzierung der Durchlaufzeit und Reduzierung der Werkzeugkosten bei den nachgeschalteten Prozessen
- – Reduzierung von Verschmutzungen in der Bearbeitungsmaschine, da der Kühlschmierstoff direkt auf die relevanten Stellen am Werkzeug geleitet wird und der Arbeitsraum nicht mehr „geflutet” wird (auch Umwelt-technischer Aspekt)
- – Reduzierung von sog. Spänenestern in der Bearbeitungsmaschine, da die normalerweise langen Späne die durch das Hartdrehen entstehen, zerkleinert werden
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Die 1 bis 11 sollen eine erfindungsgemäße Hartbearbeitungseinrichtung und deren Einsatz beispielhaft erläutern. So zeigt:
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1 eine Hartbearbeitungseinrichtung;
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2 den Schnitt II-II gemäß 1;
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3 einen Werkzeughalter mit zwei Kühlschmierstoffzuführkanälen in der Seitenansicht;
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4 einen Ausschnitt aus dem Werkzeughalter gemäß 3 im Bereich der Schneidplatte;
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5 den Werkzeughalter gemäß 3 in der Draufsicht;
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6 einen Ausschnitt aus dem Werkzeughalter gemäß 5 im Bereich der Schneidplatte;
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7 den Werkzeughalter gemäß 3 in dreidimensionaler Seitenansicht;
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8 den Werkzeughalter gemäß 3 in dreidimensionaler Aufsicht;
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9 eine Vergrößerung des Werkzeughalters gemäß 8 im Bereich der Schneidplatte;
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10 eine weitere Vergrößerung des Werkzeughalters gemäß 8 im Bereich der Schneidplatte; und
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11 den Werkzeughalter gemäß 3 in einer weiteren dreidimensionalen Seitenansicht.
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1 zeigt eine Hartbearbeitungseinrichtung 1 zur Hartbearbeitung eines Werkstoffs 2 mit geometrisch bestimmter Schneide, umfassend einen Werkzeughalter 3 und eine am Werkzeughalter 3 angeordnete Schneidplatte 4. Der Werkstoff 2 weist eine Werkstoffdrehachse 2a auf und ist um diese in Werkstoffdrehrichtung 8c drehbar zwischen den Werkstoffeinspannvorrichtungen 8a, 8b eingespannt. Die Schneidplatte 4 weist (vergleiche 10) eine Spanfläche 4a und eine Freifläche 4b auf. Der Werkzeughalter 3 weist einen Kühlschmierstoffzuführkanal 3a, zwei erste Kühlschmierstoffaustrittsöffnungen 3b, 3b' und eine zweite Kühlschmierstoffaustrittsöffnung 3c auf (vergleiche 9), wobei jede Kühlschmierstoffaustrittsöffnung 3b, 3b', 3c mit dem Kühlschmierstoffzuführkanal 3a verbunden ist. Die ersten Kühlschmierstoffaustrittsöffnungen 3b, 3b' sind zur Abgabe von ersten Kühlschmierstoffstrahlen 5a, 5a' in Richtung der Spanfläche 4a ausgebildet. Die zweite Kühlschmierstoffaustrittsöffnung 3c ist zur Abgabe eines weiteren Kühlschmierstoffstrahls 5b in Richtung der mindestens einen Freifläche 4b ausgebildet (vergleiche 9). Weiterhin ist eine, mit dem Kühlschmierstoffzuführkanal 3a verbundene Hochdruckpumpe 6 zur Versorgung des Kühlschmierstoffzuführkanals 3a mit Kühlschmierstoff 7 vorhanden. Die Hochdruckpumpe 6 befördert den Kühlschmierstoff 7 mit einem Druck von mindestens 50 bar, insbesondere von 70 bar, in den Kühlschmierstoffzuführkanal 3a. Der Werkzeughalter 3 wird während der Hartbearbeitung bzw. des Hartdrehens des Werkstoffs 2, der eine Härte von 54 HRC aufweist, in Vorschubrichtung 9 am Werkstoff 2 entlang bewegt. Dabei wird die Oberfläche des Werkstoffs 2 spanend hartbearbeitet. Die Kühlschmierstoffstrahlen 5a, 5a', 5b sind auf die Spanfläche 4a bzw. die Freifläche 4b der Schneidplatte 4 gerichtet, wo eine effektive Kühlung und Schmierung bewirkt wird, die zu einem deutlich verringerten Verschleiß der Schneide der Schneidplatte 4 bei der Hartbearbeitung führt.
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2 zeigt einen Schnitt II-II gemäß 1. In dieser Ansicht ist der Kühlschmierstoffzuführkanal 3a, durch welchen das Kühlschmiermittel 7 in den Werkzeughalter 3 und weiterhin in Richtung der Kühlschmierstoffaustrittsöffnungen 3b, 3b', 3c gefördert wird, erkennbar. Gleiche Bezugszeichen wie in 1, 9 und 10 kennzeichnen gleiche Elemente. Die Schneidplatte 4 ist ein einem Scheidplattenanstellwinkel α im Bereich von 5 bis 9°, insbesondere von 7°, zur Oberfläche des Werkstoffs 2 ausgerichtet.
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3 zeigt einen Werkzeughalter 30 mit zwei Kühlschmierstoffzuführkanälen 3a, 3a' in der Seitenansicht für eine Hartbearbeitungeinrichtung. Der Kühlschmierstoff 7 wird am Ende des Werkzeughalters 10 und mittig am Werkzeughalter 30 über die Kühlschmierstoffzuführkanäle 3a, 3a' in diesen eingespeist und innerhalb des Werkzeughalters 30 in Richtung der Schneidplatte 4 gefördert.
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4 zeigt einen Ausschnitt aus dem Werkzeughalter 30 gemäß 3 im Bereich der Schneidplatte 4.
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5 zeigt den Werkzeughalter 30 gemäß 3 in der Draufsicht. Gleiche Bezugszeichen wie in 3 kennzeichnen gleiche Elemente. In dieser Ansicht ist die zweite Kühlschmierstoffaustrittsöffnung 3c erkennbar.
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6 zeigt einen Ausschnitt aus dem Werkzeughalter 30 gemäß 5 im Bereich der Schneidplatte 4. Gleiche Bezugszeichen wie in 5 kennzeichnen gleiche Elemente. Der Winkel γ der Schneidplatte 4 liegt im Bereich von 90 bis 96°, insbesondere bei 93°.
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7 zeigt den Werkzeughalter 30 gemäß 3 in dreidimensionaler Seitenansicht. Gleiche Bezugszeichen wie in den 3 bis 6 kennzeichnen gleiche Elemente. In dieser Ansicht sind die Kühlschmierstoffzuführkanäle 3a, 3a' sowie der erste Kühlschmierstoffstrahl 5a' und der zweite Kühlschmierstoffstrahl 5b erkennbar.
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8 zeigt den Werkzeughalter 30 gemäß 3 in dreidimensionaler Aufsicht. Gleiche Bezugszeichen wie in den 3 bis 6 kennzeichnen gleiche Elemente. Die Schneidplatte 4 weist (vergleiche 10) eine Spanfläche 4a und eine Freifläche 4b auf. Der Werkzeughalter 3 weist zwei erste Kühlschmierstoffaustrittsöffnungen 3b, 3b' und eine zweite Kühlschmierstoffaustrittsöffnung 3c auf, wobei jede Kühlschmierstoffaustrittsöffnung 3b, 3b', 3c mit den Kühlschmierstoffzuführkanälen 3a, 3a' verbunden ist. Die ersten Kühlschmierstoffaustrittsöffnungen 3b, 3b' sind zur Abgabe von ersten Kühlschmierstoffstrahlen 5a, 5a' in Richtung der Spanfläche 4a ausgebildet. Die zweite Kühlschmierstoffaustrittsöffnung 3c ist zur Abgabe eines weiteren Kühlschmierstoffstrahls 5b in Richtung der mindestens einen Freifläche 4b ausgebildet.
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9 zeigt eine Vergrößerung des Werkzeughalters gemäß 8 im Bereich der Schneidplatte 4. Gleiche Bezugszeichen wie in 8 kennzeichnen gleiche Elemente.
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10 zeigt eine weitere Vergrößerung des Werkzeughalters 30 gemäß 8 im Bereich der Schneidplatte 4, wobei die Spanfläche 4a und die Freifläche 4b erkennbar sind. Gleiche Bezugszeichen wie in 8 kennzeichnen gleiche Elemente.
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11 zeigt den Werkzeughalter 30 gemäß 3 in einer weiteren dreidimensionalen Seitenansicht. Gleiche Bezugszeichen wie in 8 kennzeichnen gleiche Elemente.
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Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So können mehrere Hochdruckpumpen vorhanden sein, die Anzahl der Kühlschmierstoffaustrittsöffnungen und der Kühlschmierstoffzuführkanäle und deren Anordnung am Werkzeughalter variieren und die Ausgestaltung der Schneidplatte und des Werkzeughalters verändert sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hartbearbeitungseinrichtung
- 2
- Werkstoff
- 2a
- Werkstoffdrehachse
- 3, 30
- Werkzeughalter
- 3a, 3a'
- Kühlschmierstoffzuführkanal
- 3b, 3b'
- erste Kühlschmierstoffaustrittsöffnung
- 3c
- zweite Kühlschmierstoffaustrittsöffnung
- 4
- Schneidplatte
- 4a
- Spanfläche
- 4b
- Freifläche
- 5a, 5a'
- erster Kühlschmierstoffstrahl
- 5b
- zweiter Kühlschmierstoffstrahl
- 6
- Hochdruckpumpe
- 7
- Kühlschmierstoff
- 8a, 8b
- Werkstoffeinspannvorrichtung
- 8c
- Werkstoffdrehrichtung
- 9
- Vorschubrichtung
- α
- Schneidplattenanstellwinkel
- γ
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 200710033767 A1 [0003]
