DE102022207653A1

DE102022207653A1 - Rotationswerkzeug und Verfahren zur Herstellung eines solchen

Info

Publication number: DE102022207653A1
Application number: DE102022207653.2A
Authority: DE
Inventors: Patrick Kuhlemann; Jürgen Schwägerl
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2022-07-26
Filing date: 2022-07-26
Publication date: 2024-02-01
Also published as: CN117444279A; US20240033832A1

Abstract

Es wird ein Rotationswerkzeug (2) angegeben, aufweisend: eine Hauptschneide (4), eine Spannut (6), eine Mantelfläche (8), eine Freifläche (10), welche der Hauptschneide (4) nachläuft, wobei die Freifläche (10) ausgehend von der Hauptschneide (4) zunächst abfällt und dann wieder ansteigt, sodass eine Senke (12) ausgebildet ist, an welche sich eine Erhebung (14) anschließt, welche bis an die Mantelfläche (8) und die Spannut (6) heranreicht. Weiter wird ein Verfahren zur Herstellung eins Rotationswerkzeugs (2) angegeben.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Rotationswerkzeug und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen.
Ein Beispiel für ein Rotationswerkzeug ist ein Bohrer. Ein solcher weist regelmäßig eine Anzahl an Hauptschneiden auf, welche im Betrieb am Werkstück angreifen und von diesem einen Span abheben. Die Hauptschneide und deren Schneidverhalten werden unter anderem durch eine Freifläche bestimmt, welche ausgehend von der Hauptschneide dieser nachläuft und zusammen mit einer Schneidebene senkrecht zur Längsachse des Rotationswerkzeugs den sogenannten Freiwinkel definiert.
Je größer der Freiwinkel ist, desto steiler fällt die Freifläche nachlaufend ab und desto stärker wird der Körper des Rotationswerkzeugs abgeschnitten. Ein großer Freiwinkel ist einerseits vorteilhaft, führt aber auch zu dem Nachteil, dass das Rotationswerkzeug im Betrieb weniger stabil ist.
Aufgabe der Erfindung
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Rotationswerkzeug sowie ein geeignetes Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben. Dabei soll insbesondere der eingangs beschriebene Nachteil verringert werden.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Rotationswerkzeug mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Rotationswerkzeug gelten sinngemäß auch für das Verfahren und umgekehrt.
Das Rotationswerkzeug weist eine Hauptschneide, eine Spannut, eine Mantelfläche und eine Freifläche auf, welche insbesondere jeweils ein Teil eines Körpers des Rotationswerkzeugs sind. Die Freifläche und die Hauptschneide sind ein Teil einer Werkzeugspitze des Rotationswerkzeugs, welche frontseitig am Körper ausgebildet ist. Der Körper erstreckt sich generell in einer axialen Richtung und entlang einer Längsachse, um welche das Rotationswerkzeug in einer Umlaufrichtung im Betrieb rotiert. Die Mantelfläche begrenzt den Körper in radialer Richtung, d.h. senkrecht zur axialen Richtung. Die Hauptschneide ist vorne am Körper ausgebildet, d.h. auf einer Vorderseite, und verläuft grob in radialer Richtung und endet insbesondere an der Mantelfläche. Im Betrieb greift die Hauptschneide an einem Werkstück an, um von diesem einen Span abzuheben, welcher dann insbesondere über eine andere Spannut abtransportiert wird.
Die Freifläche läuft der Hauptschneide nach (d.h. liegt bezüglich der Umlaufrichtung dahinter) und erstreckt sich ausgehend von der Hauptschneide bis zur Mantelfläche und zur Spannut. Diese Spannut ist insbesondere nicht diejenige Spannut, welche sich an die genannte Hauptschneide anschließt und dieser vorausläuft, sondern insbesondere eine Spannut einer weiteren Hauptschneide des Rotationswerkzeugs, d.h. die hier gemeinte Spannut läuft der hier gemeinten Hauptschneide nach. Die Freifläche ist allgemein frontseitig angeordnet und weist nach vorn, bildet also sozusagen das Gesicht des Rotationswerkzeugs. Im Betrieb schließt die Freifläche mit einer Schneidebene (auch Arbeitsebene), welche senkrecht zur axialen Richtung verläuft, den sogenannten Freiwinkel ein.
Vorliegend fällt die Freifläche ausgehend von der Hauptschneide zunächst ab und steigt dann wieder an, sodass eine Senke ausgebildet ist, an welche sich eine Erhebung anschließt, welche bis an die Mantelfläche und die Spannut heranreicht. Darunter wird insbesondere verstanden, dass die Freifläche zunächst ausgehend von der Hauptschneide und entgegen der Umlaufrichtung weg von dieser in axialer Richtung zur Rückseite des Rotationswerkzeugs hin abfällt und anschließend wieder umgekehrt zur Vorderseite des Rotationswerkzeugs hin ansteigt. Dadurch wird hinter der Hauptschneide die genannte Senke gebildet, d.h. ein Teil der Freifläche, welcher gegenüber der übrigen Freifläche in axialer Richtung zurückgesetzt ist. An die Senke schließt sich die genannte Erhebung an. Die Senke weist einen Grund auf, welcher einen tiefsten Punkt der Freifläche markiert, über welchen die Erhebung dann in axialer Richtung hinausragt. Im Vergleich zur Senke liegt die Erhebung somit in axialer Richtung weiter vorn angeordnet. Die Erhebung erstreckt sich dabei in axialer Richtung jedoch nicht über die Hauptschneide hinaus, sondern ist gegenüber der Hauptschneide zurückgesetzt und bildet insbesondere keine weitere Schneide aus.
Durch die Senke und die Erhebung ergibt sich eine charakteristische Variation des Freiwinkels, insbesondere in einer Richtung senkrecht sowohl zur Hauptschneide als auch zur Längsachse betrachtet. Ausgehend von der Hauptschneide und zur Senke hin bleibt der Freiwinkel konstant oder nimmt sogar zu und zumindest nicht ab. Erst in der Senke wird der Freiwinkel im Verlauf von der Hauptschneide weg zunehmend geringer und schließlich negativ, wenigstens bis die Senke endet und die Erhebung beginnt. Mit anderen Worten: an einem gegebenen Punkt schließt die Freifläche mit einer Radialebene (welche durch Längsachse und die Hauptschneide aufgespannt wird) einen Winkel ein, welcher ausgehend von der Hauptschneide zunächst wenigstens 93° und vorzugsweise mehr als 96° beträgt (d.h. insbesondere, dass der Freiwinkel wenigstens 3° beträgt und regelmäßig sogar 6° oder mehr). Im Verlauf durch die Senke hindurch verändert sich der Winkel und beträgt schließlich insbesondere ab dem tiefsten Punkt und wenigstens am Ende der Senke weniger als 90°. Entlang der Erhebung beträgt der Winkel vorzugsweise wieder wenigstens 90°, d.h. der Freiwinkel ist größer oder gleich 0°, dies ist jedoch nicht zwingend.
In radialer Richtung betrachtet steigt die Freifläche je nach gewähltem Spitzenwinkel entsprechend zur Spitze hin an. Das Verhalten in radialer Richtung ist vorliegend jedoch weniger relevant ist, wichtiger ist der spezielle Verlauf der Freifläche mit zunehmendem Abstand von der Hauptschneide.
Ein Vorteil der Erfindung ist insbesondere, dass einerseits mit der Senke ein vorteilhaft großer Freiraum hinter der Hauptschneide ausgebildet ist und dass andererseits durch die Erhebung auf der Vorderseite dennoch besonders viel Material des Körpers vorhanden ist. Durch die Senke wird die Reibung des Rotationswerkzeugs am Werkstück im Betrieb reduziert und durch die Erhebung wird zugleich die Stabilität des Rotationswerkzeugs im Betrieb erhöht. Die Senke ermöglicht auch eine verbesserte Kühlmittelzufuhr über einen optional vorhandenen Kühlmittelkanal des Rotationswerkzeugs, worauf weiter unten noch genauer eingegangen wird. Insgesamt ist die Senke demnach gerade nicht eine einfache, schmale Nut unmittelbar hinter der Hauptschneide, sondern vielmehr eine umfangreiche Absenkung der Freifläche relativ zu der nachlaufenden Erhebung und der vorauslaufenden Hauptschneide. Die Senke ist auch insbesondere nicht lediglich nachträglich in eine zuvor gefertigte Freifläche eingebracht, sondern wird demgegenüber direkt im Zuge der Herstellung der Freifläche ausgebildet. Die Senke ist insbesondere auch keine einfache Unterbrechung der Freifläche, sondern ein wesentlicher und charakterisierender Bestandteil davon. Geeigneterweise liegt der Anteil der Senke an der gesamten Freifläche im Bereich zwischen 20% und 60%.
Bevorzugterweise ist die Erhebung als ein Plateau ausgebildet ist. Darunter wird insbesondere verstanden, dass der Freiwinkel entlang der Erhebung lediglich gering ist (d.h. im Bereich von 0° bis 5° liegt) und/oder konstant ist, sodass die Erhebung insgesamt überwiegend gerade ist. Unabhängig davon steigt die Erhebung analog zur gesamten Freifläche in radialer Richtung je nach Ausgestaltung des Rotationswerkzeugs in einem anderen Winkel an. Ausgehend vom Grund der Senke und in axialer Richtung gemessen weist die Erhebung eine Höhe auf, welche geeigneterweise wenigstens dem 0,25-fachen eines Abstands zwischen dem Grund und der Hauptschneide ebenfalls in axialer Richtung gemessen entspricht, sodass die Senke eine substantielle Tiefe aufweist. Wie bereits angedeutet, liegt die Erhebung aber in jedem Fall insbesondere unterhalb der Hauptschneide, d.h. die Höhe der Erhebung ist geringer als der genannte Abstand.
Sie Senke ist vorzugsweise konkav, d.h. insbesondere zur Rückseite des Rotationswerkzeugs hin gewölbt oder gekrümmt. Dadurch ist eine kontinuierliche Änderung des Freiwinkels im Verlauf durch die Senke hindurch realisiert.
Bevorzugterweise ist die Freifläche ausgehend von der Hauptschneide bis hin zur Senke konvex, d.h. insbesondere zur Vorderseite des Rotationswerkzeugs hin gewölbt. Dadurch ist eine kontinuierliche Zunahme des Freiwinkels von der Hauptschneide zur Senke hin realisiert. Der Freiwinkel nimmt demnach mit zunehmendem Abstand von der Hauptschneide zu, dies wird auch als „progressiver Freiwinkel“ bezeichnet. In Kombination mit einer konvexen Senke ergibt sich dann vorteilhaft ein insgesamt konvex-konkaver Verlauf der Freifläche von der Hauptschneide zur Senke und durch diese hindurch, d.h. von der Hauptschneide bis zur Erhebung.
Vorzugsweise ist die Freifläche ausgehend von der Hauptschneide bis zur Erhebung hin (d.h. bis zu einer Grenze zwischen der Senke und der Erhebung) kantenfrei ausgebildet, weist also keine abrupten oder unstetigen Änderungen des Freiwinkels auf, sondern verläuft insgesamt insbesondere stetig. Optional ist die Freifläche insgesamt kantenfrei, also auch die Erhebung an sich sowie auch die Grenze zwischen der Senke und der Erhebung. Alternativ ist die Grenze durch eine Kante gebildet, welche dann vorzugsweise die einzige Kante innerhalb der gesamten Freifläche ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung verläuft die Senke insbesondere durchgängig und ununterbrochen von der Mantelfläche bis zur Spannut. In einer möglichen Ausgestaltung wird dadurch die Freifläche in eine vorauslaufende Teilfläche und eine nachlaufende Teilfläche unterteilt, wobei die nachlaufende Teilfläche der Erhebung entspricht und die vorauslaufende Teilfläche sich streifenförmig zwischen der Senke und der Hauptschneide erstreckt. Alternativ schließt sich die Senke bereits unmittelbar an die Hauptschneide an. Aufgrund der generellen Unterteilung der Freifläche in zwei Teile (z.B. Teilflächen wie beschrieben) mittels der Senke wird die Freifläche auch als „double flank face“ bezeichnet.
Das Rotationswerkzeug weist allgemein ein Zentrum auf und eine Spitze. Die Spitze bildet frontseitig das Ende des Zentrums in axialer Richtung betrachtet und ist somit ein vorderster Punkt des Rotationswerkzeugs. Die Spitze ist insbesondere ein Teil einer Ausspitzung, mit einer Querschneide, welche die Hauptschneiden im Zentrum verbindet.
Geeigneterweise reicht die Senke bis in das Zentrum hinein und ist an der Spitze vorbeigeführt. Insbesondere erstreckt sich die Senke bis in die Ausspitzung hinein, sofern vorhanden. Bei einer Senke, welche sich von der Mantelfläche bis zur Spannut erstreckt, ist die Senke dann regelmäßig länger als die Hauptschneide und die Länge der Senke ist größer als ein Radius des Rotationswerkzeugs (genauer: als ein Radis von dessen Körper).
Die hier beschriebene Senke ist besonders vorteilhaft in Kombination mit einem Kühlmittelkanal zur frontseitigen Kühlmittelzufuhr. Entsprechend weist das Rotationswerkzeug in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung einen Kühlmittelkanal auf, mit einer Mündung, welche innerhalb der Senke liegt. Die Mündung liegt vorzugsweise vollständig innerhalb der Senke. Ebenfalls geeignet ist aber auch eine Ausgestaltung, bei welcher die Mündung lediglich teilweise innerhalb der Senke liegt, z.B. auf dem Übergang (insbesondere auf der Kante) zwischen Senke und Erhebung. Die Senke bildet dabei insgesamt vorteilhaft ein Kühlmittelbett, über welches das Kühlmittel nach dem Austreten über die Mündung besonders optimal verteilt wird. Das austretende Kühlmittel strömt im Betrieb entlang der Senke, insbesondere einerseits in Richtung Spannut und andererseits in Richtung der Mantelfläche. Außerdem wird vorteilhaft die gesamte Länge der Hauptschneide mit Kühlmittel versorgt. Die Senke weist allgemein eine Breite auf, welche dem 0,8-fachen bis 1 ,5-fachen eines Durchmessers der Mündung entspricht. Die Breite der Senke ist insbesondere gemessen senkrecht zur axialen Richtung und am Übergang von der Senke zur Erhebung. Der Durchmesser der Mündung ist insbesondere in einer Ebene senkrecht zur axialen Richtung gemessen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Freifläche eine Kerbe auf, zur Ausgabe von Kühlmittel zur Spannut oder zur Mantelfläche hin. Die Kerbe ist insbesondere konkav geformt, d.h. ähnlich wie die Senke, jedoch im Vergleich zu dieser deutlich kleiner. Die Kerbe dient vorteilhaft dazu, den Kühlmittelstrom weiter zu optimieren. Mittels der Kerbe wird ein spezieller Ausgang für das Kühlmittel geschaffen, über welchen das Kühlmittel die Freifläche verlassen kann. In einer ersten geeigneten Ausgestaltung ist die Kerbe zur Spannut hin eingebracht und unterbricht hierzu eine Verbindungskante zwischen Freifläche und Spannut. Zweckmäßigerweise führt die Kerbe in diesem Fall direkt von der Mündung in die Spannut. Alternativ oder zusätzlich ist die Kerbe zur Mantelfläche hin eingebracht und unterbricht hierzu eine Verbindungskante zwischen Freifläche und Mantelfläche, insbesondere die bereits genannte Umfangskante. Zweckmäßigerweise führt die Kerbe in diesem Fall direkt von der Senke in die Mantelfläche.
In einer geeigneten Ausgestaltung stoßen die Erhebung und die Senke wie oben bereits angedeutet entlang einer Kante aneinander und schließen dann dort rückseitig einen Winkel von wenigstens 90° ein. Die Kante ist insbesondere keine Schneide und entfaltet im Betrieb keine Schneidwirkung. Der Winkel ist rückseitig gemessen, d.h. in den Körper hinein. Frontseitig, d.h. im Betrieb zum Werkstück hin, beträgt der entsprechend komplementäre Winkel dann höchsten 270°. Die Kante ist demnach insgesamt stumpf. Der Winkel ist entlang der Kante entweder konstant oder variiert, beträgt dabei aber an jeder Position entlang der Kante immer wenigstens 90°.
Bevorzugterweise ist das Rotationswerkzeug ein Bohrer. Die hier gemachten Ausführungen sind aber grundsätzlich auch auf andere Rotationswerkzeuge wie z.B. Fräser anwendbar. Das hier beschriebene Rotationswerkzeug weist vorzugsweise zwei, drei oder vier Hauptschneiden auf und entsprechend viele Spannuten, Mantelflächen und Freiflächen. Das Rotationswerkzeug ist entweder einstückig, d.h. monolithisch oder mehrteilig, z.B. modular mit einer abtrennbaren Werkzeugspitze.
Die Spannut, die Mantelfläche und - sofern vorhanden - der Kühlmittelkanal sind jeweils insbesondere gewendelt ausgeführt, d.h. verlaufen helixartig um die Längsachse herum.
Das Verfahren dient zur Herstellung eines Rotationswerkzeugs, insbesondere eines Rotationswerkzeugs wie oben beschrieben. Das Rotationswerkzeug weist eine Hauptschneide, eine Spannut, eine Mantelfläche und eine Freifläche auf, welche der Hauptschneide nachläuft. Die Freifläche wird derart ausgebildet, dass diese ausgehend von der Hauptschneide zunächst abfällt und dann wieder ansteigt, sodass eine Senke ausgebildet ist, an welche sich eine Erhebung anschließt, welche bis an die Mantelfläche und die Spannut heranreicht.
Vorzugsweise wird die Freifläche in einem Schleifschritt des Verfahrens in den Körper des Rotationswerkzeugs eingeschliffen. Hierzu wird insbesondere eine Schleifscheibe verwendet, welche in dem Schleifschritt entlang eines entsprechenden Schleifpfads geführt wird und dabei gegebenenfalls unterschiedlich geneigt wird.
Grundsätzlich ist es möglich, die gesamte Freifläche mit der Senke und der Erhebung in unterschiedlichen, aufeinanderfolgenden Teilschritten auszubilden, insbesondere einzuschleifen. Bevorzugterweise wird jedoch die gesamte Freifläche in einem einzigen Schleifschritt entlang eines einzelnen Schleifpfads und mit lediglich einer Schleifscheibe eingeschliffen. Das Verfahren ist somit besonders effizient, denn die Freifläche wird in einem einzigen Zug gefertigt. Entsprechend ist die Ausgestaltung der Senke vorrangig abhängig von der Wahl der Schleifscheibe. Speziell die gegebenenfalls konkave Ausgestaltung der Senke und deren Breite ergeben sich durch die Wahl einer Schleifscheibe mit einer entsprechend abgerundeten Umlaufkante zwischen Mantelfläche und Stirnfläche der Schleifscheibe.
Beschreibung der Figuren
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:

1 ein Rotationswerkzeug,
2 ein anderes Rotationswerkzeug,
3 eine Variante des Rotationswerkzeugs aus 1,
4 das Rotationswerkzeug aus 3 in einer Seitenansicht,
5 das Rotationswerkzeug aus 3 in einer Frontansicht,
6 eine Variante des Rotationswerkzeugs aus 3,
7 das Rotationswerkzeug aus 6 in einer Frontansicht,
8 bis 11 eine Herstellung des Rotationswerkzeugs aus 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist ausschnittsweise ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Rotationswerkzeug 2 in einer Seitenansicht dargestellt. Zum Vergleich ist in 2 in einer ähnlichen Ansicht ein nicht-erfindungsgemäßes Rotationswerkzeug 2 gezeigt. Sowohl in 1 als auch in 2 weist das Rotationswerkzeug 2 eine Hauptschneide 4, eine Spannut 6, eine Mantelfläche 8 und eine Freifläche 10 auf, welche jeweils ein Teil eines Körpers des Rotationswerkzeugs 2 sind. Die Freifläche 10 und die Hauptschneide 4 sind ein Teil einer Werkzeugspitze des Rotationswerkzeugs 2, welche frontseitig am Körper ausgebildet ist. Der Körper erstreckt sich generell in einer axialen Richtung A und entlang einer Längsachse L, um welche das Rotationswerkzeug 2 in einer Umlaufrichtung U im Betrieb rotiert. Die Mantelfläche 8 begrenzt den Körper in radialer Richtung R, d.h. senkrecht zur axialen Richtung A. Die Hauptschneide 4 ist vorne am Körper ausgebildet, d.h. auf einer Vorderseite V, und verläuft grob in radialer Richtung R und endet an der Mantelfläche 8.
Die Freifläche 10 läuft der Hauptschneide 4 nach und erstreckt sich ausgehend von der Hauptschneide 4 bis zur Mantelfläche 8 und zur Spannut 6. Die Freifläche 10 ist allgemein frontseitig angeordnet und weist nach vorn, bildet also sozusagen das Gesicht des Rotationswerkzeugs 2. Im Betrieb schließt die Freifläche 10 mit einer Schneidebene (auch Arbeitsebene), welche senkrecht zur axialen Richtung A verläuft, den sogenannten Freiwinkel F ein.
In 1 fällt die Freifläche 10 ausgehend von der Hauptschneide 4 zunächst ab und steigt dann im Unterschied zu 2 wieder an, sodass eine Senke 12 ausgebildet ist, an welche sich eine Erhebung 14 anschließt, welche bis an die Mantelfläche 8 und die Spannut 6 heranreicht. Die Freifläche 10 fällt zunächst ausgehend von der Hauptschneide 4 und entgegen der Umlaufrichtung U weg von dieser in axialer Richtung A zur Rückseite B des Rotationswerkzeugs 2 hin ab und steigt anschließend wieder umgekehrt zur Vorderseite V des Rotationswerkzeugs 2 hin an. Dadurch wird hinter der Hauptschneide 4 die genannte Senke 12 gebildet, d.h. ein Teil der Freifläche 10, welcher gegenüber der übrigen Freifläche 10 in axialer Richtung A zurückgesetzt ist. An die Senke 12 schließt sich die genannte Erhebung 14 an. Eine solche Senke 12 und Erhebung 14 fehlen in 2. Die Senke 12 weist einen Grund 16 auf, welcher einen tiefsten Punkt der Freifläche 10 markiert, über welchen die Erhebung 14 dann in axialer Richtung A hinausragt. Im Vergleich zur Senke 12 liegt die Erhebung 14 somit in axialer Richtung A weiter vorn angeordnet. Wie in 1 erkennbar ist, erstreckt sich die Erhebung 14 dabei in axialer Richtung A jedoch nicht über die Hauptschneide 4 hinaus, sondern ist gegenüber der Hauptschneide 4 zurückgesetzt und bildet auch keine weitere Schneide aus.
In den 3 bis 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Rotationswerkzeug 2 gezeigt, in den 6 und 7 ein drittes Ausführungsbeispiel.
Die Ausführungen zur 1 gelten analog auch für die 3 bis 7 und umgekehrt.
Durch die Senke 12 und die Erhebung 14 ergibt sich eine charakteristische Variation des Freiwinkels F in einer Richtung senkrecht sowohl zur Hauptschneide 4 als auch zur Längsachse L betrachtet, wie besonders gut in den Seitenansichten der 1, 4 und 6 erkennbar ist. Ausgehend von der Hauptschneide 4 und zur Senke 12 hin bleibt der Freiwinkel F konstant (nicht gezeigt) oder nimmt sogar zu und zumindest nicht ab. Erst in der Senke 12 wird der Freiwinkel F im Verlauf von der Hauptschneide 4 weg zunehmend geringer und schließlich negativ, wenigstens bis die Senke 12 endet und die Erhebung 14 beginnt. Mit anderen Worten: an einem gegebenen Punkt schließt die Freifläche 10 mit einer Radialebene (welche durch Längsachse L und die Hauptschneide 4 aufgespannt wird) einen Winkel W ein, welcher ausgehend von der Hauptschneide 4 zunächst wenigstens 90° und beträgt. Im Verlauf durch die Senke 12 hindurch verändert sich der Winkel W und beträgt schließlich ab dem tiefsten Punkt weniger als 90°. Entlang der Erhebung 14 beträgt der Winkel W wieder wenigstens 90°, d.h. der Freiwinkel F ist größer oder gleich 0°, dies ist jedoch nicht zwingend.
In radialer Richtung R betrachtet steigt die Freifläche 10 je nach gewähltem Spitzenwinkel entsprechend zur Spitze 18 hin an. Das Verhalten in radialer Richtung R ist vorliegend jedoch weniger relevant ist, wichtiger ist der spezielle Verlauf der Freifläche 10 mit zunehmendem Abstand von der Hauptschneide 4.
Wie aus den 1 und 3 bis 7 erkennbar ist, ist die Senke 12 gerade keine einfache, schmale Nut unmittelbar hinter der Hauptschneide 4, sondern vielmehr eine umfangreiche Absenkung der Freifläche 10 relativ zu der nachlaufenden Erhebung 14 und der vorauslaufenden Hauptschneide 4. Die Senke 12 ist auch nicht lediglich nachträglich in eine zuvor gefertigte Freifläche 10 eingebracht, sondern wird demgegenüber direkt im Zuge der Herstellung der Freifläche 10 ausgebildet.
In den hier gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Erhebung 14 als ein Plateau ausgebildet, d.h. hier, dass der Freiwinkel F entlang der Erhebung 14 lediglich gering ist und/oder konstant, sodass die Erhebung 14 insgesamt überwiegend gerade ist. Unabhängig davon steigt die Erhebung 14 analog zur gesamten Freifläche 10 in radialer Richtung R je nach Ausgestaltung des Rotationswerkzeugs 2 in einem anderen Winkel an. Ausgehend vom Grund 16 der Senke 12 und in axialer Richtung A gemessen weist die Erhebung 14 eine Höhe H auf, welche wenigstens dem 0,5-fachen eines Abstands 20 zwischen dem Grund 16 und der Hauptschneide 4 ebenfalls in axialer Richtung A gemessen entspricht, sodass die Senke 12 eine substantielle Tiefe aufweist.
Sie Senke 12 ist vorliegend jeweils konkav, d.h. zur Rückseite B des Rotationswerkzeugs 2 hin gewölbt oder gekrümmt. Dadurch ist eine kontinuierliche Änderung des Freiwinkels F im Verlauf durch die Senke 12 hindurch realisiert. Hingegen ist ausgehend von der Hauptschneide 4 bis hin zur Senke 12 die Freifläche 10 konvex, d.h. zur Vorderseite V hin gewölbt, sodass der Freiwinkel F mit zunehmendem Abstand von der Hauptschneide 4 zunimmt („progressiver Freiwinkel“). In Kombination mit der konvexen Senke 12 ergibt sich dann ein insgesamt konvex-konkaver Verlauf der Freifläche 10 von der Hauptschneide 4 zur Senke 12 und durch diese hindurch, d.h. von der Hauptschneide 4 bis zur Erhebung 14.
Die Freifläche 10 ist zudem in 1 ausgehend von der Hauptschneide 4 bis zur Erhebung 14 hin kantenfrei ausgebildet, weist also keine abrupten oder unstetigen Änderungen des Freiwinkels F auf, sondern verläuft insgesamt insbesondere stetig. In den 3 bis 7 ist dies jedoch anders, dort ergibt sich ausgehend von einer Führungsfase der Mantelfläche 8 eine Kante in etwa parallel zur Hauptschneide 4. In einer nicht gezeigten Variante ist die Freifläche 10 insgesamt kantenfrei, also auch die Erhebung 14 an sich sowie auch die Grenze zwischen der Senke 12 und der Erhebung 14. In den hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Grenze jedoch durch eine Kante 22 gebildet, welche zumindest in 1 auch die einzige Kante innerhalb der gesamten Freifläche 10 ist.
Vorliegend verläuft die Senke 12 durchgängig und ununterbrochen von der Mantelfläche 8 bis zur Spannut 6. Dadurch wird die Freifläche 10 in eine vorauslaufende Teilfläche und eine nachlaufende Teilfläche unterteilt, wobei die nachlaufende Teilfläche der Erhebung 14 entspricht und die vorauslaufende Teilfläche sich streifenförmig zwischen der Senke 12 und der Hauptschneide 4 erstreckt. Alternativ schließt sich die Senke 12 bereits unmittelbar an die Hauptschneide 4 an (nicht gezeigt).
Das Rotationswerkzeug 2 weist allgemein ein Zentrum auf und eine Spitze 18. Die Spitze 18 bildet frontseitig das Ende des Zentrums in axialer Richtung A betrachtet und ist somit ein vorderster Punkt des Rotationswerkzeugs 2. Die Spitze 18 ist ein Teil einer Ausspitzung 24, mit einer Querschneide, welche die Hauptschneiden 4 im Zentrum verbindet. Die Senke 12 reicht bis in das Zentrum hinein und ist an der Spitze 18 vorbeigeführt. Zudem erstreckt sich die Senke 12 bis in die Ausspitzung 24 hinein. Entsprechend ist die Senke 12 länger als die Hauptschneide 4.
In den hier gezeigten Ausgestaltungen weist das Rotationswerkzeug 2 einen Kühlmittelkanal auf, mit einer Mündung 26, welche innerhalb der Senke 12 liegt. Die Mündung 26 liegt in 1 vollständig innerhalb der Senke 12 und in den 3 bis 7 lediglich teilweise innerhalb der Senke 12, hier beispielhaft auf der Kante 22. Die Senke 12 bildet in jedem Fall ein Kühlmittelbett, über welches das Kühlmittel nach dem Austreten über die Mündung 26 verteilt wird. Das austretende Kühlmittel strömt im Betrieb entlang der Senke 12, einerseits in Richtung der Spannut 6 und andererseits in Richtung der Mantelfläche 8. Außerdem wird die gesamte Länge der Hauptschneide 4 mit Kühlmittel versorgt.
In dem Ausführungsbeispiel der 6 und 7 weist die Freifläche 10 zusätzlich eine Kerbe 28 (hier vier Kerben 28) auf, zur Ausgabe von Kühlmittel zur Spannut 6 oder zur Mantelfläche 8 hin. Die Kerbe 28 ist konkav geformt und ist zur Spannut 6 hin eingebracht und unterbricht hierzu eine Verbindungskante zwischen Freifläche 10 und Spannut 6 oder ist zur Mantelfläche 8 hin eingebracht und unterbricht hierzu eine Verbindungskante zwischen Freifläche 10 und Mantelfläche 8.
Die Erhebung 14 und die Senke 12 stoßen entlang der Kante 22 aneinander und schließen dann dort rückseitig einen Winkel W2 von wenigstens 90° ein.
Das hier beispielhaft gezeigte Rotationswerkzeug 2 ist ein Bohrer. Die hier gemachten Ausführungen sind aber grundsätzlich auch auf andere Rotationswerkzeuge 2 anwendbar.
In den 8 bis 11 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Rotationswerkzeugs 2 wie oben beschrieben gezeigt. Dabei wird die Freifläche 10 in einem Schleifschritt in den Körper des Rotationswerkzeugs 2 eingeschliffen. Hierzu wird eine Schleifscheibe 30 verwendet, welche entlang eines entsprechenden Schleifpfads 32 geführt wird und dabei gegebenenfalls unterschiedlich geneigt wird. Grundsätzlich ist es möglich, die Freifläche 10 mit der Senke 12 in unterschiedlichen, aufeinanderfolgenden Teilschritten einzuschleifen. Vorliegend wird jedoch die gesamte Freifläche 10 in einem einzigen Schleifschritt entlang eines einzelnen Schleifpfads 34 und mit lediglich einer Schleifscheibe 32 eingeschliffen. In den 8 bis 11 sind entsprechend vier unterschiedliche Positionen der Schleifscheibe 30 entlang des Schleifpfads 32 gezeigt, um das Einschleifen zu verdeutlichen, wobei die Positionen beginnend mit 8 aufeinander folgen. Deutlich wird auch, wie die Schleifscheibe 30 beim Einschleifen gekippt wird.

Claims

Rotationswerkzeug (2), aufweisend: - eine Hauptschneide (4), - eine Spannut (6), - eine Mantelfläche (8), - eine Freifläche (10), welche der Hauptschneide (4) nachläuft, - wobei die Freifläche (10) ausgehend von der Hauptschneide (4) zunächst abfällt und dann wieder ansteigt, sodass eine Senke (12) ausgebildet ist, an welche sich eine Erhebung (14) anschließt, welche bis an die Mantelfläche (8) und die Spannut (6) heranreicht.
Rotationswerkzeug (2) nach Anspruch 1, wobei die Erhebung (14) als ein Plateau ausgebildet ist.
Rotationswerkzeug (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Senke (12) konkav ist.
Rotationswerkzeug (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Freifläche (10) ausgehend von der Hauptschneide (4) bis hin zur Senke (12) konvex ist.
Rotationswerkzeug (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Freifläche (10) ausgehend von der Hauptschneide (4) bis zur Erhebung (14) kantenfrei ausgebildet ist.
Rotationswerkzeug (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Senke (12) von der Mantelfläche (8) bis zur Spannut (6) verläuft.
Rotationswerkzeug (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei dieses ein Zentrum aufweist und eine Spitze (18), wobei die Senke (12) bis in das Zentrum hineinreicht und an der Spitze (12) vorbeigeführt ist.
Rotationswerkzeug (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei dieses einen Kühlmittelkanal aufweist, mit einer Mündung (26), welche innerhalb der Senke (12) liegt.
Rotationswerkzeug (2) nach Anspruch 8, wobei die Freifläche (10) eine Kerbe (28) aufweist, zur Ausgabe von Kühlmittel zur Spannut (6) oder zur Mantelfläche (8) hin.
Rotationswerkzeug (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Erhebung (14) und die Senke (12) entlang einer Kante (22) aneinanderstoßen und dort rückseitig einen Winkel (W2) von wenigstens 90° einschließen.
Rotationswerkzeug (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei dieses ein Bohrer ist.
Verfahren zur Herstellung eines Rotationswerkzeugs (2), - wobei das Rotationswerkzeug (2) eine Hauptschneide (4), eine Spannut (6), eine Mantelfläche (8) und eine Freifläche (10), welche der Hauptschneide (4) nachläuft, aufweist, - wobei die Freifläche (10) derart hergestellt wird, dass diese ausgehend von der Hauptschneide (4) zunächst abfällt und dann wieder ansteigt, sodass eine Senke (12) ausgebildet ist, an welche sich eine Erhebung (14) anschließt, welche bis an die Mantelfläche (8) und die Spannut (6) heranreicht.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die gesamte Freifläche (10) in einem einzigen Schleifschritt entlang eines einzelnen Schleifpfads (32) und mit lediglich einer Schleifscheibe (30) eingeschliffen wird.