DE3620115A1 - Konturenfraeser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Konturenfräser, insbesondere zur Bearbeitung der Konturen von Leiterplatten o. dgl., nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Konturenfräsers.

Der Aufbau sowie der Einsatz von Konturenfräsern ist beispielsweise aus dem deutschen Gebrauchsmuster GM 77 05 745 bekannt. Insbesondere zur Bearbeitung von glasfaserverstärkten Leiterplatten sind verschiedene Ausführungen von Fräsertypen bekannt geworden, wobei die kreuzverzahnte Ausführung der Schneidgeometrie am weitesten verbreitet ist. Diese kreuzverzahnte Ausführung wird in Fachkreisen auch als "diamantverzahnter" Fräser bezeichnet. Diese Fräser weisen jedoch keinen Diamantbesatz o. dgl. auf. Die Bezeichnung "diamantverzahnt" ergibt sich vielmehr aus der pyramidenähnlichen Zahnform. Als Literaturstelle wird hierzu auf die Veröffentlichung in iee productronic, 27. Jahrgang 1982, Nr. 4, Seite 39, 40 verwiesen: "Ein Spezialfräser für Leiterplatten".

Die bekannten Konturen- und Kantenfräser bestehen demnach aus Vollhartmetall mit pyramidenähnlicher Zahnform als Schneidengeometrie. Diese Schneidengeometrie ist je nach Anforderungen bzw. Werkzeughersteller sehr vielfältig ausgeführt.

Die Lebensdauer von herkömmlichen Hartmetall- Konturenfräsern beträgt maximal ca. 8 Stunden Einsatzdauer bzw. es wird ein Fräsweg von ca. 60 bis 100 Meter in Leiterplatten erreicht. Die Lebensdauer hängt natürlich von der Beschaffenheit des zu bearbeitenden Materials ab.

Die Durchmesser der bekannten gebräuchlichen Konturenfräser betragen am Arbeitsteil im allgemeinen zwischen 2 bis 3 mm.

Bei den bekannten Konturenfräsern hat sich der verstärkte Wunsch eingestellt, daß diese Werkzeuge höhere Standzeiten aufweisen sollen. Höhere Standzeiten können jedoch nur bedingt durch Änderungen bzw. Verbesserungen der Schneidgeometrie erzielt werden, da die Verschleißgrenzen des Hartmetalls im wesentlichen die Standzeiten beeinflussen.

Bei Werkzeugen zur spanabhebenden Bearbeitung ist es bekannt geworden, die Schneidbereiche durch Anbringen von Schneidsegmenten aus polykristallinem Diamant-Material zu verfestigen. Hierdurch werden die Standzeiten um den Faktor 100 erhöht. So ist es auch bei Fräswerkzeugen mit größeren Dimensionen bekannt geworden, diese mit sogenannten PKD-Schneiden (Polykristalline-Diamant- Schneiden) im Segmentaufbau auszustatten. Hierfür sind von der Firma De Beers Industrie-Diamanten GmbH in einem Prospekt "SYNDITE, Macrodrill-Einsätze und Microdrill- Rohlinge für PKD-Spiralbohrer, Prospekt-Nr. 3000/3/86" die verschiedensten geometrischen Formen für Schneidsegmente aus PKD bekannt geworden. Diese verschiedenen Formen lassen sich vorzugsweise durch die Funkenerosionstechnik problemlos herstellen.

Für Konturenfräser mit Arbeitsdurchmesser zwischen 2 bis 3 mm ist jedoch die Anbringung von Schneidsegmenten aus PKD wegen der notwendigen Miniaturisierung technisch nicht beherrschbar. Die Befestigung durch Anlöten von Schneidsegmenten aus PKD scheidet deshalb bei Konturenfräsern mit kleinsten Abmessungen aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Konturenfräser, insbesondere zur Bearbeitung von Leiterplatten o. dgl. zu schaffen, deren Schneidteil aus hochverschleißfestem polykristallinem Diamant-Material besteht.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Konturenfräser der einleitend bezeichneten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Gemäß dem Verfahrensanspruch ist das Herstellungsverfahren für den angegebenen Konturenfräser unter Schutz gestellt.

In der zuvor genannten Literaturstelle der Firme De Beers "SYNDITE" wird darauf hingewiesen, daß Bohrwerkzeuge mit kleinem Durchmesser mit Voll-Diamant-Bohrkopf ausgestattet sind, wobei die Schneidspirale in das PKD-Material mittels Diamantscheiben eingeschliffen wird. Dieses Verfahren läßt sich prinzipiell auch für Fräser anwenden, wie es beispielsweise in der DE-OS 32 32 686 bekanntgeworden ist. Ein Konturenfräser bzw. Schaftfräser mit einem vollständig aus PKD-Material bestehenden Schneidschaft hätte jedoch den Nachteil, daß dieser außerordentlich teuer und in seinen mechanischen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Zähigkeit unbrauchbar wäre. Der Vorteil der höheren Verschleißfestigkeit würde durch den Nachteil der Brüchigkeit durch mangelnde Zähigkeit kompensiert. Als Trägermaterial kann deshalb auf den Werkstoff des Hartmetalls nicht verzichtet werden.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, wiederum das PKD-Material mit dem Hartmetall- Grundmaterial zu verbinden, wobei auf kleinste PKD- Schneidelemente verzichtet werden soll. Es wird demnach erfindungsgemäß das PKD-Teil als gesonderte Büchse ausgeführt, die auf einen Aufnahmeschaft aus Hartmetall aufgebracht wird. Dabei wird die Büchse in ihren Abmessungen, d. h. im Verhältnis des Innendurchmessers zum Außendurchmesser sowie zur Länge derart bemessen, daß mäglichst wenig Material verbraucht wird. Die Materialkosten halten sich deshalb auch bei dieser Ausführungsform in Grenzen, da nicht eine Vielzahl von Einzelschneidelementen sondern nur eine geschlossene PKD- Büchse auf das Hartmetall-Grundmaterial aufgebracht werden muß. Der Herstellungsvorgang derartiger dünnwandiger PKD- Büchsen läßt sich durch die Funkenerosionstechnik mühelos bewerkstelligen.

Die Erfindung hat gegenüber den bekannten Hartmetall- Konturenfräsern den Vorteil einer wesentlich erhöhten Standfestigkeit. Darüber hinaus läßt sich auch bei Konturenfräsern mit kleinstem Durchmesser, wie zum Beispiel 2 bis 3 mm Außendurchmesser eine PKD-Werkzeug- Oberfläche ohne Einzel-Schneidelemente schaffen. Die geometrische Schneidstruktur wird im allgemeinen nach dem Aufbringen der PKD-Büchse auf den Hartmetall-Trägerschaft mittels Diamant-Schleifscheiben in an sich bekannter Weise aufgebracht.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen PKD-Büchsen mittels der Funkenerosionstechnik hat den Vorteil, daß aus einem Vollblock aus PKD-Material eine Vielzahl von im Durchmesser ständig kleiner werdenden Hülsen für derartige Zwecke herstellbar sind. Als Kernmaterial kann schließlich Werkstoff übrig bleiben, wie es zur Herstellung von Bohrwerkzeugen mit Voll-Diamantkopf benötigt wird. Mit der Erfindung wird demnach auch ein wirtschaftliches Verfahren zur Verwendung von PKD-Elementen geschaffen.

In den Unteransprüchen sind weitere Maßnahmen zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe bzw. zur vorteilhaften Weiterbildung und Verbesserung des erfindungsgemäßen Gedankens vorgesehen.

Besonders vorteilhaft erfolgt die Verbindung zwischen der PKD-Büchse und dem Hartmetall-Aufnahmeschaft mittels einer Klebeverbindung oder einer Sinterverbindung nach den herkömmlichen Verfahren zur Behandlung von polykristallinem Material. Sofern es die geometrischen Abmessungen erlauben, ist auch eine formschlüssige Verbindung zwischen PKD-Büchse und Aufnahmeschaft denkbar. Hierfür werden der Querschnitt des Hartmetallaufnahmeschaftes sowie des Innendurchmessers der PKD-Büchse angepaßt. Die Verbindung mit Nut und Feder ist ebenfalls möglich.

Gemäß der Weiterbildung der Erfindung nach den Unteransprüchen 3 und 4 sind vorteilhafte Abmaße für den Konturenfräser angegeben.

Der Verfahrensanspruch nach Unteranspruch 5 gibt die Verfahrenshinweise zur Herstellung des erfindungsgemäßen Konturenfräsers. Dabei wird insbesondere auf die Herstellbarkeit der PKD-Büchse mittels der Funkenerosionstechnik hingewiesen. Die Schneidgeometrie auf der PKD-Büchse wird abschließend mittels dem an sich bekannten Diamant-Schleifverfahren aufgebracht.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile ergeben sich aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigt

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Konturenfräser im fertigen Zustand,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße PKD-Büchse im Rohzustand,

Fig. 3 ein vorbereitetes Aufnahmeteil für die PKD-Büchse und

Fig. 4 eine auf den Hartmetall-Aufnahmeschaft aufgebrachte PKD-Büchse in unbearbeitetem Zustand.

Der in der Fig. 1 dargestellte Konturenfräser (10) besteht aus dem in der Fig. 3 dargestellten Aufnahmeschaft (11) und anschließendem Einspannschaft (12) aus einem einstückig hergestellten Hartmetall-Material.

Eine in der Funkenerosionstechnik hergestellte Büchse (13) aus polykristallinem Diamant-Material (PKD-Büchse) weist einen Innendurchmesser D ₁ auf, der dem Außendurchmesser D ₂ des Aufnahmeschafts (11) angepaßt ist. Der Außendurchmesser D ₃ der PKD-Büchse (13) entspricht etwa dem wirksamen Außendurchmesser D ₄ des Fräswerkzeugs gemäß der Darstellung in Fig. 1.

Die PKD-Büchse (13) wird mit einer Wanddicke s≅0,3 bis 0,1 mm ausgeführt, um dem PKD-Mantel eine ausreichende Eigenstabilität zu geben. Die Länge l der PKD-Büchse liegt zwischen 1≅5 bis 12 mm, je nach Arbeitslänge des Fräsers.

Das Durchmesserverhältnis der PKD-Büchsenbohrung D ₁ zu deren Außendurchmesser liegt bei D ₁ : D ₃≅1 : 1,3 bis 1,75.

Wie in den Fig. 1 bis 4 dargestellt, ist das Herstellungsverfahren des erfindungsgemäßen Konturenfräsers wie folgt:

Nachdem die PKD-Büchse (13) mit Hilfe der bekannten Funkenerosionstechnik hergestellt ist, wird dieselbe über den Aufnahmeschaft (11) des vorbereiteten Hartmetallteils (11, 12) aufgebracht und dort dreh- und schiebesicher verbunden. Eine sichere Verbindung der PKD-Büchse (13) mit dem Aufnahmeschaft (11) kann mittels eines hochfesten und temperaturbeständigen Klebers oder mittels einer Sinterverbindung erfolgen. Die Klebeverbindung muß bis mindestens 200°C temperaturbeständig sein, um die Zerspanungstemperatur beim Konturenfräsen, die bis zu 140° C betragen kann, schadlos zu überstehen.

Wird die PKD-Büchse aufgesintert, dann darf der Sinterprozeß ca. 600°C nicht übersteigen, und die Sinterdauer eine Zeitspanne von ca. 15 Minuten nicht überschreiten. Werden diese Werte nicht eingehalten, kann das Gefüge des PKD-Elements, insbesondere die Diamantstruktur geschädigt werden.

Beim Herstellungsprozeß ist noch wesentlich, daß die Oberfläche des Aufnahmeschafts (3) im Bereich der Übergangsstelle (14) zur Kegelform (15) keine Riefen aufweisen darf, da diese sonst als Sollbruchstellen wirksam sein können. Die Rauhtiefe in diesem Bereich ist kleiner als R _a ≦0,6 µm zu halten.

Nachdem die Teile gemäß Fig. 2 und 3 zusammengefügt sind, ergibt sich die Ausführungsform nach Fig. 4. Um das fertige Werkzeug gemäß der Darstellung nach Fig. 1 zu erhalten, muß die Peripherie der PKD-Büchse (13) noch mit der Schneidengeometrie versehen werden. Die Schneidengeometrie (16) wird als an sich bekannte Schneidengeometrie ausgebildet, d. h. sie kann gemäß der Darstellung in Fig. 1 als Spiralverzahnung (17) bzw. Spiralverzahnung mit Spanbrecher (18) ausgebildet sein. Selbstverständlich lassen sich auch andere Schneidengeometrien, wie Kreuzverzahnungen bzw. Diamantverzahnungen, wie eingangs erläutert, aufbringen. Die Verzahnung wird mittels für PKD üblicher spezieller Schleiftechniken, insbesondere mit Diamantschleifscheiben eingebracht.

Die Erfindung umfaßt selbstverständlich auch alle fachmännischen Weiterbildungen ohne eigenen erfinderischen Gehalt. Auf die für die Bearbeitung von PKD-Materialien bekannten Verfahren wird ausdrücklich verwiesen. Anstelle von PKD-Material kann selbstverständlich auch gleichwertiges kubisches Bohrnitrid-Material (CBN- Material) in an sich bekannter Weise verwendet werden.

Claims (9)

1. Konturenfräser, insbesondere zur Bearbeitung von Leiterplatten o. dgl., bestehend aus einem Einspannschaft sowie einem hieran anschließenden, das Schneidteil bildenden Schneidschaft, dadurch gekennzeichnet, daß das die Fräser-Schneidgeometrie aufweisende Schneidteil als Büchse aus polykristallinem Diamant-Material (PKD-Büchse) (13) ausgebildet ist, welches auf dem als Aufnahmeschaft (11) ausgebildeten Schneidschaft fest aufgebracht ist.

2. Konturenfräser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der PKD-Büchse (13) und dem Aufnahmeschaft (11) als Klebeverbindung mit bis zu 200°C temperaturbeständigen Kleber oder als Sinterverbindung oder als formschlüssige Verbindung ausgebildet ist.

3. Konturenfräser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die PKD-Büchse eine Wanddicke von s≅ 0,3 bis 0,1 mm aufweist, bei einem Innendurchmesser von D ₁≅1 bis 3 mm und einem Arbeitsdurchmesser von D ₄≅ 2 bis 3 mm, wobei die axiale Länge 1≅5 bis 12 mm beträgt.

4. Konturenfräser nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Innendurchmessers D ₁ der PKD-Büchse (13) zu seinem Außendurchmesser D ₃ im Bereich von 1 zu 1,3 bis 1,75 liegt (D ₁ : D ₃≅ 1 : 1,3 bis 1,75).

5. Verfahren zur Herstellung eines Konturenfräsers, insbesondere zur Bearbeitung von Leiterplatten o. dgl., bestehend aus einem Einspannschaft sowie einem hieran anschließenden, das Schneidteil bildenden Schneidschaft, dadurch gekennzeichnet, daß eine Büchse (13) aus polykristallinem Diamant-Material (PKD-Büchse) mit einem Innendurchmesser D ₁≅1 bis 3 mm und einer Wandstärke von s≅0,3 bis 0,1 mm und einer Länge von l≅5 bis 12 mm durch Funkenerosion aus einem PKD-Block heraus erodiert wird, daß die PKD-Büchse (13) auf einem im Außendurchmesser D ₂ auf den Innendurchmesser D ₁ der Büchse (13) angepaßten Aufnahmeschaft (11) des Konturenfräsers (10) durch Kleben, Aufsintern oder durch formschlüssige Verbindung o. dgl. aufgebracht wird, wobei der Aufnahmeschaft und das Einspannteil aus einstückigem Hartmetall gefertigt sind und daß die Schneidgeometrie (16) des Konturenfräsers (10) auf die PKD-Büchse (13) mittels Diamant-Schleifverfahren aufgebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeverbindung eine Temperaturbeständigkeit bis 200°C aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterprozeß eine Sintertemperatur von 600°C sowie eine Sinterdauer von 15 Minuten nicht überschreitet.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als formschlüssige Verbindung eine Nut- und Federverbindung verwendbar ist.

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsstelle (14) zwischen Aufnahmeschaft (11) und Kegelform (15) eine Rauhtiefe von R _a ≦0,6 µm aufweist.