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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Schneideinsatz, der bei der Bearbeitung eines Werkstücks verwendet wird, ein Rotationswerkzeug und ein Verfahren zur Herstellung eines maschinell bearbeiteten Produkts.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Als ein Rotationswerkzeug, das bei der Bearbeitung eines Werkstücks aus Metall oder dergleichen eingesetzt wird, ist beispielsweise ein im Patentdokument 1 offenbarter Bohreinsatz bekannt. Der im Patentdokument 1 beschriebene Bohreinsatz weist eine Schneidkante, eine Spanfläche und eine wendelförmige Nut (Nut) auf. Wenn der rotierende Bohreinsatz zum Bohren mit dem Werkstück in Kontakt gebracht wird, werden die von der Schneidkante erzeugten Späne in der Spanfläche aufgerollt und durch die Nut nach außen ausgegeben.
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ZITATENLISTE
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PATENTLITERATUR
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Patentdokument 1:
JP 2019-501787 T -
KURZERLÄUTERUNG
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Ein Schneideinsatz als ein nicht einschränkendes Beispiel weist einen Hauptkörper auf, der sich von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende entlang einer Drehachse erstreckt. Der Hauptkörper weist auf: eine Schneidkante, die an einer Seite des ersten Endes positioniert ist, eine Spanfläche, die sich von der Schneidkante in Richtung des zweiten Endes erstreckt, und eine Nut, die sich von der Spanfläche in Richtung des zweiten Endes erstreckt. Die Spanfläche weist auf: einen ersten Flächenbereich, der mit der Schneidkante verbunden ist und einen ersten Spanwinkel hat, einen zweiten Flächenbereich, der näher an dem zweiten Ende als der erste Flächenbereich angeordnet ist und einen zweiten Spanwinkel hat, und einen dritten Flächenbereich, der näher an dem zweiten Ende als der zweite Flächenbereich angeordnet ist und einen dritten Spanwinkel hat. Die Nut ist näher am zweiten Ende positioniert als der zweite Flächenbereich. Der dritte Flächenbereich ist benachbart zur Nut, welche in einer Drehrichtung um die Drehachse hinten liegt, und an einer Seite eines Außenumfangs des Hauptkörpers angeordnet. Der zweite Spanwinkel ist kleiner als der erste Spanwinkel, und der dritte Spanwinkel ist kleiner als der zweite Spanwinkel.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Schneideinsatzes gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 2 ist eine Vorderansicht des in 1 dargestellten Schneideinsatzes von einer ersten Endseite aus betrachtet.
- 3 ist eine Seitenansicht des in 1 dargestellten Schneideinsatzes, in Richtung A1 in 2 betrachtet.
- 4 ist eine Draufsicht des in 1 dargestellten Schneideinsatzes, in Richtung A2 in 2 betrachtet.
- 5 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie V-V, die in 2 durch Pfeile gekennzeichnet ist.
- 6 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VI-VI, die in 2 durch Pfeile gekennzeichnet ist.
- 7 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VII-VII, die durch Pfeile in 2 gekennzeichnet ist.
- 8 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII, die in 4 durch Pfeile gekennzeichnet ist.
- 9 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IX-IX, die in 4 durch Pfeile gekennzeichnet ist.
- 10 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie X-X, die in 4 durch Pfeile gekennzeichnet ist.
- 11 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Rotationswerkzeug einer nicht einschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
- 12 ist eine vergrößerte Ansicht eines vorderen Endabschnitts an einer ersten Endseite des in 11 dargestellten Rotationswerkzeugs.
- 13 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für einen Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines maschinell bearbeiteten Produkts einer nicht einschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Folgenden werden ein Schneideinsatz (im Folgenden auch einfach als Einsatz bezeichnet), ein Rotationswerkzeug und ein Verfahren zur Herstellung eines maschinell bearbeiteten Produkts einer nicht einschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Diagramme ausführlich beschrieben. Der Einfachheit halber ist jedoch jede der Zeichnungen, auf die im Folgenden Bezug genommen wird, so vereinfacht, dass nur die zur Beschreibung der Ausführungsform erforderlichen Hauptbestandteile dargestellt sind. Dementsprechend können der Einsatz und das Rotationswerkzeug mit irgendwelchen Bestandteilen versehen sein, die nicht in jeder der Zeichnungen, auf die in dieser Beschreibung Bezug genommen wird, dargestellt sind. Die Abmessungen der Elemente in den Zeichnungen stellen nicht die tatsächlichen Abmessungen der einzelnen Elemente, die Größenverhältnisse der Elemente oder ähnliches dar.
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1. Übersicht über den Einsatz
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Zunächst wird ein Überblick über einen Einsatz 1 einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf 1 bis 4 beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht des Einsatzes 1. 2 ist eine Vorderansicht des Einsatzes 1 von der Seite eines ersten Endes 10A aus betrachtet. 3 ist eine Seitenansicht des Einsatzes 1 in Richtung A1 in 2 betrachtet. 4 ist eine Draufsicht auf den Einsatz 1 in Richtung A2 in 2 betrachtet.
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Wie in den 1 bis 4 dargestellt, weist der Einsatz 1 des vorliegenden Beispiels einen Hauptkörper 2, der sich von dem ersten Ende 10A zu einem zweiten Ende 3A entlang einer Drehachse R1 erstreckt und an der Seite des ersten Endes 10A angeordnet ist, sowie einen Schaftabschnitt 3 auf, der an der Seite des zweiten Endes 3A angeordnet ist.
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Der Einsatz 1 hat einen Schneidabschnitt 10, der an der Seite des ersten Endes 10A des Hauptkörpers 2 ausgebildet ist. Der Schneidabschnitt 10 ist ein Abschnitt, der mit einem Werkstück T in Kontakt kommt, das ein Ziel des unten beschriebenen Vorgangs (siehe 13) bei der Bearbeitung (Bohren) ist, und ist ein Abschnitt, der eine Hauptrolle bei der Bearbeitung spielt. Der Hauptkörper 2, der den Schneidabschnitt 10 aufweist, wird nachfolgend im Detail beschrieben.
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Der Einsatz 1 ist beim Schneiden des Werkstücks um die Drehachse R1 herum drehbar. Ein in 1 dargestellter Pfeil R2 und dergleichen, die um die Drehachse R1 herum dargestellt sind, geben die Drehrichtung des Einsatzes 1 an. Ein Endabschnitt (d.h. das vordere Ende des Einsatzes 1) des Schneidabschnitts 10 in einer Richtung entlang der Drehachse R1 wird als das erste Ende 10A bezeichnet, und ein Endabschnitt (d.h. das hintere Ende des Einsatzes 1) des Schaftabschnitts 3, der von dem Schneidabschnitt 10 in der Richtung entlang der Drehachse R1 entfernt ist, wird als das zweite Ende 3A bezeichnet.
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Der Wellenabschnitt 3 erstreckt sich entlang der Drehachse R1. Der Schaftabschnitt 3 kann als ein Abschnitt verwendet werden, der von einem unten beschriebenen Halter 102 gehalten wird, indem er in eine am Halter 102 vorgesehene Tasche 111 eingesetzt und befestigt ist, wenn der Einsatz 1 am Halter 102 befestigt ist (siehe 11 und 12 und dergleichen).
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Die Größe des Schaftabschnitts 3 ist nicht besonders beschränkt, und die maximale Breite des Schaftabschnitts 3 in einer Richtung orthogonal zur Drehachse R1 kann z.B. auf etwa 3 bis 10 mm festgelegt sein. Die Abmessung des Wellenabschnitts 3 in einer Richtung entlang der Drehachse R1 (Längsrichtung) kann z.B. auf etwa 3 bis 10 mm festgelegt sein.
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Die Größe des Hauptkörpers 2 ist ebenfalls nicht besonders beschränkt. In einer Vorderansicht des Hauptkörpers 2 von der Seite des ersten Endes 10A in einer Richtung parallel zur Drehachse R1 aus betrachtet kann ein Durchmesser eines virtuellen Kreises, der mit der Drehachse R1 als Mittelpunkt gezeichnet wird und der mit dem Außenrand des Hauptkörpers 2 in Kontakt steht, beispielsweise auf etwa 10 bis 40 mm festgelegt sein. Die Abmessung des Hauptkörpers 2 in einer Richtung entlang der Drehachse R1 von dem ersten Ende 10A zu einem hinteren Ende des Hauptkörpers 2 (ein Verbindungsabschnitt zwischen dem Hauptkörper 2 und dem Wellenabschnitt 3) kann beispielsweise auf etwa 5 bis 20 mm festgelegt sein.
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Der Hauptkörper 2 und der Schaftabschnitt 3 des Einsatzes 1 können separat geformt und miteinander verbunden werden, oder sie können einstückig geformt sein.
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2. Definitionen von Begriffen
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In der vorliegenden Beschreibung bedeutet das Beschreiben von „eben“ oder „ebene Fläche“, dass die Fläche auf einer sichtbaren Ebene keine gekrümmte Fläche ist oder auf einer sichtbaren Ebene keine Unebenheiten hat. Bei einer Fläche, die als „eben“ oder „ebene Fläche“ bezeichnet wird, kann daher bei der Herstellung des Einsatzes 1 ein unvermeidliches Maß an Unebenheiten zulässig sein. Konkret können z.B. Unebenheiten mit einer Oberflächenrauheit von etwa 50 µm zugelassen werden. Die „Drehachse“ kann auch als eine gerade Linie (Mittellinie, Mittelachse) ausgedrückt werden, die durch (i) das erste Ende 10A und (ii) die Mitte oder im Wesentlichen die Mitte einer Fläche des zweiten Endes 3A des Schaftabschnitts 3 verläuft.
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Die Vorderansicht in 2 zeigt den Einsatz 1 von der Seite des ersten Endes 10A aus betrachtet. Die Darstellung des Einsatzes 1 von der Seite des ersten Endes 10A aus parallel zur Drehachse R1 betrachtet wird als Vorderansicht bezeichnet.
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In der Seitenansicht in 3 und in der Draufsicht in 4 ist der Einsatz 1 in Richtungen senkrecht zur Drehachse R1 dargestellt. Die Darstellung des Einsatzes 1 in einer Richtung senkrecht zur Drehachse R1 wird als eine Seitenansicht bezeichnet.
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3. Details des Einsatzes
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Bei bekannten Bohreinsätzen (siehe z.B. Patentschrift 1) wurden Versuche unternommen, um in der Spanfläche die Späne in eine gewünschte Form zu bringen. Leider kann der Versuch, die Späne in eine gewünschte Form zu bringen, zu einer instabilen Fließrichtung der Späne führen. Insbesondere kann es vorkommen, dass die Späne nicht in Richtung der Nut fließen, sondern in Richtung der Außenumfangsrichtung (in Richtung des Außenabschnitts) des Bohreinsatzes und somit eine Prozessoberfläche (Innenwand des gebohrten Lochs) des Werkstücks beschädigen.
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Der Schneideinsatz gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eingerichtet, um das Abfließen der Späne in Richtung der Nut zu erleichtern.
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Details des Schneideinsatzes 1 werden unter Verwendung der 1 bis 10 beschrieben. 5 bis 7 sind Querschnittsansichten entlang der Linien V-V, VI-VI bzw. VII-VII, die in 2 durch Pfeile gekennzeichnet sind. 8 bis 10 sind Querschnittsansichten entlang der Linien VIII-VIII, IX-IX bzw. X-X, die in 4 durch Pfeile gekennzeichnet sind. Diese Linien V-V, VI-VI und VII-VII verlaufen, von der Seite des ersten Endes 10A aus betrachtet, orthogonal zur Schneidkante 11 des Einsatzes 1.
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Diese Linien V-V, VI-VI und VII-VII in 4 dienen als Referenz, um das Verständnis der Querschnittsansichten in den 5 bis 7, betrachtet in der durch die Pfeile angegebenen Richtung, zu erleichtern. Die in den 5 bis 7 dargestellten Querschnitte verlaufen parallel zur Drehachse R1, jedoch nicht senkrecht zur Ebene in der in 4 dargestellten Seitenansicht (siehe 2). Andererseits sind die in den 8 bis 10 dargestellten Querschnitte dagegen parallel zur Drehachse R1 und senkrecht zur Ebene in der Seitenansicht von 4.
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Wie in den 1 bis 10 dargestellt, weist der Hauptkörper 2 des Einsatzes 1 die Schneidkante 11, die an der Seite des ersten Endes 10A positioniert ist, eine Spanfläche 80, die sich von der Schneidkante 11 in Richtung des zweiten Endes 3A erstreckt, und Nuten 90 auf, die sich von der Spanfläche 80 in Richtung des zweiten Endes 3A erstrecken. Die Spanfläche 80 kann sich von der Schneidkante 11 in Richtung des zweiten Endes 3A erstrecken, und die Nuten 90 können sich von der Spanfläche 80 in Richtung des zweiten Endes 3A erstrecken. Der Hauptkörper 2 kann eine Endfläche 2A aufweisen, die an der Seite des zweiten Endes 3A angeordnet ist, sowie eine Kammlinie, an der sich die Nuten 90 und die Endfläche 2A miteinander schneiden.
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Die Schneidkante 11 kann eine Meißelkante 16, die sich von der Position der Drehachse R1 (d.h. der Position des ersten Endes 10A) in Richtung des Außenumfangs des Schneidabschnitts 10 erstreckt, eine Ausdünnungskante 17, die sich von der Meißelkante 16 in Richtung des Außenumfangs erstreckt, und eine Hauptschneidkante 18 aufweisen, die sich von der Ausdünnungskante 17 in Richtung des Außenumfangs erstreckt. Der Schneidabschnitt 10 kann eine Ausdünnungsfläche 70 aufweisen, die sich von der Ausdünnungskante 17 in Richtung des zweiten Endes 3A (der Seite des zweiten Endes 3A) erstreckt.
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Die Spanfläche 80 erstreckt sich von der Hauptschneidkante 18 in Richtung des zweiten Endes 3A und rollt die von der Schneidkante 11 erzeugten Späne auf. Die mit der Spanfläche 80 aufgerollten Späne fließen in Richtung der Nut 90. Die Spanfläche 80 kann einen ersten Flächenbereich 81, einen zweiten Flächenbereich 82, einen dritten Flächenbereich 83 und einen vierten Flächenbereich 84 aufweisen.
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Wie in den 1 und 4 dargestellt ist, kann der erste Flächenbereich 81 eine Fläche sein, die mit den Hauptschneidkanten 18 verbunden ist und eine sanft gekrümmte Form hat, die zur Form des Kammes korrespondiert, an dem die Hauptschneidkante 18 ausgebildet ist.
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Der zweite Flächenbereich 82 ist mit dem ersten Flächenbereich 81 verbunden, ist näher am zweiten Ende 3A als der erste Flächenbereich 81 positioniert und ist mit dem dritten Flächenbereich 83, dem vierten Flächenbereich 84 und den Nuten 90 verbunden. Der zweite Flächenbereich 82 ist in Bezug auf den ersten Flächenbereich 81 geneigt. Mit zunehmender Nähe zum Außenumfang des Hauptkörpers in der Seitenansicht kann sich eine Grenze 12 zwischen dem zweiten Flächenbereich 82 und dem ersten Flächenbereich 81 in Richtung des zweiten Endes 3A erstrecken und geneigt sein.
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Der zweite Flächenbereich 82 kann eine Fläche mit einer Form (konkav gekrümmte Form) sein, die in einem Querschnitt orthogonal zur Drehachse R1 leicht konvex nach unten gekrümmt ist. Der zweite Flächenbereich 82 kann eine Fläche sein, die eine lineare Form in einer Richtung entlang der Drehachse R1 hat, oder kann eine Fläche sein, die eine konvex nach unten gekrümmte Form hat.
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Der dritte Flächenbereich 83 ist näher am zweiten Ende 3A positioniert als der zweite Flächenbereich 82 und ist zur Nut 90, welche in der Drehrichtung um die Drehachse R1 herum hinten liegt, benachbart und ist an der Seite nahe dem Außenumfang des Hauptkörpers 2 angeordnet. Mit anderen Worten ist der dritte Flächenbereich 83 ein Abschnitt, der durch den zweiten Flächenbereich 82, die Nut 90 und einen Kamm L1 definiert ist, der am Schnittzwischen der Spanfläche 80 und der Außenumfangsfläche des Hauptkörpers 2 angeordnet ist.
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Der dritte Flächenbereich 83 ist in Bezug auf den zweiten Flächenbereich 82 geneigt. In der Seitenansicht des Hauptkörpers 2 kann sich eine Grenze 23 zwischen dem zweiten Flächenbereich 82 und dem dritten Flächenbereich 83 so erstrecken, dass sie durch einen dem ersten Ende 10A nächstgelegenen Endabschnitt der Nut 90 verläuft und orthogonal zur Drehachse R1 ist. Der dritte Flächenbereich 83 kann einen kleineren Spanwinkel als der zweite Flächenbereich 82 haben, wie weiter unten im Detail beschrieben wird. Daher ist es wahrscheinlich, dass ein Endabschnitt in Breitenrichtung der von der Schneidkante 11 erzeugten Späne mit dem dritten Flächenbereich 83 in Kontakt kommt.
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Der vierte Flächenbereich 84 ist näher am zweiten Ende 3A positioniert als der zweite Flächenbereich 82 und ist in Drehrichtung um die Drehachse R1 herum zur Nut 90 vorne benachbart. Der vierte Flächenbereich 84 ist in Bezug auf den zweiten Flächenbereich 82 geneigt. Der vierte Flächenbereich 84 ist mit einer Kontaktfläche 20 verbunden, die mit einer Fixierklaue 105 (siehe 12) des Halters 102 in Kontakt kommt, wenn der Einsatz 1 an dem unten beschriebenen Halter 102 befestigt ist. Der vierte Flächenbereich 84 ist eine gekrümmte Fläche, deren Form so gekrümmt ist, dass sie von der Nut 90 zur Kontaktfläche 20 hin absteht.
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Die Nut 90 ist näher am zweiten Ende 3A positioniert als der zweite Flächenbereich 82. Die Grenze zwischen der Nut 90 und der Spanfläche 80 wird als eine Grenze 98 bezeichnet. Die Nut 90 kann in einer Drehrichtung R2 Schrauben- bzw. Wendelform nach hinten haben, so wie sie sich dem zweiten Ende 3A annähert. In diesem Fall ist an der Grenze zwischen der Nut 90 und der Spanfläche 80 ein Kamm gebildet, der als eine Grenze 98 dient. Die Nut 90 kann in einem Querschnitt orthogonal zur Drehachse R1 eine konkav gekrümmte Form haben, um einen gleichmäßigen Austrag der Späne zu ermöglichen, die von der Spanfläche 80 in Richtung des zweiten Endes 3A fließen.
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Bei dem Einsatz 1 des vorliegenden Beispiels, wie in den 5 bis 7 dargestellt, ist der Spanwinkel des ersten Flächenbereichs 81 als ein erster Spanwinkel θ1 definiert, ist der Spanwinkel des zweiten Flächenbereichs 82 als ein zweiter Spanwinkel θ2 definiert, und ist der Spanwinkel des dritten Flächenbereichs 83 als ein dritter Spanwinkel θ3 definiert.
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Die Spanwinkel können in Querschnitten (z.B. in Querschnitten entlang der in 2 dargestellten Linien V-V, VI-VI und VII-VII) parallel zur Drehachse R1 und orthogonal zu dem betreffenden Abschnitt der Schneidkante 11 in der Vorderansicht definiert werden. Die Spanwinkel können beispielsweise als Winkel definiert werden, die zwischen einer virtuellen Geraden Y1 parallel zur Drehachse R1 und dem ersten Flächenbereich 81 bis zum vierten Flächenbereich 84 der Spanfläche 80 ausgebildet sind, die in den Querschnitten der 5 bis 7 dargestellt sind. Insbesondere ist der erste Spanwinkel θ1 ein Winkel zwischen der virtuellen Geraden Y1 und dem ersten Flächenbereich 81, ist der zweite Spanwinkel θ2 ein Winkel zwischen der virtuellen Geraden Y1 und dem zweiten Flächenbereich 82, und ist der dritte Spanwinkel θ3 ein Winkel zwischen der virtuellen Geraden Y1 und dem dritten Flächenbereich 83. In 5 bis 7 ist die virtuelle Gerade Y1 dargestellt, wobei die Höhenposition der Einfachheit halber entsprechend variiert wird.
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Wenn beispielsweise in dem in 5 dargestellten Querschnitt die Neigung der Linie des ersten Flächenbereichs 81 konstant ist (der erste Spanwinkel θ1 ist konstant), wird der Wert des ersten Spanwinkels θ1 auf der Grundlage der virtuellen geraden Linie Y1, die durch einen beliebigen Punkt des ersten Flächenbereichs 81 verläuft, und der Neigung des ersten Flächenbereichs 81 an dem Punkt ermittelt.
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Andererseits muss beispielsweise die Neigung der Linie des ersten Flächenbereichs 81 in dem in 5 dargestellten Querschnitt nicht konstant sein, und der zwischen der Linie des ersten Flächenbereichs 81 und der virtuellen Geraden Y1 ausgebildete Winkel kann in Abhängigkeit von der Höhenposition der virtuellen Geraden Y1 variieren. In diesem Fall wird die Höhenposition der virtuellen Geraden Y1 verändert und wird der Maximalwert der Winkel zwischen der Linie des ersten Flächenbereichs 81 und den virtuellen Geraden Y1 als der erste Spanwinkel θ1 definiert.
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Die Werte der jeweiligen Spanwinkel des ersten Flächenbereichs 81 und des dritten Flächenbereichs 83 werden im gleichen Querschnitt verglichen. Dies liegt daran, dass beispielsweise der Absolutwert des ersten Spanwinkels θ1 in der Mehrzahl der in den 5 bis 7 dargestellten Querschnitten variieren kann.
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In den in den 5 bis 7 dargestellten Querschnitte wird der Wert des Spanwinkels auf der Grundlage der virtuellen Geraden Y1 ermittelt. Insbesondere wird in den 5 bis 7 dargestellten Querschnitten ein Winkel, der durch eine zur virtuellen Geraden Y1 parallele Gerade gebildet wird, als 0° definiert. Ein spitzer Winkel zwischen der virtuellen Geraden Y1 und einer gegenüber der virtuellen Geraden Y1 im Uhrzeigersinn geneigten Geraden ist als ein positiver Wert definiert, und ein spitzer Winkel zwischen der virtuellen Geraden Y1 und einer gegenüber der virtuellen Geraden Y1 im Gegenuhrzeigersinn geneigten Geraden ist als ein negativer Wert definiert.
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Die Definition des Spanwinkels und die Regel für den Vergleich zwischen einer Mehrzahl von Spanwinkeln gelten in gleicher Weise für den zweiten Spanwinkel θ2 und den dritten Spanwinkel θ3.
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In dem Einsatz 1 des vorliegenden Beispiels ist der zweite Spanwinkel θ2 kleiner als der erste Spanwinkel θ1 und ist der dritte Spanwinkel θ3 kleiner als der zweite Spanwinkel θ2. Dieser Ausdruck „der dritte Spanwinkel θ3 ist kleiner als der zweite Spanwinkel θ2“ umfasst den Fall, in dem der zweite Spanwinkel θ2 ein positiver Wert und der dritte Spanwinkel θ3 ein negativer Wert ist.
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Beispielsweise kann eine Differenz zwischen dem ersten Spanwinkel θ1 und dem zweiten Spanwinkel θ2 etwa 1° betragen oder in einem Bereich von 0,3° bis 10° liegen, wobei beide umfasst sind. Die Differenz zwischen dem zweiten Spanwinkel θ2 und dem dritten Spanwinkel θ3 kann z.B. etwa 1° betragen oder in einem Bereich von 0,3° bis 10° liegen, wobei beide umfasst sind. Etwa 1° bedeutet 1° ± 0,1°.
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Der Einsatz 1 des vorliegenden Beispiels stellt die folgenden Effekte bereit. Insbesondere, wenn der Einsatz 1 während der Drehung um die Drehachse 1 mit dem Werkstück in Kontakt kommt, wird das Werkstück von der Schneidkante 11 geschnitten und bearbeitet, wodurch Späne des Werkstücks entlang der Schneidkante 11 gebildet werden. Wie in den 4 und 6 dargestellt ist, bewegen sich die Späne, die von einem mittleren Abschnitt der Hauptschneidkante 18 in Richtung des zweiten Endes 3A gelangen, von dem ersten Flächenbereich 81 durch den zweiten Flächenbereich 82 zu der Nut 90.
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Darüber hinaus dringen von den Spänen diejenigen, die sich in der Nähe des Außenumfangs des Einsatzes 1 befinden, in dieser Reihenfolge zum ersten Flächenbereich 81, zum zweiten Flächenbereich 82 und zum dritten Flächenbereich 83 vor. Wenn der Spanwinkel so variiert, dass er vom ersten Flächenbereich 81 zum dritten Flächenbereich 83 allmählich abnimmt, wie in 7 dargestellt, können die Späne vorteilhaft gerollt werden.
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In diesem Fall wird das Vorankommender Späne gebremst, so dass sich die Späne an der Spanfläche 80 aufrollen. Andererseits ist es wahrscheinlich, dass die Späne in der Nut 90 gleichmäßiger vorankommen als an der Spanfläche 80, da die Nut 90 in der Drehrichtung R2 eine Schrauben- bzw. Helixform nach hinten hat, so wie sie sich dem zweiten Ende 3A annähert.
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Wie oben beschrieben ist der dritte Flächenbereich 83 zur Nut 90, welche in der Drehrichtung um die Drehachse R1 hinten liegt, benachbart und an der Seite nahe des Außenumfangs des Hauptkörpers 2 angeordnet. In dem Einsatz 1 des vorliegenden Beispiels ist es daher wahrscheinlich, dass die Späne in einem Abschnitt um den Außenumfang des Einsatzes 1 verdreht werden. Dadurch ist es weniger wahrscheinlich, dass die Späne aus dem Einsatz 1 herausspringen und ist es für diese wahrscheinlich, in Richtung der Nut 90 fließen.
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Insbesondere ist bei dem Einsatz 1 des vorliegenden Beispiels der zweite Spanwinkel θ2 kleiner als der erste Spanwinkel θ1 und ist der dritte Spanwinkel θ3 kleiner als der zweite Spanwinkel θ2. Somit wird wahrscheinlich ein großer Winkel zwischen dem dritten Flächenbereich 83 und der Nut 90 gebildet, wodurch das Verdrehen der Späne in dem Abschnitt um den Außenumfang des Einsatzes 1 weiter erleichtert wird.
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Mit anderen Worten kann der Einsatz 1 des vorliegenden Beispiels als mit der folgenden Konfiguration eingerichtet angesehen werden.
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Der Hauptkörper 2 weist die Spanfläche 80, die sich von der Schneidkante 11 in Richtung des zweiten Endes 3A erstreckt, und die Nut 90 auf, die sich von der Spanfläche 80 in Richtung des zweiten Endes 3A erstreckt. Ein Bereich der Nut 90 an der Seite des ersten Endes 10A hat eine in Richtung der Spanfläche 80 konvexe Form. Somit hat die Grenze 98 zwischen der Spanfläche 80 und der Nut 90 eine zum ersten Ende 10A (Seite des ersten Endes 10A) hin konvexe Form.
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Der Spanwinkel der Spanfläche 80 ist an einem Abschnitt mit zunehmender Separation von der Schneidkante 11 kleiner. Ein Spanwinkel in einem Bereich (dritter Flächenbereich 83) der Spanfläche, der zwischen der Nut 90 und dem Steg L1 liegt, ist kleiner als ein Spanwinkel in einem Bereich (erster Flächenbereich 81 und zweiter Flächenbereich 82) in der Spanfläche, der näher am ersten Ende 10A liegt als die Nut 90.
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Der Hauptkörper 2 kann ferner die Kontaktfläche 20 aufweisen. Die Kontaktfläche 20 kann in der Drehrichtung R2 in Bezug auf die Nut 90 vorne positioniert sein und kann mit dem Halter 102 in Kontakt kommen, wenn der Einsatz 1 an dem Halter 102, wie unten beschrieben, angebracht ist. Ein Spanwinkel in einem Bereich (vierter Flächenbereich 84) der Spanfläche zwischen der Nut 90 und der Kontaktfläche 20 kann kleiner sein als ein Spanwinkel in einem Bereich (erster Flächenbereich 81 und zweiter Flächenbereich 82) in der Spanfläche, der näher am ersten Ende 10A liegt als die Nut 90.
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Der Einsatz 1 kann eine Form haben, bei der in der Seitenansicht die Grenze 98 zwischen der Spanfläche 80 und der Nut 90 in Richtung des ersten Endes 10A vorsteht. Mit anderen Worten kann die Grenze 98 in Richtung des ersten Endes 10A (Seite des ersten Endes 10A) konvex sein. Ein Teil der Nut 90, der in Richtung des ersten Endes 10A vorsteht, wird als ein vorstehender Nutteil 91 bezeichnet. Mit dieser Konfiguration kann der Abstand zwischen der Hauptschneidkante 18 und der Nut 90 kurz gehalten werden. Somit können die Späne, die in einem Abschnitt der Grenze 98 fließen, die als Grenze zwischen dem zweiten Flächenbereich 82 und der Nut 90 dient (mit anderen Worten, die Späne, die zwischen dem dritten Flächenbereich 83 und dem vierten Flächenbereich 84 fließen), leicht in Richtung der Nut 90 fließen.
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In dem Einsatz 1 können der dritte Flächenbereich 83 und der vierte Flächenbereich 84 in einem Querschnitt (z.B. in 9 dargestellter Querschnitt), der orthogonal zur Drehachse R1 verläuft und die Nut 90, den dritten Flächenbereich 83 und den vierten Flächenbereich 84 kreuzt, einen Abschnitt aufweisen, in dem der vierte Flächenbereich 84 eine Breite W4 hat, die größer ist als eine Breite W3 des dritten Flächenbereichs 83. Diese Breite W4 des vierten Flächenbereichs 84 ist die Länge einer geraden Linie, die in der Querschnittsansicht zwei Endabschnitte des vierten Flächenbereichs 84 verbindet (beide Enden einer gekrümmten Linie, die zum vierten Flächenbereich 84 im Querschnitt korrespondiert). Die Breite W3 des dritten Flächenbereichs 83 ist eine Länge einer geraden Linie, die in der Querschnittsansicht zwei Endabschnitte des dritten Flächenbereichs 83 verbindet (beide Enden einer gekrümmten Linie, die zum dritten Flächenbereich 83 in der Querschnittsansicht korrespondiert) (siehe 9 und 10).
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Mit dieser Konfiguration wird die Abführbarkeit der Späne verbessert. Für die Späne, die von der Spanfläche 80 zur Nut 90 fließen, ist es wahrscheinlich in der Drehrichtung R2 der Spanfläche 80 und der Nut 90 nach hinten beeinflusst zu werden. Da die Nut 90 in der Drehrichtung R2 der Spanfläche 80 und der Nut 90 nach hinten beeinflusst ist, ist es für die so fließenden Späne wahrscheinlich, zur Nut 90 fließen.
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Wie in 9 dargestellt, kann die Nut 90 an der Grenze 98 zwischen der Spanfläche 80 und der Nut 90 gegenüber der Spanfläche 80 zurückgesetzt sein. Bei dieser Konfiguration ist es weniger wahrscheinlich, dass ein intensiver Kontakt zwischen den Spänen und der Nut 90 entsteht, wenn die Späne von der Spanfläche 80 zur Nut 90 fließen. Auf diese Weise wird die Abführbarkeit der Späne verbessert und gleichzeitig die Gefahr des Verschleißes der Nut 90 verringert.
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Im Einsatz 1 kann die Spanfläche 80 in einem ersten Querschnitt (z.B. der in 8 dargestellte Querschnitt), der orthogonal zur Drehachse R1 verläuft und die Spanfläche 80 kreuzt, eine konkav gekrümmte Form haben, und kann in einem zweiten Querschnitt (z.B. der in 9 dargestellte Querschnitt), der orthogonal zur Drehachse R1 verläuft und die Nut 90 kreuzt, die Nut 90 eine konkav gekrümmte Form haben. Ein Krümmungsradius RC2 der Nut 90 im zweiten Querschnitt kann kleiner sein als ein Krümmungsradius RC1 der Spanfläche 80 im ersten Querschnitt. Mit anderen Worten kann der Krümmungsradius RC2 der Nut 90 im zweiten Querschnitt kleiner sein als der Krümmungsradius RC1 des zweiten Flächenbereichs 82 im ersten Querschnitt.
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Diese Konfiguration erleichtert die Verringerung der Kontaktfläche zwischen den Spänen und der Nut 90, wenn die Späne von der Spanfläche 80 zur Nut 90 fließen. Insbesondere, wenn die Späne von der Spanfläche 80 zur Nut 90 fließen, ist es wahrscheinlich, dass zumindest ein Teil der Späne fließt, während sie von der Nut 90 separiert werden. Auf diese Weise wird die Abführbarkeit der Späne verbessert und gleichzeitig die Gefahr des Verschleißes der Nut 90 verringert.
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Mit anderen Worten kann der Einsatz 1 des vorliegenden Beispiels mit der folgenden Konfiguration betrachtet werden.
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Der Hauptkörper 2 weist die Spanfläche 80, die sich von der Schneidkante 11 in Richtung des zweiten Endes 3A erstreckt, und die Nut 90 auf, die sich von der Spanfläche 80 in Richtung des zweiten Endes 3A erstreckt. Ein Bereich der Nut 90 an der Seite des ersten Endes 10A hat eine zur Spanfläche 80 konvexe Form. Somit hat die Grenze 98 zwischen der Spanfläche 80 und der Nut 90 eine zum ersten Ende 10A hin konvexe Form.
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Der Spanwinkel der Spanfläche 80 ist an einem Abschnitt mit zunehmender Separation von der Schneidkante 11 separiert ist kleiner. Ein Spanwinkel in einem Bereich (dritter Flächenbereich 83) der Spanfläche, der zwischen der Nut 90 und dem Steg L1 liegt, ist kleiner als ein Spanwinkel in einem Bereich (erster Flächenbereich 81 und zweiter Flächenbereich 82) in der Spanfläche, der näher am ersten Ende 10A liegt als die Nut 90.
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Der Hauptkörper 2 kann ferner die Kontaktfläche 20 aufweisen. Die Kontaktfläche 20 kann in der Drehrichtung R2 in Bezug auf die Nut 90 vorne positioniert sein und kann mit dem Halter 102 in Kontakt kommen, wenn der Einsatz 1 an dem Halter 102, wie unten beschrieben, befestigt ist. Ein Spanwinkel in einem Bereich (vierter Flächenbereich 84) der Spanfläche zwischen der Nut 90 und der Kontaktfläche 20 kann kleiner sein als ein Spanwinkel in einem Bereich (erster Flächenbereich 81 und zweiter Flächenbereich 82) in der Spanfläche, der näher am ersten Ende 10A liegt als die Nut 90.
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4. Flächenbereich der Spanfläche
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Ob die Spanfläche 80 den ersten Flächenbereich 81, den zweiten Flächenbereich 82 und den dritten Flächenbereich 83 aufweist, kann durch das folgende Vorgehen ermittelt werden.
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7 ist eine Querschnittsansicht im Einsatz 1, die einen Querschnitt zeigt, der orthogonal zur Schneidkante 11 ist, parallel zur Drehachse R1 verläuft und durch einen Teil der Spanfläche 80 hindurchtritt, der zwischen der Nut 90 und dem Steg L1 im Einsatz 1 liegt, betrachtet von der Seite des ersten Endes 10A. In diesem Querschnitt wird der Teil der Spanfläche 80, der an der Seite des ersten Endes 10A positioniert ist und mit der Schneidkante 11 verbunden ist, als der erste Flächenbereich 81 definiert. Der Spanwinkel an einem Teil des ersten Flächenbereichs 81, der mit der Schneidkante 11 verbunden ist, wird als der erste Spanwinkel θ1 definiert.
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In dem oben beschriebenen Querschnitt wird ein Teil der Spanfläche 80, der an der Seite des zweiten Endes 3A positioniert ist und zwischen der Nut 90 und dem Kamm L1 liegt, als dritter Flächenbereich 83 definiert. Der Spanwinkel an einem Teil des dritten Flächenbereichs 83, der mit der Nut 90 verbunden ist, wird als der dritte Spanwinkel θ3 definiert.
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Wenn zwischen dem ersten Flächenbereich 81 und dem dritten Flächenbereich 83 ein Flächenbereich vorhanden ist, dessen Spanwinkel kleiner als der erste Spanwinkel θ1 und größer als der dritte Spanwinkel θ3 ist, kann dieser Flächenbereich als der zweite Flächenbereich 82 betrachtet werden.
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Ob die Spanfläche 80 den ersten Flächenbereich 81, den zweiten Flächenbereich 82 und den vierten Flächenbereich 84 aufweist, kann durch das folgende Vorgehen ermittelt werden.
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5 ist eine Querschnittsansicht im Einsatz 1, die einen Querschnitt zeigt, der orthogonal zur Schneidkante 11 ist, parallel zur Drehachse R1 verläuft und durch einen Teil der Spanfläche 80 hindurchtritt, die zwischen der Nut 90 und der Kontaktfläche 20 im Einsatz 1 liegt, betrachtet von der Seite des ersten Endes 10A. In diesem Querschnitt wird der Teil der Spanfläche 80, der an der Seite des ersten Endes 10A positioniert ist und mit der Schneidkante 11 verbunden ist, als der erste Flächenbereich 81 definiert. Der Spanwinkel an einem Teil des ersten Flächenbereichs 81, der mit der Schneidkante 11 verbunden ist, wird als der erste Spanwinkel θ1 definiert. In dem oben beschriebenen Querschnitt wird ein Teil der Spanfläche 80, der an der Seite des zweiten Endes 3A positioniert ist und zwischen der Nut 90 und der Kontaktfläche 20 liegt, als vierter Flächenbereich 84 definiert.
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Wenn zwischen dem ersten Flächenbereich 81 und dem vierten Flächenbereich 84 ein Flächenbereich mit einem kleineren Spanwinkel als dem ersten Spanwinkel θ1 vorhanden ist, kann dieser Flächenbereich als der zweite Flächenbereich 82 betrachtet werden.
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4. Konfiguration eines Rotationswerkzeugs
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Ein Rotationswerkzeug 100 eines nicht einschränkenden Beispiels der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf die 11 und 12 beschrieben. 11 ist eine perspektivische Ansicht des Rotationswerkzeugs 100. 12 ist eine vergrößerte Ansicht eines vorderen Endabschnitts des Rotationswerkzeugs 100 an der Seite des ersten Endes 10A.
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Wie in den 11 bis 12 dargestellt, handelt es sich bei dem Rotationswerkzeug 100 eines Beispiels um einen Bohrer vom sogenannten Einsatztyp, bei dem der Einsatz 1 und der Halter 102 als separate Elemente ausgebildet sind und der Einsatz 1 an einem vorderen Endabschnitt des Halters 102 befestigt ist. Das Rotationswerkzeug 100 hat die Drehachse R1 und dreht sich um die Drehachse R1.
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Obwohl das Rotationswerkzeug 100 des vorliegenden Beispiels zwar ein Bohrer vom Typ einzelner Einsatz ist, an dem ein Einsatz 1 befestigt ist, ist das Rotationswerkzeug, das den Einsatz 1 aufweist, nicht auf den Bohrer vom Typ einzelner Einsatz beschränkt. Das Rotationswerkzeug ist nicht auf einen Bohrer beschränkt, der das Bohren durch Bewegung in Richtung der Drehachse R1 relativ zum Werkstück ausführt, und kann ein Werkzeug sein, das während der Rotation das Werkstück durch Bewegung in eine beliebige Richtung schneiden kann. Beispiele für das Rotationswerkzeug, das den Einsatz 1 aufweist, weisen einen Schaftfräser und ein Fräswerkzeug auf.
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Der Halter 102 kann einen Schaft 103 und einen Körper 104 aufweisen, der sich entlang der Drehachse R1 erstreckt. Der Schaft 103 kann die Form einer Stange haben, die sich entlang der Drehachse R1 erstreckt, und ist ein Abschnitt, der zum Beispiel von einer Werkzeugmaschine gehalten wird.
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Der Körper 104 weist eine Seitenfläche auf, die mit einer schraube- bzw. helixförmig ausgebildeten Nut 110 zum Ausgeben von Spänen aus einem Werkstück T versehen ist.
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Der Körper 104 weist die Tasche 111 auf, die sich an der vorderen Endseite öffnet. Der Schaftabschnitt 3 des Einsatzes 1 ist an der Tasche 111 befestigt. Der Einsatz 1 ist z.B. mit einer Schraube (nicht dargestellt) am Halter 102 (Körper 104) befestigt.
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Der Körper 104 weist am vorderen Ende, an der Seite des Einsatzes 1, eine Befestigungsklaue105 auf, mit der der Einsatz 1 fixiert werden kann. Eine von mehreren Flächen der Befestigungsklaue105 kommt mit der Kontaktfläche 20 des Einsatzes 1 in Kontakt. Die Nut 110 ist mit der Nut 90 des Einsatzes 1 verbunden.
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Verfahren zur Herstellung eines maschinell bzw. spanabhebend bearbeiteten Produkts
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Ein Verfahren zur Herstellung eines maschinell bearbeiteten Produkts gemäß einem Beispiel wird anhand von 13 beschrieben. 13 ist eine schematische Darstellung, die einen Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines maschinell bearbeiteten Produkts einer Ausführungsform zeigt. Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines maschinell bearbeiteten Produkts U durch Bearbeitung des Werkstücks T mit dem Rotationswerkzeug 100 beschrieben.
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Das Verfahren zur Herstellung des maschinell bearbeiteten Produkts U gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die folgenden Schritte aufweisen. Im Einzelnen können die Schritte aufweisen:
- (1) Drehen des Rotationswerkzeugs 100,
- (2) In-Kontakt-Bringen des Rotationswerkzeugs 100 mit dem Werkstück T, und
- (3) Separieren des Rotationswerkzeugs 100 von dem Werkstück T.
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Genauer gesagt wird zunächst, wie durch das Bezugszeichen 1301 in 13 angegeben, das Werkstück T direkt unter dem Rotationswerkzeug 100 vorbereitet und wird das an der Werkzeugmaschine befestigte Rotationswerkzeug 100 um die Drehachse R1 gedreht. Beispiele für das Werkstück T weisen Aluminium, unlegierter Stahl, legierter Stahl, rostfreier Stahl, Gusseisen und Nichteisenmetalle auf.
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Wie durch das Bezugszeichen 1302 in 13 angegeben, werden das Rotationswerkzeug 100 und das Werkstück T aufeinander zu bewegt, um das Rotationswerkzeug 100 in Kontakt mit dem Werkstück T zu bringen. So wird das Werkstück T von der Schneidkante 11 des Einsatzes 1 bearbeitet, wodurch ein bearbeitetes Loch V ausgebildet wird. Die Späne des bearbeiteten Werkstücks T gelangen von den Nuten 90 des Einsatzes 1 durch die Nuten 110 des Halters 102 und werden nach außen abgeführt. Das Rotationswerkzeug 100 und das Werkstück T können auf beliebige, nicht besonders beschränkte Weise relativ zueinander bewegt werden. Beispielsweise kann das Rotationswerkzeug 100 in Richtung des feststehenden Werkstücks T bewegt werden, oder kann das Werkstück T in Richtung des feststehenden Rotationswerkzeugs 100 bewegt werden.
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Anschließend wird, wie durch das Bezugszeichen 1303 in 13 angegeben, das Rotationswerkzeug 100 von dem Werkstück T separiert. Als ein Ergebnis wird das maschinell bearbeitete Produkt U als das Werkstück T hergestellt, in dem das bearbeitete Loch V ausgebildet wurde.
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Variation
- (a) In der obigen Ausführungsform wurde eine Beschreibung des Rotationswerkzeugs 100 eines sogenannten Einsatztyps gegeben, der durch eine Kombination aus dem Einsatz 1 und dem Halter 102 eingerichtet ist. Die Konfiguration des Rotationswerkzeugs 100 ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann ein sogenanntes Voll-Rotationswerkzeug sein, bei dem beispielsweise der Einsatz 1 und der Halter 102 einstückig ausgebildet sind.
- (b) Im Einsatz 1 kann auf der Spanfläche 80 eine klar erkennbare Grenze oder eine unscharfe Grenze zwischen benachbarten Bereichen des ersten Flächenbereichs 81 und des vierten Flächenbereichs 84 vorgesehen sein. Somit muss der Einsatz 1 keine ausgeprägten Grenze 12 und Grenze 23 aufweisen.
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Ergänzende Anmerkung
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In der vorliegenden Offenbarung wurde die Erfindung oben anhand der verschiedenen Zeichnungen und Beispiele beschrieben. Die Erfindung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist jedoch nicht auf eine jede der oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Das heißt, die Ausführungsformen der Erfindung gemäß der vorliegenden Offenbarung können auf verschiedene Weise innerhalb des in der vorliegenden Offenbarung dargestellten Umfangs modifiziert werden, und Ausführungsformen, die durch geeignete Kombination der in verschiedenen Ausführungsformen offengelegten technischen Mittel erhalten werden, sind ebenfalls im technischen Umfang der Erfindung gemäß der vorliegenden Offenbarung enthalten. Mit anderen Worten ist zu beachten, dass der Fachmann auf der Grundlage der vorliegenden Offenbarung leicht verschiedene Variationen oder Modifikationen vornehmen kann. Es ist zu beachten, dass diese Variationen oder Modifikationen im Umfang der vorliegenden Offenbarung enthalten sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einsatz
- 2
- Hauptkörper
- 3
- Schaftabschnitt
- 10
- Schneidabschnitt
- 11
- Schneidkante
- 16
- Meißelkante
- 17
- Ausdünnungskante
- 18
- Hauptschneidkante
- 20
- Kontaktfläche
- 70
- Ausdünnungsfläche
- 80
- Spanfläche
- 81
- Erster Flächenbereich
- 82
- Zweiter Flächenbereich
- 83
- Dritter Flächenbereich
- 84
- Vierter Flächenbereich
- 90, 110
- Nut
- 91
- Vorstehender Nutteil
- 12, 23, 98
- Grenze
- 100
- Rotationswerkzeug
- 102
- Halter
- 103
- Schaft
- 104
- Körper
- 105
- Befestigungsklaue
- 111
- Tasche
- RC1,
- RC2 Krümmungsradius
- θ1
- Erster Spanwinkel
- θ2
- Zweiter Spanwinkel
- θ3
- Dritter Spanwinkel
- R1
- Drehachse
- R2
- Pfeil (Drehrichtung)
- Y1
- Virtuelle gerade Linie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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