DE3202535C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Ein Schneidwerkzeug dieser Gattung, die aus der DE-OS 22 52 349 bekannt ist, bildet einen Schneideinsatz mit positivem Neigungswinkel und kann auch mit einem Werkzeughalter ver­ wendet werden, der zur Aufnahme von Einsätzen mit negativen Neigungswinkeln konstruiert ist.

Einsätze mit positivem Neigungswinkel erfordern eine gerin­ gere Leistung und ergeben eine bessere Oberflächenqualität als solche mit negativen Neigungswinkeln, zumindest bei den meisten Anwendungen. Sie erfordern üblicherweise einen Werk­ zeughalter, der speziell konstruiert ist, um nicht wendbare Einsätze mit positivem Neigungswinkel aufzunehmen.

Es wurden auch bereits Einsätze mit negativem/positivem Nei­ gungswinkel vorgeschlagen. Diese Einsätze weisen zwar auch eine Oberfläche mit positivem Neigungswinkel auf, können je­ doch in einem Werkzeughalter verwendet werden, der zur Auf­ nahme von Einsätzen mit negativem Neigungswinkel konstruiert ist, wobei die Einsätze auch wendbar sein können. Derartige Einsätze sind z. B. in den US-PS 33 99 442 und 35 57 416 beschrieben.

Bei Einsätzen, deren Oberfläche einen positiven Neigungswin­ kel hat, bilden die Grenzfläche bzw. Umfangswandung und die geneigte Oberfläche an der Schneidkante einen spitzen Winkel. Dadurch entsteht zwangsläufig eine schwächere Schneidkante als bei Einsätzen mit negativem Neigungswinkel, bei denen dieser Winkel 90° oder mehr beträgt. Die Schneidkanten von Einsätzen mit positivem Neigungswinkel und negativem/positi­ vem Neigungswinkel sind daher einem höheren Verschleiß durch Zerbröckeln ausgesetzt als Einsätze mit negativem Neigungs­ winkel.

Bei wendbaren Einsätzen mit negativem/positivem Neigungswin­ kel stoßen die Schneidkante und die Oberfläche mit positivem Neigungswinkel, die sich direkt unter der den Schneidvorgang ausführenden Schneidkante befindet, üblicherweise nicht an den Amboß des Werkzeughaltersitzes an, um eine Beschädigung der unteren Schneidkante zu vermeiden. Dieser nicht unter­ stützte bzw. freitragende Teil des Einsatzes, der sich ins­ besondere im Ecken- oder Spitzenbereich befindet, ist daher einem Biegemoment ausgesetzt, das zu einem frühzeitigen Aus­ fall dieses Bereiches führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Schneid­ werkzeug der eingangs angegebenen Art eine gute Schneidcha­ rakteristik in einem großen Geschwindigkeits-, Vorschub- und Schneidtiefenbereich zu erzielen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Kombination der im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Patent­ anspruch 2 angegeben.

Das erfindungsgemäße Schneidwerkzeug kann einen als Formteil gefertigten Schneideinsatz bilden, der vorzugsweise aus ei­ nem Sinterkarbidwerkstoff hergestellt ist und eine Hoch­ temperatur-Oxid-Nitrid- und/oder Karbid-Beschichtung auf­ weist. Das Schneidwerkzeug kann weiterschaltbar und auch wendbar sein.

Bei dem erfindungsgemäßen Schneidwerkzeug ermöglichen die hinter der Schneidkante liegenden Strukturen eine Steuerung der Spänebildung und gewährleisten zugleich eine Abstützung, welche die Festigkeit der Schneidkante verbessert. Dieses Schneidwerkzeug zeichnet sich durch eine besonders gute Schneidcharakteristik in einem großen Geschwindigkeits-, Vorschub- und Schneidtiefenbereich aus. Weiterhin ist seine Festigkeit im Bereich der Ecken verbessert.

Bei praktischen Ausführungsformen von weiterschaltbaren Schneideinsätzen befindet sich jeweils im Eckenbereich eine ansteigende Struktur, die eine Eckenabstützung hinter der Schneidkante bildet und bei geringen Schneidtiefen die Span­ bildung steuert sowie darüber hinaus die Festigkeit im Eck­ bereich des Einsatzes erhöht und die Bruchgefahr an der Schneidkante der Ecke minimiert. Diese Eckenabstützung hat ferner zur Wirkung, daß Späne in den Eckbereich hochgeführt werden, wodurch der Verschleiß an der Schneidkantenflanke vermindert wird. Da die ansteigende Struktur eine Höhe auf­ weist, die größer ist als die Höhe der Schneidkante, stößt sie anstelle der Schneidkante gegen den Sitz des Schneidein­ satzes am Werkzeughalter an, um die beim Schneiden auftre­ tenden Belastungen aufzunehmen.

Bei bevorzugten Ausführungsformen des Schneidwerkzeugs be­ findet sich die stärkste Annäherung der ansteigenden Struktur an die Schneidkante jeweils im Eckbereich, um die Schneid­ kante dort optimal zu stützen. Weiterhin ist es von Vorteil, daß mit zunehmender Entfernung der Schneidkante vom Eckbe­ reich die ansteigende Struktur relativ schnell von der Schneidkante zurückweicht, um ihre Auswirkung auf den Lei­ stungsbedarf bei großen Schneidtiefen minimal zu machen.

Eine besondere Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeich­ nung zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform des Schneideinsatzes;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des Eckbereiches bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform;

Fig. 3 einen Querschnitt des Eckbereiches in Fig. 2 längs Linie III-III; und

Fig. 4 einen Querschnitt des in Fig. 2 gezeigten Einsatzes längs Linie IV-IV.

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform des Schneidwerkzeugs hat in Draufsicht eine allgemein polygonale Gestalt; es handelt sich um ein weiterschaltbares bzw. stufenweise wei­ terdrehbares Einsatzwerkzeug. Der Schneidwerkzeugkörper 1 weist eine Schneidkante 3 auf, die an der Stelle gebildet ist, wo die Umfangswandung 4 auf die Oberseite 2 des Schneidwerkzeuges trifft. Von der Schneidkante 3 aus einwärts erstreckt sich auf der Oberseite 2 eine konvexe Oberfläche 5 mit positivem Nei­ gungswinkel. Auf diese geneigte Oberfläche 5 folgt ein scha­ len- oder bodenförmiger Bereich.

Eine Eckmulde mit einem Muldenboden 9 befindet sich in der Ecke bzw. im Spitzenbe­ reich 7, und eine konkave Mulde 11 erstreckt sich entlang der Seite des Einsatzes. In den Eckbereichen 7 und auf der Innenseite von dem Muldenboden 9 befindet sich eine Eckab­ stützung 15, die vom Muldenboden 9 der Eckmulde ausgehend ansteigt. Diese Eckabstützung weist eine Wandung 17 auf, die ebenfalls allgemein konvex gestaltet ist. Die Eckabstützung 15 schließt an einen mittig angeordneten inselförmigen Bereich 13 an. Längs der Seiten des Einsatzes schließt die kon­ kave Mulde 11 an eine Wandung 19 des inselförmigen Bereiches an, die bis zur höchsten Oberfläche des mittig angeordne­ ten inselförmigen Bereiches 13 ansteigt. In der Mitte der Oberseite 2 ist ferner eine Öffnung 21 angeordnet, die mit der Bodenfläche des Werkzeuges in Verbindung ist. Die Boden­ fläche des Werkzeuges kann flach sein oder dieselbe Eigen­ schaften aufweisen wie die Oberseite 2, wenn das Werkzeug wendbar sein soll.

Fig. 2, in der der Eckbereich 7 größer dargestellt ist, zeigt, daß die Eckabstützung 15 im Eckbereich 7 am nächsten bis an die Schneidkante heranreicht und sich dann mit zu­ nehmender Entfernung der Schneidkanten 3 von dem Eckbereich 7 schnell weiter von den Schneidkanten 3 entfernt. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird dies dadurch erreicht, daß die Eck­ abstützung 15 derart verjüngt ist, daß ihre Breite entlang der Winkelhalbierenden B-B des Eckwinkels zur Innenseite hin von der Schneidkante im Eckbereich 7 ausgehend abnimmt. Diese Ausführungsform wird bevorzugt. Gemäß einer anderen Ausführungsform bleibt die Breite der Eckabstützung bei zu­ nehmender Entfernung aus dem Eckbereich entlang der Winkel­ halbierenden B-B konstant, und zwar bis zum Anschluß an den mittig angeordneten inselförmigen Bereich 13.

Fig. 3, bei der es sich um einen Querschnitt längs Linie III-III in Fig. 2 handelt, zeigt, daß die Schneidkante 3 an der Verbindung zwischen der Umfangswandung 4 und der konvexen Oberfläche 5 mit positivem Neigungswinkel sich in geringerer Höhe befindet als die Eckabstützung 15. Die Höhendifferenz F, die in Fig. 3 eingezeichnet ist, beträgt etwa 0,025-0,05 mm und ist so bemessen, daß die Schneid­ kräfte keine Beschädigung der unteren Schneidkante verur­ sachen, die der gerade den Schneidvorgang ausführenden Kante gegenüberliegt, wenn die untere Schneidkante gegen die Unterseite der Werkzeugaufnahme in dem Werkzeughalter anstößt. Diese vergrößerte Höhe der Eckabstützung 15 ist nur bei wendbaren Einsätzen erforderlich. Bei Einsätzen, die lediglich jeweils um einen Schritt weitergedreht werden, kann die Höhe der Eckabstützung 15 dieselbe sein wie die­ jenige der Schneidkante oder geringer als diese sein. Die Eckabstützung 15 dient bei tiefen Schnitten auch dazu, die Späne in den Eckbereich 7 hochzuführen, um Beschädi­ gungen durch Kraterbildungen zu vermeiden, die sonst an den Flanken der Schneidkante und der geneigten Oberfläche entstehen könnten und den Eckbereich 7 schwächen würden.

Wie ferner aus der Zeichnung ersichtlich ist, mündet die konvexe abfallende Wand 5 in den ebenen Muldenboden 9, auf den dann eine allgemein konvexe Wandung 17 der Eckab­ stützung folgt. Aus der Zeichnung ergibt sich ferner, daß Stege zwischen der Oberfläche 5 mit positivem Neigungswin­ kel und dem Muldenboden 9 und ferner zwischen diesem Muldenboden 9 und der Wandung 17 der Eckabstützung vorhanden sein können. Um die Unterstützung zu optimieren, die die Eckabstützung 15 für die Schneidkante 3 im Eckbereich bildet, sollte die Eckabstützung 15 so nahe wie möglich an die Schneid­ kante 3 herangebracht werden, soweit dies mit den Erforder­ nissen einer geringen Leistungsaufnahme vereinbar ist.

Es wurde gefunden, daß der Abstand von der Schneidkante 3 bis zum Innenrand des Muldenbodens 9, der in der Zeich­ nung als Größe A eingezeichnet ist, vorzugsweise ungefähr 0,635 mm betragen sollte. Gute Ergebnisse werden jedoch auch erzielt, wenn dieser Abstand A von der Schneidkante in einem Bereich von 0,598-1,78 mm liegt. Der Abstand von der Schneidkante 3 bis zum Scheitel der Eckabstützung 15, der in der Zeichnung als Größe G dargestellt ist, beträgt bei einer besonderen Ausführungsform 0,965 mm; dieser Ab­ stand G kann jedoch im Hinblick auf eine gute Steuerung der Spänebildung im Bereich zwischen 0,89 und 2,29 mm liegen.

Die Höhe der Schneidkante 3 über dem Muldenboden 9, die in der Zeichnung als Größe C angegeben ist, sollte zwischen 0,076 und 0,254 mm liegen und liegt bei einer bevorzug­ ten Ausführungsform bei etwa 0,127 mm.

Fig. 4, die einen Schnitt längs Linie IV-IV in Fig. 2 zeigt, läßt erkennen, daß der Schneidwerkzeugkörper 1 eine Um­ fangswandung 4 aufweist, an deren Oberseite sich eine Schneidkante 3 befindet. An die Schneidkante schließt eine konvexe abfallende Wand 5 an, die kreisbogenförmig mit einem Radius R sein kann. Entlang den Seiten schließt diese konvexe abfallende Wand 5 an einen konkaven Mulden­ boden 11 an, dessen Neigung vorzugsweise mit zunehmender Entfernung von der Schneidkante 3 zunimmt.

Der konkave Muldenboden 11 trifft auf eine Wandung 19 eines inselförmigen Bereichs, die sich an der mit 23 be­ zeichneten Stelle innenseitig befindet. Wie die Zeichnung zeigt, sollte die Neigung des Muldenbodens 11 an der mit 23 bezeichneten Stelle größer sein als die Neigung der Wandung 19 des inselförmigen Bereiches an dem mit 23 be­ zeichneten Übergang. Die Wandung 19 des inselförmigen Be­ reiches kann konkav sein, wie dies in der Zeichnung gezeigt ist, oder irgendeine andere geeignete Gestalt aufweisen, sofern sie eine Neigung an dem Übergang 23 aufweist, die geringer ist als die Neigung des Muldenbodens 11 an diesem Übergang 23.

Die konvexe Wandung 17 der Eckabstützung 15 mündet in den Muldenboden 11 und in die Wandung 19 des inselförmigen Be­ reiches ein. Der Muldenboden 9 im Eckbereich ist gegenüber dem kovexen Muldenboden 11 etwas erhöht. Der konvexe Mul­ denboden 11 sollte eine maximale Tiefe D von 0,20-0,38 mm aufweisen und hat bei einer sich als günstig erwiesenen Ausführungsform eine Tiefe von etwa 0,2 mm. Der konkave Muldenboden 11 steigt mit zunehmender Entfernung von der Schneidkante an bis zu einer maximalen Höhe E an dem Übergang 23. Die Höhe E beträgt vorzugsweise 0,076-0,254 mm weniger als die Höhe der Schneidkante, ist jedoch stets geringer als die Größe D.

In Fig. 4 ist der Winkel T eingezeichnet, der zwischen einer Tangente an die konvexe Oberfläche 5 mit positivem Neigungswinkel und der Umfangswandung 4 an der Schneid­ kante gebildet ist. Der Winkel T kann etwa 82° betragen, hängt jedoch von den an die Schneidkante zu stellenden Festigkeitsforderungen für die jeweilen Anwendungen ab. Der Komplementwinkel des Winkels T ist der Neigungswinkel; wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, nimmt der Neigungs­ winkel kontinuierlich zu, während die konvexe Oberfläche mit positivem Neigungswinkel sich von der Schneidkante 3 entfernt.

Der Scheitel, den der Übergang bildet, sollte sich etwa 1,27-2,54 mm (Größe B) hinter der seitlichen Schneidkante 3 befinden, wobei günstige Ergebnisse bei einem Wert von 1,27 mm erreicht werden. Der Scheitel des Übergangs 23, der eine Linie bildet, wirkt Steuerung der Spänebildung bei großen Schneidtiefen.

Während bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbei­ spiel die Abstützung 15 und der in der Mitte liegende inselförmige Bereich 13 dieselbe Höhe haben und ferner eine größere Höhe aufweisen als die Schneidkante 3, ist dies jedoch nicht unbedingt erforderlich, wenn das Werkzeug nicht umwendbar sein soll. Vielmehr ist diese Konstruktion nur bei wendbaren Schneideinsätzen erforderlich.

Claims (2)

1. Schneidwerkzeug mit einer Schneidkante (3) und einer hinter dieser liegenden Oberfläche (5) mit positivem Nei­ gungswinkel, der mit zunehmender Entfernung von der Schneid­ kante (3) kontinuierlich größer wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Oberfläche (5) mit positivem Neigungswinkel an die Schneidkante (3) anschließt,
• b) einwärts von dieser Oberfläche (5) mit positivem Nei­ gungswinkel ein Muldenboden (9) gelegen ist, dessen Oberfläche mit zunehmender Einwärtserstreckung von der Schneidkante (3) fort ansteigt;
• c) einwärts von dem Muldenboden (9) ein inselförmiger Be­ reich (13) gelegen ist, der bis oberhalb der Schneid­ kante (3) ansteigt und eine an den Muldenboden (9) an­ schließende ansteigende Wandung (19) aufweist;
• d) am Übergang (23) zwischen Muldenboden und der anstei­ genden Wandung (19) die Neigung des Muldenbodens (9) stärker ist als die Neigung der ansteigenden Wandung (19).

2. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Verbindung zwischen der Umfangswandung (4) des Schneidwerkzeugkörpers (1) und seiner Oberseite bzw. Unter­ seite wenigstens zwei im Winkel zueinander verlaufende und aneinander anschließende Schneidkanten (3) gebildet sind.