DE102020105235A1

DE102020105235A1 - Drehschneidwerkzeug mit innerem kühlmittelkanal

Info

Publication number: DE102020105235A1
Application number: DE102020105235.9A
Authority: DE
Inventors: Xiangdong D. Fang; Ruy Frota De Souza Filho; David J. Wills; Joe G. Slusarcyk; Manuel Wacinski
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2019-03-07
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2020-09-10
Anticipated expiration: 2040-02-28
Also published as: DE102020105235B8; US11110524B2; US20200282475A1; DE102020105235B4; CN111659933A

Abstract

[0004] Ein Drehschneidwerkzeug umfasst einen austauschbaren Schneideinsatz, einen Taschenabschnitt zur Aufnahme des Schneideinsatzes und einen Spannutenabschnitt mit mehreren schraubenlinienförmigen Nuten. Es ist ein innerer Kühlmittelkanal in dem Spannutenabschnitt gebildet und weist sowohl eine gewundene Geometrie als auch einen „durchsichtigen“ Mittelabschnitt auf. Der innere Kühlmittelkanal weist eine polygonale Querschnittsform mit einer Anzahl an Scheitelpunkten auf, die der Anzahl der Nuten entspricht. Der innere Kühlmittelkanal vergrößert den Kühlmitteldurchflussquerschnitt erheblich, während die Steifigkeit und Festigkeit des Schneidwerkzeugs aufrechterhalten wird. Ein Verfahren umfasst das Bilden des inneren Kühlmittelkanals durch additive Fertigung, sodass der innere Kühlmittelkanal einen „durchsichtigen“ Mittelabschnitt und eine gewundene Geometrie aufweist.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Einige Industriezweige, wie beispielsweise die Luft- und Raumfahrtindustrie, benötigen üblicherweise Drehschneidwerkzeuge mit kleinem Durchmesser, wie beispielsweise Bohrer und dergleichen. Die 31 bis 33 zeigen ein konventionelles Drehschneidwerkzeug 1000, wie beispielsweise einen Bohrer, zur Ausführung von Schneidvorgängen an einem Werkstück (nicht gezeigt), wenn das Schneidwerkzeug 1000 um eine zentrale Längsachse 1102 gedreht wird. Das Schneidewerkzeug 1000 weist ein erstes Ende 1104 und ein gegenüberliegendes zweites Ende 1106 auf. Das Schneidwerkzeug 1000 umfasst ferner einen Befestigungsabschnitt 1108, der am oder um das erste Ende 1104 herum angeordnet ist, um das Schneidwerkzeug 1000 in einem Spannfuttermechanismus einer Werkzeugmaschine (nicht gezeigt) zu befestigen, eine Schneidspitze 1110, die generell am zweiten Ende 1106 angeordnet ist, um in ein Werkstück (nicht gezeigt) einzugreifen und dieses zu schneiden, und einen Körperabschnitt 1112 von generell zylindrischer Form, der zwischen dem Befestigungsabschnitt 1108 und der Schneidspitze 1110 angeordnet ist. Die Schneidspitze 1110 ist generell aus einem Hartmetall 1114 oder einem PCD-Einsatz 1115 gebildet. Bevorzugt ist der Körperabschnitt 1112 aus einem Stahlmaterial gebildet.
Das Schneidewerkzeug 1000 umfasst ferner zwei Nuten 1118, die in dem Körperabschnitt 1112 vorgesehen sind. Jede Nut 1118 umfasst einen ersten Abschnitt (generell bei 1120 gezeigt) und einen Übergangsabschnitt (generell bei 1124 dargestellt), der zwischen dem dritten Abschnitt 1120 und dem ersten Abschnitt 1122 entsorgt ist. Der erste Abschnitt 1120 jeder Nut 1118 ist generell unter einem ersten Schrägungswinkel θ₁ relativ zur zentralen Längsachse 1102 angeordnet, der zweite Abschnitt 1122 jeder Nut 1118 ist unter einem zweiten Schrägungswinkel θ₂ relativ zur zentralen Längsachse 1102 angeordnet, und der Übergangsabschnitt 1124 jeder Nut 1118 ist unter einem dritten Schrägungswinkel θ₃ relativ zur zentralen Längsachse 1102 angeordnet. Bevorzugt befindet sich der erste Schrägungswinkel θ₁ bei oder ungefähr 30 Grad (+/-2 Grad), der zweite Schrägungswinkel θ₂ liegt im Bereich von ungefähr 15 Grad bis ungefähr 20 Grad und der Übergangsschrägungswinkel θ₃ befindet sich bei oder ungefähr 45 Grad (+/-2 Grad). In jedem Fall ist der dritte Schrägungswinkel θ₃ größer als der erste Schrägungswinkel θ₁, wobei die Zweckmäßigkeit einer solchen Beziehung nachstehend ausführlicher beschrieben wird.
Wie mit der verdeckten Linie in 31 dargestellt, umfasst das Schneidwerkzeug 1000 außerdem zwei Kühlmittelkanäle 130, die in dem generell zylindrischen Körper 1112 definiert sind. Jeder Kühlmittelkanal 1130 ist unter einem Schrägungswinkel, α₁ relativ zur zentralen Längsachse angeordnet. Vorzugsweise ist der Schrägungswinkel α₁ der Kühlmittelkanäle 1130 im gleichen Winkel oder ungefähr im gleichen Winkel wie der erste Schrägungswinkel θ₁ der Nuten 1118 angeordnet. Es ist leicht zu erkennen, dass eine solche Anordnung für jeden Kühlmittelkanal 1130 vorsieht, dass er generell parallel zum ersten Teil 1120 einer entsprechenden Nut 1118 verläuft.
Wie in 31 und 33 gezeigt, umfasst jeder Kühlmittelkanal 1130 eine Öffnung 1132, die generell in dem oder um den Übergangsbereich 1124 einer entsprechenden Nut 1118 angeordnet ist. Als Ergebnis der Differenz zwischen dem ersten Schrägungswinkel θ₁ des ersten Abschnitts 1120 jeder Nut (und dem Schrägungswinkel α₁ der Kühlmittelkanäle 1130) und dem Übergangswinkel θ₃ des Übergangsabschnitts 1124 bricht jeder Kühlmittelkanal 1130 aus dem Bohrerkörper 1112 generell in dem oder nahe dem Übergangsbereich 1124 aus, wodurch Kühlmittel an den Umfang (nicht nummeriert) und die Schneidspitze 1110 des Schneidwerkzeugs 1000 bereitgestellt wird, ohne dass eine EDM-Bearbeitung des Schneidwerkzeugs 1000 erforderlich ist.
Obwohl das Schneidwerkzeug 1000 in den meisten Anwendungen ausreichend Kühlmittel zur Verfügung stellt, besteht die allgemeine Schwierigkeit bei Schneidwerkzeugen mit kleinen Schneiddurchmessern, wie beispielsweise Bohrern und dergleichen, darin, ob ausreichend Kühlmittel (H₂O, CO₂, LN₂ und dergleichen) zur Verbesserung des Bearbeitungsprozesses zugeführt werden kann, insbesondere bei der Bearbeitung schwer zu schneidender Materialien wie Titan und dergleichen.
Bei Schneidwerkzeugen mit kleinerem Durchmesser und innerem Kühlmitteldurchgang besteht die Herausforderung in: (1) wie man einen inneren Kühlmittelkanal auslegt, der auf sehr begrenztem Raum ausreichend Kühlmittel zuführen kann, und (2) wie man das Schneidwerkzeug auf kostengünstige Weise herstellt. Bei der Herstellung des Schneidewerkzeugs mit kleinerem Durchmesser mittels 3D-Drucken besteht eine weitere Herausforderung darin, wie ein 3D-Druckrohling effektiv entstaubt werden kann, insbesondere die sehr kleine Querschnittsfläche und die gekrümmten (d. h. schraubenlinienförmigen) Kühlmittelkanäle.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Das Problem der Bereitstellung eines ausreichenden Kühlmittelflusses in einem Drehschneidwerkzeug mit kleinerem Durchmesser wird gelöst, indem ein innerer Kühlmittelkanal mit einer kontinuierlichen gewundenen oder schraubenlinienförmigen Geometrie mit einem „durchsichtigen“ Mittelabschnitt vorgesehen wird. Mit anderen Worten dreht sich der Kühlmittelkanal entlang der zentralen Längsachse und folgt der spiralförmigen oder gewundenen Geometrie der Nuten, wobei eine konstante Wanddicke zwischen dem Kühlmittelkanal und jeder Nut aufrechterhalten wird. Dadurch wird der Kühlmittelfluss durch das Schneidwerkzeug im Vergleich zu konventionellen Schneidwerkzeugen mit kreisförmigen Kühlmittelkanälen stark erhöht. Darüber hinaus vereinfacht der „durchsichtige“ Mittelabschnitt den Entstaubungsprozess des Rohlings erheblich, wenn der Kühlmittelkanal durch additive Laser-Fertigung (d. h. 3D-Druck) gebildet wird, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden.
In einem Aspekt umfasst ein Drehschneidwerkzeug einen Schneideinsatz; einen Werkzeugkörper, der einen Taschenabschnitt zum Halten des Schneideinsatzes umfasst, und einen Spannutenabschnitt mit mehreren schraubenlinienförmigen Spannuten; und einen ersten inneren Kühlmittelkanal, der in dem Spannutenabschnitt gebildet ist, wobei der erste innere Kühlmittelkanal eine gewundene Geometrie aufweist.
In einem anderen Aspekt umfasst ein Werkzeugkörper für ein Drehschneidwerkzeug einen Taschenabschnitt zum Halten des Schneideinsatzes und einen Spannutenabschnitt mit mehreren schraubenlinienförmigen Spannuten; und einen inneren Kühlmittelkanal, der in dem Spannutenabschnitt gebildet ist, wobei der innere Kühlmittelkanal einen „durchsichtigen“ Mittelabschnitt und eine gewundene Geometrie aufweist.
In einem weiteren Aspekt umfasst ein Verfahren zur Bereitstellung von Kühlmittel in einem Drehschneidwerkzeug das Bilden eines ersten inneren Kühlmittelkanals in einem Spannutenabschnitt, sodass der erste innere Kühlmittelkanal schraubenlinienförmig ist und einen „durchsichtigen“ Mittelabschnitt aufweist.
Figurenliste
Während verschiedene Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht sind, sollten die bestimmten gezeigten Ausführungsformen nicht derart ausgelegt werden, dass sie die Ansprüche begrenzen. Es wird antizipiert, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen ausgeführt werden können, ohne vom Umfang dieser Erfindung abzuweichen.

1 ist eine Seitenansicht eines Drehschneidwerkzeugs, wie beispielsweise einem modularen Bohrer mit zwei Nuten, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ist eine Querschnittsansicht des Schneidwerkzeugs von 1 entlang der Linie 2-2 von 1;
3 ist eine Querschnittsansicht des Schneidwerkzeugs von 1 entlang der Linie 3-3 von 1;
4 ist eine Querschnittsansicht des Schneidwerkzeugs von 1 entlang der Linie 4-4 von 1;
5 ist eine Querschnittsansicht des Schneidwerkzeugs von 1 entlang der Linie 5-5 von 1;
6 ist eine Querschnittsansicht des Schneidwerkzeugs von 1 entlang der Linie 6-6 von 1;
7 ist eine Seitenansicht einer Festkörperdarstellung des ersten Kühlmittelkanals, welche die gewundene Geometrie des ersten Kühlmittelkanals zeigt;
8 ist eine perspektivische Ansicht der Festkörperdarstellung des ersten Kühlmittelkanals von 7, welche die gewundene Geometrie des ersten Kühlmittelkanals zeigt;
9 ist eine Endansicht der Massivdarstellung des ersten Kühlmittelkanals von 7, welche die verdrillte Geometrie des ersten Kühlmittelkanals zeigt;
10 ist eine Seitenansicht einer Festkörperdarstellung eines einfachen Zylinders mit dem ersten Kühlmittelkanal, der durch Subtraktion der Festkörperdarstellung der 7 bis 9 gebildet wurde, und zeigt einen „durchsichtigen“ Mittelabschnitt des schraubenlinienförmigen ersten Kühlmittelkanals;
11 ist eine perspektivische Ansicht der Festkörperdarstellung des ersten Kühlmittelkanals von 10, die einen „durchsichtigen“ Mittelabschnitt des schraubenlinienförmigen ersten Kühlmittelkanals zeigt;
12 ist eine Endansicht der Festkörperdarstellung des ersten Kühlmittelkanals von 10, die den „durchsichtigen“ Mittelabschnitt des ersten Kühlmittelkanals zeigt;
13 ist eine Seitenansicht des Schneideinsatzes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
14 ist eine Unteransicht des Schneideinsatzes von 13;
15 ist eine Querschnittsansicht des Schneideinsatzes von 13 entlang der Linie 15-15 von 14;
16 ist eine Seitenansicht des Schneideinsatzes gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
17 ist eine Unteransicht des Schneideinsatzes von 16;
18 ist eine Querschnittsansicht des Schneideinsatzes von 16 entlang der Linie 18-18 von 17;
19 ist eine Seitenansicht eines Drehschneidwerkzeugs, wie beispielsweise eines modularen Bohrers mit drei Nuten, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
20 ist eine Querschnittsansicht des Schneidwerkzeugs von 19 entlang der Linie 20-20 von 19;
21 ist eine Querschnittsansicht des Schneidwerkzeugs von 19 entlang der Linie 21-21 von 19;
22 ist eine Querschnittsansicht des Schneidwerkzeugs von 19 entlang der Linie 22-22 von 19;
23 ist eine Querschnittsansicht des Schneidwerkzeugs von 19 entlang der Linie 23-23 von 19;
24 ist eine Querschnittsansicht des Schneidwerkzeugs von 19 entlang der Linie 24-24 von 19;
25 ist eine Seitenansicht einer Festkörperdarstellung des ersten Kühlmittelkanals, welche die schraubenlinienförmige Geometrie des ersten Kühlmittelkanals zeigt;
26 ist eine perspektivische Ansicht der Festkörperdarstellung des ersten Kühlmittelkanals von 25, welche die Spiralgeometrie des ersten Kühlmittelkanals zeigt;
27 ist eine Endansicht der Festkörperdarstellung des ersten Kühlmittelkanals von 25, welche die schraubenlinienförmige/gewundene Geometrie des ersten Kühlmittelkanals zeigt;
28 ist eine Seitenansicht einer Festkörperdarstellung eines einfachen Zylinders mit dem ersten Kühlmittelkanal, der durch Subtraktion der Festkörperdarstellung der 25-27 gebildet wurde, und zeigt einen „durchsichtigen“ Mittelabschnitt des schraubenlinienförmigen ersten Kühlmittelkanals;
29 ist eine perspektivische Ansicht der Festkörperdarstellung des ersten Kühlmittelkanals von 28, die einen „durchsichtigen“ Mittelabschnitt des schraubenlinienförmigen ersten Kühlmittelkanals zeigt;
30 ist eine Endansicht der Festkörperdarstellung des ersten Kühlmittelkanals von 28, die den „durchsichtigen“ Mittelabschnitt des ersten Kühlmittelkanals zeigt;
31 ist eine Seitenansicht eines konventionellen Drehschneidwerkzeugs;
32 ist eine Querschnittsansicht des konventionellen Schneidwerkzeugs von 31 entlang der Linie 32-32 von 31; und
33 ist eine Endansicht des konventionellen Schneidewerkzeugs von 31 nach unten auf die Längsachse des Schneidewerkzeugs in Richtung des zweiten Endes gesehen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend befinden sich Veranschaulichungen und Erklärungen für eine Version eines Schneidwerkzeugs, wie beispielsweise einem Orbitalbohrer und dergleichen, sowohl mit rechtsgängigen schraubenlinienförmigen oder spiralförmigen Nuten als auch mit linksgängigen schraubenlinienförmigen oder spiralförmigen Nuten zum Bearbeiten eines Werkstücks (nicht gezeigt), das aus mehreren Materialien hergestellt ist. Es versteht sich jedoch, dass das Schneidwerkzeug derart konfiguriert sein kann, dass es sich für jede spezifische Anwendung, wie beispielsweise Reiben, Stirnfräsen und dergleichen, eignet und nicht nur auf das Beispiel in den Veranschaulichungen beschränkt ist.
Die Beschreibung spezifischer Anwendungen hierin sollte keine Beschränkung des Umfangs und Ausmaßes des Gebrauchs des Schneidwerkzeugs sein.
Die hierin verwendeten Richtungsausdrücke, wie beispielsweise links, rechts, vorne, hinten, oben, unten und Ableitungen davon, beziehen sich auf die Ausrichtung der in den Zeichnungen gezeigten Elemente und schränken die Ansprüche nicht ein, es sei denn, es ist darin ausdrücklich angegeben. Identische Teile sind in allen Zeichnungen mit der gleichen Bezugsnummer versehen.
Die Annäherungssprache, wie sie hierin überall in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, kann angewendet werden, um irgendeine quantitative Darstellung zu modifizieren, die zulässig variieren könnte, ohne in einer Änderung der grundlegenden Funktion zu resultieren, auf die sie sich bezieht. Dementsprechend soll ein Wert, der durch einen Begriff oder Begriffe wie „ungefähr“, „annähernd“ und „im Wesentlichen“ modifiziert ist, nicht auf den exakten angegebenen Wert begrenzt werden. Zumindest bei einigen Fällen kann die Annäherungssprache der Präzision eines Instruments zum Messen des Werts entsprechen. Hier und in der gesamten Patentschrift und den Ansprüchen können Bereichsgrenzen kombiniert und/oder untereinander ausgetauscht werden und solche Bereiche werden identifiziert und umfassen alle Unterbereiche, die darin enthalten sind, es sei denn, dass Kontext oder Sprache es anderweitig angeben.
Im gesamten Text und den Ansprüchen soll der Gebrauch des Wortes „ungefähr“ in Bezug auf einen Wertebereich (z. B. „ungefähr 22 bis 35 Gew.-%“) sowohl die angegebenen hohen als auch niedrigen Werte modifizieren und reflektiert die Penumbra der Variation, die mit Messung, bedeutsamen Stellen und Austauschbarkeit verbunden ist, alles, wie es von einem Durchschnittsfachmann verstanden wird, den diese Erfindung betrifft.
Zum Zwecke dieser Patentschrift (außer in den Betriebsbeispielen) sollen, sofern nicht anders angegeben, alle Zahlen, die Quantitäten und Bereiche von Bestandteilen, Prozessbedingungen usw. ausdrücken, in allen Fällen als durch den Begriff „ungefähr“ modifiziert verstanden werden. Dementsprechend sind die in dieser Spezifikation und den beigefügten Ansprüchen angegebenen numerischen Parameter Annäherungen, die abhängig von den gewünschten Resultaten variieren können, die mit der vorliegenden Erfindung erlangt werden sollen. Zumindest, und nicht als ein Versuch, die Anwendung der Äquivalenzlehre auf den Umfang der Ansprüche zu begrenzen, sollte jeder numerische Parameter mindestens angesichts der Anzahl an angegebenen signifikanten Stellen und durch Anwenden gewöhnlicher Rundungstechniken ausgelegt werden. Wie in dieser Spezifikation und den angefügten Ansprüchen verwendet, sollen ferner die Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ die Pluralformen einschließen, soweit sie nicht ausdrücklich und eindeutig auf eine Form begrenzt sind.
Ungeachtet dessen, dass die numerischen Bereiche und Parameter, die den breiten Umfang der Erfindung darlegen, Annäherungen sind, werden die in den spezifischen Beispielen dargelegten numerischen Werte so präzise wie möglich berichtet. Jeder numerische Wert enthält jedoch grundsätzlich bestimmte Fehler, die sich zwangsläufig aus der Standardabweichung ergeben, die in den jeweiligen entsprechenden Testmessungen gefunden werden, einschließlich der in dem Messinstrument gefundenen. Es versteht sich außerdem, dass jeder hierin aufgeführte numerische Bereich alle darin zusammengefassten Unterbereiche umfassen soll. Ein Bereich von „1 bis 10“ soll beispielsweise alle Unterbereiche dazwischen einschließlich des aufgeführten Minimalwerts von 1 und des aufgeführten Maximalwerts von 10 umfassen, d. h., ein Bereich mit einem Minimalwert gleich oder größer als 1 und einem Maximalwert gleich oder kleiner als 10. Da die offenbarten numerischen Bereiche kontinuierlich sind, umfassen sie jeden Wert zwischen den Minimal- und Maximalwerten. Soweit es nicht ausdrücklich anders angegeben ist, sind die verschiedenen in dieser Anwendung spezifizierten numerischen Bereiche Annäherungen.
In der folgenden Patentschrift und den Ansprüchen wird auf eine Anzahl an Begriffen Bezug genommen, welche die folgenden Bedeutungen aufweisen.
Die Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ umfassen den Plural es sei denn, dass der Kontext eindeutig etwas anderes diktiert.
„Optional“ bedeutet, dass das anschließend beschriebene Ereignis oder der Umstand erfolgen kann oder auch nicht, und dass die Beschreibung Beispiele umfasst, bei denen das Ereignis erfolgt und Beispiele bei denen es nicht erfolgt.
Der Begriff „schraubenlinienförmig“, wie er hierin verwendet wird, ist als die Form einer Schraubenlinie oder Spirale betreffend oder diese aufweisend definiert. Eine „Schraubenlinie“ oder „Spirale“ ist als eine Kurve im dreidimensionalen Raum definiert, die durch eine gerade Linie gebildet ist, die auf einer Ebene gezeichnet wird, wenn diese Ebene um eine zylindrische Fläche jeglicher Art und insbesondere einen geraden Kreiszylinder als die Kurve einer Schraube gehüllt wird. Eine Kreisspirale mit einem Radius a und einer Steigung b/a (oder Teilung 2πb) wird durch die folgende Parametrisierung beschrieben:

x(θ) = a sinθ,
y(θ) = a cosθ,
z(θ) = bθ.

Der Begriff „Schrägungswinkel“, wie er hierin verwendet wird, ist definiert als der Winkel zwischen irgendeiner Schraubenlinie und einer axialen Linie an ihrem geraden Kreiszylinder oder Kegel. Der Schrägungswinkel bezieht sich auf die Achse des Zylinders und unterscheidet sich von dem Steigungswinkel, der sich auf eine senkrecht zur Achse verlaufende Linie bezieht. Der Schrägungswinkel ist daher das geometrische Komplement des Steigungswinkels. Der Schrägungswinkel wird in Grad gemessen.
Der Begriff „Nephroide“ ist hierin als ein Epikylkloid mit zwei Scheitelpunkten definiert.
Wie hierin verwendet, ist der Begriff „Deltoid“, was auch als Trikuspoid- oder Steiner-Kurve bekannt ist, eine Hypozykloide mit drei Scheitelpunkten. Dies ist mit anderen Worten das Roulette, das durch einen Punkt auf dem Umfang eines Kreises entsteht, wenn er ohne zu rutschen entlang der Innenseite eines Kreises mit dem 3-fachen oder 1,5-fachen Radius rollt. Im weiteren Sinne kann ein Deltoid jede geschlossene Figur mit drei Scheitelpunkten bezeichnen, die durch nach außen hin konkave Kurven verbunden sind, was die inneren Punkte zu einer nicht konvexen Menge macht.
Wie hierin verwendet, ist der Begriff „Astroide“ eine Hypozykloide mit vier Scheitelpunkten. Insbesondere ist es der Ort eines Punktes auf einem Kreis, während er innerhalb eines festen Kreises mit dem vierfachen Radius rollt.
Der Begriff „3D-Drucken“ ist einer von verschiedenen Prozessen, in denen Material unter Computersteuerung zusammengefügt oder verfestigt wird, um ein dreidimensionales Objekt zu erzeugen, wobei Material, wie beispielsweise flüssige Moleküle oder Pulverkörner, die miteinander verschmolzen werden, üblicherweise Schicht für Schicht zusammengefügt wird. In den 1990er Jahren wurden 3D-Drucktechniken nur zur Herstellung funktioneller oder ästhetischer Prototypen als geeignet betrachtet, und damals war Rapid Prototyping ein umfassenderer Begriff für 3D-Drucken. Heute haben sich die Präzision, die Wiederholbarkeit und das Materialspektrum so weit verbessert, dass der 3D-Druck als industrielle Produktionstechnologie betrachtet wird mit dem offiziellen Begriff „additive Fertigung“.
Wie hierin verwendet, ist eine „durchsichtige Geometrie“ als eine Kühlmittelkanalgeometrie definiert, die es einem Betrachter ermöglicht, vollständig durch den Kühlmittelkanal zu sehen, wenn er auf das erste Ende des Schneidwerkzeugs entlang der zentralen Längsachse in Richtung des zweiten Endes des Schneidwerkzeugs sieht.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff „Zahl“ jede von Null verschiedene Quantität (d. h. eine oder jede Quantität größer als eins).
In der hierin verwendeten Form ist der Ausdruck „kleiner Durchmesser“ als ein Schneidwerkzeug mit einem Schneiddurchmesser von 10 mm oder weniger definiert.
Der Begriff „durchsichtig“ ist hierin als eine kontinuierliche ununterbrochene Sichtlinie entlang der zentralen Längsachse definiert, die es ermöglicht, dass Kühlmittel direkt durch den Spannutenabschnitt des Schneidwerkzeugs fließt.
Wie hierin verwendet, kann sich die Schraubenlinie einer Nut in zwei mögliche Richtungen drehen, was als Händigkeit bekannt ist. Die meisten Nuten sind derart ausgerichtet, dass sich das Schneidwerkzeug von einem Punkt auf die Achse durch die Mitte der Schraubenlinie gesehen von dem Betrachter wegbewegt, wenn es im Uhrzeigersinn gedreht wird, und sich auf den Betrachter zubewegt, wenn es gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird. Dies ist als rechtsgängige (RH) Nutengeometrie bekannt, da sie der Rechte-Hand-Griffregel folgt. Nuten, die in die entgegengesetzte Richtung ausgerichtet sind, werden als linksgängig (LH) bezeichnet.
Die 1 und 2 zeigen ein Drehschneidwerkzeug 10 zum Ausführen von Schneidvorgängen an einem Werkstück (nicht dargestellt), wenn das Drehschneidwerkzeug 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform um eine zentrale Längsachse 12 der Erfindung gedreht wird. Obwohl in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ein modularer Bohrer dargestellt ist, versteht es sich, dass die hierin beschriebenen Prinzipien der Erfindung auch auf andere Drehschneidwerkzeuge anwendbar sind, wie beispielsweise, ohne Einschränkung, ein Fräswerkzeug, eine Reibahle, einen Gewindebohrer, einen Schaftfräser und dergleichen.
Das Drehschneidwerkzeug 10 ist generell zylindrisch und umfasst ein erstes oder vorderes Ende 14 und ein gegenüberliegendes zweites oder hinteres Ende 16. Das Drehschneidwerkzeug 10 weist einen Werkzeugkörper 11 auf, der einen Taschenabschnitt 17 in der Nähe des ersten Endes 14 zur sicheren Aufnahme eines austauschbaren Schneideinsatzes 50 und einen Spannutenabschnitt 18 mit einem oder mehreren inneren Kühlmittelkanälen umfasst, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Der Werkzeugkörper 11 umfasst zudem einen Befestigungsabschnitt 20 in der Nähe des zweiten Endes 16 zur Befestigung des Drehschneidwerkzeugs 10 in einem Spannfuttermechanismus einer Werkzeugmaschine (nicht gezeigt).
Der Spannutenabschnitt 18 umfasst ferner mehrere schraubenlinienförmige Spannuten 22, die sich vom ersten Ende 14 des Spannutenabschnitts 18 nach hinten zum Befestigungsabschnitt 20 erstrecken. Jede Spannut 22 ermöglicht es, dass vom Drehschneidwerkzeug 10 gebildete Späne während eines Schneidvorgangs aus dem Spannutenabschnitt 18 auszutreten können. Jede Spannut 22 weist eine schraubenlinienförmige Geometrie oder ein schraubenlinienförmiges Muster auf und ist mit einem Schrägungswinkel 24 relativ zur zentralen Längsachse 12 angeordnet. Bei einer Ausführungsform liegt der Schrägungswinkel 24 bei oder beträgt ungefähr 30 Grad (+/-2 Grad). Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht durch die Größe des Schrägungswinkels 24 beschränkt ist, und dass die Erfindung mit jedem gewünschten Schrägungswinkel 24 in einem Bereich zwischen ungefähr größer als 0 Grad und ungefähr 75 Grad praktiziert werden kann.
Wie in 2 dargestellt, umfasst der Spannutenabschnitt 18 des Drehschneidwerkzeugs 10 einen ersten inneren Kühlmittelkanal 30, der sich von dem Taschenabschnitt 17 zum Befestigungsabschnitt 20 des Drehschneidwerkzeugs 10 vollständig durch den Spannutenabschnitt 18 erstreckt. Außerdem umfasst das Drehschneidwerkzeug 10 einen zweiten inneren Kühlmittelkanal 32, der sich von dem zweiten Ende 16 zum Spannutenabschnitt 18 vollständig durch den Befestigungsabschnitt 20 erstreckt. Der erste und der zweite innere Kühlmittelkanal 30, 32 ermöglichen daher, dass das Kühlmittel vollständig durch den Spannutenabschnitt 18 und den Befestigungsabschnitt 20 des Drehschneidwerkzeugs 10 hindurchgelangen kann.
In der veranschaulichten Ausführung ist der zweite Kühlmittelkanal 32 generell kreisförmig im Querschnitt und kann mit einer unter Druck stehenden Kühlmittelquelle (nicht gezeigt) in Fluidverbindung sein. Ein dem Drehschneidwerkzeug 10 zugeführtes Kühlmittel tritt in den zweiten Kühlmittelkanal 32 ein, tritt dann in den ersten Kühlmittelkanal 30 ein und tritt dann aus dem ersten Ende 14 des Drehschneidwerkzeugs 10 aus.
Ein Aspekt der Erfindung ist, dass der erste Kühlmittelkanal 30 eine „durchsichtige“ gewundene Geometrie aufweist, die den Kühlmitteldurchflussquerschnitt vergrößert, während sie gleichzeitig die Steifigkeit und Festigkeit des Schneidwerkzeugs aufrechterhält. Dadurch wird der Kühlmitteldurchfluss durch das Drehschneidwerkzeug 10 im Vergleich zu herkömmlichen Schneidwerkzeugen mit einem Kühlmittelkanal mit kreisförmigem Querschnitt deutlich erhöht. Bei einigen Ausführungen erhöht die „durchsichtige“ gewundene Geometrie die Durchflussrate mindestens um den Faktor drei im Vergleich zu den Kühlmitteldurchflussraten bei konventionellen Schneidwerkzeugen.
Unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 weist der erste Kühlmittelkanal 30 eine polygonale Querschnittsform mit der gleichen Anzahl n an Seitenwänden wie die Anzahl an Spannuten 22 auf. In der veranschaulichten Ausführung ist der erste Kühlmittelkanal 30 generell rechteckig mit zwei gerundeten Endscheitelpunkten 30a, 30b zwischen benachbarten Nuten 22 und zwei im Wesentlichen ebenen Seitenwänden 34. Der erste Kühlmittelkanal 30 ist mit anderen Worten generell eine Nephroide im Querschnitt bei dem Drehschneidwerkzeug 10 mit zwei Nuten 22. Es ist zu beachten, dass die Erfindung mit nicht gerundeten Scheitelpunkten praktiziert werden kann. Die Scheitelpunkte 30a, 30b können beispielsweise spitz sein. Außerdem versteht es sich, dass die Prinzipien der Erfindung mit einem Drehschneidwerkzeug mit einer beliebigen Anzahl an Nuten 22 praktiziert werden können. Der erste Kühlmittelkanal 30 kann beispielsweise eine deltoide Querschnittsform bei einem Schneidwerkzeug mit drei Nuten 22 (wie nachstehend beschrieben), eine astroide Querschnittsform bei einem Drehschneidwerkzeug mit vier Nuten 22 und dergleichen aufweisen.
Außerdem weist der erste Kühlmittelkanal 30, der sich durch den Spannutenabschnitt 18 des Schneidwerkzeugs 10 erstreckt, entlang der zentralen Längsachse 12 des Drehschneidwerkzeugs 10 gesehen einen „durchsichtigen“ Mittelabschnitt 36 auf. Der „durchsichtige“ Mittelabschnitt 36 ermöglicht entlang der zentralen Längsachse 12 gesehen eine direkte Sichtlinie durch den gesamten Spannutenabschnitt 18 des Drehschneidwerkzeugs 10. Der „durchsichtige“ Mittelabschnitt 36 bietet einen kontinuierlichen und ununterbrochenen Weg für den Kühlmittelfluss direkt durch das Drehschneidwerkzeug 10.
Wie in den 3 bis 6 ersichtlich vergrößert der erste Kühlmittelkanal 30 den Durchflussquerschnitt für das Kühlmittel, während die Dicke T zwischen dem ersten Kühlmittelkanal 30 und einer entsprechenden Nut 22 im Wesentlichen konstant gehalten wird. Infolgedessen vergrößert der erste Kühlmittelkanal 30 den von dem Drehschneidwerkzeug 10 bereitgestellten Durchflussquerschnitt für Kühlmittel ohne die Steifigkeit und Festigkeit des Drehschneidwerkzeugs 10 zu beeinträchtigen. Dieser Aspekt der Erfindung ist besonders nützlich für Schneidwerkzeuge mit einem kleinen Durchmesser (d. h., einem Schneiddurchmesser von 6 mm oder weniger).
Die 7 bis 9 zeigen eine Festkörperdarstellung der gewundenen Geometrie des ersten Kühlmittelkanals 30 des Spannutenabschnitts 18 des Drehschneidwerkzeugs 10. Wie in den 7 bis 9 ersichtlich, weist der erste Kühlmittelkanal 30 eine gewundene Geometrie auf, die dem Muster oder der Geometrie der schraubenlinienförmigen Spannuten 22 folgt. Der erste Kühlmittelkanal 30 windet sich mit anderen Worten in der gleichen Richtung wie die schraubenlinienförmigen Nuten 22 entlang der zentralen Längsachse 12 des Schneidwerkzeugs 10. In der veranschaulichten Ausführungsform bewegt sich beispielsweise der erste Kühlmittelkanal 30 von dem Betrachter weg, wenn das Schneidwerkzeug 10 im Uhrzeigersinn gedreht wird, und es bewegt sich auf den Betrachter zu, wenn das Schneidwerkzeug 10 entlang der zentralen Längsachse 12 (d. h. rechtsgängig) gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird. Es ist zu beachten, dass sich der erste Kühlmittelkanal 30 bei einem Drehschneidwerkzeug mit gegenläufigen Nuten 22 in einer entgegengesetzten Richtung drehen kann. Es ist auch zu beachten, dass die Erfindung mit einem Drehschneidwerkzeug mit geraden Nuten praktiziert werden kann. In diesem Fall würde der erste Kühlmittelkanal 30 der geraden Geometrie der Nuten 22 folgen.
Der erste Kühlmittelkanal 30 ist mit einem Schrägungswinkel 38 in Bezug auf die zentrale Längsachse 12 des Drehschneidwerkzeugs 10 gebildet, wie es in 8 gezeigt ist. Bei einer Ausführung weist der Schrägungswinkel 38 des ersten Kühlmittelkanals 30 den gleichen Winkel oder ungefähr den gleichen Winkel wie der Schrägungswinkel 24 der Nuten 22 auf.
Die 10 bis 12 zeigen eine Festkörperdarstellung eines einfachen Zylinders, bei der die schraubenlinienförmigen Nuten 22 aus Gründen der Übersichtlichkeit entfernt wurden. In den 10 und 11 sind die Phantomlinien ein Umriss des ersten Kühlmittelkanals 30, der durch Subtraktion der gewundenen Festkörperdarstellung des ersten Kühlmittelkanals 30 in den 7 bis 9 gebildet wurde. Wie in 12 gezeigt, weist der erste Kühlmittelkanal 30 eine gewundene Geometrie und den „durchsichtigen“ Mittelabschnitt 36 auf.
Unter Bezugnahme auf die 13 bis 15 weist der austauschbare Schneideinsatz 50 einen vorderen Schneidabschnitt 52 und einen Kupplungsstift 54 auf, der sich axial von dem vorderen Schneidabschnitt 52 weg (und daher axial nach hinten) erstreckt. Der vordere Schneidabschnitt 52 des Schneideinsatzes 50 definiert einen Schneiddurchmesser DC. An seinem Umfang weist der Schneideinsatz 50 eine äußere Umfangsfläche 56 auf, die durch entgegengesetzt gerichtete Nuten 58 unterbrochen ist, die in dem Schneideinsatz 50 beginnen und in die schraubenlinienförmigen Nuten 22, die im Spannutenabschnitt 18 angeordnet sind, kontinuierlich übergehen. In dem Ausführungbeispiel sind die Nuten 58 im wesentlichen schraubenlinienförmig. Der Kupplungsstift 54 des Schneideinsatzes 50 erstreckt sich in der axial rückwärtigen Richtung in Bezug auf den vorderen Schneidabschnitt 52. Der Kupplungsstift 54 ist von der äußeren Umfangsfläche 56 in einer radial nach innen gerichteten Richtung versetzt. Der auswechselbare Schneideinsatz 50 umfasst zudem eine Basisfläche 60 mit einer Kühlmittelöffnung 62 in Fluidverbindung mit dem ersten Kühlmittelkanal 30, um Kühlmittel an die Schneidkanten des Schneideinsatzes 50 bereitzustellen. In der veranschaulichten Ausführungsform weist die Kühlmittelöffnung 62 die identische Querschnittsform wie der erste Kühlmittelkanal 30 auf, um im Vergleich zu herkömmlichen Schneideinsätzen mit kreisförmiger Querschnittsform eine höhere Durchflussrate zu den Schneidkanten bereitzustellen. Die Kühlmittelöffnung 62 steht in Fluidverbindung mit einem oder mehreren Kühlmittelkanälen 64, die sich zum vorderen Schneidabschnitt 52 des Schneideinsatzes 50 erstrecken. Die Kühlmittelkanäle 64 können jede gewünschte Querschnittsform, wie beispielsweise kreisförmig und dergleichen, aufweisen.
Die 16 bis 18 zeigen einen Schneideinsatz 50 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Der Schneideinsatz 50 ist identisch mit dem in den 13 bis 15 gezeigten Schneideinsatz 50, mit der Hinzufügung eines Pads 66 um den Umfang der Basisfläche 60 und der Kühlmittelöffnung 62 herum. Das Pad 66 dichtet den Schneideinsatz 50 und den Taschenabschnitt 17 des Schneidwerkzeugs 10 ab und kann aus jedem geeigneten nichtmetallischen Material, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) und dergleichen, hergestellt sein.
Wie vorstehend erwähnt, können die Prinzipien der Erfindung des Erhöhens der Kühlmitteldurchflussrate bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Steifigkeit und Festigkeit auf ein Drehschneidwerkzeug mit einer beliebigen Anzahl an Nuten angewandt werden.
Die 19 und 20 zeigen ein Drehschneidwerkzeug 100 zum Ausführen von Schneidvorgängen an einem Werkstück (nicht gezeigt), wenn das Drehschneidwerkzeug 100 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung um eine zentrale Längsachse 112 gedreht wird.
Das Drehschneidwerkzeug 100 ist generell zylindrisch und umfasst ein erstes oder vorderes Ende 114 und ein gegenüberliegendes zweites hinteres Ende 116. Das Drehschneidwerkzeug 100 umfasst ferner einen Spannutenabschnitt 118, der an dem ersten Ende 114 oder darum herum angeordnet ist, und einen Befestigungsabschnitt 120, der an dem zweiten Ende 116 oder darum herum angeordnet ist, um das Drehschneidwerkzeug 100 in einem Spannfuttermechanismus einer Werkzeugmaschine (nicht gezeigt) zu befestigen.
Der Spannutenabschnitt 118 des Drehschneidwerkzeugs 100 umfasst ferner mehrere schraubenlinienförmige Nuten 122, die sich von dem ersten Ende 114 des Spannutenabschnitts 118 nach hinten zum Befestigungsabschnitt 120 erstrecken. Jede Nut 122 ermöglicht es, dass von dem Drehschneidwerkzeug 100 gebildete Späne während eines Schneidvorgangs aus dem Spannutenabschnitt 118 austreten. Jede Nut 122 ist generell mit einem Schrägungswinkel 124 relativ zur zentralen Längsachse 112 angeordnet. Bei einer Ausführungsform liegt der Schrägungswinkel 124 bei oder beträgt ungefähr 30 Grad (+/-2 Grad). Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht durch die Größe des Schrägungswinkels 124 beschränkt ist, und dass die Erfindung mit jedem gewünschten Schrägungswinkel 124 in einem Bereich zwischen ungefähr größer als 0 Grad und ungefähr 75 Grad praktiziert werden kann.
Wie in 20 ersichtlich, umfasst das Drehschneidwerkzeug 100 fernereinen ersten inneren Kühlmittelkanal 130 von dem ersten Ende 114, der sich vollständig durch den Spannutenabschnitt 118 zum Befestigungsabschnitt 120 des Drehschneidwerkzeugs 100 erstreckt. Außerdem umfasst das Drehschneidwerkzeug 100 ferner einen zweiten inneren Kühlmittelkanal 132 von dem zweiten Ende 16, der sich vollständig durch den Befestigungsabschnitt 120 bis zum Spannutenabschnitt 118 des Drehschneidwerkzeugs 100 erstreckt. Der erste und zweite Kühlmittelkanal 130, 132 erstrecken sich mit anderen Worten vollständig durch das Drehschneidwerkzeug 100.
In der veranschaulichten Ausführung ist der zweite Kühlkanal 132 generell kreisförmig im Querschnitt und kann mit einer unter Druck stehenden Kühlmittelquelle (nicht gezeigt) in Fluidverbindung sein. Ein dem Drehschneidwerkzeug 100 zugeführtes Kühlmittel tritt in den zweiten Kühlmittelkanal 132 ein, tritt dann in den ersten Kühlmittelkanal 130 ein und tritt dann aus dem ersten Ende 114 des Drehschneidwerkzeugs 100 aus. Obwohl nicht in 19 und 20 gezeigt, können ein oder mehrere Schneideinsätze 50 (in 1 und 2 gezeigt) am ersten Ende 114 des Drehschneidwerkzeugs 100 befestigt sein und in Fluidverbindung mit dem ersten Kühlmittelkanal 130 sein, um Kühlmittel an die Schneidkanten des Schneideinsatzes 50 bereitzustellen.
Ähnlich wie der erste Kühlmittelkanal 30 weist der erste Kühlmittelkanal 130 eine „durchsichtige“ gewundene/schraubenlinienförmige/spiralförmige Geometrie auf, die den Kühlmitteldurchflussquerschnitt vergrößert und gleichzeitig die Steifigkeit und Festigkeit des Schneidwerkzeugs aufrechterhält. Dadurch wird der Kühlmitteldurchfluss durch das Drehschneidwerkzeug 100 verglichen mit herkömmlichen Schneidwerkzeugen mit einem Kühlmittelkanal mit kreisförmigem Querschnitt deutlich erhöht. Bei einigen Ausführungen erhöht die „durchsichtige“, gewundene/schraubenlinienförmige/spiralförmige Geometrie die Durchflussrate verglichen mit den Kühlmitteldurchflussraten bei herkömmlichen Schneidwerkzeugen mindestens um den Faktor drei.
Unter Bezugnahme auf die 21 bis 24 weist der erste Kühlkanal 130 eine polygonale Querschnittsform mit der gleichen Anzahl n an Seitenwänden wie die Anzahl an Spannuten 122 auf. In der veranschaulichten Ausführung ist der erste Kühlmittelkanal 130 generell ein längliches Polygon mit drei gerundeten Scheitelpunkten 130a, 130b, 130c, die sich zwischen benachbarten Nuten 122 befinden und drei im Wesentlichen gekrümmte Seitenwände 134 aufweisen. Der erste Kühlmittelkanal 130 ist mit anderen Worten generell ein Deltoid im Querschnitt. Es ist zu beachten, dass die Erfindung mit nicht gerundeten Scheitelpunkten, wie beispielsweise spitzen Scheitelpunkten, praktiziert werden kann.
Ähnlich wie der erste Kühlmittelkanal 30 weist der erste Kühlmittelkanal 130 einen „durchsichtigen“ Mittelabschnitt 136 auf, der sich entlang der zentralen Längsachse 112 des Drehschneidwerkzeugs 10 erstreckt. Der „durchsichtige“ Mittelabschnitt 136 ermöglicht vom ersten oder zweiten Ende 114, 116 aus gesehen und direkt mit der zentralen Längsachse 112 ausgerichtet eine direkte Sichtlinie durch den gesamten Spannutenabschnitt 118 des Drehschneidwerkzeugs 100. Der „durchsichtige“ Mittelabschnitt 136 bietet einen kontinuierlichen und ununterbrochenen Weg für den Kühlmittelfluss direkt durch das Drehschneidwerkzeug 100. Wie in 21 bis 24 ersichtlich, stellt der erste Kühlmittelkanal 130 einen vergrößerten Durchflussquerschnitt für das Kühlmittel bereit, wobei verglichen mit einem herkömmlichen Schneidwerkzeug mit kreisförmigen Kühlmittelkanälen eine konstante Dicke T zwischen dem ersten Kühlmittelkanal 130 und einer entsprechenden Nut 122 aufrechterhalten wird. Infolgedessen vergrößert der erste Kühlmittelkanal 130 den vom Drehschneidwerkzeug 100 bereitgestellten Kühlmitteldurchfluss ohne die Steifigkeit und Festigkeit des Drehschneidwerkzeugs 100 zu beeinträchtigen. Dieser Aspekt der Erfindung ist besonders nützlich für Schneidwerkzeuge mit einem kleinen Durchmesser (d. h. einem Schneiddurchmesser von 6 mm oder weniger).
Wie in den 21 bis 24 ersichtlich, dreht sich der erste Kühlmittelkanal 130 in der gleichen Richtung wie die schraubenlinienförmigen Nuten 122 entlang der zentralen Längsachse 112. Der erste Kühlmittelkanal 130 weist mit anderen Worten eine schraubenlinienförmige, spiralförmige oder gewundene Geometrie auf. In der veranschaulichten Ausführungsform dreht sich beispielsweise der erste Kühlmittelkanal 130 nach links entlang der zentralen Längsachse 112. Es ist zu beachten, dass sich der erste Kühlmittelkanal 130 bei einem Drehschneidwerkzeug mit gegenläufigen Nuten 122 nach rechts drehen kann. Es ist auch zu beachten, dass die Erfindung mit einem Drehschneidwerkzeug mit geraden Nuten praktiziert werden kann. In diesem Fall würde sich der erste Kühlmittelkanal 130 nicht drehen und der geraden Geometrie der Nuten 122 folgen.
Die 25 bis 27 zeigen eine Festkörperdarstellung des ersten Kühlmittelkanals 130 des Spannutenabschnitts 118 des Drehschneidwerkzeugs 100. Wie in 25 gezeigt, ist jeder Scheitelpunkt 130a-130c des ersten Kühlmittelkanals 130 in einem Schrägungswinkel 138 in Bezug auf die zentrale Längsachse 112 des Drehschneidwerkzeugs 100 angeordnet. Bei einer Ausführung weist der Schrägungswinkel 138 des ersten Kühlmittelkanals 130 den gleichen Winkel oder ungefähr den gleichen Winkel wie der Schrägungswinkel 124 der Spannuten 122 auf. Der erste Kühlmittelkanal 130 ist daher gewunden oder schraubenlinienförmig, was der gleichen Geometrie wie der Nuten 122 folgt. Es ist ohne Weiteres zu erkennen, dass eine solche Anordnung dafür sorgt, dass sich der erste Kühlmittelkanal 130 generell parallel entlang einer entsprechenden Nut 128 erstreckt und die Dicke T zwischen dem ersten Kühlmittelkanal 130 und der entsprechenden Nut 128 entlang des gesamten Spannutabschnitts 118 aufrechterhalten wird (21 bis 24). Dadurch wird die Kühlmitteldurchflussrate erhöht, während die Steifigkeit und Festigkeit des Schneidwerkzeugs 100 aufrechterhalten wird.
Die 28 bis 30 zeigen eine Festkörperdarstellung eines einfachen Zylinders mit dem ersten Kühlmittelkanal 310, der durch Subtraktion der gewundenen Festkörperdarstellung der 25 bis 27 gebildet ist. Wie in den 28 bis 30 gezeigt, weist der schraubenlinienförmige erste Kühlmittelkanal 130 einen „durchsichtigen“ Mittelabschnitt 136 auf.
Wie vorstehend beschrieben, handelt es sich bei dem hier präsentierten Erfindungsgedanke um eine innovative Auslegung, die den Kühlmittelfluss durch das Schneidwerkzeug erheblich erhöhen und gleichzeitig die Herstellungskosten senken kann. Dies wird erreicht, indem die konventionelle kreisförmige Querschnittsform mit einer polygonalen (d. h. nicht kreisförmigen) geometrischen Querschnittsform vergrößert wird, welche die Querschnittsfläche stark vergrößert, wodurch die Durchflussrate durch das Schneidwerkzeug 10, 100 erheblich erhöht wird. Außerdem dreht sich der erste Kühlmittelkanal 30, 130, sodass er der Fläche der Nuten folgt, wodurch eine konstante Dicke T zwischen dem ersten Kühlmittelkanal 30, 130 und den Nuten aufrechterhalten wird. Dadurch hat das Schneidwerkzeug 10, 100 seine Steifigkeit und Festigkeit aufrechterhalten, obwohl die Durchflussquerschnittsfläche durch das Schneidwerkzeug 10, 100 stark vergrößert wurde. Ferner weist der erste Kühlmittelkanal 30, 130 einen „durchsichtigen“ Teil 36, 136 auf, der eine kontinuierliche, ungehinderte Sichtlinie durch den gesamten Spannutenabschnitt des Schneidwerkzeugs 10, 100 darstellt. Das Ergebnis ist, dass der Entstaubungsprozess des Schneidwerkzeugs und des ersten Kühlmittelkanals, wenn er mittels Verwendung von additiver Fertigung (d. h. 3D-Druck) gebildet wird, durch Erhöhen der Effizienz der Staubbeseitigung nach dem 3D-Drucken und Reduzieren der Kosten des Fertigungsprozesses erheblich verbessert wird.
Die Patente und Veröffentlichungen, auf die hierin Bezug genommen wird, werden hiermit durch Bezugnahme aufgenommen.
Während die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen beschrieben sind, kann die Erfindung innerhalb des Umfangs der angefügten Ansprüche anderweitig verkörpert werden.

Claims

Drehschneidwerkzeug, umfassend: einen Schneideinsatz; einen Werkzeugkörper, der einen Taschenabschnitt zum Halten des Schneideinsatzes und einen Spannutenabschnitt mit mehreren schraubenlinienförmigen Spannuten umfasst; und einen ersten inneren Kühlmittelkanal, der in dem Spannutenabschnitt gebildet ist, wobei der erste innere Kühlmittelkanal eine gewundene Geometrie aufweist.
Drehschneidwerkzeug nach Anspruch 1, wobei der erste innere Kühlmittelkanal ferner einen „durchsichtigen“ Mittelabschnitt umfasst.
Drehschneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der erste innere Kühlmittelkanal in der Querschnittsform polygonal ist.
Drehschneidwerkzeug nach Anspruch 3, wobei der erste innere Kühlmittelkanal in der Querschnittsform nephroid ist.
Drehschneidwerkzeug nach Anspruch 3, wobei der erste innere Kühlmittelkanal in der Querschnittsform deltaförmig ist.
Drehschneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen zweiten inneren Kühlmittelkanal in Fluidverbindung mit dem ersten inneren Kühlmittelkanal für die Zuführung von Kühlmittel zu dem ersten inneren Kühlmittelkanal.
Drehschneidwerkzeug nach Anspruch 6, wobei der zweite innere Kühlmittelkanal eine andere Querschnittsform aufweist als der erste innere Kühlmittelkanal.
Drehschneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Anzahl an Scheitelpunkten des ersten inneren Kühlmittelkanals einer Anzahl an Nuten entspricht.
Drehschneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste innere Kühlmittelkanal durch additive Fertigung gebildet ist.
Drehschneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Drehschneidwerkzeug einen modularen Bohrer umfasst.
Drehschneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schneideinsatz eine Basisfläche mit einer Kühlmittelöffnung in Fluidverbindung mit dem ersten Kühlmittelkanal umfasst, und wobei die Kühlmittelöffnung eine im Wesentlichen identische Querschnittsform wie der erste Kühlmittelkanal aufweist.
Drehschneidwerkzeug nach Anspruch 11, wobei der Schneideinsatz ferner ein nichtmetallisches Pad um einen Umfang von einem von der Basisfläche und der Kühlmittelöffnung herum aufweist.
Werkzeugkörper für ein Drehschneidwerkzeug, umfassend: einen Taschenabschnitt zum Halten eines Schneideinsatzes und einen Spannutenabschnitt mit mehreren schraubenlinienförmigen Spannuten; und einen inneren Kühlmittelkanal, der in dem Spannutenabschnitt gebildet ist, wobei der innere Kühlmittelkanal einen „durchsichtigen“ Mittelabschnitt und eine gewundene Geometrie aufweist.
Werkzeugkörper nach Anspruch 13, wobei der innere Kühlmittelkanal in der Querschnittsform polygonal ist.
Werkzeugkörper nach Anspruch 14, wobei der innere Kühlmittelkanal in der Querschnittsform nephroid ist.
Werkzeugkörper nach Anspruch 14, wobei der innere Kühlmittelkanal in der Querschnittsform deltaförmig ist.
Werkzeugkörper nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Anzahl der Scheitelpunkte des inneren Kühlmittelkanals einer Anzahl an Nuten entspricht.
Werkzeugkörper nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei der innere Kühlmittelkanal durch additive Fertigung gebildet ist.
Verfahren zur Bereitstellung von Kühlmittel in einem Drehschneidwerkzeug, das einen Spannutenabschnitt mit mehreren Nuten und einen inneren Kühlmittelkanal umfasst, wobei das Verfahren das Bilden des inneren Kühlmittelkanals in dem Spannutenabschnitt umfasst, sodass der innere Kühlmittelkanal eine gewundene Geometrie und einen „durchsichtigen“ Mittelabschnitt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der innere Kühlmittelkanal durch additive Fertigung gebildet wird.