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Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug für Zerspanungsbearbeitungen, insbesondere zur schälartigen Zerspanungsbearbeitung, mit einer entlang der Schneidkante verlaufenden Spanformmulde, in der erhaben ausgebildete Spanformelemente angeordnet sind.
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Unter Zerspanungsbearbeitungen wird die spanabhebende Bearbeitung von Metallen wie z.B. Stahl, Gusseisen, aber auch Nichteisenmetallen bis hin zu Kunststoffen verstanden.
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Die vorliegende Erfindung ist grundsätzlich für Schneidwerkzeuge zum Drehen, Fräsen oder Stechen und insbesondere zur Schälbearbeitung geeignet.
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Spanleit- oder Spanformelemente haben bei Schneideinsätzen die Aufgabe, den vom Werkstück losgelösten Span zu formen und zu lenken, wobei insbesondere gewährleistet sein soll, dass das Werkstück durch den gebildeten Span nicht beschädigt wird, wie dies z.B. bei sogenannten Wirrspänen geschehen kann. Der Span soll auch derart geführt und gebrochen werden, dass die durch den Spanablauf verursachte Reibung soweit begrenzt wird, dass eine übermäßige Erhitzung des Schneideinsatzes und insbesondere der Schneidkante vermieden wird, da dies zu einem schnelleren Werkzeugverschleiß führen würde. Bei bestimmten Werkstücken wie beispielsweise Aluminium oder Kunststoff droht bei hoher Wärmeentwicklung zudem ein Verkleben des Spans auf der Spanfläche.
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Der besondere Fall eines Schneidwerkzeugs für schälartige Zerspanungsbearbeitungen wird in der
DE 197 25 341 B4 beschrieben. Das Schneidwerkzeug besitzt nebeneinander angeordnete Haupt- und Nebenschneiden, die zusammen einen stumpfen Winkel einschließen. Entlang dieser Schneiden ist eine Spanleitstufe mit einer zur Schneidkante gewandten Anstiegsflanke vorgesehen, die in Draufsicht betrachtet mindestens zwei durch benachbarte Einbuchtungen seitlich begrenzte Vorsprünge besitzen soll. Wie bei Schälwerkzeugen generell üblich ist die Nebenschneide wesentlich länger ausgebildet als die Hauptschneide. Beim Drehschälen werden Oberflächenrauigkeiten des Werkstückes von 4 µm bis 8 µm angestrebt.
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Eine weitere für schälartige Zerspanungsbearbeitungen geeignete Wendeschneidplatte wird in der
EP 0 117 400 B1 beschrieben. Diese Wendeschneidplatte ist neuneckig und besitzt auf der Unter- und Oberseite jeweils drei ungleichlange Haupt- und Nebenschneiden, wodurch sich die Form eines gleichseitigen Dreiecks mit symmetrisch abgewinkelten Spitzen ergibt. Das Verhältnis der Länge der Hauptschneiden zur Länge der Nebenschneiden soll zwischen 1:1,5 bis 1:3 liegen. Entlang jeder Hauptschneide ist eine Spanformnut vorgesehen, die etwa parallel zur Hauptschneide verläuft. In schneidkantenfernen Bereichen geht die Spanformnut in eine Anstiegsflanke über, die mit einer oberen Flanke abschließt.
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In der
EP 0 611 334 B4 wird ein polygonaler Schneideinsatz mit einer Spanfläche beschrieben, die einen zentralen, gegenüber der durch die Schneidkanten definierten Ebene herausragenden Brecher besitzt, der zu einem Schneideckenbereich hin in Form von mindestens einer Längsrippe, vorzugsweise zwei Längsrippen ausläuft, welche symmetrisch zu einer Schneideckenwinkelhalbierenden angeordnet sind und deren Längsachsen einen gemeinsamen Schnittpunkt im Bereich des Spanbrechers aufweisen.
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Darüber hinaus sind nach dem Stand der Technik Spanleitstufen auf Spanflächen bekannt, die im Wesentlichen parallel zur Nebenschneide verlaufen. Solche Spanleitstufen heben zwar den ablaufenden Span vom Werkstück weggerichtet ab, jedoch mangelt es an einer ausreichenden Spanführung, so dass der ablaufende Span unkontrollierbar ist. In der
DE 197 25 341 werden daher Spanleitstufen mit zwei seitlich begrenzten Vorsprüngen vorgeschlagen. In der
EP 0 278 083 A1 wird ein Schneideinsatz vorgeschlagen, bei dem sich auf der Spanfläche rechtwinklig zur Schneidkante an die Fase ein Bereich mit einem Spanwinkel von mehr als 30° anschließt, wobei der Spanwinkel mit zunehmenden Abstand von der Fase kleiner wird. In den zwischen den Schneideckenbereichen liegenden Spanflächenbereichen des Schneidkörpers sollen in Spanablaufrichtung verlaufende und mit Seitenabstand nebeneinander angeordnete Spanrippen aus der Spanfläche herausragend angeordnet sein, zwischen denen weitere Erhebungen mit Auflauframpen liegen. Im Eckenbereich befinden sich drei nebeneinander angeordnete Graderhebungen, deren beide äußeren mit ihren Gradlängsachsen parallel zu den ihnen benachbarten Spanrippen verlaufen.
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Die
EP 0 143 758 A1 betrifft ein Schneideinsatz mit langgestreckten Rippen, die im Querschnitt trapezförmig sind und parallel zur Schneidkante verlaufen. Diese Rippen werden durch Mulden unterbrochen.
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Um unterschiedlichen Vorschüben und Schnitttiefen gerecht zu werden und um die Reibungskraft des ablaufenden Spans möglich gering zu halten, wird in der
EP 0 674 559 B1 ein Schneideinsatz mit mindestens einer Spanleitnut mit erhabenen Spanformelementen in Form von die Spanleitnut zumindest teilweise überbrückten Längsrippen vorgeschlagen, die mit zusätzlich zur Längsrippenachse querliegenden Spanleitelementen versehen sind.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schneidwerkzeug der eingangs genannten Art weiterzuentwickeln, bei dem die Reibung des ablaufenden Spans minimiert und die Schnittkräfte geringgehalten werden und die Spanlenkung bei geringstmöglichem Schnittwiderstand verbessert wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß besitzen die in der Spanformmulde (Spanformnut) vorgesehenen erhabenen Spanformelemente eine - in einer Draufsicht betrachtet - längliche Kontur mit einer größeren Länge als deren Breite. Ferner weisen die Spanformelemente eine Anstiegsflanke sowie eine abfallende Flanke auf, wobei die im Vergleich längere Anstiegsflanke durch einen Anstiegswinkel von 3° bis 20°, vorzugsweise 5° bis 10° und die abfallende Flanke durch einen Winkel zwischen 25° bis 45°, vorzugsweise 27° bis 35° definiert ist, wobei der Übergang von der Anstiegsflanke zur abfallenden Flanke abgerundet ist und der Radius dieser Abrundung zwischen 0,05 mm und 1 mm, vorzugsweise zwischen 0,25 mm bis 0,4 mm liegt.
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Weiterbildungen dieses Schneideinsatzes werden in den Unteransprüchen beschrieben. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass zum einen im Bereich der Anstiegsflanken in Verbindung mit der maximalen Erhebung des erhabenen Spanformelementes eine sichere Spanführung gewährleistet ist, andererseits eine hohe Reibung des ablaufenden Spans vermieden wird, weil der Span in den abfallenden Flanken die Spanflächen nur teilweise kontaktiert. Dieser Effekt wirkt sich insbesondere dann verstärkt aus, wenn die erhabenen Spanformelemente in der Draufsicht betrachtet im Bereich ihrer Grenzlinie, die durch die aneinandergrenzenden ansteigenden und abfallenden Flanken definiert ist, eine größere Breite als in den benachbarten Bereichen besitzt.
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Vorzugsweise sind die Spanformelemente zueinander beabstandet angeordnet, insbesondere in einem Abstand von 0,4 mm bis 0,6 mm bei einer jeweiligen durch deren Längsachse definierten Länge von 4 mm bis 10 mm. Weiterhin vorzugsweise sind die Spanformelemente auf einer Linie aufgereiht, die parallel zur Schneidkante verläuft, wobei die Ausrichtung der Spanformelemente zur Spanablaufrichtung um 10° bis 20°, vorzugsweise 15° geneigt ist.
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In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind die Spanformelemente so zur aktiven Schneidkante hin ausgerichtet, dass der geschnittene ankommende Span in Richtung der Längsachse der Spanformelemente geführt wird.
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Die Spanformelemente könne in einer Querschnittsansicht senkrecht zu deren Längsachse eine konkave, konvexe oder auch teilweise geradlinige Form besitzen, wobei die konkave Ausbildung bevorzugt wird.
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Alternativ zu separat nebeneinander angeordneten Spanformelementen innerhalb einer Spanformnut ist es möglich, die Spanformelemente fischschuppenartig aneinander zu reihen, wobei sich die Spanformelemente jeweils in ihrer Längsrichtung betrachtet um 10 % bis 30 % überlappen. Diese Fischschuppenstruktur hat insbesondere bei Dreh- oder Fräswerkzeugen Vorteile.
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Neben der Überlappung in Längsrichtung ist es auch möglich, Spanformelemente zu verwenden, die sich zusätzlich seitlich überlappen, wobei der vertikal zur Längsachse gemessene Überlappungsgrad maximal 20 %, vorzugsweise maximal 10 % betragen soll.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist - insbesondere im Bereich einer Schneidecke - die Anordnung und Ausbildung der Spanformelemente achsensymmetrisch zur Schneideckenwinkelhalbierenden ausgebildet.
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Schließlich kann im Abstand zur Schneidkante und in Spanablaufrichtung betrachtet hinter der Spanformmulde eine sich zu einem mittleren erhabenen Plateau ansteigende Flanke befinden, von der sich weiterhin vorzugsweise halbrippenförmige weitere Spanformelemente in Richtung der Schneidkante erstrecken, die in den Raum zwischen den vorgenannten beschriebenen erhabenen Spanformelementen hineinragen.
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Zur Stabilisierung der Schneidkante kann eine Fase vorgesehen sein.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind auch solche Ausgestaltungen erfasst, bei denen einzelne erhabene Spanformelemente bis in die Schneidkante hineinragen und diese unter Bildung einer lokalen Schneidkantenerhebung durchbrechen. Durch diese Maßnahme erhält die Schneidkante eine nicht lineare Ausgestaltung mit benachbart liegenden geringfügigen Erhöhungen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Schälwerkzeugs,
- 2 eine Draufsicht auf das Schälwerkzeug nach 1,
- 3 eine Detailansicht einer Spanformnut mit erhabenen Spanformelementen,
- 4 eine Einzelansicht eines Spanformelementes in einer Spanformnut,
- 5 einen Schnitt nach Linie A-A in 4,
- 6 eine Spanformnut mit versetzt zueinander angeordneten erhabenen Spanformelementen,
- 7 eine weitere Ausführungsform einer Spanformnut mit einem Spanformelement, welches die Schneidkante durchdringt,
- 8 ein Eckbereich eines Schneidwerkzeuges zum Drehen mit zwei spitzwinklig aufeinander zulaufende Schneiden,
- 9 eine Detailansicht einer Spanformnut mit erhabenen Spanformelementen in einer fischschuppenartigen Anordnung,
- 10 eine Detailansicht eines rhombischen Schneideinsatzes mit fischschuppenartig aneinander gereihten erhabenen Spanformelementen und
- 11 eine Detailansicht einer Schneidecke eines rhombischen Schneideinsatzes mit unterschiedlich erhabenen Spanformelementen sowie einer Anstiegsflanke zu einem mittleren Plateau.
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Die vorliegende Erfindung kann im Prinzip bei allen nach dem Stand der Technik bekannten Schneideinsatz-Grundformen angewendet werden, so beispielsweise bei dreieckigen, quadratischen, rhombisch oder auch annähernd rechtwinkligen Schneidplatten, wie sie insbesondere zum Schälen verwendet werden, bei denen sich an eine kurze Hauptschneide eine relativ lange Nebenschneide, die einen stumpfen Winkel von weniger als 180° einschließen, anschließen.
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Grundsätzlich verwendet werden kann die Erfindung auch bei Stecheinsätzen, die im vorliegenden Fall nicht dargestellt sind.
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Soweit sogenannte Wendelschneidplatten verwendet werden, können diese eine positive oder negative Kontur besitzen. Bei einer positiven Kontur sind die Ober- und Unterseite als Spanflächen mit entsprechend angrenzenden Schneidkanten ausgebildet.
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In 1 und 2 ist ein Schneidwerkzeug (als auswechselbarer Schneideinsatz) zur Schälbearbeitung dargestellt. Solche Schneideinsätze sind durch eine relativ kurze Hauptschneide 10 in Verbindung mit einer langen Nebenschneide 11 charakterisiert, wobei die Haupt- und die Nebenschneide einen stumpfen Winkel einschließen. Das mittlere Spanflächenplateau 12 ist als Auflage- und Spanflächen bei sogenannten Wendeschneidplatten erhaben ausgebildet. Im Fall der Schneideinsätze nach 1 und 2 sind somit vier jeweils nutzbare Haupt- und Nebenschneiden vorhanden.
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Wie grundsätzlich bekannt, kann sich unmittelbar an die Schneidkante oder an eine Fase 13 eine Spanformmulde 14 bzw. Spanformnut anschließen. Innerhalb dieser Spanformnut 14 sind einzelne erhaben ausgebildete Spanformelemente 15 (hier fünf aneinander gereihte erhabene Spanformelemente 15 vorgesehen, die jeweils eine relativ flach verlaufende Anstiegsflanke mit einem gegenüber einer gedachten horizontalen Ebene gemessenen Anstiegswinkel von vorzugsweise 5° bis 10° liegen. Dieser Anstiegswinkel α, der in der 5 zur Verdeutlichung überhöht eingezeichnet ist, ist jedenfalls kleiner als der Winkel β der abfallenden Flanke, der beispielsweise bei 30° liegen kann. Sowohl in der Längsschnittansicht A-A als auch in einer Ansicht quer zu dieser Schnittebene ist Spanformelement 15 bevorzugte konvex ausgebildet. An der oberen Scheitellinie 153, die den Übergang zwischen der Anstiegsflanke 151 und der abfallenden Flanke 152 definiert wird, besitzt das Spanformelement einen Radius R zwischen 0,25 mm und 0,4 mm. Die Spanformnut 14 wird von der Schneidkante 10 bzw. der Fase 13 aus betrachtet durch einen abfallenden Teil gebildet, wodurch sich ein Spanwinkel von beispielsweise 10° bis 15° ergeben kann. An diesem abfallenden Teil, der im Querschnitt gesehen geradlinig oder auch konkav gekrümmt verlaufen kann, schließt sich an ein Spanmuldenminimum ein ansteigender Teil an, bis hin zu einer Kante 141, welche ein mittleres Spanflächenplateau 12 begrenzt.
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Der Anstiegswinkel zu diesem Spanflächenplateau kann gleich groß oder auch größer als der Winkel der abfallenden Flanke sein. Diese im Prinzip nach dem Stand der Technik bekannte Spanformnut dient dazu, den Span zu biegen und möglichst kurz zu brechen.
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In 3 ist ein Teil einer Spanformmulde 14 mit drei nebeneinander angeordneten erhabenen Spanformelementen 15 dargestellt. Der Abstand der Spanformelemente liegt beispielsweise bei 0,5 mm; die jeweilige Länge l der einzelnen Spanformelemente liegt bei ca. 5 mm. Die Spanformelemente können wie in 2 und 3 dargestellt, jeweils eine gleiche Kontur besitzen und entlang einer gemeinsamen Linie aufgereiht sein oder alternativ hierzu, wie in 6 angedeutet, gegeneinander versetzt, d.h. mit unterschiedlichem Abstand zu Schneidkante, angeordnet sein. Des Weiteren können die erhabenen Spanformelemente 15 auch um 180° verdreht angeordnet sein, so dass sich entsprechend der Darstellung in 6 zwei abfallende Flanken gegenüberstehen.
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In einer weiteren in 7 dargestellten Ausführungsform ist das dortige extrem konkav ausgebildete Spanformelement 16 so angeordnet, dass es die Fase 13 bzw. die Schneidkante 10 durchbricht, wodurch sich lokal eine Schneidkantenerhebung ergibt.
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In 8 ist die Spitze Schneidecke 17 eines rhombischen Schneideinsatzes dargestellt, bei dem die Spanflächenausbildung achsensymmetrisch zu der Schneidkantenhalbierenden 18 ausgestaltet ist. In der sich an die Schneidkante bzw. an die Fase anschließenden Spanformmulde sind zwei erhabene Spanformelemente 15 angeordnet, bei denen sich die jeweiligen kürzeren und steileren abfallenden Flanken gegenüberliegen.
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Eine andersartige Ausgestaltung der Spanfläche des Schneidwerkzeugs mit sich jeweils überlappenden erhabenen Spanformelementen ist 9 zu entnehmen. Die dortigen Spanformelemente 19 besitzen eine relativ deutlich längere Anstiegsflanke und eine demgegenüber sehr kurze abfallende Flanke, die auf die Anstiegsflanke des dahinterliegenden erhabenen Spanformelementes abfällt. Hierdurch ergibt sich in Spanablaufrichtung gesehen eine zick-zack-förmige Kontur.
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Zusätzlich überlappen sich die parallel zur Schneidkante aber im gleichen Abstand zur Schneidkante liegende Spanformelemente 19, wodurch sich parallel zur Schneidkante 10 ein etwa wellenförmiger Verlauf ergibt, der bewirkt, dass der ablaufende Span zum einen eine gute Lenkung, andererseits jedoch eine geringstmögliche Reibung bei der Führung über die Spanformelemente 19 erfährt. Die Überlappungsbereiche die mit den Bezugszeichen Ü1 und Ü2 gekennzeichnet sind, betragen 10 % bis 30 % (Ü1) bzw. maximal 20 % (Ü2).
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Bei dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ebenfalls ein rhombischer Schneideinsatz mit einer Schneidecke 17 gewählt, in der die Schneidkanten 20, 21 zusammenlaufen. In der abfallenden Spanmulde 14 sind jeweils parallel zu der Schneidkante 20, 21 in einer sich überlappenden Art und Weise erhabene Spanformelemente 22 hintereinander angeordnet.
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Die Kombination der erfindungsgemäßen erhabenen Spanformelemente in Verbindung mit bereits bekannten Spanformelementen zeigt 11. In dem dortigen Beispiel sind in einer Spanformmulde 14 einzelne jeweils gleichartig ausgebildete erhabene Spanformelemente 23 angeordnet, welche etwa den Spanformelementen entsprechen können, die in 1 bis 5 dargestellt ist. In dem dort gewählten Ausführungsbeispiel ist die Längsachse dieser Spanformelemente 23 etwa senkrecht zur Schneidkante ausgerichtet, maximal soll ein Winkel von 10° bis 15° zu der Schneidkantensenkrechten gewählt werden.
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Der aus
11 ersichtliche Spanbrecher
24 fällt beispielsweise unter einen Winkel von etwa 20° in die Spanformmulde
14 ab, wobei der Spanbrecher
24 die Schneidkante
10 deutlich überragt. Aus dieser Spanbrechererhebung ragen jeweilige Längsrippen
25 hervor, deren Ausrichtung und Kontur prinzipiell in der
DE 41 36 417 A1 beschrieben worden ist. Diese Rippen
25 erstrecken sich jeweils in Bereiche zwischen den erhabenen Spanformelementen
23 gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hauptschneide
- 11
- Nebenschneide
- 12
- mittlerer Spanflächenplateau
- 13
- Fase
- 14
- Spanformmulde
- 141
- obere Kante der Spanformmulde
- 15
- Spanformelemente
- 151
- Anstiegsflanke
- 152
- abfallende Flanke
- 153
- obere Scheitellinie
- 16
- Spanformelement
- 17
- Schneidecke
- 18
- Schneidkantenhalbierende
- 19
- Spanformelement
- 20,21
- Schneidkanten
- 22
- Spanformelemente
- 23
- Spanformelemente
- 24
- Spanbrecher
- 25
- halbrippenförmige Spanformelemente
- a
- Abstand
- I
- Länge des Spanformelementes
- R
- Radius
- Ü1, Ü2
- Überlappungsbereiche
- α
- Anstiegswinkel
- β
- Winkel der abfallenden Flanke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19725341 B4 [0005]
- EP 0117400 B1 [0006]
- EP 0611334 B4 [0007]
- DE 19725341 [0008]
- EP 0278083 A1 [0008]
- EP 0143758 A1 [0009]
- EP 0674559 B1 [0010]
- DE 4136417 A1 [0037]
