DE4416651A1 - Schneideinsatz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schneideinsatz zur spanbildenden Bearbeitung, insbesondere zum Drehen, Fräsen, Stechen und Boh­ ren, dessen mindestens einseitige Deckfläche die Spanfläche und dessen umlaufenden Seitenflächen die Freiflächen bilden.

Schneideinsätze dieser Art haben zumeist eine ebene Freifläche unter einem Freiwinkel zwischen 0° bis 30°.

Die EP 0 457 488 A1 beschreibt einen Schneideinsatz für einen Bohrer mit vier Schneidecken, der zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Schneideinsatzes liegende Freiflächen mit jeweils einem sich an die Schneidecke anschließenden Vorsprung, einer abfallenden Flanke und einem gegenüber dem Vorsprung zurückge­ setzten Teil aufweist. Dieser zurückgesetzte Teil besteht aus einem ersten sich an die Schneidkante anschließenden Bereich unter einem ersten positiven Winkel von 7° bis 20°, einem zwei­ ten Bereich, der sich an die untere bodenseitige Kante anschließt und der unter einem zweiten positiven aber deutlich kleineren Winkel geneigt ist und einem dritten, die genannten Bereiche verbindenden Bereich. Der zweite, untere Bereich ist großflächig und dient als Anlage an der Seitenwand der Werk­ zeugauflage des Bohrers. Mit dieser Ausbildung soll bei kleine­ rem Freiwinkel eine sicherere Abstützung gegeben sein.

Beim Bohren mit Schneideinsätzen werden die Schneideinsätze gegenüber der Bohrlochlängsachse in ihren Auflagen unter einem Winkel angeordnet, d. h., leicht gekippt, um so eine größere Bohrerstabilisierung zu erzielen und Vibrationen zu verhindern.

Zur Schneidkantenstabilisierung ist die Anordnung einer negati­ ven Phase auf der Spanfläche oder die Minimierung des Freiwin­ kels vorgeschlagen worden.

In der DE 38 39 804 A1 ist eine insbesondere für Schlichtmes­ serköpfe bestimmte Wendeschneidplatte dargestellt und beschrie­ ben, mit der besonders glatte rillen- und riefenfreie Oberflä­ chen beim Fräsen erzielt werden sollen. Diese Wendeschneidplat­ te besitzt gekrümmte Schneidkanten mit einem wesentlich größe­ ren Radius als die Schneidkantenlänge mit entsprechend gewölb­ ten Schneidenflächen sowie ebenen Anlageflächen, deren Kontur parabel- oder hyperbelähnlich ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, den eingangs genannten Schneideinsatz in seiner Geometrie zu optimieren, daß seine Schneidwirkung verbessert wird. Insbesondere soll sein Schnitt­ verhalten durch eine bessere Führung und weitere Minderung der Vibration beruhigt werden. Der Schneideinsatz soll möglichst auf pulvermetallurgischem Wege durch Sintern und/oder heiß­ isostatisches Pressen ohne Nachbearbeitung herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird durch einen Schneideinsatz nach Anspruch 1 gelöst, der erfindungsgemäß eine in einer Schneidkantennormalen gesehen gekrümmt ausgebildete Freifläche aufweist. Der Begriff Freifläche ist im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht nur so auszulegen, daß die Fläche gemeint ist, die den Schnittflächen am Werkzeug zugekehrt ist, sondern daß - mit Ausnahme einer verschleißbedingten Verschleißzone, die sich nach längerer Schneidoperation ausbildet - jeder auf einer Normalen zur Schneidkante in der Freifläche liegende Punkt mit wachsender Entfernung von der Schneidkante einen (positiven) Abstand vom Werkstück hat, der im wesentlichen mit zunehmendem Abstand von der Schneidkante größer wird.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Schneideinsatz mit einer balligen Freifläche versehen, die vorzugsweise konvex und/oder konkav gekrümmt ist, wobei die Krümmung der Freifläche im wesentlichen kreisförmig, parabelförmig, elliptisch oder eine Kurve 1. oder 2. Ordnung beschreibend ausgebildet sein kann. Dies schafft einen größeren Freiraum im Auflagebereich mit Vorteilen bei der sogenannten Innenbearbeitung. Eine kon­ kave Freifläche wird z. B. beim Schneiden von Aluminium als Werkstoff zur Schnittoptimierung vorzuziehen sein. Es ist jedoch auch möglich, daß sich an die Schneidkante ein konvexer Freiflächenabschnitt und hieran zur die Bodenfläche begrenzen­ den Kante ein konkaves Freiflächenstück anschließt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Frei­ fläche in mehrere Bereiche geteilt, nämlich einen ersten angrenzenden Freiflächenbereich, der über seine Höhe gesehen eben ist und einen ersten positiven Freiwinkel bildet und einen sich hieran anschließenden zweiten Bereich unter einem zweiten positiven Freiwinkel, der sich hieran anschließt. Dieser posi­ tive Freiwinkel liegt zwischen 5° und 30°, vorzugsweise ist er 2° bis 5° kleiner als der erste Freiwinkel. Die genannte Höhe des ersten Freiflächenbereiches beträgt 0,05 mm bis 1 mm, vor­ zugsweise 0,05 mm bis 2 mm. Im Sinne der Erfindung sind auch solche Ausführungsformen eingeschlossen, bei denen mehrere auf­ einanderfolgende Freiflächenbereiche unterschiedliche Ausge­ staltungen, wie ebene, gewölbte Teile mit gleichen oder unter­ schiedlichen Radien besitzen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dar­ gestellt. Es zeigen

Fig. 1 einen ersten Schneideinsatz nach der Erfindung mit vier Schneidkanten sowie dessen Varianten,

Fig. 2 eine Teilkantenseitansicht auf die Freifläche,

Fig. 3 ein Stechwerkzeug mit balliger Freifläche,

Fig. 3a eine Seitenansicht auf das Werkzeug nach Fig. 3 beim Einstechen einer Welle,

Fig. 4 bis 11 jeweils Seitenansichten unterschiedlicher Frei­ flächenformen,

Fig. 12 eine rhombische Schneidplatte in einer Drauf­ sicht,

Fig. 12a einen Schnitt längs Linie A-A nach Fig. 12,

Fig. 12b einen Schnitt längs Linie B-B nach Fig. 12,

Fig. 12c einen Schnitt längs Linie C-C nach Fig. 12,

Fig. 13a bis c jeweils geschnittene Seitenansichten unter­ schiedlicher Freiflächenformen.

Die im Sinne der vorliegenden Erfindung in Betracht kommenden Schneideinsätze können in der Draufsicht gesehen unterschiedli­ che Formgestaltungen haben, die insbesondere rechtwinklig-vier­ eckig 20, rhombisch 21, dreieckig 22, rund 23 oder sechs­ eckig 24. Ebenso sind Ausbildungen als Stechwerkzeuge 25 (siehe Fig. 3) möglich. Jeder der genannten Schneideinsätze besitzt mindestens eine Schneidkante 26, die entweder als Gerade 261, als konvexe Kurve 262 oder konkave Kurve 263 oder in Wellen­ form 264 ausgebildet sein kann. Die Schneidkante wird seitlich durch Schneidecken 27 begrenzt und ist ferner die Grenzlinie zwischen der Spanfläche 28 und der Freifläche 29, die im Sinne der Erfindung in einer senkrechten Richtung zur Schneidkante gekrümmt verlaufend ausgebildet ist. Die Schneid­ einsätze 20 bis 25 können auf ihrer Spanfläche Spanformelemente in Form von Nuten oder erhabenen Spanformelementen 30 besitzen. Die Spanfläche kann zu ihrem Zentrum hin abgesenkt oder als erhabenes Mittelteil 31 ausgebildet sein. Nach Fig. 1 gehen von dem erhabenen Mittelteil 31 spiegelsymmetrisch zu einer Spanflächendiagonalen Längsrippen 30 aus, die in Richtung der Schneidkante 26 weisen. Die Ausbildung dieser Längsrippen und Keile 30 ist Gegenstand der DE-P 41 36 417.1, auf die hier Bezug genommen wird.

Die Schnittansicht nach Fig. 2 zeigt eine abgewinkelte Freiflä­ che mit einem ersten Freiflächenbereich 33 über eine Höhe h und eine sich hieran anschließende zweite Zone 33′ unter einem zweiten Freiwinkel α₂. Auch bei dieser Freiflächengestaltung mit zwei ebenen Bereichen, die im übergangsbereich über eine abgerundete Kante ineinander übergehen, ist auf einer Schneid­ kantennormalen in jedem Freiflächenbereich die Bedingung erfüllt, daß mit größerem Abstand von der Schneidkante auch der Abstand der Schneidkantennormalen vom zu bearbeitenden Werk­ stück bzw. der Schnittebene wächst.

Der Stecheinsatz 25 nach Fig. 3 besitzt eine ballige Freiflä­ che. Zu Beginn der Drehoperation, der Bearbeitung eines Werk­ stückes 36, das mit einer Drehzahl n in Richtung des Pfeiles 37 gedreht wird, liegt der Schneideinsatz nur mit seiner Schneidkante am Werkstück 36 an, wohin gegen die ballige Frei­ fläche hiervon - je nach Abstand von der Schneidkante - mit zunehmendem Abstand von der Schneidkante wachsend absteht. Nach einer gewissen Bearbeitungszeit bildet sich infolge des Ver­ schleißes am Schneidwerkzeug eine Verschleißzone 47 der Höhe k aus.

Der Schneideinsatz besitzt Nebenschneidkanten 38, die in spit­ zem Winkel aufeinander zulaufen. Der Schneideinsatz kann noch mit einer Fase vorgesehen sein oder, wie dargestellt, rippen­ förmige Spanformelemente 30 besitzen, wovon hier nur eines angeordnet ist, was senkrecht auf die Hauptschneidkantenmitte zuweist. Hinter der Fase 39, die in den Schneidecken eine größte Breite besitzt und sich sowohl zur Hauptschneidkanten mitte als auch in Richtung der Nebenschneiden zunächst ver­ jüngt, ist eine Spanformmulde 40 vorgesehen. Der Stechein­ satz 25 wird mit dem Vorschub f bewegt. Wie dargestellt, bildet die Verschleißzone 47 auf dem Werkstück 36 eine Gleitzone 41 beim Einstechen einer Nut. Die Höhe k der Verschleißzone 47 wächst mit zunehmendem Verschleiß der Freifläche.

Fig. 4 bis 11 zeigen die unterschiedlichen möglichen Freiflä­ chenformen. Die ballige Form 291 nach Fig. 4 ist bereits oben angesprochen worden. Hierbei besitzt die Freifläche in senk­ rechter Richtung zur Schneidkante gesehen eine konvexe gleich­ mäßige Krümmung, wobei die Neigungswinkel 292, 293 und 294 als Tangentialwinkel der Freifläche im an die Schneidkante angren­ zenden Bereich unterschiedlich sein können, so daß sich ein jeweils den Schnittbedingungen optimal angepaßter Freiwinkel ergibt. Die gekrümmte Freifläche kann jedoch auch eine konvexe Krümmung 295 (Fig. 6) besitzen. Gegebenenfalls sind auch wech­ selnde Krümmungen möglich, etwa wie in Fig. 7 dargestellt, von konvex zu konkav oder konkav zu konvex (Krümmungen 296 und 297 nach Fig. 7 und Fig. 8).

Die Schneideinsätze nach Fig. 9 bis 10 besitzen jeweils gleich große Deckflächen 31 und Bodenflächen 42, so daß sich bei der balligen Freifläche 298 nach Fig. 9 ein negativer Freiwinkel (als Tangentialwinkel 43) ergibt. Ein positiver Freiwinkel kann erzielt werden, wenn - wie in Fig. 10 dargestellt - die Frei­ fläche 299 konkav ist. Zusätzlich kann der Schneideinsatz auch eine Freiflächenfase 44 (siehe Fig. 11) besitzen, die im vor­ liegenden Fall senkrecht zur Spanfläche steht. An diese Fase 44 kann sich eine konvex oder konkav gekrümmte oder auch wellig ausgebildete Freifläche anschließen. Die Schneideinsätze nach Fig. 9 bis 11 sind als Wendeschneidplatten derart verwendbar, daß sowohl die Dachfläche 31 als auch die Bodenfläche 42 als Spanfläche benutzbar sind.

Anhand der rhombischen Schneidplatte 21 nach Fig. 12 und der Schnitt A-A, B-B und C-C wird deutlich, daß die Krümmung der Freifläche 29 entlang der Schneidkante betrachtet auch va­ riieren kann oder unterschiedlich breite Fasen bzw. sich bei Drehoperationen nach Verschleiß einstellende Verschleißzonen vorgesehen sein können. So ist aus Fig. 12a bis 12c erkennbar, daß die Breite h₁, h₂, h₃ der Fase bzw. Verschleißzone kontinu­ ierlich zu schneideckenferneren Bereichen wächst. In gleichem Maße nehmen die Freiwinkel 45 zu und die Krümmung der Freiflä­ che ab.

Fig. 13a bis 13c verdeutlichen unterschiedliche Konstruktionen eines Schneideinsatzes. Mit 46 ist die theoretische Mittellinie von einem imaginären Mittelpunkt bezeichnet. Die Schneidkante bildet gleichzeitig den Tangentenpunkt zum Tangentialfreiwin­ kel.

Fig. 13b verdeutlicht den vergrößerten Tangentialfreiwinkel für die Bearbeitung von Aluminium durch das Versetzen der Mittel­ linie (Tangentialpunkt) oberhalb der Schneidkante.

Fig. 13c verdeutlicht die stabile beruhigende Freiflächenform durch Versetzen der Mittellinie (Tangentenpunkt) unterhalb der Schneidkante, z. B. für die Gußbearbeitung.

Claims (5)

1. Schneideinsatz zur spanbildenden Bearbeitung, insbesondere zum Drehen, Fräsen, Stechen und Bohren, dessen mindestens einseitige Deckfläche die Spanfläche (28) und dessen um­ laufenden Seitenflächen die Freiflächen (29) bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Freifläche (29) in einer senkrechten Richtung zur Schneidkante (26; 34) gekrümmt verlaufend ausgebildet ist.

2. Schneideinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Freifläche (29) konvex und/oder konkav gekrümmt ist.

3. Schneideinsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Krümmung der Freifläche (29) im wesent­ lichen kreisförmig, parabelförmig, elliptisch oder eine Kurve 1. oder 2. Ordnung beschreibend ausgebildet ist

4. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der an die Schneidkante (26) angren­ zende Freiflächenbereich (33) im wesentlichen über seine Höhe h gesehen eben ist und einen ersten positiven Frei­ winkel (α₁) bildet und daß sich an diesen Freiflächenbe­ reich (33) eine zweite Zone (33′) unter einem zweiten positiven Freiwinkel, ggf. als variablen Tangentialwin­ kel (α₂) anschließt, der zwischen 5° und 30° liegt, vor­ zugsweise 2° bis 5° kleiner als der erste Freiwinkel ist.

5. Schneideinsatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (h) 0,05 mm bis 1 mm, vorzugsweise 0,05 mm bis 2 mm, beträgt.