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Die
Erfindung betrifft einen Schneidkopf für ein Profil-Drehwerkzeug zum
Schruppen und Schlichten von Umfangs- und Planflächen, insbesondere an Werkstücken aus
Leichtmetall, dessen aus einem Material wie polykristallinem Diamant
oder kubischem Bornitrid bestehende Schneidkante sich über einen
Umfangswinkel von mehr als 90° erstreckt.
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Profil-Drehwerkzeuge
mit derartigen Schneidköpfen
sind in der
DE 199
37 738 A1 und der
DE
101 13 633 A1 beschrieben. Sie dienen u. a. zum Bearbeiten
der Umfangs- und Planflächen
von Leichtmetallfelgen in einem Arbeitsgang. Dabei treten beim Schruppen
mit bis zu 5 mm Spantiefe und hohen Schnittgeschwindigkeiten am
gerundeten Schneidkopf extreme Belastungen aus über 180° wechselnden Richtungen auf.
Hartmetallwerkzeuge sind unter diesen Beanspruchungen nach der Bearbeitung
von 200 Felgen verschlissen, d. h. zweimal pro Schicht müssen die
Werkzeuge ausgewechselt werden. Werkzeuge mit einem Schneidkopf
aus polykristallinem Diamant oder Bornitrit haben lange Standzeiten,
sind aber in ihrer Belastung davon abhängig, daß der geklemmte Schneideinsatz
nicht in Schwingungen gerät
und bricht.
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Die
Gefahr von Schwingungen hängt
nicht nur von der Konstruktion der Halterung des Schneideinsatzes,
sondern auch von der Höhe
der Belastung ab und diese wiederum von dem Spanwinkel. Je größer ein
positiver Spanwinkel ist, desto leichter und mit geringerer Stauchung
des Werkstoffs fließen
die Späne über die
Spanfläche
ab und desto geringer sind daher die auf das Schneidwerkzeug wirkenden
Kräfte.
Allerdings ist gleich zeitig zu beachten, daß bei Vergrößerung des Spanwinkels die Schneidkante
geschwächt
wird. Es gilt also, im Einzelfall einen optimalen Kompromiß zu finden.
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Das
Ausgangsmaterial für
Schneidköpfe
und Schneidspitzen aus polykristallinem Diamant (PKD) und kubischem
Bornitrid (PKB) sind kreisrunde Scheiben, etwa mit dem Durchmesser
von Münzen, die
aus einer unteren Lage bzw. Tragschicht aus Hartmetall und einer
unlösbar
fest mit dieser verbundenen oberen Schicht aus Diamant oder Bornitrit
bestehen. Die Oberfläche
der Diamantschicht ist poliert. Die herzustellenden Schneidköpfe werden
aus dem scheibenförmigen
Ausgangsmaterial elektroerosiv ausgeschnitten und ihre Schneidkanten
geschliffen. Die Oberfläche
ist jedoch von vornherein so perfekt fertig bearbeitet, daß sie im
Hinblick auf die extreme Härte
des Materials zweckmäßigerweise
im Ausgangszustand belassen wird und so als Planfläche zum
Einsatz kommt. Bei einer geraden Schneidkante kann dann ein bestimmter
positiver Spanwinkel eingestellt werden, indem der Schneidkopf oder Schneideinsatz
um diesen Winkel um die Schneidkante gekippt eingespannt wird. Wenn
sich jedoch die Schneidkante bogenförmig um den Schneidkopf erstreckt
und in einem Arbeitsgang über
einen großen
Umfangsbereich zum Einsatz kommt, wie bei Drehwerkzeugen zur Felgenbearbeitung,
kommt eine einseitige Schrägstellung
des Schneidkopfs nicht in Frage. Man hat deshalb bei derartigen
Diamant-Drehwerkzeugen bisher ausschließlich mit ebener Spanfläche gearbeitet.
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Für Drehwerkzeuge
aus Hartmetall gelten andere Bedingungen. Sie können spanlos geformt werden
und lassen sich im Gegensatz zu Diamantwerkzeugen auch spanend bearbeiten.
Es ist deshalb bekannt, Schneidköpfe
mit bogenförmiger Schneidkante mit
einer konkaven Spanfläche
zu versehen, die für
alle Stellen der Schneidkante einen positiven Spanwinkel zur Verfügung stellt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schneidkopf der eingangs
genannten Art zur Verfügung
zu stellen, der das Auftreten von Vibrationen und Werkzeugbrüchen über das
konstruktiv erreichbare Maß hinaus
weiter verringert, und diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß die
Spanfläche
des Schneidkopfes, obgleich sie aus PKD, PKB oder einem vergleichbar
harten Material besteht, mit Bezug auf eine die Schneidkante einschließende ebene
Fläche
derart konkav eingesenkt ist, daß sie Spanwinkel im Bereich
zwischen 3° und 15° bildet.
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Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es das Ausmaß der möglichen
Verringerung von Vibrationen und Werkzeugschäden rechtfertigt, die perfekt
polierte, extrem harte Oberfläche
des für
die Herstellung des Schneidkopfs benutzten scheibenförmigen Ausgangsmaterials
zu zerstören,
indem sie konkav eingesenkt wird. Dies kann z. B. elektroerosiv
mit einer Senkelektrode oder durch Abtrag mittels Laser geschehen.
Problematisch ist jedoch die sich bei diesen erodierenden Abtragsverfahren
ergebende Oberflächenqualität. Die Oberflächenrauigkeit
ist normalerweise so groß,
daß die
Späne nicht
wie gewünscht
als Fließspäne über die
Spanfläche
ablaufen, sondern sich Aufbauschneiden bilden und die Reibung insgesamt
größer ist
als bei Verwendung der ursprünglichen,
ebenen, polierten Oberfläche
als Spanfläche.
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Es
hat sich bei Versuchen überraschend
herausgestellt, daß sich
die konkav eingesenkte Spanfläche
wirtschaftlich und mit ausreichend geringer Oberflächenrauigkeit
in der Weise herstellen läßt, daß sie elektroerosiv
mittels einer scheibenförmigen, um
ihre Mittellängsachse
rotierenden Senkelektrode eingesenkt wird, die mit ihrer Umfangsfläche in den Schneidkopf
eindringt, während
zwischen diesem und der scheibenförmigen Senkelektrode eine relative
Drehbewegung um die Normale im Zentrum der konkaven Spanfläche stattfindet.
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Zweifel
könnten
daraus resultieren, daß die Krümmung des
Umfangs der scheibenförmigen
Senkelektrode der vorbestimmten Krümmung der Spanfläche entsprechen
muß und
durch das mehrmalige Abrichten der Senkelektrode an ihrem Umfang
ihre ursprüngliche
Form verlorengeht und, anders als dem Zweck des Abrichtens entspricht,
nicht wiederhergestellt werden kann. Die Erprobung hat jedoch gezeigt,
daß beim
Abrichten der notwendige Abtrag von der Senkelektrode so gering
ist und daraus resultierende Schwankungen in der Krümmung der
Spanfläche
das Arbeitsergebnis, z. B. beim Felgendrehen, so wenig beeinflussen,
daß diese
Schwankungen ohne weiteres toleriert werden können.
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In
bevorzugter Ausführung
des neuen Verfahrens wird eine Senkelektrode aus Graphit oder Kupfer
verwendet und damit die konkave Spanfläche zunächst kreisrund erzeugt. Anschließend kann
der Schneidkopf ggf. auf einen bestimmten Umfangsbereich abgeschnitten
werden. Die auf diese Weise zu erzeugende Oberflächenqualität ist so gut, daß die Spanfläche mit
der rotierenden Senkelektrode fertig bearbeitet werden kann. Wenn
im Einzelfall erforderlich, kann die Spanfläche nach der elektroerosiven Bearbeitung
aber auch noch mechanisch poliert werden.
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Nachstehend
werden anhand der beiliegenden Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Schneideinsatzes für ein Profil-Drehwerkzeug;
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2 eine
Seitenansicht des Schneideinsatzes nach 1;
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3 eine
Draufsicht des Schneideinsatzes nach 1 und 2;
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4 eine
Endansicht des Schneideinsatzes nach 1–3;
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5 einen
Teil-Längsschnitt
gemäß Schnittlinie
A-A in 3;
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6 eine
perspektivische Ansicht eines kreisrunden Schneidkopfes;
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7 eine
Draufsicht auf den Schneidkopf nach 6;
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8 eine
Seitenansicht des Schneidkopfs nach 6 und 7;
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9A,
B den Schneidkopf in der Ansicht nach
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8 während des
elektroerosiven Einsenkens der Spanfläche mittels einer rotierenden
Senkelektrode und einen Querschnitt nach Schnittlinie D-D in 9A;
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10 eine
Darstellung eines Teil-Querschnitts durch den Schneidkopf im Bereich
der Schneidkante als Detail aus 9B in
größerem Maßstab.
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Der
in
1–
5 gezeigte
Schneideinsatz
10 ist dazu bestimmt, am vorderen Ende eines
stabförmigen
Halters in eine im Querschnitt V-förmige Nut eingesetzt und mittels
einer Klemmpratze festgeklemmt zu werden, wie dies z. B. in der
DE 199 37 738 A1 beschrieben
ist. Der Halter mit Schneideinsatz
10 bildet ein Profil-Drehwerkzeug
für die
Bearbeitung von Kraftfahrzeugfelgen aus Leichtmetall, aber auch
von anderen Werkstücken
mit profilierten Plan- und/oder Umfangsflächen. Bedingt durch die Bearbeitungsaufgabe
muß der
am vorderen Ende des Schneideinsatzes angeordnete Schneidkopf eine
bogenförmig
gekrümmte,
vorzugsweise kreisbogenförmige
Schneidkante
14 haben. Sie wird sich regelmäßig über mehr
als 90° Umfangswinkel
erstrecken, vorzugsweise, wie auch im gezeigten Ausführungsbeispiel, über mehr
als 180°.
Der Radius der kreisbogenförmigen
Schneidkante
14 kann z. B. 1–5 mm, ggf. auch mehr betragen.
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Während der
Hauptteil des Schneideinsatzes
10 z. B. aus Stahl oder
Hartmetall hergestellt wird, besteht der Schneidkopf
12 in
bekannter Weise aus einer unteren Schicht Hartmetall, die einstückig verpreßt und verbacken
ist mit einer oberen Schicht aus polykristallinem Diamant oder kubischem
Bornitrid. In einer beispielhaften Ausführung ist die Hartme tallschicht
1,5 mm und die Diamant- oder Bornitridschicht 0,5 mm dick. Die Befestigung
des Schneidkopfes
12 auf dem vorderen Ende des Schneideinsatzes
10 erfolgt
vorzugsweise durch Klemmung mittels der erwähnten Klemmpratze, deren vorderes Ende
gleichzeitig die Funktion eines Spanbrechers haben kann. Bei dem
in der
DE 101 13 633
A1 beschriebenen Profil-Drehwerkzeug
sitzt der Schneidkopf
12 mit einem an seiner Unterseite
herausgearbeiteten Zapfen in einer passenden Bohrung im vorderen
Ende des Hauptkörpers
des Schneideinsatzes. Eine solche Art der Halterung könnte ebenfalls für die in
der beiliegenden Zeichnung gezeigten Schneidköpfe
12 gewählt werden.
Grundsätzlich
ist die Erfindung unabhängig
von der Art der geklemmten oder materialschlüssigen Befestigung des Schneidkopfes
12 auf
dem Hauptkörper
des Schneideinsatzes
10.
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Herkömmliche
Schneidköpfe 12 haben
eine ebene, polierte Oberfläche
und eine derart angeschrägte
Umfangsfläche,
daß sich
an jedem Punkt der Schneidkante 14 ein spitzer Winkel ergibt.
Der Freiwinkel kann z. B. 8° betragen.
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Die
Besonderheit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Schneidkopfes 12 besteht darin, daß seine in 5 nach
unten gekehrte Oberseite eine mit 16 bezeichnete, konkave
Spanfläche,
d. h. eine Mulde bildet. Sie ist so geformt, daß sich für alle Punkte der Schneidkante 14 ein
im wesentlichen gleich großer
Spanwinkel von 3°–15° ergibt.
Vorzugsweise liegt er im Bereich zwischen 5° und 12°, insbesondere zwischen 6° und 10°. Da der
Spanwinkel möglichst
konstant sein soll, ist die konkave Spanfläche 16 mit Bezug auf
den Mittelpunkt der kreisbogenförmigen
Schneidkante 14 rotationssymmetrisch geformt.
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In
der Regel wird man auch einen Schneidkopf mit der in 1 gezeigten
Form zunächst
kreisrund belassen, während
die konkave Spanfläche
eingearbeitet wird. Dieses Fertigungsstadium ist in 6 und 7 gezeigt.
Auch in dieser kreisrunden Form können hier mit 12° bezeichnete
Schneidköpfe zum
Einsatz kommen, z. B. als Wendeschneidköpfe. Um daraus die Form gemäß 1 zu
gewinnen, braucht nur ein verhältnismäßig kleiner
kreisabschnittförmiger
Teil gerade abgetrennt zu werden, wie ohne weiteres durch Vergleich
von 7 mit 3 festgestellt werden kann.
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Die
konkave Spanfläche 16 kann
unmittelbar an einer spitzwinkligen Schneidkante 14 beginnen.
In vielen Fällen
ist es jedoch erwünscht,
die Schneidkante 14 dadurch zu verstärken, daß sie z. B. gemäß 10 durch
eine kleine Fase 18 gebrochen wird. Außerdem kann die konkave Spanfläche 16 mit
einem kleinen Abstand von z. B. 5/100 mm von der Schneidkante 14 bzw.
von der Fase 18 beginnen.
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Wie
in 9A, B schematisch angedeutet, wird die konkave
Spanfläche 16 in
der Diamant- oder Bornitridschicht des Schneidkopfes 12 dadurch
erzeugt, daß eine
scheibenförmige,
elektroerosiv wirkende Elektrode 20 von oben in die Oberfläche des Schneidkopfes 12 eingesenkt
wird. Die Besonderheit dabei besteht darin, daß die kreisrunde, scheibenförmige Elektrode 20 um
eine mit Bezug auf 9A, B horizontale, zur ursprünglich ebenen
Oberfläche
des Schneidkopfes 12 parallele Drehachse 22 rotiert, während der
Schneidkopf 12 um eine zentrale, senkrechte Achse 24 rotiert.
Die scheibenförmige
Elektrode 20 hat angenähert
denselben Radius, den auch die konkave Spanfläche haben soll. Das Absenken der
Elektrode während
ihrer Drehbewegung und der Drehbewegung des Schneid kopfes 12 führt somit zwangsläufig zu
der dem Umfang der Elektrode als Erzeugenden entsprechenden konkaven
Form der Spanfläche 16.
Die Elektrode 20 besteht vorzugsweise aus Graphit oder
Kupfer. Sie hat je nach gewünschtem
Spanwinkel einen Durchmesser von z. B. etwa 30–50 mm und eine Breite (Dicke
der runden Scheibe) von z. B. 2–4
mm. Die äußere Umfangskante
ist mit vollem Radius, d. h. im Querschnitt halbkreisförmig geformt.
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Das
vorgeschlagene Verfahren hat den Vorteil einer verhältnismäßig großen Elektrodenfläche im Verhältnis zu
der zu bearbeitenden Fläche,
so daß sich
die Elektrodenfläche
nicht so schnell abnutzt und die Zeitabstände zwischen Abrichtvorgängen länger sein
können.
Die gleichmäßigere Oberfläche der Elektrode
bewirkt auch eine gute Oberflächenqualität der bearbeiteten
Spanfläche.
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Darüber hinaus
besteht der Vorteil, daß die Spanfläche an ihrem äußeren Umfang
den gewünschten
Spanwinkel hat und dann zur Mitte der Spanfläche hin bis zur Horizontalen
immer flacher wird. Dieselbe Oberflächenform der Spanfläche ließe sich
z. B. auch dadurch erzeugen, daß während der elektroerosiven
Bearbeitung der Schneidkopf 12 undrehbar fest eingespannt
ist, während
eine Elektrode, die z. B. nur aus einem so breit wie der Außendurchmesser
des Schneidkopfs ausgebildeten Umfangsabschnitt der gezeigten Elektrode
besteht, um die senkrechte Achse 24 rotiert. Mit einer
derartigen Elektrode oder einer undrehbaren, die gesamte Spanfläche überdeckenden
Elektrode lassen sich z. B. auch Spanflächen, die stufenförmig zum
Zentrum hin abfallen, erzeugen. Andererseits ist die Oberflächenqualität der Spanfläche nicht
so gut wie bei Ver wendung der in 9A, B
gezeigten scheibenförmigen,
rotierenden Elektrode.