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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schneidwerkzeugs mit einer Schneidkante, die zumindest abschnittsweise durch eine Stirnfläche und eine Spannut gebildet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Schneidwerkzeug hergestellt nach einem solchen Verfahren.
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Schneidwerkzeuge, insbesondere Schneidwerkzeuge zur spanenden Bearbeitung, wie Bohrer, sowie Verfahren zu deren Herstellung sind bekannt.
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Ferner ist es bekannt, Schneidwerkzeuge mit verrundeten Schneidkanten herzustellen. Schneidkanten mit einer Schneidkantenverrundung haben den Vorteil, dass die Schneidkante besser gegen Ausbruch geschützt ist, wodurch sich die Standzeit des Schneidwerkzeugs erhöht. Hierzu werden die Schneidkanten in einem abschließenden Bearbeitungsschritt üblicherweise mittels Sandstrahlen oder Bürsten bearbeitet, um eine entsprechende Schneidkantenverrundung zu erzeugen. Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass durch sie die Oberflächengüte der an die Schneidkante angrenzenden Bereiche des Schneidwerkzeugs beeinträchtigt wird. Ferner ist ein zusätzlicher Verfahrensschritt für die Schneidkantenverrundung erforderlich, wodurch der Herstellungsprozess einen größeren Aufwand erfordert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Schneidwerkzeugs mit einer Schneidkantenverrundung bereitzustellen, das besonders effizient ist und zu einer verbesserten Oberflächengüte des Schneidwerkzeugs führt. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein Schneidwerkzeug bereitzustellen, das mittels eines solchen Verfahren hergestellt wurde.
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Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zur Herstellung eines Schneidwerkzeugs mit einer Schneidkante, die zumindest abschnittsweise durch eine Stirnfläche und eine Spannut gebildet ist, mit der folgenden Schrittabfolge vorgesehen:
- a) Bearbeiten der Stirnfläche durch Schleifen, und
- b) Polierschleifen der Spannut mittels eines Nutpolierschliffs.
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Der Nutpolierschliff wird hierbei mittels einer Polierscheibe durchgeführt, wobei die Polierscheibe beim Schleifen derart geführt wird, dass die Polierscheibe über die Schneidkante bewegt wird und zumindest abschnittsweise eine finale Kantenverrundung an der Schneidkante erzeugt. Indem die Polierscheibe beim Polieren der Spannut über die Schneidkante hinaus geführt wird, ragt zumindest ein an die Schneidkante angrenzender Abschnitt der Polierscheibe entgegengesetzt zur Spannut über die Schneidkante hinaus, wodurch die Schneidkante beim Polierschleifen der Spannut von der Polierscheibe mit bearbeitet wird. Auf diese Weise kann das Schneidwerkzeug sehr effizient hergestellt werden, da das Erzeugen der Kantenverrundung an der Schneidkante in einem Bearbeitungsschritt mit dem Polieren der Spannut erfolgt. Ferner ist die Schneidkantenverrundung durch diesen Verfahrensschritt in dem entsprechenden Abschnitt abgeschlossen, d.h. final, sodass für die Kantenverrundung an diesem Abschnitt der Schneidkante keine weitergehenden Bearbeitungsschritte erforderlich sind. Hierdurch behalten die an die Schneidkante angrenzenden Bereiche, die hier durch die Stirnfläche und die Spannut gebildet werden, ihre hohe Oberflächengüte, die durch das Schleifen der Stirnfläche und das Polierschleifen der Spannut entsprechend erzeugt wurde.
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In einer Ausführungsform kann der Abschnitt der Schneidkante, der durch die Stirnfläche und die Spannut gebildet ist, eine Hauptschneidkante des Schneidwerkzeugs bilden. Die Hauptschneidkanten eines Schneidwerkzeugs sind üblicherweise der größten Belastung ausgesetzt und unterliegen dem höchsten Verschleiß. Daher ist eine hohe Oberflächengüte sowie eine hochwertige Kantenverrundung, wie sie mit dem zuvor genannten Herstellungsverfahren bereitgestellt werden, für diese Schneidkanten besonders vorteilhaft und können zu einer längeren Standzeit sowie einer höheren Güte des Schneidwerkzeugs führen.
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In einer weiteren Ausführungsform hat das Schneidwerkzeug eine Ausspitzung, die insbesondere an die Spannut und/oder an die Stirnfläche angrenzt. Die Ausspitzung wird hierbei vor Schritt b) durch Schleifen bearbeitet, d.h., bevor das Polierschleifen der Spannut erfolgt und damit bevor die Schneidkantenverrundung erzeugt wird. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass beim Schleifen der Ausspitzung die Güte der Schneidkantenverrundung nicht beeinträchtigt wird.
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Ferner kann ein Abschnitt der Schneidkante durch die Stirnfläche und die Ausspitzung gebildet sein. Hierdurch kann, abhängig von der Geometrie der Polierscheibe sowie der Schneidkante, der Abschnitt der Schneidkante, der durch die Stirnfläche und die Ausspitzung gebildet ist, zumindest abschnittsweise zusammen mit dem Abschnitt der Schneidkante, der durch die Stirnfläche und die Spannut gebildet ist, beim Polierschleifen der Spannut in Schritt b) verrundet werden, insbesondere wenn die beiden entsprechenden Abschnitte aneinander angrenzen. Somit kann die Effizienz des Herstellungsverfahrens sowie die Güte der Schneidkante und des Schneidwerkzeugs weiter erhöht werden.
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Vorzugsweise hat die Kantenverrundung der Schneidkante einen k-Faktor von größer 1. Hierdurch ist die Schneidkante geschützt und gleichzeitig besonders schnittfreudig, d.h. die benötigte Schnittkraft für den Zerspanungsprozess ist besonders gering.
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Besonders bevorzugt ist hierbei, wenn die Kantenverrundung einen k-Faktor zwischen 1,5 und 3, insbesondere zwischen 1,9 und 2,1 aufweist, da das Verhältnis von Standzeit zu Schnittfreudigkeit in diesen Bereichen besonders vorteilhaft ist.
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Gemäß einer Ausführungsform wird die Polierscheibe entlang der Spannut und über die Schneidkante hinaus bewegt. Diese Verfahrrichtung der Polierscheibe beim Polierschleifen der Spannut führt zu einer Kantenverrundung mit besonders hoher Güte.
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Das Schneidwerkzeug kann ein Bohrer, insbesondere ein Spiralbohrer sein.
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Erfindungsgemäß ist zur Lösung der oben genannten Aufgabe auch ein Schneidwerkzeug vorgesehen, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde und somit die entsprechenden zuvor genannten Vorteile aufweist.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
- - 1 in einer schematischen Darstellung eine Spitze eines erfindungsgemäß hergestellten Schneidwerkzeugs, das eine Schneidkante mit einer Kantenverrundung hat, und
- - 2 in einer Schnittansicht die Schneidkante mit der Kantenverrundung aus 1.
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In 1 ist ein Schneidwerkzeug 10 mit einer Spannut 12, einer Stirnfläche 14, einer Ausspitzung 16 und einer Schneidkante 18 gezeigt.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Schneidwerkzeug 10 ein Spiralbohrer mit einer Bohrerspitze 20, wobei in 1 lediglich der Abschnitt des Spiralbohrers mit der Bohrerspitze 20 gezeigt ist.
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Das Schneidwerkzeug 10 erstreckt sich entlang einer Längsachse R, welche zugleich eine Rotationsachse definiert, um die das Schneidwerkzeug 10 während des Betriebs rotiert. Die Umfangsrichtung U ist hierbei die für die Zerspanung mittels der Schneidkante 18 vorgesehene Drehrichtung des Schneidwerkzeugs 10.
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Das Schneidwerkzeug 10 ist um die Längsachse R drehsymmetrisch mit einem Winkel von 180° gestaltet, d.h., das Schneidwerkzeug 10 hat jeweils zwei Spannuten 12, Stirnflächen 14, Ausspitzungen 16 sowie Schneidkanten 18.
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Aufgrund des symmetrischen Aufbaus wird im Folgenden das Schneidwerkzeug 10 beispielhaft anhand einer der Schneidkanten 18 erläutert, wobei diese Erläuterungen analog für alle Schneidkanten 18 sowie für alle entsprechenden Merkmale gelten.
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Die Schneidkante 18 hat einen achsfernen Schneidkantenabschnitt 22 und einen achsnahen Schneidkantenabschnitt 24, die ineinander übergehen.
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Der achsferne Schneidkantenabschnitt 22 ist durch die Stirnfläche 14 und die Spannut 12 gebildet, wobei die Stirnfläche 14 die Freifläche und die Spannut 12 die Spanfläche in diesem Abschnitt der Schneidkante 18 bilden.
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Der achsnahe Schneidkantenabschnitt 24 ist durch die Stirnfläche 14 und die Ausspitzung 16 gebildet, wobei die Stirnfläche 14 die Freifläche und die Ausspitzung 16 die Spanfläche in diesem Abschnitt der Schneidkante 18 bilden.
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In einer alternativen Ausführungsform, insbesondere in der keine entsprechende Ausspitzung 16 vorgesehen ist, kann die Schneidkante 18 vollständig oder zumindest abschnittsweise durch die Stirnfläche 14 und die Spannut 12 gebildet sein, wobei die Stirnfläche 14 die Freifläche und die Spannut 12 die Spanfläche der Schneidkante 18 bilden.
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Die Schneidkante 18 ist eine Hauptschneidkante des Schneidwerkzeugs 10.
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Die Schneidkante 18 hat eine Kantenverrundung 26 (siehe 2) mit einem k-Faktor von 2,0.
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In 2 ist ein Schnitt durch die achsferne Schneidkante 22 in der Ebene I - I (siehe 1) gezeigt, wobei das Profil der Schneidkante 18, 22 in einem Zustand ohne Kantenverrundung 26 strichliniert dargestellt ist.
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Der k-Faktor ist definiert durch k = S/F. Hierbei ist S die Strecke der Verlängerungsgeraden 25 des verrundeten Abschnitts der Spanfläche und F die Strecke der Verlängerungsgeraden 27 des verrundeten Abschnitts der Freifläche, die sich jeweils von der entsprechenden Fläche, d.h. der Spanfläche bzw. der Freifläche, zur theoretischen Schneidkante 23 ohne Kantenverrundung erstrecken. Die theoretische Schneidkante 23 ohne Kantenverrundung wird durch den Schnittpunkt der strichliniert dargestellten Verlängerungsgeraden 25, 27 gebildet, die den Verlauf der Spanfläche bzw. der Freifläche ohne Kantenverrundung 26 abbilden.
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Bei einem k-Faktor, der ungleich 1 ist, ist die Kantenverrundung 26 asymmetrisch und weist im Profil einen Verlauf auf, der dem Abschnitt einer Ellipse entspricht.
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Daher kann der k-Faktor alternativ durch das Verhältnis der Hauptachsenlänge zur Nebenachsenlänge der entsprechenden Ellipse definiert sein.
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In der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich die Kantenverrundung 26 mit einem konstanten k-Faktor über die gesamte Schneidkante 18.
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In einer alternativen Ausführungsform kann die Schneidkante 18 lediglich abschnittsweise eine Kantenverrundung 26 aufweisen, insbesondere im achsfernen Schneidkantenabschnitt 22.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Kantenverrundung 26 einen k-Faktor haben, der über den Verlauf der Schneidkante 18 variiert, d.h., die Schneidkante 18 hat mehrere Abschnitte, die eine Kantenverrundung 26 mit unterschiedlichen k-Faktoren aufweisen.
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Vorzugsweise hat der k-Faktor der Kantenverrundung 26 zumindest abschnittsweise, insbesondere im achsfernen Schneidkantenabschnitt 22, einen Wert größer als 1.
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Weiter bevorzugt hat der k-Faktor der Kantenverrundung 26 zumindest abschnittsweise, insbesondere im achsfernen Schneidkantenabschnitt 22, einen Wert zwischen 1,5 und 3, insbesondere zwischen 1,9 und 2,1.
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Grundsätzlich kann das Schneidwerkzeug 10 in einer alternativen Ausführungsform ein beliebiges Schneidwerkzeug 10 mit zumindest einer Spannut 12 und einer Stirnfläche 14, die eine Schneidkante 18 bilden, sein. Insbesondere kann das Schneidwerkzeug 10 ein beliebiger Bohrer sein.
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Zusätzlich oder alternativ kann das Schneidwerkzeug 10 einteilig oder mehrteilig gestaltet sein und beispielsweise aus einem Grundkörper und einem Bohrkopf bestehen, der am Grundkörper auswechselbar befestigt ist. Ferner kann das Schneidwerkzeug 10 eine beliebige Drehgeometrie besitzen.
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Nachfolgend ist ein Verfahren beschrieben, mittels dem das Schneidwerkzeug 10 hergestellt werden kann.
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Zuerst wird ein Rohling des Schneidwerkzeugs 10, insbesondere mittels eines Sinterprozesses, hergestellt, der im Anschluss mittels spannender Bearbeitung weiterbearbeitet wird.
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Hierbei werden die Stirnfläche 14 sowie die Ausspitzung 16 gleichzeitig oder in einer beliebigen Reihenfolge geschliffen, insbesondere mittels einer Schleifscheibe.
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In einem nachfolgenden Schritt wird die Spannut 12 mittels eines Nutpolierschliffs geschliffen und poliert. Dieser Nutpolierschliff erfolgt mittels einer Polierscheibe (nicht dargestellt), die entlang der Längsachse R sowie entlang der Spannut 12 materialabtragend, d.h. in Kontakt mit dem Schneidwerkzeug 10, verfahren wird.
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Hierbei wird die Polierscheibe über die achsferne Schneidkante 22 hinaus bewegt, sodass die Polierscheibe sowohl in Kontakt mit der achsfernen Schneidkante 22 ist, als auch abschnittsweise über die achsferne Schneidkante 22 entgegengesetzt zur Spannut 12 hinausragt. Hierdurch rutscht die Polierscheibe zumindest abschnittsweise über die Schneidkante 18, wodurch die Kantenverrundung 26 im entsprechenden Abschnitt der Schneidkante 18 erzeugt wird.
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Dieser Abschnitt der Schneidkante 18, der auf diese Weise durch den Polierschliff der Spannut 12 verrundet wurde, weist zumindest abschnittsweise eine finale Kantenverrundung 26 auf. D.h., die Kantenverrundung 26 weist in diesem Abschnitt den gewünschten bzw. vorbestimmten k-Faktor auf und muss insbesondere nicht nachbearbeitet werden.
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Abschnitte der Schneidkante 18, insbesondere des achsnahen Schneidkantenabschnitts 24, die keine Kantenverrundung 26 mit einem vorbestimmten k-Faktor aufweisen, können in einem optionalen Schritt vor und/oder nach dem Nutpolierschliff verrundet werden, beispielsweise mittels Bürsten oder Sandstrahlen.
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In einem weiteren optionalen Schritt kann das Schneidwerkzeug 10 im Anschluss an die spannende Bearbeitung beschichtet werden, beispielsweise mit einer PVD Beschichtung zur Erhöhung des Verschleißwiderstands.
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Vorzugsweise wird für den Nutpolierschliff eine Polierscheibe mit einer elastischen Schleifoberfläche verwendet, die sich beim Schleifvorgang in einer Richtung Z (siehe 2) quer zur Spannut 12 über die Schneidkante 18 hinaus erstreckt und somit den an die Stirnfläche 14 angrenzenden Abschnitt 28 der Kantenverrundung 26 erzeugt.
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Der Vorteil dieses Herstellungsverfahrens ist, dass die Kantenverrundung 26 in einem Schritt mit dem Polierschleifen der Spannut 12 gebildet wird, wodurch das Schneidwerkzeug 10 besonders effizient und kostengünstig herstellbar ist.
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Ferner weist das Schneidwerkzeug 10 eine verbesserte Oberflächengüte auf, da die Kantenverrundung 26 zumindest abschnittsweise ohne zusätzliche Verfahrensschritte erzeugt wird, die sich andernfalls nachteilig auf die Oberflächengüte auswirken könnten.
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Die Erfindung ist nicht auf die gezeigte Ausführungsform beschränkt. Insbesondere können einzelne Merkmale einer Ausführungsform unabhängig von den anderen Merkmalen der entsprechenden Ausführungsform in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform enthalten sein, d.h. die beschriebenen Merkmale sind beliebig kombinierbar.
