DE1947464A1

DE1947464A1 - Electrolytic carbide tool edge rounding

Info

Publication number: DE1947464A1
Application number: DE19691947464
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr-Ing Quast
Original assignee: Wferd Klingelnberg Soehne; Witwe Ferdinand Klingelnberg Soehne GmbH
Current assignee: Wferd Klingelnberg Soehne; Klingelnberg GmbH
Priority date: 1969-09-19
Filing date: 1969-09-19
Publication date: 1971-04-01

Abstract

The electrolytic tool edge round reduces the risk of cracks without affecting the accuracy of the form. The intensive machining is due to high relative velocity rates on the edges of the immersed tool due to pressure build-up resulting from the speed difference between the tool and the electrolyte. The tool is connected to the positive terminal and the cathode is shaped to conform to the tool contour.

Description

Verfahren und Einrichtung zum Abrunden der Schneidkanten von Hartmetall-Werkzeugen Die Schneidkanten von zerspanenden Werkzeugen mit Hartmetallschneiden sind bekanntlich um so empfindlicher gegen Ausbrüche, Je schärfer die Spitze iat, in die der Schneidenkeil in Querschnitt ausläuft. Um diese Empfindlichkeit zu verringern, sind verschiedene Maßnahmen tiblich, zum Beispiel das Anbringen einer Spantaae, aschinell oder durch Abziehen von Hand, oder das Abrunden der Schneidkanten. Handelt es sich um Werkzeuge, von denen eine hohe Formgenauigkeit gefordert werden muß, dann kommt es besonders darauf an, daß die in dem vorhergehenden Scharfechleifvorgang erhaltene Formgenauigkeit durch die nachfolgende Behandlung der Schneidkanten nicht zerstört wird. Method and device for rounding the cutting edges of hard metal tools The cutting edges of cutting tools with hard metal cutting edges are known the more sensitive to breakouts, the sharper the point into which the cutting wedge is located runs out in cross-section. There are several ways to reduce this sensitivity Measures typical, for example attaching a spantaae, aschinell or by Pulling off by hand or rounding the cutting edges. Are tools of which a high degree of dimensional accuracy must be demanded, then it is particularly important depends on the dimensional accuracy obtained in the previous sharpening operation is not destroyed by the subsequent treatment of the cutting edges.

Zum Abrunden der Schneidkanten sind mehrere Verfahren bekannt geworden, und zwar das Druckstrahlläppen, die Behandlung mit losem Schleifmittel in Vibratoren und das elektrolytische Bürsten mit Schleifmitteln. Die beiden ersten dieser Verfahren sind hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der rsielten Kantenrundungen und des Vermeidens von Beschädigungen der 8chneidkanten nicht so zuverlässig, wie es für Präzisionswerkzeuge erforderlich ist Das elektrolytische Bürsten ist hinsichtlich der zu verwendenden Hürstwerkzeuge und der dabei durchsufuhrenden Bewegungen wegen ziemlich aufwendig.Several methods have become known for rounding the cutting edges, namely pressure jet lapping, treatment with loose abrasives in vibrators and electrolytic brushing with abrasives. The first two of these procedures are with regard to the evenness of the rounded edges and avoidance damage to the cutting edges is not as reliable as it is for precision tools The electrolytic brushing is required in terms of the to be used Hürstwerkzeuge and the movements that go through them are quite complex because of them.

Die Erfindung löst die Aufgabe der einfachen und wirtschaftlichen Herstellung gleichiäßiger Abrundungen der Schneidkanten von Hartmetall-Werkzeugen durch eine zweckentsprechende Ausbildung des bekannten elektrolytischen Abtragsverfahrens für diesen Zweck. Sie sieht vor, das Werkzeug in einem Elektrolytbad, dessen Viskosität durch Beigabe eines geeigneten flussigen Kunststoffes erhöht ist, mit der Spanfläche nach vorn so zu bewegen, daß sich an dieser ein Druckstau bildet und der Elektrolyt mit erhöhter Geschwindigkeit um die Schneidkanten herumzufließen gezwungen ist, wobei unter Verwendung von Gleichstrom das Werkzeug die Anode und eine dem Werkzeug gegenüberstehende, dieses teilweise umhüllende Schale die Kathode bildet. Umgekehrt kann auch ein in einem Elektrolytbad stillstehendes Werkzeug durch einen von einer Umwälzpumpe gelieferten Elektrolytstrom, der durch eine Düse auf die Spanfläche des Werkzeuges gerichtet wird, umströmt werden.The invention solves the problem of simple and economical Manufacture of uniform rounding of the cutting edges of hard metal tools through an appropriate design of the known electrolytic removal process for this purpose. It provides the tool in an electrolyte bath, its viscosity by adding a suitable liquid plastic is increased with the rake face to move forward so that a pressure build-up and the electrolyte forms on this is forced to flow around the cutting edges at increased speed, using direct current the tool is the anode and one is the tool opposite, this partially enveloping shell forms the cathode. Vice versa a tool that is stationary in an electrolyte bath can also be replaced by one of a Circulation pump delivered electrolyte flow that passes through a nozzle onto the rake face of the tool is directed, flowed around.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing.

In dieser ist: Figur 1 eine schematische Darstellung der Umströmung zum Beispiel eines Fräserzahnes durch die Elektrolytflüssigkeit, Figur 2: eine vergrößorte schematische Darstellung einer umströmten Sohneidkante mit eingezeichnetem Schubspannungsverlauf, Figur 3a, b: eine schematische Darstellung liner Anordnung zum Abrunden der Schneidkanten an runden Werkzeugen mit radial oder axial hervorragenden Zähnen, zum Beispiel Wälafräsern, Figur 4 eine schematische Darstellung einer Anordnung aum Abrunden der Sohneidkanten von Werkseugen anderer Art, zum Beispiel Drehmeißeln.In this: Figure 1 is a schematic representation of the flow around for example a milling cutter tooth through the electrolyte fluid, FIG. 2: an enlarged location Schematic representation of a trailing edge surrounded by a flow with a drawn in shear stress curve, 3a, b: a schematic representation of a linear arrangement for rounding off the cutting edges on round tools with teeth protruding radially or axially, for example rotary milling cutters, FIG. 4 shows a schematic representation of an arrangement for rounding off the rear edges of other types of plant eyes, for example turning tools.

Bei der elektrolytischen Auflösung von Hartmetallen bildet sich an der Oberfläche des Metalls eine elektrisch nichtleitende Passivierungsschicht aus, die, um eine wirksame Abtragung zu ermöglichen, fortlaufend zerstört werden muß. Bei den üblichen elektrochemischen Bearbeitungsverfahren wird dies meist auf mechanischem Wege, zum Beispiel durch eine Schleifscheibe bewirkt, deren Körner den sich bildenden Film ständig aufreißen und dadurch den Zutritt des aktiven Elektrolyten an die zu bearbeitende Fläche freigeben. Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird die Passivierungsschicht durch die Flüssigkeitsreibung entfernt Für die Größe der die ihre Reibung charakterisierenden Schubspannung t in einer strömenden Flüssigkeit gilt das Newton'sche Gesetz dv T = ay worin n die dynamische Zähigkeit der Flüssigkeit und dv das Geschwindigdy keitsgefälle, gemessen senkrecht zur Strömungsrichtung, istf Die Erfindung macht von den beiden in diesem Gesetz begründeten Möglichkeiten, die Schubspannung, das heißt die innere Flüssigkeitsreibung, die die Entfernung der Passivierungsschicht bewirkt, zu erhöhen, Gebrauch.During the electrolytic dissolution of hard metals it forms the surface of the metal is made of an electrically non-conductive passivation layer, which, in order to enable effective erosion, must be continuously destroyed. With the usual electrochemical machining processes, this is mostly done mechanically Paths, for example caused by a grinding wheel, the grains of which are formed Constantly tearing the film open and thereby preventing the active electrolyte from reaching the Release the working area. In the method according to the invention, the passivation layer removed by the fluid friction For the magnitude of the that characterizing their friction Shear stress t in a flowing liquid is Newton's law dv T = ay where n is the dynamic viscosity of the liquid and dv is the velocity gradient, measured perpendicular to the direction of flow, is f The invention makes of the two Possibilities established in this law, the shear stress, that is, the internal To increase the fluid friction that causes the removal of the passivation layer, Use.

Durch Beimengung des flüssigen Kunststoffes - praktisch hat sich die Beimengung von 15 Volumenprozent Polyoxyalkylenglykol zu der für das Elektrolytbad ver-vendeten 10-prozentigen NaN02/NaN03-Lösung gut bewährt -läßt sich eine Erhöhung der Viskosität des Elektrolytbades auf etwa 18 cßT bei 20°C, das ist etwa auf das 18-fache des Elektrolytbades ohne Zusatz un: Ccimit auch eine Steigerung der Schubspannung bei gleichem Geschwindigkeitsgefälle auf etwa das 18-fache erreichen. Bewegt man, wie in Figur 1 für einen einzelnen Fräserzahn 1 mit den Schneidkanten 2 und 3 dargestellt, den Zahn mit der Spanfläche 4 nach vorn durch den Elektrolyten, dann bildet sich an der Spanfläche ein Druckstaugebiet 6, in dem insbesondere nach der Spanflächenmitte hin nur ein geringes Geschwindigkeitsgefälle vorhanden ist. An den scharfen, die Schneidkanten bildenden Ecken hingegen drängen sich die Stromlinien eng zusammen, hier herrscht also ein großes Geschwindigkeitsgefälle, das den in Bild 2 schematisch dargestellten Verlauf 7 der Schubspannung über der Kante zur Folge hat. Hier wird durch die starke innere Reibung die Passivierungsschicht laufend schnell entfernt, und aktive Elektrolytflüssigkeit strömt zu. Auf der Spanfläche selbst hingegen ist diese Wirkung nur gering. Die Schneidkanten werden daher schnell und wie die Erfahrung zeigt, sehr gleichmäßig und schartenfrei abgerundet. Man kann diese Wirkung bis zu einer gewissen Grenze durch Steigerung der Geschwindigkeit erhöhen, da mit dieser auch das Geschwindigkeitsgefälle ansteigt.By adding the liquid plastic - the Addition of 15 percent by volume of polyoxyalkylene glycol to that for the electrolyte bath The 10 percent NaN02 / NaN03 solution used has been tried and tested - an increase can be achieved the viscosity of the electrolyte bath to about 18 cßT at 20 ° C, that is about 18 times the electrolyte bath without additives and also an increase in the shear stress Reach about 18 times this with the same speed gradient. If you move as shown in Figure 1 for a single cutter tooth 1 with the cutting edges 2 and 3, the tooth with the rake face 4 forward through the electrolyte, then forms on the rake face a pressure congestion area 6, in which, in particular, after the rake face center there is only a slight speed gradient. The sharp ones Cutting edges The streamlines, on the other hand, crowd in the corners close together, so there is a large speed gradient here, which makes the in Figure 2 schematically shown course 7 of the shear stress over the edge to Consequence. Here the passivation layer becomes continuous due to the strong internal friction quickly removed, and active electrolyte liquid flows in. On the rake face even on the other hand, this effect is only slight. The cutting edges therefore become fast and as experience shows, rounded off very evenly and free of nicks. One can this effect up to a certain limit by increasing the speed increase, since with this the speed gradient also increases.

Die Grenze ist jedoch durch das Auftreten von Wirbeln gegeben, die sich an der Schneidkante ablösen und durch ihr Entlangziehen an den Flanken der Zähne dort eine unerwünschte Werkstoffabtragung verursachen. Außerdem wird durch die gestörte Strömung die Ausbildung des Druckanstiegs an der Spanfläche des folgenden Zahnes ungünstig beeinflußt.The limit, however, is given by the occurrence of eddies, which detach themselves at the cutting edge and by pulling them along the flanks of the Teeth cause unwanted material removal there. In addition, through the disturbed flow the formation of the pressure increase on the rake face of the following Tooth adversely affected.

Auch durch den Abstand der Kathode vom Werkstück (Anode) läßt sich die Intensität der Werkstückabtragung beeinflussen, sie ist bei gleicher Spannung um so größer, Je kleiner dieser Abstand ist. Wird er indessen zu klein gewählt, dann tritt bei Werkzeugen mit größeren Profiltiefen eine mit der relativen Abstandsänderung zur Kathode zunehmende Veränderlichkeit der Abtragung auf, das heißt die näher bei der Kathode befindlichen Kanten werden stärker abgerundet. Diese Wirkung kann unter Umständen erwünscht sein. Bei Wälzfräsern zum Beispiel werden die Kopfkanten stärker und die Flankenschneiden mit zunehmendem Abstand von der Kathode schwächer abgerundet. Da die Kopfschneidkanten bei Wälzfräsern den stärksten Belastungen bei der Zerspanung unterworfen sind, während die Belastung der Flankenschneiden erheblich geringer ist, ist eine etwas stärkere Abrundung an den Kopfschneiden nicht ungünstig.The distance between the cathode and the workpiece (anode) can also be used affect the intensity of the workpiece removal, it is at the same voltage the greater, the smaller this distance is. If, however, it is chosen too small, then with tools with larger profile depths, a change occurs with the relative change in distance towards the cathode increasing variability of the erosion, that is, the closer to The edges of the cathode are more rounded. This effect can take Circumstances be desirable. With hobs, for example, the tip edges become stronger and the flank cutting edges less rounded with increasing distance from the cathode. Because the head cutting edges of hob cutters are subject to the greatest loads during machining are subject to, while the load on the flank cutting is significantly lower a slightly thicker rounding at the cutting edge is not unfavorable.

Figur 3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung für das Abrunden der Schneidkanten an axial und radial angeordneten Schneidzähnen rotierender Werkzeuge. Das Werkzeug 8, in diesem Beispiel ein Wälzfräser, ist auf einer waagerechten, an den Seitenwänden des Elektrolytbehälters 9 gelagerten Welle 10 so aufgenommen, daß es mit den Zähnen vollständig in das Elektrolytbad eintaucht. Unter dem Werkzeug befindet sich die als Zylinderschale ausgebildete Kathode 11 aus leitendem Werkstoff, zum Beispiel Kupfer, die gegenüber der Behälterwand isoliert und in Ihrem Abstand zum Fräser verstellbar ist. Sie ist an den negativen Pol einer Gleichstromquelle 12, die hier als Batterie dargestellt ist, ebensogut aber ein Gleichstromgenerator sein kann, angeschlossen. Der positive Pol der Stromquelle ist mit der das Werkstück tragenden Welle 10 und damit mit dem zu behandelnden Werkzeug selbst verbunden, das damit die @@@@@ bildet. Durch einen nicht dargestellten Motor mit Getriebe wird die Welle mit dem Fräser in der Richtung und mit der Drehzahl angetrieben, daß sich die vorstehend geschilderten Strömungsverhältnisse an den Spanflächen der Fräserzähne ausbilden. Die zweckmäßigste Drehzahl und der günstigste Abstand zvischen Werkstück und Kathode hängen natürlich von den Maßen des Werkstückes ab und lassen nich versuchsmäßig schnell ermitteln.Figure 3 shows schematically an embodiment of a device for rounding the cutting edges on axially and radially arranged cutting teeth rotating tools. The tool 8, in this example a hob, is open a horizontal shaft mounted on the side walls of the electrolyte container 9 10 added so that it is completely immersed with the teeth in the electrolyte bath. The cathode 11, designed as a cylindrical shell, is located under the tool Made of conductive material, for example copper, which insulates against the container wall and its distance to the milling cutter is adjustable. She is at the negative pole one DC power source 12, which is shown here as a battery, but just as well DC generator can be connected. The positive pole of the power source is with the shaft 10 carrying the workpiece and thus with the tool to be treated itself connected, which thus forms the @@@@@. By a motor not shown with gear the shaft with the milling cutter is in the direction and with the speed driven that the flow conditions described above to the Form rake faces of the cutter teeth. The most appropriate speed and the cheapest The distance between the workpiece and the cathode naturally depends on the dimensions of the workpiece and can not be determined quickly by trial.

Natürlich lassensch auch andere Werkzeuge, wie zum Beispiel Drehmeißel, in einer solchen Einrichtung behandeln, wenn sie in entsprechend ausgebildet.n 8pannrorrichtungen aufgenommen werden. Für Einzelwerkzeuge kann eine andere Anordnung, wie sie in Figur 4 dargestellt ist, Anwendung finden. Hier ist das zu behandelnde Werkstück 13 in einer Einspann-Vorrichtung 14 ortsfest in in.r Auffangwanne 15 eingespännt und gogenüber der Wand der Wanne isoliert. Senkrecht über der Spanfläche des Werkzeugen ist eine Duse 16 angeordnet. Diese ißt so bemessen, daß der aus ihr austretende Elektrolytstrahl den Schneidenbereich des Werkzeuges überdeckt. Die Düse ist aus leitendem Werkstoff, zum Beispiel Kupfer, hergestellt und mit dem Minuspol einer Gleichstromquelle 17 verbundene bildet also die Kathode, während das zu behandelnde Werkstück am Pluspol liegt und die Anode bildet. Die Elektrolytflüssigkeit wird aus einem unter der Wanne angeordneten Behälter 18, in den sie zurückfließt, durch eine Pumpe 19 huber ein ein&tellbares Drosselventil 20 der Düse zugeführt.Of course, you can also use other tools, such as lathe chisels, Treat in such a facility if they are appropriately trained be included. A different arrangement, as shown in FIG 4 is shown, apply. Here the workpiece to be treated is 13 in a clamping device 14 fixedly clamped in in.r collecting trough 15 and gogenüber the wall of the tub insulated. There is one perpendicular to the rake face of the tool Nozzle 16 arranged. This eats in such a way that the electrolyte jet emerging from it the cutting area of the tool covered. The nozzle is off conductive material, for example copper, and connected to the negative pole of a Direct current source 17 connected thus forms the cathode, while the to be treated Workpiece lies on the positive pole and forms the anode. The electrolyte liquid will from a container 18 arranged under the tub, into which it flows back, through a pump 19 is fed to the nozzle via an adjustable throttle valve 20.

Die Pumpe ist so Icaessen daß sie einen für das größte zu behandelnde Werkstück ausreicizenden Elektrolytstrom liefert, dessen Fördermenge und Geschwindigkeit durch die Drossel eingestellt werden kann.The pump is so icassing that it is one for the largest to be treated Workpiece supplies sufficient electrolyte flow, its flow rate and speed can be adjusted by the throttle.

Die abtragende Wirkung kann noch durch die Beifügung elektrisch nicht leitender körniger Substanzen, wie zum Beispiel Quarzsand oder Quarzglas in feiner Körnung zum Elektrolytbad gesteigert werden. Es muß dann durch geeignete Mittel, zum Beispiel ein Rührwerk, dafür gesorgt werden, daß die Beimengung in der Plektrolytflüssigkeit in der Schwebe gehalten wird.The abrasive effect cannot be electrically due to the addition conductive granular substances such as quartz sand or quartz glass in fine Grain size to be increased to the electrolyte bath. It must then by suitable means For example a stirrer, it is ensured that the admixture in the electrolyte liquid is held in abeyance.

Wird anstatt Gleichstrom Wechselstrom verwendet, so tritt die Wirkung der Kantenabrundung in gleicher Weise auf. Bei Wechselstrom tritt Jedoch die bei Gleichstrombetrieb ohne Anwendung besonderer Maßnahmen die Abtragung hemmende Passivierungsschicht nicht in dem Maße auf wie bei Gleichstrom. Es kommt daher auch an den Flächen, an denen keine größeren Schubspannungen auftreten, zu einem gewissen elektrolytischen Abtrag, und diese Flächen werden ebenfalls geglättet, was in manchen Anwendungsfällen rwUnscht ist.If alternating current is used instead of direct current, the effect occurs the rounding of the edges in the same way. In the case of alternating current, however, this occurs Direct current operation without the use of special measures to prevent the erosion-inhibiting passivation layer not to the same extent as with direct current. It therefore also depends on the surfaces where no major shear stresses occur, to a certain degree of electrolytic Removal, and these surfaces are also smoothed, which in some applications is desired.

Claims

P a t e n t a n 8 D r a c h e

Process for rounding the cutting edges of carbide or carbide-tipped Tools by means of electrolytic removal, characterized in that the tool in an electrolyte bath, adjust its viscosity by adding a suitable liquid Plastic is increased, is moved with the rake face forward so that on this forms a pressure build-up and the electrolyte at increased speed around the Cutting edges are forced to flow around using direct current the tool the anode and one that partially envelops the tool at a certain distance Shell forms the cathode.

2.) Method according to claim 1.), characterized in that the tool stands still and the flow around the cutting edges by a circulating pump generated by a nozzle, which is arranged in front of the rake face of the tool, guided electrolyte flow is effected.

3.) Commercially available electrolyte bath, for example from a 10 percent NaNP2 / NaN03 solution for carrying out the method according to claims 1.) and 2.), characterized by the addition of 15 percent polyoxyalkylene glycol.

4.) electrolyte bath according to claim 3), characterized by the addition solid, electrically non-conductive kdrniter Substances, for example Quartz sand or quartz glass in fine grain size 5.) Method according to claim 1.), characterized characterized in that the electrodes are fed with alternating current instead of direct current will.