DE102019122444A1

DE102019122444A1 - Hochglanzpolierverfahren und Hochglanzpolierwerkzeug

Info

Publication number: DE102019122444A1
Application number: DE102019122444.6A
Authority: DE
Inventors: Daisuke UENISHI
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-08-29
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2020-03-05
Also published as: KR20200026073A; JP6849636B2; KR102470286B1; US11059110B2; JP2020032485A; US20200070255A1; CN110871343B; CN110871343A

Abstract

Ein Hochglanzpolierverfahren zum Hochglanzpolieren eines Werkstücks (10) umfasst einen Schritt zur Durchführung eines ersten Bearbeitungsvorgangs mit einem ersten Werkzeug (14), das einen zylindrischen Abschnitt (22) aus polykristallinem Diamant oder kubischem Bornitrid an der Spitze seines Schaftes (21) und außerdem eine Schneidkante (26) aufweist, die durch Ausbilden einer linearen Nut (24) an dem zylindrischen Abschnitt (22) gebildet wird, und einen Schritt zum Durchführen eines zweiten Bearbeitungsvorgangs mit einem zweiten Werkzeug (16), das einen zylindrischen Abschnitt (28) aus polykristallinem Diamant oder kubischem Bornitrid an der Spitze seines Schaftes (27) und keine Schneidkante an dem zylindrischen Abschnitt (28) aufweist, nachdem der erste Bearbeitungsvorgang durchgeführt wurde.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Hochglanzpolierverfahren und auf ein Hochglanzpolierwerkzeug zum Hochglanzpolieren (Hochglanzfinishbearbeitung) eines Werkstücks.
Beschreibung des Standes der Technik
Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2018-008323 beschreibt eine Konfiguration, bei der ein zu schneidendes Objekt mit einem Schaftfräser bearbeitet wird, der aus Hartmetall oder dergleichen hergestellt ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Beim Hochglanzpolieren eines Werkstücks wird die Endbearbeitung (Finish) durch ein Hochglanzpolierwerkzeug durchgeführt, das aus polykristallinem Diamant oder kubischem Bornitrid hergestellt ist. Wenn ein Werkstück aus Edelstahl oder dergleichen durch einen Schaftfräser aus Hartmetall aufgeraut wird, wie bei der Technologie der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2018-008323, kommt es zu Absplitterungen an dem Schneidwerkzeug des Schaftfräsers und Streifen oder Kerben können an der bearbeiteten Oberfläche ausgebildet werden. Auch wenn ein Hochglanzpolierwerkzeug zur Endbearbeitung eines solchen Werkstücks mit Streifen oder Kerben auf der bearbeiteten Oberfläche verwendet wird, besteht das Problem, dass eine hochglanzpolierte Oberfläche nicht stabil erreichbar ist.
Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der oben genannten Probleme gemacht, und es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hochglanzpolierverfahren und ein Hochglanzpolierwerkzeug vorzuschlagen, mit denen eine hochglanzpolierte Oberfläche stabil erreichbar ist.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Hochglanzpolierverfahren zum Hochglanzpolieren eines Werkstücks einen Schritt zur Durchführung eines ersten Bearbeitungsvorgangs mit einem ersten Werkzeug, das einen zylindrischen Abschnitt aus polykristallinem Diamant oder kubischem Bornitrid an der Spitze seines Schafts aufweist und das außerdem eine Schneidkante aufweist, die durch Ausbilden einer linearen Nut an dem zylindrischen Abschnitt gebildet wird, sowie einen Schritt, bei dem nach dem ersten Bearbeitungsvorgang ein zweiter Bearbeitungsvorgang mit einem zweiten Werkzeug durchgeführt wird, das einen zylindrischen Abschnitt aus polykristallinem Diamant oder kubischem Bornitrid an der Spitze seines Schaftes und keine Schneidkante an dem zylindrischen Abschnitt aufweist.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einem Hochglanzpolierwerkzeug zum Hochglanzpolieren eines Werkstücks mit einem zylindrischen Abschnitt aus polykristallinem Diamant oder kubischem Bornitrid an der Spitze seines Schaftabschnitts, und einer Schneidkante, die durch Ausbilden einer linearen Nut an dem zylindrischen Abschnitt gebildet wird.
Mit der vorliegenden Erfindung kann eine hochglanzpolierte Oberfläche stabil erreicht werden.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielhaft dargestellt ist.
Figurenliste

1A ist eine Ansicht, die einen Aufrauprozess zeigt,
1B ist eine Ansicht, die einen Vorpolierprozess zeigt, und
1C ist eine Ansicht, die einen Polierprozess zeigt;
2 ist eine perspektivische Ansicht eines geschlitzten PCD-Werkzeugs;
3 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht eines geschlitzten PCD-Werkstücks aus Sicht von der Seite des Körpers;
4 ist eine Ansicht, die ein CBN-Werkzeug zeigt;
5A ist eine vergrößerte Ansicht einer Schneidkante eines Hartmetallwerkzeugs, und 5B ist eine vergrößerte Ansicht einer Schneidkante eines CBN-Werkzeugs;
6 ist eine Tabelle, die die Merkmale eins Hartmetallwerkzeugs, eines CBN-Werkzeugs und eines geschlitzten PCD-Werkzeugs zusammenfasst; und
7 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Modifikation eines geschlitzten PCD-Werkzeugs zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
[Erste Ausführungsform]
[Hochglanzpolierverfahren]
Die 1A, 1 B und 1C sind Diagramme zur Erläuterung eines Hochglanzpolierverfahrens. 1A zeigt einen Aufrauprozess, 1B zeigt einen Vorpolierprozess und 1C zeigt einen Polierprozess. Diese Ausführungsform verwendet eine Fräsmaschine oder ein Bearbeitungszentrum zur Durchführung einer dreistufigen Bearbeitung eines Werkstücks 10 aus einem schwer zu bearbeitenden Material, wie Edelstahl, und dadurch zum Erreichen einer hochglanzpolierten Oberfläche des Werkstücks 10: (1) Aufrauen mit einem Hartmetallwerkzeug (Sinterkarbidwerkzeug) 12, (2) Vorpolieren mit einem geschlitzten PCD-Werkzeug 14 (d.h. einem PCD-Werkzeug mit Schlitzen) und (3) Polieren (Finish) mit einem PCD-Werkzeug 16.
Das Hartmetallwerkzeug 12 ist ein Schaftfräser mit einem Körper (zylindrischer Abschnitt) 18, der aus Hartmetall (Sinterkarbid) an der Spitze eines Schaftes 17 ausgebildet ist. Das Hartmetallwerkzeug 12 ist ein üblicher Schaftfräser, wobei der Körper 18 vier Schneidkanten 20 aufweist. Die Zahl der Schneidkanten 20 ist nicht auf vier beschränkt und kann auch zwei, vier oder mehr sein.
Das geschlitzte PCD-Werkzeug 14 ist ein Schaftfräser mit einem Körper (zylindrischer Abschnitt) 22, der zylindrisch aus polykristallinem Diamant (PCD) an der Spitze eines Schaftes 21 geformt ist. Vier lineare Nuten (Schlitze) 24, die sich parallel in der axialen Richtung erstrecken, sind an der Seitenfläche des Körpers 22 ausgebildet. Die Nuten 24 weisen jeweils eine Schneidkante 26 auf. Die Zahl der Nuten 24 ist nicht auf vier beschränkt und kann auch zwei oder vier oder mehr betragen. Der Körper 22 kann anstatt aus polykristallinem Diamant auch aus kubischem Bornitrid (CBN) hergestellt werden.
Das PCD-Werkzeug 16 ist ein Schaftfräser mit einem Körper (zylindrischer Abschnitt) 28, der zylindrisch aus polykristallinem Diamant (PCD) an der Spitze eines Schaftes 27 geformt ist. Anders als der Körper 22 des geschlitzten PCD-Werkzeugs 14 weist der Körper 28 des PCD-Werkzeugs 16 keinerlei Nuten auf und hat somit keine Schneidkanten. Der Körper 28 kann aus kubischem Bornitrid anstatt aus polykristallinem Diamant hergestellt werden.
[Aufbau des geschlitzten PCD-Werkzeugs]
2 ist eine perspektivische Ansicht des geschlitzten PCD-Werkzeugs 14. Wie oben beschrieben wurde, sind vier Nuten 24, die sich parallel zueinander in der axialen Richtung erstrecken, an der Seitenfläche des Körpers 22 des geschlitzten PCD-Werkzeugs 14 ausgebildet. Die Seitenfläche des zylindrisch geformten Körpers 22, der aus polykristallinem Diamant oder kubischem Bornitrid hergestellt ist, wird einer Laserbearbeitung oder einer Funkenerosion unterworfen, um dadurch die Nuten 24 auszubilden.
3 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des geschlitzten PCD-Werkzeugs 14 aus Sicht von der Seite des Körpers 22. In dem geschlitzten Werkzeug 24 wird eine in 3 mit A bezeichnete Fläche als eine Schneidkante 26 betrachtet. Die Schneidkante 26 hat eine Spanfläche 30, eine runde Fläche 32 und eine Flankenfläche 34. Der Spanwinkel Θ1r der Spanfläche 30 der Schneidkante 26 ist negativ. Der Spanwinkel Θ1r der Spanfläche 30 und der Freiwinkel (oder Entlastungswinkel) Θ1c der Flankenfläche 34 sind in Wesentlichen gleich. Außerdem wird das Verhältnis zwischen der Breite der Nut 24 und der Randbreite (der Breite der runden Fläche 32) so spezifiziert, dass es etwa 1 bis 9 ist.
[Betriebs- und Wirkungsweise]
Der Vorpolierprozess, der mit dem Hartmetallwerkzeug 12, einem CBN-Werkzeug 36 und dem geschlitzten PCD-Werkzeug 14 durchgeführt wird, wird verglichen.
4 ist eine Ansicht, die das CBN-Werkzeug 36 zeigt. Das CBN-Werkzeug 36 ist ein Schaftfräser, der im Wesentlichen die gleiche Form hat wie das Hartmetallwerkzeug 12. Der Körper 18 des Hartmetallwerkzeugs 12 besteht aus Hartmetall, während der Körper 38 des CBN-Werkzeugs 36 aus kubischem Bornitrid (CBN) hergestellt ist, das härter ist als Hartmetall.
5A ist eine vergrößerte Ansicht der Schneidkante 20 des Hartmetallwerkzeugs 12, und 5B ist eine vergrößerte Ansicht einer Schneidkante 40 des CBN-Werkzeugs 36. Da das Hartmetall eine relativ hohe Zähigkeit hat, wird der Spanwinkel Θ2r der Schneidkante 20 des Hartmetallwerkzeugs 12 positiv ausgebildet. Da andererseits das kubische Bornitrid eine niedrige Zähigkeit hat, wird der Spanwinkel Θ3r der Schneidkante 40 des CBN-Werkzeugs 36 negativ ausgebildet.
6 ist eine Tabelle, die die Merkmale des Hartmetallwerkzeugs 12, des CBN-Werkzeugs 36 und des geschlitzten PCD-Werkzeugs 14 zusammenfasst.
Wenn das Werkstück 10 aus einem schwer zu bearbeitenden Material, wie Edelstahl, hergestellt ist, ist die Standzeit des Hartmetallwerkzeugs 12 gering und die kontinuierliche Bearbeitungszeit wird dementsprechend verkürzt. Außerdem splittert die Schneidkante 20 des Hartmetallwerkzeugs 12 leicht ab, und sobald Absplitterungen auftreten, wird die Qualität der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks 10 verschlechtert. Wenn die Qualität der bearbeiteten Oberfläche bei dem Vorpolierprozess niedrig ist, kann das Werkstück 10 nicht mit einer hochglanzpolierten Oberfläche endbearbeitet werden, auch wenn die Endbearbeitung (Polieren) mit Hilfe des PCD-Werkzeugs 16 durchgeführt wird. Daher kann eine hochglanzpolierte Oberfläche nicht stabil erreicht werden.
Wenn ein Vorpolierprozess unter Verwendung des CBN-Werkzeugs 36 durchgeführt wird, ist die Standzeit des CBN-Werkzeugs 36 länger als die des Hartmetallwerkzeugs 12 und die kontinuierliche Bearbeitungszeit kann verlängert werden, weil kubisches Bornitrid eine höhere Härte hat als Hartmetall. Auch bei dem CBN-Werkzeug 36 kann aber ein Absplittern der Schneidkante 50 nicht vermieden werden, und sobald ein Absplittern auftritt, wird die Qualität der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks 10 verschlechtert. Außerdem kann bei dem CBN-Werkzeug 36 die Schnitttiefe als ein Wert eingestellt werden, der lediglich von wenigen µm zu wenigen 10 µm reicht, so dass das Management der Schnitttiefe schwierig ist.
Wenn ein Vorpolierprozess wie bei der vorliegenden Ausführungsform mit Hilfe des PCD-Werkzeugs 14 durchgeführt wird, ist die Standzeit des geschlitzten PCD-Werkzeugs 14 länger als die des CBN-Werkzeugs 36 und die kontinuierliche Bearbeitungszeit kann weiter ausgedehnt werden, da polykristalliner Diamant eine höhere Härte hat als kubisches Bornitrid. Da außerdem die Randbreite groß ist, ist es möglich, Wärme, die an der Spanfläche 30 während der Bearbeitung erzeugt wird, zu der runden Fläche 36 zu dissipieren (abzuleiten), so dass es kaum zu Absplitterungen der Schneidkante 26 kommt. Dadurch wird die Qualität der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks 10 verbessert. Durch Durchführen eines Polierprozesses mit dem PCD-Werkzeug 16 nach dem Vorpolieren mit dem geschlitzten PCD-Werkzeug 14 ist es daher möglich, eine hochglanzpolierte Oberfläche des Werkstücks 10 stabil zu erreichen. Außerdem kann bei dem geschlitzten PCD-Werkzeug 14 die Schnitttiefe auf einen Wert bis zu einigen 100 µm eingestellt werden, so dass das Management der Schnitttiefe vereinfacht wird.
Die Oberflächenbehandlung des Körpers 18 des Hartmetallwerkzeugs 12 und des Körpers 38 des CBN-Werkzeugs 36 erfolgt durch Polieren. Dagegen erfolgt die Oberflächenbehandlung des Körpers 22 des geschlitzten PCD-Werkzeugs 14 durch Laserbearbeitung oder Funkenerosion. Dadurch lassen sich die Herstellkosten des geschlitzten PCD-Werkzeugs 14 verringern.
[Modifikation]
7 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Modifikation eines geschlitzten PCD-Werkzeugs 14 zeigt. Bei der ersten Ausführungsform sind die linearen Nuten 24, die sich parallel in der axialen Richtung erstrecken, an der Seitenfläche des Körpers 22 des geschlitzten PCD-Werkzeugs 14 ausgebildet. Das geschlitzte PCD-Werkzeug 14 der ersten Ausführungsform wird dazu verwendet, die Seitenfläche des Werkstücks 10 zu bearbeiten. Um die oberen und unteren Flächen des Werkstücks 10 zu bearbeiten, können auf der axialen Endfläche des Körpers 22 des geschlitzten PCD-Werkzeugs 14 lineare Nuten 42 ausgebildet sein, wie es in 7 gezeigt ist.
[Technische Ideen, die sich aus der Ausführungsform ergeben]
Technische Ideen, die sich aus der oben beschriebenen Ausführungsform ableiten lassen, werden nachfolgend beschrieben.
Ein Hochglanzpolierverfahren zum Hochglanzpolieren eines Werkstücks (10) umfasst einen Schritt zur Durchführung eines ersten Bearbeitungsvorgangs mit einem ersten Werkzeug (14), das einen zylindrischen Abschnitt (22) aus polykristallinem Diamant oder kubischem Bornitrid an der Spitze des Schaftes (21) und außerdem eine Schneidkante (26) aufweist, die durch eine lineare Nut (24) an dem zylindrischen Abschnitt gebildet wird, und einen Schritt zum Durchführen eines zweiten Bearbeitungsvorgangs mit einem zweiten Werkzeug (16), das einen zylindrischen Abschnitt (28) aus polykristallinem Diamant oder kubischem Bornitrid an der Spitze des Schaftes (24) und keine Schneidkante an dem zylindrischen Abschnitt aufweist, nachdem der erste Bearbeitungsvorgang durchgeführt wurde. Dieses Verfahren ermöglicht es, ein Hochglanzpolieren der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks stabil durchzuführen.
Das obige Hochglanzpolierverfahren umfasst außerdem vor dem ersten Bearbeitungsvorgang einen Schritt zur Durchführung eines dritten Bearbeitungsvorgangs mit einem dritten Werkzeug (12), das einen Körper (18) aus Hartmetall an der Spitze des Schaftes (17) und außerdem eine Schneidkante (20) an dem Körper aufweist. Auch nachdem mit dem dritten Werkzeug, das einen Körper aus Hartmetall aufweist, ein Aufrauen durchgeführt wurde, kann für die bearbeitete Oberfläche des Werkstücks stabil eine hochglanzpolierte Oberfläche erreicht werden.
Das Hochglanzpolierwerkzeug zum Hochglanzpolieren eines Werkstücks (10) umfasst einen zylindrischen Abschnitt (22) aus polykristallinem Diamant oder kubischem Bornitrid an der Spitze des Schaftes (21) und eine Schneidkante (26), die durch Ausbilden einer linearen Nut an dem zylindrischen Abschnitt gebildet wird. Mit dieser Gestaltung kann die Bearbeitungseffizienz bei der Halbfertigbearbeitung verbessert werden.
Das Hochglanzpolierwerkzeug ist so ausgestaltet, dass der Spanwinkel (Θ1r) der Schneidkante und der Freiwinkel (Θ1c) im Wesentlichen gleich sind. Diese Konfiguration ermöglicht es, den Körper des ersten Werkzeugs einfach durch Laserbearbeitung oder Funkenerosion zu bearbeiten.
Das Hochglanzpolierwerkzeug ist so ausgestaltet, dass das Verhältnis zwischen der Breite der Nut und der Randbreite der Schneidkante zwischen 1 und 9 liegt.
Diese Konfiguration ermöglicht es, Wärme, die an der Spanfläche während der Bearbeitung erzeugt wird, zu der runden Fläche zu dissipieren und dadurch ein Absplittern der Schneidkante zu vermeiden.
Bei dem Hochglanzpolierwerkzeug wird die Schneidkante durch Funkenerosion oder Laserbearbeitung veredelt. Hierdurch können die Herstellungskosten des ersten Werkzeugs verringert werden.

Claims

Ein Hochglanzpolierverfahren zum Hochglanzpolieren eines Werkstücks (10) mit: einem Schritt zur Durchführung eines ersten Bearbeitungsvorgangs mit einem ersten Werkzeug (14), wobei das erste Werkzeug einen zylindrischen Abschnitt (22) aus polykristallinem Diamant oder kubischem Bornitrid an der Spitze seines Schaftes (21) und außerdem eine Schneidkante (26) aufweist, die durch Ausbilden einer linearen Nut (24) an dem zylindrischen Abschnitt gebildet wird, und einem Schritt zum Durchführen eines zweiten Bearbeitungsvorgangs mit einem zweiten Werkzeug (16) nachdem der erste Bearbeitungsvorgang durchgeführt wurde, wobei das zweite Werkzeug einen zylindrischen Abschnitt (28) aus polykristallinem Diamant oder kubischem Bornitrid an der Spitze seines Schaftes (27) und keine Schneidkante an dem zylindrischen Abschnitt aufweist.
Das Hochglanzpolierverfahren nach Anspruch 1, außerdem mit einem Schritt zur Durchführung eines dritten Bearbeitungsvorgangs mit einem dritten Werkzeug vor dem ersten Bearbeitungsvorgang, wobei das dritte Werkzeug einen Körper (18) aus Hartmetall an der Spitze seines Schaftes und außerdem eine Schneidkante an dem Körper aufweist.
Ein Hochglanzpolierwerkzeug (14) zum Hochglanzpolieren eines Werkstücks (10) mit: einem zylindrischen Abschnitt (22) aus polykristallinem Diamant oder kubischem Bornitrid an der Spitze seines Schaftes (21), und einer Schneidkante (26), die durch Ausbilden einer linearen Nut (24) an dem zylindrischen Abschnitt gebildet wird.
Das Hochglanzpolierwerkzeug nach Anspruch 3, wobei ein Spanwinkel der Schneidkante und ihr Freiwinkel im Wesentlichen gleich sind.
Das Hochglanzpolierwerkzeug nach Anspruch 3 oder 4, wobei ein Verhältnis zwischen einer Breite der Nut und einer Randbreite der Schneidkante 1 bis 9 beträgt.
Das Hochglanzpolierwerkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Schneidkante durch Funkenerosion oder Laserbearbeitung endbearbeitet wird.