DE3021741C2

DE3021741C2 - Rotierendes Schneidwerkzeug (Nadelfräser)

Info

Publication number: DE3021741C2
Application number: DE3021741A
Authority: DE
Inventors: Evgenij Ivanovi&ccaron; Moskva Beznosjuk; Leonid Borisovi&ccaron; Chimki Moskovskaja oblast' Doktorov; Sergei Valentinovi&ccaron; Moskva Kolomeets; Vya&ccaron;eslav Egorovi&ccaron; Musyakin
Original assignee: VSESOJUZNYJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ INSTITUT PO STROITEL'STVU MAGISTRAL'NYCH TRUBOPROVODOV MOSKAU SU
Current assignee: VSESOJUZNYJ NAUCNO-ISSLEDOVATEL'SKIJ INSTITUT PO STROITEL'STVU MAGISTRAL'NYCH TRUBOPROVODOV MOSKAU SU
Priority date: 1973-11-22
Filing date: 1980-06-10
Publication date: 1983-05-19
Also published as: FR2281190B1; DE3021741A1; FR2281190A1

Description

hier ist

</i, d₂,... d„- Durchmesser der Schneidglieder im Satz;

Is₁, Is₂, ■■■ h,- Durchschnittslänge der Schneidglieder im Satz;

1, 2, ... η - Nummer des Satzes.

Z Rotierendes Schneidwerkzeug (Nadelfräser) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidglieder (5) in jedem Satz die gleiche Durchschnittslänge und gleichen Durchmesser aufweisen.

3. Rotierendes Schneidwerkzeug (Nadelfräser) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidglieder (5) in jedem Satz verschiedene Durchschnittslängen und verschiedene Durchmesser aufweisen.

4. Rotierendes Schneidwerkzeug (Nadelfräser) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidglieder (5) in jedem Satz den gleichen Durchmesser und eine abwechselnde Länge aufweisen, die gleichmäßig in Richtung von der Mittenebene zu den Seitenflächen hin abnimmt, wobei die Durchschnittslänge der Schneidglieder konstant bleibt

Die Erfindung betrifft ein rotierendes Schneidwerkzeug (Nadelfräser) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Erfindung soll bei Winkelstahl benutzt werden, der vun Zunder, Rost und Verschmutzung zu reinigen ist.

Es ist ein rotierendes Werkzeug (Nadelfräser) bekannt (DE-OS 24 55 390), das zum Reinigen von gewalztem Rundstahl und der Kantflächen von Vierkantstahl sowie der Außenflächen bei gewalztem Winkelstahl benutzt wird. Solche Nadelfräser sind zum Reinigen der Innenfläche von gewalztem Winkelstahl nicht geeignet

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte rotierende Schneidwerkzeug so weiterzubilden, daß die Reinigung der ganzen Innenfläche bei

40

45 gewalztem Winkelstahl mit gleicher Güte durchgeführt werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Kennzeichen des Anspruchs 1 Erfaßte gelöst

Diese Bauart des Nadelfräsers gestattet seine Einführung in die Hohlkehle des gewalzten Winkelstahls, dessen Schenke) unter einem Winkel von 90° liegen; die Spitze der Fräse weist eine abgerundete Fläche auf mit einem Durchmesser, der gleich demjenigen des Walzgutes ist

Die Notwendigkeit der Konstanz für die oben angeführten Verhältnisse ist wie folgt begründet

Damit alle Schneidglieder (Drähte) des Werkzeugs eine gleiche Belastung aufnehmen können und eine gleiche Steifigkeit und folglich auch eine gleiche Schnittfähigkeit aufweisen, muß diese maximale Belastung (kritische Kraft) konstant sein, d. h.

const

50

hier ist

P_k - kritische Kraft;

E - Elastizitätsmodul des Schneidgliedwerkstoßes; /_m,„ - Trägheitsmoment; / - Länge des Schneidgliedes; π - 3,14.

Das Trägheitsmoment der runden Schneidglieder beträgt

'■'4 »

Durch Einsetzung der Gleichung (2) in Gleichung (I) erhalten wir:

Pt =

n²End* _

4/²·64 256 ' I²

■ const

Da aber der Ausdruck tjt bei ein und demselben

/JD

Werkstoff des Schneidgliedes konstant bleibt muß das Verhältnis —j· , damit das Werkzeug eine und dieselbe

kritische Belastung aufnehmen kann, ebenfalls konstant für alle Sätze der Schneidglieder sein.

Das erfindungsgemäße Werkzeug, welches die genannte Form hat und bei dem das Verhältnis -^konstant ist, wird auf dem ganzen Umriß eine gleiche

Schneidfähigkeit aufweisen und eine erhebliche Güte gewährleisten.

Die Lösung der gestellten Aufgabe kann durch verschiedene Bauarten des Werkzeugs vorteilhaft ausgestaltet werden.

Eine dieser Bauarten kann so angenommen werden, daß bei ihr die Schneidglieder in jedem Satz eine gleiche Länge und einen gleichen Durchmesser aufweisen.

Natürlich ist das Verhältnis-^ für jeden Satz konstant

Bei der Entwicklung eines solchen Werkzeugs wird die Breite eines jeden Satzes auf der Arbeitsfläche des Werkzeuges angenommen, und die Länge der Sätze auf der unbelasteten Innenfläche in Abhängigkeit von der Länge der Schneidglieder erhalten.

In diesem Falle können Nadelfräser mit einer beliebigen erforderlichen Breite der Arbeitsfläche

zusammengebaut werden, rs ist aber eine ausreichende Genauigkeit bei der Fertigung eines jeden Satzes notwendig, um letztere genau an den Stoßstellen anzupassen.

In einer anderen Ausführungsabwandlung des erfindungsgemäßen Werkzeuges können die Schneidglieder verschiedene Längen und verschiedene Durchmesser aufweisen, dabei soll das Verhältnis

a\ _ a₂ _ tfj

's. 's. ¹S,

konstant bleiben.

In diesem Falle ist es zweckmäßig, die Nadelfräsen zum Reinigen von Winkelstahl mit Schenkel bis 50 mm zu benutzen.

Bei der nächstfolgenden Ausfuhrungsabwandlung des erfindungsgemäßen Werkzeuges können die Schneidglieder gleichen Durchmesser und eine abwechselnde Länge aufweisen, die gleichmäßig von der Mittenebene zu den beiden Seiten hin abnimmt, dabei bleibt die Durchschnittslänge der Schneidglieder konstant

In diesem Falle schwanken die Längen der Schneidglieder um ihren Durchschnittswert, der bei ailen Sätzen konstant bleiben muß.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 Gesamtansicht und Längsschnitt bis zur Symmetrieachse eines rotierenden Schneidwerkzeugs (Nadelfräsers), das aus vier Sätzen von Schneidgliedern mit gleicher Länge und gleichem Durchmesser in jedem Satz besteht,

Fig.2 Gesamtansicht und Längsschnitt bis zur Symmetrieachse eines rotierenden Schnittwerkzeugs (Nadelfräsers), das aus drei Sätzen von Schneidgliedern mit verschiedener Länge und verschiedenem Durchmesser im Satz besteht,

Fig.3 Gesamtansicht und Längsschnitt bis zur Symmetrieachse eines rotierenden Schneidwerkzeugs, das aus drei Sätzen von Schneidgliedern mit verschiedener Länge und gleichem Durchmesser besteht

Das in F i g. 1 dargestellte erfindungsgemäße rotierende Schneidwerkzeug ist aus mehreren Sätzen 1,2,3, 4 der Schneidglieder 5 ausgeführt, die dicht aneinander liegen. Die Schneidglieder 5 sind in Gestalt von Drahtstücken (Stäben) ausgeführt und miteinander z. B. durch Schweißung der einen Enden verbunden, welche die unbelastete Innenfläche A der Nadelfräse bilden.

Die Fläche A hat die Gestalt eines Rotationskörpers mit einer geknickten Mantellinie.

Die Sätze 1, 2, 3, 4 sind ihrerseits miteinander starr verbunden. Die Freienden der Schneidglieder 5 bilden die Arbeitsfläche fldes Nadelfräsers, die die Form eines Rotationskörpers mit der Drehachse O- O aufweist

Die Arbeitsfläche »ß« des Werkzeugs hat die Form von zwei Kegelstümpfen, deren Umfangsflächen unter einem Winkel« von etwa 90° zusammenstoßen.

Die Spitze des Werkzeugs wird nach einem Krümmungsradius bearbeitet (geschliffen), der demjenigen des gewalzten Winkelstahls entspricht, welcher zur Reinigung vorgesehen ist.

Die Schneidglieder 5 sind in allen Sätzen 1, 2, 3, 4 gleich sowohl nach der Länge als auch nach dem Durchmesser. Daraus folgt, daß auch ihre Biegsamkeit (Elastizität), die bei gleicher Fülldichte der Schneidglieder in den Sätzen vom Verhältnis -j abhängig ist, ebenfalls konstant bleibt;

hier ist

d - Durchmesser der Schneidgliederj

/, - Durchschnittslänge der Schneidglieder,

An den Randsätzen 1 und 4 der Schneidglieder 5 sind an den Seiten ihrer Freienden Flansche 6 bzw. 7 befestigt, die eine Öffnung 8 aufweisen, durch welche die Welle des Antriebs läuft

In bezug auf die Bauart können solche Nadelfräser aus zwei Sätzen für gewalzten Winkelstahl mit Schenkelgröße unter 50 mm ausgeführt werden. Für Walzgut mit Schenkeln von 50... 100mm ist es zweckmäßig, Nadelfräser aus vier Sätzen zu benutzen, mit Schenkeln über 100 mm — aus sechs Sätzen von Schneidgliedern.

Berechnungsbeispiel

Es ist ein Werkzeug zur Reinigung von gewalztem Winkelstahl mit Schenkelbreite <5=60 mm und maximalem Abrundungsdurchmesser An_3x=400 mm zu entwikkeln. Die Länge der Schneidglieder ~··6Ρ mm. Wir teilen das Werkzeug in vier Ringsätze mit einer Breite der Arbeitsfläche je 0/2=30 mm. Das Werkzeug ist symmetrisch, der Satz 1 ist gleich wie der Satz 4, der Satz 2 gleich wie der Satz 3. Die Aufgabe besteht in der Berechnung der geometrischen Kenndaten der Sätze 1 und 2.

Die Berechnung beginnt mit dem Satz 2 (Fig. 1, Schnitt abcd)

1) Für Punkt »α« D_max = 400 mm

2) Für Punkt »<*< D_mwc - 2 I = 400 - 2 · 60 = 280 mm

3) Für Punkt »Ζκ<

Καχ-Τ-ι cos 45° = 4GO - 2 · 30 · 0,7 = 358 mm

4) Zur Ermittlung des Punktes »c« wird der Abschnitt cd bestimmt.

Dazu werden die Durchschnittsdurchmesser des Satzes 2 nach der Arbeitsfläche B und der unbelasteten Fläche A des Werkzeugs bestimmt

D_R =

400 + 358

379 mm;

Db ist der Durchschnittsdurchmesser des Satzes 2 auf der Arbeitsfläche B.

A₄ = As-2/= 379-2 · 60 = 259 mm;

Da ist der Durchschnittsdurchmesser des Satzes 2 auf der unbelasteten Fläche A

Die Größen der Flächen des Satzes 2 auf der Arbeitsfläche B und der unbelasteten Fläche A sind umgekehrt proportional ihren Füllfaktoren φ β und ψΑ-

Der Füllfaktor Δύτ Arbeitsfläche B wird mit φ_β=0,75, der unbelasteten Fläche A mit φ α = 0,9 angenommen.

$£ = 1± oder ⁿ^^{B 0}^ = -^A. Sa 9b nD_Acd φ_Β

Daraus folgt die Länge des Abschnittes cd

Indem die Abschnittslänge /?c=60mm; «/=36,5 bekannt sind, wird graphisch die Koordinate ihres

Kreuzpunktes ermittelt. Der Punkt »cc< liegt auf dem Durchmesser 243 mm.

Auf diese Weise sind alle Koordinaten des Satzes 2 und des ähnlichen Satzes 3 bestimmt.

Nach demselben Prinzip werden auch die Koordina- > ten des Satzes 1 ermittelt.

Das in Fig.2 dargestellte rotierende Schneidwerkzeug ist aus den miteinander verbundenen Sätzen 9,10, 11 von Schneidgliedern 12, 13, 14 ausgeführt, die die unbelastete zylindrische Innenfläche C und die äußere u> Arbeitsfläche fbilden. Das Werkzeug wird nach dem in der Zeichnung angedeuteten Umriß (gestrichelte Linie) vormontiert. An diesem Werkzeug (Rohling) sind in benachbarten Sätzen die Durchmesser und Längen der Schneidglieder verschieden, aber in einem Einzelsatz r> sind sie konstant. Die Randsätze 13 und 14 sind durch Flansche 15 befestigt, die Bohrungen 16 zum Anordnen der (in Figur nicht gezeigten) Antriebswelle aufweisen.

Der Rohling des Werkzeugs wird auf der Außenfläche E geschliffen unter Bildung Eines Profiia in Gestalt 2ιί einer Scheibe mit dem Winkel ä bei der Spitze von 90°. Dabei nehmen die Längen der Schneidglieder 12,13,14 in jedem Satz 9,10,11 von der Mittenebene aus zu den Rändern hin ab. Die Durchschnittslängen A.₂. hn, hu der Schneidglieder 12,13,14 sind ebenfalls verschieden -'"> und mit ihren Durchmessern dn, d\y, du durch folgendes Verhältnis verbunden:

#- = #- = # = const.

'-T₁₂ 'S₁₃ 'S₁₄

Die vorliegende Bauart des Werkzeugs ist in der Fertigung einfach, aber nur zur Reinigung von gewalztem Winkelstahl mit Schenkeln bis 50 mm geeignet Dabei schwankt etwas die Schneidfähigkeit eines solchen Werkzeugs in jedem Satz um einen Durchschnittswert, der unverändert bleibt. In Zusammenhang damit ist es zweckmäßig, zur Eliminierung des Einflusses auf die Güte der Reinigung ein Werkzeug aus -»ο Sätzen mit geringer Breite zu entwickeln, bei denen die Länge der Schneidglieder sich nicht mehr als um ± 10% in bezug auf die Durchschnittsgröße ändert Das Rohstück eines solchen Werkzeugs wird aus Schneidgliedern 12 und 14 von maximaler Größe für jeden Satz gefertigt:

Berechnungsbeispiel '

Es ist ein Werkzeug zum Reinigen von gewalztem Winkelstahl zu berechnen, dessen Schenkelbreite (5 = 40 mm beträgt. Die Breite der Sätze nehmen wir so an, daß die Randsätze die Walzgutschenkel-Abschnitte 5"

mit einer Breite von je — =20 mm bearbeiten, der zentrale Satz zwei Schenkelseiten mit der Breite je — =20 mm ab der Spitze. Wir nehmen weiter an, daß

•'lie maximale Länge Ijf der Schneidglieder 13 im zentralen Satz 10 gleich 68 mm und ihr Durchmesser di3=0,5mmist.

Geometrisch werden die Durchschnittslängen /s_I2 und /5,4 der Schneidglieder 12 und 14 ermittelt:

/si 2⁼ Isu=50 mm. /s_l3=62 mm. Wir ermitteln di2= du:

ΙΤΓ = 56 mm,

68 mm.

Das in Fig.3 dargestellte rotierende Schneidwerkzeug ist aus drei dicht aneinander anschließenden Sätzen 17, 18, 19 von Schneidgliedern 20, 21 bzw. 22 ausgeführt. Die Sätze 17, 18, 19 sind stufenartig angeordnet und bilden hierbei die unbelastete Fläche, die aus zylindrischen Flächen F, G, /Vbesteht, von denen der durch die Flac he G gebildete zentrale Zylinder einen größeren Durchmesser als die seitlichen aufweist. Die Arbeitsfläche wird durch den Buchstaben K bezeichnet. Der Zusammenbau des Rohstücks eines solchen Werkzeugs erfolgt aus Sätzen, deren Gestalt in der Zeichnung im Umriß (gestrichelte Linie) angedeutet ist. Die seitlichen Sätze 17 und 19 aus Schneidgliedern 20 und 22 ciiuiaiicn an innen befestigte Flansche 23 bzw. 24. Durch den Flansch 24 ist der Satz 18 starr, z. B. durch Schweißung, mit den Sätzen 17 und 19 einstückig verbunden. Die Flansche 23 und 24 haben Bohrungen 25 des gleichen Durchmessers zum Aufsetzen des Werkzeugs auf die (in der Figur nicht angegebene) Antriebswelle.

Die Schneidglieder 20, 21, 22 haben im Rohstick gleichen Durchmesser und gleiche Länge. Es ist zweckmi-'iig, die Breite der Rohstücke für den zentralen Satz 18 doppelt so breit als die Rohstücke für die seitlichen Sätze 18 und 20 anzunehmen. An dem zum Betrieb fertigen Werkstück nimmt die Länge der Schneidglieder 20, 21, 22 gleichmäßig von der Mittenebene in Richtung zum Rand so ab, daß ihre Durchschnittslänge konstant bleibt Somit bleibt das

Verhältnis — für alle Sätze ebenfalls konstant. Damit

eine Änderung der Schneidfähigkeit innerhalb eines Satzes keinen wesentlichen Einfluß auf die Güte der Reinigung ausübt, ist es zweckmäßig, Abweichungen der maximalen und minimalen Länge von der Durchschnittslänge nicht über 10% zuzulassen. Eine solche Art des Werkzeugs ist fertigungsgerecht beim Zusammenbau; indem die erforderliche Anzahl von Sätzen angenommen wird, kann ein Werkzeug zur Bearbeitung einer beliebigen Breite des gewalzten Winkelstahls entwickelt werden.

Berechnungsbeispiel

Es ist ein Werkzeug mit maximalem Außendurchmesser £Wr=300 mm zum Reinigen von Walzgutschenkeln mit einer Breite von δ = 40 mm zu entwickeln. Der Durchmesser der Schneidglieder 20,21, 22 ist konstant, c/=0,5 nun, und ihre maximale Länge (im Rohstück) Ι***=60πηη. Die Breite der Arbeitsfläche des Rohstücks am zentralen Satz nehmen wir 24 mm an, die der seitlichen Sätze 12 mm

Die Berechnung beginnt mit dem zentralen Satz 18, indem seine Breite nach der unbelasteten Fläche G, wie für ein übliches rotierendes Werkzeug, bestimmt wird. Sie ist gleich 36 mm. Durch graphische Konstruktion wird der zentrale Satz 18 gezeichnet und die Schnittpunkte des Satzes 18 mit den Ebenen ermittelt,

Dann ist <ή₂ = 0,5 - VÖJL = 0,45 mm.

die von der Spitze unter einem Winkel von — =45°

bi ^v 2

gezogen werden, und finden den Durchmesser der seitlichen Sätze 17 und 19 des Werkzeugrohstückes gleich 270 mm. Nach diesem Durchmesser und der

Breite 12 mm einer jeden Arbeitsfläche der seitlichen Sätze 17 und 19 wird die Breite einer jeden unbelasteten Fläche Fund //der seitlichen Sätze 17 und 19 bestimmt. Sie ist gleich 20 mm. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die inneren Neigungswinkel der seitlichen Sätze mit den Neigungswinkeln der Randschneidglieder des zentralen Satzes zusammenfallen sollen.

Die Durchschnittslänge der Schneidglieder in allen Sätzen im gleich 54 mm, somit ist auch das Verhältnis

— - const, 's

Der Betrieb des rotierenden Schneidwerkzeugs (Nadelfräsers) verläuft in folgender Weise.

Der Nadelfräser wird auf der Welle der Maschine angeordnet, festgesetzt und angetrieben. Danach wird der gewalzte Winkelstahl unter der Nadelfräse vorwärts geschoben, wobei seine Innenfläche von der Arbeitsfläche des Nadelfräsers bearbeitet wird und letztere mit einer Sollkraft oder Sollpressung angedrückt wird.

Im Augenblick der Berührung des Nadelfräsers mit der zu reinigenden Fläche entstehen zwischen ihnen Reibkräfte, wodurch die elastischen Schneidglieder zur Seite abgebogen werden, die der Werkzeugdrehrichtung entgegengesetzt ist. Im Verlauf einer solchen Biegung wird in den Betrieb eine immer größere Anzahl von Schneidgliedern eingeschaltet, wobei die elastische Rückprallkraft der Schneidglieder, die in Berührung mit der zu reinigenden Walzgutfläche stehen, vergrößert wird.

Wenn die Elastizitätskraft aller an der Bearbeitung teilnehmenden Glieder die Kräfte übertreffen wird, welche zum Abscheren der Walzgut-Werkstoffteilchen erforderlich sind, erfolgt ein Abschneiden dieser

ίο Teilchen vor den Schneidgliedern, die in diesem Augenblick in Berührung mit dem zu behandelnden Werkstoff stehen. Danach richter sich die Schneidglieder, die die Walzgutteilchen abschnitten, hoch und prallen die abgeschnittenen Teilchen vorwärts ab, die

ι-, hinter der Berührungsreihe nächstfolgenden Schneidglieder aber wiederholen diesen Ablauf an der neuen Stelle des gewalzten Winkelstahls. Auf diese Weise wiederholt sich der Ablauf bis zur vollständigen Reinigung der Innenfläche des längs des Nadelfräsers

iii νυι geschobenen Wäizgüicä.

Infolge gleicher Biegsamkeit und Schneidfähigkeit

der Schneidglieder an den beschriebenen Nadelfräsern wird ihre Effektivität stark erhöht, ihre Lebensdauer erheblich verlängert und die Güte der Reinigung verbessert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1, Rotierendes Schneidwerkzeug (Nadelfräser), das mindestens zwei Sätze von Schneidgliedern in Gestalt von Drahtstücken enthält, die miteinander an ihren einen Enden, weiche die unbelastete Fläche bilden, verbunden sind und mit ihren anderen Enden die Arbeitsfläche in Gestalt eines Rotationskörpers bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfläche (B) die durch die Freienden der Schneidglieder (5) gebildet ist, die Form von zwei mit ihren großen Grundflächen zusammenfallenden und dabei im Querschnitt einen Winkel (ac) von etwa 90° bildenden Kegelstumpf en aufweist; dabei ist das Verhältnis zwischen dem Durchmesser eines jeden Schneidgliedes (5) und seiner Durchschnittslänge im Satz wie folgt festgelegt:

Α. = Λ. = JL

's i«, 's