DE19844018A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schrumpfspannen von Werkzeugen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren um Schrumpfspannen und -entspannen von Werkzeugen, wobei sich die Werkzeuge in einem Spannfutter befinden und das Futter zum Einfügen und Herausnehmen des Werkzeuges induktiv erwärmt wird und die Erwärmung in einem hochfrequenten Wechselfeld durchgeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das thermische Einspannen und die Demontage von Werkzeugen in Spannfutter. Für die hochpräzise Befestigung von Fräsern, Bohrern und dergleichen reichen im allgemeinen die bekannten mechanischen Spannfutter und Steckverbindungen nicht aus, hingegen ist eine bis in den µm Bereich gehende Zentriertoleranz bei Anwendung thermischer Verfahren möglich. Dabei weist das Futter eine Bohrung auf, in die das (zylindrische) Werkzeug nach dem thermischen Aufweiten der Bohrung eingefügt wird, wobei nach Erkalten auf Raumtemperatur die Bohrung des Werkzeugs spannt.

Die Erwärmung kann durch Heißluft, Infrarotstrahlung, Widerstandsbeheizung und insbesondere induktiv unter Erzeugung niedriger (50 Hz) und mittelfrequenter Felder (500 Hz bis 15 kHz) bei Leistungsaufnahmen der Induktoren bis etwa 15 kW erfolgen.

Nachteilig an dem Vorgehen gemäß beschriebenem Stand der Technik ist, daß einmal lange Aufwärmzeiten (< 15 sec.) in Kauf genommen werden müssen, was darüber hinaus auch das Futter nach wenigen Spannvorgängen unbrauchbar macht. Zum Zweiten, und dies ist vorliegend besonders wesentlich, ist die Demontage bisher bei Futterdurchmessern von unter etwa 16 mm sowie Stahlwerkzeugen, wegen der gleichzeitigen Erwärmung des Werkzeuges, nicht oder nur bedingt möglich.

Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu finden, mit welcher der Ein- und Ausspannvorgang wesentlich schneller bewirkt werden kann, daß eine nahezu unbeschränkte Wiederverwend­ barkeit gewährleistet ist, und daß auch kleine Werkzeuge sicher entformt werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit Hilfe eines Verfahrens nach dem Hauptan­ spruch, vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergege­ ben.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß mit Hilfe hochfrequenter Indu­ ktionsfelder eine schnellere Erwärmung mit einem deutlichen Temperatur­ gradienten (< 200°C) im Futter von außen nach innen gelingt, was einmal dem Einspannvorgang beschleunigt, beim Ausspannerwärmen jedoch dafür sorgt, daß das Werkzeug selbst nicht oder nur unwesentlich erwärmt wird, so daß dessen problemlose Demontage auch bei Futterdurchmessern unter 16 mm und bei Stahlwerkzeugen möglich ist.

Ein weiterer Vorteil des vorliegend durch die Hochfrequenz gegebenen geringeren radialbezogenen Felddurchgriffs ist ein wesentlich reduzierter Energiebedarf, auf­ grund der Wärmequellenkonzentration in der unmittelbaren Randschicht des Werkzeugfutters, womit eine wesentlich geringere Materialbeanspruchung und damit eine längere Verfügbarkeit der Passung (h6) gegeben ist. Die benötigte Energie liegt bei der beanspruchten Frequenz von 150-250 kHz, vorzugsweise 220 kHz, bei etwa 3 bis 6 kW, kann also bis auf etwa 20% des bisherigen Bedarfs abgesenkt werden.

Die für die Durchführung des Verfahrens benötigte Vorrichtung besteht aus einer Spule und einem Frequenzwandler für Frequenzen von 150-250 kHz bei einer Leistung von etwa 3 bis 6 kW.

Dabei hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Spule um das Futter zylindrisch zu gestalten, das Futter jedoch in an sich bekannter Weise konisch, da sich hieraus eine optimale Wärmeverteilung und minimale Aufheizzeit ergeben.

Anhand der beiliegenden Figuren wird das vorliegende Verfahren und die Vorrichtung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Spannvorrichtung und

Fig. 2 eine Aufheizkurve.

In Fig. 1 ist eine Spannvorrichtung 1 mit einer Bohrung 2 dargestellt, wobei letztere einen Durchmesser von 5 mm aufweist.

Über den Haltebereich 3, der das einzusetzende Werkzeug umschließt, ist eine Induktionsspule 4 geschoben, die einen Innendurchmesser ∅i von 45 mm und eine Höhe h von 50 mm aufweist. An dem Haltebereich 3 sind zwei Meßpunkte A und B zur Messung der Temperatur beim Aufheizen angedeutet, die Messung erfolgt mit Thermodraht (Ni G Ni, Typ K) Die Spule 4 wird mit einer Leistung von 3 kW bei einer Frequenz von 220 kHz beaufschlagt.

Fig. 2 zeigt das Ergebnis in Form eines Diagramms, bei welchem die Temperatur [°C] über der Zeit [sec] aufgetragen ist. Dabei zeigen das Feld I die Aufheizung (≈ 7 sec) und das Feld II die Abkühlung der Meßpunkte A und B.

Man erkennt, daß innerhalb einer Zeit von 5 sec bereits eine Temperaturdifferenz zwischen A und B von etwa 200°C erreicht wird, wobei der Meßpunkt B nur eine Temperatur knapp oberhalb der Raumtemperatur erreicht, so daß das Werkzeug schnell eingesetzt, aber auch problemlos entnommen werden kann, da es sich nicht nennenswert erwärmen kann und somit keine Dimensionsänderung erfährt.

Claims (5)

1. Verfahren um Schrumpfspannen und -entspannen von Werkzeugen, wobei sich die Werkzeuge in einem Spannfutter befinden und das Futter zum Einfügen und Herausnehmen des Werkzeuges induktiv erwärmt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man die Erwärmung in einem hochfrequenten Wechselfeld durchführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Futter bei einer Frequenz von 150-250 kHz erwärmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Erwärmung bei einer Frequenz von 220 kHz durchführt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das induktive Feld mit einer Leistung von 3 bis 6 kW erzeugt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bestehend aus einem das Spannfutter in engem Abstand umgebenden Induktors einer Frequenz von etwa 150-250 kHz und einer Leistung von etwa 3 bis 6 kW.