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Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Schneidwerkzeuges.
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Aus der
DE 10 2018 119 927 A1 ist ein Schneidwerkzeug zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken bekannt. Bei diesem Schneidwerkzeug handelt es sich um ein Faswerkzeug, welches zur Herstellung einer Fase an einem Werkstück vorgesehen ist. Dieses Schneidwerkzeug umfasst einen Grundkörper, der sich entlang einer Längsachse erstreckt. An dem Grundkörper ist ein Schneidkopf vorgesehen, der mehrere radial ausgerichtete Schneidplattenaufnahmen umfasst. Diese Schneidplattenaufnahmen weisen eine U-förmige Kontur auf. In jede Schneidplattenaufnahme ist eine Schneidplatte aus CVD-Dickschicht-Diamant eingesetzt und direkt verlötet. Dabei ist vorgesehen, dass die Schneidplatte gegenüber einer Stirnseite des Schneidkopfes und einer Umfangsfläche des Schneidkopfes hervorsteht.
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Die CVD-Dickschicht-Diamant-Schneidplatten ermöglichen aufgrund deren Härte ein präzises Schneiden. Allerdings ist eine solche Schneidplatte spröde, so dass bei der Bearbeitung von Werkstücken die Gefahr eines vorzeitigen Bruches besteht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schneidwerkzeug zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken vorzuschlagen, welches eine hohe Lebensdauer aufweist sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Schneidwerkzeugs vorzuschlagen, welches eine kostengünstige Herstellung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Schneidwerkzeug zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken gelöst, bei welchem in eine Schneidplattenaufnahme im Schneidkopf des Schneidwerkzeugs eine Schneidplatte aus hochharten Schneidstoffen und eine die Schneidplatte abstützende Metallunterlage eingesetzt ist, wobei die Metallunterlage zur Abstützfläche der Schneidplatte weisend angeordnet ist, die einer Anlagefläche und der Schneide der Schneidplatte gegenüberliegt. Eine erste Seitenanlagefläche der Schneidplattenaufnahme und die Anlagefläche der Schneidplatte sowie die Abstützfläche der Schneidplatte und die erste Seitenfläche der Metallunterlage als auch eine zweite Seitenfläche der Metallunterlage und die zweite Seitenanlagefläche der Schneidplattenaufnahme sind jeweils miteinander verlötet. Dies weist den Vorteil auf, dass sowohl die Schneidplatte als auch die Metallunterlage ohne Spannung in die Schneidplattenaufnahme eingesetzt und darauffolgend miteinander und zur Schneidplattenaufnahme verlötet sind. Darüber hinaus weist diese Anordnung den Vorteil auf, dass die Metallunterlage die Schneidplatte abstützt, so dass ein vorzeitiger Bruch aufgrund eines hervorstehenden Anteils der Schneidplatte, insbesondere der Schneide und der Freifläche, verhindert ist. Dies beruht darauf, dass die Metallunterlage auch einen gegenüber der Umfangsfläche des Schneidkopfes und/oder der Stirnseite des Schneidkopfes hervorstehenden Bereich der Schneide abgestützt ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Metallunterlage zumindest eine gegenüber der Schneidplattenaufnahme hervorragende Stirnfläche aufweist, welche in einer gemeinsamen Ebene einer Freifläche der Schneidplatte liegt und sich entlang dieser Ebene erstreckt. Die Freifläche der Schneidplatte steht ebenfalls gegenüber der Schneidplattenaufnahme hervor. Durch die Metallunterlage ist eine Abstützung der Schneidplatte bezüglich dem hervorstehenden Bereich der Schneidplatte aus der Schneidplattenaufnahme ermöglicht. Dadurch kann eine Abstützung einer der Schneidplatte gegenüberliegenden Stirnkante erfolgen, welche sich zwischen der Freifläche der Schneidplatte und der Abstützfläche der Schneidplatte erstreckt.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Stirnfläche der Metallunterlage bündig in die Freifläche der Schneidplatte übergeht. Dadurch wird eine Abstützung der Schneidplatte durch die Metallunterlage auch in den aus der Schneidplattenaufnahme hervorragenden Bereich der Schneidplatte ermöglicht.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Abstützfläche der Schneidplatte von einer Seitenfläche der Metallunterlage, welche an der Abstützfläche anliegt, zumindest teilweise, vorzugsweise vollflächig, abgestützt ist. Dies ermöglicht zum einen, dass die Metallunterlage und die Schneidplatte gemeinsam und vollflächig miteinander verlötet werden. Darüber hinaus kann die gesamte Schneidplatte durch die unempfindliche Metallunterlage abgestützt sein.
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Bevorzugt weisen die hochharten Schneidstoffe zur Bildung der Schneidplatte eine Härte von größer 2.000 HV auf. Die Abkürzung HV steht für Vickers-Härte.
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Die Schneidplatte ist bevorzugt als Vollmaterial aus dem Schneidwerkstoff hergestellt. Insbesondere sind die Schneidplatten frei von einer Trägerplatte oder einem von dem Schneidwerkstoff abweichenden Basismaterial, auf welchem die Schneidstoffe aufgebracht sind.
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Insbesondere ist die Schneidplatte aus einem polykristallinen kubischen Bornitrit (CBN) hergestellt. Dieses kann auch als PKB oder PCBN bezeichnet werden. Des Weiteren kann die Schneidplatte aus einem monokristallinen Diamant (MKD) hergestellt sein. Des Weiteren kann die Schneidplatte aus einem polykristallinen Diamant (PKD) als synthetisch hergestellter Diamantschleifstoff ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist die Schneidplatte aus einem CVD-Diamant durch eine Dickschicht-abscheidung hergestellt. Insbesondere ist also ein CVD-Dickschicht-Diamant als Schneidplatte vorgesehen.
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Bevorzugt ist die Metallunterlage aus Hartmetall oder Federstahl oder einem lötbaren Material beziehungsweise einem mit dem Grundkörper des Schneidwerkzeuges eine Lötverbindung eingehenden Material ausgebildet. Diese kann eine Wandstärke von beispielsweise 0,1 mm bis 0,5 mm aufweisen.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schneidplatte als ein CVD-Dickschicht-Diamant in Form eines Plättchens mit einer Dicke zwischen 0,1 mm und 1,0 mm, bevorzugt zwischen 0,2 mm bis 0,5 mm, ausgebildet ist, insbesondere als Vollmaterial. Solche Dickschicht-Diamant-Plättchen werden im Verhältnis kostengünstig als Rohmaterial bereitgestellt und können unmittelbar in die Schneidplattenaufnahme zusammen mit der Metallunterlage eingesetzt und daraufhin verlötet werden.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass in dem Schneidkopf in der Form und in der Größe mehrfach gleiche Schneidplattenaufnahmen radial über den Umfang und/oder der Stirnseite des Schneidkopfes verteilt vorgesehen sind. Dadurch kann beispielsweise ein Mehrschneidenwerkzeug ausgebildet sein. Ein solches Mehrschneidenwerkzeug kann beispielsweise zum Fräsen, zum Fasen oder dergleichen eingesetzt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Schneidplattenaufnahme am Schneidkopf sich entlang der Stirnseite des Schneidkopfes von einem Außenumfang bis über die Längsachse des Grundkörpers des Schneidwerkzeugs hinaus erstreckt. In diese Schneidplattenaufnahme wird ebenfalls eine Schneidplatte aus CVD-Dickschicht-Diamant mit einer Metallunterlage eingesetzt. Diese ermöglicht eine stirnseitige Bearbeitung einer Bohrung bzw. die Bearbeitung eines Bohrgrundes in einer Bohrung.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren zur Herstellung eines Schneidwerkzeuges gelöst, bei dem die Schneidplatte und eine die Schneidplatte abstützende Metallunterlage in die Schneidplattenaufnahme eingesetzt wird, wobei die Metallunterlage zur Abstützfläche der Schneidplatte weisend zugeordnet wird, die einer Anlagefläche und der Schneide der Schneidplatte gegenüberliegt und die ersten Seitenanlagefläche der Schneidplattenaufnahme und die Anlagefläche der Schneidplatte sowie die Abstützfläche der Schneidplatte und die erste Seitenfläche der Metallunterlage als auch die zweite bzw. gegenüberliegende Seitenfläche der Metallunterlage und die zweite Seitenanlagefläche der Schneidplattenaufnahme miteinander verlötet werden. Dadurch kann eine spannungsfreie Anordnung der Schneidplatte und der Metallunterlage in der Schneidplattenaufnahme vorgesehen sein. Gleichzeitig kann durch das Verlöten eine sichere und feste, insbesondere stoffschlüssige, Verbindung der Schneidplatte und der Metallunterlage zueinander und mit der Schneidplattenaufnahme ermöglicht sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Schneidplatte und die Metallunterlage mit jeweils einer Rohstirnfläche in die Schneidplattenaufnahme eingesetzt werden, so dass diese Rohstirnflächen gegenüber der Schneidplattenaufnahme hervorragen und dass nach dem Verlöten der Schneidplatte und der Metallunterlage in der Schneidplattenaufnahme die Freifläche an der Schneidplatte mit einem Bearbeitungswerkzeug hergestellt wird, wobei gleichzeitig eine Stirnfläche der Metallunterlage ausgebildet wird, welche vorzugsweise in der Ebene der Freifläche der Schneidplatte liegt. Dadurch kann in einem Arbeitsgang die Freifläche der Schneidplatte und die Stirnfläche der Metallunterlage ausgebildet werden. Dies weist den Vorteil auf, dass die der Schneide gegenüberliegende Stirnkante der Schneidplatte durch die Metallunterlage abgestützt wird, wodurch ein vorzeitiger Bruch erheblich verringert wird.
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Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Freifläche der Schneidplatte und die Stirnfläche der Metallunterlage gemeinsam durch einen Laserstrahl geschnitten werden. Dadurch kann eine schnelle und hochpräzise Bearbeitung ermöglicht sein. Alternativ kann auch eine gemeinsame Schleifbearbeitung oder ein gemeinsames Erodieren vorgesehen sein.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht eines Schneidwerkzeuges,
- 2 eine schematische Stirnansicht des Schneidwerkzeuges gemäß 1, und
- 3 eine schematisch vergrößerte Ansicht des Details X in 2.
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In 1 ist eine schematische Seitenansicht eines Schneidwerkzeuges 11 für die spanende Bearbeitung von Werkstücken dargestellt. Dieses Schneidwerkzeug 11 umfasst einen Grundkörper 12, welcher an einem Ende einen Schneidkopf 14 aufweist. Am gegenüberliegenden Ende kann ein Einspannschaft ausgebildet sein, der eine vielfältige Geometrie aufweisen kann. Der Einfachheit halber ist dieser in 1 zylindrisch dargestellt.
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Der Grundkörper 12 ist bevorzugt aus Hartmetall hergestellt. Der Grundkörper 12 ist vorzugsweise rotationssymmetrisch um eine Längsachse 16 ausgebildet.
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Im Ausführungsbeispiel umfasst der Schneidkopf 14 mehrere Schneidplatten 18, 19, die in Schneidplattenaufnahmen 21 eingesetzt sind. Bei einem solchen in 1 dargestellten Schneidwerkzeug 11 kann es sich um ein Mehrschneidenwerkzeug handeln. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Schneidkopf 14 beispielsweise nur eine Schneidplatte 18, 19 aufweist, welche gegenüberliegend oder entfernt dazu am Umfang des Schneidkopfes 14 eine oder mehrere sogenannte Führungsleisten zur Abstützung umfassen.
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Die 2 zeigt eine Ansicht auf eine Stirnseite des Schneidkopfes 14. Die Vielzahl der Schneidplattenaufnahmen 21 erstrecken sich in Bezug auf die Tiefe radial in Richtung zur Längsachse 16, jedoch sind diese mit Abstand dazu angeordnet. Die Schneidplattenaufnahmen 21 erstrecken sich in der Länge parallel zur Längsachse 16. Die in diese Schneidplattenaufnahmen 21 eingesetzten Schneidplatten 18 ragen gegenüber der Umfangsfläche 28 des Schneidkopfes 14 hervor. Eine stirnseitig am Schneidkopf 14 vorgesehene Schneidplatte 19 erstreckt sich von der Umfangsfläche 28 des Schneidkopfes 14 bis über die Längsachse 16 der Stirnseite 22 des Schneidkopfes 14 hinaus. Diese Schneidplatte 19 dient dazu, um bei einem Vorschub des Schneidwerkzeuges 11 in ein Vollmaterial oder in eine Bohrung einen stirnseitigen Materialabtrag zu ermöglichen.
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Die 3 zeigt eine schematisch vergrößerte Ansicht der Schneidplatte 18 in der Schneidplattenaufnahme 21 gemäß dem Detail X in 2. Die Schneidplatte 19 an der Stirnseite 22 des Schneidkopfes 14 ist analog ausgebildet.
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Die Schneidplattenaufnahme 21 umfasst eine erste und zweite Seitenanlagefläche 24, 25, zwischen denen und quer dazu sich eine Grundanlagefläche 27 erstreckt. Die Seitenanlageflächen 24, 25 grenzen an eine Umfangsfläche 28 des Schneidkopfes 14 an. Im Ausführungsbeispiel ist diese Umfangsfläche 28 zylindrisch ausgebildet, insbesondere koaxial zur Längsachse 16 ausgerichtet. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass diese Umfangsfläche 28 auch einen konischen oder gestuften Abschnitt umfassen kann, der sich zwischen der zylindrischen Umfangsfläche 28 und der Stirnseite 22 erstreckt.
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In die Schneidplattenaufnahme 21 ist eine Schneidplatte 18, 19 aus einem CVD-Dickschicht-Diamant eingesetzt. Des Weiteren ist in diese Schneidplattenaufnahme 21 gemeinsam mit der Schneidplatte 18, 19 eine Metallunterlage 31 eingesetzt. Diese Metallunterlage 31 besteht bevorzugt aus Hartmetall. Die Schneidplatte 18, 19 liegt mit einer Anlagefläche 33 der ersten Seitenanlagefläche 24 gegenüber. Diese Anlagefläche 33 geht in eine Spanfläche 34 über, welche in der Schneidkante 35 endet. Ausgehend von der Schneidkante 35 erstreckt sich eine Freifläche 36, die durch eine Stirnkante 37 begrenzt ist. Diese Stirnkante 37 liegt der Schneidkante 35 gegenüber. Bevorzugt liegen die Schneidkante 35 und die Stirnkante 37 in einer gemeinsamen Ebene der Freifläche 36. Der Anlagefläche 33 der Schneidplatte 18, 19 gegenüberliegend ist eine Abstützfläche 38 der Schneidplatte 18, 19 vorgesehen. Diese Abstützfläche 38 ist bevorzugt parallel zur Anlagefläche 33 ausgerichtet. Insbesondere erstreckt sich die Abstützfläche 38 entlang der gesamten flächigen Erstreckung der Anlagefläche 33 oder kann bezüglich des Flächenmaßes kleiner ausgebildet sein.
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Die Metallunterlage 31 weist eine erste Seitenfläche 41 auf, die zur Abstützfläche 38 der Schneidplatte 18, 19 ausgerichtet ist. Diese erste Seitenfläche 41 der Metallunterlage 31 liegt zumindest abschnittsweise an der Abstützfläche 38 der Schneidplatte 18, 19 an. Vorteilhafterweise sind die erste Seitenfläche 41 der Metallunterlage 31 und die Abstützfläche 38 der Schneidplatte 18, 19 in der Größe gleich ausgebildet, so dass diese vollflächig aneinander liegen können. Der ersten Seitenfläche 41 gegenüberliegend weist die Metallunterlage 31 eine zweite Seitenfläche 42 auf. Diese zweite Seitenfläche 42 der Metallunterlage 31 ist der ersten Seitenanlagefläche 25 zugeordnet.
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Die Schneidplatte 18, 19 kann gemäß dem Ausführungsbeispiel als länglicher Streifen ausgebildet sein. Alternativ können auch weitere geometrische Formen entsprechend für den jeweiligen Anwendungsfall bereitgestellt werden.
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Nach dem Einsetzen der Schneidplatte 18, 19 und der Metallunterlage 31 werden die jeweils einander gegenüberliegenden Flächen 24, 33 sowie 38, 41 als auch 25, 42 miteinander verlötet. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass das zwischen den Flächen vorgesehene Lot den zwischen den Flächen gebildeten Spalt vollständig ausfüllt. Vorzugsweise wird das Einlöten der Schneidplatte 18, 19 und der Metallunterlage 31 in der Schneidplattenaufnahme 21 unter Vakuum durchgeführt.
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Die Schneidplatte 18, 19 als auch die Metallunterlage 31 werden jeweils mit einer Rohstirnfläche 44, 45 die Schneidplattenaufnahme 21 eingesetzt und verlötet. Die Rohstirnfläche 44 der Schneidplatte 18, 19 und die Rohstirnfläche 45 der Metallunterlage 31 ragen nach dem Einsetzen und Verlöten der Schneidplatte 18, 19 und der Metallunterlage 31 in der Schneidplattenaufnahme 21 gegenüber der Schneidplattenaufnahme 21 hervor. Durch eine Bearbeitung der Schneidplatte 18, 19 und der Metallunterlage 31 wird die jeweilige Rohstirnfläche 44, 45 entfernt. Die Schneidplatte 18, 19 wird bezüglich der Schneidkante 35 und der Freifläche 36 auf ein Endmaß bearbeitet. Diese Bearbeitung erfolgt vorzugsweise gemeinsam mit einem Bearbeitungswerkzeug 47. Durch dieses Bearbeitungswerkzeug 47, welches bevorzugt einen Laserschneidkopf zur Führung und Ausgabe eines Laserstrahls 48 umfasst, wird die Freifläche 36 der Schneidplatte 18, 19 hergestellt. Gleichzeitig wird die Stirnfläche 49 der Metallunterlage 31 hergestellt. Die Freifläche 36 der Schneidplatte 18, 19 und die Stirnfläche 49 der Metallunterlage 31 liegen in einer gemeinsamen Ebene. Dies weist den Vorteil auf, dass durch die Metallunterlage 31 die Stirnkante 37 der Freifläche 38 abgestützt ist. Somit ist der vordere, frei hervorstehende Bereich der Schneidplatte 18, 19 gegenüber der Umfangsfläche 28 des Schneidkopfes 14 vollständig durch die Metallunterlage 31 abgestützt. Dadurch wird eine Bruchgefahr der Schneide verringert. Eine analoge Bearbeitung der Schneidplatte 18, 19 gemeinsam mit der Metallunterlage 31 kann durch Schleifen, Erodieren oder einem sonstigen zum Materialabtrag geeigneten Verfahren erfolgen.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Dicke der Schneidplatte 18, 19 größer als die Dicke der Metallunterlage 31 ist. Auch können die Dicke der Schneidplatte 18, 19 und die der Metallunterlage 31 gleich ausgebildet sein.
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Durch die Ausgestaltung der Metallunterlage 31 aus Hartmetall und des Grundkörpers 12 des Schneidwerkzeuges 11, der vorzugsweise ebenfalls aus Hartmetall hergestellt ist, kann eine formschlüssige Verbindung, insbesondere stoffschlüssige Verbindung, durch das Lot zwischen dem Schneidwerkstoff und der Metallunterlage 31 sowie zwischen dem Schneidwerkstoff und dem Grundkörper 12 als auch zwischen dem Grundkörper 12 und der Metallunterlage 31 hergestellt werden. Die Metallunterlage 31 kann alternativ auch aus Federstahl oder einem sonstigen rostfreien und harten Metall, welches durch ein Lot mit dem Werkstoff des Grundkörpers 12 verbindbar ist, eingesetzt werden.
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Das Bearbeitungswerkzeug 47 kann auch ein Schleifwerkzeug oder ein weiteres Bearbeitungswerkzeug sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018119927 A1 [0002]
