DE1477118B2 - Schneidwerkzeug für spanabhebende Bearbeitung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug für die spanabhebende Bearbeitung mit mindestens einem
am Halter festlegbaren Schneideinsatz mit mehreren Schneidkanten, deren Bereich aus einem Werkstoff
größerer Härte als der Trägerwerkstoff besteht. Ein solches Schneidwerkzeug ist beispielsweise aus der
USA.-Patentschrift 2903 781 bekannt. Die Schneidkanten dieses bekannten Werkzeuges bestehen aus
einem Hartmetall aus Wolframkarbid und einem Bindemittel./ -. .
Es ist bekannt, bei Schleifscheiben und ähnlichen Werkzeugen Diamantkörner zu verwenden, die in
einem Trägerwerkstoff aus Kunststoff oder ähnlichem Material mit etwa demselben Härtegrad wie
Kunststoff oder in Kupferlegierungen oder in weichem Stahl befestigt sind. So beschreiben die deutschen
Patentschriften 756 336 und 870 037 eine mit Diamanten besetzte Schleifscheibe, bei der die Diamanten
durch eine gesinterte Eisenbindemasse gehalten werden. Diese gesinterte Eisenbindemasse ist skelettförmig
ausgebildet, und in die Zwischenräume werden 3 bis 40% eines weichen Metalls (Zinn, Blei,
Kupfer, Bronze, Messing) eingeseigert. Die einzelnen Diamantkörner bilden bei Schleifscheiben kleine
Schneidkanten, die je für sich das Werkstück durch Spanabhebung bearbeiten. Die Relativgeschwindigkeit
bei Schleifen ist 2- bis lOmal so groß wie beispielsweise
bei spanabhebender Bearbeitung mit Hartmetall. Weil beim Schleifen (Spanstauchen etwa
10) gegenüber Drehen (Spanstauchen etwa 2) eine besonders große Leistung pro Volumeneinheit sowie
eine hohe Relativgeschwindigkeit erforderlich sind, liegt beim Schleifen die Temperatur der Schneidkante
in der Schicht zwischen Werkstück und den Spitzen der Körner zwischen 1500 bis 2000° C.
Diese Temperaturerhöhung kann beim Drehen mit Diamantwerkzeugen vermindert werden, falls der
Reibungskoeffizient zwischen Werkstück und Werkzeug herabgesetzt werden kann.
Aus der deutschen Patentschrift 591 879 sind Diamantwerkzeuge, z.B. Diamantfräser, bekannt, bei
welchen die mit Diamantsplittern besetzte Arbeitsfläche zum Schleifen harter Materialien bestimmt ist.
Abgesehen davon, daß die Diamantkörner hier gleichfalls für die Zerspanung benutzt werden, sind
sie außerdem in einen Körper aus Leichtmetall eingepreßt.
Für die spanabhebende Bearbeitung sind diese bekannten Schneidwerkzeuge wenig geeignet. Bei spanabhebender
Bearbeitung wird die Reibungs- und Normalkraft etwa lOmal so groß wie beim Schleifen,
so daß wesentlich größere Anforderungen bezüglich Druckaufnahme an die spanabhebenden Bearbeitungswerkzeuge
gestellt werden, aber die Geschwindigkeit ist geringer. Bei üblichem Hartmetall liegt die
Temperatur in der Schicht zwischen einem Span und dem Hartmetall bei etwa 1200° C. Die Trägerwerkstoffe,
die bei Schleifscheiben verwendet werden, sind also hierfürnicht brauchbar, sie müssen verschleißfestersein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schneidwerkzeug aus Schnellstahl oder Hartmetall so
auszubilden, daß dessen Lebensdauer durch die zusätzliche Anbringung von Diamantkörnern wesentlich
gesteigert wird. ~ ""
Die Lösung dieser Aufgabe bei einem Schneidwerkzeug der eingangs genannten Art besteht erfindungsgemäß
darin, daß die den Schneidkanten zugeordneten Spanflächen mindestens im Bereich der
ablaufenden Späne mit Diamantkörnern von möglichst glatter Oberfläche und einer Mittelkorngröße
von weniger als 2 mm versehen sind, die 2 bis 50 %
dieser Fläche bedecken/ Der Trägerwerkstoff besteht
aus einem Metall geringerer Härte als die Diamantkörner. Er soll mindestens eine5 Härte von 50: Rockwell
C, vorzugsweise 55 Rockwell C, aufweisen.
Die Wirkungsweise des Schneidwerkzeuges nach der Erfindung besteht.bei spanabhebender Bearbeitung darin, daß die Körner, die nach außen hin abgerundet sind, gegen die Späne und Werkstückfläche bei einem hohen Anlagedruck gleiten, der jedoch von dem harten Trägewerkstoff aufgenommen wird. Die
Die Wirkungsweise des Schneidwerkzeuges nach der Erfindung besteht.bei spanabhebender Bearbeitung darin, daß die Körner, die nach außen hin abgerundet sind, gegen die Späne und Werkstückfläche bei einem hohen Anlagedruck gleiten, der jedoch von dem harten Trägewerkstoff aufgenommen wird. Die
Späne werden vom Werkstück abgeschabt, kurz ehe
es gegen die Diamanten gleitet, so daß im wesentlichen keine Bearbeitung wie beim Schleifen, d. h. kein
Abschneiden mit kleinen Schneiden, stattfindet.
Scharfe Spitzen von eingedrückten, nach außen gewendeten Diamantkörnern können z.B. mittels Läppen abgerundet werden, so daß die Gleitfähigkeit verbessert wird. '"'' ;: ; j-; ; Λ
Scharfe Spitzen von eingedrückten, nach außen gewendeten Diamantkörnern können z.B. mittels Läppen abgerundet werden, so daß die Gleitfähigkeit verbessert wird. '"'' ;: ; j-; ; Λ
Durch die Erfindung wird ein Schneidwerkzeug geschaffen, dessen Standzeit gegenüber bekannten
spanabhebenden Schneidwerkzeugen wesentlich erhöht ist.
Gemäß weiterer Ausbildung sind die Diamantkörner durch Einpressen im Trägerwerkstoff befestigt.
Hierzu wird auf einem zweckmäßig mit einem Bindemittel belegten Trägerwerkstoffstück aus einem relativ
harten Metall oder einer harten Metallegierung eine Schicht von Diamantkörnern mit einer größeren
Härte aufgelegt und dann ein harter Stempel mit
einem Druck von einer Größe, die dem Gebiet des Fließens des Matrizenmaterials entspricht — bei
Schnellstahl bis zu mindestens 900kp/mm2, zweckmäßig etwa 950 kp/mm2 —, gegen die Diamantkörnerschicht
und den als Matrize dienenden Trägerwerkstoff gepreßt, so daß die Diamantkömer in die
Matrizenfläche eindringen. Dieses Verfahren ist insbesondere auch wirtschaftlich vorteilhaft und ermöglicht
ein wirksames und schnelles Befestigen der Körner in der Matrizenfläche. Der Prozentsatz der in der
Matrizenfläche haftenbleibenden Körper ist groß.
Ein bevorzugter Wert für die Dichte der Diamantkörner ist gegeben, wenn diese etwa 10 % der Spanflächen
bedecken. Die Diamantkömer sollen weiter genügend dicht nebeneinander liegen, aber andererseits
beim Einpressen der Körner in die Matrize einen genügend großen Abstand voneinander haben,
weil sonst die Gefahr besteht, daß das dazwischenliegende Material Risse bekommt und die Diamantkörner
*sich dadurch wieder lösen. Die angegebene Größe der Diamantkömer ermöglicht ihr Einpressen
in die Matrize, ohne daß diese oder die Körner beschädigt werden. Der als Matrize dienende Trägerwörkstoff
kann z. B. aus Schnellstahl bestehen, d. h. zum Beispiel folgende Zusammensetzung haben:
etwa 0,8 °/o C, 4,5 % Cr, 19 bis 20 % W, 1,5 % V und
eventuell 1,5% Mo und 5 bis 10%) Co. Nach einer anderen Ausführungsform kann die Matrize aus
Hartmetall des Wolframkarbidtyps und einem Bindemittel, gewöhnlich Kobalt, bestehen.
Die Herstellung des Schneidwerkzeuges kann in gewisser Weise variiert werden, beispielsweise durch
Verwendung von ungehärtetem Material als Matrize, durch Einpressen der Diamanten bei niedrigerem
Druck und durch ein schnelles Härten der Matrize, wobei die verhältnismäßig kurze Härtungszeit keine
Graphitisierung der Diamantkömer verursacht.
An Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert
werden. Es zeigt
F i g. 1 den Schneideinsatz eines Schneidwerkzeuges nach der Erfindung mit acht eingelegten Schneidkanten,
■ F i g. 2 eine Vergrößerung einer mit Diamantkörnern versehenen Spanfläche.
Das Schneidwerkzeug hat sogenannte Wechselschneiden, d. h., die in den acht Ecken aufgelegten
Schichten mit den Schneidkanten 11, 12, 13, 14 usw. bilden zusammen acht Schneidkanten, die nacheinander
benutzt werden. In dem gezeigten Fall ist das Werkzeug im wesentlichen quaderförmig, doch sind
andere Formen denkbar.
Das Schneidwerkzeug nach der Erfindung soll aus einem Trägerwerkstoff 15 (F i g. 2) aus einem Metall
oder einer Metallegierung bestehen, deren Härte mindestens 40 Rockwell C, doch geringer als die der
Diamantkömer ist, um das Einpressen der Körner in den Trägerwerkstoff zu ermöglichen. In die Fläche
des Trägerwerkstoffes sind durch Einpressen, Spritzen, Einblasen od. dgl. Diamantkömer 16 mit einer
Mittelkorngröße von höchstens 2 mm eingelegt. Wie aus Fig.2 ersichtlich, soll der Belag verhältnismäßig
dünn sein, doch mindestens 2 %, vorzugsweise 10 bis 50 %, der Matrizenfläche bedecken. Die Diamantkörner
werden im Trägerwerkstoff auf der den Schneidkanten zugeordneten Spanfiäche befestigt. Der
Grund für dieses nicht allzu dichte Belegen ist, daß beim Einpressen der Körner der als Matrize dienende
Trägerwerkstoff zwischen den Körnern beschädigt wird und die Körner danach herausfallen
könnten.
Gemäß einer Ausführungsform haben die Körner einen Mitteldurchmesser von etwa 82 μ und eine
Korndichte von 15 000 Korn/cm2. Die mit Diamanten belegte Fläche pro Schneidkante beträgt etwa
31 mm2. Der Trägerwerkstoff besteht aus Schnellstahl mit einer Härte von 66,6 Rockwell C. Die Zusammensetzung
geht aus dem Obigen hervor. *■ ■
Statt dieser Diamantkörner kann man in demselben Trägerwerkstoff etwas feinere Diamantkömer
verwenden mit dem Mitteldurchmesser von etwa 62 μ. Der obengenannte Trägerwerkstoff kann natürlieh
verschiedener Art sein, immer im Rahmen der angegebenen Härtegrenzen, beispielsweise Hartmetall
(WC + Co) oder eine andere Legierung mit verhältnismäßig hoher Festigkeit und Wärmebeständigkeit.
Die obengenannten Schneiden können in verschiedener Weise hergestellt werden, beispielsweise wie
folgt:
Eine Schnellstahlplatte (Matrize) wird mit Leim bestrichen, und in dieser Leimschicht wird eine
Schicht von Diamantkörnern mit einem Mitteldurchmesser von 124 μ angebracht. Beim späteren Pressen
werden diese Körner etwa zur Hälfte zerdrückt. 48 mm2 der Platte werden mit einer Dichte von etwa
35 % der aus Trägerwerkstoff bestehenden Matrizenfläche bedeckt. Gegen diese Fläche der Matrize wird
eine ähnliche Matrize gelegt, und beide Matrizen werden in einer Presse mit einem Druck zusammengepreßt,
der bis zu 16 bis 20 Tonnen steigt. Die Drucksteigerungsgeschwindigkeit soll 100 kp/mm2/
Minute betragen, und beim Zusammenfügen der Platten soll der Druck 950 kp pro mm2 sein, was für
das Eindringen der Diamantkörner in die Matrizenfläche ausreicht, 950 kp/mm2 entspricht ungefähr der
Fließgrenze des Schnellstahles, und man soll im allgemeinen
die Preßoperationen bei diesem Wert abschließen, der bekanntlich bei verschiedenem Matrizenmaterial
verschieden ist. Der Druck kann auch momentan schon zu Beginn der Behandlung den Maximalwert
erreichen, z. B. durch Hochgeschwindigkeitsformung.
Von den bei dem genannten Ausführungsbeispiel aufgelegten Körnern verbleiben etwa 21 % auf der
oberen Matrize und etwa 25 % auf der unteren, während der Rest abgewaschen wird oder als Abfall verlorengeht.
Man kann die Korngröße in dem genannten Beispiel zwischen 92 und 184 μ vor dem Pressen variieren.
Die Matrizenfläche kann nach dem Pressen mit einem zusätzlichen Bindemittel belegt werden, z.B.
einer Nitrierschicht, um die Befestigung der Diamantkömer
zu verbessern.
Nach einer Abänderu'ng'des Verfahrens können
die Körner bei Härtetemperatur in eine Matrize aus ungehärtetem Material eingepreßt, eingelegt oder gespritzt
werden. Nach abgeschlossenem Einlegen wird die Matrize während einer kurzen Zeit auf eine Härte
von mindestens 40 Rockwell C, zweckmäßig mindestens 55 Rockwell C, gehärtet, doch nicht so lange,
daß die Körner graphitisiert werden.
Die Preßbedingungen hinsichtlich Vorspannung der Matrize, z. B. Verwendung von hydrostatischem
Druck, und hinsichtlich Preßgeschwindigkeit, z. B. Explosionsformung, können variiert werden.
Man kann ζ. B. beim Einpressen in Schnellstahl Hartmetall als Preßplatte benutzen, um ein tieferes
Eindringen der Diamanten in den Schnellstahl zu erhalten als es bei Matrizen aus Schnellstahl der Fall
ist.
Die Schneideinsätze nach der Erfindung können auch für Sägeklingen, rotierenden Bergbohrem, Zahnarztbohrern,
Langlochbohrern, Seilbohrern usw. sowie bei Fräsern, Spiralbohrern, Versenkern usw. verwendet
werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Schneidwerkzeug für die spanabhebende Bearbeitung mit mindestens einem am Halter festlegbaren
Schneideinsatz mit mehreren Schneidkanten, deren Bereich aus einem Werkstoff größerer
Härte als der Trägerwerkstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die den
Schneidkanten zugeordneten Spanflächen (11 bis 14) mindestens im Bereich der ablaufenden
Späne mit Diamantkörnern (16) von möglichst glatter Oberfläche und einer Mittelkorngröße von
weniger als 2 mm versehen sind, die 2 bis 50 °/o dieser Fläche bedecken.
2. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerwerkstoff aus
einem Metall geringerer Härte als die Diamantkörner besteht, mindestens aber eine Härte von
40 Rockwell C, vorzugsweise 55 Rockwell C, aufweist.
3. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantkörner
(16) durch Einpressen im Trägerwerkstoff (15) befestigt sind.
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