DE3044791A1

DE3044791A1 - Spanbrecheranordnung fuer schneideinsaetze

Info

Publication number: DE3044791A1
Application number: DE19803044791
Authority: DE
Inventors: Eliezer Haifa Nessel; Reuven Naharayi Porat
Original assignee: Iscar Ltd
Current assignee: Iscar Ltd
Priority date: 1979-12-04
Filing date: 1980-11-28
Publication date: 1981-08-27
Also published as: FR2471242B1; ATA591980A; IL58861A; JPS5689403A; FR2471242A1; GB2065002B; GB2065002A; DE3044791C2; AT385222B; IL58861A0; US4561809A; JPH0337847Y2; IT1136210B; JPS63166307U; IT8012742A0; ZA806965B

Description

Spanbrecheranordnung für Schneideinsätze

Die Erfindung betrifft auswechselbare Schneideinsätze für Schneidwerkzeuge und insbesondere die Spanbrechermulden in solchen auswechselbaren Schneideinsätzen.

In der Werkzeugmaschinentechnik sind Spanbrechermulden seit vielen Jahren bekannt und werden benutzt um sicherzustellen/ daß die Späne abbrechen, bevor sie so lang werden, daß sie in den Werkzeugen hängenbleiben, das Werkzeug beschädigen oder die Arbeiter verletzen. Eine Klasse solcher Mulden formt die Späne im wesentlichen, um ihre Steifigkeit

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zu erhöhen, damit sie dann leichter abbrechen. Einige Mulden formen die Späne in Spiralen und diese Spiralen brechen durch ihr eigenes Gewicht, bevor sie so groß werden, daß sie Schaden anrichten können. Andere Mulden versteifen die Späne durch Verformung und richten sie außerdem gegen Hindernisse wie z.B. den Körper des Drehhalters, der den versteiften Span abbricht und so dafür sorgt, daß er keinen Schaden anrichten kann.

Im Laufe der Jahre wurden verschiedene Formen von Spanbrechermulden gebraucht, um die Eigenschaften der Schneideinsätze beim Abbrechen der Späne zu verbessern. Ob die Späne prompt und zuverlässig abgebrochen werden, kann man nach verschiedenen Kriterien feststellen, unter anderem

1. der Größe und Form der beim Schneiden erzeugten Späne ;

2. welche Variation der Vorschubwerte ein Schneideinsatz mit einer bestimmten Spanbrechermulde beim Schneiden zuläßt;

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3. welche Variation der Schnittiefe ein Schneideinsatz mit einer bestimmten Spanbrechermulde beim Schneiden zuläßt;

4. wieviel Energie ein Schneideinsatz mit einer bestimmten Spanbrechermulde beim Schneiden verbraucht;

5. der Standzeit eines Schneideinsatzes mit einer bestimmten Spanbrechermulde.

Dementsprechend müssen ideale Spanbrechermulden kurz abbrechende Späne erzeugen, über einen weiten Bereich von Vorschubwerten und Schnittiefen wirksam sein und ein Minimum an Energie verbrauchen. Gleichzeitig darf die Spanbrechermulde die Lebensdauer des Schneideinsatzes nicht wesentlich vermindern. Man ist daher ständig bemüht, Schneideinsätze mit Spanbrechermulden herzustellen, die über weite Bereiche von Vorschubwerten und Schnittiefen wirksam sind. Gleichzeitig bemüht man sich ständig um Verminderung der entstehenden

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Kräfte, wie der eigentlichen Schnittkräfte und der Reibungskräfte zwischen dem Span und dem Schneideinsatz, um die Standzeit des Schneideinsatzes zu verlängern und außerdem den Energieverbrauch bei der Formung und beim Abbrechen der Späne zu vermindern.

So schlägt die US-Patentschrift 3 187 406 einen Schneideinsatz mit einer ununterbrochen durchlaufenden Spanverformungs und -ableitungsmulde vor, die doppelt hintereinander liegende Krümmungsradien besitzt. Der hintere Krümmungsradius der Mulde ist größer als der vordere Krümmungsradius. Der Querschnitt der Spanverformungs- und Ableitungsmulde nach diesem Patent ist überall gleich. Die Mulde hat um den ganzen Umfang des Schneideinsatzes herum überall gleichen Abstand von den Schneidkanten. Die Patentschrift stellt heraus, daß die doppelten Krümmungsradien den Gebrauch ein und desselben Schneideinsatzes bei leichten, mittleren und schweren Vorschubwerten ermöglicht. Die Patentschrift lehrt, daß der Bereich mit dem ersten Radius zum Verformen und Ableiten dünner Späne dient, der zweite Bereich mit dem größeren Radius für dickere Späne und der Bereich jenseits des zweiten Bereichs zum Ab-

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leiten und Verformen der schweren und dicken Späne benutzt wird. Jedoch werden die meisten Späne in weiter Entfernung von der Schneidkante verformt und dadurch benötigt die Verformung eine übermäßige Energiemenge .

Der Stand der Technik gemäß den US-Patenschriften Nr. 3 187 4O6₇ Nr. 3 383 748 und Nr. 3 399 442 benutzt Spanverformungs- und Ableitmulden, um die Steifigkeit des vom Werkstück abgetrennten Metallstreifens zu erhöhen, indem er am hinteren Rand der Mulde gerollt wird oder indem mit Hilfe einer gekrümmten Schneidkante ein Metallstreifen mit einem geeignet geformten Profil erzeugt wird. Dann entstehen im Streifen Spannungen, sobald er durch ein Hindernis in seinem Abflußweg gebogen wird, und<ier Streifen bricht ab. Die durch das geformte Profil gewonnene zusätzliche Steifigkeit ermöglicht den Bruch der Späne auch wenn der Krümmungsradius der Biegung im Vergleich zur Dicke des Streifens relativ groß ist.

Die Krümmungsradien der nach dem Stand der Technik verformten Späne wird hauptsächlich durch die Geometrie der Spanverformungs- und Ableitmulde beeinflußt. Des-

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halb können Mulden mit festen Formen nur einen begrenzten Bereich von Krümmungsradien in den Spänen erzeugen. Abwandlungen in den Dimensionen und Konf- igurationen der Spanverformungs- und Ableitmulden haben im Stand der Technik den Bereich der Vorschubwerte und Schnittiefen nur in einem sehr begrenzten Umfang erweitert. Weiterhin ist es bekannt, daß die Verminderung des Kontaktes zwischen den abgeschnittenen Streifen und der Oberfläche des Schneideinsatzes die beim Schneiden verbrauchte Energie vermindert.

Der Bereich der Vorschubwerte und Schnittiefen für einen vorgegebenen Schneideinsatz mit Spanbrechermulden wurde in der Vergangenheit auch dadurch vergrößert, daß man die Form der Schneidkanten abwandelte, um den Streifen zu verformen. Das ist jedoch mit wesentlichen Nachteilen verbunden. Der wichtigste ist, daß auf dem Werkstück Schnittmarken hinterlassen werden, wenn die Schneidkante keine gerade Linie ist.

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Die Erzeugung eines Profils im Spanquerschnitt kann durch verschiedene Konfigurationen der Schneideinsätze errreicht werden, ζ'.¹B. den in den US-Patenten Nr. 3 815 191 und Nr. 4 140 431 beschriebenen Konfigurationen. Die charakteristische Eigenschaft der Schneideinsätze und insbesondere der spanformenden Teile der Schneideinsätze nach älteren Patenten liegt darin, daß die Form des Spanquerschnittes erreicht wird, indem man die Stetigkeit der Schneidkante unterbricht. Das US-Patent Nr. 3 815 192 zeigt eine weitere Methode zur Einformung eines Profils in den Spanquerschnitt. Danach wird das Profil beim Austritt des Spans aus der Spanverformungs- und Ableitmulde erzeugt. Diese Methode hat den Nachteil, daß der Span in einem Bereich verformt wird, wo seine Temperatur relativ niedrig ist und demzufolge für die Spanverformung mehr Energie aufgewendet werden muß.

Nach allem ist es die Aufgabe dieser Erfindung, neue und verbesserte Schneideinsätze mit Spanverformungs- und Ableitmulden zur Verfügung zu stellen, bei denen die oben dargelegten Nachteile wesentlich vermindert oder ganz beseitigt werden. Zur Lösung

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dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Spanbrecheranordnung für Schneideinsätze von polygonaler Form vor mit einer oberen Oberfläche und im Abstand davon einer unteren Oberfläche und zwischen diesen beiden Oberflächen an diese angrenzend Seitenflächen, sowie mit als gerade Linie ausgebildeten Schneidkanten an den Schnittlinien der Seitenflächen mit der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche, und mit Spanbrechermitteln angrenzend an die Schneidkante in mindestens entveäer der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche, die bestehen aus einer Mulde und einer Spanflächenfase zwischen der Schneidkante und der Mulde, wobei diese Spanbrechermifctel entlang den Schneidkanten sich vielfach verändern.

Im folgenden wird die Erfindung anhand er Zeichnungen im einzelnen näher erläutert:

Figur 1 zeigt in Draufsicht einen Schneideinsatz nach einer Ausführungsform dieser Erfindung mit Spanverformungs- und Ableitmulden, bei welchem die Breite der Spanflächenfase sich entlang den Schneidkanten zyklisch ändert.

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Figur 2 zeigt in Draufsicht einen Schneideinsatz nach einer anderen Ausführungsform,der Erfindung mit Spanverformungs- und Ableitmulden,bei welchem die Spanflächen fase sich entlang den Schneidkanten nicht-zyklisch ändert.

Figur '3 zeigt in Draufsicht einen Schneideinsatz nach einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung, bei welchem die Spanverformungs- und Ableitmulden sich entlang den Schneidkanten viele Male in rampenähnlicher Form von einer maximalen zu einer minimalen Breite und Tiefe und umgekehrt verändern·

Figur 4 zeigt in Draufsicht einen Schneideinsatz nach noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei welchem die Spanverformungs- und AbIeitungsmulden viele Male entlang den Schneidkanten sowohl ihre Breite als ihre Tiefe mit scharfen Übergängen ändern.

Figur 5 ist ein Querschnitt entlang der Ebene 5-5 in Figur 1, gesehen in Richtung der Pfeile.

Figur 6 ist ein Querschnitt entlang der der Ebene 6-6

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in Figur 3, gesehen in Richtung der Pfeile.

Figur 7 ist ein Querschnitt entlang der Ebene 7-7 in Figur 4, gesehen in Richtung der Pfeile.

Figur 8 ist ein Querschnitt entlang den Ebenen 8-8 in Figuren 1 bis 4, gesehen in Richtung der Pfeile.

Figur 9 zeigt in grafischer Darstellung die Ergebnisse von Vergleichsversuchen A und B.

Da jede Der Figuren 1 bis 4 einen dreieckigen Schneideinsatz zeigt, muß klargestellt werden, daß sich die Erfindung auf jeden polygonalemSchneideinsatz bezieht. Die Schneideinsätze haben obere Oberflächen wie die Oberfläche 10 und nichtgezeigte untere Oberflächen, die durch Seitenflächen 19 voneinander in Abstand gehalten werden. Eine Schneidkante 12 wird an der Schnittlinie der Seitenflächen 19 mit der oberen und/oder unteren Oberfläche gebildet.

Spanverformungs- und Ableitmulden wie z.B. die Mulde 13 in Figur 1 werden auf der oberen und/oder unteren Oberfläche gebildet. In den, in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen der Erfindung sind die

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Kanten der Mulde 13 von der Schneidkante 12 durch eine Spanflächenfase 16 getrennt. Die Spanflächenfase 16 wird in Figur 8 besonders dargestellt. Von der Muldenkante 17 erstreckt sich eine abfallende Fläche

18 schräg in Richung weg von der äußeren Seitenfläche

19 bis zum Muldengrund 21 hinunter. Der Muldengrund erstreckt sich im wesentlichen parallel zur Spanflächenfase. Vom Muldengrund steigt eine geneigte Fläche 22 in Richtung weg von der Spanflächenfase 16 auf bis zur Mittelfläche 23 auf der oberen Oberfläche 10 des Schneideinsatzes.

Die Ausfürhrungsform nach Figur 1 erzeugt ein welliges Profil des Spanes, welches ihm Steifigkeit verleiht und auch bei relativ dünnen Spänen das Abbrechen erleichtert. Das wellige Profil wird durch die Variationen in der Breite der Spanflächenfase ausgebildet. Die in den Span durch die Spanflächenfase eingeleiteten Spannungen veranlassen den Span sich aufzurollen, bevor er den hinteren Rand 22 der Mulde erreicht. Auf diese Weise wird der Spanverformungsvorgang ausgeführt, während der Span noch von der Reibung der Schneioperation heiß und und daher höchst verformbar ist.

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In der Ausführunasform nach Fiqur 3 wird das Spanprofil außer durch die wechselnden Muldenbreiten auch durch die wechselnden Muldentiefen qeformtyum den Span mit qrößerer Steifigkeit zu versehen. Diese vorgesehenen Variationen veranlassen ebenso auch die dicken Späne sich aufzurollen/ bevor sie an dem hinteren Rand 22 anstoßen.

In einer bevorzugten Ausführungsform bewegen sich die Unterschiede in der Muldentiefe im Bereich von 50 %. Die Abstände zwischen den höchsten Stellen, wie sie beispielsweise in Figur 6 dargestellt sind, betragen 2 bis 3 mm.

Die Ausführungsform nach Figur 4 formt die Spanprofile durch die scharfen Wechsel in der Muldentiefe und -breite. Die Abschnitte oder Teilungen erreichen an ihren höchsten Stellen die Höhe der Spanflächenfase.

Eine wichtige Eigenschaft aller gezeigten Ausführungsformen besteht darin, daß die Schneidkante gerade ist. Dadurch entsteht nicht das Problem, daß das Werkstück beschädigt werden könnte, da es stetig geformt wird. Statt dessen werden die Späne an der leitenden Kante der Spanverformungs- und Ableitungsmulde geformt, während

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der Span noch abgeschnitten wird, so daß nur ein Minimum an Energie für die Spanverformung erforderlich ist. In der Praxis wird der Span so geformt und gerollt, daß er den hinteren Rand der Mulde nicht berührt.

Die graphische Darstellung der Ergebnisse von zwei Vergleichsversuchen A und B demonstrieren einen der Vorteile der Schneideinsätze nach dieser Erfindung, nämlich den weiten Bereich von Vorschubwerten und Schnittiefen, für die man die Schneideinsät nach dieser Erfindung verwenden kann. Die graphische Darstellung befindet sich in Figuren 9 A und B-.

Die erste graphische Darstellung A zeigt die Ergebnisse von Versuchen mit einem Schneideinsatz mit einer Mulde der Ausführungsvorm gemäß Figur 2. Dieser Schneideinsatz wurde untersucht im Vergleich mit einem Schneideinsatz . der eine gerade Spanverformungs- und Ableitmulde und eine gerade Schneidkante hatte. Die graphische Darstellung zeigt den durch die Erfindung zusätzlich gewönne-· nen Arbeitsbereich. In dem für die Vergleichsuntersuchungen benutzten Muster des Schneideinsatzes nach dieser Erfindung war die größte Breite der Spanflächenfase drei-

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mal so groß wie die kleinste Breite. Die Länge der Fortsätze der Spanflächenfase bewegte sich im Bereich von 0,2 bis 0,6 mm und der Abstand zwischen diesen Fortsätzen betrug 2 bis 3 mm. Auf der graphischen Darstellung bedeutet

a die Schnittiefe in mm und s den Vorschubwert in mm pro Umdrehung.

Die zweite Vergleichsuntersuchung B benutzte einen Schneideinsatz der Ausführungsform gemäß Figur 3 und verglich diesen ebenfalls mit einem Schneideinsatz mit normaler Mulde, d.h. einer geraden Mulde und

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nachträgüöh geändert

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geraden Schneidkanten. Die Größen der in den Versuchen A und B geprüften Schneideinsätze waren unterschiedlich. Die im Versuch B benutzte Größe war z.B. für höhere Vorschubwerte und schwerere

Schnitte bestimmt. In dem für den Versuch benutzten Schneideinsatz nach der Ausführungsform gemäß Figur bet rupfen die Unterschiede in der Muldentiefe 50 % und die Abstände zwischen den höchsten Stellen der Mulde 2 bis 3 mm. Die graphischen Darstellungen zeigen den zusätzlich gewonnenen Bereich an Schnittiefen und Vorschubwerten, den man durch diese Erfindung erhält. In beiden graphischen Darstellungen sind die Versuchsergebnisse mit den Schneideinsätzen nach der Erfindung durch die durchgezogene Linie

und die Versuchsergebnisse mit den herkömmlichen

Schneideinsätzen durch die gestrichelte Linie

dargestellt.

Der Gebrauch von Schneideinsätzen nach dieser Erfindung bringt den weiteren Vorteil mit sich, daß der Energieverbrauch deutlich herabgesetzt ist und die Gesamtabnutzung auf dem Schneideinsatz wesent-

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lieh zurückgeht. Die Spanverformungs- und Ableitmulden, die sich entlang den Schneidkanten viele Male ändern, formen so bei ihrer Anwendung die Spanprofile und vergrößern dabei die Steifigkeit der Späne und rollen sich auf. Die Leistungsfähigkeit der Schneideinsätze nach der Erfindung wird dadurch verbessert, daß jeder Schneideinsatz über einen größeren Bereich von Vorschubwerten und Schnittiefen verwendet werden kann, zum Schneiden weniger Energie benötigt und eine wesentlich verbesserte Standzeit besitzt.

Selbstverständlich erstreckt sich der Anwendungsbereich dieser Erfindung auch auf doppelte Mulden, Fälle in denen die Breite der Spanflächenfase gegen null geht, Schneideinsätze mit oder ohne Neigungswinkel, horizontalen Schneidkanten und abgewinkelten Schneidkanten.

Selbstverständlich kann diese Erfindung modifiziert werden, um sie an verschiedene Anwendungen und Be-

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dingungen anzupassen,und dementsprechend sollen derartige Modifikationen dieser Erfindung in den Bereich der Patentansprüche fallen.

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Claims

Patentansprüche

( 1.}Spanbrecheranordnung für Schneideinsätze von polygonaler Form mit einer oberen Oberfläche 10 und im Abstand davon einer unteren Oberfläche und zwischen diesen beiden Oberflächen an diese angrenzende Seitenfläche 19 sowie mit als gerade Linie ausgebildeten Schneidkanten 12 an den Schnittlinien der Seitenfläche 19 mit der oberen Oberfläche 10 und/oder der unteren Oberfläche und mit an die Schneidkante angrenzenden Spanbrechermitteln in mindestens entweder der oberen Oberfläche 10 oder der unteren Oberfläche, die bestehen aus einer Mulde 13 und einer Spanflächenfase 16 zwischen der

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ZUCELASSEN BEIM LANDGERICHT KARLSRUHE DIE RECHTSANWÄLTE STRAUSS. ENGEL UND DEUBNER AUCH BEIM OBERLANDESCER1CHT KARLSRUHE

INSPECT,=,,

^.Schneidkante 12 und der Mulde 13, wobei diese Spanbrechermittel entlang mindestens einer Schneidkante 12 sich vielfach verändern.
2. Spanbrecheranordnung nach Anspruch 1,/bei welcher die Vielzahl von Veränderungen in Veränderungen der Breite der Spanflächenf ase 16 besteht.
3. Spanbrecheranordnung nach Ansprüchen 1. und 2/-läei welcher die Veränderungen zylisch sind.
4. Spanbrecheranordnung nach Ansprüchen 1 und 2t hui. welcher die Veränderungen nicht-zyklisch sind.
5. Spanbrecherandridnung nach Ansprücheni und 2» bei welcher die Veränderungen in Veränderungen der Breite der Mulde 13 bestehen.
6. Spanbrecheranordnung nach Anspruch 5'bei welcher die Veränderungen zyklisch sind.
7. Spanbrecheranordnung nach Anspruch 5,bei welcher

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die Veränderungen nicht-zyklisch sind.
8. Spanbrecheranordnung nach Ansprüchen 1, 2 und 5, bei welcher die Veränderungen Veränderungen in der Muldentiefe umfassen.
9. Spanbrecheranordnung nach Anspruch 8 ,bei welcher die Veränderungen zyklisch sind.
10. Spanbrechartordnung nach Anspruch 8*bei welcher die Veränderungen nicht-zyklisch sind.
11. Spanbrecheranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei welcher die Veränderungen rampenähnlich ausgebildet sind.
12. Spanbrecheranordnung nach einem der Ansprüche

1 bis 10, bei welcher die Breite der Spanflächenfase 16 und/oder die Breite und/oder Tiefe der Spanverformungs- und Ableitmulde 13 sich in scharfem Übergang ändern.

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13. Spanbrecheranordnung nach Ansprüchen 2 bis 12, bei welchen die Breite der Spanflachenfase 1 bis auf null zurückgehen kann.

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