DE2026855B2 - Werkzeug zum ausschneiden von scheiben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Ausschneiden von Scheiben aus Blech od. dgl. mit an der Stirnseite eines hohlzylindrischen Schneidblattes angeordneten, in Axialrichtung weisenden Schneidzähnen, die jeweils eine im wesentlichen radial gerichtete, von der Schnittlinie einer Spanfläche und einer an der Unterseite liegenden Hinterdrehungsfläche gebildete Schneidkante aufweisen.

Angestrebt wird bei solchen Werkzeugen ein großer Vorschub, gute Oberflächenqualität der bearbeiteten Fläche und gute Standfestigkeit des Werkzeugs. Aus der DT-GM 16 37 634 ist ein solches als Lochfräser bezeichnetes Werkzeug bekannt, bei dem eine Bohrung mit hoher Oberflächengüte dadurch erzeugt werden kann, daß die an den Stirnseiten mit Schneidzähnen versehene topfförmige Wand zusätzlich als Reibahle ausgebildet wird, welche die beim eigentlichen Fräsvorgang entstehenden Riefen und Grate abnimmt. Da die vorgesehenen Spunwinkel jedoch auf Standfestigkeit ausgelegt sind, kann mit diesem bekannten Werkzeug nui mit den üblichen Vorschubgeschwindigkeiten gearbeitet werden, außerdem auch deshalb, weil Reibahlen nicht mit großen Vorschubgeschwindigkeiten arbeiten.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Erhöhung der Werkzeugleistung hinsichtlich Schnittgeschwindigkeit und Standzeit zu erreichen.

Diese Aufgabe wird bei einem Werkzeug der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Spanwinkel der Spanfläche im Bereich des in radialer Richtung inneren Endes der Schneidkante größer als im Bereich des in Radialrichtung äußeren Endes der Schneidkante ist.

Damit ist ein Werkzeug zum Ausschneiden von Scheiben aus Blech od. dgl. verfügbar gemacht, das das Ausschneiden von Löchern mit einer Seitenwandbearbeitung ermöglicht, die einem nachgeriebenen Zustand gleicht und Bearbeitungsgeschwindigkeiten ermöglicht, die jene weit überschreiten, die mit bekannten Werkzeugen möglich sind. Das erfindungsgemäße Werkzeug weist zudem eine wesentlich längere Lebensdauer auf als bekannte Werkzeuge und kann mit verhältnismäßig niedrigen Kosten hergestellt werden. Das erfindungsgemäße Werkzeug weist überdies folgende Vorteile auf:

Es erlaubt einen weichen ununterbrochenen Schnitt

mit hoher Zerspanungsrate und außergewöhnlicher Genauigkeit;

es erfordert ein verhältnismäßig geringes Schneiddrehmoment und außergewöhnlich geringe Vorschubkräfte;

es erreicht eine wirksame und fortlaufende Spanentfernung von den benachbarten Schneidkanten des Werkzeugs zu den Außenflächen des Werkstücks;

es ist so gestaltet, daß eine gute Wärmeableitung von den Schneidkanten ermöglicht ist;

es erlaubt das Beginnen eines Schneidvorgangs in einem Werkstück mit einem Minimum an Zeit und bei einem Minimum an Lochsteüenfehlern, sowie mit einem Minimum an Verbiegung des Werkstücks und des Werkzeugs;

es ermöglicht ein Schneiden von Löchern in Material, das in bezug auf Verhärtungen extrem empfindlich ist;

es ermöglicht eine freie Strömung von Kühlmittel in unmittelbarer Nähe der Schneidkanten und in gleicher Richtung wie der Spanfluß.

Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Werkzeugs sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Werkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine Teilschnittansicht längs der Linie 2-2 in F i g. 1, wobei das Schneiden einer Bohrung veranschaulicht wird,

Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 in F i g. 2,

F i g. 4 eine Schnittansicht längs der Linie 4-4 in F ι g. 2,

Fig. 5 eine Teilansicht, die die Art und Weise veranschaulicht, in der der Beginn des Schneidvorganges bewirkt wird,

F i g. 6 eine Teilseitenansicnt des in F i g. 1 dargestellten Werkzeugs in vergrößertem Maßstab,

Fig. 7 eine Teil-Endansicht des Schneidwerkzeugs vom Boden aus gesehen,

F i g. 8 und 8a Schnittansichten einer abgewandelten Ausführungsform des Lochschneidewerkzeugs nach der Erfindung,

Fig. 9 eine Seitenansicht einer weiteren abgewandelten Form des erfindungsgemäßen Werkzeuges,

Fig. 10 eine Schnittansicht längs der Linie 10-10 in F i g. 9,

Fig. 11 eine Schnittansicht längs der Linie 11-11 in Fig. 10,

Fig. 12 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Werkzeugs, wie es durch die rückseitige Fläche des Werkstücks, in welches das Loch zu schneiden ist, durchbricht,

F i g. 13 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs,

Fig. 14 eine Schnittansicht längs der Linie 14-14 in Fig. 13,

Fig. 15 eine vergrößerte Ansicht des Werkzeugs in Fig. 14,

Fig. 16 eine Schnittansicht längs der Linie 16-16 in Fig. 15,

Fig. 17 eine Schnittansicht längs der Linie 17-17 in Fi g. 15 und

Fig. 18 eine Teilansicht des in F i g. 1 5 dargestellten Werkzeugs in vergrößertem Maßstab.

In den Fig. 1 bis 7 ist ein Werkzeug zum Ausschneiden von Scheiben aus Blech dargestellt mit einem Schaft 10, der dazu bestimmt ist, mit einer Einspannvorrichtung einer Bohrmaschine o. ä. in Eingriff zu kommen. An dem einen Ende ist ein Kappenteil 12 in geeigneter Weise montiert. Die Kappe 12 besitzt eine Endwand 14 und eine verhältnismäßig dünne Seitenwand 16. An dem unteren Ende ist die Seitenwand 16 radial bei 18 verdickt und das verdickte Teil, wie es in F i g. 2 zu sehen ist, erstreckt sich radial nach außen über das dünnere Teil der Wand 16, wie die Schulter 20 zeigt, und auch radial nach innen über die dünnere Seitenwand, wie von der Schulter 22 gezeigt wird. Die verdickte Kante 18 kann in irgendeiner gewünschten Weise ausgebildet werden, beispielsweise spanabhebend, durch Schleifen, durch Walzen, durch Schmieden und sogar durch Anschweißen getrennter Metallbänder rund um den inneren und äußeren Umfang der Wand 16. In einem typischen Schneidwerkzeug, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt und gestaltet, wurde, um Löcher von einem Durchmesser von etwa 15 cm zu schneiden, hat die Seitenwand an ihrem dünneren Teil eine Dicke im Bereich von 1 02 mm bis 1,14 mm das Teil 20 erstreckt sich radial nach außen in einem Ausmaß von etwa 0,63 mm bis 0,76 mm und das Teil 22 erstreckt sich radial nach innen um etwa 0,12 mm bis 0,38 mm. so daß die verdickte Kante 18 eine Dicke von etwa 1.73 mm bis 2,6 mm aufweist.

Das verdickte Teil 18 der Seitenwand 16 ist mit einer Vielzahl von Schneidzähnen 26 rund um die Peripherie versehen, beispielsweise 7 oder mehr Zähne pro Zoll (2.54 cm). Die Gestaltung eines jeden Schneidzahnes ist im einzelnen in den Fig. 2 bis 6 dargestellt. leder .Schneidzahn besitzt eine Spanfläche, die wenigstens zwei Teile 28 und 30 umfaßt. Das Flächenteil 28 wird nachfolgend als Hauptspanfläche und das Teil 30 als Sekundärspanfläche bezeichnet. Jeder Zahn ist außerdem mit einer Hinterdrehungsfläche versehen, die aus wenigstens zwei Teilen besteht. Das Teil 32 wird nachfolgend als Haupthinterdrehungsfläche und das Teil 34 als Sekundärhinterdrehungsfläche bezeichnet werden. Die Schneidkante eines jeden Zahnes 26 (allgemein mit 36 bezeichnet) ist aus zwei allgemein geradlinig verlaufenden Teilen 38 und 40 gebildet. Das Schneidkantenteil 38, nachfolgend als Hauptschneidkante bezeichnet, wird durch den Schnitt der Hauptspanfläche 28 mit der Haupthinterdrehungsfläche 32 gebildet. Das Schneidkantenteil 40, als Sekundärschneidkante bezeichnet, wird von dem Schnitt der Sekundä.rspanfläche 30 und der Sekundärhinterdrehungsfläche 34 gebildet. Aus F i g. 2 ist zu ersehen, daß in radialer Richtung die Hinterdrehungsfläche 32 schräg nach unten und außen verläuft und die Hinterdrehungsfläche 34 schräg nach unten und innen. Diese beiden Hinterdrehungsflächen schneiden sich längs der Linie 42 (Fig. 7), die an der Schneidkante 36 eine Spitze 44 auf jeder Schneidkante 36 bestimmt.

Die Hauptspanf'.äche 28 besitzt einen verhältnismäßig großen Spanwinkel a, während die Sekundärspanfläche 30 einer, verhältnismäßig kleinen Spanwinkel b besitzt. Allgemein gesprochen liegt der Spanwinkel a vorzugsweise über 20°, während der Spanwinkel b vorzugsweise nicht mehr als 10° ist. Die Haupthinterdrehungsfläche 32 hat einen Hinderdrehungswinkel c und die Sekundärhinterdrehungsfläche 34 hat einen Hinterdrehungswinke! d. Der Hin;erdrehungswinkel c liegt innerhalb des Bereichs von etwa 7 bis 15° und der Hinterdrehungswinke! d liegt vorzugsweise in dem

Bereich von etwa 12 bis 20". Es ist wünschenswert, daß der Keilwinkel e an der Sskundärschneidkante 40 viel größer ist. vorzugsweise wenigstens etwa 60". Aus Gründen, dl·: nachfolgend näher erläutert werden, kann der Winkel /"an der Hauptschneidkante 38 kleiner sein als der eingeschlossene Winkel e.

Währen«] die oben angegebenen Werte der Span- und Hinterdreliungswinkel nicht kritisch sind, sind sie typisch für Werkzeuge nach der vorliegenden Erfindung, die speziell ausgestaltet sind zum Schneiden von Löchern in weichen Stahl, wie Flußstahl. Diese Winkel können vergrößert werden für weichere Materialien und verringert werden für härtere Materialien. In einigen Beispielen, sogar für die Anwendung bei weichem Stahl, können die Span- und Hinterdrehungswinkel des Werkzeugs wesentlich kleiner sein als oben angegeben. Im Fall von rostfreien Stählen können die Spanwinkel sich Null nähern oder sogar negativ sein. Es ist jedoch in Bezug auf diesen Aspekt der Erfindung wichtig, daß der Spanwinkel benachbart des radial inneren Umfangs eines jeden Zahnes größer ist als der Spanwinkel an dem Außenumfang eines jeden Zahnes. Wenn erwünscht, kann die Schneidkante eines jeden Zahnes so geformt werden, daß ihr Spanwinkel sich allmählich in radial nach außen verlaufender Richtung vermindert.

Die Spitze 44 auf der Schneidkante 36 ist innerhalb der Sekundärspanfläche 30 angeordnet. Die Spanfläche 30 erstreckt sich radial nach innen von einem jeden Zahn und wenigstens etwas über die Spitze 44. In Beziehung auf die radiale Erstreckung einer jeden Schneidkante 36 ist es vorzuziehen, eine Sekundärspanfläche 30 zu haben, die sich über etwa wenigstens 10 Prozent aber nicht mehr als über 40 Prozent der Zahnbreite erstreckt. Es ist ebenfalls zu bevorzugen, daß die senkrechte Eistreckung der Sekundärspanfläche 30 an der Außenkante des Zahnes wenigstens so groß ist wie die Tiefe des Schnittes, der mit dem Werkzeug durchzuführen, beabsichtigt ist, beispielsweise wenigstens 0,1 mm und vorzugsweise wesentlich größer.

Jeder Zahn 26 ist auf dem verdickten Teil 18 der Seitenwand 16 ausgebildet. Die senkrechte Erstreckung eines jeden Zahnes am inneren Umfang der Seitenwand, bezeichnet mit Λ in Fig. 2, ist verhältnismäßig gering, so daß die Zähne vorzugsweise unter den Schultern 20, 22 an ihren inneren Enden aufhören. Die Zähne selbst sind daher in axialer Richtung verhältnismäßig kurz. Der lichte Abstand 46 zwischen den aufeinanderfolgenden Zähnen ist daher in axialer Richtung kurz, beispielsweise 03 mm bis 127 mm. Der wirksame Zwischenraum zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen wird jedoch vergrößert durch die Ausbildung einer Nische 48 zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen rund um den Umfang des Blattes. Wie in den F i g. 2 und 6 gezeigt ist, verläuft die Nische 48 schräg zur senkrechten Achse des Werkzeuges mit einem Winkel g und ist so ausgebildet, daß die Nische sich im Querschnitt in radialer Richtung nach außen vergrößert. Die Nische 48 ist bei 50 nach oben und außen abgeschrägt und wird vorzugsweise durch Schleifen mit einem Schleifrad oder in ähnlicher Weise hergestellt, das relativ zum Werkzeug gehandhabt wird, so daß das am weitesten radial innen gelegene Teil 50 der Nische schräg nach oben und außen von dem unteren Punkt 52 auf dem inneren Umfang der Wand 16 zum Außenumfang der Seitenwand 16 bei 54 verläuft und einen Winkel zur Senkrechten von wenigstens 10° oder mehr, aber wiederum nicht mehr als 70" aufweist. Der Winkel g

(d. h. die Neigung der Nische zur Achse des Werkzeugs in Umfangsrichtung) ist nicht größer als etwa 30° und in Kombination mit der Auswärtsneigung der Nische wird ein weicher Fluß der Späne von den Schneidkanten 36 in Richtung nach oben und radial nach außen gefördert. Es ist zu beobachten, daß das obere Endteil 54 der Nische 48 gut über der Schulter 20 angeordnet ist und daß jede Nische sich in der Breite radial nach außen vergrößert.

Es ist zu erkennen, daß die senkrechte Abmessung h

ίο (Fig. 2) eine Funktion der radialen Neigung der Hüuptschneidkante 38 ist. Die Geometrie der Hauptschneidkante 38 ist so, daß der dadurch abgeschnittene Span nach oben und radial nach außen gerichtet wird. Das wird wiederum geregelt durch die Neigung der Kante 38 in radialer Richtung, wie Fig. 2 zeigt und durch die Anordnung dieser Kante relativ zu einet radialen Linie R, die sich von der Mittelachse des Schneidwerkzeuges durch den unteren Punkt 44 des Zahns erstreckt. Wie in F i g. 7 gezeigt ist, ist die Kante 38 vor der radialen Linie R angeordnet. Anders gesagt, die Kante 38 erstreckt sich längs einer Linie, die die Tangente T an einem Winkel i von nicht mehr und vorzugsweise weniger als 90° auf der Vorderseite eines jeden Zahnes schneidet. Das Ausmaß, mit dem die Kante 38 nach unten und außen schräg verläuft ( F i g. 2) und das Ausmaß, mit dem sie vor der radialen Linie R angeordnet ist, bestimmen wiederum das Ausmaß, mit dem die Späne radial nach außen und oben in die Nische 48 gerichtet werden. Das ist der Fall, weil die Kante 38 die durch sie abgeschnittene Späne in eine Bahn richtet die rechtwinklig zur Bewegungsbahn der Kante 38 verläuft, solange sich die Kante 38 vor der radialen Linie R befindet, kann somit die Abschrägung der Kante 38 sogar geringer sein als es in Fig. 2 dargestellt ist. Auf der anderen Seite sollte die Neigung der Kante 38 nicht so steil sein, daß der zwischen den Kanten 38 und 40 an der Spitze 44 eingeschlossene Winkel kleiner als etwa 120" ist. Für den Fall, daß das Werkzeug Verwendung findet zum Schneiden zylindrischer Scheiben (im Unterschied zu dem Hauptzweck des Löcherschneidens), kann die Schneidkante 38 nach oben in Auswärtsrichtung geneigt sein, vorausgesetzt daß sie sich beträchtlich vor der radialen Linie R befindet.
Um einen Laufzwischenraum zwischen einem jeden

_4S Zahn und dem zu schneidenden Material verfügbar zu machen, sind die Außenumfangsfläche 56 und die Innenumfangsfläche 58 eines jeden Zahnes nach innen aufeinander zu in eine Aufwärtsrichtung (Fig. 2] geneigt. Zusätzlich, wie F i g. 7 zeigt, ist jeder Zahn vor fortschreitend geringerer Breite in Richtung von dei Schneidkante 36 zur nachfolgenden Kante 38. Dies« Laufzwischenräume können im Bereich von nur einiger hundertstel mm liegen und verringern doch die Reibung zwischen den Zähnen und den Wänden des Loches unc der herausgeschnittenen Scheibe.

In den Ausführungsformen nach der Fig.8 und 8e sind die Zähne in drei aufeinanderfolgende Grupper unterteilt. In F i g. 8 sind die aufeinanderfolgender Zähne in jeder Gruppe mit 26a, 26ft und 26c bezeichnet Die Spitzen auf den aufeinanderfolgenden Zähnen einei jeden Gruppe sind radial in einer geraden Linie versetz und mit 44a, 446 und 44c bezeichnet In dem Werkzeug das in Fig. 8a gezeigt ist, sind die aufeinanderfolgender Zähne in jeder Gruppe mit 26c/, 26e und 26/"bezeichne und die Spitzen dieser Zähne mit 44d, 44e bzw. 44f. Dh unteren, inneren und äußeren Kanten der letzterei Zähne sind horizontal ausgerichtet, wie bei 60a bzw. 6Oj angegeben ist. in jeder dieser Ausführungsformen is

nur der führende Zahn einer jeden Gruppe (d.h.. der Zahn 26.1 der Ausfiihrungsform nach F i g. 8 und der Zahn 26dder Ausfiihrungsform nach F i g. 8a) mit einer Sekundärspanfläche 30 versehen. Die verbleibenden zwei Zähne in jeder Gruppe sind nur mit der Hauptspanfläche ausgestattet. Mit einem Werkzeug, bei dem die Zähne so angeordnet sind, wie es in den F i g. 8 und 8a gezeigt ist. wobei die Spitzen radial zur Nut, die geschnitten wird, versetzt sind, schneidet jeder Zahn (bei einem normalen Vorschub) einen Span ab. der die Breite allgemein etwa eines Drittels der Gesamtbreite der durch das Schneidwerkzeug geschnittenen Nut aufweist.

In den Fi g. 9 bis 12 ist ein Werkzeug dargestellt, das besonders geeignet ist zum Schneiden verhältnismäßig tiefer Löcher, beispielsweise Löcher, die tiefer als 2,5 cm sind. Das in diesen Figuren dargestellte Werkzeug umfaßt in gleicher Weise einen Aufsteckhalter tO mit einer Kappe 62, die an seinem unteren Ende montiert ist. Die Kappe 62 hat eine senkrechte Abmessung, die wesentlich größer ist als bei der Kappe 12. Die Seitenwand 64 der Kappe 12 ist an ihrem unteren Ende bei 66 verdickt, wobei das verdickte Ende 66 mit Schneidzähnen 68 versehen ist, die die gleichen sind, wie die oben beschriebenen Schneidzähne 26. Zwischen jedem Zahn 68 ist eine Nische 70 ausgebildet, die gleich der Nische 48 ist. jedoch ist in der Seitenwand 64 als senkrechte Verlängerung einer jeden Nische 70 eine nach üben sich erstreckende Spiralnut 72 ausgebildet. Die Nuten 72 enden am oberen Ende der Kappe 62 in nach außen gewölbten Flächen 74 (Fig. 10). Wie Fig. 11 zeigt, hat jede Nut eine im waagerechten Querschnitt gewölbte Gestalt, so daß ihre Breite radial nach auswärts zunimmt. Ansonsten, entspricht das in den Fig.9 bis 12 gezeigte Werkzeug etwa dem nach den F i g. 1 bis 7.

Inder, Fig. 13 bis 18 ist ein Werkzeug dargestellt, das die meisten der Merkmale des Werkzeugs aufweist, das in den F i g. 1 bis 7 gezeigt ist, wobei das Werkzeug aber hauptsächlich dazu bestimmt ist. Löcher in dünnes Material, beispielsweise Metallblech zu schneiden, oder in dickeres Material, wenn der Zustand der Seitenwand der Löcher ohne Bedeutung ist. Das Werkzeug hat einen Aufsteckhalter 76, an dessen unterem Ende eine flache Metallblechkappe 78 befestigt ist. Innerhalb der Kappe 78 sitzt mittels Preßsitz oder in anderer Weise befestigt ein zylindrisches Blatt 80. An seinem unteren Ende ist das Blatt mit einer Vielzahl von Schneidzähnen 82 ausgebildet. Die Zähne 82 sind soweit es ihre Räum- und Hinterdrehungswinkel betrifft die gleichen wie die Zähne 26 der an den F i g. 1 bis 7 dargestellten Ausführungsform. Im Unterschied zum Werkzeug nach den F i g. 1 bis 7 ist das Blatt 80 jedoch nicht an seinem unteren Ende verdickt. Um einen größeren Spanzwischenraum zu erzielen, sind die aufeinanderfolgenden Zähne nach innen und außen versetzt. Wie in Fig. 14 gezeigt, ist der Zahn 82a radial nach außen und der nächstfolgende Zahn 82έ radial nach innen versetzt. Somit ist die Nut 84, die durch das Werkzeug geschnitten wird, etwas breiter als die Dicke des Blattes 80. Wie in den vorangegangenen dargestellten Ausführungsformen ist eine nach oben geneigte Nische 86 zwischen den aufeinanderfolgenden Zähnen ausgebildet. Unabhängig davon, oo ein Zahn 82 nach innen oder außen gesetzt ist, hat jeder Zahn eine Hauptspanfläche 88. eine Sekundärspanfläche 90, eine Haupthinterdrehungsfläche 92 und eine Sekundärhinterdrehungsfläche 94. die in gleicher Weise gestaltet und angeordnet sind wie die entsprechenden Flächen des in den Fig. 1 bis 7 dargestellten Werkzeugs.

Daß in der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 7 die Wand 16 und die Deckenwand der Kappe 12 einstückig ausgebildet sind ist nicht wesentlich. Die Wand 16 kann aus einem getrennten Hochgeschwindigkeitsstahlblatt hergestellt sein und durch Preßsitz oder in anderer Weise in einer verhältnismäßig flachen Kappe in gleicher Weise wie die Kappe 78 in Fig. 13

ίο befestigt sein. Das Blatt oder die Ringwand des Werkzeugs können aus einem Rohr oder aus einem Bandmaterial in einen zylindrischen Mantel gewalzt werden, um die Kosten des Werkzeugs im Vergleich zu einer Herstellung zu verringern, bei der die Kappe oder die Kappe und der Schaft aus einem vollen Stabmaterial gedreht werden.

Um die Bedeutung und die Beziehung der neuartigen Merkmale des oben beschriebenen Lochschneidewerkzeugs in Bezug auf die Lösung der Aufgabe der Erfindung abschätzen zu können, ist jedes Merkmal in Bezug auf den Lochschneidvorgang zu betrachten. Dieser besteht aus drei getrennten und unterschiedlichen Phasen, die wie folgt bezeichnet werden können: (1) Schneidbeginn,

(2) eigentlicher Zerspanungsvorgang

(3) Schneidendurchbruch.

Bei der Anfangsphase müssen die Schneidkanten in die Werkstückoberfläche eindringen. Dabei können Schneidkantenfehler aufgrund von Verschleiß oder übermäßiger axialer Belastung auftreten, infolge der aufzuwendenden maximalen Werkzeugvorschubkraft. Diese Bedingungen sind noch erschwert, wenn die Fläche des Werkstücks rauh, schmirgelartig und nicht wirklich rechtwinklig zur Vorschubrichtung ist.

Die Zahngestaltung des Werkzeuges nach der Erfindung erlaugt es, die Schneidbeginnphase mit einer außergewöhnlichen Schnelligkeit durchzuführen aufgrund des sehr geringen Kontaktbereichs der Schneidkante 36 zum Werkstück, da zunächst nur die Spitze 44 einer jeden Schneidkante 36 das Werkstück berührt. Dieser geringe Kontaktbereich ergibt eine große Kraft, auf das Werkstück bei einer verhältnismäßig geringen Gesamtvorschubkraft, jedoch muß die Vorschubkraft während dieser Phase des Lochschneidvorganges groß sein, um ein Eindringen des Zahns in das Werkstück zu ermöglichen. Da die Sekundärspanfläche 30 unter einem verhältnismäßig geringen Winkel verläuft, hat der Teil des Zahns, der zuerst das Werkstück berührt, eine genügende Festigkeit, um der dem Zahn zugeführter Axialkraft zu widerstehen.

Nach dem Schneidbeginn beginnt jeder Zahn tiefer ir das Werkstück einzudringen, bis die volle Breite de; Zahnes in Eingriff steht, wie dies in F i g. 5 gezeigt isi Der verhältnismäßig große Spanwinkel a der Haupt spanfläche 28 begünstigt das Eindringen des Schneid zahns nach unten in das Werkstück, wodurch dl· erforderliche Vorschubkraft verringert wird. Durch dei kleinen Sekundärspanwinkel b kann der Sekundär hinterdrehungswinkel i/vergrößert werden.

Der kleine Spanwinkel b in Zusammenwirkung m dem relativ großen Keilwinkel e ist von besondere Bedeutung, wenn das Werkzeug in einer von Han gehaltenen Bohrmaschine benutzt wird. Da es unmöj lieh ist, die Handbohrmaschine festzuhaken und i genauer axialer Richtung während des Schneidbeginr und der Bearbeitung zu halten, ist anzunehmen, daß de Schneidvorgang an den Zähnen ständig unterbroche wird. Sie sind daher wiederholten hohen Stoßkräfte

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ausgesetzt und haben die Neigung, an der Seitenwand des geschnittenen Loches zu klemmen. Die unteren Außenecken der Zähne sind daher sehr leicht beim Zerspanen zu beschädigen. Die Erfahrung hat gezeigt, daß das Vorsehen einer Sekundärspanfläche 30 mit ihrem unteren Spanwinkel diese gesamten schwierigen Probleme des Zähneabspanens vermeidet.

Die Lage der Spitze 44 auf jedem Zahn zwischen den Innen- und Außenkanten der Zähne dient zum sachgemäßen Ansetzen des Werkzeugs, wodurch Fehler in Bezug auf die Lage des Loches auf ein Minimum verringert werden. Trotz des mittigen Führungsglieds, beispielsweise einem Führungsbohrer 96, wie er in den F i g. 1 und 9 dargestellt ist, oder einer Stechspitze 98, wie sie Fig. 13 zeigt, besteht die Neigung für jedes Werkzeug, sich beim Anschneiden aus der Mitte zu verschieben. Mit dem Werkzeug der vorliegenden Erfindung kommt zunächst die Spitze 44 eines jeden Zahnes in Berührung mit dem Werkstück und schneidet eine sehr kleine enge Nut 100 in das Werkstück in Form eines »V«. Während die Zähne weiter in das Werkstück eindringen, wird die V-förmige Nut 100 alimählich breiter. Sobald wie die Zähne in das Werkstück mit einer Tiefe von etwa 0,12 mm eingedrungen sind, ist eine genügende Schneidwirkung vorhanden, um die radialen Kräfte, die auf die Zähne einwirken, um das Werkzeug radial zu verschieben, zu überwinden und der Außendurchmesser des geschnittenen Loches wird genau erzeugt, wie es in F i g. 5 gezeigt ist.

Wenn das Werkzeug bis zu einem Punkt eingedrungen ist, an dem die Zähne über ihre volle Länge schneiden, beginnt der eigentliche Zerspanungsvorgang, bei dem die Hauptschneidkante 38 und die Sekundärschneidkante 40 Material entfernen, so daß die Nut 100 jetzt eine Breite hat, die der vollen Breite eines jeden Zahnes an seinem unteren Ende entspricht. Somit wirken dabei die Hauptspanfläche 28 und die Sekundärspanfiache 30 auf den Werkstückspan 102 ein, der abgeschnitten wird. Im Hinblick auf die Tatsache, daß die Hauptspanfläche 28 ein radiales Ausmaß hat, das wesentlich größer als das der Sekundärfläche 30 ist, folgt, daß die Schneidwirkung und der abgeschnittene Span zu einem größeren Ausmaß von der Hauptspanfläche 28 als von der Sekundärspanfläche 30 beeinflußt werden. Ein großer Winkel während dieser Phase des Werkstückschneidvorgangs ist sehr wünschenswert. Er erzeugt einen dünnen, biegsamen Span, der nicht die Neigung hat. sich übermäßig zu kräuseln.

In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß wenn ein Span gebildet wird, dieser unmittelbar direkt nach oben und außen durch die Nische 48 abgeleitet wird. Da der Span nicht auf irgendeine schroffe, blockierende Fläche auftrifft, die ihn scharf abbiegt, formt er sich als langer fortlaufender Span aus im Gegensatz zu einer Vielzahl von kleinen Spänen, die durch die unterhalb abgeschnittenen Späne nach oben und außen gedrückt werden müßten. Die Nische 48 hat das Bestreben, den Span abzuflachen und den Span zu wenden, so daß er frei nach oben durch den Zwischenraum 104 oberhalb der Schulter 20 gelangt Erfahrungen haben gezeigt, daß durch die Gestaltung der Schneidkanten solchermaßen, daß die Späne nach außen gerichtet werden und durch die Ausbildung der Nischen, derart, daß diese die Späne nach oben als fortlaufende Bänder in den Zwischenraum 104 führen, die Löcher in leichter Weise geschnitten werden können, die beträchtlich tiefer als die Nischen sind. Nachdem die Späne von der Oberseite des geschnittenen Loches austreten, können sie durch geeignet angeordnete Spanbrecher in kurze Langer gebrochen werden, wobei diese Spanbrecher an dei Oberfläche des zu schneidenden Materials, angeorunei sind.

S Die Späne sind aufgrund ihrer V-förmigen Quer schnittsform verhältnismäßig fest. Dies resultiert aus der Gestalt der Schneidkante 36. Das ist insbesondere der Fall bei schmalen Spänen, die durch die Werkzeuge nach den F i g. 8 und 8a erzeugt werden.

ίο Der große Spanwinkel der Fläche 28 ermöglicht die Anwendung einer niedrigen Vorschub- und Antriebskraft. Dies verringert die Werkzeugbiegung und verbessert die Bearbeitungsgenauigkeit. Während die Sekundärschneidkante 40 die Neigung hat. einen dickeren Span zu erzeugen, der das Bestreben hat. sich zu kräuseln, dominiert das größere radiale Ausmaß der Primärschneidkante 38 bei der Spanausbildung und der Schneidwirkung und ermöglicht somit die Herstellung eines weichen fortlaufenden Spans, der nach oben in die Nische 48 in den Abstandsraum 104 zwischen den Außenumfang der Seitenwand 16 und der Außenwand der herzustellenden Nut gerichtet wird.

Die verringerte Vorschub- und Antriebskraft ermöglicht das Schneiden von Löchern mit leichteren Maschinen und geringerem Aufwand für Haltevorrichtungen. Da das Werkzeug nach der Erfindung mit einer verhältnismäßig dünnen Zylinderwand versehen ist. die ein offenes Ende aufweist, ist seine Steifigkeit verhältnismäßig gering. Jedoch werden Verbiegungen.

die aus Bearbeitungsungenauigkeiten resultieren, auf ein Minimum zurückgeführt, da die Vorschub- und Antriebskräfte verhältnismäßig niedrig sind auf Grund des großen Hauptspanwinkels. Dies allein trägt wesentlich zur Lebensdauer der Schneidkanten bei.

Die dritte und letzte Phase des Lochschneidvorgangs im erreicnt, wenn das Werkzeug durch das zu schneidende Werkstück durchbricht. Bei herkömmlichen Lochschneidwerkzeugen ist diese Phase des Vorgangs kritisch für die Schneidkanten und die

4ü Genauigkeit des fertiggestellten Loches. Es treten dabei Bearbeitungstingenauigkeiten und Werkzeugbruch bei herkömmlich ausgebildeten Lochschneidewerkzeugen auf wegen der Stoßbelastung an den Zähnen, die von der Klemmwirkung herrührt, wenn die Zähne durch das Werkstück brechen. Mit dem Lochschneidewerkzeug der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem vollständig ausgeschaltet. Wenn sich die Zähne dem Durchbruchspunkt, wie Fig. 12 zeigt, nur in einem kleinen Bereich (bezeichnet mit 106) des Werkstückma-

tenals nähern, wird dieses einer Verbiegung ausgesetzt. Der größere Bereich 108 des Werkstückmaterials unter der Hauptschneidkante 38 ist verhältnismäßig dick und daher auch verhältnismäßig fest. Die radiale Neigung der Hauptschnittkante 38 in Zusammenwirkung mit

dem verhältnismäßig niedrigen Spanwinkel der Sekundarspanfläche 30 verhindert, daß die Zähne durch das Material abrupt hindurchbrechen und eine Klemmwirkung einsetzt. Das Material im Bereich 106 wird daher weich bearbe.tet mit einer sehr geringen Verbiegung.

Folglich treten keine Stoßbelastungen an den Zähnen auf. Sobald der Bereich 106 entfernt ist, wird die Scheibe JlO von dem Werkstück getrennt und die Seitenwand 112 der geschnittenen Bohrung wird weich durch die SekundärschneidflächÄ 40 bearbeitet. Der geringe

erforderhche Vorschubdruck verringert nicht nur die Klemmne.gung an dem Durchbruch sondern auch die Oratbildung. die bei herkömmlichen Werkzeugen auftritt, die verhältnismäßig hohe Vorschubdrücke

erforderlich machen.

Bei jedem Lochschneidevorgang ist die Möglichkeil, die weggeschnittenen Späne von dem Schneidkanienbercich zu entfernen, in den drei Phasen des beschriebenen Lochschneidevorganges von Bedeutung. Wenn die Späne von dem Schneidkantenbereich nicht entfernt werden, bewirkt ihre Anhäufung zwischen den Schneidkanten und dem Werkstück und in dem umgebenden Bereich nicht nur eine Beeinträchtigung des Lochschneidevorganges durch Erzeugung übermäßiger Reibungshitze, sondern führt auch zu einer Schneidkantenabnutzung und Beschädigung der Seitenwände des geschnittenen Loches. Mit dem Werkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung ist der abgeschnittene Span fortlaufend, geradlinig und verhältnismäßig fest. Wie ausgeführt, wird der Span nach oben längs der Hauptspanfläche 28 auf Grund des hohen Spanwinkels der Fläche 28 geführt. Zusätzlich wird er radial nach außen gerichtet durch die radiale Neigung und die vorn angeordnete Hauptschnittkante 38. Es besteht daher keine Neigung für den Span, sich zwischen der Innenwand 100 der geschnittenen Nut und der Innenwand des Werkzeugs sich zu verkeilen. Das wird besonders unterstützt durch die verhältnismäßig geringe Abmessung h. Weiterhin hat bei dem Werkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung (insbesondere bei den Ausführungen nach den F i g. 1 bis 12) die verdickte Kante der Wand 16 nicht nur die Wirkung, daß die Zähne eine gute Festigkeit aufweisen, sondern sie ergibt auch den Zwischenraum 104 für den Ausstoß der Späne. Dieser ungehinderte Spanfluß wird auch ermöglicht durch die Gestaltung und Abschrägung der Nische 48, die wie oben erläutert in den Zwischenraum 104 öffnet. Wie F i g. 2 zeigt, können die Löcher bis zu einer Tiefe geschnitten werden, in welcher das obere Ende der Nische 48 unter der Oberfläche des zu schneidenden Materials liegt, wobei der Zwischenraum 104 einen Ausgang für die Späne bildet, der in Auswärtsrichtung zunehmend breiter wird.

Die verdickte Kante 18 am unteren Ende der Werkzeugseitenwand hat den weiteren Vorteil, daß jeder Zahn in der Lage ist, längs seiner vollen Breite zu schneiden. Die Abnutzung an den radialen inneren und äußeren Ecken der Zähne ist für alle Zähne abgeglichen. Während z. B. ausgezeichnete Ergebnisse mit dem Werkzeug, beispielsweise nach den Fig. 13 bis 18 erzielbar sind, wurde bei Metallblech beobachtet, daß die Außenecken dei nach innen versetzten Zähne 286 nur geringer Abnutzung ausgesetzt waren, während die äußeren Ecken der auswärts gesetzten Zähne 82a (die Ecken, die die Außenwand der Nut bearbeiten) beträchtliche Abnutzung aufwiesen. Somit waren einige Zähne einer übermäßigen Abnutzung an den Außenekken und die anderen Zähne einer übermäßigen Abnutzung an ihren inneren Ecken ausgesetzt. Wenn die Zähne ausgebildet sind, wie es in den Fig. i bis 12 gezeigt ist, so daß ein Schneiden über ihre gesamte Breite ermöglicht ist, unterstützen die Außenecken eines jeden Zahnes die Bearbeitung der Außenwand der Nut und die inneren Ecken eines jeden Zahnes unterstützen die Bearbeitung der Innenwand der Nut. Naturgemäßer Weise folgt daraus, daß wenn alle Zähne

s der gleichen Abnutzung ausgesetzt sind, die Lebensdauer des Werkzeugs verlängert wird. Es folgt auch daraus, daß, wenn alle unteren äußeren Ecken der Zähne die Bearbeitung der Außenwand der Nut unterstützen, diese weicher und genauer bearbeitet wird beim

ίο Schneiden des Loches. Wenn einige Zähne nach innen versetzt sind und die anderen nach außen, haben die inneren unteren Ecken der nach außen gesetzten Zähne und die äußeren unteren Ecken der nach innen gesetzten Zähne keinen Zwischenraum unterhalb oder hinter sich.

Die Gestaltung der Schneidkanten 36 in Kombination mit der beschriebenen Span-Winkel- und Hinterdrehungsgestaltung und die verhältnismäßig große Masse eines jeden Zahns direkt im benachbarterj Bereich seiner Schneidkante ermöglicht eine gute Wärmeverteilung und ein ungehindertes Wegfließen der Späne von den Schneidkanten. Dadurch können d^;e Zähne enger beieinander angeordnet sein, als es aus der Sicht eines stetigen Schneidens, einer längeren Lebensdauer und einer geringeren Neigung, sich in dünnen Materialien festzufressen und für Handbohrmaschinen wünschenswert erscheint.

Die in den Fig. 8 und 8a gezeigten Ausführungsformen sind besonders für eine Anwendung in leichteren Maschinen mit niedrigen Drehmomenten bestimmt. Wie bereits dargelegt wurde, schneidet bei diesen Zahngestaltungen jeder Zahn unter einer normalen Vorschubrate einen Span, der etwa ein Drittel der Gesamtbreite der hergestellten Nut ist. Somit sind die

τς Späne sehr viel kleiner und können leichter entfernt werden. Zusätzlich wird jeder Zahn etwa nur einem Dritte! der Spannung ausgesetzt, die andernfalls auftreten würde, wenn er längs seiner vollen Breite schneidet, leder Zahn hat genügend Masse für eine ausgezeichnete Wärmeableitung und da nur etwa ein Drittel der Breite eines jeden Schneidzahnes tatsächlich sehneidet, kann ein Kühlmittel unmittelbar benachbart zu jeder Schneidkante gerichtet werden. In der in F i g. 8 dargestellten Ausführungsform ist es zu bevorzugen, daß jeder Zahn die gleiche Breite über seiner Schneidkante hat. so daß die inneren und äußeren Ecken ailer Zähne einer gleichmäßigen Abnutzung ausgesetzt sind und auch den Schneidvorgang der Innen- und Außenflächen der auszubildenden Nut unterstützen, wie es der Fall bei dem Schneidwerkzeug nach F i g. 8a ist. Da jeder Zahn über nur etwa ein Drittel seiner Breite schneidet, arbeiten zusätzlich diese Schneidwerkzeuge ausgezeichnet in Maschinen, wo auf Grund der baulichen Gegebenheiten keine absolute Genauigkeit zu erzielen ist oder auf Grund eines leicht gebogenen Schaftes einige Zähne einer extremen Abnutzung und Stößen ausgesetzt sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche: >-'

1. Werkzeug zum Ausschneiden von Scheiben aus Blech od. dgl. mit an der Stirnseite eines hohlzylindrischen Schneidblattes angeordneten, in Axialrich- tung weisenden Schneidzähnen, die jeweils eine im wesentlichen radial gerichtete, von der Schnittlinie einer Spanfläche und einer an der Unterseite liegenden Hinterdrehungsfläche gebildete Schneidkante aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Spanwinkel (a. ty der Spanfläche (28,30) im Bereich des in Radialrichtung inneren Endes der Schneidkante (36) größer als im Bereich des in Radialrichtung äußeren Endes der Schneidkante ist.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Schneidkante (36) von zwei im wesentlichen geradlinigen Schneidkantenabschnitten (38, 40) gebildet ist, von denen der in Radialrichtung innere Abschnitt (38) von innen nach außen gesehen abwärts, d. h., in der Vorschubrich- tung und der in Radialrichtung äußere Abschnitt (40) von außen nach innen gesehen abwärts verläuft.

3. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Erstreckung des in Radialrichtung inneren Abschnitts (38) im wesentlichen größer als die radiale Erstreckung des in Radialrichtung äußeren Abschnitts (40) ist.

4. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spanwinkel ^der im Bereich des in Radialricntung inneren Endes der Schneidkante (36) liegenden Spanfläche (28) wenigstens eiwa 20° und der Spanwinkel (b) der im Bereich des in Radialrichtung äußeren Endes der Schneidkante (36) liegenden Spanfläche (30) nicht größer als 10° ist.

5. Werkzeug nach Anspruch 1, dcdurch gekennzeichnet, daß die Spanfläche (28, 30) durch zwei radial mit Abstand voneinander liegende Abschnitte gebildet ist.

6. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spanflächenabschnitt (28) mil dem größeren Spanwinkel (a) im Bereich der Schneidkante (38) eine radiale Erstreckung hat, die wenigstens etwa 60 % der radialen Dicke des Zahns (26) beträgt.

7. Werkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sehneidkantenabschnitte (38, 40) in Radialrichtung derart geneigt sind, daß die in Radialrichtung inneren Enden jedes Schneidkantenabschnitts (38, 40) in einer Ebene oberhalb der in Radialrichtung äußeren Enden der Schneidkantenabschnitte liegen.

8. Werkzeug nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in Radialrichtung in entgegengesetzte Richtungen geneigten Schneidkantenabschnitte (38, 40) sich in einer zwischen den in Radialrichtung gegenüberliegenden Enden der Schneidkantenabschnitte liegenden Spitze (44) treffen.

9. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den Schneidkantenabschnitten eingeschlossene Winke! wenigstens 120" beträgt.

10. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkanten (36) 1,5 eine untere Hinterdrehungsfliiche aus zwei Abschnitten (32, 34) aufweisen, die in Radialrichtung in entgegengesetzten Richtungen geneigt sind und sich entlang einer Linie (42) treffen, die in Umfangsrichtung mit der Spitze (44) fluchtet.

11. Werkzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Spanflächenabschnitt (30) kleineren Spanwinkels (b) die untere Hinterdrehungsfläche (34) unter einem von ihnen eingeschlossenen Winkel (e) von wenigstens 60° und der Spanflächenabschnitt (28) größeren Spanwinkels (a)d\e untere Hinterdrehungsfläche (32) unter einem eingeschlossenen Winkel (f) von wenigstens 40° schneidet.

12. Lochschneidwerkzeug nach einem der Ansprü che 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkanten (36) in der Draufsicht entlang von Linien verlaufen, welche die Tangente (T) an den äußeren Umfang jedes Zahns (26) unter einem Winkel (i) von nicht mehr als 90° an der Vorderseite jedes Zahns schneiden.