DE2610386A1 - Radial verstellbares dreh-schneidwerkzeug - Google Patents

Radial verstellbares dreh-schneidwerkzeug

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Description

D 2800 BREMEN 1 · EDUARD-GRUNOW-STRASSE 27 · TELEFON ( 0421 ) · 7 20 48 TELEGRAMMEFERROPAT · TELEX OQ 44 020 FEPAT ■ BREMER BANK 100 9072 · POSTSCHECK HAMBURG 25 57
Acme-Cleveland Corporation, eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Ohio, 1242 E. 49th Street, Cleveland, Ohio 44114, V.St.A.
Radial verstellbares Dreh-Schneidwerkzeug
Die Erfindung beschäftigt sich mit einem radialen Dreh-Schneidwerkzeug, etwa in der Form eines Bohrers oder einer Reibahle od.dgl. sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung. Insbesondere wird eine verbesserte Konstruktion des Werkzeugkopfes Gegenstand der Beschreibung sein, bei der Kopf aus einem Stück eines speziell präparierten, zylindrischen Rohlings geformt wird, welcher eine zusammengesetzte metallurgische Struktur hat. Insbesondere beschäftigt sich die Erfindung mit einer Einrichtung zur Herstellung eines radial verstellbaren Werkzeugkopfes', etwa in der Form einer Aufweit-Ahle, um die beiden Herstellungsschritte, nämlich die Herstellung von Sitzen für die Werkzeugstahl-Schneidelemente oder - Klingen einerseits und für das Verankern der Werkzeugstahl-Klingen im Werkzeugrumpf, der aus Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt besteht, zu eliminieren. Die Erfindung bringt besondere Vorteile in Verbindung mit der Herstellung von Aufweitahlen, die mit einem Schraubstift versehen sind, welcher in eine axiale Gewindebohrung des Werkzeugrumpfes
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eingeschraubt sind, um die Klingen radial nach auswärts zu drücken.
Aufweitahlen sind normalerweise mit sich axial erstreckenden Radialschlitzen versehen, um die radiale Ausdehnung des Werkzeugkopfes zu ermöglichen, wenn ein Justierstift in eine axiale Schraubbohrung in den Kopf eingedreht wird. Die Ausdehnungsfähigkeit des Werkzeugs ermöglicht das Aufrechterhalten eines vorbestimmten Außendurchmessers,während gleichzeitig das notwendige Schleifen des Außendurchmessers ermöglicht wird. Die Aufweitungsmöglichkeit dient zur Kompensation der Abnutzung, etc. und erlaubt kleinere Justierungen zur Einhaltung der erforderlichen Toleranzen.
Dreh-Schneidwerkzeuge wie etwa Aufweitahlen u.dgl. werden gewöhnlich aus einem im wesentlichen zylindrischen Rohling von Stahl mit niedrigem bis mittlerem Kohlenstoffgehalt geformt, in welchen sich axial erstreckende Sitze eingearbeitet sind, die die Werkzeugstahl-Schneidelemente oder -Klingen aufnehmen können. Die Klingen sind normalerweise hart gelötet, mit Silber verlötet oder an den Rohling angeschweißt. Wenn die Klingen an den Rohling hartgelötet sind, erweicht die beim Löten auftretende Hitze die Werkzeugstahlklingen erheblich, und zwar wegen des übertemperns oder ungenügenden Härtens. Wenn die Klingen eingelötet werden, besitzt das fertige Werkzeug eine geringe thermische Widerstandsfähigkeit und wenn sie geschweißt werden, ist die sich ergebende Schnittstelle zwischen den Klingen und dem Stahlrohling mit niedrigem Kohlenstoffgehalt brüchig und verletzbar, so daß es durch Schlag oder Vibration beschädigt werden kann.
Ein Dreh-Schneidwerkzeug, beispielsweise die erwähnte Aufweitahle, kann auch mit eingesetzten, sich wenig abnutzenden Karbid oder Keramik-Spitzen versehen sein, um die Le-
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bensdauer des Werkzeugs und die Schneidfähigkeit zu erhöhen. Ein solches mit Karbid-Spitzen versehenes Werkzeug stellt eine Mehrkomponenten-Anordnung dar, bestehend aus einem Stahlkörper mit niedrigem bis mittlerem Kohlenstoffgehalt, Werkzeugstahlklingen und Karbid-Spitzen. Das Zusammensetzen bedeutet, daß die Sitze oder Schlitze für die Klingen und Spitzen ausgearbeitet werden müssen und daß diese angelötet oder in sonstiger Weise an dem Werkzeugkörper oder -Rumpf festgelegt werden müssen.
Obgleich die Eigenschaft von Karbid oder Keramik, die sie als Schneidwerkzeuge sehr erwünscht machen, durch die für das Löten oder Verbinden erforderliche Hitze nicht nachteilig beeinflußt werden, erhöht der Einbau mehrerer und unterschiedlicher Elemente erheblich die Herstellungskosten dieser Form von Dreh-Schneidwerkzeugen.
Das erfindungsgemäße Werkzeug jedoch eliminiert oder wenigstens mindert die vorstehend genannten Nachteile und bringt andererseits Merkmale und Vorteile, die bislang mit vergleichbaren Werkzeugen nicht erhalten wurden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug der genannten ARt zu schaffen, bei dem keine separaten Werkzeug-Stahleinsätze oder - Klingen eingesetzt und verankert werden müssen. Demzufolge soll das erfindungsgemäße Drehwerkzeug wenigstens an seinem Werkzeugkopf mitsamt den Werkzeugs-tahl-Schneidflachen aus einem Stück eines zylindrischen Rohlings gefertigt werden können. Weiter soll bei der radialen Ausdehnung das Auftreten von Zugspannungen auf bearbeiteten Flächen des kerbempfindlichen Werkzeugstahls vermieden oder wenigstens klein gehalten werden.
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Zugkräfte sind beschränkt auf bearbeitete Oberflächen auf Stahl mit niedrigem bis mittleren Kohlenstoffgehalt. Weiter soll die Erfindung ein Dreh-Schneidwerkzeug mit Keramik oder Karbidspitzen schaffen, das merkbar weniger Teile erfordert und bedeutend leichter herstellbar ist als die konventionellen Formen derartiger Werkzeuge.
Die genannten Vorteile werden mit der Erfindung erreicht, gemäß der ein Dreh-Schneidwerkzeug mit einem Schneidkopf an einem Ende und einem Schaft am anderen Ende hergestellt wird, wobei der Schneidkopf eine axiale Bohrung besitzt, welche über einen Teil ihrer Länge mit Gewinde versehen ist, und von der nach außen sich mehrere in Längsrichtung erstreckende radiale Schlitze ausgehen, die eine radiale Ausdehnung des Kopfes erlauben. Ein Expansionelement wie ein Schraubstift wird in die Bohrung hineingedreht und hineingezogen und ist so ausgeführt, daß dadurch der Schneidkopf sich radial ausdehnt.
Erfindungsgemäß besitzt der Schneidkopf einen inneren Kernabschnitt aus einem Werkzeugstahl von niedrigem bis mittlerem Kohlenstoffgehalt und einem ringförmigen Außenabschnitt, der metallurgisch mit dem Kernabschnitt verbunden ist und aus einer Werkzeugstahllegierung besteht. Der ringförmige Außenabschnitt besitzt mehrere umfangmäßig Abstand aufweisende längsgerichtete Kehlen oder Nuten, die zwischen sich integrale, sich in Längsrichtung erstreckende, radial verstellbare Schneidflächen definieren. Schlitze für Keramikoder Karbidspi-tzen können auf Wunsch in den ringförmigen Außenabschnitt des Gehäuses eingearbeitet werden.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben.
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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines auf
Länge geschnittenen Rohling, der speziell zur Herstellung des mit den Merkmalen der Erfindung ausgestatteten Werkzeugs zubereitet ist;
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer radial verstellbaren, mit den Merkmalen der Erfindung versehenen Ahle;
Fig. 3 eine Seitenansicht des teilweise axial geschnittenen Werkzeugs gemäß Fig. 2, wobei der Schnitt gemäß Linie 3-3 aus Fig. 4 genommen ist;
Fig. 4 eine Stirnansicht längs der Linie 4-4 aus Fig. 3;
Fig. 5 einen radialen Querschnitt längs der Linie 5-5 aus Fig. 3;
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des radial verstellbaren erfindungsgemäßen Werkzeugs;
Fig. 7 einen teilweisen Axialschnitt der radial verstellbaren Ahle gemäß Fig. 6, wobei der Schnitt Längs Linie 7-7 aus Fig. 8 geführt ist;
Fig. 8 eine Stirnansicht längs der Linie 8-8 aus Fig. 7;
Pig. 9 einen Querschnitt längs der Linie 9-9 aus
Fig. 7;
und
Fig. 10 einen Querschnitt längs der Linie 10-10
aus Fig. 7.
Zur nachstehenden Erläuterung der Erfindung wird diese an " einer Aufweit-Ahle beschrieben, wobei dem Fachmann klar ist, daß die Erfindung auch auf andere Dreh-Schneidwerkzeuge mit radial einstellbaren Schneidköpfen anwendbar ist.
Die Aufweitahle 10 gemäß Fig. 2 bis 5 besitzt einen Schaft 11, der an einem Ende an die rückwärtige Stirnseite eines Schneidkopfes 12 angeschweißt ist. Der Schneidkopf 12 ist ein einheitliches Werkstück, das aus einem auf Länge zugeschnittenen zylindrischen Rohling 13 (Fig. 1) hergestellt
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ist, wobei der Rohling aus einer speziell zubereiteten, zusammengesetzten Hütten-Legierung besteht, der Rohling besitzt einen mittleren Kernabschnitt 14, der aus einem Stahl mit mittlerem bis niedrigem Kohlenstoffgehalt besteht, und besitzt einen zylindrischen Mantelabschnitt 15 aus Werkzeugstahl. Der Rohling dieser zusammengesetzten Figenschaft besitzt eine Legierungsbindung von absoluter Fehlerlosigkeit zwischen den beiden Komponenten.
Man sieht, daß der aus dem Rohling 13 gefertigte Schneidkopf 12 einen zusammengesetzten Legierungscharakter hat, und sich aus einem Stahlkern 16 mit niedrigem bis mittlerem Kohlenstoffgehalt und einem äußeren Werkzeugstahl 17 zusammensetzt. Wie man am besten aus Fig. 3 erkennt, ist in dem Kern 16 eine Axialbohrung 18 herausgeholt, die sich über den größeren Teil der axialen Länge des Schneidkopfes 12 erstreckt. Die Bohrung 18 besitzt einen konisch zulaufenden äußeren Endabschnitt 19, welcher mit einem konisch geformten Kopf eines an einem Ende mit Gewinde versehenen Aufweitstiftes 21 kooperiert. Der Aufweitstift 21 wird in den Gewindeabschnitt der Bohrung 18 eingeschraubt. Ein Drehen des Stiftes 21 in die Bohrung 18 zieht den vergrößerten Kopf des Stiftes in den Endabschnitt 19 der Bohrung ein und bewirkt eine Aufweitung des Schneidkopfes 12 in radialer Richtung. Der Kopf des AufweitStiftes 21 besitzt ein sechseckiges Loch 22, in welches ein üblicher Sechskant-Steck- schlüssel eingesetzt und dann zum Drehen der Schraube gedreht werden kann.
Der Schneidkopf 12 besitzt acht sich axial erstreckende, radiale Schneidflächen 23, bestehend aus den Vorderseiten von acht Stegen, die integral an dem Körper des Schneidkopfes 12 ausgebildet sind. Die Flächen 23 und die ihnen zugeordneten Stege besitzen in ümfangsrichtung um den Schneidkopf 12 herum
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zwischen den Kehlen 24 Abstand, welche in dem Werkzeugstahl-Mantel 17 des Schneidkopfes 12 ausgebildet sind. Die in Fig. 4 und 5 im einzelnen dargestellten Stege sind mit Flächen 25 hinterschnitten, die zusammen mit den Schneidflächen 23 eine Schneidkante bilden. Die Erfindung ist natürlich nicht auf Werkzeuge mit acht Kehlen, Stegen und Schneidflächen beschränkt. Beispielsweise kann die Erfindung auch mit einer größeren oder kleineren geradzahligen Anzahl von Kehlen und Schneidflächen angewandt werden.
Um die radiale Ausdehnung der Ahle 10 zu ermöglichen, sind vier sich axial erstreckende Radialschlitze 27 durch den vorderen Abschnitt des Schneidkopfes 12 geschnitten, wie man am besten aus den Fig. 3-5 erkennt. Die Radialschlitze 27 sind rechtwinklig gegeneinander um den Umfang des Schneidkopfes 12 ersetzt und unterteilen den Schneidkopf in vier Segmente. Wenn somit der Aufweitstift 21 in die Bohrung 18 hineingezogen wird, drückt sein konischer Kopf 20 die Segmente radial nach außen, so daß die Schneidflächen 23 auf einen größeren Durchmesser reiben. Die Anzahl der Radialschlitze in einem Werkzeug ist vorzugsweise halb so groß wie die geradzahlige Anzahl der Kehlen und Schneidflächen. ·
Wie in der bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 3 dargestellt ist, durchtrennen die Radialschlitze 27 Vorzugs-, weise nur den nicht geschnittenen Abschnitt der Bohrung 18, der glatte Innenwände besitzt. Der mit Gewinde geschnittene Abschnitt der Bohrung 18 liegt axial tiefer im Inneren des Kopfes 12 jenseits der axialseitigen Enden der Radialschlitze 27. Auf diese Weise können größere Zugbelastungen, die durch die Ausdehnung des Kopfes erzeugt werden, in dem Material in der Nähe der Bohrungswandung toleriert werden.
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Der erfindungsgemäße Werkzeugkopf erfordert kein Löten oder Schweißen des Kopfes und ermöglicht eine Wärmebehandlung des Werkzeuges bei einer Temperatur, die für die Herstellung eines austenitischen Werkzeugstahls und der dazu nötigen Temperung besser kompatibel ist, so daß sich eine verbesserte Werkzeugqualität ergibt. Die erzielbaren Ergebnisse sind wesentlich besser als gegenüber dem Fall, daß getrennte Klingen in ausgearbeiteten Sitzen im Körper des Werkzeugkopfes verlötet oder in anderer Weise verankert werden müssen.
Vorzugsweise befinden sich die im Inneren ausgearbeiteten Flächen des Werkzeugs nur in dem Stahlkern 16 mit niedrigem oder mittlerem Kohlenstoffgehalt und besitzt zu dem sich außen herum erstreckenden Werkzeugstahlmantel 17 Abstand. Daher wird bei der Ausdehnung der Kern 16 von niedrigem Kohlenstoffstahl die Zugbelastungen übernehmen und der erletzungsempfindliche Werkzeugstahl des Mantels 17 erstreckt sich, vorteilhafterweise radial nicht tiefer als bis zur neutralen Achse der belasteten und ausgedehnten Abschnitte oder Segmente des Werkzeugkopfes und liegt daher auf der Druckseite der neutralen Achse.
Man bemerke, daß das ausdehnbare Werkzeug gemäß der Erfindung größere Torsionsfestigkeit als übliche Werkzeuge mit eingesetzten Klingen wegen des diskontinuierlichen äußeren Werkzeugstahlmantels besitzt. Die verbesserte Festigkeit führt zu einer erhöhten ausgearbeiteten Lochqualität und zu einer größeren Lebensdauer des Werkzeugs. Die Erfindung ermöglicht weiter eine Wärmebehandlung des Werkzeugs, die mit dem Werkzeugstahl-Schneidabschnitt kompatibler ist als die Behandlung, die mit einem Werkzeugkörper möglich ist, in welchen Einsätze eingefügt werden müssen. Die erhöhte Werkzeugfestigkeit in Kombination mit den verbesserten Legierungseigenschaften führt
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zu einem einstellbaren Werkzeug, das außerordentlich leistungsfähig ist und eine höhere Lochqualität ergibt, als sie mit üblichen Vollstahlwerkzeugen erreichbar ist.
Die vorstehend beschriebene Erfindung kann auch mit Vorteil auf radial verstellbare Dreh-Schneidwerkzeuge angewandt werden, die eingesetzte Spitzen aus hartem Material (z.B. Wolfram-Karbid oder Keramik) besitzen. Mit Karbid-Spitzen versehene Schneidwerkzeuge, die die gleiche zusammengesetzte Legierung haben, brauchen nicht eine Ausrüstung und Verankerung von Werkzeugstahl-Stützklingen in den Schneidflächen, was bei konventionellen mit Spitzen versehenen Schneidwerkzeugen notwendig ist.
Die Fig. 6-10 zeigen diese Ausführungsform der Erfindung anhand eines Schneidwerkzeugs. Als Beispiel wird wieder die gleiche Aufweitahle wie in der vorstehend, beschriebenen Ausführungsform beschrieben. Die dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der bevorzugten Ausführungsform dadurch, daß Einsätze aus Wolfram-Karbid, beispielsweise an den vorderen Enden (bei Betrachtung der Fig. 6 und 7) der Schneidflächen hinzugefügt sind. In den Fig. 6-10 tragen Teile, die in den vorangegangenen Figuren bereits vorgekommen sind, die gleichen Bezugszeichen.
Diese abgewandelte Ausführungsform der Erfindung hat mit Ausnehme der Karbid- oder Keramikeinsätze die gleiche * Struktur wie die oben beschriebene Ausführungsform. Insbesondere ist der Schneidkopf 12 der Ahle aus einem legierten Rohling gefertigt, dessen Kernabschnitt 14 aus Stahl mit niedrigem bis mittleren Kohlenstoffgehalt besteht und dessen Mantelabschnitt 15 wie erwähnt aus Werkzeugstahl besteht. Die Einsätze 30, beispielsweise aus Karbid, sind an dem Mantel 15 durch geeignete Maßnahmen, wie etwa Anlöten, in Taschen oder Schlitzen 31 befestigt,
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die in die Vorderenden der Schneidflache 23 eingewalzt sind. Die Einsätze 30 fluchten mit den Schneidflächen 23 sowie mit den sich axial erstreckenden und abgekanteten Schneidkanten.
Die Karbideinsätze 30 wirken im Betrieb als primäre Schneidflächen und der Mantel 15 des Kopfes 12 wirkt sowohl als Führung für die Schneidflächen wie auch als Hinterfütterung. In konventionellen Schneidwerkzeugen, die mit Karbid-Spitzen ausgerüstet sind, beispielsweise konventionellen Aufweitahlen, müssen in den Schneidflächen Taschen ausgearbeitet werden, um sowohl die stützenden Klingen aus Werkzeugstahl wie auch die Karbid- oder Keramikspitzen aufzunehmen.
Die mit Karbisspitzen ausgerüstete Ausführungsform der Erfindung stellt sich als Erweiterung der vorstehend beschriebenen Ausführungsform dar und nutzt deren Vorteile in Richtung auf ein Werkzeug aus, das in einfacherer und bequemeren Weise mit . Spitzen versehen ist.Beispielsweise kann die Anzahl der bei konventionellen mit Karbid-Spitzen versehenen Werkzeuge erforderlichen Einsatzelemente auf die Hälfte reduziert werden. Weiter wird wesentliche Bearbeitungszeit und -Kosten gespart.
Die Nachteile, mit denen die konventionellen Werkzeuge behaftet sind, werden beseitigt trotz der Notwendigkeit, die Karbid-Einsätze in ihre Schlitze einzulöten und zwar weil die erwünschten Eigenschaften des Karbids und des Keramik nicht durch die Wärme nachteilig beeinflußt werden, die für ein qualitativ hochwertiges Löten oder sonstiges Verbinden erforderlich ist. Weiter dient der Werkzeugstahl bei einstellbaren, mit Karbidspitzen versehenen Ahlen als
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Lagerfläche in Verbindung mit den Karbid-Schneidspitzen statt als Schneidfläche, so daß eine eventuell reduzierte Werkzeugstahlhärte, die sich als i-'olge der Wärmeentwicklung beim Anlöten oder sonstigen Verbinden ergeben könnte, nicht nachteilig auswirken kann. Folglich werden die Schneideigenschaften des Werkzeugs durch das Anbringen der Spitzen und der dabei auftretenden Temperaturen nicht beeinträchtigt.
Insgesamt wurde ein radial verstellbares Dreh-Schneidwerkzeug beschrieben, und zwar im besonderen eine Reibahle. Der Werkzeugkopf besitzt einen im Ganzen zylindrischen Körper mit an einem Ende angesetztem Schaft und einen radial geschlitzten Schneidkopf am anderen Ende. Der Schneidkopf besitzt eine sich axial erstreckende, zentrale Gewindebohrung und kann ein Ausdehnungselement darin aufnehmen, mit dessen Hilfe der Schneidkopf radial ausgedehnt oder vergrößert werden kann, wenn nämlich das genannte Element in die Bohrung eingedreht wird. Der Schneidkopf besitzt einen inneren Kern, bestehend aus einem Stahl mit niedrigem bis mittlerem Kohlenstoffgehalt sowie einem . Mantelabschnitt aus Werkzeugstahl, der an den Kernabschnitt anlegiert ist, so daß sich eine einheitliche Gesamtstruktur ergibt. Der Mantelabschnitt besitzt mehrere über den Umfang gleichmäßig verteilte längsgerichtete Kehlen, die integrale, sich in Längsrichtung erstreckende radial verstellbare Schneidflächen definiert.
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Claims (6)

  1. Ansprüche
    M.)Dreh-Schneidwerkzeug mit einem Schneidkopf aus einem im wesentlichen zylindrischen Korpus und sich axial erstreckenden Schneidflächen, die um den Umfang des Korpus gleichmäßig verteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kernabschnitt (16) aus einem Stahl besteht, der niedrigen bis mittleren Kohlenstoffgehalt besitzt, und von einem äußeren Mantelabschnitt (17) umgeben ist, der an den Kernabschnitt anlegiert ist und aus Werkzeugstahl besteht, wobei an den Mantelaiischnitt mehrere sich axial erstreckende über den Umfang gleichmäßig verteilte Schneidflächen integral angeformt sind.
  2. 2. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidflächen (23) mit Taschen in dem Mantel versehen sind, in welche Hart-Material-Einsätze eingesetzt werden können, welche mit dem Mantel in der Tasche verbunden sind.
  3. 3. Schneidwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hart-Material ein Karbid oder Keramik ist. '
  4. 4. Schneidwerkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine axiale Bohrung (18) in dem Korpus ausgebildet ist und daß mehrere sich axial erstreckende Radialschlitze (27) vorgesehen sind, die den Mantelabschnitt des Korpus in mehrere Mantelsektoren unterteilen; und daß eine Verstellvorrichtung für die Sektoren vorgesehen ist, mit der die radialeAusdehnung der Schneidfläche veränderbar ist.
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  5. 5. Schneidwerkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Bohrung im inneren Teil mit Innengewinde versehen ist, und daß der Aufweitstift einen konischen Kopf zum Vergrößern der radialen Ausdehnung der Schneidfläche besitzt.
  6. 6. Verfahren zur Herstellung eines Schneidkopfes für ein Schneidwerkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stahlrohling, dessen innerer Kern aus einem Stahl mit niedrigem bis mittlerem Kohlenstoffgehalt besteht und der einen an den Kern anlegierten Mantel aus Werkzeugstahl besitzt, auf Länge geschnitten wird, daß in dem geschnittenen Rohling mehrere am Umfang gleichförmig verteilte, sich längs erstreckende Schneidflächen ausgeformt werden, welche aus dem Werkzeugstahl-Mantel gebildet sind, und daß zur Veränderung des Schneidradius' der Schneidflächen eine Axialbohrung sowie Radialschlitze aus dem Rohling herausgearbeitet werden.
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