DE20300520U1

DE20300520U1 - Drehangetriebenes Schaftwerkzeug, insbesondere Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug

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Publication number: DE20300520U1
Application number: DE20300520U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2013-01-15

Abstract

Drehangetriebenes Schaftwerkzeug, insbesondere Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug, wie z.B. Reibahle, bei dem ein mit Zähnen (20) und Spannuten (22; 122; 222) ausgestatteter Schneidkopf (14; 114; 214; 314) vorzugsweise über eine Flächenpaarung (18; 150, 152, 148) dreh- und axialfest mit einem Schaftteil (12; 112; 212; 312) verbunden ist, welches zumindest einen sich axial erstreckenden Kühl- und Schmiermittel-Versorgungskanal (24, 124; 324) hat, wobei zur Versorgung der Schneiden mit Kühl- und Schmiermittel ein vom Kühl- und Schmiermittel-Versorgungskanal beaufschlagtes Radialkanal-System (28, 30, 32; 158, 154; 258, 254; 328, 330, 332) und ein damit in Strömungsmittelverbindung stehender Ringraum (46; 146; 246) vorgesehen ist, der außenseitig von einer über einen Passungbund (38; 138; 238) an den Schneidkopf anschließbaren Kühlmittel-Leithülse (40; 140; 240; 340) begrenzt ist und sich – vorzugsweise über Auslaufbereiche (36) der Spannuten – in diese öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass das Radialkanal-System (28, 30, 32; 158, 154; 258, 254; 328, 330, 332) zumindest bereichsweise im Schneidkopf ausgebildet ist...

Description

Die Erfindung betrifft ein drehangetriebenes Schaftwerkzeug, insbesondere Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug, wie z. B. eine Reibahle, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Auch derartige Bohrungsnachbearbeitungswerkzeuge mit verhältnismäßig geringer Spannungsdicke zur Herstellung passungsgenauer Bohrungen mit hoher Oberflächengüte werden mittlerweile mit integrierter Kühl-/Schmiermittelversorgung ausgestattet, um die Leistungsfähigkeit des Werkzeugs weiter zu verbessern.
Dabei geht man ferner dazu über, für den eigentlichen Schneidkopf einerseits und den diesen tragenden Schaft andererseits unterschiedliche Materialien zu verwenden, wodurch sich eine Verringerung der Herstellungskosten bei gleichzeitig verbesserter Zerspanungsqualität erzielen läßt. Der aus einem höherwertigen Werkstoff bestehende Schneidkopf wird dabei dreh- und axialfest mit dem Schaftteil verbunden, indem zumindest ein sich axial erstreckender und vorzugsweise zentrisch angeordneter Kühl- und Schmiermittelkanal vorgesehen bzw. ausgebildet ist. Um das Kühl-/Schmiermittel effektiv im gesamten, an der Zerspanung teilnehmenden Bereich des Zerspanungswerkzeugs, wie z. H. der Reibahle, nutzen zu können, wird das Kühl-/Schmiermittel in axialer Richtung von der dem Anschnitt der Reibahle abgewandten Seite unter Zuhilfenahme einer Kühlmittel-Leithülse in die Spannuten eingeführt. Das Kühl-/Schmiermittel erreicht auf diese Weise bei möglichst gleichmäßiger Verteilung über den Umfang der Reibahle selbst dann zuverlässig den Anschnitt, wenn die Führung der Reibahle eine beträchtliche axiale Erstreckung hat.
Die Kühlmittel-Leithülse begrenzt einen auf der dem Schneidkopf abgewandten Seite abgedichteten Ringraum, der über ein Radialkanal-System mit dem zumindest einen Kühl- und Schmiermittel-Versorgungskanal in Strömungsmittelverbindung steht.
Drehangetriebene Bohrungsnachbearbeitungswerkzeuge der vorstehend beschriebenen Art mit innenliegender Kühl-/Schmiermittelversorgung sind in verschiedenen Varianten bekannt geworden.
Während aus dem Dokument EP 0 556 801 A1 die Verwendung einer Kühlmittel-Leithülse für den Fall einer einstückigen Ausbildung von Schaftteil und Schneidkopf bekannt ist, zeigt das Dokument DE-AS 1 291 170 die Verwendung einer derartigen Kühlmittel-Leithülse für ein Bohrwerkzeug, bei dem ein Schneidenteil an ein Schaftteil dreh- und verschiebefest angesetzt ist. Von einem Hauptkanal im Schaft zeigen schräg nach außen geführte Kanäle ab, die radial innerhalb einer an den Schaft angeschweißten Kühlmittel-Leithülse in den Auslaufbereich von in das Schneidenteil eingebrachten Spannuten münden. Da allerdings das Schneidenteil regelmäßig aus einem vom Schaftteil unterschiedlichen Werkstoff gefertigt ist, ergeben sich fertigungstechnische Nachteile bei der Herstellung der Spannuten. Denn beim Fertigen der Spannuten greift das Werkzeug in beide Werkstoffe ein, wodurch sich durch mitgerissene Partikel des weicheren Werkstoffs Beeinträchtigungen bei der Bearbeitung des härten Schneidenteils ergeben.
Um diesen Nachteil zu beheben, ist aus dem Dokument DE 195 22 141 A1 ein drehangetriebenes Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt geworden. Die von einem zentralen Kühl- und Schmiermittel-Versorgungskanal im Schaftteil ausgehenden Radialkanäle befinden sich in vorbestimmtem, axialen Abstand von der Fügestelle zwischen Schneidkopf und Schaftteil. Bei der Bearbeitung des Schneidkopfs, insbesondere bei der Einbringung der Spannuten greift das Bearbeitungswerkzeug nicht mehr in den in der Regel weicheren Werkstoff des Schaftteils ein, so dass das vorstehen angesprochene Problem gelöst ist. Es zeigt sich aber, dass es mit dieser Konstruktion schwierig ist, die Stabilitäts- und Qualitätsanforderungen zu erfüllen, die an moderne Hochleistungs-Schaftwerkzeuge, insbesondere Hochleistungsreibahlen gestellt werden.
Derartige Hochleistungsreibahlen sind Schneidwerkzeuge, die tendenziell ein eigenes Bohrbild erzeugen, und auf diese Weise bessere Bearbeitungsqualitäten erzielen. Der Effekt des sogenannten Nachlaufens in den bereits vorhandenen Bohrungsverlauf, wie er bei konventionellen Reibahlen vorliegt, tritt dabei in den Hintergrund. Kriterien für derartige Hochleistungs-Bohrungsnachbearbeitungswerkzeuge sind: eine besonders hohe Stabilität des Werkzeugs; eine stabile Schnittstelle zur Antriebsspindel; eine erhöhte Rundlaufgenauigkeit im System Spindel/Werkzeug; und eine effektivere Nutzung der inneren Kühl-/Schmiermittelzufuhr.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein drehangetriebenes Schaftwerkzeug, insbesondere Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für das vorstehend beschriebene Anwendungsgebiet der Art weiterzubilden, dass unter Beibehaltung eines wirtschaftlichen Herstellungsverfahrens die vorstehend genannten Kriterien der Baureihe von Hochleistungswerkzeugen, insbesondere Hochleistungs-Bohrungsnachbearbeitungswerkzeugen besser erfüllt werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird das Kanalsystem, welches eine Verbindung zwischen dem im Schaftteil liegenden Kühl- und Schmiermittel-Versorgungskanal und dem von der Kühlmittel-Leithülse begrenzten Ringraum herstellt, zumindest bereichsweise im Schneidkopf ausgebildet bzw. von diesem definiert, mit der Folge, dass der Ringraum, über den die gleichmäßige Kühl-/Schmiermittelversorgung der Spannuten erfolgt, ausschließlich im Bereich des Schneidkopfs liegt. Dadurch kann das Radialkanal-System, welches das Werkzeug insbesondere im Übergang zum Kühl- und Schmiermittel-Versorgungskanal zwangsläufig schwächt, wesentlich näher an die Werkzeugspitze gerückt werden, d. h. in einen Bereich, in dem die Vergleichsspannung (Biegespannung und Torsionsspannung) geringer ist als bei herkömmlichen Konstruktionen. Dies kommt nicht nur der Stabilität, sondern auch dem Schwingungsverhalten des Werkzeugs zugute, wodurch es gelingt, die an Hochleistungswerkzeuge, wie z. B. Hochleistungsreibahlen gestellten Anforderungen insgesamt besser zu erfüllen.
Das erfindungsgemäße Konzept erlaubt es darüber hinaus, die Kühlmittel-Leithülse axial zu verkürzen. Denn durch die erfindungsgemäße Maßnahmen ist es nicht mehr erforderlich, dass der Ringraum die Fügestelle zwischen Schneidkopf und Schaftteil überbrückt. Während bei der Konstruktion nach dem Dokument DE 195 22 141 aufgrund des die Fügestelle überdeckenden Ringraums dafür gesorgt werden musste, dass die im Ringraum vorherrschende Kühl-/Schmiermittelströmung nach der Fügestelle über eine ausreichende axiale Länge beruhigt werden konnte, damit eine gleichmäßige Beaufschlagung der Spannuten sichergestellt ist, ergibt sich mit dem erfindungsgemäßen Konzept der besondere Vorteil, dass die Kühl-/Schmiermittelströmung im gesamten, von der Kühlmittel-Leithülse begrenzten Ringraum frei von Übergängen, d. h. störungsfrei zum Austritt an der Rückseite der Spannuten strömen kann. Mit anderen Worten, die gesamte Länge der Kühlmittel-Leithülse kann für die gleichmäßige Verteilung des Kühl-/Schmiermittels über den gesamten Umfang des Ringraums genutzt werden. Der Spielraum für die geometrische Gestaltung der Kühlmittel-Leithülse wird dadurch größer. Insbesondere wird die Möglichkeit eröffnet, die Kühlmittel-Leithülse in axialer Richtung weiter zu verkürzen und damit das Radialkanal-System noch näher an die Spitze des Werkzeugs zu rücken und damit die Stabilität des Werkzeugs tendenziell anzuheben.
Durch die erfindungsgemäß gesteigerte Stabilität des Werkzeugs wird der Weg frei für den Einsatz besonders hochfester Werkstoffe für den Schneidkopf. Im Einzelnen lassen sich bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug besonders wirtschaftlich Hartstoffe, insbesondere Sinterwerkstoffe einsetzen, besonders bevorzugt sogenannte Cermet-Werkstoffe. Dabei ist nach wie vor für ein besonders wirtschaftliches Herstellungsverfahren gesorgt. Denn es hat sich herausgestellt, dass die erfindungsgemäß in den Schneidkopf einzubringenden Ausnehmungen für das Kühl-/Schmiermittel bereits im Sinterrohling ausgebildet werden können, ohne dass es einer Nachbearbeitung, insbesondere einer Innen-Nachbearbeitung des Fertigteils bedarf, weil diesbezüglich hohe Maßanforderungen an Form- und/oder Lagetoleranzen nicht erfüllt werden müssen.
Der erfindungsgemäße Aufbau des drehangetriebenen Schaftwerkzeugs eignet sich damit in besonderer Weise für den Einsatz von Cermets, d. h. von Sinterwerkstoffen, die als wesentlichen Härteträger die Carbide und Nitride des Titans (TiC, TiN) besitzen und bei denen als Bindephase überwiegend Nickel zum Einsatz kommt. Bei diesem Werkstoff wirken sich die Kriterien wie geringe chemische Affinität zu Stahllegierungen, geringer Wärmeleitkoeffizient, höhere Warmhärte und Feinkörnigkeit des Gefüges besonders vorteilhaft auf das Einsatzgebiet aus. Der Gefügeaufbau von Cermets ist inzwischen soweit erforscht, dass es durch geeignete Steuerung der Prozessparameter gelingt, sehr feinkörniges Gefüge mit hoher Zähigkeit bereitzustellen. Insbesondere dann, wenn das drehangetriebene Schaftwerkzeug als Hochleistungsreibahle eingesetzt wird, ist es von Vorteil, in den Werkstoff Titannitrid einzubringen, was aufgrund seiner hohen thermodynamischen Stabilität eine geringe Löslichkeit in Eisen aufweist und damit das Diffusions- und Reibverhalten positiv beeinflusst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Es zeigt sich, dass zwei im wesentlichen radial verlaufende Ausnehmungen im Schneidkopf selbst bei verkürzter axialer Länge die Kühlmittel-Leithülse genügen, um sämtliche Spannuten des Werkzeugs gleichmäßig und mit ausreichend hohem Massendurchsatz mit Kühl-/Schmiermittel zu versorgen.
Wenn das Radialkanal-System gemäß Anspruch 4 in die Flächenpaarung eingearbeitet ist, ergibt sich der besondere Vorteil einer vereinfachten Herstellung. Denn die Flächen sind frei zugänglich und können somit entweder spanabhebend gut bearbeitet werden oder aber bereits im Urformprozess unter Verwendung einfacherer Presswerkzeuge hergestellt werden.
Für die Gestaltung der Flächenpaarung zwischen Schneidkopf und Schaftteil bestehen vielfache Variationsmöglichkeiten. Es hat sich gezeigt, dass es zur Übertragung der Kräfte vom Schaftteil auf den Schneidkopf ohne weiteres genügt, eine Stoffschluss-Verbindung, beispielsweise in Form einer Lötverbindung, zu verwenden und ansonsten die Flächenpaarung unverzahnt zu gestalten. Diese Weiterbildung ist Gegenstand der Ansprüche 5 bis 8.
Entsprechend einer vorteilhaften Alternative findet zusätzlich zum Stoffschluss eine formschlüssige Verbindung zwischen Schaftteil und Schneidkopf Anwendung, was Gegenstand der Ausführungsform nach den Ansprüchen 9 bis 13 ist.
Die Gestaltung des Radialkanal-Systems entsprechend der Weiterbildung nach Anspruch 6 ist so gewählt, dass sie die Stabilität des Schneidkopfs möglichst wenig beeinträchtigt. Die axial versetzten, im Wesentlichen radial verlaufenden Ausnehmungen und/oder die Sackausnehmung im Schneidkopf können entweder durch einen Bearbeitungsvorgang, wie z. B. durch eine Bohrungsbearbeitung oder eine Erodierbearbeitung hergestellt werden, oder aber bereits im Urformprozess, beispielsweise beim Pressvorgang des aus einem Sinterwerkstoff bestehenden Schneidkopfs erzeugt werden.
Um zu verhindern, dass bei der Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung an der Fügestelle zwischen Schaftteil und Schneidkopf beispielsweise Lot entweder in den Kühl- und Schmiermittel-Versorgungskanal des Schaftteils oder in die Sackausnehmung des Schneidkopfs läuft, kommt vorteilhafterweise ein Lotschutzrohr gemäß Anspruch 7 zur Anwendung. Diese Lotschutzrohr kann beispielsweise von einer dünnwandigen Aluminiumlegierungshülse oder einer Stahlhülse gebildet sein. Vorteilhafterweise wird diese Hülse mit einem Antiflussmittel bestrichen oder beschichtet, beispielsweise mit TiO₂ bzw. TiN₂. Als Antiflussmittel kann beispielsweise „Antifluss ASV" verwendet werden, welches von der Firma Degussa vertrieben wird.
Eine besonders hoch beanspruchbare Verbindung zwischen Schaftteil und Schneidkopf ergibt sich mit der Weiterbildung des Anspruchs 10.
Die Einarbeitung des Radialkanal-Systems in die Fügeflächenpaarung zwischen Schneidkopf und Schaftteil erfolgt vorteilhafterweise – gemäß Anspruch 11 – im Bereich des Scheitelabschnitts des keilförmigen Endabschnitts des Schneidkopfs. Diese Ausnehmung in dem Scheitelabschnitt erlaubt es, die keilförmige Ausnehmung im Schaftteil auszurunden und trotzdem einen ausreichend großen Querschnitt für den Verbindungskanal zum Ringraum innerhalb der Kühlmittel-Leithülse bereitzustellen.
Mit einer Strömungsmittel-Verteilernut gemäß Anspruch 12 in der Außenoberfläche des Schneidkopfs wird erreicht, dass die Verteilung des in den Ringraum einströmenden Kühl-/Schmiermittels über den gesamten Umfang unterstützt wird, was eine weitere axiale Verkürzung der Kühlmittel-Leithülse ermöglicht.
Vorteilhafterweise überdeckt die Kühlmittel-Leithülse einen Auslaufbereich der Spannuten. Dieser Auslaufbereich kann zusätzlich dazu herangezogen werden, die Einspeisung des Kühl-/Schmiermittels in die betreffenden Spannuten noch gleichmäßiger, d. h. über den Umfang homogen verteilt vorzunehmen.
Die Formgebung des Schneidkopfs ist nicht auf eine bestimmte Geometrie beschränkt. Besonders einfach herzustellen ist jedoch der Schneidkopf in der Ausgestaltung nach Anspruch 14, mit dem Vorteil der Erzielung besonders guter Rundlaufgenauigkeiten.
Wenn der Durchmesser des Passungsbundes des Schaftteils nicht größer gehalten ist als der Durchmesser des Passungsbundes am Schneidkopf (Anspruch 15), ergibt sich der Vorteil, dass die Kühlmittel-Leithülse nach der Herstellung der dreh- und verschiebefesten Verbindung zwischen Schaftteil und Schneidkopf von der der Werkzeugspitze abgewandten Seite vom Schaftteil auf den Schneidkopf geschoben werden kann, um eine feste Verbindung zwischen Kühlmittel-Leithülse und den Passungsbunden herzustellen. Vorzugsweise sind die Passungsbunde mit identischem Außendurchmesser gestaltet, wodurch sich eine sehr einfache Form der Kühlmittel-Leithülse ergibt. Die Weiterbildung des Anspruchs 16 schafft die geometrischen Voraussetzungen auf Seiten des Schaftteils für diese Art der Montage.
Der Schaft stellt vorzugsweise ein Drehteil dar und wird durch entsprechende Weichbearbeitung fertiggestellt. Bei hohen Stückzahlen können Halbzeuge mit innerer Bohrung für den Schaft verwendet werden, wodurch der kostenintensive Prozess des Tiefbohrens entfällt. Vorzugsweise besteht der Schaft aus Vergütungsstahl, beispielsweise 42CRMo4 mit einer Grundfestigkeit sigma von über 900 N/mm² oder aus DEMO5, oder aus C100.
Insbesondere bei Verwendung einer Lötverbindung zwischen Schneidkopf und Schaftteil gelingt es, die physikalischen Eigenschaften von Cermet für den Schneidkopf positiv zu nutzen. Vorzugsweise wird eine Hartlötverbindung verwendet. Da Cermet im Vergleich zu Hartmetall einen höheren Ausdehnungskoeffizienten besitzt, ergibt sich eine niedrigere Eigenspannung des Lotes im Verbund mit Stahl. Auf diese Weise gelingt es, in der Lötverbindung Silberlote einzusetzen, wobei die Löttemperatur vorzugsweise zwischen 650 und 700°C liegt (Hartlötverbindung). Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, mit einem Hartlot zu arbeiten, dessen maximal zulässige Schubspannung tau_min oberhalb 250 N/mm² liegt.
Der Schneidkopf kann zur Verbesserung der Schnittfunktion und zur Verbesserung der Standzeit zumindest bereichsweise, vorzugsweise im Bereich der Schneiden mit einer Beschichtung versehen sein, die vorzugsweise als Hartstoffschicht ausgeführt ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Schicht aus Diamant, vorzugsweise nanokristallinem Diamant, aus Titan-Nitrid oder aus Titan-Aluminium-Nitrid handeln. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Beschichtung sind Gegenstand der Ansprüche 21 bis 23.
Selbständiger Gegenstand der Erfindung ist darüber hinaus ein Sinterrohling für den Schneidkopf eines rotierenden Schaftwerkzeugs, insbesondere eines Bohrungsnachbearbeitungswerkzeugs, wie z. B. einer Reibahle gemäß Anspruch 24. Diese von Sinterrohlingen gebildeten Formköpfe können vom Hersteller als Halbzeuge bezogen werden. Vorteilhafter Weise werden diese Formköpfe mit Aufmaßen in der Größenordnung von lediglich 0.5 mm bezogen auf den Nenndurchmesser des Werkzeugs versehen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.
Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht eines drehangetriebenen Schaftwerkzeugs, insbesondere eines Bohrungsnachbearbeitungswerkzeugs in der Ausgestaltung als Hochleistungs-Reibahle in einem Fertigungszustand vor dem Aufschieben der Kühlmittel-Leithülse;
2 eine der 1 entsprechende Ansicht des Werkzeugs mit fertig montierter Kühlmittel-Leithülse;
3 in vergrößerter Ansicht eine Einzelheit des Werkzeugs gemäß 1;
4 eine der 1 entsprechende Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Hochleistungs-Reibahle;
5 eine der 2 entsprechende Ansicht der Ausführungsform nach 4;
6 in vergrößertem Maßstab eine Einzelheit der Darstellung gemäß 4;
7 in einer Explosionsdarstellung eine Zusammenstellung der Bauelemente einer dritten Ausführungsform einer Hochleistungs-Reibahle;
8 die Seitenansicht der mit den Bauelementen gemäß 7 fertiggestellten Reibahle;
9 den Schnitt entsprechend IX–IX gemäß 8;
10 den Schnitt X–X gemäß 9; und
11 eine der 7 ähnliche Ansicht einer die Variante nach 1 abwandelnden Ausführungsform.
In den 1 bis 3 ist mit den Bezugszeichen 10 ein drehangetriebenes Schaftwerkzeug in der Ausgestaltung eines Bohrungsnachbearbeitungswerkzeugs, nämlich als Hochleistungs-Reibahle bezeichnet, die im Wesentlichen aus zwei Bauteilen, nämlich einem Schaftteil 12 und einem Schneidkopf 14 besteht. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Reibahle mit sechs Zähnen und verkrallten Nuten. Es soll jedoch bereits an dieser Stelle hervorgehoben werden, dass eine Beschränkung auf irgendeine Geometrie und ein Einsatzgebiet der Reibahle nicht gegeben ist. Es kann sich auch um ein anderes rundlaufendes Schaftwerkzeug, wie z. B. ein Fräswerkzeug oder ein anderes Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug handeln, bei dem es darum geht, eine Kühl-/Schmiermittelversorgung zu den Schneiden, insbesondere bis in den Spitzenbereich 16 hinein zu gewährleisten.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Spitzenbereich 16 von einem sog. Anschnitt gebildet, von dem die hauptsächliche Spanungsarbeit der Reibahle geleistet wird.
Das Schaftteil 12 ist mit dem Schneidkopf 14 stoffschlüssig über eine Fügeflächenpaarung 18 verbunden, die auf Seiten des Schaftteils 12 von einer konischen Innenfläche und auf Seiten des Schneidkopfs 14 von einer konischen Außenfläche gebildet ist. Der Stoffschluss erfolgt über eine Lötverbindung, vorzugsweise über eine Hartlötverbindung. Das Lot wird vorzugsweise so ausgewählt, dass die Löttemperatur zwischen 650°C und 700°C liegt. Die maximal zulässige Schubspannung des Lotes tau_min sollte größer als 250 N/mm² sein. Die Anwendung von Sinterloten hat sich als vorteilhaft erwiesen. Gearbeitet wurde mit dem Lot LG45SN, wie es beispielsweise unter der Bezeichnung „Degussa 4576" mit einer maximal zulässigen Spannung von tau = 450 N/mm² angeboten wird. Ebenfalls anwendbar ist das Lot LG55 SN unter der Bezeichnung „Degussa 55SN" (tau = 350 N/mm²).
Vorzugsweise wird ein auf das Lot abgestimmtes Flussmittel verwendet. Zur Herstellung der Lötverbindung ist es von Vorteil, wenn mit Lötfolien in Form von vorgeformten Trichtern gearbeitet wird.
Das Werkzeug besteht zur Sicherstellung eines Höchstmaßes an Stabilität entweder zur Gänze, vorzugsweise zumindest im Bereich des Schneidkopfs aus einem hochfesten Werkstoff, wie z.B. aus Hartmetall, Schnellstahl wie HSS, HSSE oder, HSSEBM, Keramik, Cermet oder aus einem anderen Sinterwerkstoff. Besonders bevorzugt wird der Sinterwerkstoff Cermet, und hier insbesondere ein Cermet-Werkstoff mit feinkörnigem Gefüge, hoher Warmhärte und hoher Zähigkeit.
Zur zusätzlichen Verbesserung der Bearbeitungsqualität kann der Schneidkopf zumindest im Bereich der am höchsten beanspruchten Abschnitte, d.h. im Bereich der Schneidkanten und Rundschlifffasen mit einer Beschichtung versehen sein, die vorzugsweise als Hartstoffschicht ausgebildet ist. Für diese Hartstoffschicht kommt z.B. Diamant, vorzugsweise nanokristalliner Diamant in Frage, Titan-Nitrid- oder Titan-Aluminium-Nitrid. Besonders geeignet sind u.a. eine Titan-Aluminium-Nitrid-Schicht und eine sogenannte Mehrlagen-Schicht, die unter der Bezeichnung "Fire I" von der Firma Gühring oHG vermarktet wird. Dabei handelt es sich um eine TiN-/(Ti,Al)N-Mehrlagens-Schicht.
Besonders bevorzugt kann auch eine Verschleißschutzschicht zur Anwendung kommen, die im wesentlichen aus Nitriden mit den Metallkomponenten Cr, Ti und Al und vorzugsweise einem geringen Anteil von Elementen zur Kornverfeinerung besteht, wobei der Cr-Anteil bei 30 bis 65 %, vorzugsweise 30 bis 60 %, besonders bevorzugt 40 bis 60 %, der Al-Anteil bei 15 bis 35 %, vorzugsweise 17 bis 25 %, und der Ti-Anteil bei 16 bis 40 %, vorzugsweise 16 bis 35 %, besonders bevorzugt 24 bis 35 %, liegt, und zwar jeweils bezogen auf alle Metallatome in der gesamten Schicht. Dabei kann der Schichtaufbau eilagig sein mit einer homogenen Mischphase oder er kann aus mehreren in sich homogenen Lagen bestehen, die abwechselnd einerseits aus (Ti_xAl_yY_z)N mit x = 0,38 bis 0,5 und y = 0,48 bis 0,6 und z = 0 bis 0,04 und andererseits aus CrN bestehen, wobei vorzugsweise die oberste Lage der Verschleißschutzschicht von der CrN-Schicht gebildet ist.
Der Schneidkopf 14 der gezeigten Ausführungsbeispiele besteht aus einem Hartstoff, insbesondere einem Sinterwerkstoff, wie z. B. einem Hartmetall oder einem Cermet-Werkstoff. Bei dem Einsatz von Reibahlen sind insbesondere die Kriterien Abriebverschleiß und Warmhärte von entscheidender Bedeutung. Es hat sich herausgestellt, dass die Cermet Sorte „HTX", das von der Firma Kennametal-Hertel vermarktet wird, besonders vorteilhaft eingesetzt werden kann. Gute Ergebnisse erzielt man darüber hinaus mit den Sorten „SC30" der Herstellerfirma Cerasiv GmbH (Feldmühle) und „Tungaly NS530" der Firma Toshiba Europa GmbH.
Die in den 1 bis 3 gezeigte Hochleistungs-Reibahle hat eine in das Werkzeug integrierte Kühl-/Schmiermittelversorgung. Das Schaftteil 12 hat zu diesem Zweck einen zentralen Kühl- und Schmiermittel- Versorgungskanal 24, der bei 26 in die konische Ausnehmung des Schaftteils 12 zur Aufnahme des Schneidkopfs 14 mündet.
Der zentrale Kanal 24 geht fluchtend in eine axiale Sackausnehmung 28 im Schneidkopf 14 über. Von dieser Sackausnehmung 28 gehen axial gestaffelt zwei Radialausnehmungen 30, 32 aus, die in die zylindrische Außenoberfläche 34 des Schneidkopfs 14 münden.
Mit dem Bezugszeichen 20 sind die Zähne der Reibahle und mit dem Bezugszeichen 22 die Spannuten bezeichnet, die auf dem der Werkzeugspitze abgewandten Bereich einen Auslaufbereich 36 haben.
Mit dem Bezugszeichen 38 ist ein Passungsbund bezeichnet, dessen Außendurchmesser D38 geringfügig größer ist als der Außendurchmesser D34 der zylindrischen Außenoberfläche 34.
Der Passungsbund 38 dient zum Anschluss einer mit dem Bezugszeichen 40 versehenen Kühlmittel-Leithülse, die von einem dünnwandigen Stahlrohr gebildet ist. Die andere Seite der Kühlmittel-Leithülse seht im fertig montierten Zustand (vgl. 2) in flächigem, d. h. abgedichteten Eingriff mit einem Passungsbund 42, der radial außerhalb der konischen Ausnehmung im Schaftteil 12 ausgebildet ist. Der Außendurchmesser des Passungsbundes 42 entspricht vorzugsweise dem Außendurchmesser des Passungsbundes 38, so dass die Kühlmittel-Leithülse durchgehend mit gleichem Innendurchmesser ausgebildet werden kann.
Auf der der Werkzeugspitze abgewandten Seite hat das Schaftteil im Anschluss an den Passungsbund 42 eine den Hals der Reibahle bildende Eindrehung 44, deren axiale Länge L44 größer ist als die axiale Länge L40 der Kühlmittel-Leithülse 40 (vgl. 2).
Im fertig montierten Zustand ist die Kühlmittel-Leithülse 40 fest aufsitzend auf den Passungsbunden 38, 42 angeordnet, beispielsweise mit den Passungsbunden verklebt oder verlötet, wobei dadurch, dass der Passungsbund 42 ringförmig geschlossen ist, eine Abdichtung eines mit 46 bezeichneten Ringraums zwischen der Innenoberfläche der Kühlmittel-Leithülse 40 und der zylindrischen Oberfläche 34 des Schneidkopfs 14 gegeben ist. Die Höhe des Ringraums 46 entspricht dem radialen Spiel zwischen den Durchmessern D38 und D34. Auf der dem Passungsbund 42 abgewandten Seite, d. h. im Bereich des Passungsbundes 38 mündet der Ringraum 46 in die einzelnen Spannuten 22, wobei über den betreffenden Auslaufbereich 36 der Spannuten 22 eine allmähliche Öffnung des Ringraums 46 zur Versorgung der Spannuten mit Kühl-/Schmiermittel sichergestellt ist.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird klar, dass das durch den zentralen Kühl- und Schmiermittel-Versorgungskanal 24 zugeführte Kühl-/Schmiermittel über die Fügestelle 18 in den Schneidkopf 14, im Einzelnen in die Sackausnehmung 28 strömt und von dort radial über die Kanäle 30, 32 in den Ringraum 46 verteilt wird, der eine radiale Höhe von beispielsweise 1 mm hat. Die aus den Radialausnehmungen 30, 32 strömenden Kühl-/Schmiermittelmenge strömt weiter axial im Ringraum und verteilt sich dabei gleichmäßig über den gesamten Umfang. Diese gleichmäßig Verteilung des Kühl-/Schmiermittels wird dadurch begünstigt, dass die Strömung im Ringraum 46 keine Trennfuge mehr zwischen Schaftteil und Schneidkopf überströmen muss. Auf diese Weise gelingt es, den axialen Abstand AA der vordersten Radialausnehmung 30 zum vorderen Ende der Kühlmittel-Leithülse 40 (vgl. 2) möglichst klein zu halten. Da darüber hinaus erfindungsgemäß die Radialausnehmungen ausschließlich im Schneidkopf 14 vorgesehen sind, liegt die Radialausnehmung 30 zur Spitze des Werkzeugs 10 in einer Entfernung E, die wesentlich kleiner ist als dies bei herkömmlichen, gattungsbildenden Konstruktionen der Fall ist. Die von den Radialkanälen 30, 32 und der Sackausnehmung 28 gebildete Schwachstelle liegt damit wesentlich näher an den Schneiden bzw. Zähnen, insbesondere näher am Anschnitt 16, so dass die entscheidende Vergleichsspannung aus überlagerter Biege- und Torsionsspannung ebenfalls wesentlich kleiner als beim Stand der Technik ist. Dies ist insbesondere bei denjenigen Werkzeugen von Bedeutung, bei denen größere Zerspanungskräfte auftreten, wie z. B. bei Fräswerkzeugen. Diese Maßnahme hat aber auch bei Bohrungsnachbearbeitungswerkzeugen wie z. B. Hochleistungs-Reibahlen einen wichtigen Effekt. Wie eingangs bereits erwähnt, stellen Hochleistungs-Reibahlen Schneidwerkzeuge dar, die tendenziell ein eigenes Bohrbild erzeugen und somit bessere Bearbeitungsqualitäten realisieren. Anders als bei gewöhnlichen Reibahlen liegt bei derartigen Hochleistungs-Reibahlen kein Nachlaufen in den bereits vorhandenen Bohrungsverlauf vor, was eine besondere Stabilität des Werkzeugs erfordert, die durch die vorstehend beschriebene Konstruktion sichergestellt ist.
Die Gestaltung des Schneidkopfs ist selbstverständlich nicht auf die vorstehend beschriebene Geometrie eines Reibahlen-Schneidkopfs beschränkt. Auf die axialen Längen der Führung und des Anschnitts der Reibahle können je nach Bedarf variiert werden, ebenso wie die Ausrichtung der Zähne 20 und/oder die Zahnteilung, welche allerdings vorteilhafterweise ungleich gehalten ist, um Schwingungen, Rattermarken oder Kreisformfehler zu minimieren.
Aufgrund der vorstehend beschriebenen verbesserten Versorgung des Schneidkopfs mit Kühl-/Schmiermittel ist es möglich, die entscheidenden Bereiche der Zähne, insbesondere den Anschnitt der Hochleistungs-Reibahle selbst dann mit ausreichender Qualität mit Kühl-/Schmiermittel zu versorgen, wenn der Linksdrall der Reibahle verhältnismäßig groß ist, wie dies beispielsweise bei Schälreibahlen der Fall ist.
Der Schneidkopf der Ausgestaltung nach den 1 bis 3 ist vorteilhafterweise aus einem Material gefertigt, welches sich durch eine besonders hohe Stabilität und Verschleißfestigkeit auszeichnet. Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Hartstoffs, wie z. B. eines Carbids, eines Nitrids, eines Borids oder eines nichtmetallischen Hartstoffs bzw. eines Hartstoffsystems, wie es beispielsweise in Form von Mischcarbiden, Carbonnitriden, Carbid-Borid-Kombinationen oder Mischkeramik und Nitridkeramik bekannt geworden ist. Besonders vorteilhaft sind dabei diejenigen Hartstoffe einzusetzen, die als Sinter-Formteile hergestellt werden können, wie dies bei dem Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3 der Fall ist.
Der Schneidkopf 14 ist bei der Ausgestaltung nach den 1 bis 3 aus einem sogenannten Cermet-Sinter-Formteil hergestellt, in das die innenliegenden Ausnehmungen für das Kühl-/Schmiermittel, d. h. die Sackausnehmung 28 und/oder die Radialausnehmungen 30, 32, bereits vor dem Sintern eingebracht sind. Dies kann beispielsweise durch geeignete Kerne beim Pressvorgang geschehen oder aber durch eine geeignete Nachbearbeitung des Sinterrohlings vor dem Sintervorgang. Im Übrigen wird der Sinter-Rohling vorzugsweise mit einem geringen Aufmaß bezogen auf den Nenndurchmesser hergestellt. Dabei genügt es, das Aufmaß im Bereich von etwa 0.5 mm bezogen auf die Endmaße zu beschränken. Es ist sogar möglich, die zylindrische Außenoberfläche 34 des Schneidkopfs bereits im Urformprozess auszubilden, so dass eine Bearbeitung auf Endmaß sogar in diesem Bereich nach dem Sintervorgang entfallen kann. Ein Schleifen auf Endmaß ist somit lediglich noch im Bereich der Werkzeugspitze, des Anschnitts 16, der Zähne 20 und der Spannuten 22 sowie der konischen Fügefläche 18.
Aufgrund der sehr hohen Werte von Druckfestigkeit, Biegefestigkeit und E-Modul von Hartstoffen, insbesondere von Hartmetall oder Cermet, wirken sich die für die Versorgung mit Kühl-/Schmiermittel im Schneidkopf 14 vorgesehenen Ausnehmungen nicht mehr spürbar festigkeits- und/oder stabilitätsvermindernd auf das Werkzeug aus. Die Fügeflächenpaarung 18 in Form des verhältnismäßig großflächigen Fügekonus sorgt für eine sehr gute, koaxiale Ausrichtung zwischen Schneidkopf 14 und Schaftteil 12, was eine gute Voraussetzung für eine angehobene Rundlaufgenauigkeit des Werkzeugs darstellt.
Gerade für den Einsatz des Werkzeugs als Hochleistungs-Reibahle ist der Werkstoff Cermet für den Schneidkopf 14 besonders geeignet. Der Werkstoff hat eine geringe chemische Affinität zu Stahllegierungen, einen geringeren Wärmeleitkoeffizient, eine höhere Wärmhärte und ein verhältnismäßig feinkörniges Gefüge, so dass kleine Schneidkantenradien erzielbar sind. Der im Vergleich zu Hartmetall um den Faktor 7 kleinere Wärmeleitkoeffizient von Cermet bewirkt, dass die erzeugte Zerspanungswärme im Span bleibt und somit niedrigere Betriebstemperaturen am Werkzeug auftreten, was wiederum eine höhere Maßkonstanz über den gesamtem Reibprozess ermöglicht. Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Cermet-Qualität beschränkt, die der Durchschnittsfachmann je nach Einsatzgebiet des Werkzeugs aus dem inzwischen breitgefächerten Angebot auswählt. Für Hochleistungs-Reibahlen wurden allerdings besonders gute Ergebnisse mit den Cermet-Sorten „HTX" (Hersteller: Kennametal/Hertel), „SC30" (Hersteller: Cerasiv-GmbH) und „Tungaly NS530" (Hersteller: Toshiba Europa GmbH) erzielt.
Insbesondere die Sorte „HTX" zeigt besonders hohe Standzeiten, d. h. einen sehr geringen Volumenverschleiß, gegenüber anderen Cermet-Sorten beim Hochleistungs-Reibvorgang ebenso wie beim Trockenreiben. Der Sinterwerkstoff kann aber ebenso nach anderen Kriterien ausgewählt werden, wie z. B. nach der erwünschten Biegefestigkeit oder nach dem jeweiligen zu bearbeitenden Werkstoff. So hat sich beispielsweise für die Bearbeitung von Guss und Aluminium der Werkstoff Hartmetall in der sogenannten K-Qualität als besonders günstig bezüglich der erzielbaren Standzeit erwiesen.
Der Werkstoff für das Schaftteil 12 wird vorzugsweise so ausgewählt, dass sich eine geringe Schwingungsneigung ergibt. Hier können herkömmliche Vergütungsstähle und Werkzeugstähle zur Anwendung kommen, beispielsweise der Vergütungsstahl 42CrMo4 mit Zugfestigkeiten 1000 N/mm² < sigma < 1500 N/mm².
Bei der Herstellung der Hochleistungs-Reibahle nach den 1 bis 3 geht man vorteilhafterweise wie folgt vor:
Zunächst werden das Schaftteil 12 und der Schneidkopf 14 getrennt bearbeitet, wobei die in der Regel anzuwendenden Schleifprozesse – insbesondere im Bereich des Schneidkopfs 14 – vorzugsweise zwischen zwei Spitzen durchgeführt werden. In die Bearbeitung eingeschlossen ist die Bearbeitung der Fügeflächenpaarung 18, wobei in diesem Bereich besonders auf die genaue Ausrichtung zur Achse der Bauteile zu achten ist.
Anschließend wird die Kühlmittel-Leithülse über den Passungsbund 42 auf das Schaftteil 12, d. h. auf die Eindrehung 44 geschoben. Vorzugsweise unter Zuhilfenahme eines geeigneten Werkzeugs wie z. B. einer Löt-Lehre wird nun die stoffschlüssige Verbindung zwischen Schaftteil 12 und Schneidkopf 14 vorgenommen, wobei vorteilhafterweise ein Hartlötvorgang durchgeführt wird. Besonders bevorzugt wird mit einer kegelstumpfförmig geschalteten Lötfolie gearbeitet, die in die Lötfuge der Passungs-Flächenpaarung 18 eingelegt wird. Die Lötfolie hat vorzugsweise eine solche Qualität, dass die zulässige Schubspannung des Lotes den Wert von tau_min von 250 N/mm² nicht unterschreitet. Da aufgrund der näher beieinanderliegenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Cermet (der Ausdehnungskoeffizient alpha_Cermet liegt im Bereich zwischen 8 und 10 ppm/K) und Stahl (Ausdehnungskoeffizient alpha_Stahl im Bereich zwischen 12 und 13 ppm/K) ergeben sich in der Lötverbindung geringere Eigenspannungen, so dass Silberlote eingesetzt werden können. Vorteilhafte Lote sind „LG45 SN (Degussa 4576, tau = 450 N/mm²) oder LG55SN (Degussa 55SN, tau = 350 N/mm²).
Wenn die stoffschlüssige Verbindung zwischen Schaftteil 12 und Schneidkopf 14 hergestellt ist, kann die Kühlmittel-Leithülse 40 in axialer Richtung über den Passungsbund 42 geschoben und auf den Passungsbund 38 aufgeschoben werden, und zwar derart, dass die Kühlmittel-Leithülse 40 fest auf den Passungsbunden 38, 40 aufsitzt. Das Werkzeug ist damit fertiggestellt. Zusätzlich kann im Bereich der Passungsbunde 38 und/oder 40 eine weitere stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise durch eine zusätzliche Lötverbindung, hergestellt werden.
Eine alternative Herstellungstechnik besteht darin, dass vor dem Ansetzen des Schneidkopfs 14 die Kühlmittel-Leithülse 40 in lagegenaue Position auf den Passungsbund 42 gebracht wird. Anschließend wird das Lot, vorzugsweise die Lötfolie auf die Innenkonusfläche 18 gelegt, woraufhin der Schneidkopf 14 in die Kühlmittel-Leithülse 40 so weit eingeführt wird, dass der vorgesehene Lötspalt im Bereich der Fügeflächenpaarung 18 eingehalten wird. Die derart zusammengestellte Anordnung wird wiederum in einer Lötvorrichtung eingespannt und mit dieser durch einen Lötofen gefahren, wodurch das Schaftwerkzeug endgültig fertiggestellt ist.
In den 4 bis 6 ist eine weitere Ausführungsform eines drehangetriebenen Schaftwerkzeugs in der Ausgestaltung als Hochleistungs-Reibahle gezeigt. Dieses Werkzeug ist grundsätzlich ähnlich zu dem in den 1 bis 3 gezeigten Werkzeug aufgebaut. Um die Beschreibung möglichst kompakt zu halten und Wiederholungen zu vermeiden, sind diejenigen Bauteile, die den Elementen der Ausführungsform nach den 1 bis 3 entsprechen, nicht näher beschrieben bzw. mit Bezugszeichen versehen, die denjenigen der 1 bis 3 entsprechen, denen jedoch eine „1" vorangestellt ist.
Die Materialien für das Schaftteil 112, den Schneidkopf 114 und die Kühlmittel-Leithülse 140 sind entsprechend der ersten Ausführungsform nach den 1 bis 3 gewählt. Das Schaftteil 112 entspricht hinsichtlich der äußeren und der inneren Geometrie im Wesentlichen vollständig der Ausführungsform gemäß 1 bis 3. Unterschiede ergeben sich auf Seiten des Schneidkopfs 114, und hier insbesondere hinsichtlich der Gestaltung des Radialkanal-Systems, über das das Kühl-/Schmiermittel ausgehend von dem zentralen Kühl- und Schmiermittel-Versorgungskanal 124 in den Ringraum 146 innerhalb der Kühlmittel-Leithülse 140 eingespeist wird. Dabei wird von der weiteren, zur Ausführungsform nach den 1 bis 3 unterschiedlichen Ausgestaltung der Fügeflächenpaarung 118 Gebrauch gemacht, welche nachfolgend näher beschrieben werden soll.
Im Unterschied zur Ausgestaltung nach den 1 bis 3, ist die Fügeflächenpaarung 118 der Ausgestaltung nach den 4 bis 6 von einer symmetrischen Keilflächenanordnung gebildet. Im Einzelnen weist der Schneidkopf 114 auf der dem Schaftteil 112 zugewandten Seite einen gleichschenkligen Keilabschnitt 148 auf, der – wie am besten aus der 6 ersichtlich – passgenau in eine V-förmige Ausnehmung mit den Prismen- bzw. Keilflächen 150, 152 des Schaftteils 112 in Eingriff steht. Die von den Keilflächen 150, 152 gebildete Ausnehmung im Schaftteil 112 hat eine bodenseitige Ausrundung 154. Die Keilflächen 150, 152 sind mit dem Keilabschnitt 148 verlötet, wobei eine Lötverbindung entsprechend der Ausgestaltung nach den 1 bis 3 zur Anwendung kommt.
Entsprechend der Ausführungsform nach den 1 bis 3 trägt das Schaftteil 112 radial außerhalb der Keilflächen 150, 152 einen umlaufend geschlossenen Passungsbund 142, dessen Durchmesser wiederum im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Kühlmittel-Leithülse 140 entspricht.
Der Schneidkopf 114 ist wiederum hinter der eigentlichen Führung der Reibahle zweifach zylindrisch abgestuft, so dass zunächst ein vom Auslaufbereich der Spannuten durchbrochener zylindrischer Passungsbund 138 und ein an diesen anschließender zylindrischer Abschnitt 134 gebildet wird. Der zylindrische Abschnitt 134 geht anschließend stufenlos in den Keilabschnitt 148 über, was dazu führt, dass der Passungsbund 142 des Schaftteils 112 im montierten Zustand des Schneidkopfs 114 (vgl. 6) den Keilabschnitt 148 radial um das Maß M und auch geringfügig axial überragt.
In den mit einer Ablachung 156 versehenen Scheitelabschnitt des Keilabschnitts 148 ist eine radial durchgehende bzw. diametral verlaufende nutenartige Ausnehmung 158 eingearbeitet bzw. eingebracht, wodurch zwei vom Zentrum ausgehende Radialkanäle entstehen, die auf der Zeichenebene der 6 senkrecht stehen und deren Querschnitt von der Tiefe der Nut 158 und der Ausrundung 154 bestimmt wird. Über diesen Radialkanal erfolgt ausgehend vom zentralen Kühl- und Schmiermittel-Versorgungskanal 124 die Einspeisung des Kühl-/Schmiermittels in den Ringraum 146 und damit in die einzelnen Spannuten 122, wenn die Kühlmittel-Leithülse 140 – wie in 5 gezeigt – im endgültig montierten Zustand positioniert ist. Bei dieser Variante ist das Radialkanal-System für das Kühl-/Schmiermittel nicht komplett im Schneidkopf ausgebildet, sondern von diesem lediglich im Zusammenwirken mit dem Schaftteil definiert.
Die Ausgestaltung nach den 4 bis 6 unterscheidet sich dementsprechend von der Ausführungsform nach den 1 bis 3 darin, dass zusätzlich zu der stoffschlüssigen Verbindung eine formschlüssige Kraftübertragung über die Keilflächenpaarung 148, 150, 152 erfolgt und dass das Volumen der Ausnehmungen im Schneidkopf 114 zur Bereitstellung eines Radialkanal-Systems für das Kühl-/Schmiermittel auf ein Minimum beschränkt bleibt. Die Nut 158 kann – ebenso wie die Durchmesserverjüngung zur Ausbildung der zylindrischen Außenoberfläche 134 und/oder die Formgebung des Keilabschnitts 148 im Urformverfahren eingebracht werden, wenn als Material für den Schneidkopf 114 ein Sinterwerkstoff herangezogen wird. Es ist jedoch gleichermaßen möglich, die vorstehend beschriebenen Funktionsflächen auf Seiten des Schneidkopfs 114 durch einen nachträglichen Bearbeitungsvorgang herzustellen bzw. auf Endmaß zu bearbeiten.
Die Herstellung des Werkzeugs nach den 4 bis 6 kann auf entsprechende Weise erfolgen, wie dies im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach den 1 bis 3 beschrieben wurde. Entsprechendes gilt für die Materialwahl bezüglich Schaftteil 112, Kühlmittel-Leithülse 140 und Schneidkopf 114.
In den 7 bis 10 ist eine Abwandlung der Ausführungsform nach den 4 bis 6 beschrieben. Auch bei dieser Ausführungsform sind diejenigen Komponenten, die den Bauelementen der Ausgestaltung nach den 1 bis 6 entsprechen, mit ähnlichen Bezugszeichen versehen, denen eine „2" vorangestellt ist.
Die Ausführungsform nach den 7 bis 10 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung ausschließlich dadurch, dass der Schneidkopf 214 an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen jeweils eine Axialnut 260 aufweist, die von den radial äußeren Enden der diametral durchgehenden Nut 258 ausgehen. Diese Axialnuten 260 können wiederum bei der Herstellung des Sinter-Formteils in den Körper des Schneidkopfs eingepresst werden, was insbesondere bei der Herstellung des Schneidkopfs in größeren Stückzahlen von wirtschaftlicher Bedeutung ist.
Mit dieser Variante der Gestaltung des Schneidkopfs 214 ergibt sich ein noch günstigerer Strömungsverlauf des in die Spannuten 222 einzuspeisenden Kühl-/Schmiermittels, was durch die schwarze Hinterlegung in den 9 und 10 angedeutet ist. Man erkennt aus diesen Darstellungen, dass das Kühl-/Schmiermittel ausgehend von der Mündungsstelle des Kühl- und Schmiermittel-Versorgungskanals 224 an der Ausrundung 254 radial nach außen strömt (s. 9) und von dort einerseits direkt in den Ringraum 246 einströmt, gleichzeitig aber die beiden Axialnuten 260 füllt, was zu einer schnelleren und gleichmäßigeren Verteilung des Kühl-/Schmiermittels in dem Ringraum 246 führt. Diese Variante hat dementsprechend den Vorteil, dass die axiale Länge L 240 der Kühlmittel-Leithülse 240 weiter verkürzt werden kann, was der Stabilität des Werkzeugs zugute kommt.
Schließlich wird anhand der 11 eine weitere Ausführungsform des Schaftwerkzeugs beschrieben, das im Wesentlichen der Ausführungsform nach den 1 bis 3 entspricht. Auch hier sind wiederum diejenigen Komponenten, die den Bauteilen und Einzelheiten der Ausführungsform nach den 1 bis 3 entsprechen, mit ähnlichen Bezugszeichen versehen, denen jedoch eine „3" vorangeschaltet ist.
Der Unterschied der Ausführungsform nach 11 im Vergleich zur Ausgestaltung nach den 1 bis 3 besteht lediglich in einer etwas modifizierten Ausgestaltung des Kühl- und Schmiermittel-Versorgungskanals 324 einerseits und der Sackausnehmung 328 im Schneidkopf 314 andererseits. Sowohl der Kanal 324 als auch die Sackausnehmung 328 sind als gestufte Ausnehmungen ausgebildet, wobei der Ausnehmungsabschnitt mit größerem Durchmesser von einem Passungsabschnitt 362 bzw. 364 gebildet ist. Der Innendurchmesser der Passungsabschnitte 362, 364 entspricht dem Außendurchmesser eines Lotschutzrohres 366, welches mit Passung in die Abschnitte 362, 364 vor der Ausführung des Lötvorgangs eingesetzt wird. Das Lotschutzrohr ist von einer dünnwandigen Aluminiumlegierungshülse oder einer Stahlhülse gebildet und beugt einem Zusetzen des Kühl- und Schmiermittel-Versorgungskanals beim Löten zuverlässig vor. Die Lotschutzhülse kann vorteilhafterweise zusätzlich mit einem Antiflussmittel, beispielsweise mit „Antifluss ASV" bestrichen werden, welches von der Firma Degussa vermarktet wird. Alternativ besteht die Möglichkeit, das Lotschutzrohr 366 mit einer lotabweisenden Beschichtung, beispielsweise mit einer TiO₂- bzw. einer TiN₂-Beschichtung zu versehen.
Selbstverständlich sind Abweichungen von den vorstehend beschriebenen Varianten des Werkzeugs möglich, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So funktioniert die gleichmäßige Versorgung des Schneidenbereichs des Werkzeugs ebenso zuverlässig, wenn kein Auslaufbereich 36 der Spannuten vorhanden ist.
Es ist natürlich gleichermaßen möglich, die Keil- oder Passungsflächenanordnung für die Fügeflächen zwischen Schaftteil und Schneidkopf geometrisch umzukehren.
Auch die geometrische Form der Passungsflächen ist selbstverständlich nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Es können auch Zylinderflächenpaarungen Anwendung finden.
Das Radialkanal-System zur Einspeisung des Kühl-/Schmiermittels in den umlaufenden Ringraum radial innerhalb der Kühlmittel-Leithülse kann auch ausschließlich von einem Schlitz im Schaftteil bereitgestellt werden. In weiterer Abwandlung der Ausgestaltung nach den 4 bis 6 kann die Nut 158 durch eine vergrößerte Abflachung 156 ersetzt werden.
Auch die Geometrie für die formschlüssige Verbindung zwischen Schaftteil und Schneidkopf kann einer Variation nach Lage, Größe und Zahl unterworfen werden. Es kann selbstverständlich auch bei einer Konusflächenpaarung zusätzlich eine formschlüssige Verbindung, wie z. B. eine Flächenverzahnung Anwendung finden.
Die Ausnehmungen im Schneidkopf müssen auch nicht zwingend bereits vor dem Sintervorgang eingebracht werden. Es ist gleichermaßen möglich, die Ausnehmungen entweder auf Endmaß oder grundsätzlich nach dem Sintervorgang in den Schneidkopf einzubringen, was beispielsweise im Erodierverfahren geschehen kann.
Der Schneidkopf besteht grundsätzlich vorteilhafterweise aus einem hochfesten Werkstoff, wie z. B. aus Hartmetall, Schnellstahl wie z. B. HSS, HSSE oder HSSEBM, Keramik, Cermet oder aus einem anderen Sintermetall-Werkstoff.
Ferner ist es möglich, bereits im Schaftteil mehr als einen axial verlaufenden Kühl- und Schmiermittel-Versorgungskanal vorzusehen.
Auch ist das Anwendungsgebiet der Erfindung nicht auf Hochleistungs-Reibahlen beschränkt. Es können auch andere angetriebene Schaftwerkzeuge entsprechend ausgestattet werden, wie z. B. Gewindebohrwerkzeuge oder Fräswerkzeuge bzw. andere Reibahlen mit und ohne Drall.
Schließlich ist die radiale Höhe des Ringraums innerhalb weiter Grenzen variierbar und nicht auf das beispielhafte Maß von etwa 1 mm beschränkt. Schließlich ist es möglich, zusätzliche Mittel und/oder geometrische Gestaltungen der Komponenten vorzusehen, um die Verteilung des aus dem Radialkanal-System in den Ringraum eintretenden Kühl-/Schmiermittels über den Umfang zu unterstützen, was beispielsweise durch zusätzliche Kanäle in der Innenoberfläche der Kühlmittel-Leithülse geschehen kann.

Claims

Drehangetriebenes Schaftwerkzeug, insbesondere Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug, wie z.B. Reibahle, bei dem ein mit Zähnen (20) und Spannuten (22; 122; 222) ausgestatteter Schneidkopf (14; 114; 214; 314) vorzugsweise über eine Flächenpaarung (18; 150, 152, 148) dreh- und axialfest mit einem Schaftteil (12; 112; 212; 312) verbunden ist, welches zumindest einen sich axial erstreckenden Kühl- und Schmiermittel-Versorgungskanal (24, 124; 324) hat, wobei zur Versorgung der Schneiden mit Kühl- und Schmiermittel ein vom Kühl- und Schmiermittel-Versorgungskanal beaufschlagtes Radialkanal-System (28, 30, 32; 158, 154; 258, 254; 328, 330, 332) und ein damit in Strömungsmittelverbindung stehender Ringraum (46; 146; 246) vorgesehen ist, der außenseitig von einer über einen Passungbund (38; 138; 238) an den Schneidkopf anschließbaren Kühlmittel-Leithülse (40; 140; 240; 340) begrenzt ist und sich – vorzugsweise über Auslaufbereiche (36) der Spannuten – in diese öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass das Radialkanal-System (28, 30, 32; 158, 154; 258, 254; 328, 330, 332) zumindest bereichsweise im Schneidkopf ausgebildet ist bzw. von diesem definiert wird.
Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Radialkanal-System zwei im wesentlichen radial verlaufende Ausnehmungen (30, 32; 158; 258; 330, 332) im Schneidkopf aufweist.
Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug nach Anspruche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühl- und Schmiermittel-Versorgungskanal (24; 124) im Schaftteil (12; 112) zentrisch ausgebildet ist.
Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Radialkanal-System (158; 258) in die Flächenpaarung (148, 150, 152) eingearbeitet ist.
Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenpaarung von einem Konusflächenpaar (18; 318) gebildet ist.
Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die im Wesentlichen radial verlaufenden Ausnehmungen (30, 32; 330, 332) im Schneidkopf (14; 314) axial versetzt sind und von einer im Schneidkopf liegenden Sackausnehmung (28; 328) ausgehen, die mit dem Kühl- und Schmiermittel-Versorgungskanal (24; 324) des Schaftteils (12; 312) fluchtet.
Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügestelle (318) zwischen Schaftteil (312) und Schneidkopf (314) von einem einerseits in den Kühl- und Schmiermittel-Versorgungskanal (324) des Schaftteils und andererseits in die Sackausnehmung (328) eingesetzten Lotschutzrohr (366) überbrückt ist.
Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaftteil (12; 312) zur Aufnahme eines kegelstumpfförmigen Endabschnitts des Schneidkopfs (14; 314) eine kegelförmige Ausnehmung (18; 318) und einen umlaufenden, vorzugsweise kreiszylindrischen Passungsbund (42; 342) zur abgedichteten Anbringung der Kühlmittel-Leithülse (40; 340) hat.
Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenpaarung von einem Prismenflächenpaar (148, 150, 152; 248, 250, 252) gebildet ist.
Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaftteil (112; 212) zur Aufnahme eines die Form eines vorzugsweise gleichschenkligen Keils (148; 248) aufweisenden Endabschnitts des Schneidkopfs (114; 214) eine der Keilform angepasste, prismen- oder keilförmige Ausnehmung (150, 152; 250, 252) und einen umlaufenden, vorzugsweise kreiszylindrischen Passungsbund (142; 242) zur abgedichteten Anbringung der Kühlmittel-Leithülse (140; 240) hat.
Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einen Scheitelabschnitt des keilförmigen Endabschnitts (148; 248) des Schneidkopfs (114; 214) eine radiale durchgehende bzw. diametral verlaufende nutenartige Ausnehmung (158; 258) eingarbeitet ist.
Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die nutenartige Ausnehmung (258) im Bereich ihrer radial außenliegenden Enden in eine vorzugsweise im Wesentlichen axial verlaufende Strömungsmittel-Verteilernut (260) mündet.
Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsmittel-Verteilernut (260) in axialem Abstand vor dem Passungbund (238) des Schneidkopfs (214) ausläuft.
Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidkopf (14; 114; 214; 314) im Wesentlichen die Form eines geraden Kreiszylinders hat, der zur Ausbildung des Passungbunds (38; 138; 238; 338) und seiner von der Kühlmittel-Leithülse (40) abgedeckten Oberflächenbereichs (34; 134) zweifach abgestuft ist.
Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (D42) des Passungbunds (42) des Schaftteils (12) nicht größer ist als der Durchmesser (D38) des Passungbunds (38) des Schneidkopfs (14).
Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaftteil (12) auf der dem Schneidkopf (14) abgewandten Seite des Passungbunds (42) einen Halsabschnitt (44) aufweist, dessen axiale Länge (L44) zumindest der Länge der Kühlmittel-Leithülse (40) entspricht.
Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaftteil (12) aus Stahl und der Schneidkopf (14) aus einem Hartstoff, insbesondere einem Sinterwerkstoff, vorzugsweise aus Cermet besteht.
Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Führung des Kühl- und Schmiermittels vorgesehenen Ausnehmungen (28, 30, 32; 158; 260) zumindest bereichsweise vor dem Sinterprozess in den Schneidkopf (14) eingebracht sind.
Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Schneidkopf (14) und Schaftteil (12) mittels einer Lötverbindung.
Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötverbindung von einem silberhaltigen Hartlot gebildet ist.
Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidkopf (14) zumindest im Bereich der Schneiden mit einer Beschichtung versehen ist, vorzugsweise in der Ausgestaltung als Hartstoffschicht, wie z.B. aus Diamant, vorzugsweise nanokristallinem Diamant, aus TiN oder aus (Ti,Al)N, einer Mehrlagen-Schicht oder einer Schicht bestehend aus Nitriden mit den Metallkomponenten Cr, Ti und Al und vorzugsweise einem geringen Anteil von Elementen zur Kornverfeinerung besteht, wobei der Cr-Anteil bei 30 bis 65 %, vorzugsweise 30 bis 60 %, besonders bevorzugt 40 bis 60 %, der Al-Anteil bei 15 bis 35 %, vorzugsweise 17 bis 25 %, und der Ti-Anteil bei 16 bis 40 %, vorzugsweise 16 bis 35 %, besonders bevorzugt 24 bis 35 %, liegt, und zwar jeweils bezogen auf alle Metallatome in der gesamten Schicht.
Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbau der gesamten Schicht aus einer homogenen Mischphase besteht
Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbau der gesamten Schicht aus mehreren in sich homogenen Einzellagen besteht, die abwechselnd einerseits aus (Ti_xAl_yY_z)N mit x = 0,38 bis 0,5 und y = 0,48 bis 0,6 und z = 0 bis 0, 04 und andererseits aus CrN bestehen, wobei vorzugsweise die oberste Lage der Verschleißschutzschicht von der CrN-Schicht gebildet ist.
Sinterrohling für den Schneidkopf (14; 114; 214; 314) eines drehangetriebenen Schaftwerkzeugs, insbesondere eines Bohrungsnachbearbeitungswerkzeugs wie z.B. einer Reibahle nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass Ausnehmungen (28, 30, 32; 158; 258, 260) im Schneidkopf (14; 114; 214; 314), welche Bestandteil eines Kühl- und Schmiermittel-Kanalsystems sind, zumindest bereichsweise in den Sinterrohling vor dem Sinterprozess eingearbeitet oder eingeformt bzw. eingepresst sind.