DE4241140A1 - Chip cutting tool with cutting insert(s) - has swarf disposed face outside cutting insert with processed surface - Google Patents
Chip cutting tool with cutting insert(s) - has swarf disposed face outside cutting insert with processed surfaceInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Zerspanungswerkzeug mit mindestens einem Schneideinsatz.The invention relates to a cutting tool with at least a cutting insert.
Beispielsweise fallen hierunter Bohrwerkzeuge mit einem Schaft und mit mindestens einer in axialer Richtung verlaufenden Span nut mit nach hinterem Ende abnehmender Tiefe und mit mindestens einem Schneideinsatz, der am Umfang des Schaftes am vorderen Ende der Spannut bis zum größten Bearbeitungsdurchmesser ange ordnet ist, und ggf. einen weiteren Schneideinsatz an einer zweiten diametral gegenüberliegenden Spannut innerhalb des Schneidkreises des am Umfang angeordneten Schneideinsatzes an die Bohrerachse angrenzend oder dieselbe geringfügig über schreitend angeordnet ist.For example, this includes drilling tools with a shaft and with at least one chip running in the axial direction groove with decreasing depth towards the rear end and with at least a cutting insert on the circumference of the shaft on the front End of the flute up to the largest machining diameter is arranged, and possibly a further cutting insert on one second diametrically opposite flute within the Cutting circle of the cutting insert arranged on the circumference the drill axis adjacent or slightly above is arranged striding.
Die genannten Bohrer mit Schneidplatten werden zum Bohren ins Volle für Bohrlängen bis etwa dem fünffachen Bohrungsdurchmes ser eingesetzt. Bohrungen mit hohen Schnittgeschwindigkeiten sind möglich. Zum Bohren tieferer Löcher, dem eigentlichen Tieflochbohren, gewinnt die Spanabfuhr zunehmend Bedeutung, weshalb es unablässig ist, unter hohem Druck Kühlmittel an die Schneidstelle zu bringen, welches neben der Kühlung insbeson dere den Abtransport der Späne über die Spannuten besorgt. Un ter die Erfindung fällt jedoch auch ein Einlippenbohrer, der eine Schneide und meist zwei Führungsleisten besitzt, die den Bohrer in einer mitlaufenden Bohrbuchse zentrieren.The aforementioned drills with cutting inserts are used for drilling in Full for drill lengths up to about five times the bore diameter used. High speed drilling are possible. For drilling deeper holes, the actual one Deep hole drilling, chip removal is becoming increasingly important, which is why it is imperative to apply coolant to the high pressure Bring cutting point, which in addition to cooling in particular which takes care of the removal of the chips via the flutes. Un However, the invention also includes a single-lip drill that has a cutting edge and usually two guide strips that the Center the drill in a rotating drill bush.
Bohrwerkzeuge für Bohrungen in Vollmaterial mit zwei Schneideinsätzen mit einer jeweils dachförmigen, gebrochenen Schneidkante sind beispielsweise aus der DE 27 30 418 C2 be kannt. Werden in einer Ausführungsvariante drei Schneideinsätze verwendet, so sind im wesentlichen jeweils beide Schneidkanten hälften jedes Schneideinsatzes im Einsatz. Die Zahl der Spannu ten erhöht sich dann selbstverständlich auf drei. Drilling tools for drilling in solid material with two Cutting inserts, each with a roof-shaped, broken one Cutting edges are for example from DE 27 30 418 C2 knows. Are three cutting inserts in one design variant used, are essentially both cutting edges halves of each cutting insert in use. The number of voltages ten then naturally increases to three.
Während nach der DE 27 30 418 C2 die Schneidplatten relativ zu einander in gleichen Umfangswinkelabständen, z. B. 180 oder 120° in den aufgeführten Beispielen, angeordnet sind, wird nach der DE 27 51 255 C2 vorgeschlagen, die Radialebene des inneren Schneideinsatzes zum Ausgleich der auf den Bohrerschaft einwir kenden radialen Kräfte entgegen der Drehrichtung des Bohrers um einen kleinen Winkel gegen den am Umfang angeordneten Schneideinsatz nach rückwärts abzuwinkeln.While according to DE 27 30 418 C2 the cutting plates relative to each other at equal circumferential angular intervals, e.g. B. 180 or 120 ° in the examples listed, are arranged after the DE 27 51 255 C2 proposed the radial plane of the inner Cutting insert to compensate for the action on the drill shank radial forces counter to the direction of rotation of the drill a small angle against the circumferential Bend the cutting insert backwards.
Ausführungsvarianten mit unterschiedlich großen aber geome trisch ähnlichen Schneideinsätzen sind aus der DE 28 08 866 C2 bekannt.Design variants with different sizes but geome Trisch similar cutting inserts are from DE 28 08 866 C2 known.
Nach der DE 35 45 586 C2 wird u. a. zur Gewährleistung einer guten Spanabfuhr vorgeschlagen, den Drallwinkel der Spannuten gegenüber der Bohrerachse vom vorderen Ende des Schneidteiles zu dessen hinteren Ende abnehmen zu lassen, wobei zumindest der Drallwinkel im hinteren Bereich des Schneidteiles so groß ge wählt ist, daß am vorderen Ende des Übergangsteiles, dort wo die Spannuten noch ihre volle Tiefe aufweisen, die durch den dortigen Querschnitt des Schneidteiles verlaufende Mittellinie jedes der beiden Stege in etwa in Richtung der Gesamtresultie renden der auf die Schneidplatten einwirkenden Schnittkräfte verläuft.According to DE 35 45 586 C2 u. a. to ensure a good chip evacuation suggested the helix angle of the flutes opposite the drill axis from the front end of the cutting part to remove at its rear end, at least the Twist angle in the rear area of the cutting part is so large chooses that at the front end of the transition part, where the flutes still have their full depth, which is caused by the there cross section of the cutting part running center line each of the two webs approximately in the direction of the overall result the cutting forces acting on the inserts runs.
Darüber hinaus sind nach dem Stand der Technik auch Stechhalter bekannt, die aus einem flachen Halter mit einer Ausnehmung be stehen, in die unter Vorspannung ein Schneideinsatz eingeklemmt ist. Eine Seite dieser Ausnehmung ist als federnder Klemmarm ausgebildet.Furthermore, according to the prior art, there are also lancing devices known that be from a flat holder with a recess stand, in which a cutting insert is clamped under pretension is. One side of this recess is a resilient clamp arm educated.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Zer spanungswerkzeuge dahingehend zu verbessern, daß die Spanabfuhr außerhalb des Schneideinsatzes verbessert wird, insbesondere die Reibung des ablaufenden Spanes minimiert und die Entstehung langer Späne, die zu einem Totalausfall des Werkzeuges führen können, vermieden wird. Statt dessen wird eine Kurzspanbildung angestrebt.It is an object of the present invention, the Zer Cutting tools to improve the chip removal is improved outside of the cutting insert, in particular minimizes the friction of the running chip and the formation long chips, which lead to a total failure of the tool can be avoided. Instead, a short chip formation sought.
Diese Aufgabe wird mit einem Zerspanungswerkzeug nach An spruch 1 gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die außer halb des Schneideinsatzes liegende Spanablauffläche eine in ei nem Quantenenergieprozeß behandelte Oberfläche und/oder eine Spanablaufmulde besitzt. Der Quantenenergieprozeß, insbesondere eine Laserbehandlung einer Werkstückoberfläche, ist grundsätz lich nach dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise zur Härtung der Oberfläche, um Ermüdungsbrüche von beispielsweise Flugzeugteilen zu verhindern. Die quantenenergieprozeßbehan delte Oberfläche hindert eine Oberflächenrißinitiierung und wirkt korrosionsmindernd. Anders als bei Oberflächenglättungs bearbeitungen, wie dem Honen oder Läppen, wird beim Quanten energieprozeß die Konzentration der Mikro-Rauheiten stark redu ziert und durch eine geringere Konzentration an Makro-Rauheiten ersetzt. Hierdurch wird die Anzahl der Berührungspunkte zwi schen den sich bewegenden Teilen gesenkt und damit gleichzeitig die Reibung gemindert. Das noch nicht in allen Details er forschte Prinzip beruht im Ergebnis darauf, daß ein Laser die oberflächennahen Schichten rasch aufheizt und hierbei derart erhitzt, daß die die Rauhigkeit bestimmenden Spitzen partiell in die Senken abfließen, so daß eine weiche, dünenartige Mikro- Oberfläche entsteht. Die verminderte Reibung begünstigt die Späneabfuhr und verhindert, daß die entstehenden Späne sich stauen und die Oberfläche des Werkzeuges durch abrasiven Verschleiß negativ beeinflußt.This task is accomplished with a cutting tool according to An solved solution 1, which is characterized in that the except chip removal surface lying half of the cutting insert one in egg nem quantum energy process treated surface and / or Chip drain trough. The quantum energy process, in particular laser treatment of a workpiece surface is fundamental Lich known in the art, for example Hardening the surface to prevent fatigue fractures, for example To prevent aircraft parts. The quantum energy process behan delte surface prevents surface crack initiation and has a corrosion-reducing effect. Different from surface smoothing Machining, such as honing or lapping, is done with quantum energy process the concentration of micro-roughness greatly reduced and with a lower concentration of macro roughness replaced. As a result, the number of points of contact between moving parts and thus reduced at the same time reduced the friction. Not yet in every detail research principle is based on the fact that a laser layers near the surface are heated up quickly and in this way heated that the tips determining the roughness partially flow into the depressions so that a soft, dune-like micro Surface arises. The reduced friction favors the Chip removal and prevents the resulting chips from becoming jam and the surface of the tool through abrasive Wear negatively affected.
Alternativ hierzu oder in Ergänzung kann eine Spanablaufmulde in dem außerhalb des Schneideinsatzes liegenden Spanablaufbe reich bei einem dort auftreffenden Span diesen krümmen, bis er letztlich als Kurzspan bricht. Kurze Späne lassen sich, bei spielsweise über die Kühlmittelflüssigkeit, gut aus der Spannut oder sonstwie vom Werkzeug weg fördern. Als Flächenstücke für die Anordnung der Spanablaufmulde dienen insbesondere solche Spanablaufflächen, auf die der beim Zerspanen entstehende Span nach Ableitung und Führung durch den Schneideinsatz auftrifft.Alternatively or in addition, a chip drain trough can be used in the chip drain outside the cutting insert with a chip hitting it, bend it until it ultimately breaks as a short chip. Short chips can be, at for example via the coolant liquid, well from the flute or otherwise convey away from the tool. As patches for the arrangement of the chip drain trough serves in particular those Chip run-off surfaces on which the chip that arises during machining after derivation and guidance through the cutting insert.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 11 beschrieben. So soll die vorzugsweise durch Laserbehandlung geglättete Oberfläche eine Oberflächenglättung aufweisen, bei der Abstand der maximalen Erhebung zum Minimum höchstens 2 im ist. Diese dünenartige Ausbildung der Oberfläche anstelle vieler einzelner scharfkantiger Spitzen minimiert entsprechend die Berührungspunkte beim Spanablauf. Anders ausgedrückt, die scharfzackige Mikro-Struktur wird durch eine Makro-Struktur der Erhebungen ersetzt.Further developments of the invention are in the subclaims 2 to 11 described. So it should preferably by laser treatment smoothed surface have a surface smoothing at the distance between the maximum elevation and the minimum is at most 2 im is. This dune-like formation of the surface instead many individual sharp-edged tips minimized accordingly the points of contact during chip removal. In other words, the sharp-pointed micro structure is made by a macro structure of the Surveys replaced.
Um zu verhindern, daß unerwünschte Oberflächenreaktionen des Zerspanungswerkzeuges auftreten, ist die Oberfläche unter Schutzgas laserbehandelt worden.To prevent undesirable surface reactions of the Cutting tool occur, the surface is below Shielding gas has been laser treated.
Vorzugsweise ist der Muldenradius zumindest im der Schneidkante abgewandten Bereich kleiner als die Muldentiefe, also bei spielsweise dergestalt, daß der Krümmungsradius in Richtung des Schneideinsatzes zunimmt.The trough radius is preferably at least in the cutting edge facing away area smaller than the trough depth, i.e. at example such that the radius of curvature in the direction of Cutting insert increases.
Besitzt die muldenförmige Ausnehmung eine größere axiale Länge als eine radiale Breite, so erhält der Span eine zusätzliche axiale Führung. Bevorzugte Ausführungsformen dieser muldenför migen Ausnehmung sind in einer Draufsicht auf die Spanfläche eine länglich-runde, ovale, elliptische oder nach hinten spitz zulaufende, zur Schneidebene jedoch runde Kontur. Die Tiefe der muldenförmigen Ausnehmung hängt von dem Bohrquerschnitt des Bohrers sowie der Anzahl der Schneideinsätze und der Länge der wirksamen Schneidkanten sowie der Vorschubgeschwindigkeit und der Schnittgeschwindigkeit ab. Je größer die abgespanten Späne werden, desto größer wird die Tiefe der muldenförmigen Ausneh mung gewählt. The trough-shaped recess has a greater axial length than a radial width, the chip gets an additional one axial guidance. Preferred embodiments of these trough-shaped The recesses are in a top view of the rake face an oblong-round, oval, elliptical or pointed to the rear tapering, but round to the cutting plane. The depth of the trough-shaped recess depends on the drilling cross section of the Drill as well as the number of cutting inserts and the length of the effective cutting edges as well as the feed speed and the cutting speed. The larger the chips removed become, the greater the depth of the trough-shaped recess selected.
Nach einer weiteren Ausgestaltung geht die Spanlaufmulde unter einem dem ablaufenden Span angepaßten Winkel in die Umgebungs fläche über, um hier zusammen mit dem kleinen Muldenradius eine Spanumlenkung mit einem Spanbruch zu erzeugen.According to a further embodiment, the chip trough goes down an angle to the surrounding chip adapted to the running chip across the area, together with the small trough radius To generate chip deflection with a chip break.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dar gestellt. Es zeigenEmbodiments of the invention are shown in the drawings posed. Show it
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Bohrwerkzeuges mit zwei Wendeschneidplatten, Fig. 1 is a perspective view of a drilling tool with two indexable inserts,
Fig. 2a bis d jeweils Seitenansichten des Bohrwerkzeuges nach Fig. 1 mit unterschiedlichen Muldenformen, FIGS. 2a to d are side views of the drilling tool of FIG. 1 with different trough shapes,
Fig. 3a bis d jeweils unterschiedliche Ausführungsformen der Mulde bzw. der Spanablauffläche. FIGS. 3a-d, respectively, different embodiments of the trough or the chip removal surface.
Das in Fig. 1 dargestellte Bohrwerkzeug besteht aus einem
Schaft 10, der zur Stirnseite hin zwei - hier quadratische
Schneideinsätze 11 und 12 aufweist, die in entsprechenden Sitz
flächen angeordnet sind. Der Schneideinsatz 11 ist derart ange
ordnet, daß er den äußeren Bearbeitungsdurchmesser beschreibt,
während der Schneideinsatz 12 innerhalb des Schneidkreises an
die Bohrerachse angrenzend bzw. diese geringfügig überschrei
tend angeordnet ist. Der Schaft 10 besitzt in axialer Richtung
verlaufende Spannuten 13 und 14, die im vorliegenden Fall ge
rade ausgeführt sind, aber auch wendelförmig verlaufen können.
Diese Spannuten 13 bzw. 14 definierten Spanflächen 131, 141,
entlang derer die Späne unter Unterstützung des Kühl- und
Schmiermittels, das stirnseitig des Bohrers durch entsprechende
Kanäle in die Bohrung unter Druck eingepreßt wird, abfließen.
In dieser Spanfläche 131, 141 befindet sich eine Spanlauf
mulde 15, die eine Form 151, 151 oder 153 nach Fig. 2a bis d
haben kann. Bei der Muldenform 151 wird die Übergangskante von
der Spanfläche in die Mulde durch zwei teilkreisförmige Linien
begrenzt, die spitzwinklig aufeinander zulaufen, so daß in der
Draufsicht eine langgestreckte elliptische Mulde mit jeweils
spitzem Auslauf ergibt. Die Mulde 152 besitzt zum hinteren Ende
hin dieselbe spitzwinklige Ausbildung wie die Mulde 151, aller
dings ist sie zur Schneidkante, d. h., zur Stirnseite des Boh
rers hin abgerundet, so daß sie tropfenförmig ausgestaltet ist.
Die Mulde 153 ist hingegen kreisförmig ausgebildet. Die
Mulde 154 weist eine im wesentlichen rechteckige Kontur auf,
läuft aber nach hinten spitzbogenförmig aus. Die Maße a, b und
1 werden vorzugsweise folgendermaßen gewählt:
a = 0,05 - 0,5 × Bohrdurchmesser (d); b = (0,1 - 0,5) × d;
l = (0,2 - 1) × d.The drilling tool shown in Fig. 1 consists of a shaft 10 which has two - here square cutting inserts 11 and 12 to the end face, which are arranged in corresponding seating surfaces. The cutting insert 11 is arranged in such a way that it describes the outer machining diameter, while the cutting insert 12 is arranged within the cutting circle adjacent to the drill axis or this is slightly exceeded. The shaft 10 has axially extending flutes 13 and 14 , which are executed straight in the present case, but can also extend helically. These flutes 13 and 14 define rake faces 131 , 141 , along which the chips flow with the aid of the coolant and lubricant, which is pressed into the bore under pressure through corresponding channels in the end of the drill. In this rake face 131 , 141 there is a chip trough 15 , which can have a shape 151 , 151 or 153 according to FIGS. 2a to d. In the case of the trough shape 151 , the transition edge from the rake face into the trough is delimited by two partially circular lines which run at an acute angle to one another, so that an elongated elliptical trough, each with a pointed outlet, results in the plan view. The trough 152 has the same acute-angled design as the trough 151 towards the rear end, but it is rounded toward the cutting edge, ie towards the end face of the drill, so that it is drop-shaped. The trough 153 , however, is circular. The trough 154 has an essentially rectangular contour, but tapers in the shape of an ogive towards the rear. The dimensions a, b and 1 are preferably chosen as follows:
a = 0.05 - 0.5 × drilling diameter (d); b = (0.1-0.5) x d; l = (0.2-1) × d.
Die Ausgestaltung der Mulde 15 bzw. der Fläche 131 ist aus Fig. 3a bis c ersichtlich. Wie aus Fig. 3b, Ansicht "X", zu er kennen, ist die Mikro-Oberflächenstruktur einer unbehandelten Spanablauffläche mit einer Unzahl von zahlreichen Spitzen 151 und dazwischenliegenden engen Spalten versehen, wobei auch eine mechanische Bearbeitung nur die maximale Rauhtiefe minimiert, jedoch nicht die Anzahl der herausragenden Spitzen, die mit dem ablaufenden Span in Berührkontakt tritt und entscheidend für die Reibung ist. Dieser Effekt wird nach Fig. 3b insoweit aus genutzt, wie die Mulde eine bewußte Spanumlenkung des etwa un ter 60° bis 80° zur Fläche 131 auftreffenden Spanes erzeugt, wobei der Span in der Mulde 15 eine Führung bis hin zum Span bruch zur Erzielung von Kurzspänen erfährt.The configuration of the trough 15 or of the surface 131 can be seen from FIGS . 3a to c. As can be seen from FIG. 3b, view "X", the micro-surface structure of an untreated chip discharge surface is provided with a myriad of peaks 151 and narrow gaps in between, and mechanical processing also only minimizes the maximum roughness depth, but not that Number of outstanding tips that come into contact with the chip being removed and that is decisive for the friction. This effect is used according to Fig. 3b to the extent that the trough produces a deliberate chip deflection of the chip impinging approximately below 60 ° to 80 ° to the surface 131 , the chip in the trough 15 providing a guide to the chip break to achieve Experiences short chips.
Behandelt man hingegen die Spanlauffläche 131 und erzeugt die aus der Teilansicht "Y" ersichtliche Makro-Struktur, so wird anstelle der großen Anzahl von Spitzen 151 nur ein einziges Ma ximum auf einer entsprechenden Weglänge geschaffen, d. h., die Quantenenergieprozeßbehandlung führt zu einer wellenförmigen Oberflächenausbildung. Ein hier auftreffender Span erfährt eine dementsprechend geringere Reibung, so daß ein Spanstauchen und damit ein Auffüllen der Spanabfuhrausnehmung verhindert wird. If, however, the chip face 131 is treated and the macro structure apparent from the partial view "Y" is produced, instead of the large number of peaks 151 only a single maximum is created on a corresponding path length, ie the quantum energy process treatment leads to a wavy surface formation. A chip that hits here experiences a correspondingly lower friction, so that chip upsetting and thus filling up of the chip removal recess is prevented.
Wie durch Pfeil 16 angedeutet, bewirkt die Makro-Struktur, daß Kühlflüssigkeit einen besonders günstigen Schmiereffekt ausüben kann, der sich weiterhin reibungsmindernd auswirkt. Wie die weitere Vergrößerung Ansicht "Y1" deutlich macht, ist die Makro-Struktur "Y" weitestgehend geglättet.As indicated by arrow 16 , the macro structure means that coolant can have a particularly favorable lubricating effect, which continues to reduce friction. As the further enlargement of view "Y 1 " clearly shows, the macro structure "Y" is largely smoothed.
Eine Kombination der laserbehandelten Oberfläche und der Mulde ist in Fig. 3a zu entnehmen, bei der sowohl die gute Spanfüh rung als auch der reibungsarme Spanablauf in optimierter Weise erreicht sind.A combination of the laser-treated surface and the trough can be seen in FIG. 3a, in which both the good chip guidance and the low-friction chip flow are achieved in an optimized manner.
Hinsichtlich der Formgestaltung der muldenförmigen Ausnehmungen gibt es mannigfache Varianten, so insbesondere hinsichtlich der Breite, wobei die maximale Breite durch die Breite der wirksa men Schneidkante des Schneideinsatzes 11 oder 12 begrenzt ist. Werden pro Bohrerseite mehr als ein Schneideinsatz verwendet, liegen im Bereich der jeweiligen Spanauftreffflächen in den Spanflächen 131, 141 entsprechend viele Mulden oder eine zusammengefaßte Mulde. Aus Fig. 3a und 3b ist auch ersichtlich, daß die Mulde 15 von dem dem Schneideinsatz 11 oder 12 zugewandten Ende aus gesehen von einem größeren Krümmungsradius zu einem kleineren Krümmungsradius wechselt.With regard to the shape of the trough-shaped recesses, there are numerous variants, in particular with regard to the width, the maximum width being limited by the width of the cutting edge of the cutting insert 11 or 12 . If more than one cutting insert is used per drill side, there are a corresponding number of troughs or a combined trough in the area of the respective chip impact surfaces in the rake surfaces 131 , 141 . From FIGS . 3a and 3b it can also be seen that the trough 15 changes from the end facing the cutting insert 11 or 12 from a larger radius of curvature to a smaller radius of curvature.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: WIDIA GMBH, 45145 ESSEN, DE |
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8141 | Disposal/no request for examination |