DE3118579C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Ausschneiden von Schei­ ben aus metallischem Material nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Ein derartiges Werkzeug ist aus der US-RE-PS 28 416 bekannt. Bei diesem Werkzeug sind die Schneidzähne mit jeweils drei in Um­ fangsrichtung und axialer Richtung zueinander versetzten Schneid­ kanten versehen. Die radial äußere und radial mittlere Schneid­ kanten sind im Bereich der zugehörigen wendelförmigen Spannut angeordnet, während die radial innere Schneidkante in dem Steg gebildet ist, der im Bereich der Spannut zwei benachbarte Schneid­ zähne miteinander verbindet. Die radial innere Schneidkante wird durch eine in dem Steg vorgesehene Spanablauflücke gebildet.

Die Schneidengeometrie des vorbekannten Werkzeuges hat sich in der Praxis als erfolgreich erwiesen. Insbesondere wurde durch diese Schneidengeometrie die Tendenz des Werkzeugs, beim Schnei­ den in das Werkstück hineingezogen zu werden, drastisch verrin­ gert: Wenn nämlich ein derartiges Schneidwerkzeug von Hand am Werkzeug angesetzt wird, besteht die Gefahr, daß die in das Material eindringenden Schneidkanten das Werkzeug in das zu schneidende Material hineinziehen. Da bei dem vorbekannten Werk­ zeug die drei Schneidkanten nicht nur in Umfangsrichtung, son­ dern auch in axialer Richtung versetzt zueinander liegen, grei­ fen, nachdem die untersten Schneidkanten in das Material einge­ drungen sind, die in axialer Richtung folgenden Schneidkanten an der Oberfläche des Werkzeuges an. Hierdurch üben sie eine Art Bremswirkung aus, die die untersten Schneidkanten am vollstän­ digen Eindringen in das Material hindert.

Allerdings wurde bei dem vorbekannten Werkzeug insbesondere beim Schneiden dickerer Materialien nicht selten ein Werkzeugbruch be­ obachtet. Der Bruch trat regelmäßig im Bereich der die Schneid­ zähne miteinander verbindenden Stege auf, da dies offensichtlich die dünnwandigsten Bereiche und damit die Schwachstellen des Werkzeuges sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug der ange­ gebenen Gattung so weiterzubilden, daß die Gefahr von Werkzeug­ brüchen bei gleichzeitiger Verbesserung der Schneideigenschaften vermindert wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Werkzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Patent­ anspruchs 1 gelöst.

Wie sich in der Praxis gezeigt hat, wird auch die erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen trotz einer Schwächung des Werkzeuges im Bereich der Stege die Bruchgefahr erheblich verringert. Außerdem lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug die Schneidzeiten erheblich herabsetzen. Schließlich bringt die Erfindung auch eine bessere Oberflächenqualität des geschnittenen Werkstückes mit sich.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Unterteilung der radial inneren Schneidkante in zwei Schneidkanten entstehen sehr schmale Späne, die eine vergleichsweise große Tendenz haben, sich zu krümmen. Durch die speziell gewählte Form der zugehörigen Spanab­ lauflücken werden die von den beiden radial inneren Schneidkanten erzeugten Späne aufgrund dieser Krümmung unmittelbar nach ihrem Entstehen in die zugeordnete Spannut abgeführt, wo sie den wei­ teren Schneidvorgang nicht mehr beeinträchtigen. Die Folge ist, daß es im Bereich der Schneidzähne zu keinem Zusammenbacken der Späne kommt, was bei dem vorbekannten Werkzeug als Ursache des häufigen Werkzeugbruches vermutet wird. Durch die durch die Er­ findung erzielte verbesserte Spanabfuhr werden somit die Bruch­ gefahr verringert und die Schneideigenschaften des Werkzeugs insgesamt verbessert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Anhand der Zeichnung wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Werkzeuges zum Aus­ schneiden von Scheiben;

Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht des in Fig. 1 dargestellten Werkzeuges,

Fig. 3 einen Teilschnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 1,

Fig. 4 eine teils perspektivische, teils geschnittene Ansicht eines Schneidzahnes des Werkzeuges.

Das in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Werkzeug 10 umfaßt einen Werkzeugkörper 12 und einen Schaft 14. Der Werkzeugkörper 12 besitzt die Form eines umgedrehten Bechers und weist eine Ringwand 16 und eine obere Wand 18 auf. Das untere Ende der Ringwand 16 ist mit einer Vielzahl von Schneidzähnen 20 versehen, die vorzugsweise in gleichmäßigen Abständen vonein­ ander angeordnet sind. Eine wendelförmige Spannut 22 erstreckt sich um den Außenumfang des Werkzeuges herum in der Nähe eines jeden Zahnes 20 nach oben. Aufeinanderfolgende Spannuten 22 sind durch einen Rücken 24 am Außenumfang des Werkzeuges voneinander getrennt. Bei dem dargestellten Werkzeug erstrecken sich die Spannuten und Rücken über die Gesamtlänge der Ring­ wand. Bei einigen Anwendungsfällen arbeitet das Werkzeug jedoch noch wirksamer, wenn die Spannuten und Rücken wesentlich kürzer sind als die Ringwand. Die Abschnitte der Ring­ wand zwischen den aufeinanderfolgenden Zähnen 20 umfassen Stege 26. Die radial äußere Seite 28 eines jeden Steges 26 bildet die radial innere Wand einer jeden Spannut 22. Jede Spannut 22 umfaßt eine vordere Seitenwand 30 und eine hintere Seitenwand 32.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist jeder Zahn 20 mit drei Schneidkanten 34, 36, 38 versehen. Die Schneidkante 34 ist in Rotations­ richtung im Abstand vor der Schneidkante 36 angeordnet, während die Schneidkante 36 in Drehrichtung im Abstand vor der Schneidkante 38 angeordnet ist. Die Schneidkante 34 ist am unteren Ende der hinteren Seite 40 einer inneren Spanablauflücke 42 vorgesehen. Das vordere Ende der Spanablauflücke 42 ist in Aufwärts­ richtung, wie bei 44 gezeigt, radial auswärts geneigt. Die Schneidkante 36 ist am unteren Ende der hinteren Seite 46 einer zweiten Spanablauflücke 48 angeordnet, die in dem Steg 26 unmittelbar benachbart zur inneren Spanablauflücke 44 ausgebildet ist. Das obere Ende der zweiten Spanablauflücke 48 ist radial auswärts, wie bei 50 gezeigt, nach oben gekrümmt. Die Schneid­ kanten 34, 36 sind durch eine sich in Umfangsrichtung er­ streckende Schulter 51 am unteren Ende der radial inneren Seite 52 der Spanablauflücke 48 voneinander getrennt. Die Schneid­ kante 38 ist am unteren Ende der hinteren Seite 32 der Spannut 22 angeordnet und von der Schneidkante 36 durch eine Schulter 54 am unteren Ende der Spannut 22 nach hinten beabstandet.

Die Bodenfläche eines jeden Zahnes ist mit zwei Hinterschnei­ dungsflächen 56, 58 versehen. Im Betriebszustand ist die Hinterschneidungsfläche 56 axial nach oben und radial nach innen geneigt, während die Hinter­ schneidungsfläche 58 axial nach oben und radial nach außen geneigt ist. Zusätzlich dazu ist jede dieser Hinterschnei­ dungsflächen von den entsprechenden Schneidkanten aus in einer Umfangsrichtung im geringen Maße, beispielsweise von 5 bis 20°, nach oben geneigt, um den nötigen Abstand für die Schneidkanten zu schaffen. Die beiden Hinterschneidungs­ flächen 56, 58 schneiden sich in einem Scheitel 60, der die radial äußerste Schneidkante 38 schneidet. Obwohl die Hinter­ schneidungsflächen 56, 58 so geschliffen sein können, daß der Scheitel 60 irgendeine der Schneidkanten schneidet, wird in den meisten Fällen vorgezogen, daß dieser Scheitel die äußerste Schneidkante schneidet. Infolge der Neigungen der Hinter­ schneidungsflächen 56, 58 sind die Schneidkanten 34, 36, 38 in Axialrichtung geneigt und sowohl in Vertikal- als auch in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet.

Der Steg 26 besitzt am unteren Ende eines jeden Zahnes eine radiale Abmessung, die größer ist als die radiale Tiefe der benachbarten Spannut 22. Da die Schneidkanten 34, 36, 38 in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sind, wird von jeder Schneidkante ein getrennter Span erzeugt, wenn das Werkzeug in ein Werkstück eingeführt wird. Die Ab­ messungen des Werkzeuges relativ zueinander sind so, daß die radiale Tiefe der Spannut 22 nicht wesentlich geringer und vorzugsweise größer ist als die breitere Kante der beiden Schneidkanten 34, 36. Somit wird der von der Schneidkante 34 erzeugte Span unmittelbar nach dessen Entstehen durch die radiale Neigung dieser Schneidkante und den oberen End­ abschnitt 44 der Spanablauflücke 42 in die Spannut 22 geführt. In ähnlicher Weise wird der von der Schneidkante 36 erzeugte Span unmittelbar nach dessen Entstehen durch die radiale Neigung dieser Schneidkante und die gekrümmte Wandung 50 der Spanablauflücke 48 in die Spannut 22 geführt. Die axiale Abmessung der zweiten Spanablauflücke 48 ist nicht wesentlich größer als die axiale Abmessung der Spanablauflücke 42, um auf diese Weise die unmittelbare Abführung des Spanes in die Spannut 22 zu fördern und dadurch die Neigung zum Anhäufen und Verstopfen der Späne in der Spanablauflücke 48 zu vermeiden. Obwohl durch die Neigung der Schneidkante 34 der von ihr erzeugte Span nach oben und außen geführt wird, sollte die Umfangsabmessung der Spanablauflücke 42 ausreichend klein sein, um zu verhindern, daß sich der von der Schneidkante 34 erzeugte Span direkt in der Spanablauflücke 42 im starken Maße zusammenrollt. Wenn die Spanablauflücke 42 in einer Umfangsrichtung ausreichend klein ist, neigt der von der Schneidkante 34 erzeugte Span dazu, relativ gerade zu bleiben, und wird schneller nach oben und aus der Spanablauflücke herausgeführt. Die Breite der inneren Spanablauflücke 42 in Umfangsrichtung sollte vorzugs­ weise nicht größer als etwa die Hälfte der Dicke des Steges 26 sein und im Bereich von etwa einem Drittel der Dicke des Steges 26 liegen. Die Abmessung der Spanablauflücke 42 in Umfangs­ richtung sollte im umgekehrten Verhältnis zur Dicke des Steges 26 stehen. Somit werden die von den Schneidkanten 34, 36 erzeugten Späne unmittelbar nach ihrem Entstehen radial nach außen und axial nach oben in die Spannut 22 geführt. Der von der Schneidkante 38 erzeugte Span wird in ähnlicher Weise nach oben in die Spannut 22 gelenkt.

Da jeder dieser Späne relativ schmal ist und dazu neigt, axiale und keine radiale Wendel zu bilden, werden die Späne in wirksamer Weise durch die Spanablauflücke radial aus­ wärts geführt. Da sich die spiralförmigen Späne von jeder der Schneidkanten axial aufwärts und radial auswärts in die Spannut 22 bewegen, neigen sie dazu, sich ineinander zu verschlingen. Sobald die ineinander verschlungenen spiral­ förmigen Späne mit der Wandung der gebildeten Bohrung in Berührung treten, stoppt die dadurch erzeugte Reibung die Drehung der Späne zusammen mit dem Werkzeug. Wenn dies auftritt, tritt die hintere Seite 32 der Spannut, in der sich die Späne befinden, mit den spiralförmigen Spänen in Eingriff und führt diese nach oben aus der Spannut heraus. Da die wendelförmigen Späne schmal sind, können sie in einfacher Weise zwischen der Innenseite 28 der Spannut und der Wandung der im Werkstück gebildeten Bohrung zusammengedrückt werden. Da desweiteren die hintere Seite 32 einer jeden Spannut 22 als kontinuierliche Spirale ausgebildet ist, verläuft der Strom der Späne in den Spannuten nach oben kontinuierlich, glatt und ungehindert. Wenn daher die Spanablauflücken 42, 48 so geformt und bemessen sind, daß sie die von den Schneidkanten 34, 36 erzeugten Späne im wesentlichen direkt in die Spannut 22 führen, und da der Strom der Späne durch die Spannut nach oben ungestört und ungehindert verläuft, wird ein freier Strom der Späne nach oben aus der Spannut heraus sichergestellt. Der freie Strom von kleinen Spänen innerhalb der Spannut nach oben wird noch beschleunigt, wenn das Werkzeug im Inneren mit einem unter Druck stehenden Kühlmittel versorgt wird. Hinzu kommt, daß aufgrund der Tat­ sache, daß die Späne schmal und schwach sind, diese dazu neigen, beim Austritt aus der Bohrung sofort zu brechen und sich daher nicht um das Werkzeug und/oder den Schaft wickeln, wenn sie aus der erstellten Bohrung austreten. Folglich wird der weitere Austritt von danach erzeugten Spänen nicht blockiert oder behindert. Wenn darüber hinaus, wie vorstehend erwähnt, die Spanablauflücke 42 in Umfangsrichtung schmal ausgebildet ist, wird ein Aufrollen des von der Schneidkante 34 erzeugten Spanes verhindert, so daß dieser in einem relativ geraden Zustand in die Spannut 22 eingeführt wird. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit verringert, daß sich der Span innerhalb der Spanablauflücke und der Spannut verkeilt und diese verstopft.

Falls es gewünscht wird, einen geringen Abstand zwischen dem Innenumfang der Ringwand 16 und der ausgeschnittenen zylindrischen Scheibe vorzusehen, kann der Innenumfang der Ringwand 16 über eine kurze Entfernung wie beispielsweise 12,7 mm, wie bei 62 in Fig. 3 angedeutet, unter einem Winkel von etwa 1° vom unteren Ende der Wand aus nach außen konisch ausgebildet sein. Der sich über dem konischen Abschnitt befindliche Abschnitt des Innenumfangs der Ringwand kann zylindrisch ausge­ bildet sein, wie bei 64 angedeutet. Somit besitzt in einer geringen Entfernung über den Schneidkanten der Innenumfang des Werkzeuges einen Abstand von etwa 0,20 mm von der äußeren zylindrischen Fläche der aus dem Werkstück ausgeschnittenen Scheibe. Wie ebenfalls in Fig. 3 gezeigt ist, kann die Tiefe der Spannut 22, falls dies gewünscht wird, in Aufwärtsrichtung zunehmend größer ausgebildet sein, indem die Innenseite 28 der Spannut so geschliffen wird, daß sie sich radial einwärts bis zu dem Abschnitt 62 in Aufwärtsrichtung mit einer gering­ fügig größeren Neigung erstreckt als oberhalb dieses Abschnit­ tes. Dadurch erhält der von der Schneidkante 38 erzeugte Span unmittelbar nach seinem Entstehen radiales Spiel. Folglich kann die Spannut als ganzes mit einem Querschnitt versehen sein, dessen Fläche in Aufwärtsrichtung ansteigt, um den Austritt der Späne aus der Nut weiter zu erleichtern. Jede Spannut kann desweiteren abgeschrägt ausgebildet sein, so daß sie in Umfangsrichtung an ihrem oberen Ende breiter ist als an ihrem unteren Ende.

Die Anordnung eines starken Stegabschnittes, während gleich­ zeitig die Breite aller Späne sehr gering gehalten wird, hat darüber hinaus den Vorteil, daß sie eine in Axialrichtung tiefere innere Spanablauflücke erlaubt. Eine axial tiefere Spanablauflücke fördert nicht nur den Kühlmittelfluß über die Zähne des Bohrers, sondern ermöglicht desweiteren, daß die Zähne über eine längere Zeitdauer scharf bleiben, bevor ein Nachschleifen der Spanablauflücken erforderlich wird.

Um den Energiebedarf für den Vorschub des Werkzeuges in ein Werkstück, wie beispielsweise aus Stahl, zu verringern, ist es erforderlich, daß der von dem Werkzeug erzeugte Weg relativ schmal ist. Für ein Werkzeug, mit dem Stahl bearbeitet werden soll, liegt ein praktischer Wert für die Wanddicke in einem Bereich von 4,06 bis 4,57 mm. Wenn jeder Zahn mit drei Schneidkanten versehen und die Ring­ wand etwa 4,06 mm dick ist, kann die radiale Tiefe der Spannut 22 im Bereich von 1,78 mm Zoll liegen und somit die Dicke des Steges 26 etwa 2,29 mm betragen. Die beiden inneren Schneidkanten 34, 36 können eine Breite von etwa 1,14 mm besitzen, oder die innerste Schneidkante 34 kann eine Breite von etwa 1,02 mm und die mittlere Schneid­ kante 36 eine Breite von etwa 1,27 mm aufweisen, falls dies wünschenswert ist. Somit kann mit einem relativ starken Steg und einer relativ dünnen Ringwand jeder Span, der von den drei Schneidkanten erzeugt wird, sofort von der Spannut 22 aufgenommen werden. Die Umfangsabmessung einer jeden Spannut ist vorzugsweise sieben mal größer als die radiale Tiefe einer jeden Nut.

Claims (3)

1. Werkzeug zum Ausschneiden von Scheiben aus metal­ lischem Material, mit einem hohlzylindrischen Werkzeug­ körper, dessen zylindrische Ringwand an ihrem freien Ende mit mehreren in Umfangsrichtung beabstandeten Schneid­ zähnen und an ihrem Außenumfang mit vom freien Ende aus­ gehenden wendelförmigen Spannuten versehen ist, wobei jeder Schneidzahn mit dem nächstliegenden Schneidzahn am Innenumfang der Ringwand durch einen sich in Umfangs­ richtung erstreckenden, jeweils an einer Spannut radial angrenzenden Steg verbunden ist und jeweils mindestens drei in Drehrichtung zueinander versetzte Schneidkanten aufweist, und zwar eine radial innere, eine radial mitt­ lere und eine radial äußere Schneidkante, von denen die radial innere Schneidkante in dem zuge­ ordneten Steg der Ringwand gebildet ist, wobei der Steg mit einer Spanablauflücke versehen ist, die von der radial inneren Schneidkante nach oben verläuft, radial nach außen in der zugehörigen Spannut mündet und mit einer in aufwärtiger Richtung radial auswärts verlaufen­ den oberen Endfläche versehen ist, wobei jede Spannut eine radiale Abmessung hat, die nicht kleiner ist als die radiale Abmessung sowohl der inneren wie auch der mittleren Schneidkante, und eine Abmessung in Umfangs­ richtung, die wesentlich größer ist als ihre radiale Abmessung, dadurch gekennzeichnet, daß die radial mittlere Schneidkante (36) ebenfalls in dem zugehörigen Steg (26) der Ringwand (20) gebildet ist und daß in dem Steg (26) eine weitere Spanablauflücke (48) gebildet ist, die von der radial mittleren Schneidkante (36) nach oben verläuft, radial nach außen in der zuge­ hörigen Spannut (22) mündet und mit einer in aufwärtiger Richtung radial auswärts verlaufenden oberen Endfläche (50) versehen ist.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das radial äußere Ende der inneren Schneidkante (34) mit dem radial inneren Ende der mittle­ ren Schneidkante (36) durch eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Schulter (51) in dem Steg (26) verbunden ist.

3. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mittlere Schneidkante (36) von der Schulter (51) aus radial nach außen und zu der radial inneren Wand (28) der Spannut (22) verläuft.