DE2936583C2 - Hochleistungsschneideinsatz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen umsetzbaren polygonalen Schneideinsatz nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Seit einigen Jahren verwendet die Metallschneidindustrie Werkzeughalter mit Hartmetalleinsätzen zur Bearbeitung von Werkstücken. Dabei wurde früher das Hartmetall (Wolframkarbid) auf einen Stahlschaft hartgelötet. Es wurden viele unterschiedliche Arten von Karbiden entwickelt Man nahm später Abschied von der hartgelöteten Spitze und setzte mechanische Werkzeughalter ein, um einen blockartigen. Einsatz, beispielsweise einen im Querschnitt quadratischen, dreieckförmigen oder runden Einsatz mit einer Dicke im Bereich von 12,7 bis 19,1 mm und einer Länge von 38 bis 50 mm oder mehr, zu fixieren. Dieser Einsatztyp wurde mehr oder weniger vertikal gelagert mit geeigneten Neigungswinkeln an der Vorderseite eines mechanischen Werkzeughalters und wurde durch eine Stützschraube gehalten und durch diese Schraube nach oben verstellt, wenn der Einsatz abgenutzt und wieder scharf geschliffenwar.

In der nächsten Entwicklungsphase wurden die sogenannten Wegwerfeinsätze hergestellt, die die Form von kleinen flachen Pellets aus Wolframkarbid besaßen. Die Werkzeughalter waren an einer Ecke mit einer kleinen Tasche mit einer flachen Stützwand und stützenden Seitenwänden versehen, wobei eine Ecke offenblieb, um einen fixierten Einsatz dem Werkstück auszusetzen. Verschiedenartige Klemmeinrichtungen und stiftartige Haltevorrichtungen wurden benutzt, um die kleinen Einsätze fest in den Haltevorrichtungen zu arretieren.

Als Weiterentwicklung wurden in die Deckflächen dieser Einsätze im Abstand von der Schneidkante sogenannte Spanführungsnuten eingeschliffen, um eine Spanführung für das geschnittene Metall vorzusehen. Dadurch wurde eine spiralförmige Drehung des entfernten Metalls erreicht, um auf diese Weise lange, sich verfangende Metallstreifen zu vermeiden. Vorzugsweise wurden die Späne in Wendelform abgeführt und zu einzelnen Abschnitten aufgebrochen, die vom Werkstück abfielen. Später wurden derartige Spanführungsnuten in die rohen Wolframkarbideinsätze vor der Hitzebehandlung, cL h. dem Sintervorgang, durch den das Wolframkarbid verfestigt wird, eingepreßt Dadurch war es möglich, komplexere Formen in den Flächen der ίο Einsätze vorzusehen.

Ein Beispiel eines dieser älteren Einsätze ist in der US-PS 31 37 917 beschrieben. Jüngere Entwicklungen sind in den US-PS 37 92 515, 38 75 663 und 39 73 307 offenbart In der letztgenannten Patentschrift ist ein erhabener peripherer Rücken beschrieben, der sich um den Einsatz herum erstreckt, und ein Abfallen dieses Rückens auf eine flache und niedrigere Fläche, die den mittleren Teil des Einsatzes einnimmt

Aus der US-PS 40 56 871 ist ein Schneideinsatz bekannt. der eine mittlere Stirnfläche aufweist, die vorzugsweise parallel zu der durch die Schneidkanten gebildeten Ebene verläuft. Dabei ist zwischen einer ansteigenden Fläche und der mittleren Stirnfläche ein abrupter Obergang vorhanden. Hierbei gelangt somit immer eine relativ enge Spanbrechernut zum Einsatz, während der mittlere Teil des Einsatzes von einer gesonderten Stirnfläche gebildet wird, die vorzugsweise auf gleicher Höhe mit der Schneidflächenebene oder über dieser angeordnet ist

Ein Schneideinsatz der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art ist aus der GB-PS 11 54 754 bekannt Hierbei ist die sich an den unteren Rand einer jeden Flanke anschließende Spanfläche parallel zu der durch die Schneidkanten definierten Ebene angeordnet und als an alle anderen Flanken mitangrenzende ebene Fläche ausgebildet

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schneideinsatz der angegebenen Art zu schaffen, der in bezug auf die Spanführung und den Spanaufbruch verbesserte Eigenschaften aufweist, die geringere Schneidkräfte erforderlich machen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst

Der erfindungsgemäß ausgebildete Schneideinsatz ist für Hochleistungsschneidvorgänge einsetzbar, wobei der Energieverbrauch gesenkt und ein gleichmäßig entstandener und abgebrochener Span erreicht werden kann. Es werden sowohl bei den Radialkräften als auch den Vorschubkräften, wenn die Spanbildung beginnt und wenn der Span danach bricht, geringere Schwankungen erzielt Ferner werden bei den Tangentialkräften geringere Schwankungen erreicht Schließlich besitzt der Einsatz eine relativ hohe Festigkeit Im einzelnen umfaßt der Einsatz einen Kantenrücken, der sich in einer abwärts gerichteten Ebene von der Kante aus nach innen erstreckt, um beispielsweise bei einem Schneidwerkzeug mit einem negativen Neigungswinkel von 5° einen neutralen Neigungswinkel vorzusehen.

Dieser Rücken fällt von seiner inneren Kante zur Basis einer ebenen Spanfläche scharf ab, die sich unter einem sehr niedrigen Winkel, wie 1° bis 5°, je nach der Größe des Einsatzes, aufwärts erstreckt, wobei sich die aufwärts erstreckende Spanfläche in Richtung auf die Mitte des Einsatzes verengt Bei großen Einsätzen findet ein niedriger Winkel Verwendung, während bei kleinen Einsätzen ein größerer Winkel Anwendung findet.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf einen quadratischen Einsatz;

F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in F i g. 1;

F i g. 3 eine vergrößerte Draufsicht auf eine Ecke des quadratischen Einsatzes;

F i g. 4 eine Draufsicht auf einen dreieckförmigen Einsatz; und

F i g. 5 eine vergrößerte Schnittansicht des unteren Endes der in einem Einsatz angeordneten Bohrung.

In Fig. 1 ist ein quadratischer Einsatz 10 dargestellt, der aus Wolframkarbid einer geeigneten Qualität hergestellt worden ist, wie bekannt. Es können auch andere polygonale Formen Anwendung finden, wie dreieckförmige, hexagonale u. a. Einsätze.

Die an den Ecken zusammentreffenden und abgerundeten Seitenflächen 12 liegen in sich schneidenden Ebenen, die sich parallel zur Achse des Einsatzes 10 und senkrecht zu einer Ebene erstrecken, die die oberen Umfangskanten enthält Jede Seitenwand endet mit ihrer oberen Umfangskante in einer Schneidkante 14, die durch die Seitenflächen und eine Spanflächenfase 16 gebildet wird, welche durch eine ebene Fläche gebildet wird, die sich unter einem Winkel von 5° bis 15° von der Kante 14 nach innen und unten erstreckt. Beispielsweise ist in Fig.2 ein Winkel von 5° dargestellt. Wenn ein Einsatz mit einer Neigung von 5° der Spanflächenfase 16 in einem Werkzeughalter mit einem negativen Neigungswinkel von 5° "verwendet wird, ergibt sich in bezug auf das zu bearbeitende Werkstück ein neutraler seitlicher Neigungswinkel und ein negativer hinterer Neigungswinkel, so daß auf diese Weise während des Schneidens ein Schervorgang zur Erzeugung des Spanes entsteht. Wenn beispielsweise ein größerer Neigungswinkel für die Spanflächenfase Verwendung findet, wird dem Werkstück ein positiver seitlicher Neigungswinkel und ein negativer hinterer Neigungswinkel dargeboten, wenn der Einsatz in dem vorstehend beschriebenen Werkzeughalter mit einem negativen Neigungswinkel von 5° eingesetzt wird.

Die Breite der Spanflächenfase 16 variiert mit der Größe des Einsatzes und der angewendeten Vorschubgeschwindigkeit. Ein großer Einsatz wird normalerweise bei schwereren Metallschneidvorgängen und größeren Vorschubgeschwindigkeiten eingesetzt als kleine Einsätze. Beispielsweise wird ein quadratischer 19 mm-Einsatz vorzugsweise mit einem Rücken von 0,64 mm versehen.

Der Einsatz 10 weist eine mittlere Bohrung auf, die entweder bei einer stiftartigen Haltevorrichtung (nicht gezeigt) Verwendung findet, die einen Stift in der Haltevorrichtung aufweist, der in die Öffnung vorsteht und bewegt werden kann, um den Einsatz gegen die Stützwände (Einsatztaschenwände) der Haltevorrichtung zu drücken, oder bei einem Kombinationswerkzeughalter, bei dem sowohl ein Stift, wie beschrieben, als auch eine Oberklemme zum Herunterdrücken des Einsatzes gegen den Sitz als Halterung des Einsatzes in der Tasche Verwendung finden.

Die Bohrung 18 kann an der unteren Basis 23 des Einsatzes eine Einsenkung 19 umfassen, um ein Abplatzen oder Brechen des Einsatzes zu vermeiden.

Die ebene Flanke 20 des Einsatzes innerhalb der Spanflächenfase 16 fällt unter einem Winkel von etwa 30° bis 55°, bei dem gezeigten Beispiel mit einem Winkel von 45°, scharf ab. Sie ist dann bei'24 abgerundet und geht in die innere Fläche 22 des Einatzes über, die als ebene Spanfläche zur Bohrung 18 im Einsatz ansteigt. Der Anstiegswinkel der Flächen 22 beträgt bei dem gezeigten Beispiel etwa 3° und ist in allen Fällen sehr gering (etwa Γ bis 5° für andere Einsätze). Jede geneigte Fläche 22 verengt sich beim Anstieg auf die Mitte des Einsatzes zu, so daß innerhalb der Spanflächenfase 16 und der abfallenden Flächen 20 eine Pyramide mit kleinem Winkel gebildet wird. Die geneigten

ίο Flächen 22 schneiden die Bohrung 18 und enden an dieser geringfügig unterhalb der durch die Schneidkanten 14 gebildeten Ebene. Die Fläche 22 dient beim Hochleistungsschneiden dazu, den Span lange genug zu berühren und spiralförmig zu drehen, um eine ausreichende Wendelbildung der Späne und ein ausreichend häufiges Brechen derselben zu ermöglichen, damit der Schneidvorgang in vorteilhafter Weise durchgeführt werden kann.

In F i g. 4 ist ein dreieckförmiger Einsatz 30 dargestellt. Dabei weist eine dreiseitige Pyramide innerhalb der Spanflächenfase 16 ebene Flächen 32 auf, die in Richtung zur mittleren Bohrung 34 ansteigen. Es können auch andere Einsätze mit-mehreren Seiten Verwendung finden, wie beispielsweise fünfeckige oder sechsekkige Einsätze.

Die Bohrung 18 der F i g, 1 bis 3 und die Bohrung 34 der F i g. 4 weisen vorzugsweise an der Grundfläche des Einsatzes eine Umfangskante auf, die, wie in F i g. 5 gezeigt, mit einer kleinen Gegenbohrung 19 versehen ist, um die Eckspannungen an diesem Punkt zu reduzieren.

Nachfolgend sind die durchschnittlichen Tangential-, Vorschub- und Radialkräfte angegeben, die beim Schneiden von A. 1. S. I. 8620 Stahl mit einem Durchmesser von 14,5 cm bei 224 UpM, 1,22 mm pro Umdrehung und einer Schneidtiefe von 0,250 mit einem Einsatz der vorstehend beschriebenen Art auftraten:

Tangentialkraft - 12 677 N

Vorschubkraft — 8 718 N

Radialkraft - 3 870 N

Folglich besitzt der Hochleistungseinsatz ausgezeichnete Schneideigenschaften bei einer relativ einfachen Konstruktion, die in einfacher Weise durch Pressen vor dem Sintern geformt werden kann. Die hierfür erforderlichen Formen sind daher entsprechend einfach, wodurch der Formvorgang mit niedrigen Kosten und einer geringeren Ausfallquote verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (2)

Patentansprüche:

1. Umsetzbarer polygonaler Schneideinsatz aus Hartmetall für ein Schneidwerkzeug der spanabhebenden Bearbeitung, der parallel zur Schneideeinsatzachse angeordnete ebene Seitenflächen mit in zur Schneideinsatzachse senkrechten Ebene liegenden oberen und unteren Umfangskanten aufweist, dessen obere Umfangskanten als Schneidkanten ausgebildet sind, an die jeweils eine unter einem relativgeringen Winkel nach innen abfallende Spanflächenfase angrenzt, von deren innerem Rand eine ebene Flanke unter einem Winkel von 30 bis 55° scharf nach unten abfällt, der wiederum eine innenliegende ebene Spanfläche folgt, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene Spanfläche eine in Richtung zur Ebene der Schneidkanten (14) und zur Schneideinsatzachse unter einem Winkel von 1° bis 5° ansteigender Fläche (22, 32) ist, die in Verschneidung zusammen mit den zu den anderen Schneidkanten (14) gehörigen Spanflächen den Mantel einer noch unterhalb der Ebene der Schneidkanten (14) liegenden Pyramide bildet.

2. Einsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanflächenfase (16) unter einem Winkel von 5° bis t5°, vorzugsweise 5°, nach innen abfällt.