DE4415018A1 - Messerplatte für eine Einmesser-Reibahle und Verfahren zum Reiben von Bohrungen mit einer solchen Messerplatte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Messerplatte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren gemäß dem Anspruch 9.

Wenn man Bohrungen reibt, dann möchte man eine hohe Maßgenauigkeit.

Man möchte aber gleichzeitig kostengünstig arbeiten. Dies geschieht u. a. durch hohe Schnittgeschwindigkeiten. Hohe Schnittgeschwindigkeiten bedeuten, daß das zu reibende Material des zu bearbeitenden Gutes heiß wird. Durch Kühlmittel oder dgl. wird das Material aber auch sehr schnell wieder abgeschreckt. Handelt es sich nun um Stahl, dann kann die Temperatur auf über 800°C klettern und im Aluminium auf über 300°C. Werden diese Materialien dann schnell abgekühlt, dann entstehen bleibende Gefügeveränderungen und zwar in Richtung wesentlich größerer Härte. Die Hauptschneide schneidet nun immer gerade in diejenigen Bereiche, die sie vorher gehärtet hat.

Der Span vor der Hauptschneide macht nun weniger Schwierigkeiten wie derjenige Spanbereich, der am Übergang von Hauptschneide zu Nebenschneide entsteht, denn dieser wird ja fast infinitesimal dünn, weil die Nebenschneide dort nur um wenige Grad von der Parallelität zur geometrischen Rotationsachse abweicht. Die gerade bei der Umdrehung vorher aufgehärteten, dünnen Zipfel abzuschneiden, ist dann schwierig bis unmöglich.

Die vorstehenden Zusammenhänge hat der Anmelder herausgefunden.

Zur Lösung des Problems zieht er hinsichtlich der Vorrichtung die Merkmale aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 heran, und zur Lösung des Verfahrens die Merkmale des Anspruchs 9.

Damit - so hat man herausgefunden - tritt keine Gefügeveränderung im Sinne eines bleibenden Aufhärtens auf, und es entstehen keine Stellen, an denen der Span unweigerlich brechen muß.

Die Temperaturen, die zum Aufhärten führen, sind bei Stahl 800 bis 1200°C und beim Aluminium über 300°C.

Die Erfindung wird nun anhand des Stands der Technik und bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine maßstäbliche Draufsicht auf den einen Eckbereich einer Messerplatte,

Fig. 2 eine Ansicht wie Fig. 1, jedoch mit einem anders geformten Eckbereich,

Fig. 3 eine Ansicht wie Fig. 1, jedoch für ein drittes Ausführungsbeispiel die Fig. 1-3 maßstäblich,

Fig. 4 die Draufsicht auf den Eckbereich einer bekannten Messerplatte mit einem Spanbereich,

Fig. 5 eine Ansicht wie Fig. 4 auf den Eckbereich samt Spanbereich einer zwei­ ten bekannten Messerplatte,

Fig. 6 eine Ansicht wie Fig. 1, jedoch mit Spanbereich,

Fig. 7 eine Ansicht wie Fig. 2, jedoch mit Spanbereich,

Fig. 8 eine Ansicht wie Fig. 3, jedoch mit Spanbereich,

Fig. 9 eine genauere, auch formelmäßige Darstellung des Übergangsbereichs,

Fig. 10 eine Ansicht ähnlich Fig. 1, jedoch auf einem Messerplatte besonders bevorzugter Gestalt,

Fig. 11 einen Schnitt längs der Linie 11.11 in Fig. 10,

Fig. 12 eine Ansicht wie Fig. 10, jedoch eines weiterhin abgewandelten Ausführungsbeispiels,

Fig. 13 eine Ansicht gemäß dem Pfeil 13 in Fig. 12,

Fig. 14 eine Ansicht ähnlich Fig. 3, jedoch detaillierter, auch mit Erläuterungen der Richtung der Passivkraft bei unterschiedlichem Aufmaß,

Fig. 15 ein REM-Bild durch den unteren Teilbereich einer Bohrung, die mit einem konventionellen Werkzeug gerieben wurde und eine Aufhärtschicht zeigt,

Fig. 16 ein Bild wie Fig. 15, jedoch bei erfindungsgemäßem Reiben.

Gemäß Fig. 1 ist eine Messerplatte 11, die nach links zu abgebrochen ist, um eine geometrische Längsachse 12 drehbar. Sie hat eine Nebenschneide 13, die nahezu parallel zur geometrischen Längsachse 12 verläuft und eine Hauptschneide 14, die im wesentlichen senkrecht zu dieser geometrischen Längsachse 12 angeordnet ist. Die Hauptschneide ist normalerweise wesentlich kürzer als die Nebenschneide 13, heißt aber so, weil sie die hauptsächliche Spanmenge schneidet. Der nach außen weisende Bereich der Nebenschneide 13 nimmt vorwiegend kein Material von der Bohrungs­ wandung ab und heißt daher Nebenschneide, obwohl der Nebenschneidenbereich für die Qualität der Bohrungswand maßgeblich ist, weil er zur Abstützung der Reibahle und der Glättung der Bohrungswand dient.

Man kann nicht sagen, daß die Nebenschneide an einem bestimmten Punkt endet und die Hauptschneide an einem bestimmten Punkt endet. Vielmehr gibt es dort einen Übergangsbereich. Gemäß Fig. 1 folgt dieser Übergangsbereich 15 einer logarithmischen Kurve. Ihre genaue Konstruktion ergibt sich aus Fig. 9 und ebenso ist dort die Funktion des dezimalen Logarithmus angegeben. Wie man sieht, ist im Abstand von 0,3 mm vom Anfang der logarithmischen Kurve die Tangente etwa 1 Grad.

In Fig. 2 hat der Übergangsbereich die Form einer Kurve des natürlichen Logarithmus, geht tangential von der Nebenschneide 13 aus und geht tangential in die Hauptschneide 14 über, während ja bei der Messerplatte nach der Fig. 1 hier ein deutliches Eck 16 vorhanden ist.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 hat der Übergangsbereich die Form eines Radius von r = 1,2 mm mit ebenfalls tangentialem Übergang aus der Nebenschneide heraus und aus der Hauptschneide heraus.

Würde die Bohrungswand auf der 0-mm-Linie liegen, dann würde kein Span abgenommen.

Bei einer gedachten 0,1-mm-Linie würde im wesentlichen die Nebenschneide samt einem Teil des Übergangsbereichs schneiden. Große Bohrungsaufmaße beginnen bei etwa 0,15 mm und reichen bis höchstens 0,5 mm, denn ein Aufmaß von 0,5 mm abzunehmen, würde Aufbohren und nicht Reiben mit großem Aufmaß bedeuten.

Gemäß Fig. 4 nimmt eine bekannte Messerplatte einen Span 17 bei jeder Umdrehung weg, der im Teilbereich 18 sehr dick ist. Wegen der ersten Anschrägung 19 wird der Teilbereich 21 dünner, ist aber wie der Teilbereich 18 überall gleich dick. Wegen der noch spitzwinkligeren Anschrägung 22 wird der Teilbereich 23 des Spans hauchdünn.

Eine etwas andere Geometrie sieht man in Fig. 5. Weil hier die ganz außen liegende Anschrägung nicht so spitzwinklig ist, ist der äußerste Teilbereich 24 dicker als der Teilbereich 23 der Messerplatte nach Fig. 4.

Gemeinsam am Stand der Technik ist, daß hier zwischen den Teilbereichen Sollbruchstellen 26, 27, 29 vorgesehen sind. Dies bedeutet bei der Messerplatte nach Fig. 4, daß sich statistisch entweder dauernd, oder auf jeden Fall viel zu häufig, der Teilbereich 23 vom Teilbereich 21 insofern trennt, als beide an der Sollbruchstelle 27 brechen. Statistisch häufig dürfte der Teilbereich 21 noch abgeführt werden und erst recht der Teilbereich 18, obwohl grundsätzlich statistisch auch ein Bruch an der Sollbruchstelle 26 stattfindet.

Der Teilbereich 23 kann jedoch sehr häufig an der Bohrungswand hängenbleiben und es entsteht eine hohe, nach unten gerichtete (zur geometrischen Längsachse 12 hin gerichtete) Passivkraft. Oder aber ist die Spandicke so gering, daß kein Span abgehoben werden kann.

Bei den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist es natürlich so, daß auch die dort vorhandenen Zipfel des Spans sehr dünn auslaufen. Der große Unterschied besteht jedoch darin, daß jedes Volumenelement infinitesemal zur Hauptschneide in seinem Querschnitt zunimmt, d. h., daß keine Sollbruchstellen vorhanden sind, und jedes größere Volumenelement zum kleineren Volumenelement hin nur wenig dünner wird und dieses beim Schneiden mitnehmen kann.

Die Messerplatte gemäß Fig. 9 ist 36 mm lang. Sie ist also rechts zu Ende. Die Maße links vor der Zahl "36" geben den achsparallelen Ort an, und die senkrecht geschriebenen Zahlen geben den Abstand an diesem Ort zu der darüber gezeichneten graden Linie an. Die Kurve beginnt mit einem Grad Anschrägung.

Man kann die obere, waagrechte gerade Linie auch als die gedachte Bohrungswand auffassen.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 hat man eine Nebenschneide 32 und eine Hauptschneide 33, die im wesentlichen ein gerades Teilstück aufweist. Beide werden miteinander durch einen Radius 34 verbunden. Es erstreckt sich hier also der Kreisbogen über einen wesentlich kleineren Winkel als 90°, z. B. 30°. Der Radius beträgt 1,2 mm.

In Fig. 11 erkennt man die Oberseite 36 der Messerplatte, die Schneide 37, eine Fläche 38, mit der die Nebenschneide an der Bohrungswand anliegt, abstützt und glättet sowie eine Fase 39 als Freifläche.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 12 und 13 ist ab dem Beginn 41 des Radius 42 die Oberseite der Messerplatte mit einer Abflachung 43 versehen, die mit einem Knick 44 in die sonst flache Oberseite unter einem Winkel von 15° übergeht. Man erkennt auch hier die bei der Bearbeitung anliegende Fläche 45, die sich über den Radius 42 hinaus bis in die Hauptschneide 45 erstreckt. Eine solche Abflachung 43 führt zu einer erheblich besseren Spanabfuhr. Man erkennt auch die Fase 47, die nicht anliegt und sich ebenfalls bis ganz nach rechts erstreckt. Moderne Schleifmaschinen ermöglichen eine solche Bearbeitung.

In der Darstellung nach Fig. 14 wurde zunächst einmal angenommen, daß mit einem Aufmaß von 0,2 mm gerieben wird. Die Gerade 48 beginnt dementsprechend bei 34,8 mm (Bohrungswand) und endet auf der Höhe von etwa 0,2 mm Aufmaß. Der auf diesem Bereich abgehobene Span verursacht eine Gesamtkraft 49, die senkrecht auf der Geraden 48 steht. Diese kann man zerlegen, und zwar in eine Vorschubkraft 51, mit der die Reibahle in die Bohrung hineinbewegt wird, und eine hierzu senkrecht stehende Passivkraft 52.

Die strichpunktierte Gerade 53 beginnt ebenfalls an der Bohrungswand bei 34,8 mm und endet auf der Aufmaßhöhe von etwa 0,45 mm. Ersichtlich verläuft sie flacher. Es wird jetzt mehr Span weggenommen, was sich in einer Gesamtkraft 54 äußert, die größer ist als die Gesamtkraft 49. Auch die Vorschubkraft 56 ist größer als die Vorschubkraft 51. Es ist jedoch die Passivkraft 57 ungefähr gleich wie die Passivkraft 52, so daß man etwa konstante Verhältnisse hat, weitgehend unabhängig davon, wie groß der abgeriebene Span ist.

Die Fotografie 15 läßt eine geriebene Bohrungswand im unteren Bereich erkennen, die durch eine Messerplatte ähnlich Fig. 5 gerieben wurde. Die weiße Umrandung des im wesentlichen schwarzen Bohrlochs zeigt eine aufgehärtete dünne Schicht. Die Mittenachse der Bohrung liegt in Fig. 15 links von der Fotografie.

In Fig. 16 liegt die Bohrungsachse rechts von der Fotografie. Gerieben wurde hier mit einer Messerplatte gemäß Fig. 10 und 11. Frappierend ist, daß sich hier überhaupt keine Aufhärtungszone zeigt und man daher in jeder Hinsicht bessere Arbeitsergebnisse erhält.

Die Erfindung kann über den Anwendungsfall der Einmesser-Reibahle auch auf konventionelle Mehrschneiden-Reibahlen angewendet werden.

Claims (24)

1. Messerplatte für eine Einmesser-Reibahle,
mit einer Hauptschneide,
mit einer Nebenschneide
und mit einem Übergangsbereich zwischen Haupt- und Nebenschneide, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsbereich in Draufsicht auf die Spanfläche einem stetigen, gekrümmten Kurvenzug folgt, dessen Endbereiche tangential jeweils zur Erstreckung der Nebenschneide sind.

2. Messerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptschneide ein zumindest im wesentlichen gerades Teilstück aufweist und daß der stetige, gekrümmte Kurvenzug die Nebenschneide mit dem Teilstück tangential verbindet.

3. Messerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurvenzug einer Kegelschnittfunktion folgt.

4. Messerplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurvenzug ein Radius ist.

5. Messerplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurvenzug ein Hyperbelstück ist.

6. Messerplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurvenzug ein Parabelstück ist.

7. Messerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurvenzug ein Stück einer logarithmischen Kurve ist.

8. Messerplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Kurvenstück einer Kurve des natürlichen Logarithmus ist.

9. Messerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurvenzug mit seinem anderen Endbereich auch tangential zur Hauptschneide ist.

10. Messerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie keine Spanleitstufe hat.

11. Messerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Spanleitstufe hat.

12. Messerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest im Bereich der Hauptschneide die Spanfläche eine flache Fase aufweist.

13. Messerplatte nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fase 15° ± 30% geneigt ist.

14. Messerplatte nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fase zumindest im wesentlichen mit dem Beginn des Kurvenzugs beginnt.

15. Verfahren zum Reiben von Bohrungen mit hohem Aufmaß und hohen Schnittgeschwindigkeiten in durch Wärme aufhärtbaren Stoffen, wobei die Messerplatte der verwendeten Einmesser-Reibahle eine Hauptschneide und eine Nebenschneide hat, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Messerplatte gerieben wird, bei der der Übergangsbereich zwischen Hauptschneide und Nebenschneide einem stetigen, gekrümmten Kurvenzug folgt, dessen Endbereich zumindest zur Erstreckung der Nebenschneide tangential ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß Bohrungsaufmaße ab etwa 0,15 mm bearbeitet werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufmaß größer ist als 0,2 mm.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufmaß zwischen 0,15 mm und 5 mm liegt.

19. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittgeschwindigkeit höher als 80 m/min. ist.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittgeschwindigkeit höher als 100 m/min. ist.

21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittgeschwindigkeit zwischen 80 m/min. und 300 m/min. liegt.

22. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in aufhärtbaren Legierungen gerieben wird.

23. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Aluminiumlegierung gerieben wird.

24. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in Stahl gerieben wird.