DE19702796A1

DE19702796A1 - Cutting insert

Info

Publication number: DE19702796A1
Application number: DE19702796A
Authority: DE
Inventors: Udo Dr Koenig; Wolfgang Dr Hintze; Hendrikus Van Den Dr Berg
Original assignee: Widia GmbH
Current assignee: Widia GmbH
Priority date: 1996-12-30
Filing date: 1997-01-27
Publication date: 1998-07-02

Abstract

The invention relates to a cutting insert with a break-through opening extending from the first face to the second face. According to the state of the art, cutting inserts are known which have a central fixing hole and an upper bore and in which the fixing hole is used for passing through a draw screw or inserting an eccentric or toggle joint, in each case for clamping purposes. During mechanical pre-cleaning, for example by sandblasting or wet blasting, followed by coating, the central fixing holes also make it possible for the cutting insert to be held well on a mandrel or similar object so that several cutting inserts can be threaded without the aid of magnets, grates or other additional holding devices. According to the invention, a snugly fitting insert made of a material the thermal conductivity of which is better than that of the cutting insert material is placed inside the break-through opening.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schneideinsatz mit einer von der Spanfläche bis zur Auflagefläche reichenden Durchbrechung.The invention relates to a cutting insert with one of the Rake face through opening reaching to the contact surface.

Nach dem Stand der Technik sind Schneideinsätze mit einem zen tralen Befestigungsloch und einer oberen Ansenkung bekannt, bei denen das Befestigungsloch zum Durchgriff einer Spannschraube oder zum Einschieben eines Exzenters oder Kniehebels, jeweils zu Spannzwecken verwendet werden. Die zentralen Befestigungslö cher erfüllen darüber hinaus beim mechanischen Vorreinigen, wie z. B. einer Sand- oder Naßstrahlbehandlung und einem anschlie ßenden Beschichten den Zweck, daß der betreffende Schneidein satz unter Verwendung von Dornen oder ähnlichem gut gehaltert werden kann, so daß mehrere Schneideinsätze ohne Zuhilfenahme von Magneten, Rosten oder anderen zusätzlichen Halterungen auf fädelbar sind.According to the prior art, cutting inserts with a zen tral mounting hole and an upper countersink known which the mounting hole for reaching through a clamping screw or to insert an eccentric or toggle, each can be used for clamping purposes. The central mounting holes cher also meet during mechanical pre-cleaning, such as e.g. B. a sand or wet blast treatment and then coating the purpose that the cutting in question set well held using thorns or the like can be, so that several cutting inserts without the aid of magnets, grates or other additional brackets are threadable.

Grundsätzlich betrifft die vorliegende Erfindung jedoch jedwe den beschichteten oder unbeschichteten Schneideinsatz, der vor zugsweise aus einem Hartmetall, einem Cermet oder einer Keramik besteht, die ggf. noch mit Hartstoffen beschichtet ist.In principle, however, the present invention relates to everyone the coated or uncoated cutting insert that before preferably made of a hard metal, a cermet or a ceramic exists, which may still be coated with hard materials.

Beim Zerspanen entstehen in schneidkantennahen Bereichen extrem hohe Temperaturen, die zum Teil mit verantwortlich für ver kürzte Standzeiten sind.Machining is extremely extreme in areas close to the cutting edges high temperatures, which are partly responsible for ver are short downtimes.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schneideinsatz zu schaffen, der eine bessere Wärmeabfuhr ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch den Schneideinsatz nach Anspruch 1 gelöst, der in der Durchbrechung einen paßgenauen Einsatz aus ein ein Material mit besserer Wärmeleitfähigkeit als das Schneidein satzmaterial aufweist. Der betreffende Einsatz kann sowohl die Durchbrechung vollständig verschließend ausgebildet sein, wobei der Schneideinsatz dann in einem Halter mit Klemmpratze ange ordnet werden muß, oder eine mittige Durchbrechung aufweisen, die der Größe der Spannschraube angepaßt ist, welche zur Fixie rung in einem Halter in nach dem Stand der Technik bekannter Weise verwendet wird. Die Durchbrechung hat dann einen Innen mantel bzw. der Einsatz einen Außenmantel, der wesentlich grö ßer als der des Befestigungsloches ist. Die zwischen der Durch brechungsinnenwand und der Schneidkante verbleibende Schneid einsatzdicke braucht dann nur noch ein solches Maß zu haben, das ausreichend ist, um eine Rißbildung bzw. einen Schneidplat tenbruch zu verhindern. Dies führt zu dem Vorteil, daß als Material für den Einsatz preiswertere Metalle oder Metallegie rungen als Hartmetalle, Cermets oder Keramiken, die beschichtet oder unbeschichtet sind, verwendet werden können.It is an object of the present invention to provide a cutting insert to create that allows better heat dissipation. This The object is achieved by the cutting insert according to claim 1, which in the opening has a precisely fitting insert out of one Material with better thermal conductivity than cutting has set material. The application in question can both Breakthrough to be completely closed, wherein the cutting insert is then placed in a holder with a clamp must be arranged, or have a central opening, which is adapted to the size of the clamping screw, which for fixie tion in a holder in known according to the prior art Way is used. The opening then has an inside jacket or the use of an outer jacket that is considerably larger is larger than that of the mounting hole. The between the through inner wall and the cutting edge remaining cutting insert thickness then only needs to have such a dimension that is sufficient to form a crack or a cutting plate to prevent breakage. This leads to the advantage that as Material for the use of cheaper metals or metal alloy stems as hard metals, cermets or ceramics that coated or uncoated, can be used.

Es ist bekannt, daß z. B. Hartmetalle eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 1 W/(cm × K) besitzen. Weiterhin ist bekannt, daß bei Zerspanungsarbeiten an der Schneidkante erhebliche Tem peraturen auftreten, die nach dem Stand der Technik in nur geringem Maße abgeführt werden, so daß bereits bei der ersten Benutzung des Schneideinsatzes in einer Zerspanungsoperation nicht auszuschließen ist, daß durch die beim Schnitt entste hende Wärme die nicht eingesetzten Schneidkanten durch tempera turbedingte Materialgefüge-Veränderungen derart beeinträchtigt werden, daß sie wesentlich kürzere Standzeiten bzw. Verschleiß eigenschaften besitzen. Nutzt man nun den vorteilhafterweise beim Vorreinigen sowie bei der Beschichtung hilfreichen Durch bruch dadurch, daß hierin ein Einsatz mit größerer Wärmeleit fähigkeit angeordnet wird, kann die im Schneideinsatz entste hende Wärme in entsprechend besserem Maße, insbesondere über die Auflagefläche, aber auch über den Klemmarm im Halter abge führt werden. Voraussetzung hierfür ist lediglich ein Flächen kontakt des Einsatzes mit der Wandung der Durchbrechung. Die Abführung der Wärme über diesen Einsatz in den Klemmarm bzw. Klemmfinger sowie in die Auflage des Halters kann durch ent sprechende Materialwahl des Halters sowie insbesondere durch das Material des Einsatzes beeinflußt werden, der aus einem Metall oder einer Metallegierung mit gutem Wärmevermögen, vor zugsweise aus Aluminium, Kupfer, einer Aluminium- oder Kupfer legierung oder einem niedrig legierten Stahl besteht.It is known that e.g. B. hard metals have a thermal conductivity of less than 1 W / (cm × K). It is also known that during machining work on the cutting edge considerable tem temperatures occur, which according to the state of the art in only to a small extent, so that already at the first Use of the cutting insert in a cutting operation it cannot be ruled out that through the cut heat the cutting edges not used by tempera Door-related changes in the material structure are so impaired be that they have a significantly shorter service life or wear possess properties. If you use the now advantageously helpful for pre-cleaning and coating break in that an insert with greater thermal conductivity ability is arranged, that can arise in the cutting insert heat to a correspondingly better degree, especially above abge the support surface, but also on the clamping arm in the holder leads. The only requirement is an area contact of the insert with the wall of the opening. The Dissipation of heat via this insert in the clamping arm or Clamping fingers and in the support of the holder can by ent speaking material choice of the holder and in particular by the material of the insert will be affected, which from a Metal or a metal alloy with good heat capacity preferably made of aluminum, copper, an aluminum or copper alloy or a low-alloy steel.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besitzen der Einsatz und die Durchbrechung einen der Außenkontur des Schneideinsatzes im wesentlichen ähnliches Außenmaß, vorzugs weise ist jeweils parallel zu den die Spanfläche begrenzenden Schneidkanten die Durchbrechungsoberkante bzw. die Außenkante des Einsatzes angeordnet. Abgesehen von der erzielbaren besse ren Wärmeabfuhr bietet der Schneideinsatz mit "Innen-"Einsatz noch den weiteren Vorteil, daß weniger kostspieliges Material für den Einsatz verwendet werden kann. Der Schneideinsatz selbst besteht aus einem beschichteten Substratwerkstoff. Die Ausdehnung des Einsatzes, der in der Durchbrechung des Schneid einsatzes Platz findet, wird praktisch nur durch die geforderte Stabilität des Schneideinsatzes begrenzt. Mit anderen Worten, die Dicke des Schneideinsatzes von der Außenkante bzw. der Freifläche bis zum Rand der Durchbrechung muß noch ausreichend stabil gegen Rißbildung sein.According to a further embodiment of the invention Use and breakthrough one of the outer contour of the Cutting insert essentially similar external dimensions, preferred is in each case parallel to the delimiting the rake face Cutting edges, the top opening or the outer edge arranged for use. Apart from the achievable better The cutting insert with "inside" insert offers heat dissipation yet another advantage that less expensive material can be used for use. The cutting insert itself consists of a coated substrate material. The Extension of the insert in the opening of the cutting space is practically only required by the required Limited stability of the cutting insert. In other words, the thickness of the cutting insert from the outer edge or Open space to the edge of the opening must still be sufficient be stable against cracking.

Wie bereits eingangs erwähnt, ist es zur Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, daß die Durchbre chung über ihre gesamte Länge einen gleichen Querschnitt auf weist. Insbesondere kann sich im Rahmen der vorliegenden Erfin dung die Durchbrechung bei Schneideinsätzen mit Freiflächen unter einem positivem Freiwinkel konisch oder stufenweise zur Auflagefläche hin verjüngen.As already mentioned at the beginning, it is to solve the task of present invention does not require that the breakthrough same cross-section over their entire length points. In particular, within the scope of the present invention the breakthrough in cutting inserts with open areas at a positive clearance angle conical or gradually to Taper the contact surface.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es ebenso möglich, die Durchbrechung über den größten Teil kreisrund auszubilden und nur über einen Teilbereich eine andersartige, rotationsin dexierbare Form einzuprägen, die z. B. achteckig, sternförmig, aber auch rotationsasymmetrisch sein kann.In the context of the present invention it is also possible to Form the opening over the largest part in a circular shape and a different kind of rotation only over a part of it memorize dexable form, which, for. B. octagonal, star-shaped, but can also be rotationally asymmetrical.

Erfindungsgemäß wird bei der Herstellung von beschichteten Schneideinsätzen (ohne Befestigungsloch) zum Zerspanen ein Schneideinsatzrohling durch Pressen hergestellt, der eine von der Spanfläche bis zur Auflagefläche durchgehende Durchbrechung aufweist, deren Querschnittsprofil zumindest teilweise unrund ist oder zumindest teilweise kreisrund ist und wobei die Durch brechung einen größtmöglichen einbeschriebenen Kreis besitzt mit einem Durchmesser, der entweder ≦ 0,2 × IC oder ≦ 1,5 mm, vorzugsweise ≦ 1,0 min ist oder der einen Durchmesser aufweist, der ≧ 0,65 IC oder ≧ 13,5 mm ist, wobei IC der Innenkreis durchmesser ist. Diese Durchbrechung wird nach dem Sintern zum Auffädeln des Schneideinsatzes sowohl beim Vorreinigen als auch zum Haltern beim Beschichten benutzt. Die dargelegte Ver fahrensführung schafft den Vorteil, daß die Halterung der Schneideinsätze während der Vorreinigung und der Beschichtungen vereinfacht und damit verbilligt werden kann. Darüber hinaus ist die Möglichkeit geschaffen, die Reinigung bzw. die Beschichtung selbst zu verbessern bzw. mehrfache Beschichtungs gänge zu vermeiden. Die letztgenannten Vorteile ergeben sich insbesondere bei Niedrigtemperaturbeschichtungsverfahren und/oder Verfahren mit gerichteter Abscheidung wie beispiels weise dem PVD- oder PCVD-Verfahren.According to the invention in the production of coated Cutting inserts (without mounting hole) for machining Cutting insert blank manufactured by pressing, one of continuous opening through the rake face to the contact surface has whose cross-sectional profile is at least partially out of round is or at least partially circular and where the through refraction has the largest possible inscribed circle with a diameter that is either ≦ 0.2 × IC or ≦ 1.5 mm, is preferably ≦ 1.0 min or has a diameter, the ≧ 0.65 IC or ≧ 13.5 mm, where IC is the inner circle diameter is. This opening becomes after sintering Threading the cutting insert both during pre-cleaning and used for holding when coating. The presented ver driving creates the advantage that the bracket of Cutting inserts during pre-cleaning and coating simplified and therefore cheaper. Furthermore is created the possibility of cleaning or the Improve coating itself or multiple coating to avoid gears. The latter advantages result especially in low temperature coating processes and / or directed deposition method such as as the PVD or PCVD process.

Weitere Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt. Es zeigenFurther exemplary embodiments are shown in the figures. Show it

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Klemmhalter mit einem Schneideinsatz, Fig. 1 is a plan view of a clamping holder with a cutting insert,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Schneideinsatz nach Fig. 1, Fig. 2 is a plan view of a cutting insert according to Fig. 1,

Fig. 3 bis 6 einen Schnitt entlang der Linie A-A nach Fig. 2 in unterschiedlichen Ausführungsvarian ten. FIGS. 3 to 6 shows a section along the line AA of FIG. 2 in ten different Ausführungsvarian.

Fig. 1 zeigt einen Klemmhalter 8 mit einer in nach dem Stand der Technik bekannter Weise versehenen Klemmpratze 9, mittels der eine quadratische Wendeschneidplatte 10 gehaltert wird. Fig. 1 shows a terminal holder 8 with a provided in a known manner according to the state of the art clamping claw 9, by means of a square indexable cutting insert is held 10th

Auch wenn in den Fig. 2 bis 6 nur anhand einer Schneidplatte mit einer quadratischen Spanfläche die Erfindung erläutert wird, läßt sich die Erfindung ausnahmslos bei beliebigen nach dem Stand der Technik bekannten Schneideinsatzformen verwirkli chen. Einheitlich bei den Schneideinsätzen 10 ist, daß diese eine Spanfläche 11, die ggf. mit Erhebungen und/oder Vertiefun gen, Fasen etc. versehen sein kann, und eine Auflagefläche 12 besitzen. Die Spanfläche 11 und die Auflagefläche 12 sind im wesentlichen parallel, was jedoch nicht zwingende Bedingung ist. Ebenso können die Schneideinsätze als mehrfach verwendbare Wendeschneidplatten ausgebildet sein, bei denen sowohl die Spanfläche 11 als auch die Auflagefläche 12 gleich gestaltet sind, somit nach dem Wenden die Auflagefläche als Spanfläche verwendet werden kann. Die Spanfläche 11 wird begrenzt durch Schneidkanten 17, die auch die Grenzlinie zu Freiflächen 13 bzw. 14 darstellen.Even if the invention is only explained with the aid of a cutting plate with a square rake face in FIGS. 2 to 6, the invention can be used without exception in any cutting insert shapes known in the prior art. Uniform with the cutting inserts 10 is that they have a rake face 11 , which can optionally be provided with elevations and / or depressions, chamfers etc., and have a contact surface 12 . The rake face 11 and the bearing surface 12 are substantially parallel, which is not a mandatory requirement. Likewise, the cutting inserts can be designed as multi-use indexable inserts, in which both the rake face 11 and the support surface 12 are designed the same, so that after the turning, the support surface can be used as a rake face. The rake face 11 is delimited by cutting edges 17 , which also represent the boundary line to open areas 13 and 14, respectively.

Der Schneideinsatz 10 besitzt eine relativ große Durchbrechung, in der ein Einsatz 15 angeordnet ist, dessen Oberfläche bündig mit der ihn umgebenden Spanfläche 11 abschließt und hieran auch angrenzt. Entsprechendes gilt für die Wandung der Durchbrechung sowie für den Außenmantel des Einsatzes 15. Im vorliegenden Fall folgt die Grenzlinie etwa dem Verlauf der Schneidkante 17, wobei zusätzlich die Freifläche 13, 14 unter einem positiven Freiwinkel geneigt ist. Entsprechend der Neigung des Freiwin kels kann der Schneideinsatz 10 eine Stufe 18 besitzen; in entsprechender Weise der Einsatz 15 einen zurückgesetzten Absatz. Der Einsatz 15 kann, wie in Fig. 6 dargestellt, quader förmig oder zusätzlich (siehe Fig. 3) mit einer oberen Anfasung 19 versehen sein. Der wärmeleitende Einsatz 15 kann beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer bestehen, die Wärme leitfähigkeiten von 2,37 W/(cm × K) oder 3,98 W/(cm × K), also wesentlich größere Wärmeleitfähigkeiten als das verwendete Hartmetall mit 0,88 W/(cm × K) haben. Die Wärmeleitfähigkeit des Einsatzes 15, an dem sowohl die Klemmpratze 9 aufliegt, also auch die Schneideinsatzauflage des Halters 8 hiermit in Berührung kommt, gewährleisten, daß bei der Zerspanung entste hende Wärme abgeführt werden kann, wodurch der Verschleiß der Schneidplatte 10 herabgesetzt und die Standzeit verlängert wird.The cutting insert 10 has a relatively large opening in which an insert 15 is arranged, the surface of which is flush with the rake face 11 surrounding it and also adjoins it. The same applies to the wall of the opening and to the outer jacket of the insert 15 . In the present case, the boundary line roughly follows the course of the cutting edge 17 , the free surface 13 , 14 additionally being inclined at a positive clearance angle. Accordingly, the inclination of the Freiwin kels, the cutting insert 10 have a step 18; in a corresponding manner, the insert 15 has a reset paragraph. The insert 15 can, as shown in FIG. 6, be cuboid or additionally (see FIG. 3) with an upper chamfer 19 . The heat-conducting insert 15 can consist, for example, of aluminum or copper, the thermal conductivities of 2.37 W / (cm × K) or 3.98 W / (cm × K), that is to say substantially greater thermal conductivities than the hard metal used with 0.88 W / (cm × K). The thermal conductivity of the insert 15 , on which both the clamping claw 9 rests, thus also the cutting insert support of the holder 8 comes into contact with it, ensure that heat arising during machining can be dissipated, thereby reducing the wear of the cutting plate 10 and extending the service life becomes.

Die Querschnittsform des Einsatzes 15 muß nicht zwingend in den Außenkonturen dem Schneidkantenverlauf folgen, gleichermaßen sind in der Draufsicht bzw. im Querschnitt kreisförmige, recht eckige, sechseckige, ovale oder sonstwie geformte Einsätze 15 möglich, die geeignet sind, Wärme in die Klemmpratze bzw. die Auflagefläche des Halters abzuleiten. Unabhängig davon kann das Material des Einsatzes 15 insbesondere im Hinblick auf die Minimierung der Werkstoffkosten gewählt werden, d. h., hierbei kann es sich um ein Material handeln, das zum Zerspanen seine Platzhalterfunktion erfüllt.The cross-sectional shape of the insert 15 does not necessarily have to follow the cutting edge course in the outer contours; equally, in plan view or in cross section, circular, rectangular, hexagonal, oval or other shaped inserts 15 are suitable, which are suitable for heat in the clamping claw or the Derive the support surface of the holder. Irrespective of this, the material of the insert 15 can be selected in particular with a view to minimizing the material costs, ie it can be a material that fulfills its placeholder function for machining.

Falls gewünscht, ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung selbstverständlich ebenso möglich, auch den Einsatz 22 mit einer zentralen Bohrung 23 zu versehen (Fig. 5). Dies dürfte insbesondere dann in Betracht kommen, wenn der Schneidein satz 10 bereits vor dem Sintern bzw. vor dem Beschichten mit dem Einsatz 15 verbunden wird.If desired, it is of course also possible within the scope of the present invention to also provide the insert 22 with a central bore 23 ( FIG. 5). This should be considered in particular if the cutting insert 10 is connected to the insert 15 before the sintering or before the coating.

Um einen besseren Angriffspunkt für eine gewölbte Kalotte der Klemmpratze 9 des Halters 8 zu schaffen, kann der Schneidein satz 10 eine Klemmulde besitzen, die dann Teil des Einsatzes 15 ist. Zentral in der Klemmulde kann eine Durchbrechung 16 vorge sehen sein, die bis zur Auflagefläche 12 reicht. Die betref fende Durchbrechung kann entweder kreisrund mit einem kleinen Durchmesser versehen sein, der maximal das 0,2fache des Durch messers des Innenkreises 22 beträgt. Alternativ hierzu kann die Durchbrechung 16 auch unrund sein und beliebige Quer schnittsprofile besitzen, insbesondere solche, welche eine Zen trierung und Rotations-Indexierung zulassen. In order to create a better point of attack for a domed cap of the clamping claw 9 of the holder 8 , the cutting insert 10 can have a clamping trough which is then part of the insert 15 . An opening 16 can be seen centrally in the clamping trough, which extends to the contact surface 12 . The relevant opening can either be circular with a small diameter that is a maximum of 0.2 times the diameter of the inner circle 22 . As an alternative to this, the opening 16 can also be out of round and have any cross-sectional profiles, in particular those which allow a centering and rotation indexing.

Die Durchbrechung 16 hat auch während des Sinterns noch Vor teile. Durch die im Bereich der Bohrung geschaffene weitere Außenfläche kann nämlich der Schneideinsatz während des Sin terns besser "entgast" und damit verdichtet werden. Dies ver bessert die Gefügequalität und damit die Zerspanungseigenschaf ten.The opening 16 also has parts before sintering. Because of the additional outer surface created in the area of the bore, the cutting insert can be better "degassed" during sin and thus compressed. This improves the structure quality and thus the machining properties.

Claims

1. A cutting insert having a reaching from the rake surface (11) to the support surface (12) opening (16), characterized in that a registration with insert (15) made of a material with better heat conductivity than the cutting insert material in the perforation (16) .

2. Cutting insert or cutting insert blank according to claim 1, characterized in that the insert ( 15 ) consists of Al, Cu, Al or Cu alloys or steel.

3. Cutting insert or cutting insert blank according to claim 1 or 2, characterized in that the insert ( 15 ) and the opening has an outer contour of the cutting insert zes ( 10 ) has a substantially similar external dimension, preferably before each parallel to the rake face ( 11 ) limit Cutting edges is arranged.

4. Cutting insert or cutting insert blank according to one of claims 1 to 3, characterized in that the through refraction ( 16 ) viewed across its height has different cross-sectional profile dimensions, in particular in the case of cutting inserts ( 10 ) with free surfaces ( 13 , 14 ) tapering at a positive clearance angle or tapered gradually towards the bearing surface ( 12 ).

5. Cutting insert or cutting insert blank according to one of claims 1 to 4, characterized in that it consists of a coated substrate body made of a cermet, a hard metal, or a ceramic, the single or multi-layer coating being a hard material, preferably a carbide, Nitride and / or carbonitride of the IVa to VIa metals of the periodic table, Al ₂ O ₃ and / or ZrO ₂ , BN, a diamond-like layer or amorphous carbon.

6. Cutting insert according to one of claims 1 to 5, characterized in that the opening has a diameter or largest diameter which is ≧ 0.65 IC or ≧ 13.5 mm, where IC is the inner circle diameter ( 22 ).