DE19946799A1 - Schaftfräser mit wenigstens einer aus polykristallinem Diamant oder polykristallinem Bornitrid bestehenden Schneide und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Abstract

Der Schaftfräser hat einen Grundkörper (10) aus Stahl oder einer Schwermetallegierung sowie einen vorderen Teil (20) aus Hartmetall, der durch eine Lötverbindung mit dem Grundkörper (10) verbunden und mit einer Schneide (16) versehen ist, die aus polykristallinem Diamant (PKD) oder polykristallinem Bornitrid (PKB) besteht. Um die Bruchgefahr an der Lötverbindung zu beseitigen, ist vorgesehen, daß der aus Hartmetall bestehende Teil eine Hülse (20) ist, die auf einem einstückig mit dem Grundkörper (10) ausgebildeten Zapfen sitzt und mit diesem an den aneinandergrenzenden Umfangsflächen verlötet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schaftfräser mit einem Grundkör­ per aus Stahl oder einer Schwermetallegierung und einem mit wenigstens einer aus polykristallinem Diamant (PKD) oder po­ lykristallinem Bornitrid (PKB) bestehenden Schneide versehe­ nen vorderen Teil aus Hartmetall, der durch eine Lötverbin­ dung mit dem Grundkörper verbunden ist. Die Erfindung be­ trifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Schaftfräsers.

Es ist bekannt, Schaftfräser mit Schneidkanten aus PKD oder PKB in der Weise herzustellen, daß ein Grundkörper aus Stahl oder einer Schwermetallegierung an seinem vorderen Ende mit dem hinteren Ende eines aus Hartmetall bestehenden, die Schneidkanten tragenden, vorderen Werkzeugteils verlötet wird. Die Fräser werden z. B. bei der Herstellung von Rotoren für Verdichter aus Aluminium zum Fräsen von mehrere Zentime­ ter tiefen Nuten mit bis zu 40.000 U/min eingesetzt. Wegen der Auslenkung durch Biegebeanspruchung und der daraus resul­ tierenden Walkbewegung kommt es bisher häufig zum Bruch an der Lötstelle. Dieser Mangel läßt sich auch nicht dadurch be­ heben, daß die beiden Teile des Fräsers an stumpfkegeligen statt ebenen Stirnflächen miteinander verlötet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schaftfräser der eingangs genannten Art und ein Verfahren zu seiner Her­ stellung zu schaffen, durch welche die Bruchgefahr an der Lötstelle beseitigt wird, und diese Aufgabe wird erfindungs­ gemäß dadurch gelöst, daß der aus Hartmetall bestehende Teil eine Hülse ist, die auf einem einstückig mit dem Grundkörper ausgebildeten Zapfen sitzt und mit diesem an den aneinander grenzenden Umfangsflächen verlötet ist.

Dementsprechend ist das neue Verfahren zur Fertigung eines solchen Schaftkörpers dadurch gekennzeichnet, daß der Grund­ körper einstückig mit einem sich bis an das vordere Ende des Fräsers erstreckenden Zapfen hergestellt wird, in den mit we­ nigstens einer dem Verlauf einer Schneidkante entsprechenden, materialschlüssig gebundenen Einlage aus PKD oder PKB verse­ henen Rohling aus Hartmetall eine zum Durchmesser des Zapfens passende Bohrung eingearbeitet wird, dann die so entstandene Hülse aus Hartmetall auf die Umfangsfläche des Zapfens aufge­ lötet und anschließend Nuten in die Hülse eingearbeitet wer­ den und die Schneidkante elektroerosiv bearbeitet und/oder geschliffen wird.

Mit dem vorgeschlagenen Schaftfräser und dem neuen Herstel­ lungsverfahren löst sich die Erfindung von dem bisher allge­ mein praktizierten, verständlichen Bestreben, die zur Verfü­ gung stehenden, mit PKD- oder PKB-Einlagen versehenen Rohlin­ ge aus Hartmetall, deren Bearbeitung sehr schwierig ist, in möglichst geringem Umfang zu bearbeiten. Dabei ließ man sich jedoch bisher in erster Linie von den Schwierigkeiten einer mechanischen Bearbeitung des sehr harten Material leiten. Die Erfindung sieht nunmehr zwar ein zusätzliches Durchbohren der normalerweise im Vergleich zum Durchmesser in der Länge we­ sentlich größeren Hartmetallrohlinge vor, aber dafür genügt ein elektroerosiver Bearbeitungsvorgang ohne die sonst bei der Formgebung von Werkzeugen notwendige hohe Genauigkeit, weil die Bohrungswand lediglich der Lötverbindung mit dem Grundkörper des Fräsers dient und die äußere Bearbeitung des Hartmetallrohlings und der zu erzeugenden Schneidkanten erst nachträglich erfolgt. Als Vorteil der vorgeschlagenen Maßnah­ men gewinnt man Schaftfräser mit einem ohne Unterbrechung von hinten bis zum vorderen Ende durchgehenden, verhältnismäßig zähen Kern aus Stahl oder einer Schwermetallegierung, z. B. Wolfram-Legierung, der auf einer verhältnismäßig großen, mit der wirksamen Länge des Fräsers proportional zunehmenden Löt­ fläche mit dem die Schneide tragenden, spröden Hartmetallkör­ per verbunden und in der Lage ist, die Biege-Wechselbelastung während des Fräsens dauerhaft aufzunehmen.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für Schaftfräser ab einem Durchmesser von etwa 14 mm, wobei der Durchmesser des die Hartmetallhülse tragenden Kerns bzw. Zapfens des Grund­ körpers etwa 8 mm beträgt. Es versteht sich, daß je nach den Maßen und Einsatzbedingungen im Einzelfall der tragende Zap­ fen auch kürzer sein kann als die Hartmetallhülse. Diese kann z. B. mit einer Sackbohrung und/oder wenigstens einer stirn­ seitigen Schneidkante aus PKD oder PKB versehen sein.

Die Erfindung eignet sich gleichermaßen für die Herstellung von Schaftfräsern mit achsparallelen und schraubenförmigen Schneidkanten am Umfang. Deren Bearbeitung und das in diesem Zusammenhang notwendige Schleifen von geraden oder gekrümmten Nuten in den Hartmetallkörper können in bekannter Weise wie bisher ausgeführt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zei­ gen

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsge­ mäß hergestellten Schaftfräsers;

Fig. 2 einen Teil-Querschnitt gemäß Schnittli­ nie A-A in Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht des Grundkörpers des Schaftfräsers nach Fig. 1;

Fig. 4 einen axialen Längsschnitt einer mit dem Grundkörper gemäß Fig. 3 durch Lö­ ten zu verbindenden Hartmetallhülse und

Fig. 5 eine Stirnansicht der Hülse nach Fig. 4

Der in Fig. 1 in Seitenansicht gezeigte Schaftfräser hat ei­ nen Grundkörper 10 aus Stahl, z. B. 16MnCr5, der in seinem hinteren Bereich zum Einspannen mit einem Steilkegel ausge­ bildet und mit einem Anzugsbolzen 14 für die Zangenspannung versehen ist. Im vorderen Bereich ist der Fräser, ausgehend von einem zylindrischen Schaft, ähnlich wie eine mehrgängige Schraube, mit mehreren schraubenförmig gekrümmten Schneidkan­ ten 16 versehen, die z. B. aus polykristallinem Diamant (PKD) oder polykristallinem Bornitrid (PKB) bestehen. Entsprechend dem Verlauf der Schneidkanten 16 sind neben diesen schrauben­ förmige Nuten 18 in den vorderen Bereich des Fräsers einge­ schliffen. Im Beispielsfall beträgt der Durchmesser des vor­ deren, schneidenden Teils des Fräsers 14 mm und die axiale Länge der Schneidkanten 16 36,6 mm.

Schaftfräser mit der in Fig. 1 gezeigten und vorstehend be­ schriebenen Form und Größe sind bekannt. Sie werden z. B. zum Fräsen von Nuten in aus Aluminium bestehende Rotoren von Ver­ dichtern benutzt. Bei den bekannten Fräsern besteht der vor­ dere Teil, der die Schneidkanten 16 aus PKD oder PKB trägt, aus einem vollzylindrischen Stück Hartmetall, das an seinem hinteren Ende stirnseitig mit dem vorderen Ende des Grundkör­ pers 10 stumpf verlötet ist. Diese Lötstelle ist ein Schwach­ punkt, an dem es bisher häufig zum Bruch kam.

Um diesen Fehler zu beseitigen, hat der in der Zeichnung ge­ zeigte Schaftfräser im vorderen Bereich einen anderen Aufbau. Statt des bisher angelöteten massiven zylindrischen Körpers aus Hartmetall wird eine in Fig. 4 und 5 im Längs- und Quer­ schnitt dargestellte Hülse 20 verwendet. Ausgangsmaterial für diese Hülse ist ein massiv zylindrischer Rohling aus Hartme­ tall mit darin eingelagerten Streifen aus PKD oder PKB, wie er bisher als Vorderteil eines entsprechenden Schaftfräsers verwendet und zu diesem Zweck stumpf an das vordere Ende von dessen Grundkörper angelötet wurde. Die Hülse 20 für den neu­ en Schaftfräser wird durch Herausarbeiten einer zentralen Bohrung 22 aus dem massiven Hartmetallrohling gewonnen. Die Erzeugung der Bohrung 22 erfolgt durch elektroerosive Bear­ beitung, vorzugsweise mittels einer Drahtelektrode, nachdem zunächst ein kleines Loch durch Senkerodieren hergestellt worden ist. Der Durchmesser der Bohrung 22 beträgt im Bei­ spielsfall 8 mm, so daß sich bei einem Außendurchmesser von etwa 14 mm eine Wandstärke der Hülse 20 von etwa 3 mm ergibt. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, reichen die dort mit 24 bezeich­ neten, gleichmäßig über den Umfang verteilten Einlagerungen aus PKD oder PKB, aus denen später die Schneidkanten des Frä­ sers gewonnen werden, nur über etwas mehr als die halbe Wand­ stärke der Hülse 20. Im Beispielsfall soll ein Fräser mit vier Schneidkanten am Umfang hergestellt werden.

In Fig. 3 ist der Grundkörper 10 des Fräsers ohne den die Schneidkanten 16 tragenden vorderen Teil aus Hartmetall dar­ gestellt. Der Grundkörper 10 hat aber im Gegensatz zu den Grundkörpern der bisher bekannten derartigen Fräser am vorde­ ren Ende einen nach vorne ragenden, einstückig mit dem übri­ gen Teil des Grundkörpers ausgebildeten Zapfen 26, dessen Durchmesser und Länge zu dem Innendurchmesser und zur Länge der Hülse 20 passen. Diese läßt sich auf den Zapfen 26 auf­ schieben und durch Einbringen von Lötmaterial in den Rings­ palt zwischen diesen beiden Teilen lassen sie sich an den an­ einander grenzenden Umfangsflächen miteinander verlöten.

Nachdem die in Fig. 4 und 5 gezeigte hohlzylindrische Hülse 20 mit eingelagerten Streifen 24 aus PKD oder PKB auf dem Zapfen 26 des Grundkörpers 10 festgelötet worden ist, folgt das Einschleifen der schraubenförmigen Nuten 18 und die Bear­ beitung der Schneidkanten 16. Der Endzustand ist im Teil- Querschnitt nach Fig. 2 gezeigt.

Abweichend vom gezeichneten Ausführungsbeispiel kann der Schaftfräser andere Maße, einen anderen Spannschaft, eine an­ dere Anzahl von Schneidkanten am Umfang, wahlweise auch gera­ de Schneidkanten und gegebenenfalls weitere Schneidkanten an der vorderen Stirnseite haben. Es versteht sich, daß je nach der gewünschten Anordnung der Schneidkanten ein Hartmetall­ rohling mit entsprechenden Einlagerungen aus PKD oder PKB von Spezialherstellern, wie z. B. der Firma Sandvig, beschafft werden muß, aus dem dann die Hülse 20 herausgearbeitet wird.

Claims (4)

1. Schaftfräser mit einem Grundkörper (10) aus Stahl oder einer Schwermetallegierung und einem mit wenigstens einer aus polykristallinem Diamant (PKD) oder polykristallinem Bornitrid (PKB) bestehenden Schneide (16) versehenen vor­ deren Teil (20) aus Hartmetall, der durch eine Lötverbin­ dung mit dem Grundkörper (10) verbunden ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der aus Hartmetall bestehende Teil eine Hülse (20) ist, die auf einem einstückig mit dem Grund­ körper (10) aufgebildeten Zapfen (26) sitzt und mit die­ sem an den aneinandergrenzenden Umfangsflächen verlötet ist.

2. Schaftfräser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Zapfens wenigstens etwa 8 mm beträgt.

3. Verfahren zur Herstellung eines Schaftfräsers nach An­ spruch 1 aus einem Grundkörper (10) aus Stahl oder einer Schwermetallegierung und einem zylindrischen Rohling aus Hartmetall, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (10) einstückig mit einem sich bis an das vordere Ende des Fräsers erstreckenden Zapfen (26) hergestellt wird, in den mit wenigstens einer dem Verlauf einer Schneidkan­ te (16) entsprechenden, materialschlüssig gebundenen Ein­ lage aus PKD oder PKB versehenen Rohling aus Hartmetall eine zum Durchmesser des Zapfens (26) passende Bohrung (22) eingearbeitet wird, dann die so entstandene Hülse (20) aus Hartmetall auf die Umfangsfläche des Zapfens (26) aufgelötet und anschließend Nuten (18) in die Hülse (20) eingearbeitet werden und die Schneidkante (16) elek­ troerosiv bearbeitet und/oder geschliffen wird.

4. Schaftfräser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (22) in dem Rohling aus Hartmetall durch Elektroerosion mittels einer Drahtelektrode erzeugt wird.