DE29901233U1

DE29901233U1 - Schneidwerkzeug

Info

Publication number: DE29901233U1
Application number: DE29901233U
Authority: DE
Original assignee: Jakob Lach GmbH and Co KG
Current assignee: Jakob Lach GmbH and Co KG
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 1999-07-15
Anticipated expiration: 2009-01-27

Description

Schneidwerkzeug

Die Erfindung befaßt sich mit einem Schneidwerkzeug für die spangebende Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere aus Nichteisenmetallen oder Kunststoffen, dessen Schneidkante und angrenzende Spanfläche aus einer Schicht aus polykristallinem Diamant (PKD) oder polykristallinem Bornitrid (PKB) bestehen.

Insbesondere hochzähe Werkstoffe, wie z. B. Nichteisenmetalle oder Kunststoffe, neigen bei der spangebenden Bearbeitung zur Bildung sehr langer Späne, die durch unkontrollierte Bewegung die bearbeiteten Oberflächen beschädigen können. Man ist daher bestrebt, die Späne durch geeignete Maßnahmen im Bereich der Spanfläche zu kontrollieren.

Von Hartmetallwerkzeugen ist es schon bekannt, die Oberfläche im Bereich der Spanfläche bereits bei der Herstellung so zu formen, daß die Späne in bestimmter Weise geführt und/oder gebrochen werden. Besitzt ein Hartmetallwerkzeug mehrere Schneidkanten an seinen Flanken, sind die jeweils zugehörigen Erhebungen und Vertiefungen ineinander übergehend gestaltet.

Bei Werkzeugen aus PKD oder PKB besteht das Problem, daß bei der Herstellung der Rohlinge nicht wie bei Hartmetallwerkzeugen Vertiefungen in der Spanfläche vorgesehen werden könnne. Bisher werden beispielsweise zum Brechen der Späne daher Werkzeuge mit einer Spanbrecherstufe aus Hartmetall eingesetzt, wobei ein Einsatz, der beispielsweise aus auf einem Hartmetallträger aufgebrachtem PKD besteht, in einen genau passenden Einschnitt eines tragenden Hartmetallkörpers eingelötet ist. Dabei wird jedoch nur der den PKD tra-

gende Hartmetallträger in dem Einschnitt verlötet, so daß zwischen der Spanfläche des PKD und der entsprechenden Fläche des Einschnitts eine Fuge verbleibt. Es hat sich gezeigt, daß Späne in diese Fuge eindringen und sich dort festsetzen können. Diese Möglichkeit steht jedoch dem eigentlichen Bestreben entgegen, die Späne von der Schnittfläche fernzuhalten, um Beschädigungen zu vermeiden.

Auch Beschädigungen des Einschnitts selbst können auftreten.

Eine weitere Variante, im Wege des Elektroerodxerens durch die zum Zurechtschneiden des Einsatzes verwendete Schneideinrichtung über die gesamte Breite durchgängige Querrillen in die PKD-Schicht einzuarbeiten, erwies sich als unbefriedigend, da die bis zu den Außenkanten reichenden Querrillen eine hohe Bruchgefahr des Materials bewirken. Ohnehin besteht bei PKD und PKB, das aufgrund seiner kubisch orientierten Bornitridkristalle auch als CBN bekannt ist, aufgrund der sehr spröden Werkstoffeigenschaften die Gefahr von Sprödbrüchen, so daß gewisse Zielkonflikte mit der Vorgabe bestehen, den Span möglichst nahe an der Schneidkante zu brechen bzw. zu führen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Schneidwerkzeug der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das sich trotz seiner extremen Härte wirtschaftlich mit einer zur Spanführung oder zum Brechen des Spans geeigneten reliefartigen Form der Spanfläche herstellen läßt, ohne daß die Festigkeit der wenigstens einen Schneidkante gefährdet ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in die Spanfläche im Abstand von etwa 0,2 bis 0,4 mm von der Schneidkante durch Profilsenkerodieren eine allseitig umgrenzte Einsenkung mit einer Tiefe von etwa 0,2 bis 0,5 mm eingearbeitet ist.

Durch den verhältnismäßig geringen Materialabtrag wird das Material im Bereich der Schneidkante nicht geschwächt, so daß man die Vertiefung sehr nahe an der Schneidkante plazieren kann, wo ihre geringe Tiefe wiederum zum Brechen oder Leiten des Spanes ausreichend ist. Die genauen Maße für den Abstand der Einsenkung von der Schneidkante und ihre Tiefe hängen wegen der Gefahr eines Sprödbruches von der Geometrie und den Schnittbedingungen ab. Neben dem zu bearbeitetenden Werkstück spielen dabei vor allem der Freiwinkel, der Spanwinkel und der Spitzenwinkel bei Einstechwerkzeugen eine bedeutende Rolle, wobei auch die Werkstückform, insbesondere ein eventuell durchzuführender unterbrochener Schnitt, den Abstand von der Schneidkante beeinflussen.

Zum Herstellen der Einsenkung läßt sich problemlos das Profilsenkerodieren anwenden, da die zum Einsatz kommenden Materialien ohnehin eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen, um sie im Wege des bereits angesprochenen Drahterodieren schneiden zu können.

Durch die unmittelbar aus dem Material herausgearbeitete Einsenkung bestehen auch keine Probleme mit Fugen zwischen dem PKD bzw. CBN und einem Hartmetallkörper, in welchen sich Späne festsetzen könnten.

Vorzugsweise ist der Übergang vom Boden zu den Seitenwänden der Einsenkung mit einem Radius von etwa 0,04 bis 0,06 mm gerundet.

Eine derartige Kantenrundung ermöglicht auf der einen Seite ein sicheres Brechen des Spanes und vermeidet auf der anderen Seite eine unnötig größte Kerbwirkung, die bei Stoßbelastungen der Schnittkante zu Sprödbrüchen führen könnte.

Für den Einsatz als Spanleitstufe ist es zweckmäßig, daß der Übergang vom Boden zu den Seitenwänden der Einsenkung mit einem Radius von etwa 0,4 bis 0,6 mm gerundet ist.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß sich die Einsenkung als schmaler länglicher Graben mit einer Breite von etwa 0,25 bis 0,5 mm parallel zur Schnittkante erstreckt.

Ein derartig dimensionierter Graben hat die gewünschten spanbrechenden Eigenschaften und läßt sich schnell und einfach mit einer Profilelektrode herstellen. Demgegenüber ist ein großflächiger Materialabtrag wesentlich teurer in der Herstellung.

Bei Einstechwerkzeugen ist es zweckmäßig, daß sich an der Schneidspitze die Einsenkung bis auf einen Abstand von 0,2 bis 0,4 mm von den Schneidkanten über die Breite der Schneidspitze erstreckt.

In weiterer bevorzugter Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schicht aus PKD oder PKB die obere Lage eines Einsatzes ist, dessen aus Hartmetall bestehende untere Lage materialschlüssig mit dem Körper des Schneidwerkzeuges verbunden ist. Die beispielsweise ungefähr 0,5 mm dicke

Schicht aus PKD oder PKB ist untrennbar mit der Hartmetallunterlage verbunden, beispielsweise dadurch, daß beim Preßvorgang bei der Entstehung des polykristallinem Diamantbelags kleinste Diamantkörner von einem metallischen Bindemittel unterstützt mit der Hartmetalloberfläche verwachsen.

Vorzugsweise bildet die Schicht aus PKD oder PKB die gesamte Oberfläche einer Wendeschneidplatte und ist mit mehreren Einsenkungen versehen.

Aus Kostengründen ist es günstiger, statt einer durchgängigen Einsenkung zwischen den Schneidkanten jeweils den Schneidkanten zugeordnete einzelne Einsenkungen vorzusehen.

Es versteht sich, daß die zuvor beschriebenen Schneidwerkzeuge als Dreh-, Bohr- und Fräswerkzeug auch in der Form von in Halter einzusetzenden Wendeschneidplatten einsetzbar sind.

Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf Ausführungsbeispiele der Erfindung eingegangen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht eines Werkzeuges mit einem Schneidplatteneinsatz;

Fig. 2 einen Längsschnitt des Werkzeuges nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht eines weiteren Werkzeuges mit einem Schneidplatteneinsatz;

Fig. 4 einen Längsschnitt des Werkzeuges nach Fig. 3;

-S-

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Schneidplatte
mit drei Schneidkanten;

Fig. 6 einen vergrößerten Längsschnitt der

Schneidplatte im Bereich einer Schneidkante.

In Fig. 1 ist eine Schneidplatte 10 dargestellt, die aus
einem Grundkörper 12 und einem Schneideinsatz 14 besteht.
Der Schneideinsatz 14, der mit dem Grundkörper 12 in einer entsprechenden Aussparung 16 (siehe Fig. 2) verbunden ist, gliedert sich in einen Hartmetallgrundkörper 18, der mit
der Aussparung 16 verlötet ist, und eine auf den Grundkörper 18 aufgebrachte Schicht 20 aus polykristallinem Diamant (PKD) oder wahlweise kubisch kristallinem Bornitrid (CBN), welche die eigentliche Schneidkante 22 bildet.

In der Mitte der Schneidplatte 10 ist eine Bohrung 24 vorgesehen, mit Hilfe derer sich die Schneidplatte 10 in einem Werkzeughalter in an sich bekannter Weise präzise befestigen läßt.

Im Bereich der Spanfläche 26 des Schneideinsatzes 14 ist in der Schicht 2 0 aus PKD eine Einsenkung 2 8 vorgesehen, die im Wege des Profilsenkerodierens mit einer Profilelektrode aus einer speziellen Kupferlegierung hergestellt worden
ist. Eine derartige Bearbeitung ist möglich, da die PKD-Schicht
20 ohnehin mit einem metallischen Bindemittel versetzt ist, um den Schneideinsatz 14 im Wege des Erodierens mit einer Drahtelektrode schneidend in seine gewünschte
Form bringen zu können. Die Einsenkung 2 8 reicht bis ungefähr 0,4 mm an die zu beiden Seiten der Schneidspitze angeordneten Schneidkanten 28 heran und besitzt eine Tiefe von ungefähr 0,25 mm. Da das Profilsenkerodieren eine sehr fei-

ne Bearbeitung gestattet, ergeben sich Rauhtiefen der Oberfläche der Einsenkung 28 von weniger als 5 &mgr;. Die Einsenkung 28 ist so ausgebildet, daß nicht nur im Bereich der Schneidkanten 14 Stege 3 0 der bereits erwähnten Breite von 0,4 mm verbleiben, sondern auch im Bereich der Anschlagkante 32 ein Anlagesteg 34 der erwähnten Breite verbleibt. Zwischen den Stegen 30, 34 und der Einsenkung 28 sind Übergangsbereiche 36 mit einem Radius von 0,5 mm vorgesehen, um die entstehenden Späne ableiten zu können. Die Kerbwirkung im Bereich der Stege 30, 34 reduziert die Gefahr eines Sprödbruches bei einer Schlagbelastung.

Beim Bearbeiten insbesondere von hochzähen Materialien, wie z. B. Nichteisenmetallen oder Kunststoffen, sorgt die Einsenkung 2 8 dafür, daß es nicht zu einer unkontrollierten Bildung langer Späne kommt und eine Beschädigung der Werkstückoberfläche durch unkontrollierte Spanbewegungen vermieden wird.

In Fig. 3 ist ein sog. AT-Einsatz 40 dargestellt, der beim Drehen Verwendung findet. Der AT-Einsatz 40 verfügt über einen Schneideinsatz 42 mit einer geraden Schnittkante 44. Ähnlich der in Fig. 1 und 2 dargestellten Schneidplatte 10 besteht der Schneideinsatz 42 aus einem Hartmetallkörper (siehe Fig. 4) und einer darauf aufgebrachten Schicht 48 aus PKD, welche die Schneidkante 44 bildet. Der Hartmetallkörper 46 des Schneideinsatzes 42 ist in eine entsprechend ausgeformte Aussparung 50 an der Spitze des AT-Einsatzes eingelötet.

Die PKD-Schicht 48 ist mit einer mittigen Einsenkung 52 versehen, so daß im Bereich der Schneidkante 44 und den seitlichen Flanken des Schneideinsatzes 42 ein umlaufender Steg 54 mit einer Breite von ca. 0,3 mm verbleibt. Der an

der Aussparung 50 anliegende Steg 56 kann etwas breiter gewählt werden. Auch bei dem AT-Einsatz 4 0 sind die Übergangsbereiche 58 zwischen den Stegen 54, 56 und der Einsenkung 52 mit einem Radius von ungefährt 0,5 mm versehen, um die Kerbwirkung zu verringern und eine gute Ableitung der entstehenden Späne zu bewirken.

Auch bei dem in Fig. 3 und 4 dargestellten AT-Einsatz wirkt die Einsenkung 52 als Spanleitstufe der unkontrollierten Ausbildung von langen Spänen im Bereich der zu bearbeitenden Schnittfläche entgegen.

In Fig. 5 ist eine Vollschicht-Schneidplatte 60 dargestellt, die über drei Schneidkanten 62 verfügt und als Wendeschneidplatte in drei verschiedenen Drehwinkelstellungen in einer Halterung (nicht gezeigt) befestigbar ist, um nach dem Verschleiß einer Schneidkante 62 auch die beiden übrigen Schneidkanten einsetzen zu können.

Die Schneidplatte 60 ähnelt in ihrem Aufbau den zuvor beschriebenen Schneideinsätzen und besteht aus einem Hartmetallkörper 64, auf den die die Schneidkanten 62 bildende Schicht 6 6 aus PKD aufgebracht ist (siehe Fig. 6).

Im Bereich der Schneidkanten 62 sind in der PKD-Schicht 66 nutartige Einsenkungen 68 so angeordnet, daß zwischen den Einsenkungen 68 und den ihnen zugehörigen Schneidkanten 62 ein ungefähr 0,2 mm breiter Steg 70 verbleibt. Die Breite der Nuten 6 8 liegt bei 0,3 mm.

Entsprechend ihrer geringen Breite von 0,3 mm sind auch die Radien im Grundbereich der Einsenkung 68 mit 0,05 mm erheblich kleiner als bei den in Fig. 1 bis 4 abgebildeten Varianten. Während die dort beschriebenen Einsenkungen 28 mit

den vergleichsweise großen Radien auch eher die Funktion einer Spanführung übernehmen, dienen die schmalen Einsenkungen 68 der Vollschicht-Schneidplatte 60 mit ihren kleinen Radien dem sofortigen Brechen der entstehenden Späne, um auf diese Art und Weise der Bildung langer Späne, die durch unkontrollierte Bewegung die Werkstückoberfläche beschädigen könnten, zu vermeiden.

Wie bereits angedeutet, dienen die unterschiedlichen Geometrien der Einsenkungen 28, 52, 68 entweder dem gezielten Führen der entstehenden Späne oder dem Brechen der Späne auf eine für den Bearbeitungsvorgang unschädliche Länge. Die Anordnung der Einsenkungen bezüglich der Schneidkanten hängt jedoch auch von der Geometrie und den Schnittbedingungen ab, da Brüche im Bereich der Schneidkanten unbedingt zu vermeiden sind. Entsprechend können große Freiwinkel, zusätzliche Spanwinkel und kleine Spitzenwinkel bei Einstechwerkzeugen größere Abstände der Einsenkungen von den Schnittkanten erfordern. Auch bei ungünstigen Bearbeitungsbedingungen, beispielsweise bei einem unterbrochenen Schnitt, sollte die Breite der Stege zwischen den Einsenkungen und den Schnittkanten vorsorglich größer gewählt werden als bei idealen Bedingungen. Auch die Festigkeit des Werkstoffes des zu bearbeitenden Werkstückes spielt bei diesen Erwägungen selbstverständlich eine Rolle. Übliche Freiwinkel liegen zwischen 0° und 15°, in Ausnahmefällen auch bei 20°.

Claims

Ansprüche

1. Schneidwerkzeug für die spangebende Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere aus Nichteisenmetallen oder Kunststoffen, dessen Schneidkante (22, 44, 62) und angrenzende Spanfläche (26) aus einer Schicht (20; 48; 66) aus polykristallinem Diamant (PKD) oder polykristallinem Bornitrid (PKB) bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß in die Spanfläche (26) im Abstand von etwa 0,2 bis 0,4 mm von der Schneidkante (22, 44, 62) durch Profilsenkerodieren eine allseitig umgrenzte Einsenkung (28; 52; 68) mit einer Tiefe von etwa 0,2 bis 0,5 mm eingearbeitet ist.

2. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang (3 6; 58) vom Boden zu den Seitenwänden der Einsenkung (28; 52) mit einem Radius von etwa 0,4 bis 0,6 mm gerundet ist.

3. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einsenkung (68) als schmaler, länglicher Graben mit einer Breite von etwa 0,2 5 bis 0,5 mm parallel zur Schnittkante (62) erstreckt.

4. Schneidwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang vom Boden zu den Seitenwänden der Einsenkung (68) mit einem Radius von etwa 0,04 bis 0,06 mm gerundet ist.

5. Schneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich an der Schneidspitze eines Einstechwerkzeuges (10, 14; 40, 42) die

-2-

Einsenkung (28; 52) bis auf einen Abstand von 0,2 bis 0,4 mm von den Schneidkanten (22; 44) über die Breite der Schneidspitze erstreckt.

6. Schneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (20; 48) aus PKD oder PKB die obere Lage eines Einsatzes (14;
42) ist, dessen aus Hartmetall bestehende untere Lage (18; 46) materialschlüssig mit dem Körper (16; 50) des Schneidwerkzeuges (10; 40) verbunden ist.

7. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (66) aus PKD oder PKB die gesamte Oberfläche einer Wendeschneidplatte
(60) bildet und mit mehreren Einsenkungen (68) versehen ist.

8. Schneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es als Dreh-, Bohroder
Fräswerkzeug eingesetzt ist.