DE19725341A1 - Schneidwerkzeug für schälartige Zerspanungsbearbeitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug für schälartige Zer­ spanungsbearbeitungen, mit nebeneinander angeordneten Haupt- und Nebenschneiden, die zusammen einen stumpfen Winkel ein­ schließen, und mit einer entlang diesen Schneiden angeordneten Spanleitstufe mit einer zur Schneidkante gewandten Anstiegs­ flanke.

Sogenannte Drehschälmaschinen werden zur wirtschaftlichen Mas­ senfertigung von Blankstählen hoher Qualität und zum Grobschä­ len dickwandiger Rohre und von gewalztem oder gegossenem Rund­ stahl eingesetzt. Unter den obengenannten schälartigen Zerspa­ nungsbearbeitungen werden Schäldreharbeiten verstanden, bei denen ein Längs-Runddrehen mit großem Vorschub unter Verwendung eines konzentrisch zum Werkstück umlaufenden Schneidwerkzeuges verwendet wird. Charakteristisch für solche schälenden Bearbei­ tungen ist eine Vorschubbewegung, die parallel oder unter klei­ nen Winkeln zur Schneidkante verläuft und die im Vergleich zur Schnittiefe groß ist. Das Verhältnis zwischen dem Vorschub und der Schnittiefe wird auch als "Schälschnitt" bezeichnet.

Die Geometrie der spanabhebenden Werkzeuge zum Schälen bzw. Wellendrehen zeichnet sich durch eine im Vergleich zur Haupt­ schneide lange Nebenschneide aus, die unter einem Einstellwin­ kel zwischen 0° und 2° zum Werkstück angeordnet ist. Neben der Grob-Zerspanung an der Hauptschneide wird durch die Neben­ schneide eine zusätzliche Glättungs-Zerspanung durchgeführt, die Oberflächenrauhigkeiten des Werkstückes von 4 µm bis 8 µm erreichen läßt.

Im wesentlichen achteckige Werkzeuge zum Schälen bzw. Wellen­ drehen werden bereits in der DE-C-18 00 195 dargestellt und beschrieben. Der betreffende Schneideinsatz ist als längliches Achteck ausgebildet und besitzt auf der Vorder- und Rückseite je zwei schräg gegenüberliegende Schneidkanten, die aus einer Haupt- und einer Nebenschneide bestehen, die jedoch in etwa gleich lang sind.

Einen Schneideinsatz mit einer deutlich verlängerten Neben­ schneide, deren Länge so gewählt ist, daß sie den Vorschub bei einer Umdrehung des Werkstückes überdeckt, ist der DE 22 38 888 B2 zu entnehmen.

Eine Verringerung der Werkzeugkosten beim Arbeiten mit hohen Spantiefen und großen Vorschüben soll nach der DE 28 25 748 A1 dadurch erreicht werden, daß der Schneideinsatz eine erste und eine unmittelbar daran anschließende zweite Hauptschneide und eine Nebenschneide aufweist, wobei bezogen auf die Achse des zu bearbeitenden Werkstückes der Einstellwinkel der ersten Haupt­ schneide größer als der Einstellwinkel der zweiten Haupt­ schneide gewählt werden soll und der Einstellwinkel der zweiten Hauptschneide wiederum größer als der Einstellwinkel der Neben­ schneide ist.

Eine weitere für schälartige Zerspanungsbearbeitungen geeignete Wendeschneidplatte wird in der EP 0 117 400 B1 beschrieben. Hierbei handelt es sich um eine neuneckige Wendeschneidplatte, die auf der Unter- und Oberseite jeweils drei ungleichlange Haupt- und Nebenschneiden aufweist und die Form eines gleich­ seitigen Dreieckes mit symmetrisch abgewinkelten Spitzen hat. Die Hauptschneiden liegen im Bereich dieser abgewinkelten Spit­ zen und sind kürzer als die Nebenschneiden ausgebildet, wobei das Verhältnis der Länge der Hauptschneiden zur Länge der Nebenschneiden zwischen 1 : 1,5 bis 1 : 3 liegen soll. Die Hauptschneiden gehen über gerundete Ecken in die Nebenschneiden über, wobei der Radius der gerundeten Ecken etwa dem Radius des eingeschriebenen Kreises der Wendeschneidplatte entspricht. Die Hauptschneiden an der Oberseite liegen den Hauptschneiden an der Unterseite seitenverkehrt gegenüber.

Jede Hauptschneide besitzt eine Spanformnut, die in etwa paral­ lel zur Hauptschneide verläuft. Die Spanformnut geht spanflä­ cheneinwärts in eine Anstiegsflanke über, die mit einer oberen Kante abschließt.

Auch bei den übrigen nach dem Stand der Technik bekannten Schneidwerkzeugen sind Spanleitstufen bekannt, die im wesentli­ chen parallel zur Nebenschneide verlaufen, aber stets mit einer oberen geradlinigen Kante abschließen. Solche Spanleitstufen heben zwar den ablaufenden Span vom Werkstück weggerichtet ab, jedoch mangelt es an einer ausreichenden Spanführung, so daß der ablaufende Span bereits unkontrolliert ist. Darüber hinaus reichen die Spanleitstufen häufig auch nicht aus, um den gewünschten Spanbruch zu erzeugen, mit der Folge, daß die Gefahr der Entstehung von Wirrspänen besteht.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs genannte Schneidwerkzeug durch Optimierung der Spanleitstufe dahingehend zu verbessern, daß relativ dünne, elastische Späne mit geringer Reibung geführt, kontrolliert und gebrochen wer­ den, daß beim Zerspanen verwendetes Kühlschmiermittel in höchstmöglichem Maße wirksam an den Zerspanungsort gelangen kann und die Spanleitstufe eine sichere Führung des Spanes erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch ein Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 gelöst, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Spanleitstufe in einer Draufsicht betrachtet mindestens zwei durch benachbarte Einbuchtungen seitlich begrenzte Vorsprünge aufweist.

Im Gegensatz zu dem nach dem Stand der Technik bekannten Lösun­ gen wird damit von einer mit einer geradlinigen Kante endenden Spanleitstufe abgegangen, wodurch sich mehrere Vorteile erge­ ben: Da der ablaufende Span durch die Vorsprünge geführt wird, ergibt sich eine geringfügigere Reibung beim Spanablauf. Zudem können die zwei oder mehr Vorsprünge auch die Richtung des ablaufenden Spanes fixieren und auch eine bessere Spanbrechung erreichen.

Die veränderte Spanleitstufengeometrie führt zudem zu einer besseren Kühlschmiermittelzufuhr an die jeweils aktiven Schnei­ den. Die vorliegende Erfindung läßt sich an jeder Schneidwerk­ zeuggrundform realisieren, gleichgültig, ob es sich hierbei um längliche (achteckige), trigonale (neuneckige) oder hiervon abgeleitete Formen handelt.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

So wird vorzugsweise der erste Vorsprung etwa in Höhe des Bereiches der Hauptschneide oder im Übergangsbereich zwischen der Hauptschneide und der Nebenschneide bzw. anfangs der Neben­ schneide liegen. Der zu diesem Vorsprung benachbarte zweite Vorsprung, der von diesem durch eine Einbuchtung getrennt ist, liegt in jedem Fall parallel bzw. seitlich zur Nebenschneide.

Die Vorsprünge liegen mit ihrer der jeweiligen Schneidkante zugewandten Seite, d. h. ihrer oberen Kante, auf einer Geraden, die mit der Schneidkante des Schneidwerkzeuges einen Winkel zwischen -15° und 35°, vorzugsweise zwischen 5° und 15° bildet. Die genannten Einbuchtungen stellen demgegenüber in bezug auf die Schneidkante zurückgesetzte Bereich dar.

Die Ausbildung der Vorsprünge kann vielfältig gewählt werden; betreffende Formen können spitz, rund, streckenweise geradlinig oder auch konkav gewählt sein. Den beiden letztgenannten Aus­ führungsformen, bei denen die obere Kante der Vorsprünge zumin­ dest teilweise linear oder zwischen zwei Randpunkten leicht konkav ausgebildet ist, wird der Vorzug gegeben. Die betref­ fende Länge des linearen Stückes einer Vorsprung-Kante oder der Abstand zwischen zwei Randpunkten mit einem dazwischenliegenden konkaven Zwischenstück beträgt erfindungsgemäß bis zu 6 mm, vorzugsweise werden Längen bzw. Abstände zwischen 1,5 mm und 4,5 mm angestrebt. Die Breite der Einbuchtung soll gegenüber der genannten Länge bzw. dem genannten Abstand mindestens halb so groß sein.

Die erfindungsgemäße Spanleitstufenform kann in einer anderen Betrachtungsweise auch als eine durch Einbuchtungen unterbro­ chene linear verlaufende Spanleitstufe angesehen werden, deren obere Kante entweder parallel oder spitzwinklig zur Neben­ schneidkante verläuft. Mißt man von der oberen Kante des ersten Vorsprunges den (kürzesten) Abstand zur Schneidkante, so beträgt dieser nach einer Ausgestaltung der Erfindung zwischen 0,5 mm bis 5 mm, vorzugsweise 1,5 mm bis 3 mm. Der Abstand vom tiefsten Punkt der zwischen dem ersten und dem zweiten Vor­ sprung liegenden Einbuchtung zur Schneidkante soll 0,3 mm bis 3 mm größer als der vorgenannte Abstand sein, vorzugsweise 0,8 mm bis 1,5 mm. Der Neigungswinkel der Anstiegsflanke zur Spanleitstufenoberkante kann im Bereich der Vorsprünge und/oder der Ausnehmungen jeweils gleich groß, d. h. entlang der Haupt- und Nebenschneidkante konstant oder verschieden sein. Die betreffenden Winkel der Anstiegsflanken sollten erfindungsgemäß im Bereich des Vorsprunges zwischen 45° und 25°, vorzugsweise 35° bis 25°, und im Bereich der Einbuchtung zwischen 45° und 15°, vorzugsweise 45° und dem Flankenwinkel der Anstiegsflanke im Bereich des Vorsprunges liegen.

Ebenso kann der Spanwinkel im Bereich der Haupt- und Neben­ schneide entlang der gesamten Schneidkante konstant sein oder variieren. Nach der vorliegenden Erfindung sollte der Spanwin­ kel zwischen -15° und 25°, vorzugsweise zwischen +5° bis +15° liegen, wobei sich im letzteren Fall eine entlang der Schneid­ kante angeordnete Spannut ausbildet.

Die relative Höhe der oberen Kante der Spanleitstufe zur Schneidkantenebene kann ebenfalls negativ, positiv oder 0 sein, d. h., die betreffende obere Kante der Spanleitstufe liegt dann auf gleicher Höhe wie die Schneidkantenebene, wobei sich zwi­ schen der genannten oberen Kante und der Schneidkante eine Spannut befindet. Bevorzugt wird jedoch eine Ausführungsform gewählt, bei der die genannte obere Kante oberhalb der Schneid­ kantenebene liegt, insbesondere zwischen 0,1 bis 0,5 m oberhalb dieser Ebene.

Die Spanleitstufe ist im einfachsten Fall derart aufgebaut, daß nur zwei Vorsprünge vorgesehen sind, die jeweils beidseitig durch Einbuchtungen begrenzt werden, wobei sich an die letzte Einbuchtung eine geradlinige obere Kante der Spanleitstufe anschließt, die auf derselben Verbindungsgeraden wie die obere Kante der Vorsprünge liegt.

Nach einer weiteren Ausführungsform kann die an die Neben­ schneiden und/oder an deren Übergangsbereich zur Hauptschneide angrenzende Freifläche eine (negative) Fase aufweisen.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine längliche Schälplatte,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Spanleitstufe in einer Draufsicht,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie A-A nach Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie B-B nach Fig. 2 und

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer neuneckigen Schneidplatte.

Die Draufsicht-Kontur der in Fig. 1 dargestellten Schneidplatte mit Ausnahme der Spanleitstufe ist beispielsweise aus der DE 22 38 888 B2 seit langem bekannt. Der längliche Schneidein­ satz 10 besitzt eine Spanfläche 11, jeweilige Hauptschneiden 12 sowie Nebenschneiden 13, die wesentlich länger als die Haupt­ schneiden 12 ausgebildet sind. Die jeweils kurzen Enden 14 kön­ nen als Einspannenden dienen. Der Schneideinsatz 10 besitzt erfindungsgemäß eine neuartige Spanleitstufe 15, die anhand der Fig. 2 erläutert werden soll. Wie aus Fig. 2 näher ersichtlich, geht die Hauptschneide 12 über einen Radius R in die Neben­ schneide 13 über. Die Spanleitstufe 15 beginnt außerhalb des durch die maximale Schnittiefe a_P vorgegebenen Bereiches, wobei zwei Vorsprünge 16 und 17 beidseitig durch Einbuchtungen 18, 19 und 20 begrenzt sind. Die Vorsprünge 16 und 17 besitzen eine vordere lineare obere Kante 161 bzw. 171, deren Verlängerungen auf einer gemeinsamen Geraden liegen, auf der auch das lineare Ende 151 der oberen Kante der Spanleitstufe liegt. Die betref­ fende Gerade ist im vorliegenden Fall um einen spitzen Winkel α gegenüber der Nebenschneidkante 13 geneigt. Die Länge l des geradlinigen Teiles der oberen Kante 171 bzw. 161 ist im vor­ liegenden Fall etwa gleich groß mit der Breite der Einbuchtun­ gen 18, 19 oder 20. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es ebenso möglich, die Länge l der Vorsprünge 16 und 17 unter­ schiedlich groß zu wählen.

Wie aus Fig. 3 und 4 hervorgeht, schließt sich im Anschluß an die Schneidkante eine Nut 21 an, die gebildet wird durch eine abfallende Flanke unter einem Winkel α₁ bis hin zu einem tief­ sten Muldenpunkt, an den sich zur Spanflächenmitte hin die Anstiegsflanke 22 unter einem Winkel α₂ oder α₃ anschließt. Die Winkel α₂ und α₃ können gleich groß oder auch verschieden sein. Der Abstand a, den die obere Kante 161 von der Schneid­ kante 12 bzw. 13 hat, beträgt 1,5 mm bis 3,0 mm. Der Abstand b der oberen Kante 191 ist um 0,8 mm bis 1,5 mm größer als der vorerwähnte Abstand a. Wird der Schneidkörper beim Schäldrehen in Vorschubrichtung 23 relativ zum Werkstück bewegt, dienen die Vorsprünge 16 und 17 als Leit- und Führungselemente für den ablaufenden Span. Durch die Einbuchtungen 19 und 20, die demge­ genüber zurückgesetzt sind, verringert sich die Gesamtreibung des ablaufenden Spanes. Zudem bewirken die Einbuchtungen 19 und 20, daß dort Platz für das Kühlschmiermittel geschaffen wird.

Der in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Schneideinsatz 10 ist als Wendeschneidplatte mit vier nutzbaren Schneidkanten (Paaren) 12, 13 ausgestattet. Zusätzlich ist der zwischen den Spanleitstufen 15 liegende Bereich der Spanfläche 11 dach- wie bodenseitig des Schneideinsatzes plan ausgebildet, so daß die­ ser mittlere Bereich als Auflagefläche dienen kann.

Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung an einer neun­ eckigen Schneidplatte 24 ist in Fig. 5 dargestellt. Diese Schneidplatte besitzt jeweils drei Hauptschneiden 12 sowie benachbarte Nebenschneiden 13, an die Schneidkanten anschlie­ ßende Spannuten 21 sowie Spanleitstufen 15 in einer der Ausfüh­ rungsformen nach Fig. 1 bis 4 entsprechenden Formgestaltung. Im mittleren, zwischen den Spanleitstufen 15 liegenden Spanflä­ chenbereich 11 ist zudem eine Klemmulde 25 vorgesehen.

Zu den beschriebenen Ausführungsformen sind im übrigen derge­ stalt Varianten möglich, daß die Fig. 3 und 4 entnehmbare Höhe h auch negativ sein kann; in diesem Fall befindet sich das durch die obere Kante 161, 191, 171 gebildete Niveau zwar "oberhalb" der Spannut 21, aber unterhalb der Schneidkanten­ ebene.

Claims (14)

1. Schneidwerkzeug (10, 24) für schälartige Zerspanungsbear­ beitungen, mit nebeneinander angeordneten Haupt- (12) und Nebenschneiden (13), die zusammen einen stumpfen Winkel einschließen, und mit einer entlang diesen Schneiden (12, 13) angeordneten Spanleitstufe (15) mit einer zur Schneid­ kante gewandten Anstiegsflanke (22), dadurch gekennzeichnet, daß die Spanleitstufe (15) in einer Draufsicht betrachtet mindestens zwei durch benachbarte Einbuchtungen (18, 19, 20) seitlich begrenzte Vorsprünge (16, 17) aufweist.

2. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Vorsprung (16) etwa in Höhe des Bereiches der Hauptschneide (12) oder im Übergangsbereich zwischen der Hauptschneide (12) und der Nebenschneide (13) und der hierzu benachbarte Vorsprung (17) parallel zur Neben­ schneide (13) liegt.

3. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorsprünge (16, 17) mit ihrer der jewei­ ligen Schneidkante (12, 13) zugewandten Seite auf einer Geraden liegen, die mit dieser Schneidkante (13) einen Winkel (α) zwischen -15° und 35°, vorzugsweise zwischen 5° und 15° bildet.

4. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Kante (161, 171) der Vor­ sprünge (16, 17) zumindest teilweise linear oder zwischen zwei Randpunkten leicht konkav ausgebildet ist.

5. Schneidwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (l) des linearen Stückes der Vorsprünge oder der Abstand zwischen zwei Randpunkten mit einem konkaven Zwischenstück bis zu 6 mm beträgt, vorzugsweise zwischen 1,5 mm und 4,5 mm liegt.

6. Schneidwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Einbuchtung (18, 19, 20) mindestens 0,5mal der genannten Länge (l) oder des genannten Abstan­ des zwischen zwei Randpunkten mit einem konkaven Zwischen­ stück liegt.

7. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) des ersten Vorsprun­ ges (16) zur Schneidkante (12) zwischen 0,5 mm bis 5 mm, vorzugsweise 1,5 mm bis 3 mm beträgt.

8. Schneidwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (b) der zwischen dem ersten Vorsprung (16) und dem zweiten Vorsprung (17) liegenden Einbuchtung (19) zur Schneidkante (13) um 0,3 mm bis 3 mm, vorzugsweise 0,8 mm bis 1,5 mm, größer ist als der Abstand (a) des ersten Vorsprunges (16) zur Schneidkante (12).

9. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (α₂, α₃) der Anstiegsflanke (22) zur Spanleitstufenoberkante (161, 171, 191, 151) entlang der Schneidkante (12, 13) konstant ist.

10. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (α₂) der Anstiegs­ flanken (22) zur Spanleitstufenoberkante (161, 171, 191) im Bereich des Vorsprunges (16, 17) zwischen 45° und 20°, vorzugsweise 35° bis 25°, und der Neigungswinkel (α₃) der Anstiegsflanke (22) zur Spanleitstufenoberkante (191) im Bereich der Einbuchtung (18, 19, 20) zwischen 45° und 15°, vorzugsweise 45° und dem Winkel (α₂) liegt.

11. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Spanwinkel (α₁) zwischen -15° und +25°, vorzugsweise zwischen 5° bis 15°, liegt.

12. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (h) der oberen Kante (151, 161, 171, 191) der Spanleitstufe (15) zur Schneidkanten­ ebene (12, 13) zwischen 0,1 mm bis 0,5 mm liegt, wobei vorzugsweise entlang der Schneidkante (12, 13) eine Span­ nut (21) angeordnet ist.

13. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanleitstufe (15) im hinteren Bereich der Nebenschneide (13) eine lineare obere Kante (151) aufweist, die mit den Vorsprüngen (16, 17) auf einer unter einem spitzen Winkel (α) geneigten Geraden liegt.

14. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Nebenschneide (13) und/oder an deren Übergangsbereich zur Hauptschneide (12) angren­ zende Freifläche (26) eine Fase (27) aufweist.