DE102017122079A1

DE102017122079A1 - Rotierbares fräs- bzw. schneidwerkzeug

Info

Publication number: DE102017122079A1
Application number: DE102017122079.8A
Authority: DE
Inventors: Andrew D. Steinmetz; Robert Carr; Timothy Arthur Thorson; Conwell K. Rife; Thierry Marchione
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2016-09-26
Filing date: 2017-09-22
Publication date: 2018-03-29
Also published as: CN107866582A

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines rotierbaren Fräs- bzw. Schneidwerkzeugs (100) offenbart. Das Verfahren kann ein Fertigen eines Körpers (103) eines Halters (102) für das Schneidwerkzeug (100) umfassen, wobei sich der Körper (103) des Halters (102) entlang einer Achse (105) erstreckt und einen Kopfabschnitt (112) und einen Schaftabschnitt (104) aufweist. Der Kopfabschnitt (112) kann sich von einem ersten Ende (114) zu einem zweiten Ende (116) erstrecken, und das erste Ende (114) kann dafür ausgelegt sein, eine Schneidspitze (118) aufzunehmen. Des Weiteren kann das Verfahren ein Aufbringen mehrerer rotationsunterstützender Streifen (140) entlang einer Außenfläche (128) des Kopfabschnitts (112) umfassen, die sich zwischen dem ersten Ende (114) und dem zweiten Ende (116) erstrecken. Die rotationsunterstützenden Streifen (140) können von der Außenfläche (128) des Kopfabschnitts (112) vorstehen. Ferner kann das Verfahren ein Wärmebehandeln des die mehreren rotationsunterstützenden Streifen (140) aufweisenden Halters umfassen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft Fräs- bzw. Schneidwerkzeuge und insbesondere rotierbare Schneidwerkzeuge, die sich durch Verschleißfestigkeit und Rotationsunterstützung auszeichnen.
Hintergrund
Schneidwerkzeuge können zum mechanischen Bearbeiten oder Zertrümmern und Abbauen von Strukturen wie etwa Gestein, Asphalt, asphaltierten Oberflächen, Kohle, Metall, Beton und/oder anderen natürlichen oder von Menschenhand geschaffenen Formationen verwendet werden und zwar bei solchen Anwendungen wie Bergbau, Straßenbau und Erdarbeiten. Beispiele für solche Schneidwerkzeuge sind u. a., jedoch nicht beschränkt auf, Asphaltfräsmeißel, Bohrmeißel, Schrämmeißel, Hämmer, Indenter, Scherschneider, Wendefräser und andere in Eingriff gelangende Werkzeuge. Kaltfräsmaschinen, beispielsweise, können an einer Walze eine Vielzahl von Fräsmeißeln aufweisen, die rotieren, um eine asphaltierte Oberfläche zu entfernen, bevor eine neue asphaltierte Oberfläche eingebaut wird. Schneidwerkzeuge können einen Halter und eine Schneidspitze aufweisen. Die Schneidspitze kann an den Halter hartgelötet sein und kann eine Hartmetallschneide aufweisen.
Bei derzeitigen Schneidwerkzeugkonstruktionen kann jedoch ein Schaden am Halter auftreten, noch bevor die Schneidspitze völlig abgenutzt ist. Dies hat eine ungenutzte Lebensdauer der Schneidspitze und zusätzliche Vorhalte- und Betriebskosten für Endbenutzer zur Folge. Außerdem verkürzt sich durch den Schaden am Halter, bevor die Schneidspitze völlig abgenutzt ist, die Austauschintervallzeit, was nicht wünschenswert ist.
Das US-Patent Nr. 8,753,755 beschreibt einen Körper, etwa ein Meißelwerkzeug für das Schrämen von Kohle. Das Meißelwerkzeug umfasst ein Stahlsubstrat und eine Hartauftragsstruktur, die mit dem Stahlsubstrat verschweißt ist. Die Hartauftragsstruktur umfasst mindestens 1 Gew.-% Silicium (Si), mindestens 5 Gew.-% Chrom (Cr) und mindestens 40 Gew.-% Wolfram (W). Im Wesentlichen umfasst der Rest der Hartauftragsstruktur Kohlenstoff und ein Metall M aus der Eisengruppe, ausgewählt aus Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni) und Legierungskombinationen dieser Elemente. Die Hartauftragsstruktur umfasst eine Vielzahl länglicher oder plattenförmiger Mikrostrukturen mit einer mittleren Länge von mindestens 1 Mikrometer, eine Vielzahl von Nanopartikeln mit einer mittleren Größe von weniger 200 Nanometer, und ein Bindemittel.
Des Weiteren rotieren rotierbare Schneidwerkzeuge, wie etwa Asphaltfräswerkzeuge und Bohrmeißel während des Gebrauchs ggf. nicht gleichmäßig. Beispielsweise können solche Schneidwerkzeuge während des Betriebs gelegentlich langsamer werden oder die Rotation einstellen. Eine ungleichmäßige Rotation des Schneidwerkzeugs kann mit der Zeit eine ungleichmäßige Abnutzung rings um den Umfang der Hartmetallschneide und/oder des Halters zur Folge haben. Aufgrund der ungleichmäßigen Abnutzung kann ein häufigerer Austausch des Schneidwerkzeugs notwendig sein, was zusätzliche Betriebskosten verursacht. In solchen Fällen kann ein Unterstützen der ordnungsgemäßen Rotation des Schneidwerkzeugs entscheidend dabei sein, eine gleichmäßige Abnutzung rings um den Umfang des Schneidwerkzeugs zu begünstigen und die Nutzungsdauer des Schneidwerkzeugs verlängern.
Das US-Patent Nr. 7,464,993 offenbart ein Angriffswerkzeug zum Asphaltfräsen und für den Abbau von Rohstoffen, das einen Grundkörper mit einem Schaft zum Anbringen an einem Antriebsmechanismus und ein kegelstumpfförmiges Metallcarbid-Segment mit einem ersten Ende, das mit dem Grundkörper verbunden ist, und einem zweiten Ende, das mit einem zweiten Metallcarbid-Segment verbunden ist, aufweist. Des Weiteren offenbart das Patent in einem Beispiel harte Einsätze, die mit dem Grundkörper verbunden sind und die Rotation des Werkzeugs unterstützen können. Die Einsätze können Werkstoffe wie Diamant, kubisches Bornitrid und Carbide umfassen. Obwohl sie effektiv sind, besteht ein Bedarf an verbesserten Konstruktionen für rotierbare Schneidwerkzeuge, die dem Verschleiß des Halters vorbeugen und/oder die Rotation des Schneidwerkzeugs unterstützen, um einen ungleichmäßigen Verschleiß des Schneidwerkzeugs zu vermeiden.
Kurzdarstellung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Herstellung eines rotierbaren Schneidwerkzeugs offenbart. Das Verfahren kann ein Fertigen eines Körpers eines Halters des rotierbaren Schneidwerkzeugs umfassen. Der Körper des Halters kann sich entlang einer Achse erstrecken und kann einen Kopfabschnitt und einen Schaftabschnitt aufweisen. Der Kopfabschnitt kann sich von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende erstrecken. Das erste Ende des Kopfabschnitts kann dafür ausgelegt sein, eine Schneidspitze aufzunehmen. Des Weiteren kann das Verfahren ein Aufbringen mehrerer rotationsunterstützender Streifen entlang einer Außenfläche des Kopfabschnitts umfassen, die sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende erstrecken. Die rotationsunterstützenden Streifen können von der Außenfläche des Kopfabschnitts vorstehen. Des Weiteren kann das Verfahren ein Wärmebehandeln des Halters, der die mehreren rotationsunterstützenden Streifen aufweist, umfassen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein rotierbares Schneidwerkzeug offenbart, das einen Halter und eine Schneidspitze aufweist. Das rotierbare Schneidwerkzeug kann mittels eines Verfahrens hergestellt werden, das ein Fertigen eines Körpers des Halters umfasst, wobei sich der Körper entlang einer Achse erstreckt und einen Kopfabschnitt und einen Schaftabschnitt aufweist. Der Kopfabschnitt kann sich von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende erstrecken, und das erste Ende des Kopfabschnitts kann dafür ausgelegt sein, die Schneidspitze aufzunehmen. Ferner kann das Verfahren ein Schaffen einer Nut entlang einer Außenfläche des Kopfabschnitts, in der Nähe des ersten Endes umfassen. Die Nut kann sich umfänglich um den Kopfabschnitt erstrecken. Ferner kann das Verfahren ein Bilden einer Verschleißschutzschicht in der Nut umfassen, wobei die Verschleißschutzschicht eine Außenfläche aufweist, die an die Außenfläche des Kopfabschnitts angeglichen ist. Zudem kann das Verfahren ferner ein Aufbringen mehrerer rotationsunterstützender Streifen an der Außenfläche des Kopfabschnitts und der Außenfläche der Verschleißschutzschicht umfassen. Die rotationsunterstützenden Streifen können sich zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende erstrecken und können von der Außenfläche des Kopfabschnitts und der Außenfläche der Verschleißschutzschicht vorstehen. Ferner kann das Verfahren ein Wärmebehandeln des Halters, der die Verschleißschutzschicht und die rotationsunterstützenden Streifen aufweist, umfassen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein rotierbares Schneidwerkzeug offenbart. Das rotierbare Schneidwerkzeug kann einen Halter mit einem Körper, der sich entlang einer Achse erstreckt und einen Kopfabschnitt und einen Schaftabschnitt aufweist, umfassen. Der Kopfabschnitt des Halters kann sich von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende erstrecken. Das rotierbare Schneidwerkzeug kann ferner eine Verschleißschutzschicht umfassen, die sich umfänglich um den Kopfabschnitt, in der Nähe des ersten Endes des Kopfabschnitts, erstreckt. Die Verschleißschutzschicht kann eine Außenfläche aufweisen, die an die Außenfläche des Kopfabschnitts angeglichen ist. Außerdem kann das rotierbare Schneidwerkzeug mehrere rotationsunterstützende Streifen umfassen, die sich axial entlang der Außenfläche des Kopfabschnitts zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende erstrecken, wobei die rotationsunterstützenden Streifen von der Außenfläche des Kopfabschnitts vorstehen. Nach dem Aufbringen der Verschleißschutzschicht und der rotationsunterstützenden Streifen auf den Kopfabschnitt kann der Halter wärmebehandelt werden. Außerdem kann das rotierbare Schneidwerkzeug eine Schneidspitze umfassen, die an das erste Ende des Kopfabschnitts gekoppelt ist.
Diese und weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden beim Lesen in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung verständlicher.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften rotierbaren Schneidwerkzeugs mit einem Halter, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine perspektivische Ansicht ähnlich 1, jedoch mit einem kegelförmigen Schneidkopf, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
3 ist eine Querschnittansicht des Halters des Schneidwerkzeugs von 1, wobei der Halter eine in einem Kopfteil des Halters ausgebildete Nut aufweist, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
4 ist eine Querschnittansicht ähnlich 3, jedoch mit einer Nut, die eine andere Gestalt aufweist, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
5 ist eine Querschnittansicht des Schneidwerkzeugs ähnlich 3, jedoch mit einer Verschleißschutzschicht in der Nut, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
6 ist eine Querschnittansicht ähnlich 5, wobei sich jedoch die Verschleißschutzschicht unter einer Außenfläche des Kopfabschnitts befindet, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
7 ist eine Querschnittansicht ähnlich 5, wobei sich jedoch die Verschleißschutzschicht über der Außenfläche des Kopfabschnitts erstreckt, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
8 ist eine perspektivische Ansicht des die Verschleißschutzschicht aufweisenden Halters, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
9 ist eine perspektivische Ansicht ähnlich 8, wobei sich jedoch die Verschleißschutzschicht zu einer oberen Oberfläche des Kopfabschnitts erstreckt, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
10 ist eine perspektivische Ansicht ähnlich 9, wobei die Verschleißschutzschicht jedoch nur auf die obere Oberfläche des Kopfabschnitts aufgebracht ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
11 ist eine perspektivische Ansicht des Schneidwerkzeugs ähnlich 1, wobei jedoch auf den Kopfabschnitt rotationsunterstützende Streifen aufgebracht sind, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
12 ist eine perspektivische Ansicht des Schneidwerkzeugs ähnlich 11, jedoch ohne eine ringförmige Vertiefung am zweiten Ende des Kopfabschnitts, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
13 ist eine Draufsicht auf das Schneidwerkzeug von 11, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
14 ist eine perspektivische Ansicht des Schneidwerkzeugs ähnlich 11, wobei jedoch auf den Kopfabschnitt rotationsunterstützende Streifen in einem schraubenförmigen Muster aufgebracht sind, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
15 ist eine perspektivische Ansicht des Schneidwerkzeugs ähnlich 11, wobei jedoch am ersten Ende des Kopfabschnitts die rotationsunterstützenden Streifen zusammenkommen, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
16 ist eine perspektivische Ansicht des Schneidwerkzeugs ähnlich 11, wobei jedoch am ersten Ende des Kopfabschnitts die rotationsunterstützenden Streifen schmaler sind, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
17 ist eine Querschnittansicht des Schneidwerkzeugs von 11, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
18 ist eine Querschnittansicht ähnlich 17, wobei jedoch die rotationsunterstützenden Streifen auf die Verschleißschutzschicht aufgebracht sind, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
19 ist eine Querschnittansicht ähnlich 18, wobei jedoch die rotationsunterstützenden Streifen nur auf eine Außenfläche des Kopfabschnitts aufgebracht sind, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
20 ist eine Querschnittansicht ähnlich 17, wobei jedoch die rotationsunterstützenden Streifen in Nuten entlang des Kopfabschnitts ausgebildet sind, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
21 ist eine Querschnittansicht ähnlich 20, wobei jedoch die rotationsunterstützenden Streifen bündig mit der Außenfläche des Kopfabschnitts sind, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
22 ist eine Querschnittansicht ähnlich 20, wobei jedoch die rotationsunterstützenden Streifen unter der Außenfläche des Kopfabschnitts sind, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
23 ist ein Ablaufplan eines Verfahrens zum selektiven Hartbeschichten des Halters des Schneidwerkzeugs, gemäß einem Verfahren der vorliegenden Offenbarung.
24 ist ein Ablaufplan, der eine Reihe von Schritten zeigt, die gemäß einem Verfahren der vorliegenden Offenbarung an der Herstellung des Schneidwerkzeugs beteiligt sein können.
25 ist ein Ablaufplan, der eine Reihe von Schritten zeigt, die gemäß einem anderen Verfahren der vorliegenden Offenbarung an der Herstellung des Schneidwerkzeugs beteiligt sein können.
Ausführliche Beschreibung
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Schneidwerkzeugs 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das Schneidwerkzeug 100 kann zum mechanischen Bearbeiten, Aufbrechen, Bohren oder Abbauen von Strukturen wie etwa Gestein, Asphalt, Kohle, Metall oder Beton verwendet werden. Das Schneidwerkzeug 100 kann bei vielen Anwendungen verwendet werden, die, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Bergbau, Bauwesen, Erdarbeiten und Straßenerneuerung. Das Schneidwerkzeug 100 kann ohne jegliche Einschränkungen aus der Gruppe, bestehend aus Bohrmeißeln, Asphaltfräsmeißeln, Schrämmeißeln, Hämmern, Indentern, Scherschneidern, Wendefräsern und Kombinationen davon, ausgewählt sein.
In einem Beispiel kann das Schneidwerkzeug 100 bei Metallbearbeitungsanwendungen verwendet werden und kann an eine Werkzeugmaschine (nicht gezeigt), wie etwa eine Fräsmaschine, eine Drehbank oder dergleichen montiert sein. In einem weiteren Beispiel kann einen Anzahl Schneidwerkzeuge 100 an einer drehbaren Walze befestigt sein und betrieben werden, um basierend auf der Drehung der Walze Straßenasphalt, Gesteinsformationen bei der Gewinnung von Kohle usw. aufzubrechen.
Das Schneidwerkzeug 100 kann einen Halter 102 aufweisen. Der Halter 102 kann einen langgestreckten Körper 103 aufweisen, der sich entlang einer Ache 105 erstreckt. In einem Beispiel kann der Halter 102 aus einem Metall sein, darunter, jedoch nicht beschränkt auf, Stahl. Beispielsweise, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung einzuschränken, kann der Halter 102 aus einem Kohlenstoffstahl sein. Der Körper 103 des Halters 102 kann einen Schaftabschnitt 104 aufweisen. Der Schaftabschnitt 104 kann im Grundsätzlichen zylindrisch sein, wie im Schnitt gezeigt.
Eine Hülse 106 des Schneidwerkzeugs 100 kann den Schaftabschnitt 104 umgeben. Die Hülse 106 ermöglicht ein Haltern des Schneidwerkzeugs 100 in einer Buchse (nicht gezeigt), die an einem drehbaren Element, wie etwa der Walze, angebracht ist. Die Hülse 106 kann in festem Eingriff mit der Buchse und in losem Eingriff mit dem Schaftabschnitt 104 stehen und dadurch ermöglichen, dass sich das Schneidwerkzeug 100 während des Gebrauchs dreht. Die Hülse 106 kann geschlitzt sein und kann aus einem elastischen Werkstoff sein. Die Hülse 106 kann sich zwischen einem oberen Flansch 108 und einem unteren Flansch 110 des Halters 102 erstrecken. Der obere Flansch 108 und der untere Flansch 110 können Durchmesser aufweisen, die größer als jener der Buchse sind.
Der Körper 103 des Halters 102 kann ferner einen Kopfabschnitt 112 aufweisen. Der Kopfabschnitt 112 kann an den Schaftabschnitt 104 gekoppelt sein und kann sich zwischen einem ersten Ende 114 und einem zweiten Ende 116 erstrecken. Der Kopfabschnitt 112 kann im Grundsätzlichen kegelstumpfförmig oder kegelförmig sein. Der Kopfabschnitt 112 und der Schaftabschnitt 104 können als einstückiges Teil gefertigt sein. Alternativ können der Kopfabschnitt 112 und der Schaftabschnitt 104 als separate Teile gefertigt und später zusammengefügt werden, um den Halter 102 zu bilden. Das zweite Ende 116 des Kopfabschnitts 112 kann axial durch eine ringförmige Vertiefung 120 vom oberen Flansch 108 getrennt sein. Die ringförmige Vertiefung 120 kann einem Benutzer ermöglichen, das Schneidwerkzeug 100 mit einem Spezialwerkzeug zu greifen und es aus der Buchse zu ziehen. Bei alternativen Ausgestaltungen kann dem Schneidwerkzeug 100 die ringförmige Vertiefung 120 fehlen.
Das erste Ende 114 des Kopfabschnitts 112 kann eine Schneidspitze 118 aufweisen. Die Schneidspitze 118 kann verschiedenartig geformt sein, zum Beispiel kann sie eine projektilförmige Ausgestaltung aufweisen. Die Schneidspitze 118 kann mehrflächig sein, wie in 1 gezeigt, oder sie kann kantenlos sein, wie in 2 gezeigt. Beispielsweise kann die Schneidspitze 118 eine kantenlose Kegelform (siehe 2) oder eine Rundprofilform aufweisen. Die Schneidspitze 118 kann an das erste Ende 114 des Kopfabschnitts 112 gekoppelt sein. In einem Beispiel kann die Schneidspitze 118 durch Sintern oder Hartlöten am Kopfabschnitt 112 in einem Hohlraum 130 (siehe 3), der am ersten Ende 114 ausgebildet ist, angebracht sein. Alternativ kann ohne jegliche Einschränkung ein beliebiges Kopplungsverfahren verwendet werden, um die Schneidspitze 118 mit dem Kopfabschnitt 112 zu koppeln. In einem Beispiel kann die Schneidspitze 118 aus einem verschleißfesten Werkstoff, wie etwa Carbid, sein. Beispielsweise kann die Schneidspitze 118 aus einem Wolframcarbidhartmetall sein. In alternativen Beispielen kann die Schneidspitze 118 ein Material wie etwa polykristallinen Diamant umfassen.
Mit Bezug auf 3: Der Kopfabschnitt 112 des Halters 102 kann eine Nut 126 aufweisen. Die Nut 126 kann in dem Halter 102 in der Nähe des ersten Endes 114 des Kopfabschnitts 112, welches die Schneidwerkzeugspitze 118 aufnimmt, geschaffen sein. In einem Beispiel kann die Nut 126 durch ein spanabhebendes Metallbearbeitungsverfahren, wie etwa maschinelles Fräsen, geschaffen werden. In einem anderen Beispiel kann die Nut 126 im Halter 102 während der Herstellung des Halters 102 geschaffen werden. Beispielsweise kann die Nut 126 im Zuge des Formens oder Gießens des Halters 102 geschaffen werden. In noch einem anderen Beispiel kann die Nut 126 im Zuge eines Warmmassivumformungsprozesses geschaffen werden.
Die Nut 126 kann sich umfänglich um den Kopfabschnitt 112 des Halters 102 erstrecken. Die Nut 126 kann eine Gestalt aufweisen, die einem Verschleißbild des Kopfabschnitts 112 entspricht. In einem Beispiel kann die Nut 126 eine konkav gekrümmte Querschnittsform aufweisen. In einem anderen Beispiel kann die Nut 126 eine kegelförmige Hinterschneidung aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann die Gestalt der Nut 126 jedoch davon abweichen. Beispielsweise kann die Nut 126 einen rechteckigen Querschnitt, einen halbkreisförmigen Querschnitt, einen trapezförmigen Querschnitt und dergleichen aufweisen, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung einzuschränken. Zum Beispiel, wie in 4 gezeigt, kann die Nut 126 in der axialen Richtung länger und optional in der Nähe des ersten Endes 114 tiefer sein.
Der Halter 102 des Schneidwerkzeugs 100 unterliegt während des Betriebes des Schneidwerkzeugs 100 Abnutzung und Verschleiß. Insbesondere kann ein Abschnitt 122 (siehe 1 und 2) des Kopfabschnitts 112 des Halters 102 in der Nähe des ersten Endes 114 einem Verschleiß unterliegen, der einen vorzeitigen Ausfall des Halters 102 verursachen kann. Der am ersten Ende 114 erlittene Verschleiß kann eine Verkleinerung der Abmessungen am Kopfabschnitt 112 des Halters 102 zur Folge haben.
Um den verschleißbedingten Schaden am Halter 102 abzumildern, kann der Kopfabschnitt 112 des Halters 102 selektiv hartbeschichtet werden, indem eine oder mehrere Verschleißschutzschichten 124 bereitgestellt werden. Mit Bezug auf 5: Die Verschleißschutzschicht 124 kann sich in der Nähe des ersten Endes 114 des Kopfabschnitts 112 befinden. In einigen Beispielen kann die Verschleißschutzschicht 124 an einer Außenfläche 128 des Kopfabschnitts 112 bereitgestellt sein und kann sich von einem oberen Randbereich 134, der durch eine obere Oberfläche 132 definiert wird, axial erstrecken. Die obere Oberfläche 132 kann am Kopfabschnitt 112 des Halters 102 definiert sein. Die Verschleißschutzschicht 124 kann innerhalb der Nut 126 des Kopfabschnitts 112 ausgebildet sein (siehe 5). Die Verschleißschutzschicht 124 kann an die Außenfläche 128 des Halters 102 angeglichen sein. Zum Beispiel kann die Verschleißschutzschicht 124 eine Außenfläche 135 aufweisen, die bündig mit der Außenfläche 128 des Halters 102 ist (siehe 5). Die Verschleißschutzschicht 124 kann durch Aufbringen eines verschleißfesten Werkstoffs in der Nut 126 gebildet werden. In einem Beispiel kann der verschleißfeste Werkstoff eine Auskleidung innerhalb der Nut 126 des Halters 102 sein. Bei einigen Ausgestaltungen, wie etwa bei einer tieferen kegelförmigen Hinterschneidung (siehe 4) können zwei oder mehrere Schichten des verschleißfesten Werkstoffs in der Nut 126 aufgebracht werden, um die Verschleißschutzschicht 124 zu bilden. Außerdem, bei alternativen Ausgestaltungen, kann die Verschleißschutzschicht 124 unter der Außenfläche 128 des Kopfabschnitts 112 sein, wie in 7 gezeigt, um ein Freilegen der Verschleißschutzschicht 124 zu ermöglichen, wenn sich die Außenfläche 128 des Kopfabschnitts 112 schneller als die Verschleißschutzschicht 124 abnutzt. Alternativ, wie in 8 gezeigt, kann die Verschleißschutzschicht 124 über oder vorstehend von der Außenfläche 128 des Kopfabschnitts 112 sein. Alternativen wie diese und Kombinationen davon fallen ebenfalls in den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung.
Der verschleißfeste Werkstoff kann eine Auskleidung innerhalb der Nut 126 sein, die an der Außenfläche 128 des Halters 102 geschaffen wurde. Der verschleißfeste Werkstoff kann ein Hartpartikel-Material oder eine Matrix aus einem Hartpartikel-Material und ein Metall umfassen. Ferner kann der verschleißfeste Werkstoff ein Hartpartikel ausscheidendes Material oder eine Matrix aus einem Hartpartikel ausscheidenden Material und ein Metall umfassen. In einigen Beispielen umfasst der verschleißfeste Werkstoff ein Carbid, ein Borid und/oder Cermet. In einem Beispiel umfasst der verschleißfeste Werkstoff einen Carbidbildner oder einen Boridbildner. In einem anderen Beispiel umfasst der verschleißfeste Werkstoff ein Carbid im festen Zustand oder ein Borid im festen Zustand. Es sollte beachtet werden, dass der verschleißfeste Werkstoff eine beliebige Zusammensetzung aufweisen kann, die dem Verschleiß während des Betriebs des Schneidwerkzeugs 100 widersteht.
Es sollte beachtet werden, dass der verschleißfeste Werkstoff auf der Grundlage sowohl des Arbeitsvorgangs, den das Schneidwerkzeug 100 ausführt, als auch des Ausmaßes der Beanspruchung oder des Verschleißes am Kopfabschnitt 112 während des Arbeitsvorgangs gewählt werden kann. Des Weiteren kann ein Maß der Nut 126 (und der Verschleißschutzschicht 124) auf der Grundlage des Ausmaßes der Beanspruchung oder des Verschleißes am Kopfabschnitt 112 oder eines Maßes des Schneidwerkzeugs 100 verändert werden.
In einem Beispiel kann ein Laserauftragschweißverfahren verwendet werden, um die Verschleißschutzschicht 124 in der Nut 126 bereitzustellen. Das Laserauftragschweißverfahren kann eines oder beide von einem Pulver-Laserauftragschweißverfahren oder einem Draht-Laserauftragschweißverfahren umfassen. Ferner kann der verschleißfeste Werkstoff durch ein Metallabscheidungsverfahren oder ein Metallspritzverfahren in der Nut 126 bereitgestellt werden. Es kann beliebig eine thermische Spritzbeschichtung, ein Bedampfen oder eine chemische Gasphasenabscheidung verwendet werden, um den verschleißfesten Werkstoff in der Nut 126 bereitzustellen. Alternativ kann ein beliebiges bekanntes Verfahren verwendet werden, um den verschleißfesten Werkstoff in der Nut 126 als Verkleidung aufzubringen.
8 ist eine perspektivische Ansicht des Schneidwerkzeugs 100, das die Verschleißschutzschicht 124 aufweist. In dem bildlich dargestellten Beispiel hat die Verschleißschutzschicht 124 eine Länge „L“, gemessen in Achsenrichtung. Es sollte beachtet werden, dass die Länge „L“ der in der beigefügten Figur dargestellten Verschleißschutzschicht 124 exemplarischer Natur ist. In einigen Beispielen kann die Länge „L“ der Verschleißschutzschicht 124 größer oder gleich einer Hälfte der axialen Gesamtlänge „l₁“ des Kopfabschnitts 112 des Halters 102 sein, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung einzuschränken.
Ferner kann sich die Verschleißschutzschicht 124 in einem Abstand „D“, von der oberen Oberfläche 132 des Kopfabschnitts 112 des Halters 102 aus in Achsenrichtung gemessen, befinden. In einem Beispiel, bei dem die Nut 126 als kegelförmige Hinterschneidung verwirklicht ist, kann sich die Verschleißschutzschicht 124 von einem oberen Randbereich 134, der durch einen obere Oberfläche 132 definiert wird, axial erstrecken. In solch einem Beispiel kann der Abstand „D“ ungefähr gleich null sein. Es sollte beachtet werden, dass die Länge „L“ und der Abstand „D“ optimal gewählt werden können, um Verschleiß am Halter 102 wirksam abzumildern. Die Länge „L“ und der Abstand „D“ können auf der Grundlage von Betriebsanforderungen verändert werden. Alternativ kann die Verschleißschutzschicht 124 auch, wie in 9, gezeigt auf die obere Oberfläche 132 aufgebracht sein. Als noch eine weitere Möglichkeit kann die Verschleißschutzschicht 124 wie in 10 gezeigt nur auf die obere Oberfläche 132 aufgebracht sein. Beispielsweise kann ein Aufbringen der Verschleißschutzschicht 124 auf die obere Oberfläche 132 erfolgen, bevor die Schneidspitze 118 an das erste Ende 114 des Halters 102 gekoppelt wird.
Nun zu 11 bis 13: Das Schneidwerkzeug 100 kann einen oder mehrere rotationsunterstützende Streifen 140 aufweisen, die auf die Außenfläche 128 des Kopfabschnitts 112 aufgebracht sind. Die rotationsunterstützenden Streifen 140 können von der Außenfläche 128 des Kopfabschnitts 112 vorstehen und können als Flossen oder Rippen wirken, die das Vorwärtstreiben des Schneidwerkzeugs 100, während es sich in eine Struktur bohrt, unterstützen (siehe 13). An sich können die Streifen 140 die Rotation des Schneidwerkzeugs 100 unterstützen und dadurch einem ungleichmäßigen Verschleiß um den Umfang der Schneidspitze 118 und/oder den Halter 102 vorbeugen. Indem sie den ungleichmäßigen Verschleiß des Schneidwerkzeugs 100 verringern, können die rotationsunterstützenden Streifen 140 auf vorteilhafte Weise die Nutzungsdauer des Schneidwerkzeugs 100 verlängern.
Die rotationsunterstützenden Streifen 140 können sich vom ersten Ende 114 (z. B. vom oberen Randbereich 134) zum zweiten Ende 116 entlang der Außenfläche 128 des Kopfabschnitts 112 erstrecken, wobei jeder der Streifen 140 eine Länge (l₂) aufweist, die gleich der Länge (l₃) des Kopfabschnitts 112 ist (siehe 11). Wenn das Schneidwerkzeug 100 eine ringförmige Vertiefung 120 aufweist, kann das zweite Ende 116 des Kopfabschnitts 112 über der ringförmigen Vertiefung 120 angeordnet sein, sodass die Streifen 140 oberhalb der ringförmigen Vertiefung 120 enden (siehe 11). Wenn dem Schneidwerkzeug 100 die ringförmige Vertiefung 120 fehlt, wie in 12 gezeigt, kann das zweite Ende 116 des Kopfabschnitts 112 über dem oberen Flansch 108 angeordnet sein, sodass die Streifen 140 oberhalb des oberen Flansches 108 enden. Alternativ kann die Länge (l₂) der Streifen 140 kleiner als die Länge (l₃) der Außenfläche 128 sein, sodass sich die Streifen 140 irgendwo zwischen dem ersten Ende 114 und dem zweiten Ende 116 erstrecken. Als noch eine weitere Möglichkeit können die Streifen 140 unterschiedliche Längen (l₂) aufweisen, wobei einige der Streifen 140 länger als andere sind.
Außerdem kann das Schneidwerkzeug 100 bei einigen Ausgestaltungen mindestens vier oder mindestens fünf der rotationsunterstützenden Streifen 140 aufweisen. Bei anderen Ausgestaltungen kann das Schneidwerkzeug 100 eine beliebige Zahl der rotationsunterstützenden Streifen 140 aufweisen. Außerdem können die Streifen 140 wie in 13 gezeigt in gleichmäßigen Abständen um den Umfang des Kopfabschnitts 112 angeordnet sein. Alternativ können die Streifen 140 um den Umfang des Kopfabschnitts 112 in ungleichen Abständen angeordnet oder asymmetrisch verteilt sein. Darüber hinaus kann jeder der Streifen 140 eine Breite (w) und eine Höhe (h) aufweisen (siehe 13). Die Breiten (w) der Streifen 140 können größer als die Höhen (h) der Streifen 140 sein. Alternativ können die Breiten (w) der Streifen 140 kleiner oder gleich den Höhen (h) der Streifen 140 sein. In jedem Fall kann jeder der Streifen 140 von der Außenfläche 128 des Kopfabschnitts 112 um eine Strecke vorstehen, die gleich der Höhe (h) des Streifens 140 ist (siehe 13). Zum Beispiel können die Höhen (h) der Streifen 140 im Bereich von etwa 0,1 Millimeter (mm) bis etwa 10 mm sein, obwohl die Höhen in Abhängigkeit von den Abmessungen des Schneidwerkzeugs 100 wesentlich von diesem Bereich abweichen können.
Die Streifen 140 können sich geradlinig entlang der Außenfläche 128 in einer Richtung erstrecken, die der Achse 105 entspricht, wie in 11 bis 12 gezeigt. Eine solche Anordnung kann die Rotation des Werkzeugs im Betrieb 100 ungeachtet der Drehrichtung (im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn) des Werkzeugs 100 unterstützen. Alternativ können die Streifen 140 bezüglich der Achse 105 unter einem Winkel oder gekrümmt in einem schraubenförmigen Muster, wie in 14 gezeigt, sein. Das schraubenförmige Muster der Streifen 140 kann rechtsdrehend (wie gezeigt) oder linksdrehend sein, je nach dem Drehsinn des Schneidwerkzeugs 100 während des Gebrauchs. Im Besonderen kann die Schraubendrehung (rechtsdrehend oder linksdrehend) des schraubenförmigen Musters dem Drehsinn (gegen den Uhrzeigersinn oder im Uhrzeigersinn) des Schneidwerkzeugs 100 im Betrieb entsprechen.
Wie in 11 bis 14 gezeigt, können die rotationsunterstützenden Streifen 140 voneinander getrennt sein. Alternativ, wie in 15 gezeigt, können die Zahl und/oder Breiten (w) der rotationsunterstützenden Streifen 140 groß genug sein, sodass die Streifen 140 am ersten Ende 114 des Kopfabschnitts 112 zusammenkommen oder miteinander verschmelzen. Als noch eine weitere Möglichkeit können sich die Breiten (w) der Streifen 140 über den Längen (l₂) ändern. Beispielsweise, wie in 16 gezeigt, können die Streifen 140 am ersten Ende 114 schmaler sein und können allmählich breiter werden, während sie sich dem zweiten Ende 116 nähern. Ebenso können die Streifen 140, bei anderen Ausgestaltungen, am ersten Ende 114 breiter sein und können schmaler werden, während sie sich dem zweiten Ende 116 nähern. Varianten wie diese wie auch Kombinationen der vorerwähnten Ausgestaltungen fallen ebenfalls in den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung.
Bei einem Kopfabschnitt 112 ohne die Nut 126 und die Verschleißschutzschicht 124 können die Streifen 140 wie in 17 gezeigt auch nur auf die Außenfläche 128 des Kopfabschnitts 112 aufgebracht sein. Alternativ, wenn der Kopfabschnitt 112 die Nut 126 und die Verschleißschutzschicht 124 aufweist, können die Streifen 140 auf mindestens einen Abschnitt von beiden, der Außenfläche 128 des Kopfabschnitts 112 und der Außenfläche 135 der Verschleißschutzschicht 124, aufgebracht sein (siehe 18). Beispielsweise, wie in 18 gezeigt, können die Streifen 140 entlang der gesamten Länge (l₃) der Außenfläche 128 einschließlich der Außenfläche 135 der Verschleißschutzschicht 124 aufgebracht sein, wobei die Streifen 140 von beiden Außenflächen 128 und 135 vorstehen (siehe auch 11 und 13). Als noch eine andere Möglichkeit, wenn der Kopfabschnitt 112 die Verschleißschutzschicht 124 aufweist, können die Streifen 140 wie in 19 gezeigt auch nur auf die Außenfläche 128 des Kopfabschnitts 112 aufgebracht sein. Beispielsweise, wenn die Verschleißschutzschicht 124 sich in der Nähe des ersten Endes 114 befindet, können die Streifen 140 entlang der Außenfläche 128 zwischen der Verschleißschutzschicht 124 und dem zweiten Ende 116 des Kopfabschnitts 112 aufgebracht sein, ohne dass sie mit der Verschleißschutzschicht 124 in Kontakt sind (siehe 19). Bei anderen Ausgestaltungen können die Streifen 140 auch nur auf die Verschleißschutzschicht 124 und nicht entlang der Außenfläche 128 des Kopfabschnitts 112 aufgebracht sein. Varianten wie diese wie auch Kombinationen davon fallen ebenfalls in den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung.
Nun zu 20: Bei einer alternativen Ausgestaltung können die rotationsunterstützenden Streifen 140 innerhalb von Nuten 150 aufgebracht oder abgeschieden worden sein, die vertikal entlang der Außenfläche 128 des Kopfabschnitts 112 ausgebildet sind. In diesem Zusammenhang kann die Zahl der Nuten 150, die im Kopfabschnitt 112 ausgebildet sind, der Zahl der Streifen 140 entsprechen. Die Nuten 150 können sich entlang der gesamten Länge (l₃) des Kopfabschnitts 112 oder irgendwo zwischen dem ersten Ende 114 und dem zweiten Ende 116 des Kopfabschnitts 112 erstrecken. Wie die umlaufende Nut 126 können die Nuten 150 im Kopfabschnitt 112 durch ein spanabhebendes Verfahren, wie etwa maschinelles Fräsen, oder während der Fertigung des Halters 102, wie etwa durch Formen, Gießen oder Warmmassivumformen, gebildet werden. Bei alternativen Ausgestaltungen können die Nuten 150 ein schraubenförmiges Muster aufweisen, um schraubenförmige Streifen zu tragen (siehe 14) oder sie können Breiten aufweisen, die sich über der Länge (l₃) des Kopfabschnitts 112 ändern (siehe 16). Die innerhalb der Nuten 150 aufgebrachten Streifen 140 können wie in 20 gezeigt von der Außenfläche 128 des Kopfabschnitts 112 vorstehen. Alternativ können die Streifen 140 mit der Außenfläche 128 bündig sein (siehe 21) oder die Streifen 140 können sich unter der Außenfläche 128 befinden (siehe 22). Bei den letzteren Konfigurationen kann ein Abnutzen des metallischen Werkstoffs des Kopfabschnitts 112 ermöglichen, dass die Streifen 140 freigelegt werden und Rippen bereitstellen, die die Rotation des Schneidwerkzeugs 100 während der Lebensdauer des Werkzeugs 100 unterstützen. Ein Freilegen der Streifen 140 im Zuge des Gebrauchs kann auftreten, wenn sich der Werkstoff des Halters 102 schneller abnutzt als die Streifen 140. Varianten wie diese wie auch Kombinationen der vorerwähnten Ausgestaltungen fallen ebenfalls in den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung.
Die rotationsunterstützenden Streifen 140 können aus einem verschleißfesten Werkstoff gebildet sein. Der verschleißfeste Werkstoff der Streifen 140 kann ein Ausscheidungshärtungsmaterial, ein Hartpartikel-Material oder eine Matrix aus einem Hartpartikel-Material und ein Metall umfassen. Beispielsweise kann das Hartpartikel-Material ein Carbid, ein Borid, ein Cermet, einen Carbidbildner, einen Boridbildner oder Kombinationen davon umfassen. Die Streifen 140 können aus dem gleichen verschleißfesten Werkstoff wie die Verschleißschutzschicht 124 gebildet sein, obgleich die Streifen 140 und die Verschleißschutzschicht 124 auch aus verschiedenen Werkstoffen gebildet sein können. Alternativ können die Streifen 140 aus einem Metall, einer Metalllegierung, einem Metall-Matrix-Verbundwerkstoff, anderen Arten von Verbundwerkstoffen und Kombinationen davon gebildet sein.
Um die rotationsunterstützenden Streifen 140 auf den Kopfabschnitt 112, entweder direkt auf die Außenfläche 128 oder innerhalb der Nuten 150, aufzubringen, kann ein Laserauftragschweißverfahren verwendet werden. Wie für den Durchschnittsfachmann klar sein wird, kann zum Abscheiden der Streifen 140 auf der Außenfläche 128 (und/oder auf der Außenfläche 135 der Verschleißschutzschicht 124) im Besonderen ein Pulver-Laserauftragschweißen und/oder ein Draht-Laserauftragschweißen verwendet werden. Alternativ können die Streifen 140 unter Verwendung einer anderen Abscheidungstechnik, die für den Fachmann offensichtlich ist, wie etwa, ohne darauf beschränkt zu sein, Schweißen, Hartlöten, galvanisches Beschichten, thermisches Spritzbeschichten oder chemische Gasphasenabscheidung auf den Kopfabschnitt 112 aufgebracht werden.
Bei dem Aufbringen der Streifen 140 und/oder der Verschleißschutzschicht 124 auf den Kopfabschnitt 112 durch die vorerwähnten Verfahren kann der Halter 102 Wärme ausgesetzt werden, die die Mikrostruktur des Metallwerkstoffs des Halters 102 enthärten und verändern kann. Deshalb wird ggf. der Halter 102 nach dem Aufbringen der Streifen 140 und/oder der Verschleißschutzschicht 124 wärmebehandelt, um den Werkstoff des Halters 102 zu härten. Der Halter 102 kann entweder vor oder nach dem Koppeln der Schneidspitze 118 an den Kopfabschnitt 112 des Halters 102 wärmebehandelt werden. Das Wärmebehandlungsverfahren kann irgendeines oder eine Kombination der Wärmebehandlungsverfahren, die für den Fachmann offensichtlich sind, umfassen, wie etwa, jedoch nicht beschränkt auf Glühen, Einsatzhärten, Ausscheidungshärten, Anlassen, Normalglühen, Abschreckhärten und Kombinationen davon.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Generell können die Lehren der vorliegenden Offenbarung in vielen Branchen eine Anwendbarkeit haben, darunter, jedoch nicht beschränkt auf, Bergbau, Straßenbau, Bauwesen und Erdarbeiten. Genauer gesagt kann die vorliegende Offenbarung in allen Branchen eine Anwendbarkeit haben, die rotierbare Schneidwerkzeuge benutzen, die einem gebrauchsbedingten Verschleiß und/oder ungleichmäßigen Verschleiß, der durch geringfügige oder ungleichmäßige Rotation des Schneidwerkzeugs bedingt ist, unterliegen.
Zu 23: Es ist ein Ablaufplan eines Verfahrens 200 zum selektiven Hartbeschichten des Halters 102 des Schneidwerkzeugs 100 gezeigt. Zunächst, in Schritt 202, kann an der Außenfläche 128 des Halters 102 die Nut 126 geschaffen werden. Die Nut 126 kann in der Nähe des ersten Endes 114 des Kopfabschnitts 112, das die Schneidspitze 118 aufnimmt, geschaffen werden (siehe 3). Die Nut 126 kann sich umfänglich um den Kopfabschnitt 112 des Halters 102 erstrecken. Die Nut 126 kann u. a. eine konkav gekrümmte Querschnittsform oder eine kegelförmige Hinterschneidung wie auch verschiedene andere Formen, die möglich sind, aufweisen. In Schritt 204 kann innerhalb der Nut 126 des Halters 102 ein verschleißfester Werkstoff aufgebracht werden, um die Verschleißschutzschicht 124 zu bilden. Der Schritt des Aufbringens des verschleißfesten Werkstoffs kann ein Laserauftragschweißen des verschleißfesten Werkstoffs innerhalb der Nut 126 des Halters 102 umfassen. Der verschleißfeste Werkstoff kann ein Hartpartikel ausscheidendes Material oder eine Matrix aus einem Hartpartikel ausscheidenden Material und ein Metall umfassen. In einem Beispiel kann der verschleißfeste Werkstoff mindestens ein Carbid, ein Borid und/oder ein Cermet umfassen. In einem Schritt 206 kann der Halter 102, der die Verschleißschutzschicht 124 aufweist, wärmebehandelt werden. Ferner kann die Schneidspitze 118 vor der Wärmebehandlung an den Kopfabschnitt 112 des Halters 102 gekoppelt werden. In einem anderen Beispiel kann die Schneidspitze 118 nach der Wärmebehandlung an den Kopfabschnitt 112 gekoppelt werden.
Nun zu 24: Es ist ein Verfahren 210 gezeigt, das verwendet werden kann, um das Schneidwerkzeug 100 herzustellen, das die rotationsunterstützenden Streifen 140 aufweist. Zunächst, in einem ersten Schritt 212, kann der Körper 103 des Halters 102 gefertigt werden. Beispielsweise kann der Schritt 212 ein Warmmassivumformen oder Gießen des Kopfabschnitts 112 und des Schaftabschnitts 104 als ein einstückiges Teil einschließen. Alternativ können der Kopfabschnitt 112 und der Schaftabschnitt 104 separat gefertigt und später zusammengefügt werden, um den Halter 102 zu bilden. Gemäß einem nächsten Schritt 214 können die rotationsunterstützenden Streifen 140 durch Laserauftragschweißen oder einen anderen Abscheidungsprozess auf die Außenfläche 128 (oder innerhalb der Nuten 150) des Kopfabschnitts 112 aufgebracht werden. Die rotationsunterstützenden Streifen 140 können als gerade Linien aufgebracht werden, die sich axial längs der Außenfläche 128 des Kopfabschnitts 112 zwischen dem ersten Ende 114 und dem zweiten Ende 116 erstrecken (siehe beispielsweise 11 bis 12). Alternativ können die Streifen 140 als unter einem Winkel angeordnete oder gekrümmte Linien in einem schraubenförmigen Muster auf die Außenfläche 128 aufgebracht werden (siehe 14).
Da beim Aufbringen der Streifen 140 auf den Kopfabschnitt 112 der Halter Wärme ausgesetzt sein kann und ggf. ein Enthärten des Metallwerkstoffs des Halters 102 bewirkt wird, kann der Halter 102, nachdem die Streifen 140 aufgebracht worden sind, gemäß dem nächsten Schritt 218 wärmebehandelt werden, um den Metallwerkstoff des Halters 102 zu härten. Optional kann die Schneidspitze 118 entsprechend einem Schritt 216 vor dem Schritt 218 an das erste Ende 114 des Kopfabschnitts 112 gekoppelt (z. B. hartgelötet oder gesintert) werden. Alternativ kann der Schritt 216 nach der Wärmebehandlung ausgeführt werden.
Nun zu 25: Es ist ein Verfahren 220 gezeigt, das verwendet werden kann, um das Schneidwerkzeug 100 herzustellen, das sowohl die Verschleißschutzschicht 124 als auch die rotationsunterstützenden Streifen 140 aufweist. In einem ersten Schritt 222 kann der Körper 103 des Halters 102 einschließlich des Kopfabschnitts 112 und des Schaftabschnitts 104 gefertigt werden. Der Schritt 222 kann ein Warmmassivumformen oder Gießen des Kopfabschnitts 112 und des Schaftabschnitts 104 als ein einstückiges Teil einschließen oder er kann ein Warmmassivumformen oder Gießen des Kopfabschnitts 112 und des Schaftabschnitts 104 als separate Einheiten und ein Zusammenfügen der Einheiten einschließen. Gemäß einem nächsten Schritt 224 kann die Nut 126 entlang der Außenfläche 128 des Kopfabschnitts 112 des Halters 102 geschaffen werden. Beispielsweise kann der Schritt 224 ein maschinelles Fräsen der Nut 126 in den Kopfabschnitt 112, in der Nähe des ersten Endes 114 (siehe 3) einschließen. Alternativ kann die Nut 126, als ein Merkmal des Halters 102, während des Schritts 222 geschmiedet oder gegossen werden. Die Verschleißschutzschicht 124 kann dann gemäß dem nächsten Schritt 226 in der Nut 126 gebildet werden. Der Schritt 226 kann ein Aufbringen der Verschleißschutzschicht 124 in der Nut 126 durch Laserauftragschweißen oder irgendeinen anderen Abscheidungsprozess einschließen.
Die rotationsunterstützenden Streifen 140 können gemäß einem Schritt 228 auf den Kopfabschnitt 112 aufgebracht werden. Im Besonderen können die Streifen 140 wie vorstehend erläutert auf der Außenfläche 128 des Kopfabschnitts 112 und/oder der Außenfläche 135 der Verschleißschutzschicht 124 abgeschieden werden. Ein Abscheiden der Streifen 140 auf dem Kopfabschnitt 112 kann unter Verwendung eines Laserauftragschweißverfahrens oder eines anderen Abscheidungsverfahrens, das für den Fachmann offensichtlich ist, erfolgen. Wenn die Streifen 140 nur auf die Außenfläche 128 des Kopfabschnitts 112 aufgebracht werden (siehe 13), können die Schritte 226 und 228 in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden.
Im Anschluss an die Schritte 226 und 228 kann dann der Halter 102 entsprechend einem Schritt 232 wärmebehandelt werden. Eine Wärmebehandlung des Halters 102 auf diese Weise kann den Metallwerkstoff des Halters 102 härten und verzähen und dadurch zumindest teilweise den Härteverlust, der aus dem Aufbringen der Verschleißschutzschicht 124 und der rotationsunterstützenden Streifen 140 auf den Halter 102 resultiert, kompensieren. Optional kann die Schneidspitze 118 vor dem Schritt 232 an das erste Ende 114 des Halters 102 gekoppelt (z. B. hartgelötet oder gesintert) werden. Alternativ kann die Schneidspitze 118 nach dem Schritt 232 an das erste Ende 114 des Halters 102 gekoppelt werden, um das Schneidwerkzeug 100 bereitzustellen.
Wie hier offenbart, kann das rotierbare Schneidwerkzeug eine Schneidspitze und einen Halter mit einem Schaftabschnitt und einem Kopfabschnitt zur Unterstützung der Schneidspitze umfassen. Das Schneidwerkzeug kann selektiv hartbeschichtet werden, indem eine Verschleißschutzschicht auf einen Abschnitt des Kopfabschnitts des Halters aufgebracht wird, der einem Verschleiß unterliegt. Insbesondere kann in einem Abschnitt des Kopfabschnitts, der während des Gebrauchs verschleißanfällig ist, eine Nut ausgebildet werden, und in der Nut kann ein verschleißfester Werkstoff aufgebracht werden, um die Verschleißschutzschicht zu bilden. Die Verschleißschutzschicht darf die Gesamtgeometrie und Gesamtauslegung des Halters nicht verändern, da diese mit der Form der Außenfläche des Kopfabschnitts konform gehen. Folglich stellt die vorliegende Offenbarung eine kostengünstige Lösung bereit, um die Verschleißfestigkeit des Schneidwerkzeugs zu verbessern, ohne die ursprüngliche Geometrie des Schneidwerkzeugs zu beeinträchtigen. Im Besonderen kann durch selektives Hartbeschichten des Halters des Schneidwerkzeugs die Haltezeit des Schneidwerkzeugs verlängert werden. Ferner kann die Verschleißschutzschicht die Wahrscheinlichkeit eines Versagens des Halters aufgrund von Abnutzung und Verschleiß verringern und dadurch Kunden ermöglichen, die Austauschintervallzeit zu verlängern. Außerdem verlängert die Verschleißschutzschicht auch die Nutzlebensdauer des Halters und verringert die bei den Kunden anfallenden Vorhalte- und Betriebskosten.
Alternativ oder in Kombination damit kann das rotierbare Schneidwerkzeug am Kopfabschnitt rotationsunterstützende Streifen aufweisen, die die Rotation des Schneidwerkzeugs, während es sich in eine Struktur bohrt, verbessern. Indem sie die Rotation des Werkzeugs unterstützen, können die Streifen einer ungleichmäßigen Abnutzung rings um den Umfang des Schneidwerkzeugs, wie bei Schneidwerkzeugen des Standes der Technik, denen solche rotationsunterstützenden Merkmale fehlen, festzustellen, vorbeugen. Von daher stellen die Streifen eine weitere kostengünstige Methode zur Verlängerung der Nutzungsdauer des Schneidwerkzeugs dar und reduzieren die Notwendigkeit eines Austausches des Werkzeugs bei längerem Gebrauch.
Obwohl Aspekte der vorliegenden Offenbarung insbesondere mit Bezug auf die vorstehenden Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurden, versteht sich für den Fachmann, dass durch Modifikation der offenbarten Maschinen, Systeme und Verfahren verschiedene weitere Ausführungsformen in Betracht gezogen werden können, ohne vom Gedanken und Schutzbereich des Offenbarten abzukommen. Es versteht sich, dass derartige Ausführungsformen in den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung, wie aufgrund der Ansprüche und Äquivalente davon bestimmt, fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8753755 [0004]
US 7464993 [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines rotierbaren Schneidwerkzeugs (100), umfassend: Fertigen eines Körpers (103) eines Halters (102) des rotierbaren Schneidwerkzeugs (100), wobei sich der Körper (103) des Halters (102) entlang einer Achse (105) erstreckt und einen Kopfabschnitt (112) und einen Schaftabschnitt (104) aufweist, wobei sich der Kopfabschnitt (112) von einem ersten Ende (114) zu einem zweiten Ende (116) erstreckt, wobei das erste Ende (114) dafür ausgelegt ist, eine Schneidspitze (118) aufzunehmen; Aufbringen mehrerer rotationsunterstützender Streifen (14) entlang einer Außenfläche (128) des Kopfabschnitts (112), die sich zwischen dem ersten Ende (114) und dem zweiten Ende (116) erstrecken, wobei die rotationsunterstützenden Streifen (140) von der Außenfläche (128) des Kopfabschnitts (112) vorstehen; und Wärmebehandeln des Halters (102), der die mehreren rotationsunterstützender Streifen (140) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich die rotationsunterstützenden Streifen (140) axial zwischen dem ersten Ende (114) und dem zweiten Ende (116) des Kopfabschnitts (112) entlang der Außenfläche (128) des Kopfabschnitts (112) erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die rotationsunterstützenden Streifen (140) unter einem Winkel bezüglich der Achse (105) des Halters (102) in einem schraubenförmigen Muster angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich die rotationsunterstützenden Streifen (140) vom ersten Ende (114) zum zweiten Ende (116) des Kopfabschnitts (112) erstrecken, wobei das zweite Ende (116) des Kopfabschnitts (112) durch einen oberen Flansch (108) axial vom Schaftabschnitt (104) getrennt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Wärmebehandeln des Halters (102) ein oder mehrere Glüh-, Einsatzhärtungs-, Ausscheidungshärtungs-, Anlass-, Normalglüh- und Abschreckhärtungsprozesse umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aufbringen der mehreren rotationsunterstützenden Streifen (140) entlang der Außenfläche (128) des Kopfabschnitts (112) ein Aufbringen der mehreren rotationsunterstützenden Streifen (140) durch Laserauftragschweißen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die rotationsunterstützenden Streifen (140) aus einem verschleißfesten Werkstoff gebildet werden, der ein Hartpartikel-Material oder eine Matrix aus einem Hartpartikel-Material und ein Metall umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Hartpartikel-Material mindestens eines von einem Carbid, einem Borid und einem Cermet umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner vor dem Wärmebehandeln des Halters (102) ein Koppeln der Schneidspitze (118) an das erste Ende (114) des Kopfabschnitts (112) umfasst.
Rotierbares Schneidwerkzeug (100), das einen Halter (102) und eine Schneidspitze (118) aufweist, wobei das rotierbare Schneidwerkzeug (100) mittels eines Verfahrens hergestellt ist, das Folgendes umfasst: Fertigen eines Körpers (103) des Halters (102), wobei sich der Körper (103) entlang einer Achse (105) erstreckt und einen Kopfabschnitt (112) und einen Schaftabschnitt (104) aufweist, wobei sich der Kopfabschnitt (112) von einem ersten Ende (114) zu einem zweiten Ende (116) erstreckt, wobei das erste Ende (114) dafür ausgelegt ist, die Schneidspitze (118) aufzunehmen; Schaffen einer Nut (126) entlang einer Außenfläche (128) des Kopfabschnitts (112), in der Nähe des ersten Endes (114), wobei sich die Nut (126) umfänglich um den Kopfabschnitt (112) erstreckt; Bilden einer Verschleißschutzschicht (124) in der Nut (126), wobei die Verschleißschutzschicht (124) eine Außenfläche (135) aufweist, die an die Außenfläche (128) des Kopfabschnitts (112) angeglichen ist; Aufbringen mehrerer rotationsunterstützender Streifen (140) an der Außenfläche (128) des Kopfabschnitts (112) und der Außenfläche (135) der Verschleißschutzschicht (124), wobei sich die rotationsunterstützenden Streifen (140) zwischen dem ersten Ende (114) und dem zweiten Ende (116) erstrecken und von der Außenfläche (128) des Kopfabschnitts (112) und der Außenfläche (135) der Verschleißschutzschicht (124) vorstehen; und Wärmebehandeln des Halters (102), der die Verschleißschutzschicht (124) und die rotationsunterstützenden Streifen (140) aufweist.