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QUERVERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNG
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 08. Februar 2019 eingereichten
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2019-0015213 , auf deren gesamten Inhalt hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schaftfräser zur Bearbeitung einer hitzebeständigen Legierung (auf Basis von Titan und Nickel), wobei die Stärken einer flachen Freifläche und einer exzentrischen Freifläche kombiniert werden.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Ein Schaftfräser als ein Drehwerkzeug, wie beispielsweise ein Bohrer, beinhaltet mindestens ein Schneidteil mit entlang einer Werkzeugachse bearbeiteten Schneidzähnen und ein Schaftteil, das sich vom Schneidteil erstreckt. Das Schneidteil beinhaltet eine Vielzahl von Schneidzähnen und Spanräumen, die abwechselnd von einem vorderen Ende davon zu einer Umfangsfläche davon angeordnet sind. Der Schaftfräser ist ein weit verbreitetes Werkzeug für die Metallfeinbearbeitung, wobei seitliche Schneiden (äußere Umfangsschneiden; Nebenschneiden) davon zum Schneiden der Umfangsfläche eines Werkstücks und Stirn- bzw. Grundschneiden (Hauptschneiden) davon zum Schneiden einer Oberseite des Werkstücks verwendet werden.
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In jedem der seitlichen Schneiden des Schaftfräsers ist ein als „Freifläche“ bezeichneter Raum vorgesehen, um die Reibung zwischen den Schneidzähnen und einem Werkstück zu reduzieren, indem eine Außenumfangsfläche einer Rückseite einer Schneidkante an einem ihrer Stege entfernt wird. Eine flache Freifläche, die durch das Bearbeiten eines Steges in eine ebene Fläche gebildet wird; eine konkave Freifläche, die durch das Bearbeiten eines Steges in eine konkave Fläche gebildet wird; und eine exzentrische Freifläche, die durch das Bearbeiten eines Steges in eine konvexe Fläche gebildet wird, werden häufig als Freiflächen der seitlichen Schneiden herangezogen. Insbesondere ist die konkave Freifläche eine Freifläche mit einer konkaven Form, die zwangsläufig erzeugt wird, wenn eine Schleifscheibe mit einer äußeren Umfangsfläche und ein Bearbeitungswerkzeug die flache Freifläche maschinell bearbeiten, und wobei alle flachen Freiflächen hinsichtlich der Neigung variieren, jedoch Formen von konkaven Ebenen annehmen. Die meisten flachen Freiflächen sind mit einer Freioberfläche versehen, jedoch wird auch eine sekundäre Freioberfläche gebildet, die sich an eine primäre Freioberfläche anschließt, um mehr Platz zu gewinnen, wenn der Durchmesser eines Werkzeugs groß ist.
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Eine flache Freioberfläche, die zu einer flachen Oberfläche geformt ist, ist leichter zu bearbeiten als eine exzentrische Freioberfläche, die zu einer gekrümmten Oberfläche geformt ist. Darüber hinaus ist ein Schneidzahn mit der flachen Freifläche schmaler und schärfer als ein Schneidzahn mit der exzentrischen Freifläche, die eine gekrümmte Oberfläche ist, wodurch sich eine ausgezeichnete maschinelle Bearbeitbarkeit einstellt. Darüber hinaus stellt die oben genannte flache Freifläche einen relativ größeren Abstand zwischen Werkstück und Schneidzähnen als die exzentrische Freifläche zur Verfügung, so dass die flache Freifläche eine bessere Wärmeabfuhrleistung als die exzentrische Freifläche aufweist. Dagegen ist die exzentrische Freifläche konvex hergestellt und folglich sind die Schneidzähne dick. Dementsprechend besitzt die exzentrische Freifläche eine höhere Steifigkeit und eine längere Lebensdauer als die flache Freifläche. Da der Schaftfräser ein Verbrauchsprodukt ist, kommt die exzentrische Freifläche, die eine höhere Steifigkeit und eine längere Lebensdauer als die flache Freifläche aufweist, in der Industrie häufig zum Einsatz.
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In jüngster Zeit nimmt der Einsatz einer Hochtemperaturlegierung in verschiedenen Bereichen, einschließlich der Luft- und Raumfahrt, zu. Beim Schneiden von Werkstücken aus der Hochtemperaturlegierung haben die Wärmeverteilung und die Wärmeabfuhr eines Schaftfräsers mehr Einfluss auf die Lebensdauer des Schaftfräsers als dessen Steifigkeit. Dementsprechend ist die flache Freifläche, die in einer seitlichen Schneide eine bessere Wärmeabfuhrleistung aufweist als die exzentrische Freifläche, bei der Bearbeitung der Hochtemperaturlegierung vorteilhafter als die exzentrische Freifläche. Wenn sich die seitliche Schneide des Schaftfräsers während des Schneidens abnutzt, wird ein Kontaktbereich der exzentrischen Freifläche mit einem Werkstück breiter, so dass sich eine Wärmeabfuhrleistung des Schaftfräsers verschlechtert. Dennoch erweist sich die flache Freifläche nicht unbedingt als vorteilhaft, da die Schwäche der flachen Freifläche, die in Bezug auf die seitliche Schneide eine geringe Steifigkeit aufweist, auch bei der Verarbeitung von Hochtemperaturlegierungen weiterhin Bestand hat.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Dementsprechend wurde die vorliegende Erfindung unter Berücksichtigung der oben genannten Probleme im Stand der Technik gemacht, und die vorliegende Erfindung soll einen Schaftfräser vorschlagen, der die Stärken einer flachen Freifläche und einer exzentrischen Freifläche vereint, eine ausgezeichnete Steifigkeit und eine ausgezeichnete Wärmeabfuhreigenschaft aufweist.
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In Anbetracht der Tatsache, dass die flache Freifläche hinsichtlich einer Wärmeabfuhrcharakteristik besser ist als die exzentrische Freifläche, und dass ein Werkzeug mit der exzentrischen Freifläche immer noch eine ausgezeichnete Steifigkeit aufweist, soll die vorliegende Erfindung einen Schaftfräser für eine hitzebeständige Legierung vorschlagen, der eine verbesserte Wärmeabfuhrleistung aufweist und eine ausgezeichnete Steifigkeit aufrechterhält.
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Um die vorgenannte Aufgabe zu verwirklichen, wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Schaftfräser zur Verfügung gestellt, der Folgendes beinhaltet: ein Schneidteil mit einer Vielzahl von Stirnschneiden an seinem vorderen Ende und einer Vielzahl von Seitenschneiden an seiner Umfangsfläche; und ein Schaftteil, das sich vom Schneidteil entlang einer Mittelachse des Schneidteils in dessen Längsrichtung erstreckt, wobei eine exzentrische, flache Freioberfläche (ELF) in einem Steg von mindestens einer Seitenschneide der Vielzahl von Seitenschneiden vorgesehen ist, wobei die exzentrische, flache Freioberfläche mindestens drei aufeinanderfolgende flache Freioberflächen aufweist, die sich von einer Schneidkante erstrecken. Unterdessen wurde die flache Freifläche mit einer Rundschleifscheibe maschinell bearbeitet, so dass, obwohl eine flache Oberfläche mit jeder großen Scheibe bearbeitet wird, die flache Oberfläche innerhalb eines vorgegebenen Fehlerbereichs zu einer konkaven Oberfläche werden kann. In Anbetracht dessen können so mindestens drei flache Freiflächen gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine exzentrische, flache Freifläche darstellen, konkave Oberflächen oder konkave Freiflächen umfassen, die aufgrund von Bearbeitungstoleranzen bei der maschinellen Flachbearbeitung realisiert wurden.
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So kann beispielsweise die exzentrische, flache Freioberfläche so ausgeführt sein, dass sie drei flache Freioberflächen aufweist, die eine erste flache Freioberfläche, die zusammen mit einer Spanfläche die Schneidkante bildet, eine zweite flache Freioberfläche, die sich von der ersten flachen Freioberfläche erstreckt, und eine dritte flache Freioberfläche umfassen, die sich von der zweiten flachen Freioberfläche erstreckt.
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Darüber hinaus kann die exzentrische, flache Freioberfläche vorzugsweise einer Bahn einer herkömmlichen exzentrischen Freifläche folgen. So kann beispielsweise ein Freiwinkel, der auf den mindestens drei flachen Freioberflächen erhalten wird, vorzugsweise 5° bis 20° betragen. Der Freiwinkel kann durch einen Arcustangens eines maximalen Abfalls im Vergleich zu einem kürzesten Abstand der mindestens drei flachen Freioberflächen erhalten werden. Bezogen auf einen Querschnitt senkrecht zur Mittelachse kann der maximale Abfall ein maximaler Abstand in einer Normalrichtung von einer virtuellen äußeren Umfangsfläche sein, die durch die Schneidkante bis zu den mindestens drei flachen Freioberflächen definiert ist.
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Der Schaftfräser gemäß der vorliegenden Erfindung weist „die exzentrische, flache Freioberfläche“ (ELF-Oberfläche) mit den mindestens drei aufeinanderfolgenden flachen Freioberflächen auf, die entlang einer Bahn der exzentrischen Freifläche angeordnet sind.
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Die „exzentrische, flache Freifläche“ wird durch die wiederholte Bildung einer flachen Freioberfläche zu einer ebenen Oberfläche erreicht, und weist dementsprechend eine ausgezeichnete Verarbeitbarkeit einer herkömmlichen flachen Freifläche auf und erhält eine bessere maschinelle Bearbeitbarkeit und Wärmeabfuhrleistung als eine herkömmliches exzentrische Freifläche. Andererseits ist die exzentrische, flache Freifläche entlang der Bahn der exzentrischen Freifläche angeordnet und weist einen Schneidzahn auf, der dicker ist als der Schneidzahn der herkömmlichen flachen Freifläche. Dementsprechend ist die exzentrische, flache Freifläche in Bezug auf die Steifigkeit besser.
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Figurenliste
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Die vorgenannten und andere Gegenstände, Merkmale und sonstigen Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden:
- 1 ist eine Ansicht, die einen Schaftfräser gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
- 2 ist eine Ansicht, die eine Stirnfläche des Schaftfräsers gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
- 3 ist eine Ansicht, die eine exzentrische, flache Freifläche gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
- 4 zeigt Bilder, in denen Schneidkanten des Schaftfräsers der vorliegenden Erfindung und ein Vergleichsfräser nach einem Seitenschneiden aufgenommen wurden; und
- 5 zeigt Bilder, in denen Schneidkanten des Schaftfräsers der vorliegenden Erfindung und des Vergleichsfräsers nach einem Nutfräsen aufgenommen wurden.
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DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
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Unter Bezugnahme auf 1 weist ein Schaftfräser 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ein entlang einer Mittelachse 11 gebildetes Schneidteil 20 und ein Schaftteil 30 auf, das an einem hinteren Ende des Schneidteils 20 vorgesehen ist. Obwohl der Schaftfräser 10 von 1 ein herkömmlicher solider Schaftfräser ist, ist der Schaftfräser nicht darauf beschränkt und es können verschiedene Arten von Schaftfräsern, wie Teilkopftypen oder Hartlöttypen, verwendet werden.
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Wie in 1 dargestellt, ist der Schaftfräser 10 ein Vierkant-Schaftfräser, wobei ein vorderes Ende 21 des Schneidteils 20 davon flach ist, jedoch jeder herkömmliche Schaftfräser als Schaftfräser verwendet werden kann. So kann beispielsweise der Schaftfräser gemäß der vorliegenden Erfindung auf einen Kugeltyp (Kugelnase), einen Kegeltyp und einen Kegelkugeltyp angewendet werden, die nach einem vorderen Ende des Schneidteils 20 klassifiziert sind. Darüber hinaus kann das Schaftteil 30 auch in jeden beliebigen Schafttyp eines Zylinderschaftes, eines Flachschaftes, eines Kombischaftes oder eines Kegelschaftes gefertigt werden. Darüber hinaus kann der Schaftfräser der vorliegenden Erfindung auch auf ein Werkzeug mit einer Vielzahl von auf einem Schaft angeordneten Schneidteilen angewandt werden.
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Das Schneidteil 20 weist eine Vielzahl von Schneidzähnen 23 und Spanräumen 24 auf, die abwechselnd vom vorderen Ende 21 bis zu einer Umfangsfläche 22 angeordnet sind. Jeder der Schneidzähne 23 beinhaltet eine Boden- oder Stirnschneide 25, die am vorderen Ende 21 vorgesehen ist, und eine Seitenschneide 26, die an der Umfangsfläche 22 ausgebildet ist, indem sie sich von der Bodenschneide 25 erstreckt, und ist spiralförmig entlang eines Kerns des Schneidteils 20 angeordnet. Hierbei ist es erforderlich, dass der Schaftfräser 10 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Seitenschneiden 26 aufweist.
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Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 sind im Schaftfräser 10 gemäß der vorliegenden Erfindung mindestens drei aufeinanderfolgende flache Freioberflächen, die sich von einer Schneidkante 46 erstrecken, in einem Steg 41 von mindestens einer Seitenschneide 26 der Vielzahl von Seitenschneiden entlang einer Bahn einer exzentrische Freifläche angeordnet. Dementsprechend müssen die mindestens drei flachen Freioberflächen entlang eines Kreisbogens angeordnet sein, der auf dem gleichen Radius von einem virtuellen Mittelpunkt exzentrisch zu der Mittelachse 11 angeordnet ist. Im Folgenden werden die mindestens drei flachen Freioberflächen, die so angeordnet sind, dass sie entlang einer Bahn der exzentrischen Freiflächen aneinandergereiht sind, als „die exzentrische, flache Freifläche“ (einfach als „ELF“ bezeichnet) bezeichnet. Unterdessen wurde die flache Freifläche mit einer Rundschleifscheibe bearbeitet, so dass, obwohl eine flache Oberfläche mit einer großen Scheibe bearbeitet wird, die flache Oberfläche innerhalb eines vorgegebenen Fehlerbereichs zu einer konkaven Oberfläche werden kann. In Anbetracht dessen können die mindestens drei flache Freiflächen, die eine exzentrische, flache Freifläche bilden, eine konkave Oberfläche oder eine konkave Freifläche umfassen, die aufgrund von Bearbeitungstoleranzen bei der ebenen maschinellen Bearbeitung realisiert wurde.
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Die „exzentrische, flache Freifläche“ wird durch die wiederholte Bildung einer flachen Freioberfläche zu einer ebenen Oberfläche erreicht, und weist dementsprechend eine ausgezeichnete Verarbeitbarkeit einer herkömmlichen flachen Freifläche auf und hält die maschinelle Bearbeitbarkeit und eine Wärmeabfuhrleistung aufrecht, die besser ist als bei einer herkömmlichen exzentrischen Freifläche. Andererseits ist die exzentrische, flache Freifläche entlang der Bahn der exzentrischen Freifläche angeordnet und weist einen Schneidzahn auf, der dicker ist als der Schneidzahn der herkömmlichen flachen Freifläche. Dementsprechend weist die exzentrische, flache Freifläche eine exzellente Steifigkeit auf.
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Jeder der in 2 dargestellten Schneidzähne 23 ist ein Beispiel dafür, dass die exzentrische, flache Freifläche mit den drei flachen Freioberflächen im Steg 41 vorgesehen ist, und eine exzentrische, flache Freioberfläche eine erste flache Freioberfläche 43, die zusammen mit einer Spanfläche 42 die Schneidkante 46 bildet, eine zweite flache Freioberfläche 44, die sich von der ersten flachen Freioberfläche 43 erstreckt, und eine dritte flache Freioberfläche 45 aufweist, die sich von der zweiten flachen Freioberfläche 44 erstreckt. Wie in der 3 dargestellt, ist eine virtuelle Bahn ER der exzentrischen Freifläche der Kreisbogen, der die beiden Enden t1 und t4 des Stegs 41 von einem Querschnitt senkrecht zur Mittelachse 11 aus gesehen miteinander verbindet. Die ersten bis dritten flachen Freioberflächen 43, 44 und 45 sind erforderlich, um der Bahn einer exzentrischen Freifläche zu folgen. Dementsprechend sind die gegenüberliegenden Enden t1 und t2 der ersten flachen Freioberfläche 43, die gegenüberliegenden Enden t2 und t3 der zweiten flachen Freioberfläche 44 und die gegenüberliegenden Enden t3 und t4 der dritten flachen Freioberfläche 45 auf der virtuellen Bahn ER der exzentrischen Freifläche angeordnet.
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Wenn man bedenkt, dass die exzentrische Freifläche einen Freiwinkel von 5° bis 20° aufweist, weist die exzentrische, flache Freifläche auch vorzugsweise einen Freiwinkel von 5° bis 20° auf. Der Freiwinkel der exzentrischen, flachen Freifläche gemäß der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus der folgenden Gleichung 1.
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Dabei ist α die kürzeste Entfernung der exzentrischen, flachen Freifläche, d.h. die kürzeste Entfernung der gegenüberliegenden Enden des Stegs 41. β ist ein maximaler Abfall zwischen der exzentrischen, flachen Freioberfläche und einer äußeren Umfangsfläche e, und wird auf einer Normalen senkrecht zur äußeren Umfangsfläche (oder einer Mittellinie f an der Mittelachse vorbei) gemessen.
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Versuchsergebnis
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Um die Leistung der exzentrischen, flachen Freifläche gemäß der vorliegenden Erfindung zu testen, wurden ① der Schaftfräser gemäß der vorliegenden Erfindung mit der exzentrischen, flachen Freifläche und ② ein Vergleichsfräser mit der exzentrischen Freifläche zum Vergleich vorbereitet, wobei Arbeitsmaterialien aus der gleichen Legierung im gleichen Bearbeitungsverfahren verarbeitet wurden.
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Der Test wurde mit dem Schaftfräser mit einem Außendurchmesser von Ø10 mm und einer superhitzebeständigen Legierung Inconel
718 (einer Nickellegierung) als Werkstoff durchgeführt. Zu den Verarbeitungsmethoden, die für den Test angewendet werden, gehören das Nutfräsen, bei dem Schlitze unter Verwendung der Seiten- und Bodenschneiden bearbeitet werden, und das Seitenschneiden, bei dem eine Umfangsfläche eines Werkstücks unter Verwendung der Seitenschneiden bearbeitet wird, und bei dem ein Schneidöl zum Kühlen beim Nutfräsen und Seitenschneiden verwendet wurde. Die einzelnen Schnittbedingungen sind in der folgenden Tabelle 1 dargestellt.
[Tabelle 1]
| Schnittbedingung | Nutfräsen | Drehzahl | 796 |
| Vorschub | 96 |
| Ae | 1.0 x D |
| Ap | 0.6 x D |
| Schnittbedingung | Seitenschnitt | Drehzahl | 1019 |
| Vorschub | 130 |
| Ae | 0.30 x D |
| Ap | 0.80 x D |
| Typ des Werkzeughalters | Fräsfutter, BT 50 |
| Arbeitsmaterial | Inconel [Inconel 718 HRc 39] |
| Kühlmethode | Nassschnitt (wasserlöslich) 9% |
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In Tabelle 1 bezieht sich Ae auf eine radiale Tiefe, Ap auf eine axiale Tiefe und D auf einen Außendurchmesser des Schaftfräsers. Dementsprechend wird in diesem Test die superhitzebeständige Legierung Inconel 718 durch den Schaftfräser mit einem Außendurchmesser von 10 mm bearbeitet, wobei die superhitzebeständige Legierung eine radiale Tiefe von 3 mm und eine axiale Tiefe von 8 mm, die durch den Seitenschnitt bearbeitet werden, und eine radiale Tiefe von 10 mm und eine axiale Tiefe von 6 mm aufweist, die durch das Nutfräsen bearbeitet werden.
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4 zeigt (a) Bilder von Schneidkanten des Schaftfräsers gemäß der vorliegenden Erfindung und des vor dem Test aufgenommenen Vergleichsfräsers, (b) Bilder von den Schneidkanten der Schaftfräser, die aufgenommen wurden, nachdem eine Schnittlänge von 1,6 m durch das Seitenschneiden ausgebildet wurde, (c) Bilder von deren Schneidkanten, die aufgenommen wurden, nachdem eine Schnittlänge von 4,8 m durch das Seitenschneiden ausgebildet wurde, und (d) Bilder von deren Schneidkanten, die aufgenommen wurden, nachdem eine Schnittlänge von 6,4 m durch Seitenschneiden ausgebildet wurde.
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5 zeigt (a) Bilder von Schneidkanten des Schaftfräsers gemäß der vorliegenden Erfindung und des vor dem Test aufgenommenen Vergleichsfräsers, (b) Bilder von den Schneidkanten der Schaftfräser, die aufgenommen wurden, nachdem eine Schnittlänge von 0,8 m durch das Nutfräsen ausbildet wurde, (c) Bilder von deren Schneidkanten, die aufgenommen wurden, nachdem eine Schnittlänge von 2,4 m durch das Nutfräsen ausgebildet wurde, und (d) Bilder von deren Schneidkanten, die aufgenommen wurden, nachdem eine Schnittlänge von 4 m durch das Nutfräsen ausgebildet wurde.
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Unter Bezugnahme auf die 4 und 5 ist bei der Verarbeitung desselben Werkstücks im gleichen Prozesszustand die Schneidkante des Schaftfräsers gemäß der vorliegenden Erfindung wesentlich weniger beschädigt als die Schneidkante des Vergleichsfräsers mit der exzentrischen Freifläche.
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Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Veranschaulichung beschrieben wurde, wird ein Fachmann verstehen, dass verschiedene Modifikationen, Ergänzungen und Ersetzungen möglich sind, ohne vom Umfang und Geist der Erfindung abzuweichen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen offenbart sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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