DE2444208A1 - Schneidwerkzeug fuer die kontinuierliche spanabhebende bearbeitung von metallen und verfahren zum herstellen eines solchen werkzeugs - Google Patents

Description

• Schneidwerkzeug für die kontinuierliche spanabhebende Bearbeitung von Metallen und Verfahren zum Herstellen eines solchen Werkzeugs Die Erfindung bezieht sich auf ein Schneidwerkzeug beispielsweise der in einer Drehbank, einer Hobelmaschine oder einer Fräsmaschine verwendeten Art fUr die kontinukerliche spanabhebende Bearbeitung von Metall und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Bestimmen der richtigen Geometrie eines Schneidwerkzeugs für einen bestimmten Bearbeitungsvorgang, ein Schneidwerkzeug mit einer nach einem solchen Verfahren bestimmten Geometrie und ein Verfahren zum Bearbeiten von Metall mit einem solchen Schneidwerkzeug.
• Zur Bestimmung der Geometrie von Schneidwerkzeugen richtete man bisher das Augenmerk hauptsächlich auf das Werkzeug selbst. So werden bekannte Schneidwerkzeuge aus Karbiden, etwa Wolfram- Titan- Tantalkarbiden und dergl.
• für die Bearbeitung nahezu aller Werkstoffe mit negativen Spanwinkeln und sehr kleinen Hinterschnittwinkeln versehen. Als Grund dafür wird zumeist angegeben, daß die Karbide eine besonders hohe Rotgluthärte und Druckfestigkeit besitzen. Die negative Geometrie führt zur Entstehung von Schneiddrücken, welche in den Körper des Werkzeugs hinein gerichtet sind, so daß also die äußerst hohe Druckfestigkeit der Karbide ausgenützt wird. Die kleinen Hinterschnittwinkel ergeben auBerdem eine verbesserte Abstützung der Schneidkante.
• Diese Auffassung legt einen übermäßig großen Wert auf die Druckfestigkeit der Karbide und führt zu niedrigen Wirkungsgraden bei der Bearbeitung, wobei extrem hohe Temperaturen und Drücke auftreten, welchen nur Werkzeuge mit der den Karbiden eigenen hohen Rotgluthärte und Druckfestigkeit zu widerstehen vermögen. Die in das Werkzeug gerichteten DrucErräfte führen zur Entstehung von gleich großen, entgegengesetzten, also in das Werkstück gerichteten kräften. Die sich daraus ergebenden feinsten Schädigungen der Werkstückoberfläche können bei Teilen, welche anschließend hohen Belastungen etwa durch Schwingungen oder Korrosion unterworfen sind, die Ursache von folgensehwerem Versagen sein.
• Die erfindung stellt eine völlige Abwendung von der bisherigen Auffassung dar. Gemäß der Erfindung wird nämlich der jeweils richtige Spanwinkel in Abhängigkeit von dem zu bearbeitenden Material und nicht vom Werkzeug selbst ausgehend bestimmt. Die Eigenschaften des Werkstücks liefern also die Lehre für die richtige Geometrie des Werkzeugs. Die betreffenden Eigenschaften der Werkstücks werden anhand der physikalischen Wirkungen einer Belastung einer Probe des betreffenden metallenen Werkstoffs bis zum Bruch bestimmt.
• Das Schneiden von Metallen mittels eines Schneidwerkzeugs stellt eine Art dea Materialversagens dar. Sofern das Schneidwerkzeug ein solches llaterialversagen nicht herbeizuführen vermag, findet also kein Schnitt statt. Ist zum Herbeifiihren des Materialversagens ein übermäßig groß er Arbeitsaufwand notwendig, so kann dies zu Überhitzung und Verschleiß des Werkzeugs, tberhitzung des vom Werkstück gelösten Spans und Beschädigungen der Oberfläche des Werkstücks führen. Läßt sich andererseits das bei der Bearbeitung eintretende Materialversagen mit einem Mindestmaß an Arbeitsaufwand herbeiführen, so bleibt auch die Erhitzung und der Verschleiß des Werkzeugs, die Temperatur des Spans und die schädigende Wirkung auf die Oberfläche des Werkstücks auf ein Mindestmaß beschränkt. Daraus ergibt sich ein optimaler Wirkungsgrad der Bearbeitung und eine verlängerte Lebensdauer des Schneidwerkzeugs.
• Der zum Bearbeiten von Metallen mittels eines Schneidwerkzeugs unter einer bestimmten Kombination von Bearbeitungsbedingungen erforderliche Arbeitsaufwand ändert sich in Abhängigkeit von der Geometrie des Schneidwerkzeugs. Gemäß der Erfindung wird eine Probe des zu bearbeitenden Metalls einer bis zum Bruch führenden Zugbelastung unterworfen. Darauf werden die beim Bruch der Probe auftretenden Anderungen ihrer Abmessungen gemessen.
• Aus den dabei gewonnenen Maßen wird dann die Geometrie des Schneidwerkzeugs berechnet.
• Obgleich das Materialversagen des Metalls bei der Bearbeitung durch Druckkräfte im unmittelbaren Bereich der Schneidkante des Schneidwerkzeugs zustande kommt, werden zur Bestimmung der richtigen Geometrie des Schneidwerkzeugs Zugversuche herangezogen, da der abgelöste Metall span unmittelbar aus dem Schnittbereich abgeführt wird und daher bewegungsfrei ist, so daß also der bei herkömmlicher Druckbelastung auftretende Einfluß des den Span bildenden Materials fehlt. Die spanabhebende Bearbeitung eines Werkstücks bewirkt also die gleiche Art von Verschiebung des Korngefüges wie eine auf eine Probe des Werkstoffs ausgeübte Zugbelastung, so daß also in dieser Hinsicht die gleiche Art von Materialversagen auftritt.
• Dementsprechend wird gemäß der Erfindung ein Probe stab aus dem gleichen Werkstoff wie das zu bearbeitende Werkstück einer bis zum Bruch führenden Zugbelastung unterworfen. Erreicht die Zugbelastung eine zum Versagen des Materials führende Größe, so entsteht an der Bruchfläche eine konisch becherförmige Einsenkung, deren Ränder in einem bestimmten Winkel zur in Richtung der ausgeübten Zugkraft verlaufenden Achse der Probe verlaufen. Dieser Winkel ist für ein gegebenes Metall konstant und wird allgemein auf 450 veranschlagt.Die die Einsenkung aufweisende Bruchfläche weist eine sehr große Härte auf, da sich hier die größten Zugspannungen beim Bruch auswirken. Aus diesen größten Zugspannungen ergibt sich ein Höchstmaß an Kaltverfestigung der Probe im Bereich der konischen Einsenkung. Vor dem Bruch tritt eine Längung und Querschnittsverminderung des metallenen Probe stabs ein. Die prozentuale Größe der Längung sowie der Winkel der Querschnittsverminderung sind bei verschiedenen Metallen, gewöhnlich in Abhängigkeit von deren Zähigkeit, verschieden. Bei einem bestimmten Metall sind die prozentuale Längung und der Winkel der Querschnittsverminderung jedoch bei Bruchdehnung mehrerer Proben des gleichen Werkstoffs im wesentlichen gleich.
• Da also in der Geometrie der untersuchten Probe zweierlei Änderungen, nämlich Längung und Querschnittsverminderung, eintreten, sind zweierlei Kräfte als wesentlich zu betrachten. Die eine Kraft ist die die Längung verursachende Zugkraft und die andere die die Querschnittsverminderung bewirkende, im Inneren des Metalls wirksame Radialkraft.
• Die beiden Kräfte verlaufen rechtwinklig zueinander, da die durch die Radialkraft bewirkte Querschnittsverminderung des Metalls im rechten Winkel zu dessen Längung stattfindet.
• Vor dem Eintreten des unter der Zugbelastung des Probestabs bewirkten Bruchs desselben muß sich der Werkstoff im Bereich der Querschnittsverminderung um ein bestimmtes Mindestausmaß verformen, welches sich aus der Längung und der Querschnittsverminderung ergibt. Kommt eine solche Verformung nicht zustande, so tritt auch kein Bruch ein.
• In entsprechender Weise muß das spanabhebend bearbeitete Metall um das gleiche Mindestmaß verformt werden, bevor das Naterialversagen in dem zu bearbeitenden metallenen Werkstück eintreten kann. Daher ist der zum Verformen des Metalls eines Werkstücks um das zum Herbeiführen des Materialversagens erforderliche Mindestmaß notwendige Spanwinkel des Werkzeugs gemäß der Erfindung eine Funktion des Winkels der Querschnittsverminderung und der Längung eines bis zum Bruch auf Zug beanspruchten Probestücks. Dieser Schnittwinkel wird als wirksamer Spanwinkel bezeichnet.
• Da das Probestück im Bereich der Bruchstelle, d.h. in Bereich der konisch becherförmigen Einsenkung, durch Xaltverfestigung seine größte Härte erhält, und da die sanabhebende Bearbeitung des Metalls die gleiche Art von liaterialversagen herbeiführt, läßt sich der richtige wirksame Spanwinkel C auch als der zum Erzeugen eines smans größter Härte bei der Bearbeitung erforderliche kleinste Winkel definieren.
• In einer anderen Hinsicht bezieht sich die Erfindung auf die Bestimmung der richtigen Hinterschnittwinkel des Schneidwerkzeugs. Ebenso wie der Spanwinkel wird der Hinterschnittwinkel bei bekannten Werkzeugen so klein wie möglich gehalten, um eine größtmö~licke Abstützung der SchneiMrante zu gewährleisten. Dies trifft insbesondere bei Schneidwerkzeugen aus Karbiden zu. Demgegenüber ist das Schneidwerkzeug gemäß der Erfindung selbstschärfend ausgebildet. Zu diesem Zweck sind die Verschleiß verursachenden Eigenschaften bestimmter Werkstoffe in Betracht gezogen und die seitlichen und stirnseitigen Hinterschnittwinkel des Schneidwerkzeugs in Abhängigkeit davon so gewählt, daß dessen Schneidkante während der spanenden Bearbeitung durch die Verschleiß verursachende Wirkung des Werkstoffs erhalten bleibt.
• Zum Verstärken der Schneidkante des Werkzeugs ist unmittelbar unterhalb derselben sowie am Ende der Schneidkante jeweils eine schmale Verschleißfläche gebildet, deren Hinterschnittwinkel praktisch Null Grad beträgt Bei der Bearbeitung eines Werkstücks mittels des Werkzeugs neigt der entstehende Span dazu, die Oberseite des Werkzeugs an der Schneidkante in Form eines Kraters abzutragen, während die Oberfläche des Werkstücks Verschleiß der Verschleißflächen verursacht. Im Laufe der Bearbeitung nimmt diese Erosion zu. Die beiden genannten Arten des Verschleißes bzw. der Erosion haben nicht unbedingt den gleichen Fortschrittsgrad, da dieser jeweils vom Werkstoff des Werkzeugs und des Werkstücks sowie von der Vorschub- und Schnittgeschwindigkeit bei der Bearbeitung abhängig ist.
• Bei gegebenen Werkstoffen und vorbestimmter Vorschub- und Arbeitsgeschwindigkeit ist der Portschrittsgrad der Erosion an der Oberseite eines gegebenen Werkzeugs jedoch konstant, wie auch der Bortschrittsgrad der Erosion an den Verschleißflächen dann konstant wenn auch nicht unbedingt gleich ist. Werden die- Verschleißflächen während der Bearbeitung aufgrund von unausgeglichener Erosion schmaler, so wird die Schneidkante schließlich zu scharf, verliert ihre Abstützung und bricht ab. Nimmt andererseits die Breite der Verschleißflächen zu, so wird schließlich ein Punkt erreicht, an dem die zu breiten Verschleißflächen Reibung verursachen, zu rattern beginnen und das Werkzeug unbrauchbar wird. Wird die Breite der Verschleißflächen jedoch während der Bearbeitung durch ausgeglichene Erosion an der Oberseite des Werkzeugs und an den Verschleißflächen selbst konstant gehalten, so erhält das Werkzeug damit selbstschärfende Eigenschaften und eine erheblich verlängerte Betriebslebensdauer. Diese Wirkung läßt sich durch entsprechende Bestimmung der richtigen Hinterschnittwinkel an der Stirnseite und den Seiten des Werkzeugs erzielen. Die Bestimmung dieser Hinterschnittwinkel ist ein weiteres Merkmal der Erfindung.
• Somit schafft die Erfindung also ein Schneidwerkzeug aus einem hohe Rotglutfestigkeit aufweisenden Werkstoff für die kontinuierliche Bearbeitung von Metallen, dessen Geometrie anhand der Veränderungen der Abmessungen eines bis zum Bruch belasteten Probestücks aus dem zu bearbeitenden Metall bestimmt ist. Zum Herbeiführen des Bruchs wird die Probe einer Zugbelastung unterworfen. In Abhängigkeit von der Zähigkeit des jeweiligen Metalls stellt sich im Bereich der Bruchstelle eine Längung und Querschnittsverminderung ein. Der wirksame Schnitt- oder Spanwinkel des Werkzeugs wird anhand der Längung und Querschnittsverminderung der Probe bestimmt. In der Geometrie des Schneidwerkzeugs werden die Hinterschnittwinkel derart bestimmt, daß sich im Hinblick auf die Verschleiß verursachenden Eigenschaften des Materials des zu bearbeitenden Werkstücks sowie auf die Verschleißeigenschaften des Materials des Werkzeugs selbst unter vorgegebenen Bearbeitungsbedingungen eine selbstschärfende Wirkung an der Schneidkante ergibt.
• Der wirksame Spanwinkel des Schneidwerkzeugs läßt sich auch als der zur Erzeugung eines Spans größter Härte bei der Bearbeitung erforderliche kleinste Winkel definieren.
• Das erfindungsgemäße Schneidwerkzeug hat also eine Geometrie, aufgrund deren es ein metallenes Werkstück mit geringstmöglichem Arbeitsaufwand bei höchstem Wirkungsgrad spanend zu bearbeiten vermag und dadurch eine erheblich verlängerte Betriebslebensdauer erhält. Die Erfindung schafft ferner Verfahren zum Ermitteln einer solchen Geometrie des Schneidwerkzeugs.
• Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Teil eines erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugs für eine Drehbank mit primären und sekundären Spanwinkeln, Fig. 2 eine Stirnansicht des Werkzeugs nach Fig. 1, Fig. 3 eine Ansicht des Werkzeugs nach Fig. 1 von links, Fig. 4 eine Teil-Schrägansicht eines Werkzeugs nach Fig. 1 unter Vernachlässigung von seitlichen und stirnseitigen Schnitt- oder Hinterschnittwinkeln zur Erläuterung der Geometrie des Schneidwerkzeugs in bezug auf ein Koordinatensystem eines Werkstücks, Fig. 5 eine Seitenansicht eines Probe stabs aus einem dem eines zu bearbeitenden Werkstücks gleichen Metall, Fig. 6 eine vergrößerte Teilansicht des in Fig. 5 gezeigten Probe stabs nach Bruch unter Zugbelastung, Fig. 7 eine Seitenansicht eines weiteren Probestabs mit einem Bereich verminderten Querschnitts zum Lokalisieren der vorgesehenen Bruchstelle, Fig. 8 eine Seitenansicht des in Fig. 7 gezeigten Probestabs nach Bruch unter Zugbelastung, Fig. 9 ein dreidimensionales geometrisches Diagramm zur Darstellung der Beziehungen zwischen primärem, sekundärem und wirksamem Spanwinkel sowie zwischen den beim tnterialversagen des Metalls auftretenden Kräften, Fig. 10, 11 und 12 Seitenansichten von Schneidwerkzeugen bei der Bearbeitung eines Werkstücks zur Darstellung der praktischen Begrenzungen für die Größe des sekundären Spanwinkels, Fig. 13 eine Vorderansicht eines Schneidwerkzeugs für eine Drehbank gemäß einer zweiten Ausführung der Erfindung, Fig 14 eine Teilansicht des Werkzeugs nach Fig. 13 von rechts, Fig. 15 eine Teil-Draufsicht auf das Werkzeug nach Fig. 13, Fig. 16 eine vergrößerte Darstellung der Spitze des in Fig. 13 gezeigten Werkzeugs, Fig. 1? eine kombinierte schematisierte Darstellung der Schneide eines Schneidwerkzeugs in einer Drehbank, eines Werkstücks und eines Spans mit einer zum Zweck der Erläuterung der der Erfindung zugrunde liegenden Theorie darüber aufgetragenen Darstellung eines Probestücks vor und nach dem Bruch unter Zugbelastung, Fig. 18 eine vergrößerte Darstellung des mittleren Teils von Fig. 17 und Fig. 19 eine grafische Darstellung der Beziehungen zwischen dem wirksamen Spanwinkel von Schneidwerkzeugen gemäß der Erfindung sowie von bekannten Werkzeugen und der prozentualen Längung von Werkstoffen bei zum Bruch führender Zugbelastung.
• Die Erfindung richtet sich hauptsächlich auf ein Verfahren zum Bestimmen der richtigen Geometrie von Werkzeugen für die kontinuierliche: Bearbeitung von Metallen, auf Schneidwerkzeuge mit einer derartig bestimmten geometrie und auf ein Verfahren zum spanenenden Bearbeiten von Metallen mittels solcher Schneidwerkzeuge. In bevorzugten Ausführungsformen richtet sich die Erfindung auf solche Werkzeuge aus einem hohe Rotglutfestigkeit aufweisenden Material. Dies besagt, daß die Werkzeuge ihre Schneidwirkung auch bei Temperaturen oberhalb etwa 650 0 behalten. Derartige Werkstoffe umfassen Karbide wie etwa Wolfram-, Tantal-, Titankarbid und dergl., keramische Werkstoffe auf der Basis von Aluminiumoxyd, Siliziumoxyd und dergl., natürliche und künstliche Diamenten usw..
• Von diesen allgemein bekannten Werkstoffen bilden die Karbide eine besonders bevorzugte Gruppe. Derartige Werkstoffe sind in den verschiedensten Druckschriften besprochen beispielsweise in "Machining Data Handbook", 2. Ausg.
• Netcut Research Associates, Inc., Cincinnati, Ohio, 1972, Seiten 789 bis 793.
• Die im folgenden dargelegten Grndgedanken der Erfindung sind zwar für verschiedene Arten von Werkzeugen für die kontinuierliche spanabhebende Bearbeitung von Metallen etwa in Drehbänken, Bohrmaschinen, Stirnfräsern, Räumahlen und Reibahlen anwendbar, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, ist die nachstehende Beschreibung jedoch lediglich auf Schneidwerkzeuge für eine Drehbank bezogen.
• Der Ausdruck "kontinuierliche Bearbeitung" bezeichnet hier die mehr oder weniger fortlaufende spanende Bearbeitung von Metallen, wie sie in Werkzeugmaschinen durchgeführt wird, wenngleich dabei nicht in jedem Falle ein durchgehender Span entsteht. Bei der kontinuierlichen spanenden Bearbeitung von Metallen wird während des gesamten Bearbeitungsvorgangs eine im wesentlichen konstante Relativgeschwindigkeit zwischen dem bearbeiteten Werkstück und dem Werkzeug aufrechterhalten. Für eine derartige Bearbeitung in Frage kommende Werkzeuge sind beispielsweise Drehmeißel, Reibahlen, Bohrer, Stirnfräser und so fort. Die erfindungsgemäßen Werkzeuge sind für die kontinuierliche spanende Bearbeitung von Metallen in kraftgetriebenen Werkzeugmaschinen bestimmt und haben dementsprechend gewöhnlich ein Halterungsteil, etwa einen Schaft oder ein Heft, welches in einem Werkzeughalter einer Maschine, etwa einer Drehbank, eingespannt wird. Ein mit dem Halterungsteil des Werkzeugs starr verbundenes schneidteil weist eine Schneidkante und in nachstehend beschriebener Weise bestimmte Schneidwinkel auf. In gewissen Fällen ist das Schneidteil durch Hartlötung mit Silber oder auf andere Weise am Halterungsteil des Werkzeugs angebracht. In anderen Fällen, etwa in den nachstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen, ist das Schneidwerkzeug durchgehend aus dem gleichen Material und hat ein zum Einspannen in eine Werkzeugmaschine bestimmtes Endstück sowie ein die Schneidkante für die spanende Bearbeitung eines Werkstücks aufweisendes anderes Ende. In jedem Falle hat also ein solches Werkzeug ein zum Einspannen in einer Werkzeugmaschine bestimmtes Halterungsteil und ein Schneidteil mit einer Schneidkante, welche in nachstehend beschriebener Weise bestimmte Schnittwinkel aufweist.
• Fig. 1 bis 3 zeigen ein Schneidwerkzeug in Form eines Drehmeißels 20. Dieser ist auch in Fig. 4 bei der Bearbeitung eines Werkstücks dargestellt, jedoch unter Vernachlässigung jeglicher Unterschnitte und Hinterschnittwinkel, so daß sich der Verlauf und die Anordnung von primärem, sekundärem und effektivem Spanwinkel besser erkennen und erläutern läßt. Die Geometrie des Werkzeugs 20, einschließlich der verschiedenen Winkel ist nachstehend in der üblichen Weise in bezug auf ein dreidimensionales X-, y-, Z-Koordinatensystem des Werkstücks erläutert. Die Koordinaten X-Y definieren eine durch die Spitze des Werkzeugs und die Achse a des Werkstücks W verlauf ende Ebene.
• Die Koordinaten X-Z definieren eine durch die Spitze des Werkzeugs normal zur X-Y-Ebene und parallel zur Achse a verlaufende Ebene, und die Koordinaten Y-Z definieren eine durch die Spitze des Werkzeugs normal zu den X-Y- und X-Z-Ebenen verlaufende Ebene. Die auf andere Koordinatensysteme bezogene Geometrie irgendwelcher anderer Werkzeuge läßt sich ohne Schwierigkeit auf das hier verwendete FLoordinatensystem umrechnen. Die erfindungsgemäßen Werkzeuge sind nachstehend ohne die allgemein bekannten Spanbrecher beschrieben, obgleich solche gegebenenfalls vorgesehen sein können.
• Das Werkzeug 20 hat einen Schaft 21 und einen Kopf 22 mit einer Sclmeidspitze 23, einer Oberseite 24, einer Unterseite 25, einer hinterschnittenen Stirnfläche 26, einer Seitenfläche 27 und einer hinterschnittenen Seitenfläche 28, sowie ferner mit einer Schneidkante 30 und einer oberen Stirnkante 31.
• Bei dem in Fig. 1 bis 3 gezeigten Werkzeug 20 stellt der waagrechte Winkel, welche die Schneidkante 30 mit einer zur Y-Z-Ebene parallelen, durch eine Linie 32 angedeuteten senkrechten Ebene bildet, den Seitenwinkel g der Schneidkante dar. Der von der hinterschnittenen Seitenfläche 28 mit der senkrechten Ebene 32 gebildete senkrechte Winkel stellt den seitlichen Hinterschnittwinkel h dar. Der von der oberen Stirnkante 31 mit der durch eine Linie 35 angedeuteten senkrechten X-Z-Ebene gebildete waagerechte Winkel stellt den Stirnseitenschnittwinkel i dar, und der von der hinterschnittenen Stirnseite 26 mit der senkrechten Ebene 35 gebildete Winkel ist als stirnseitiger Hinterschnittwinkel j bezeichnet.
• Der vor der Bildung des Stirnseitenschnittwinkels i von der oberen Stirnkante 31 mit der durch eine Linie 36 in Fig. 2 angedeuteten, zur X-Y-Ebene parallelen, waagerechten Ebene gebildete Winkel ist als primärer Schnitt-oder Spanwinkel A bezeichnet. Der vor der Bildung des Seitenwinkels g der Schneidkante 30 von dieser mit der gleichen, durch eine Linie 37 angedeuteten, waagerechten Ebene gebildete Winkel ist nachstehend als sekundärer Spanwinkel B bezeichnet (Fig. 3). Der Winkel B ist, gemäß der in bezug auf Schneidwerkzeuge üblichen Terminologie, zwar als negativer Winkel dargestellt, d.h. die Schneidkante 30 verläuft schräg abwärts zur Schneidspitze 23, er kann jedoch auch positiv sein, d.h. die Schneidkante 30 kann schräg aufwärts zur Spitze 27 verlaufen, wobei innerhalb der nachstehend erläuterten Begrenzungen lediglich die Größe des Winkels B von Bedeutung ist.
• Der wirksame oder effektive Spanwinkel C ist in Fig. 4 dargestellt. Dieser ergibt sich aus den Resultanten des primären und des sekundären Spanwinkels A bzw. B. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Werkzeug 20 ist der effektive Spanwinkel G zwischen der X-Achse und einer in einer gemeinsamen Ebene mit der Oberseite 24 des Werkzeugs 20 verlaufenden Linie 40 gemessen. Die Größe des effektiven Spanwinkels C bestimmt sich nach der Formal cos 0 = cos Acos B in allgemein bekannter Weise.
• Es ist hier zu bemerken, daß nicht alle Werkzeuge primäre und sekundäre Schneid- oder Spannwinkel haben, daß vielmehr manche Werkzeuge nur primäre (effektive) Spanwinkel aufweisen. Falls kein sekundärer Spanwinkel vorhanden ist, der sekundäre Spanwinkel also gleich Null ist, ist Cosinus B gleich eins, so daß also der effektive Spanwinkel C gleich dem primären Spanwinkel A ist.
• Bei der in Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausrichtung des Werkzeugs 20 bewegt sich das zu bearbeitende Werkstück in bezug auf dessen Lage in Fig. 2 bis 4 abwärts, wobei das Werkzeug während der Bearbeitung in bezug auf Fig. 2 nach rechts geführt wird. Die vorstehend zur Beschreibung des in Fig. 1 bis 4 gezeigten Werkzeugs verwendeten Ausdrücke und Bezeichnungen werde nachstehend in entsprechender Weise auch bei der Beschreibung von anderen Ausführungsformen erfindungsgemäßer Werkzeuge verwendet.
• Die Größe des effektiven Spanwinkels C, also des kritischsten Winkels, wird in folgender Weise bestimmt: Das Schneiden oder Abtragen von Material von einem metallenen Werkstück kommt dadurch zustande, daß in dem Metall ein Materialversagen herbeigeführt wird. Vermag ein Schneidwerkzeug ein solches Materialversagen nicht herbeizuführen, so findet keine Abtragung statt. Es wurde festgestellt, daß die Betriebslebensdauer eines Werkzeugs unmittelbar von dem zum Herbeiführen des Materialversagens beider Bearbeitung erforderlichen Arbeitsaufwand abhängig ist.
• Je größer der zum Herbeiführen des Materialversagens bei einem gegebenen Werkstück und in einem gegebenen Bearbeitungsvorgang ist, um so kürzer ist die Lebensdauer des Werkzeugs, und je geringer der zum Herbeiführen des Materialversagens notwendige Arbeitsaufwand ist, um so länger ist dementsprechend die Lebensdauer des Werkzeugs.
• Die la:lgbte Betriebslebensdaier des Werkzeugs laßt sich also erzielen, wenn die Abtragrul*G oder das Materialversagen mit einem Nndestinaß an Arbeitsaufwand bei größtmöglichem Wirkungsgrad herbeigeführt werden kann.
• Der bei einer gegebenen Kombination von Arbeitsbedingungen wie Vorschub- und Schnittgeschwindigkeit erforderliche Arbeitsaufwand für die spanende Bearbeitung von Metall ist von der Geometrie des Schneidwerkzeugs anhängig. Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, die Geometrie des Schneidwerkzeugs unmittelbar von den Eigenschaften des zu bearbeitenden Metalls abzuleiten, insbesondere von einer Probe des betreffenden Metalls, welche einer zum Bruch führenden Zugbelastung unterworfen wurde. Gewisse bei der zum Bruch führenden Zugbelastung der Netallprobe eintretende Veräncterungen derselben stehen in direkter Beziehung zu den bei der spanenenden Bearbeitung in dem metallenen Werkstück auftretenden Veränderungen. Aufgrund dieser Beziehungen läßt sich der effektive Spanwinkel C anhand von Messungen der durch den durch Zugbelastung herbeigeführten Bruch bewirkten Veränderungen an einem Probestück bestimmen. In der weiteren Beschreibung wird versucht werden, diese Beziehungen theoretisch zu begründen, zunächst sei jedoch ein erfindungsgemäßes Verfahren für die Bestimmung des effektiven Spanwinkels C beschrieben.
• Fig. 5 zeigt einen Stab 45, welcher mit seinen Enden 46, 47 in eine (nicht dargestellte) Zugvorrichtung eingespannt und mittels dieser bis zum Bruch auf Zug beansprucht wird. Vor dem Ausüben der Zugbelastung werden auf dem Stab zwei Markierungen 56, 57 angebracht, um die ursprüngliche Länge li eines Teilstücks des Stabes zu bestimmen. Fig. 6 stellt den Zustand es Stabs 45 nach dem Bruch schematisch dar. Die beiden durch den Bruch entstandenen Teil stücke 48 und 49 haben eine typische Längung erfahren, und zu beiden Seiten der Bruchstelle sind ftbchnittC mit sich verminderndem Querschnitt 50, 51 entstanden. Der zwischen den Oberflächen dieser Abschnitte und der Achse der angewendeten Zugkraft gebildete Winkel ist mit D bezeicklet.
• An der Bruchstelle selbst ist am Teilstück 48 eine kegelstumpfförmige Vertiefung 52 und am Teilstück 49 eine dieser komplementäre kegelstumpfförmige Erhebung 53 entstanden. Die Markierungen 56 und 57 sind auf der Oberfläche des Abschnitts 51 mit sich verminderndem Querschnitt auf das Maß 56' - 57' auseinandergerückt. Der parallel zur Achse des Stabs 45 gemessene Abstand der Narkierungen 56', 57' ist in Fig. 6 mit lf bezeichnet, während der tatsächliche, entlang der Oberfläche des Abschnitts 51 gemessene Abstand mit lt bezeichnet ist.
• Gemäß der Erfindung bestimmt sich der effektive Spanwinkel C des Schneidwerkzeugs nach der Formel cos C = li cos D. Der Winkel D kann direkt an dem in Fig. 6 lf gezeigten Probestab und li an dem Probestab nach Fig. 5 gemessen werden. In bezug auf lf ist es jedoch unbestimmt, ob die Markierungen 56, 57 nach dem Bruch in einem der Abschnitte mit abnehmendem Querschnitt zu liegen kommen.
• Dabei kommt es jedoch gerade darauf an, die Längung im der Bruchstelle benachbarten Bereich zu messen. Außerdem können sich an einem Stab 45 mit durchgehend gleichem Querschnitt mehrere Abschnitte mit stärker oder schwächer vermindertem Querschnitt bilden, so daß eine zuverlässige Messung der Längung nicht möglich ist.
• Um eine genauere Messung der Längung zu erzielen, verwendet man einen Probestab 62 der in Fig. 7 und 8 gezeigten Art.
• Dieser hat eine ringförmige Nut 63 zur Vorbestimmung der Stelle, an welcher der Bruch unter Zugbelastung eintreten soll. Die Enden 64 und 65 des Stabes 62 werden in eine (nicht gezeigte) Zugvorrichtung eingespannt und der Stab dann in zwei durch eine Bruchstelle 66 getrennte Teile 67, 68 zerrissen (Fig. 8). 1. ist hier dann der Abstand zwischen den Rändern 69 und 70 der Ringnut 63 vor der Längung, und lf der Abstand der beiden Ränder 69, 70 nach der Längung (Fig. 7 bzw. 8). Da also der Stab 62 eine vorbestimmte Bruchstelle im Bereich der Ringnut 63 hat, lassen sich 1. und lf genau messen.
• 1 1f Die Größen 1. und lf werden also dadurch bestimmt, daß 1 1f man den Stab 62 bis zum Bruch belastet und die Breite der Ringnut vor und nach der Belastung mißt. Zum Ermitteln des Winkels D wird der Stab 45 bis zum Bruch belastet und der Winkel D dann direkt gemessen Darauf läßt sich denn der effektive Spanwinkel C anhand der Formel 1.
• cos C = - cos D berechnen.
• f Fig. 9 zeigt eine vektorielle Darstellung der geometrischen Beziehungen zwischen Li, lf und lt in bezug auf die dreidimensio-lalen Koordinatenachsen X, Y, Z, wobei die X-Achse parallel zur Achse des Probestücks verläuft.
• Wird das Metall des Probenteils li durch eine Kraft in einen Winkel 3 verformt, so erhält es eine neue Länge lf.
• Da der Unterschied zwischen lf und lt durch die Querschnittsverminderung entsteht, welche ihrerseits durch im Inneren des Metalls rechtwinklig zur ausgeübten Zugkraft auftretende Kräfte hervorgerufen ist, ergibt sich aufgrund der Verlagerung der Länge lf durch eine Kraft Sxz um den Winkel D eine neue Länge lt. Die Kräfte Fxy und fxz verlaufen rechtwinklig zueinander, wobei die Kraft fxy in der X-Y-Ebene und die Kraft fxz parallel zur -Z-Ebene und senkrecht zur X-Y-Ebene verläuft. Aus der Resultante dieser Kräfte ergibt sich der Winkel G zwischen li und lt, d.h. zwischen der ursprünglichen Länge vor der Längung und der tatsächlichen Länge nach dem Bruch. Somit ist aus Fig. 9 zu erkennen, daß cos C = li , cos E = li, cos D = lf oder cos C = cos E cos D.
• lt lf lt Hat ein Werkzeug 20 der in Fig. 1 bis 4 dargestellten Art einen primären und einen sekundären Spanwinkel A bzw. B, wobei dann, da cos C gemäß der Erfindung gleich cos E cos D ist, cos C = cos A cos B ist, so kann der primäre Spanwinkel A gleich dem Winkel E und der sekundäre Spanwinkel B gleich dem Winkel D sein. Dies ist jedoch nicht kritisch. Kritisch ist allein die Bestimmung des effektiven Spanwinkels C nach der formel cos C = cos E cos D. Dabei können dann die Winkel A und B innerhalb gewisser Grenzen verändert werden, solange das Produkt ihrer Cosinen gleich cos C ist.
• Diese Grenzen ergeben sich in der Praxis hinsichtlich des Winkels B und lassen sich am besten anhand von Fig. 10 bis 12 erläutern.
• Fig. 10 zeigt ein Schneidwerkzeug 71 mit einer Schneidkante 72 und einem sekundären Spanwinkel der Größe Null.
• Das Werkzeug 71 ist bei der Bearbeitung eines metallenen Werkstücks W gezeigt, wobei die Schnittiefe mit d bezeichnet ist. Die Drehrichtung des Werkstücks W ist durch einen Pfeil 73 angegeben, und das Werkzeug ist mit Blickrichtung auf den Spindelstock einer Drehbank dargestellt und wird in Richtung auf diesen vorgeschoben. Bei einem sekundären Spanwinkel B von der Größe Null übt das Werkzeug 71 eine in das Werkstück W gerichtete Kraft M aus, deren Richtung im wesentlichen auf die Schnitt- oder Spantiefe begrenzt ist, so daß nur wenig Energie für unnötige Verformung des Werkstücks vergeudet wird. Eine der Kraft M gleiche, ihr entgegengesetzte Kraft M' greift an der Spitze des Werkzeugs an. Ein sekundärer Spanwinkel B der Größe Null stellt einen befriedigenden Kompromiss dar, bei dem die Verformung des Werkstücks auf den Spanbereich begrenzt ist und die Druckfestigkeit des Werkzeugs dazu ausgenützt wird, die Möglichkeit des Splitterns oder Abbrechens der Spitze zu verringern, wobei im Arbeitsbereich eine zum Ableiten von Wärme von der Schneidkante ausreichend große Masse vorhanden ist.
• Fig. 11 entspricht im wesentlichen Fig. 10 und zeigt ein Schneidwerkzeug 74 mit einer Schneidkante 75 und einem positiven Sekundär-Spanwinkel B. Dank dem positiven Spanwinkel B bietet das Werkzeug 74 gegenüber dem Werkzeug 71 den Vorteil, daß die Verformung des Werkstücks W, wie aus der Richtung der Kraft N erkenntlich, noch sicherer auf den Schnittbereich begrenzt ist, wobei sich jedoch der Nachteil ergibt, daß eine der Kraft N gleiche und ihr entgegengesetzte Kraft N' an der Spitze des Werkzeugs auftritt, welche ein Splittern oder Abbrechen der Spitze bewirken kann. Je größer darüber hinaus der positive Winkel B wird, um so kleiner wird die im Schneidkantenbereich des Werkzeugs vorhandene, die Wärme von der Schneidkante abführende Nasse. So ist zwar ein kleiner positiver Winkel B erwünscht, um die durch unnötige Verformung des Werkstücks vergeudete Energie möglichst gering zu halten, die Größe des Winkels ist jedoch durch den Verlust von Druckfestigkeit an der Spitze des Werkzeugs sowie durch die Abnahme der wärmeleitenden Nasse begrenzt.
• Fig. 12 entspricht wiederum im wesentlichen Fig. 10 und 11 und zeigt ein Werkzeug 76 mit einer Schneidkante 77 und einem negativen Sekundär-Spanwinkel B. Aufgrund des negativen Winkels B übt das Werkzeug 76 eine in das Werkstück hinein gerichtete Kraft R auf dieses aus, wodurch, anders als in Fig. 10 und 11, ein über die Spantiefe d hinausgehender Bereich 78 des Werkstücks verformt wird.
• Daraus ergibt sich eine Vergeudung von Energie, was gegenüber den Werkzeugen 71 und 74 einen Nachteil darstellt.
• Andererseits hat das Werkzeug 76 den Vorteil, daß daran eine der Kraft R entgegengesetzte und gleich große Kraft R' auftritt, aufgrund von deren Richtung die Druckfestigkeit des Werkzeugs noch besser ausgenützt wird als beim Werkzeug 71. Das Werkzeug 76 hat gegenüber dem Werkzeug 74 auch eine größere Nasse im Bereich der Schneidkante, so daß eine bessere Wärmeabfuhr von dieser gewährleistet ist.
• Bei einer gestrichelt dargestellten und mit B' bezeichneten Vergrößerung des negativen Winkels B nimmt die Tiefe der unnötigen Verformung, wie durch die Richtung der Kraft S angedeutet, noch weiter zu, so daß also noch mehr Energie vergeudet wird. Wenngleich also für gewisse Zwecke ein kleiner negativer Winkel B erwünscht ist, um die Druckfestigkeit des Werkzeugs auszunützen, die Gefahr des Absplitterns der Spitze zu verringern und eine größere wärmeleitende Nasse zu erhalten, so muß doch die Größe des negativen Winkels begrenzt sein, um eine übermäßige Verformung des Werkstücks zu vermeiden.
• Selbst wenn also ein positiver oder negativer Winkel B zweckmäßig erscheint, reicht ein solcher Winkel von geringer Größe zumeist aus. Dementsprechend erhält der positive oder negative Winkel B zumeist eine Größe von weniger als beispielsweise 100.
• In Fig. 13 bis 16 ist eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs 80 dargestellt. Die Figuren zeigen das Werkzeug 80 der Ubersichtlichkeit halber ohne einen sekundären Spanwinkel B und ohne seitlichen Schneidenwinkel g. Das Schneidwerkzeug 80 hat einen Schaft 81 und ein Kopfteil 82 mit einer Schneidspitze 83, einer Oberseite 84, einer Unterseite 85, einer Schneidkante 86 und einer oberen Stirnkante 87. Da hier der sekundäre Spanwinkel B gleich Null ist, ist der primäre Spanwinkel A, wie in Fig. 13 zu erkennen, gleich dem effektiven Spanwinkel C. In der in Fig. 13, 14 und 16 gezeigten Ausrichtung des Werkzeugs 80 bewegt sich das zu bearbeitende Werkstück diesem gegenüber abwärts, wobei das Werkzeug in der in Fig. 15 gezeigten Ausrichtung von links nach rechts bewegt wird.
• Wie man insbesondere in Fig. 14 erkennt, verläuft die seitliche Hinterschnittfläche 90 nicht in einer durchgehenden Ebene, so daß sie an der Schneidkante 86 mit der Oberfläche 84 zusammenträfe, wie dies beim Werkzeug 20 der Fall ist, sondern sie ist unmittelbar unterhalb der Schneidkante 86 abgeschliffen, so daß dort eine schmale Seitenfläche 91 vorhanden ist. Diese hat eine in Fig.14 mit X. bezeichnete Breite und einen Hinterschnittwinkel im wesentlichen gleich Null. Das abwärts an die Seitenfläche 91 anschließende übrige Teil 92 der Hinterschnittfläche 90 verläuft in einem Hinterschnittwinkel h. (Fig. 13).
• Wie man insbesondere in Fig. 13 und 16 erkennt, hat das Werkzeug 80 ferner eine stirnseitige Hinterschnittfläche 95 mit einer im oberen Teil nahe der Spitze 83 gebildeten schmalen Stirnfläche 96 mit der Breite I2 und einem Hinterschnittwinkel im wesentlichen gleich Null. Das übrige Teil der Hinterschnittfläche 98 verläuft in einem Hinterschnittwinkel Während sich die Seitenfläche 91 im wesentlichen über die gesamte Länge der Oberseite des Kopfteils 82 erstreckt, hat die Stirnfläche 96 die Form eines ziemlich kleinen Dreiecks nahe der Spitze 83. Der Grund dafür liegt darin, daß die Seitenfläche 91 während der Bearbeitung eines Werkstücks im wesentlichen über ihre gesamte Länge an dem Werkstück anliegt, während von der stirnseitigen Hinterschnittfläche nur ein kleiner, der Größe der Stirnfläche 96 entsprechender Teil nahe dem oberen Rande mit dem Werkstück in Berührung kommt, da die obere Stirnkante des Werkzeugs 80 in einem Winkel i verläuft (Fig. 15).
• Für die Bildung der Seiten- und Stirnflächen an der seitlichen bzw. stirnseitigen Hinterschnittfläche 90 bzw. 95 bestehen zweierlei Gründe. Zunächst einmal bewirkt eine solche Ausbildung des Schneidwerkzeugs eine Verstärkung der Schneidkante 86 und der Spitze 83, um die Gefahr des Absplitterns unter den bei der spanenden Bearbeitung auftretenden sehr großen Kräften zu verringern. Dies ist besonders wichtig, wenn das Schneidwerkzeug aus sehr hartem und sprödem Werkstoff, etwa aus einem Karbid, gefertigt ist. Eine solche Ausbildung erbringt jedoch auch bei Werkzeugen aus weniger harten Werkstoffen, etwa aus Schnellstahl, überlegene Ergebnisse. Ein zweiter Grund für eine solche Ausbildung ergibt sich bei der Bearbeitung von starken Verschleiß verursachenden Werkstoffen wie etwa Stählen gemäß AISI 4340.
• Bei der spanabhebenden Bearbeitung von starken Verschleiß verursachenden Werkstoffen der vorstehend genannten Art trägt der bei der Bearbeitung vom Werkstück abgelöste Span die Oberflächen des Werkzeugs nahe der Schneidkante 86 ab. Durch eine solche Erosion bildet sich an der Oberseite 84 des Schneidwerkzeugs ein Krater. In Fig. 16 ist die Form des Schneidwerkzeugs im Bereich der Schneidkante bei verschiedenen Fortschrittsgraden der Erosion durch gestrichelte Linien 100 dargestellt.
• Bei Schneidwerkzeugen mit negativem effektivem Spanwinkel oder mit ziemlich kleinem effektivem Spanwinkel von beispielsweise weniger als 100 üben die von einem starken Verschleiß verursachenden Material abgelösten Späne Kräfte aus, welche aufgrund ihrer Richtung bestrebt sind, die Schneidkante abzubrechen. Dadurch kann das Werkzeug ziemlich schnell beschädigt werden, so daß also seine Bebensdauer stark verringert ist.
• Neben der Erosion der Oberseite 84 des Werkzeugs bewirkt das Werkstück zusätzlich eine Erosion der Seitenfläche 90 nahe der Schneidkante 86 sowie der stirnseitigen Hinterschnittfläche 95 nahe der Spitze 83, da diese Flächenteile während der Bearbeitung mit dem Werkstück in Berührung sind. Diese Art der Erosion ist in Fig. 16 in verschiedenen Fortschrittsgraden durch gestrichelte Linien 105 bzw. ausgezogene Linien 106 dargestellt. Die Erosion der seitlichen und stirnseitigen Hinterschnittflächen 90 bzw.
• 95 tritt in jedem Falle auf, unabhängig davon, ob die vorstehend beschriebenen Seiten- und Stirnflächen gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung vorhanden sind oder nicht. Sind diese Flächenteile nicht vorhanden und sind die Hinterschnittwinkel der seitlichen und stirnseitigen Flächen nicht richtig gewählt, so kann entweder die mit 100 bezeichnete Erosion an der Oberseite des Werkzeugs schneller fortschreiten als die Erosion 105 und 106 an den seitlichen und stirnseitigen Hinterschnittflächen 90 bzw. 95, so daß die Schneidkante laufend weiter geschärft wird, bis sie ihren Halt verliet und abbricht, oder die .irosior 105 und 106 schreitet schneller fort als die mit 100 bezeichnete Erosion, so daß sich dann Seiten- und Stirnflächen 91 bzw. 96 bilden, deren Breite Xs bzw. X2 laufend zunimmt. Bei übermäßiger Zunahme der betreffenden Breite fängt das Werkzeug dann an zu "fressen" und zu rattern und versagt dann schließlich.
• Deshalb sind die seitlichen und stirnseitigen Hinterschnittwinkel hi bzw. ji gemäß der Erfindung so gewählt, daß die Breite der Seitenfläche 91 und die der Stirnfläche 96 während der Bearbeitung konstant bleibt. Durch eine richtige Bestimmung der Winkel h. und ji sowie der Breite 1 1 X1 bzw. X2 läßt sich erreichen, daß die Kraterbildung an der Oberseite 84 und die Erosion der Hinterschnittflächen 90, 95 einander ausgleichen, so daß unter der vers chl eißenden Wirkung des Werkstücks eine konstante Schneidkante 86 erhalten bleibt.
• Bei einem gegebenenliaterial des Werkzeugs und einer geg- -benen Naterial des Werkstücks sind die @aße X1 und abhängig von dem Vorschub unC der Schnittgeschwindigkeit bei ce; B@@rbeitung. je schneller der Vorschub unc: um je höher die Schnittgeschwindigkeit, um so größer müssen diese Maße gehalten sein. Bei einer gegebenen Vor-schllb-und Schnittgeschwindigkeit sollten die Maße X1 unC Xo jedoch allgemein nicht so klein sein, daß die Schneidkante unter den bei der Bearbeitung auftretenden hohen Belastungen absplittert, noch andererseits so groß, daß dadurch übermäßige Reibung, Rattern und damit baldige Zerstörung des Werkzeugs hervorgerufen würde. Beispiele für die Naße X1 und X2 sind im Rahmen der nachstehend beschriebenen Versuche angeführt.
• Nach der Bestimmung der Maße X1 und X2 müssen die seitlichen und stirnseitigen Hinterschnittwinkel h. und j i 1 1 noch genau bestimmt werden. Wie bereits bemerkt, sind die Hinterschnittwinkel hi und ; dann richtig gewählt, wenn 1 1 die Breitenmaße X1 und X2 während des gesamten Bearbeitungsvorgangs konstant bleiben. Im Hinblick darauf, daß der Fortschrittsgrad der Erosion bei einer gegebenen Kombination von Werkstoffen für das Werkzeug und das Werkstück sowie von Vorschub- und Schnittgeschwindigkeit vorgegeben ist, läßt sich an der vergrößerten Darstellung in Fig. 16 erkennen, daß das Maß X1 bei einem zu klein gewählten seitlichen Hinterschnittwinkel hi im Laufe der Bearbeitung stetig zunimmt, bis es zum "Fressen" und Rattern mit anschließender Zerstörung des Werkzeugs kommt.
• Ist andererseits der Winkel h. zu groß, so nimmt das Maß X1 während der Bearbeitung laufend ab, bis die Schneidkante 86 so geschwächt ist, daß sie bricht. Für die Bestimmung des richtigen Winkels hi bei einem gegebenen Material des Werkzeugs, einem gegebenen Material des Werkstücks sowie gegebener Vorschub- und Schnittgeschwindigkeit brauchen lediglich Versuche mit verschiedenen Winkeln hi angestellt zu werden, um zu einer konstanten Breite X1 zu gelangen. Das gleiche Verfahren findet Anwendung für die Bestimmung des richtigen stirnseitigen Hinterschnittwinkels ji. Beispiele für bestimmte Größen der Winkel hi und ji sind im Rahmen der nachstehend beschriebenen Versuche angegeben.
• Vorstehend ist ein erfindungsgemäßes Schneidwerkzeug sowie ein Verfahren zum Bestimmen des effektiven Spanwinkels sowie der Hinterschnittwinkel für ein solches Werkzeug beschrieben. Es folgt nun eine Theorie oder wissenschaftliche Erklärung für die Wirkungsweise der Erfindung zur Erläuterung des damit erzielten Fortschritts.
• Die kombinierte Zeichnung in Fig. 17 zeigt das Kopfteil eines Drehmeißels, beispielsweise das Kopfteil 22 des Werkzeugs 20 oder das Kopfteil 82 des Werkzeugs 80, sowie ferner ein Werkstück W und ein Span P. Die Bewegung des Werkstücks W verläuft in Fig. 17 abwärts zur Schneidkante des Werkzeugs hin. Ferner zeigt Fig. 17 in überlagernder Darstellung ein Teil eines Probestücks, etwa der in Fig. 5 gezeigten Probe 45, vor Ausübung der Zugbelastung sowie eine Schnittansicht der Probe nach der zum Bruch führenden Zugbelastung. Das Profil der vorstehend anhand von Fig. 6 beschriebenen konischen Einsenkung 52 in der Bruchfläche ist so angeordnet, daß es mit der Linie 110 der Spanablösung zusammenfällt. Die Richtung der Linie 110 der Spanablösung und der damit zusammenfallenden Bruchflanke der Einsenkung 52 bildet mit einer parallel zu den Achsen des Werkstücks und der Probe 45 durch die Spitze des Werkzeugs verlaufenden Linie 111 einen Winkel F. Die Linie 111 entspricht der X-Achse in Fig. 4. Der Winkel F ist für ein gegebenes Material konstant und wird allgemein auf 450 veranschlagt, obgleich er aufgrund von Unterschieden im Korngefüge zuweilen von dieser Größe abzuweichen scheint. Im Rahmen der gegenwärtigen Erörterung ist es lediglich ausschlaggebend, daß der Winkel F für ein gegebenes Material konstant ist.
• An der vor Ausübung der Belastung aargestellten Probe 45 erkennt man die Markierunger 56 und 57 in ihrem ursprünglichen Abstand li, sowie die nach der zum Bruch führenden Zugbelastung der Probe im Bereich der Querschnittsminderung liegenden Punkte 55' und 57' mit dem tatsäch1ichen Abstand lt. Diese Punkte und Narkierungen enisprechen den vorstehend anhand von Fig. 5 bis 8 beschriebenen.
• Gemäß der Erfindung soll der Cosinus des effektiven onan-1.
• winkels C gleich der- Beziehung sein. Wie man in Fig. 18 erkennt, ändert sich der ursprüngliche Abstand der Narkierungen 56 und 57 am unbelasteten Probestück 45 bei der zum Bruch führenden Belastung der Probe auf den tatsächlichen Abstand lt zwischen den Punkten 56' und 57'.
• Der Abstand lt gibt das Maß der tatsächlichen Längung an, wobei der Bruch der Probe nicht eher eintritt, als bis sich der Abstand 1. auf das Maß lt vergrößert hat. Erst 1 -t wenn das Maß lt unter dem Einfluß der linearen Längung und der durch die Zugkraft hervorgerufenen Querschnittsverminderung erreicht ist, tritt der Bruch ein. Wird die Zugbelastung kurz vor Erreichen des Maßes lt aufgehoben, so bricht das Probestück nicht. Sind dementsprechend die momentanen Zugkräfte groß genug, um eine Längung auf das Maß lq herbeizuführen, so tritt zwangsläufig der vollständige Bruch ein. Der zum Erreichen der Länge lt erforderliche Arbeitsaufwand gibt das Maß für den Mindest-Arbeitsaufwand zum Zerreißen des Probestücks.
• Wie bei dem Probestück 45 muß das an Werkstück W abzutragencte Material zur Erzielung des bei der spanenden Bearbeitung zugrundeliegenden Materialversagens von einer ursprünglichen Länge 1. auf eine tatsächliche Länge lt gelängt oder verformt werden. Anderenfalls tritt kein Haterialversagen ein und das Werkstück wird nicht bearbeitet.
• Sofern die ursprüngliche Breite des noch nicht vom Werkstück abgelösten Spans, welche dem Vorschub des Werkzeugs entspricht und gleich 1. ist, auf das Maß lt verändert, so ist für das Ablösen des Spans entlang der Linie 110 ein Mindestmaß an Arbeitsaufwand erforderlich. Da das ursprüngliche Maß 1. also, wie in Fig. 18 dargestellt, auf das Maß l, verander werden muß, bestimmt sich Clcr affe':--ive Spanwinkel C automatisch aus dem Winkel zwischen 1.
• und 1 nach der Formel cos C = . Bei einem Schneidwerk-1.
• zeug mit einem gemäß der Beziehung cos C = li bestimmten effektiven Spanwinkel C sind also die genauen Voraussetzungen für eine Längung des ursprünglichen Maßes 1. auf das Maß lt gegeben, d.h. also für das Mindestmaß an Längung, welches zur Spanablösung und damit zur Bearbeitung des Werkstücks erforderlich ist. Ein Schneidwerkzeug mit einem auf diese Weise bestimmten effektiven Spanwinkel erfordert für die spanabhebende Bearbeitung ein Mindestmaß an Arbeitsaufwand, woraus sich ein verbesserter Wirkungsgrad und eine längere Lebensdauer ergeben.
• Als Ergänzung und Entsprechung zu Vorstehendem wurde festgestellt, daß das Metall der bis zum Bruch belasteten Probe 45 im Bereich der konischen Einsenkung 52 der Bruchfläche sehr viel härter ist als an anderen Stellen der Probe. Insbesondere wurde festgestellt, daß das Metall in diesem Bereich durch Kaltverfestigung die für das jeweilige Metall größtmögliche Härte erhalten hatte. Es wurde ferner festgestellt, daß ein mittels eines Schneidwerkzeugs mit dem richtigen Spanwinkel C abgelöster Span P durch Kaltverfestigung die für das Material des Werkstücks größtmögliche Härte erhält. Dies ergibt sich auch aus einer Betrachtung von Fig. 17 und 18 unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die bei der spanabhebenden Bearbeitung des Werkstücks auftretende Art des Materialversagens die gleiche ist wie die bei zum Bruch führender Zugbelastung eines Probe stücks im Bereich der konisch eingesenkten Bruchfläche auftretende. Es kann davon ausgegangen werde daß ein übermäßig großer Arbeitsaufwand für die Spanablösung zusätzliche Wärme entstehen läßt, welche das Korngefüge des Metalls verändert und damit die Härte des Spans verringert. Dem-emaß ist der richtige Winkel C gemäß der Erfindung der kleinstmögliche Winkel, der zum Entstehen von ständen grö.ßtmöglcher Härte führt.
• Der Winkel C läßt sich also auch dadurch bestimmen,, daß man ihn bei der spanenenden Bearbeitung eines bestimmten Metalls schrittweise vergrößert und die Härte der entstehenden Späne mißt. Nimmt dabei die Härte der Späne nicht weiter zu, so ist der richtige Winkel C erreicht.
• Die vorstehenden Erörterungen liefern eine Theorie für die beschriebene Wirkungsweise der Erfindung hinsichtlich der Schaffunweines hoch überlegenen Schneidwerkzeugs von erheblich verlängerter Lebensdauer, dessen iuberlegenheit sich auch in praktischen Versuchen erwiesen hat. In diesen Versuchen wurden Karbidwerkzeuge mit einer gemäß der Erfindung bestimmten Geometrie mit Karbidwerkzeugen mit auf bekannte Weise bestimmter Geometrie verglichen.
• In den Versuchen wurden jeweils vier verschiedene Werkstoffe spanabhebend bearbeitet, nämlich rostfreierStahl des Typs 303, AISI 4340 Stahl mit einer durch Heißbehandlung erzielten Rochfell-Härte C 30-31, AISI 1042 Stahl und eine Di-6Al-4V Titanlegierung. In allen Versuchen waren sowohl die herkömmlichen als auch die erfindungsgemäßen Schneidwerkzeuge aus Wolframkarbid der Firma V.R. Wesson Company mit der Bezeichnung RAMED 1. Sämtliche Werkzeuge wurden einer besonderen Charge entnommen, wobei die einzelnen Werkzeuge zufallsbedingt entnommen wurden und durch Schleifen die jeweilige Geometrie erhielten Sämtliche Versuche wurden auf ein und derselben Drehbank mit einem Vorschub von 0,102 mm und einer Schnittiefe von 1,905 mm durchgeführt. Die Schnittgeschwindigkeit wurde dem jeweils zu bearbeitenden Material angepaßt. Die verwendeten Schnittgeschwindigkeiten waren die in dem im Auftrag der Legierung der USA von der Metcut Fesearch Association, Inc., zusammengestellten "Plchinin Data Handbook, 1972, empfohlenen, wobei Werkstücke gleichen Durchmessers aus dem gleichen Material jeweils mit der gleichen Geschwindigkeit bearbeitet wurden. In keinem der Versuche wurden Kühlmittel zugeführt.
• Die herkömmlichen Sclmeidwerkzeuge hatten die in dem genannten Handbuch angegebene Geometrie, und zwar die gleiche für die vier zu bearbeitenden Werkstoffe. Im einzelnen hatten sämtliche der in den Versuchen verwendeten herkömmlichen Werkzeuge die folgende Geometrie: Primärer (seitlicher) Spanwinkel A = Sekundärer (hinterer) Spanwinkel B = -5° stirnseitiger Hinterschnittwinkel å = seitlicher Ilint-erschnittwinkel h = Seitenwinkel der Schneidkante g = 300 Stirnseibenwinlrel der Schneidkante i = 30°.
• In dem angegebenen Handbuch waren die Winkel für die Schneidkante zwar mit 150 angegeben, sie wurden jedoch zur Anpassung an den verwendeten Werkzeughalter geändert.
• Diese Anderung scheint die Versuchsergebnisse jedoch nicht beeinflußt zu haben, und im übrigen wurden die gleichen Winkel der Schneidkante auch bei den erfindungsgemäßen Werkzeugen verwendet.
• Für jeden Versuch, d.h. für eden der vier Werkstoffe, hatten sämtliche Werkstücke die gleichen Abmessungen und wurden jeweils von einem einzigen Stab geschnitten.
• Die zum Bestimmen der Geometrie der erfindungsgemäßen Werkzeuge der zum Bruch führenden Zugbelastung unterworfenen Probestücke wurden ebenfalls jeweils von dem gleichen Stab geschnitten.
• Für jeden der vier Versuche wurden den Probe stücken 45 und 62 entsprechende Proben von den betreffenden Stäben abgeschnitten und in vorstehend beschriebener Weise bis zum Bruch auf Zug beansprucht. Darauf wurden der Verjüngungswinkel D, die ursprüngliche Länge 1. und die endgültige Länge lt gemessen. Aus den gewonnenen Maßen wurde der effektive Spanwinkel C nach dem erfindungsgemäßen Verfahren berechnet und die Werkzeuge entsprechend geschliffen. Die seitlichen und stirnseitigen Hinterschnittwinkel hi bzw. ji sowie die jeweilige Breite X1 bzw. X2 der Seiten- bzw. Stirnflächen 91 bzw. 96 wurden in vorstehend boschriebener Weise durch voraulgergangene Versuche bestimmt. Wegen des verschiedenen Materials der zu bearbeitenden Werkstücke und der unterschiedlichen Schni-ttgeschlfindigkeiten waren die Hinterschnittwinkel und die Breite der Seiten- und Stirnflächen bei den erfindungsgemaßen Werkzeugen für die verschiedenem Versuche nicht die gleichen. Der Hinterschnittwinkel der Seiten-und Stirnflächen 91 bzw. 96 war in allen Versuchen im wesentlichen gleich Null. Die Versuchsergebnisse sind nachstehend als bearbeitete Stablänge in mm angegeben.
• Sofern nicht anders angegeben, wurden die Werkzeuge bis zur Zerstörung eingesetzt. Der Ausdruck "noch schneidfähig" nach der Maßangabe besagt, daß das Werkzeug bei Beendigung des Versuchs, etwa nach Bearbeitung der vollen Stablänge, noch schneidfähig war.
• Versuch I Zur Bearbeitung kam rostfreier Stahl des Typs 303.
• Die herkömmlichen Werkzeuge hatten die vorstehend beschriebene Geometrie. Das erfindungsgemäße Werkzeug hatte die folgende Geometrie: Effektiver Spanwinkel C = 460 Primärer Spanwinkel A = 460 Sekundärer Spanwinkel B = Oo Breite X1 und X2 der Seiten- und Stirnflächen = 0,127 mm seitlicher und stirnseitiger Hinterschnittwinkel = 150 Von jeder Werkzeugart wurden vier Stück untersucht. Dabei wurden folgende Ergebnisse erzielt: Herkömmliches Werkzeug Erfindungsgemäßes Werkzeug 1. 1 682,75 5. 3 825,875 (noch schneidfähig) 2. 1 304,925 6. 3 711,575 ( " " ) 3. 962,025 7. 3 530,6 ( " > ) 4. 3 756,025 (noch schneid- 8. 127 fähig) Gesamt 7 705,725 11 195,05 Als Grund für das schlechte Ergebnis für das Werkzeug Nr. 8 wird angenommen, daß dieses defekt war.
• Versuch 2 Bearbeitet wurde auf eine Rockwellhärte C 50-31 heißbehandelter AISI Ik3Z10 Stahl. Das herkömmliche Werkzeug hatte die vorstehend beschriebene Geometrie. Das erfindungsgemäße Werkzeug hatte die folgende Geometrie: Effektiver Spanwinkel C = 400 Primärer Spanwinkel A = 400 Sekundärer Spanwinkel B = 0° Breite X1 und X2 der Seiten- und Stirnflächen = 0,254 mm seitliche und stirnseitige Hinterschnittwinkel 220.
• Es wurden fünf herkömmliche und vier erfindungsgemäße Werkzeuge untersucht, wobei folgende Ergebnisse anfielen: Herkömmliches Werkzeug Erfindungsgemäßes Werkzeug 1. 571,5 6. 784,225 (noch schneidfähig) 2. 476,25 7. 873,125 ( " " ) 3. 304,8 8. 742,95 ( It ist ) 4. 635 9. 876,3 ( " " ) 5. 546,1 Gesamt (5) 2 533,65 (4) 3 276,6 Durchschnitt 508 819,15 (noch schneidfähig) Es ist zu bemerken, daßß sämtliche herkömmlichen Werkzeuge zerstört wurden, wogegen sämtliche erfindungsgemäßen Werkzeuge am Ende- des Versuchs noch schneidfähig waren. Die durchschnittliche Betriebslebensdauer der herkömmlichen Werkzeuge betrug 508 mm, während das erfindungsgemäße Werkzeug nach einerBearbeitung über 819, 15 mm seine Schneidfähigkeit noch behielt.
• Versuch 3 Bearbeitet wurde AISI 1042 Stahl. Das herkömmliche Werkzeug hatte die vorstehend definierte Geometrie. Die Geometrie des erfindungsgemäßen Werkzeugs war die folgende: Effektiver Spanwinkel C = 440 Primärer Spanwinkel A = 440 Sekundärer Spanwinkel B = 00 Breite X1 und X2 der Seiten- und Stirnflächen = 0,127 mm Seizliche und stirnseitige Hinterschnittwinkel = 200 Es wurden von jeder Art vier Werkzeuge untersucht und dabei die folgenden Ergebnisse erzielt: Herkömmliches Werkzeug Erfindungsgemäßes Werkzeug 1. 361,95 5. 990,6 (noch schneidfähig) 2. 346,075 6. 990,6 3. 215,9 7. 990,6 4. nu9,725 8. 990,6 Gesamt 1 263,65 3 962,4 (noch schneidfähig).
• Wiederum ist zu bemerken, daß sämtliche herkömmlichen Werkzeuge zerstört wurden, während die erfindungsgemäßen Werkzeuge bei Beendingung des Versuchs noch schneidfähig waren.
• Versuch 4 Bearbeitet wurde eine Ti-6Al-4V-Titanlegierung. Dieses Material wurde deshalb ausgewählt, weil es besonders schwierig zu bearbeiten ist.
• Die herkömmlichen Werkzeuge hatten die vorstehend beschriebene Geometrie. Die der erfindungsgemäßen Werkzeuge war die folgende: Werkzeuge 4 und 5: Effektiver Spanwinkel = 330 primärer Spanwinkel ^ = 330 sekundärer Sperninkel B = 0° Breite X1 und X2 der Seiten- und Stirnflächen = 0,127 mm Seitliche und stirnseitige Hinterschnittwinkel = 200 Werkzeuge 6 und 7: Effektiver Spanwinkel C = 330 Primärer Spanwinkel A = 320 Sekundärer Spanwinkel B = -12 1/2° Breite X1 und X2 der Seiten- und Stirnflächen = o,125 mm Seitliche und stirnseitige Hinterschnittwinkel = 200 Der Versuch wurde von einem unabhängigen Versuchslabor bestätigt. Es wurden drei herkömmliche und vier erfindungsgemäße Werkzeuge untersucht, wobei die folgenden Ergebnisse erzielt wurden: Herkömmliches Werkzeug Erfindungsgemäβes Werkzeug 1. 1 939,925 4. 10 779,125 2. 2 543,175 5. 4 991,025 n. 2 305,05 6. 3 670,3 7. 3 467,1 Gesamt: (3) 6 788,15 (4) 22 307,55 Durchschnitt 2 260,6 5 575,3 Bezüglich dieser Versuchsergebnisse ist Verschiedenes anzumerken, so zunächst einmal die radikale Abkehr von den bisher gelehrten Spanwinkeln und Hinterschnittwinkeln für Werkzeuge aus Wolframkarbid. Das genannte Handbuch führt für sämtliche verwendeten Werkstoffe einen effektiven Spanwinkel von -7° an, wogegen der effektive Spanwinkel der erfindungsgemäßen Werkzeuge für die Bearbeitung der verschiedenen Werkstoffe im Bereich zwischen 320 und 460 liegt. Dies ergibt einen Unterschied von 390 bis 53°. Die von dem genannten Handbuch gelehrten Hinterschnittwinkel für die Bearbeitung der genannten Werkstoffe betragen 50, wogegen der Hinterschnittwinkel der erfindungsgemäßen Werkzeuge für die gleichen Werkstoffe zwischen 15 und 220 liegt. Die Verwendung derart großer Spanwinkel und Hinterschnittwinkel an Karbidwerkzeugen und generell an Werkzeugen mot hoher Rotglutfestigkeit steht in direktem Widerspruch zur bisherigen Lehre.
• Dies wird auch aus der grafischen Darstellung in Fig. 19 ersichtlich. Darin ist der effektive Spanwinkel C in Grad über der prozentualen tatsächlichen Längung < (100) 1.
• von zu bearbeitenden Metallen aufgetragen. Die Kurve 120 zeigt diese Beziehungen für die erfindungsgemäßen Werkzeuge, einschließlich Karbidwerkzeugen, 1.
• bei denen cos C = .
• lt Die Kurve 120 geht von Null aus, entsprechend einem Winkel C der Größe Null für Werkstoffe ohne tatsächliche Längung oder einer Zähigkeit gleich Null, und verläuft von dort in positiver Richtung. Unterhalb einer tatsächlichen Längung von zehn Prozent verläuft die Kurve 120 ziemlich flach und steigt oberhalb zehn Prozent zunehmend steiler an.
• Die meisten Metalle, mit Ausnahme der sehr spröden wie etwa sprödere Gußeisen und kohlenstoffreichen Stählen, haben eine tatsächliche Längung von mehr als zehn Prozent.
• Diese Metalle umfassen die weichen und legierten Stähle sowie die meisten Nichteisenmetalle wie Aluminium, rostfreien Stahl, Kupfer, Titan, Magnesium usw. Gemäß der Kurve 120 ist der Winkel C in jedem Falle positiv und hat bei allen Metallen mit einer tatsächlichen Längung von mehr als zehn Prozent eine Größe von wenigstens 240.
• Die Punkte 121 bis 124 zeigen demgegenüber die von dem genannten Handbuch empfohlenen effektiven Spanwinkel C für Karbidwerkzeuge zum spanabhebenden Bearbeiten der in den beschriebenen Versuchen verwendeten Werkstoffe.
• Diese Winkel betragen jeweils -7°, woraus die radikale Abkehr der Erfindung von der bisherigen Lehre zu erkennen ist.
• Somit schafft die Erfindung ein neuartiges Schneidwerkzeug mit einer besonderen Geometrie für die spanende Bearbeitung von metallenen Werkstücken mit einem Mindestmaß an Arbeitsaufwand bei höchstem Wirkungsgrad und erheblich verlängerter Betriebslebensdauer, sowie ein neuartiges Verfahren zum Bestimmen der richtigen Geometrie für ein solches Werkzeug.
• Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern erstreckt sich auf zahlreiche mögliche Änderungen und Abwandlungen derselben.

Claims (67)

Patentansprüche:

1. Schneidwerkzeug für die kontinuierliche spanende Bearbeitung von Metallen, mit einer Schneidkante aus einem Werkstoff, welcher bei Temperaturen oberhalb etwa 6500 seine Schneidfähigkeit behält, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß es einen im wesentlichen nach der 1.

Formel cos C = li cos D bestimmten effektiven Spanf winkel hat, wobei C der effektive Spanwinkel des Schneidli werkzeugs, li das Verhältnis von ursprünglicher Länge lf zu endgültiger Länge einer bis zum Bruch durch Zugkräfte belasteten Probe des zu bearbeiteten Metalls, gemessen parallel zur ausgeübten Zugbelastung, und 1) der Verjüngungswinkel der Probe im Bruchbereich nach der zum Bruch führenden Zugbelastung ist.

2. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch 1.

g e k e n n z e i c h n e t, daß q an einem Teilstück der Probe im Bruchbereich gemessen ist.

3. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß es eine aus einem Karbid bestehende Schneidkante (30, 87) hat.

4. Schneidwerkzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der effektive Spanwinkel C größer als 200 ist.

5. Schneidwerkzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der effektive Spanwinkel eine Größe von wenigstens 250 hat.

Schneidwerkzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der efek-live Spanwinkel C eine Größe von wenigstens 300 hat.

7. SchneidwerLzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß es eine Schneidkante aus keramischem Werkstoff hat.

8. Schneidwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß es einen effektiven Spanwinkel C von wenigstens 200 hat.

9. Schneidwerkzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß es ein Drehmeißel ist.

10. Schneidwerkzeug zum kontinuierlichen spanenenden Bearbeiten von Metall mit einer endlichen Bruchdehnung von wenigstens zehn Prozent, mit einer Schneidkante aus einem Werkstoff, welcher bei Temperaturen oberhalb etwa 6500 seine ScimeidCähigkeit behält, dadurch g e k e n n -z c i c h n e t, daß es einen im wesentlichen nach der Formel cos C = li cos D bestimmten effektiven Spanwinkel lf hat, wobei C der effektive Spanwinkel des Schneidwerk-1.

zeugs, li das Verhältnis von ursprünglicher Länge zu lf endgültiger Länge einer bis zum Bruch durch Zugkräfte belasteten Probe des zu bearbeitenden Metalls, gemessen parallel zur ausgeübten Zugbelastung, und D der Verjüngungswinkel der Brobe im Bruchbereich nach der zum Bruch führenden Zugbelastung ist.

11. Schneidwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, daß es eine Schneidkante (30, 87) aus einem Karbid hat.

12. Schneidwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß es eine Schneidkante aus keramischem Werkstoff hat.

13. Schneidwerkzeug für die kontinuierliche spanende Bearbeitung von Metall, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß es eine Schneidkante (30, 87) aus einem Werkstoff hat, welches bei Temperaturen oberhalb etwa 650 00 seine Schneidfähigkeit behält, und daß der effektive Spanwinkel des Werkzeugs größer als 200 ist.

14. Schneidwerkzeug nach Anspruch 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß es ein Drehmeißel ist.

15. Schneidwerkzeug nach Anspruch 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß es eine Schneidkante aus einem Karbid hat.

16. Schneidwerkzeug nach Anspruch 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der effektive Spanwinkel C wenigstens 250 beträgt.

17. Schneidwerkzeug nach Anspruch 15, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der effektive Spanwinkel C wenigstens 300 beträgt.

18. Schneidwerkzeug nach An pruch 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß es eine Schneidkante aus keramischem Werkstoff hat.

19. Verfahren zum Herstellen eines Schneidwerkzeugs für die kontinuierliche spanende Bearbeitung eines bestiiiimten Metalls, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß man an den Werkzeug eine Schneidkante aus einem Material bildet, welches bei Temperaturen oberhalb etwa 650 °C seine Schneidfähigkeit behält und daß man den effektiven Spanwinkel des Werkzeugs im wesentlichen nach 1.

der Formel cos C = li cos D bestimmt, wobei C der effeklf tive Spanwinkel des Werkzeugs, li das Verhältnis von lf ursprünglicher Länge zu endgültiger Länge einer bis zum Bruch durch Zugkräfte belasteten Probe des zu bearbeitenden Metalls, gemessen parallel zur ausgeübten Zugbelastung, und D der Verjüngungswinkel der Probe im Bruchbereich nach der zum Bruch führenden Zugbelastung ist.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß das zu bearbeitende bestimmte Metall eine Bruchdehnung von wenigstens zehn Prozent hat.

21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß das Werkzeug eine Schneidkante aus einem Karbid erhält,

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß das Werkzeug einen effektiven Spanwinkel von mehr als 20° erhält,

23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß das Werkzeug einen effektiven Spanwinkel von wenigstens 250 erhält.

24. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß das Werkzeug einen effektiven Spanwinkel von wenigstens 30° erhält.

25. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß das Werkzeug eine Schneidkante aus einem keramischen Werkstoff erhält.

26. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß das Werkzeug einen primären und einen sekundären Spanwinkel erhält, wobei der Gosinus des effektiven Spanwinkels gleich dem produkt aus den Cosinen des primären und des sekundären Spanwinkels ist.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß der primäre oder der sekundäre Spanwinkel im wesentlichen gleich dem Verjünungswinkel ist und der jeweils andere eine solche Größe erhält, daß 1.

sein Cosinus im wesentlichen gleich der Beziehung li ist.

lf

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß der sekundäre Spanwinkel im wesentlichen gleich dem Verjüngungswinkel gehalten wird.

29. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß der sekundäre Spanwinkel in der positiven Richtung nicht so groß gehalten wird, daß die Spitze des Werkzeugs übermäßig geschwächt wird, und in negativer Richtung nicht so groß, daß das zu bearbeitende Metall übermäßig beschädigt wird.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch g e k e n n -e e i c h n e t, daß die Größe des sekundären Spanwinkels nicht mehr als 150 beträgt.

31. Verfahren zum Herstellen eines Schneidwerkzeugs für die Bearbeitung eines bestimmten Metalls, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß man eine Probe des zu bearbeitenden Metalls einer zum Bruch der Probe führenden Belastung unterwirft, daß man die Größe der durch die Belastung hervorgerufenen geometrischen Veränderungen der Probe ermittelt und daß man dem Schneidwerkzeug einen Schnittwinkel verleiht, welcher gleich einer bestimmten Funktion der Größe der geometrischen Änderung ist.

32. Verfahren zum Herstellen eines Schneidwerkzeugs für die Bearbeitung eines bestimmten Metalls, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß man eine Probe des zu bearbeitenden Metalls einer zum Bruch führenden Zugbelastung unterwirft, daß man die Größe der Längung der Probe im Bereich der Bruchstelle ermittelt und daß man dem Schneidwerkzeug einen Schnittwinkel verleiht, welcher als eine Funktion der Größe der Längung bestimmt ist.

33. Verfahren zum Herstellen eines Schneidwerkzeugs zum Bearbeiten eines bestimmten Metalls, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß man eine Probe des zu bearbeitenden Metalls einer zum Bruch führenden Zugbelastung unterwirft, daß man die Größe des Verjüngungswinkels im Bereich der Bruchstelle sowie die Größe der Längung der Probe im Bereich der Bruchstelle ermittelt und daß man dem Schneidwerkzeug einen als eine Funktion des Verjüngungswinkels und der Längung ermittelten Schnittwinkel verleiht.

34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß man zum Ermitteln der Längung die 1.

Größe der Beziehung li bestimmt, in welcher li die urlf sprüngliche Länge eines Teil stücks der Probe im Bereich der Bruchstelle und lf die endgültige Länge des betreffenden Teilstücks im Bereich der Bruchstelle ist, und daß man dem Schneidwerkzeug einen Schnittwinkel verleiht, 1.

welcher im wesentlichen gleich dem Produkt aus Grund If dem Cosinus des Verjüngungswinkels ist.

35. Verfahren zum Herstellen eines Schneidwerkzeugs für die Bearbeitung eines bestimmten Metalls, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß man eine Probe des zu bearbeitenden Metalls einer zum Bruch führenden Zugbelastung unterwirft, daß man die Größe des Verjüngungswinkels im Bereich der Bruchstelle ermittelt, daß man eine weitere, ein Teilstück mit verringerter Querschnittsgröße aufweisende Probe des zu bearbeitenden Metalls einer zum Bruch führenden Zugbelastung unterwirft, daß man die 1.

Größe der Beziehung li ermittelt, in welcher li die lf ursprüngliche Länge des Teil stücks mit verringerter Querschnittsgröße vor der Belastung und lf die Länge des betreffenden Teil stücks nach der zum Bruch führenden Belastung ist und daß man dem Werkzeug einen als Bunk-1.

tion des Verjüngungswinkels und der Beziehung F bestimmten effektiven Spanwinkel verleiht.

36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß man dem Werkzeug einen effektiven Spanwinkel verleiht, dessen Cosinus im wesentlichen gleich 1.

dem Produkt aus der Beziehung F und dem Cosinus des Verjüngungswinkels ist.

37. Verfahren zum spanenden Bearbeiten von Metall, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß man das Metall mit einem Schneidwerkzeug bearbeitet, welches eine Schneidkante aus einem seine Schneidfähigkeit auch bei Temperaturen oberhalb etwa 650 °C behaltenden Material aufweist, deren effektiver Spanwinkel im wesentlichen nach der Formel cos C = li cos D bestimmt ist, wobei C der effeklf tive Spanwinkel des Schneidwerkzeugs, li die Beziehung lf zwischen ursprünglicher und endgültiger Länge einer zum Bruch führenden Zugbelastung unterworfenen Probe des zu bearbeitenden Metalls, gemessen in Richtung der Zugbelastung, und D der Verjüngungswinkel der Probe im Bereich der Bruchstelle nach der zum Bruch führenden Zugbelastung ist.

38. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß das zu bearbeitende Metall eine Bruchdehnung von wenigstens zehn Prozent hat.

39. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß das Schneidwerkzeug eine Schneidkante aus einem Karbid hat.

40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß das Werkzeug einen effektiven Spanwinkel von mehr als 20° hat.

41. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß das Werkzeug einen effektiven Spanwinkel von wenigstens 25 hat.

42. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß das Werkzeug einen effektiven Spanwinkel von wenigstens 300 hat.

43. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß das Werkzeug eine Schneidkante aus einem keramischen Werkstoff hat.

44. Verfahren für die spanende Bearbeitung eines Metalls, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß man das Metall mit einem Schneidwerkzeug bearbeitet, welches eine Schneidkante aus einem seine Schneidfähigkeit auch bei Temperaturen oberhalb etwa 650 °C 0 behaltenden Werkstoff aufweist und dessen effektiver Spanwinkel in bezug auf ein gegebenes Koordinatensystem des zu bearbeitenden Werkstücks derart bestimmt ist, daß er im wesentlichen der Formel cos C = i cos D entspricht, wobei C der lf 1.

effektive Spanwinkel des Schneidwerkzeugs, l das Verhältnis von ursprünglicher zu endgültiger Länge einer einer zum Bruch führenden Zugbelastung unterworfenen Probe des zu bearbeitenden Metalls, gemessen parallel zur Zugbelastung, und D der Verjüngungswinkel der Probe im Bereich der Bruchstelle nach der zum Bruch führenden Zugbelastung ist.

45. Schneidwerkzeug für die spanende Bearbeitung eines Werkstücks, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß es eine Schneidkante aus einem seine Schneidfähigkeit auch bei Temperaturen oberhalb etwa 650 0C behaltenden Werkstoff sowie eine seitliche Verschleißfläche und eine seitliche Hinterschnittfläche aufweist, wobei der Hinterschnittwinkel der seitlichen Verschleißfläche im wesentlichen gleich Null und der Hinterschnittwinkel der seitlichen Hinterschnittfläche so gewählt ist, daß die Breite der seitlichen Verschleißfläche bei der Verwendung des Werkzeugs zum Bearbeiten des Werkstücks konstant bleibt.

46. Schneidwerkzeug nach Anspruch 45, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß es eine stirnseitige Verschleißfläche sowie eine stirnseitige Hinterschnittfläche aufweist, wobei der Hinterschnittwinkel der stirnseitigen Verschleißfläche im wesentlichen gleich Null und der Hinterschnittwinkel der stirnseitigen Hinterschnittfläche so gewählt ist, daß die Breite der stirnseitigen Verschleißfläche bei der Verwendung des Werkzeugs zum Bearbeiten des Werkstücks konstant bleibt.

47. Schneidwerkzeug nach Anspruch 45, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die seitliche Verschleißfläche nicht so schmal ist, daß die Schneidkante beim Bearbeiten des Werkstücks absplittert, und nicht so breit, daß das Werkzeug bei der Bearbeitung frißt oder rattert.

48. Schneidwerkzeug zum spanenden Bearbeiten eines metallenen Werkstücks, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß es eine Schneidkante aus einem seine Schneidfähigkeit auch bei Temperaturen oberhalb etwa 650 0C behaltenden Werkstoff aufweist, daß es einen im wesentlichen nach der li Formel cos C = lf cos D bestimmten effektiven Spanwinkel lf hat, wobei C der effektive Spanwinkel des Werkzeugs, 1.

das Verhältnis von ursprünglicher zu endgültiger Länge If einer einer zum Bruch führenden Zugbelastung unterworfenen Probe des zu bearbeitenden Metalls, gemessen parallel zur Zugbelastung, und D der Verjüngungswinkel der Probe im Bereich der Bruchstelle nach der zum Bruch führenden Zugbelastung ist, und daß das Werkzeug ferner eine seitliche Verschleißfläche sowie eine seitliche Hinterschnittfläche aufweist, wobei der Hinterschnittwinkel der seitlichen Verschleißfläche im wesentlichen gleich Null und der Hinterschnittwinkel der seitlichen Hinterschnittfläche so gewählt ist, daß die Breite der seitlichen Verschleißfläche bei der Verwendung des Werkzeugs zum Bearbeiten des metallenen Werkstücks konstant bleibt.

49. Schneidwerkzeug nach Anspruch 48, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die seitliche Verschleißfläche nicht so schmal ist, daß die Schneidkante des Werkzeugs bei der Bearbeitung splittert, und nicht so breit, daß das Werkzeug bei der Bearbeitung frißt oder rattert.

50. Schneidwerkzeug nach Anspruch 48, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß es eine stirnseitige Verschleißfläche sowie eine stirnseitige Hinterschnittfläche aufweist, wobei der Hinterschnittwinkel der stirnseitigen Verschleißfläche im wesentlichen gleich Null und der Hinterschnittwinkel der stirnseitigen Hinterschnittfläche so gewählt ist, daß die Breite der stirnseitigen Verschleißfläche bei der Verwendung des Werkzeugs zum Bearbeiten des metallenen Werkstücks konstant bleibt.

51. Schneidwerkzeug für die spanende Bearbeitung eines Werkstücks, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß es eines Schneidkante aus einem seine Schneidfähigkeit auch bei Temperaturen oberhalb etwa 650 °C behaltenden Material sowie eine seitliche Verschleißfläche und eine seitliche Hinterschnittfläche aufweist, wobei der Hinterschnittwinkel der seitlichen Verschleißfläche im wesentlichen gleich Null ist und der Hinterschnittwinkel der seitlichen Hinterschnittfläche wenigstens 150 beträgt.

52. Schneidwerkzeug nach Anspruch 51, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Breite der seitlichen Verschleißfläche zwischen etwa 0,127 und 0,381 mm liegt.

53. Schneidwerkzeug nach Anspruch 51, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß es eine stirnseitige Verschleißfläche sowie eine stirnseitige Hinterschnittfläche hat wobei der Hinterschnittwinkel der stirnseitigen Verschleißfläche im wesentlichen gleich Null ist und der Hinterschnittwinkel der stirnseitigen Hinterschnittfläche wenigstens 150 beträgt.

54. Schneidwerkzeug nach Anspruch 53, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Breite der stirnseitigen Verschleißfläche zwischen etwa 0,127 und 0,318 mm liegt.

55. Verfahren zum Herstellen eines Schneidwerkzeugs zum spanenden Bearbeiten eines bestimmten Metalls, dadurch g.e k e n n z e i c h n e t, daß man das Werkzeug mit einer Schneidkante aus einem seine Schneidfähigkeit auch bei Temperaturen oberhalb etwa 650 oG behaltenden Werkstoff sowie mit einer seitlichen Verschleißfläche und einer seitlichen Hinterschnittfläche versieht, wobei der Hinterschnittwinkel der seitlichen Verschleißfläche im wesentlichen gleich Null und der Hinterschnittwinkel der seitlichen Hinterschnittfläche so gewählt ist, daß die Breite der seitlichen Verschleißfläche bei der Verwendung des Werkzeugs zum Bearbeiten des Metalls konstant bleibt.

56. Verfahren nach Anspruch 55, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß man das Werkzeug mit einer stirnseitigen Verschleißfläche sowie mit einer stirnseitigen Hinterschnittfläche versieht, wobei der Hinterschnittwinkel der stirnseitigen Verschleißfläche im wesentlichen gleich Null und der Hinterschnittwinkel der stirnseitigen Hinterschnittfläche so gewählt ist, daß die Breite der stirnseitigen Verschleißfläche bei der Verwendung des Werkzeugs zum Bearbeiten des Metalls konstant bleibt.

57- Verfahren nach Anspruch 55, dadurch g e k e n n -z e i c h n e tz daß die seitliche Verschleißfläche nicht so schmal ist, daß die Schneidkante bei der Bearbeitung splittert und nicht so schmal, daß das Werkzeug bei der Bearbeitung frißt oder rattert.

58. Verfahren zum Herstellen eines Schneidwerkzeugs für die spanende Bearbeitung eines bestimmten Metalls, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß man eine Probe des zu bearbeitenden Metalls einer zum Bruch führenden Zugbelastung unterwirft, daß man die Größe des Verjüngungswinkels der Probe im Bereich der Bruchstelle sowie die Längung der Probe im Bereich der Bruchstelle ermittelt, daß man den effektiven Spanwinkels des Werkzeugs als Funktion der Größe des Verjüngungswinkels und der Längung bestimmt, daß man das Werkzeug mit einer seitlichen Fläche mit einem Hinterschnittwinkel, dessen Größe im wesentlichen gleich Null ist, versieht, daß man einen Hinterschnittwinkel für eine seitliche Hinterschnittfläche bestimmt, daß man das Werkzeug zum Bearbeiten des Metalls verwendet und daß man die Breite der seitlichen Fläche und den seitlichen Hinterschnittwinkel wahlweise derart verändert, daß die Breite der seitlichen Fläche bei der Abnutzung des Werkzeugs während der Bearbeitung des Metalls konstant bleibt.

59. Verfahren nach Anspruch 58, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß man das Werkzeug mit einer Stirnfläche versieht, deren Hinterschnittwinkel in wesentlichen gleich Null Grad ist, daß man einen Hinterschnlttwinkel für eine stirnseitige Hinterschnittfläche bestimmt, daß man das Werkzeug zum Bearbeiten des Metalls verwendet und daß man die Breite der Stirnfläche und den stirnseitigen Hinterschnittwinkel wahlweise derart verändert, daß die Breite der Stirnfläche bei der Abnutzung des Werkzeugs während der Bearbeitung des Metalls konstant wird.

60. Verfahren zum spanenden Bearbeiten eines Metalls, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß man ein Werkzeug verwendet, welches eine Schneidkante aus einem seine Schneidfähigkeit bei Temperaturen oberhalb etwa 650 0C behaltenden Werkstoff sowie eine seitliche Verschleißfläche und eine seitliche Hinterschnittfläche aufweist, wobei der Hinterschnittwinkel der seitlichen Verschleißfläche im wesentlichen gleich Null und der Hinterschnittwinkel der seitlichen Hinterschnittfläche so gewählt ist, daß die Breite der seitlichen Verschleißfläche bei der Abnutzung des Werkzeugs durch die Bearbeitung des Metalls konstant bleibt.

61. Verfahren nach Anspruch 60, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß man ein Werkzeug verwendet, dessen effektiver Spanwinkel im wesentlichen nach der Formel 1.

cos C = r cos D bestimmt ist, wobei C der effektive f l.

Spanwinkel des Werkzeugs, li das Verhältnis von ursprünglf licher zu endgültiger Länge einer einer zum Bruch führenden Zugbelastung unterworfenen Probe des zu bearbeitenden Metalls, gemessen parallel zur Zugbelastung, und D der Verjüngungawinkel der Probe irn Bereich der Bruchstelle nach der zum Bruch führenden Zugbelastung ist.

62. Verfahren nach Anspruch 60, dadurch g e k e n n -e e i c h n e t, daß das verwendete Werkzeug eine stirnseitige Verschleißfläche sowie eine stirnseitige Hinterschnittfläche hat, wobei der Itinterschnittwinkel der stirnseitigen Verschleißfläche im wesentlichen gleich Null und der Hinterschnittwinkel der stirnseitigen IIinterschnittfläche so gewählt ist, daß die Breite der stirnseitigen Verschleißfläche bei Abnutzung des Werkzeugs durch die Bearbeitung des Metalls konstant bleibt.

63. Verfahren nach Anspruch 60, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die seitliche Verschleißfläche nicht so schmal ist, daß die Schneidkante des Werkzeugs bei der Bearbeitung splittert, und nicht so breit, daß das Werkzeug bei der Bearbeitung frißt oder rattert.

64. Schneidwerkzeug zum kontinuierlichen spanenenden Bearbeiten von Metall, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß es eine Schneidkante aus einem seine Schneidfähigkeit bei Temperaturen oberhalb etwa 650 0 behaltenden Werkstoff aufweist und einen effektiven Spanwinkel auf weist, welcher im wesentlichen gleich dem zur Erzeugung von Spänen der größtmöglichen Härte von dem bearbeiteten Metall führenden kleinsten Winkel ist.

65. Verfahren zum Rerstellen eines Schneidwerkzeugs für die kontinuierliche spanende Bearbeitung eines bestimmten Metalls, dadurch g e k e n n z e 1 e h n -e t, daß man das Werkzeug mit einer Schneidkante aus einem seine Schneidfähigkeit bei Temeraturen oberhalb etwa 65o ° behaltenden Werkstof. sowie mit einem effektiven.Spenwinkel versieht, welcher im wesentlichen gleich dem zur Erzeugung von Späne größtmöglicher Härte von dem bearbeiteten Metall führenden kleinsten Winkel ist.

66. Verfahren zum Herstellen eines einen effektiven Spanwinkel aufweisenden Schneidwerkzeugs zum kontinuierlichen spanenden Bearbeiten von Metall, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß man das Werkzeug zum Ablösen von Spänen von dem zu bearbeiten en Metall verwendet, daß man die Härte der abgelbsten Späne bestimmt daß man den effektiven Spanwinkel des Werkzeugs vergrößert, daß man das Werkzeug erneut zum Ablösen von Spänen von dem Metall verwendet1 und daß man den effektiven Spanwinkel solange vergröBert, bis die größte Härte der Späne erreicht ist

67. Verfahren sum spanenden Bearbeiten eines Metalls, dadurch gekennzeichnet, daß man da:s Metall mit einem Werkzeug bearbeitet, welches eine Schneidkante aus einem seine Schneidfähigkeit bei Temperaturen oberhalb etwa 650 °C behaltenden Werkstoff aufweist und einen effektiven Spanwinkel hat, welcher im wesentlichen gleich dem zum Erzeugen von Spänen größtmöglicher Härte von dem bearbeiteten Metall führenden kleinsten Winkel ist.

L e e r s e i t e