DE60007688T2

DE60007688T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Werkzeugs

Info

Publication number: DE60007688T2
Application number: DE60007688T
Authority: DE
Inventors: Johnny Bruhn; Mattias Puide; Mikael Grönkvist
Original assignee: Seco Tools AB
Current assignee: Seco Tools AB
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2020-06-22
Also published as: CN1279139A; US6450739B1; JP2001059102A; SE9902595L; DE60007688D1; SE514558C2; SE9902595D0; CN1156352C; EP1065021A1; EP1065021B1; KR100674702B1; ES2213562T3; KR20010066891A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Maschine zur Herstellung eines Werkzeugs für die spanabhebende Bearbeitung mit einem relativ zähen Kern, der mit einem relativ verschleißfesten Umfang verbunden ist.
Stand der Technik
Es ist zum Beispiel durch die WO 98/28455 seit längerem bekannt, einen Kern und eine umgebende Röhre aus Pulvermaterial in zwei Stufen zu pressen. Das Pulvermaterial besteht aus Wolframcarbid (WC) zusammen mit Kobalt (Co), die zwischen einem Stanzwerkzeug und einer Preßmatrize zusammengepreßt und anschließend gesintert werden, so daß das Bindematerial geschmolzen wird und die Carbide bindet, um ein Werkzeugmaterial für das spanabhebende Bearbeiten zu bilden. Die bekannte Technik bringt einige Nachteile mit sich, unter anderem bei der Herstellung von länglichen, schlanken Körpern. Das Pulver gibt Staub ab und der gebildete grüne Körper (gepreßtes, aber nicht gesintertes Material) wird nicht die Handhabung bis zu jedem Grad aushalten. Darüber hinaus müssen die Spannuten geschliffen werden und dieses Verfahren erfordert Zeit. Diese Problem sind teilweise durch den Spritzguß von in einem Träger gemischten Hartmetall gelöst worden, wie dies in dem U.S. Patent Nr. 5,947,660 aufgezeigt wird. Das Spritzgußverfahren bringt ein hohes maß an Freiheit bezüglich der Geometrie mit sich, bringt aber auch Schwierigkeiten beim Herstellen länglicher, schlanker Körper sowie kostenintensive Investitionen in Gußformen mit sich.
Durch das U.S. Patent Nr. 4,779,440 ist bislang ein Werkzeug entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1 zum Bilden eines Rohlings für einen Spiralbohrer bekannt. Ein stranggepreßter Bohrrohling mit Spannuten konstanter Spitzenhöhe entlang dem Umfang des Rohlings wird durch Erhitzen eines Hartmetallpulvers auf Strangpreßtemperatur erzielt, wobei das erhitzte Pulver unter hohem Energieverbrauch durch einen von einem Dorn (Formkern) und einer Düse begrenzten Raum hindurchgepreßt wird, während der Rohling gedreht wird. Der Rohling wird durch das Strangpressen in Richtung über eine schraubenförmige Rippe hinaus geführt, die sich am Inneren der Düse befindet, um Spannuten entlang des Rohlings zu bilden. Ein Nachteil dieser bekannten Technik ist, daß das produzierte Werkzeug keine maximale Länge an Arbeitszeit erreicht. Ein anderes Patent nach dem Stand der Technik ist die WO 96/20057.
Ziele der Erfindung
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Maschine bereitzustellen, bei denen die Nachteile der bekannten Technik beseitigt werden.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Maschine bereitzustellen, mit denen längliche, schlanke Körper hergestellt werden, die eine optimale Länge an Arbeitszeit haben.
Diese und andere Ziele sind durch ein Verfahren und eine Maschine zur Herstellung eines Werkzeugs erreicht worden, wie sie in den anhängenden Ansprüchen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen definiert sind.
Beschreibung der Zeichnungen
Die 1A-1C zeigen schematisch einen Bohrer gemäß der vorliegenden Erfindung in einer seitlichen Ansicht sowie in perspektivischen Ansichten von vorne beziehungsweise von hinten.
1D zeigt einen Querschnitt entsprechend der Linie D-D in 1A.
1E zeigt einen Querschnitt entsprechend der Linie E-E in 1A.
2A zeigt eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zum Herstellen länglicher Grünkörper in einer Frontansicht.
2B zeigt die Vorrichtung in einem Schnitt entsprechend der Linie IIB-IIB in 2A.
2C zeigt die Vorrichtung in einer Endansicht.
2D zeigt die Vorrichtung in einem Schnitt entsprechend der Linie IID-IID in 2A.
3 zeigt die Vorrichtung und einen Zuführabschnitt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Ausführungsform des in den 1A–1C gezeigten Werkzeugs ist ein sogenannter Spiralbohrer. Der Bohrer 10 umfaßt einen im wesentlichen kompakten Schaft 11 mit einem eine erste Spitze bildenden Ende mit wenigstens einer Schneidkante 19, mehreren Spannuten 18, die in der gleichen Anzahl wie Schneidkanten vorhanden sind, vorkommen. Der Bohrer umfaßt einen mittigen Abschnitt aus relativ festem, hartem Material, der mit einem Umfangsabschnitt 13 aus relativ verschließfestem hartem Material verbunden ist. Der Bohrer 10 besteht aus festem, hartem Material, wie etwa stranggepreßtem Hartmetall, und schließt schraubenförmige Spannuten 18 ein, wobei sich diese entlang dem ganzen Körper oder einem Teil davon erstrecken können. Der Schaft 11 sollte in einer nicht gezeigten drehbaren Spindel befestigt sein. Der Bohrer hat zwei obere Freiflächen 15.
Der Bohrer wird aus zwei unterschiedlichen Materialien stranggepreßt, wobei der Unterschied in dem Gleichgewicht aus harter Substanz (zum Beispiel Wolframcarbid, WC) und Bindematerial (Binder) (zum Beispiel Kobalt, Co) besteht. Alle äußeren Oberflächen und angeschlossenen Kanten bestehen aus dem gleichen Material, d.h. stranggepreßtem, verschleißfestem Hartmetall mit einem verhältnismäßig geringen Kobaltgehalt. Die Spannuten 18 des Werkzeugs 10 bestehen vollständig aus abriebfestem hartem Material, das dem Bohrer sowohl Stärke als auch Verschleißfestigkeit verleiht. Wie aus den 1D und 1E ersichtlich, befindet sich der größte Teil des Querschnitts in dem festen Abschnitt 12, der, bis auf seine Enden, vollständig von dem verschleißfesten Abschnitt 13 umgeben ist. Dadurch wird eine starre und harte „Schale" an dem Bohrer erzielt. Darüber hinaus erstrecken sich die Spülkanäle 14 bevorzugt nur in dem festeren Abschnitt. Überschneidungslinien aus den Spannuten 18 und den Freiflächen 15 bilden die Hauptschneidkanten 19, und zwar bevorzugt über nicht gezeigte Verstärkungsrippen.
In den 2A–2D wird eine der vorliegenden Erfindung entsprechende Vorrichtung 20 für die Produktion von länglichen Grünkörpern gezeigt. Die Vorrichtung 20 umfaßt ein rechteckiges Gehäuse 21 aus Stahl, welches dafür vorgesehen ist, zum Beispiel mit Schrauben, an einer Maschine zum Strangpressen befestigt zu werden. Das Gehäuse 21 hat zwei in der Maschine zu befestigende Schrauben 22 und hat eine hintere Oberfläche 23, die gegen die Maschine abdichten soll. Das Gehäuse hat eine mittige, durchgehende Ausnehmung 24, durch welche wenigstens zwei Bestandteile gepreßt werden. Die Ausnehmung 24 geht in eine den Durchmesser verringernde Verengung 27 in einer kreisförmigen Düse 28 über. Die Düse 28 besteht aus einem abriebfesten Material, wie etwa Hartmetall. Die Ausnehmung 24 setzt sich dann in ein zylindrisches, inneres Loch 30 hinein fort, das mittig in einer kreisförmigen Preßmatrix 29 positioniert ist, welche unmittelbar neben der Düse 28 befindet und damit verbunden ist. Die Position der Preßmatrix 29 in Bezug auf das Gehäuse wird durch das Zusammenwirken einer Anschlagschraube 31 in dem Gehäuse mit einem Loch 32, das sich seitlich in Bezug auf die Hauptvorschubrichtung F der Gemische erstreckt, bestimmt. Ein stabförmiger Kern 33 ist in das Werkzeug eingelassen. Der Kern ist rechteckig und schließt zwei Löcher 34 zur Aufnahme zweier länglicher Stifte 35 ein. Die Stifte 25 sind dafür vorgesehen, aus dem Kern in der Vorschubrichtung F hervorzuragen, und zwar für den Fall, daß Spülkanäle in dem Rohling gebildet werden sollen. Die Ausnehmung 24 setzt sich dann in Form eines koaxialen Loches 37 in einem Deckel 36 fort. Der Deckel 36 ist an dem Gehäuse mittels zweier Schrauben 38 und Schrauben 22 befestigt. Der Deckel 36 ist mit einer T-Nut 39 versehen, welche sich zwischen zwei langen Seiten des Deckels 36 erstreckt. Die Nut 39 ist dafür vorgesehen, zwei Backen 40, 41 aufzunehmen, deren Grundform entsprechend 2B im wesentlichen ein T bildet. Jede Backe 40, 41 schließt einen Zwischenraum 42 ein, der zu der anderen Backe hin gerichtet ist. Der Zwischenraum 42 schließt eine schraubenförmige Rippe 43 ein, so daß, wenn die Backen aneinander anliegen, die Zwischenräume den Querschnitt eines Spiralbohrers mit Spannuten bilden. Die Backen werden mittels einer nicht gezeigten Preßvorrichtung aneinander gepreßt, und die gleiche Vorrichtung wird in dem Falle verwendet, daß die Backen voneinander entfernt werden, wie etwa, wenn der Rohling teilweise zylindrisch sein muß, zum Beispiel bei dem Bohrerschaft. Bevorzugt ist ein unterstützender Tisch in Verbindung mit den Backen plaziert, um den heißen, extrudierten Rohling zu halten.
In 3 wird eine mit dem Gehäuse 21 verbundene Vorschubvorrichtung 50 gezeigt. Die Vorschubvorrichtung 50 umfaßt wenigstens zwei getrennte Kammern 51, 52. Eine mittige Kammer 51 ist im wesentlichen symmetrisch um die Vorschubrichtung F herum geschaffen und umfaßt eine mittige Düse 53, die zu dem Gehäuse 21 hin weist. Wenigstens eine zweite Kammer 52 steht im wesentlichen senkrecht zu der Vorschubrichtung F bereit und umfaßt eine Düse 54, die in Verbindung mit der Düse 28 steht. Die Düse 54 ist koaxial mit der Düse 53, liegt aber axial näher an dem Gehäuse 21 als die letztere. Die erste Kammer 51 wird ein erstes Gemisch 55 mit einem relativ hohen Kobaltgehalt enthalten, während die zweite Kammer 52 ein zweites Gemisch 56 mit einem relativ geringen Kobaltgehalt enthalten wird. Die Kammern umfassen Vorschubschrauben 57, 58 zum Vortreiben der beiden Gemische nach vorne in der Vorschubrichtung F. Jede Vorschubschraube wir durch einen Motor 59, 60 angetrieben. Die Granulate werden in trichterartige Öffnungen 61, 62 hinein eingespeist. Die Kammern sind wenigstens teilweise von Erhitzungseinrichtungen 63, 64 umgeben.
Der Bohrer oder der Schaftfräser wird wie folgt hergestellt. Hartmetallpulver mit einem bestimmten Kobaltgehalt und einem Träger, wie etwa einem Polymer, wird in Zusammensetzungen eingemischt und zu Pellets oder Granulat geformt. Dies wird so gemacht, daß wenigstens zwei unterschiedliche Gemische erzielt werden, wobei der Unterschied in der Menge an Kobalt liegt. Das Bindematerial wird die Matrix des Grünkörpers sein. Der Unterschied bei dem Gehalt des Binders liegt in dem Bereich von 1–10 Prozentpunkten an Gewicht. Der Begriff Kobalt soll hier als ein Metallbindematerial verstanden werden, das alternativ gegen andere Metalle, wie etwa Nickel, Ni, ausgetauscht werden oder dieses einschließen kann. Dann werden die Gemische auf eine für die Gemische geeignete Temperatur vorgeheizt, und zwar bevorzugt auf die gleiche Temperatur, und sie werden in die Maschine 50 zum Extrudieren hineingegeben. Dann werden die Gemische in der jeweiligen Kammer 51, 52 unter Hochdruck und bei einer bestimmten Temperatur, etwa 180°C, zu den jeweiligen Düsen 53, 54 hin gepreßt, wodurch das zweite Kunststoffgemisch an das erste Kunststoffgemisch anstoßen und eine im wesentlichen zylindrische Stange 65 bilden wird. Dann erreichen die heißen Gemische den Kern 33 und passieren diesen auf jeder Seite durch die beiden im wesentlichen halbkreisförmigen Öffnungen hindurch, die um den Kern herum gebildet sind. Die Breite des Kerns (siehe 2A) ist vorzugsweise geringer als der Durchmesser des inneren Gemisches. Hinter dem Kern in der Vorschubrichtung F vereinigen sich die Gemische wieder zu einer zylindrischen Stange. Falls sich in dem Kern die Stifte 35 befinden, sind in dem Körper Räume gebildet, die später Spülkanäle darstellen werden. Die gewählten Stifte sind lang genug, um das Abkühlen der Gemische zu gestatten, so daß ein Verschmelzen verhindert wird. Die Umgebung der Spülkanäle kann so gewählt werden, daß sie nur aus dem ersten oder dem zweiten Gemisch oder einer Kombination daraus bestehen, indem man Parameter für das Strangpressen und insbesondere den Durchmesser der Düse 53 auswählt. Dann erreichen die Gemische den Zwischenraum 42, welcher durch die beiden Backen 40, 41 begrenzt wird, wobei die Gemische wegen der Rippen 43 durch die Backen hindurchgeschraubt werden und den Querschnitt eines Spiralbohrers erhalten. Im Gegensatz zum Stand der Technik werden die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Spannuten des Bohrers vollständig aus dem verschleißfesteren Hartmetall bestehen. Wenn die Gemische aus den Backen herauskommen, kühlen sie aufgrund der Umgebungstemperatur schnell ab, und der Rohling fährt fort, zu extrudieren, bis der Spannutteil ausreichend lang ist. Anschließend werden die Backen 40, 41 auseinander und von dem Gemisch abgezogen, so daß ein zylindrischer Schaftabschnitt gebildet wird. Die Länge des Schaftteils wird entweder dadurch bestimmt, wie lang das Strangpressen fortgesetzt wird, oder dadurch, wann die Backen nach innen versetzt werden, so daß ein neuer Rohling begonnen werden kann. Im letzteren Fall folgen zwei oder mehr Rohlinge aufeinander. Der verfestigte Rohling kann dann, beispielsweise von Hand, geschnitten oder gebrochen werden. Dann wird der Rohling in einem getrennten Ofen erhitzt, so daß der Träger verbrannt wird und daß das Bindemetall schmilzt und die Carbide bindet. Dann findet weitere Bearbeitung statt, wie etwa das Schleifen an Kantenabschnitten, dem Schaftabschnitt und den Freiflächen.
Auf diese Weise erhält der Umfang des Werkzeugs eine höhere Verschleißfestigkeit aufgrund des geringeren Gehaltes an Bindematerial, zum Beispiel Kobalt, während der mittige Abschnitt aus festerem, kobaltreichem Hartmetall besteht.
Mit dem vorliegenden Verfahren kann ein Werkzeug mit einer langen Arbeitszeit mit oder ohne Spannuten und mit oder ohne einen Schaftabschnitt erzeugt werden und es erlaubt eine einfache Handhabung bei geringen Kosten. Dies kann ohne Stauberzeugung erfolgen. Es kann wenigstens eine zusätzliche Backe verwendet werden, um Markierungen in dem Schaftabschnitt des Rohlings zu erzeugen, wo eine Ebene für das Festspannen geschliffen werden muß. Dadurch kann das Schleifvolumen minimiert werden.
Die Erfindung ist keineswegs auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb des Bereiches der beigefügten Ansprüche frei variiert werden. So kann die Erfindung auch für kompakte Schaftfräser verwendet werden. Das Werkzeug kann mit Schichten zum Beispiel aus Al₂O₃, TiN und/oder TiCN überzogen werden.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Werkzeuges zum spanabhebenden Bearbeiten, mit einem relativ zähen Kern, der mit einem relativ abriebfesten Umfang verbunden ist, wobei die folgenden Schritte vorgesehen sind: A – Zuführen eines warmen ersten Kunststoffgemisches (55) mit einem relativ hohen Gehalt an metallischem Binder zu einer Preßmatrize (29) für die Extrusion und B – gleichzeitig Zuführen eines warmen zweiten Kunststoffgemisches (56) mit einem relativ niedrigen Gehalt an metallischem Binder zu einer Preßmatrix (29) für die Extrusion um das erste Kunststoffgemisch (55), wobei das zweite Kunststoffgemisch (56) während der Extrusion gegen das erste Kunststoffgemisch (55) anstößt, wodurch eine im wesentlichen zylindrische Stange (65) gebildet wird; und C – Vorsehen der Möglichkeit, daß die Stange (65) einen Abschnitt (42) zur Bildung von Spannuten (18) passiert, wonach der Abschnitt (42) radial verschoben wird, um einen Schaftteil auf dem Rohstück zu bilden, und D – Erwärmen der verbundenen Gemische (55, 56) als eine Einheit zum Austreiben eines Polymers, welches in den Gemischen enthalten ist, und zum Sintern des Restes zu einem harten Rohstück, dann E – mögliche Endbearbeitung, wie zum Beispiel Schleifen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Hartmetallpulver und ein Träger, wie zum Beispiel ein Polymer, gemischt und vor dem Schritt A in mindestens zwei separate Kammern (51, 52) eingeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Abschnitt (42) aus zwei relativ zueinander beweglichen Backen (40, 41) besteht, die in entgegengesetzten Richtungen, im wesentlichen senkrecht zur Vorschubrichtung (F), versetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt B einschließt, daß die Gemische die Möglichkeit haben, einen fest mit der Preßmatrize (29) verankerten Kern (33) zu passieren, und dann Schmelzen der Gemische zu einem zylindrischen Körper rückseitig des Kerns (33) in Vorschubrichtung (F).
Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem Stifte (35) in dem Kern vorgesehen sind, mittels deren Räume in dem Rohstück gebildet werden.
Maschine zum Extrudieren eines Rohstückes für ein Werkzeug für spanabhebendes Bearbeiten, mit einem relativ zähen Kern, der mit einem relativ abriebfesten Umfang verbunden ist, wobei die Maschine (20) ein Gehäuse (21), welches an der Maschine für die Extrusion befestigt werden soll, aufweist, wobei das Gehäuse (21) eine durchgehende Ausnehmung (24) hat, durch welche ein erstes Gemisch in einer Vorschubrichtung (F) extrudiert werden soll, die Ausnehmung (24) eine erste Düse (53) und ein Loch (30) in einer Preßmatrix (29) aufweist, mindestens eine zweite Düse (54) im wesentlichen koaxial rund um die erste Düse vorgesehen ist, um ein zweites Gemisch (56) im wesentlichen um das erste Gemisch (55) herum zu bilden, wobei die Maschine mindestens zwei getrennte Kammern (51, 52) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine zwei Backen (40, 41) aufweist, die radial relativ zu der Ausnehmung (24) mit der Maßgabe bewegbar vorgesehen sind, mit dem zweiten Gemisch in Eingriff und von diesem außer Eingriff zu kommen, um Spannuten bzw. einen Schaftabschnitt zu bilden, wobei die Backen (40, 41) in entgegengesetzten Richtungen radial, im wesentlichen senkrecht zu der Vorschubrichtung (F) bewegbar sind.
Maschine nach Anspruch 6, wobei ein Kern (33) fest in der Preßmatrix (29) angebracht ist und die Preßmatrix einen kreisförmigen Raum einschließt, der Kern (33) rechteckig ist und zwei Löcher (34) einschließt, um längliche Stifte (35) aufzunehmen, die dafür vorgesehen sind, von dem Kern in der Vorschubrichtung (F) herauszustehen in dem Fall, daß Spülkanäle in dem Rohstück gebildet werden sollen, wobei jede Backe (40, 41) einen zu dem anderen Backen hin gerichteten Raum (42) einschließt, welcher eine schraubenförmige Rippe (43) derart einschließt, daß wenn die Backen gegeneinander anstoßen, die Räume den Querschnitt eines Spiralbohrers mit Spannuten bilden.