DE60016012T2

DE60016012T2 - Werkzeug und verfahren und vorrichtung zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE60016012T2
Application number: DE60016012T
Authority: DE
Inventors: Mattias Puide; Johnny Bruhn; Mikael Grönkvist
Original assignee: Seco Tools AB
Current assignee: Seco Tools AB
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2020-05-31
Also published as: CN1164381C; US7101167B2; SE9902059D0; EP1227901A1; KR20020019057A; CN1352578A; EP1227901B1; US6669414B1; WO2000074870A1; US20020110432A1; JP2003501264A; SE516268C2; KR100659255B1; DE60016012D1; SE9902059L

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Werkzeugs sowie ein Werkzeug nach diesem Verfahren.
Stand der Technik
Es ist bereits bekannt, beispielsweise durch die WO 98/28 455, Materialpulver, wie Wolframcarbid (WC) zusammen mit Cobalt (Co) zwischen einem Stempel und einem Gesenk zu pressen und anschließend das Material derart zu sintern, daß Bindemetall geschmolzen wird und Carbide gebunden werden, um Werkzeugmaterial für spanabhebende Bearbeitung zu bilden. Die bekannte Technik hat einige Nachteile. Das Pulver gibt Staub ab, und der geformte Rohling (gepreßtes, aber nicht gesintertes Material) wird die Handhabung nur bis zu einem gewissen Grad aushalten. Außerdem müssen die Spannuten geschliffen werden, und das Verfahren erfordert Zeit und Energie. Die Probleme wurden teilweise durch Spritzformen von hartem Metall, gemischt mit einem Träger, wie in der US-Patentschrift 5,947,660 gezeigt, gelöst. Die Methode des Spritzformens ergibt einen hohen Freiheitsgrad bezüglich der Geometrie, aber zu kostspielige Investitionen für das Formen.
Durch die US-Patentschrift 4,779,440 ist ein Werkzeug zur Bildung eines Rohlings für einen Spiralbohrer bekannt. Ein extrudierter Bohrerrohling mit Spannuten konstanter Steigung entlang dem Umfang des Rohlings erhält man durch Erhitzen eines harten Metallpulvers auf Extrudier-Temperatur, Pressen des erhitzten Pulvers unter hohem Energieverbrauch durch einen von einem Dorn und einer Düse begrenzten Raum unter Rotieren des Rohlings. Der Rohling wird durch das Extrudieren in der Richtung über eine spiralförmige Wulst geführt, die an der Innenseite der Düse vorgesehen ist, um entlang dem Zuschnitt Spannuten zu formen. Ein Nachteil der bekannten Methode ist der, daß die Spannuten entlang der gesamten Länge des Rohlings erhalten werden.
Aufgaben der Erfindung
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Werkzeug zu bekommen, durch welches die Nachteile der bekannten Technik beseitigt werden.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist jenes, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, wodurch die Längen der Spannuten bestimmt werden können.
Diese und andere Ziele wurden mit einer Methode und einer Vorrichtung zur Herstellung eines Werkzeugs sowie durch ein nach dem Verfahren hergestelltes Werkzeug erreicht, wie sie in den beigefügten Ansprüchen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen definiert sind.
Beschreibung der Zeichnungen
Die 1A – 1C zeigen schematisch einen Bohrer nach der vorliegenden Erfindung in Seitenansicht und in perspektivischer Vorder- und Rückansicht. 2A zeigt eine Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zur Erzeugung von länglichen Rohlingen in Vorderansicht. 2B zeigt die Vorrichtung in einem Schnitt entlang der Linie IIB–IIB in 2A. 2C zeigt die Vorrichtung in einer Ansicht von hinten. 2D zeigt die Vorrichtung im Schnitt entlang der Linie IID–IID in 2A. 3 zeigt schematisch die Vorrichtung zusammen mit einem Vorschubabschnitt, teilweise geschnitten.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Ausführungsform eines Werkzeugs nach der Erfindung, die in den 1A bis 1C gezeigt ist, ist ein sogenannter Spiralbohrer. Der Bohrer 10 besteht aus kompaktem hartem Material, wie extrudiertem Hartmetall, und enthält spiralförmige Spannuten 18, und diese können sich über den gesamten Körper oder über nur einen Teil hiervon erstrecken. Der Bohrer hat einen Schaft 11, um an einer Drehspindel befestigt zu werden, die nicht gezeigt ist. Der Bohrer hat zwei obere Freiflächen 15. Alle Oberflächen und verbundenen Kanten bestehen aus dem gleichen Material, d.h. vorzugsweise extrudiertem Hartmetall. Die Schnittlinien der Spannuten 18 und der Freiflächen 15 bilden Hauptschneidkanten 19, vorzugsweise über verstärkende, nicht gezeigte Abfasungen. Die gesamte Länge des Bohrers ist mit dem Drei- bis Zehnfachen seines Durchmessers gewählt. Zwei Spülkanäle 14 erstrecken sich durch den gesamten Bohrer, um Spülmedium von der Spindel zu der Spitze des Bohrers zu überführen. An dem Schaftende wurde eine diametrale Nut vorgesehen, unter anderem, um einer Verstopfung der Löcher entgegenzuwirken.
In den 2A bis 2D sind eine Vorrichtung 20 nach der vorliegenden Erfindung zur Erzeugung länglicher Rohlinge gezeigt. Die Vorrichtung 20 besitzt ein rechteckiges Gehäuse 21 aus Stahl, welches dazu bestimmt ist, beispielsweise mit Schrauben an einer Maschine 50 für das Extrudieren befestigt zu werden. Das Gehäuse 21 hat zwei Schrauben 22 zur Befestigung in der Maschine und hat eine hintere Oberfläche 23, die dazu bestimmt ist, gegen die Maschine abzudichten. Das Gehäuse hat eine mittige Durchgangsvertiefung 24, durch welche eine Verbindung gepreßt wird. Die Vertiefung 24 ist in Verbindung mit der hinteren Oberfläche 23 aufgeweitet, um Räume 25, 26 für zwei Beschickungsenden 53 zu bilden, siehe 3. Die Vertiefung 24 geht in eine Verengung 27 zur Durchmesserreduzierung in einer runden Düse 28 über. Die Düse 28 besteht aus verschleißbe ständigem Material, wie Hartmetall. Die Vertiefung 24 setzt sich dann über ein zylindrisches inneres, mittig positioniertes Loch 30 in einem runden Mundstück 29 fort, welches am nächsten zu der Düse 28 vorgesehen ist und mit ihr in Verbindung steht. Die Position des Mündstücks 29 in Bezug auf das Gehäuse wird durch Zusammenwirken zwischen einer Anschlagschraube 31 in dem Gehäuse und einem Loch 32, das sich seitlich in Bezug auf die Hauptbeschickungsrichtung F der Verbindung erstreckt, bestimmt. Ein stabförmiger Kern 33 ist in das Mundstück eingelassen. Der Kern ist rechteckig und enthält zwei Löcher 34, um längliche Stifte 35 aufzunehmen. Die Stifte 35 sollen von dem Kern in der Beschickungsrichtung F vorspringen, falls Spülkanäle in dem Rohling geformt werden sollen. Die Vertiefung 24 setzt sich dann in der Form eines koaxialen Loches 37 in einem Deckel 36 fort. Der Deckel 36 ist auf dem Gehäuse mit Hilfe von zwei Schrauben 38 und Schrauben 22 befestigt. Der Deckel 36 ist mit einer T-Nut 39 versehen, die sich zwischen zwei Längsseiten des Deckels 36 erstrecken. Die Nut 39 soll zwei Klemmbacken 40,41 aufnehmen, deren Form gemäß 2B im wesentlichen ein T ist. Jede Klemmbacke 40, 41 schließt einen Zwischenraum 42 ein, der zu der anderen Klemmbacke hin gewendet ist. Der Zwischenraum 42 enthält eine spiralförmige Wulst 43, so daß, wenn die Klemmbacken gegeneinander liegen, der Zwischenraum den Querschnitt eines Spiralbohrers mit Spannuten bildet. Die Klemmbacken werden mit Hilfe eines Energiemittels, welches nicht gezeigt ist, gegeneinander gepreßt und das gleiche Mittel im Falle, daß die Klemmbacken voneinander getrennt werden, benutzt, wie beispielsweise, wenn der Rohling teilweise zylindrisch sein, wie beispielsweise an dem Bohrerschaft. Vorzugsweise ist ein Stütztisch in Verbindung mit den Klemmbacken angeordnet, um den heißen extrudierten Rohling zu unterstützen.
Der Bohrer oder der Frässchneider werden folgendermaßen hergestellt. Hartmetallpulver mit einem bestimmten Cobaltgehalt und ein Träger, wie beispielsweise ein Polymer oder Kunststoff, werden vermischt und zu Pellets oder Granulaten geformt. Der Binderinhalt liegt innerhalb des Bereichs von 1 bis 10 Gew.-%. Der Ausdruck „Cobalt" soll hier als ein Bindemetall verstanden werden, das alternativ gegen und für den Einschluß andrer Metalle, beispielsweise Nickel, Ni, ausgetauscht werden kann. Anschließend wird das Gemisch auf eine Temperatur vorerwärmt, die für das Gemisch geeignet ist und wird dann eine Maschine 50 zum Extrudieren eingefüllt. Die Maschine 50, siehe 3, enthält einen Trichter 52, um Pellets aufzunehmen, zwei Beschickungsschnecken 53, die mit Hilfe eines Motors 51 in dem Gehäuse 55 rotieren können, und Radiatoren 54. Das Gemisch wird dann bei bestimmtem Druck und bestimmter Temperatur, etwa 180°C, welche erheblich geringer als die im Stand der Technik ist, wo die Schmelztemperatur von Cobalt erforderlich ist, mit Hilfe der beiden Schnecken 53 in die Vertiefung 24 gepreßt und die Verengung 27 komprimiert weiterhin das Gemisch oder die Verbindung. Dann erreicht die heiße Verbindung den Kern 33 und passiert diesen auf jeder Seite durch im wesentlichen halbkreisförmige Öffnungen, die um den Kern herum gebildet sind. Rückwärts zu dem Kern in der Beschickungsrichtung F schmilzt die Verbindung an einem zylindrischen Körper. Wenn die Stifte 35 in dem Kern vorgesehen sind, dann werden in dem Körper Hohlräume gebildet, welche später Spülkanäle darstellen. Die Stifte werden lang genug gewählt, um zu erlauben, daß die Verbindung derart abkühlt, daß ein Schmelzen vermieden wird. Anschließend erreicht die Verbindung den Zwischenraum 42, der durch die Klemmbacken 40, 41 bestimmt ist, wodurch die Verbindung infolge der Geometrie der Wülste 43 durch die Klemmbacken hindurch geschraubt wird und den Querschnitt eines Spiralbohrer erhält. Die Wülste 43 brauchen nicht identisch zu sein. Wenn die Verbindung aus den Klemmbacken kommt, kühlt sie aufgrund der Umgebungstemperatur schnell ab, und der Rohling wird weiter extrudiert, und der Spannutenteil ist lang genug. Anschließend werden die Klemmbacken 40, 41 von der Verbindung weggezogen und derart getrennt, daß anschließend ein zylindrischer Schaftabschnitt gebildet wird. Die Länge des Schaftteils wird entweder dadurch bestimmt, wie lange das Extrudieren fortgesetzt wird oder, wenn die Klemmbacken nach innen versetzt werden, so daß ein neuer Rohling hergestellt wird. In diesem letzteren Fall sind zwei oder mehr Rohlinge kontinuierlich. Der verfestigte Rohling kann dann auf Längen im Bereich des Fünf- oder Zehnfachen seines Durchmessers geschnitten oder einfach gebrochen werden, wie beispielsweise von Hand.
Sodann wird der Rohling in einem getrennten Ofen derart erhitzt, daß der Träger verbrannt wird und daß das Bindemetall schmilzt und die Carbide bindet. Dann findet weitere Bearbeitung statt, wie Abschleifen beispielsweise an Kantenbereichen, dem Schaftbereich und den Freiflächen.
Mit dem vorliegenden Verfahren und der vorliegenden Vorrichtung kann ein Werkzeug mit oder ohne Spannuten und mit oder ohne Schaftabschnitt hergestellt werden und gestattet eine einfache Handhabung zu niedrigen Kosten. Dies kann ohne Staubentwicklung erfolgen. Außerdem können erfolglose Rohlinge einfach wieder vermahlen und zum Extrudieren zurückgeführt werden. Außerdem kann wenigstens eine Klemmbacke verwendet werden, um Markierungen in dem Schaftabschnitt des Rohlings zu gewinnen, wo eine Ebene für die Spannwerkzeuge zu schleifen ist. Dadurch kann das Schleifvolumen minimiert werden.
Die Erfindung ist keineswegs auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb des Gedankens der beigefügten Ansprüche frei variiert werden. So kann die Erfindung auch für kompakte Stirnfräser verwendet werden. Das Werkzeug kann mit Beschichtungen, beispielsweise von Al₂O₃, TiN und/oder TiCN überzogen werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Drehwerkzeugs, wie eines Spiralbohrers oder eines Stirnfräsers zur spanabhebenden Bearbeitung, bei dem man A) hartes Metallpulver und einen Träger, wie ein Polymer, miteinander vermischt, B) das Gemisch in eine Maschine (50) zum Extrudieren ansetzt und C) auf eine für das Gemisch geeignete Temperatur erhitzt und dann D) das Gemisch in einer Vorschubrichtung (F) mit Hilfe eines Werkzeugs (29), das den Durchmesser des Rohlings bildet, extrudiert und dann E) das Gemisch durch einen Abschnitt (42) unter Bildung von Spannuten gehen läßt und dann F) den Abschnitt (42) radial versetzt, um an dem Werkzeug einen Schaftabschnitt zu bilden, G) das Gemisch sich verfestigen läßt und einen Rohling bildet und dann H) den Rohling aus der Maschine herausnimmt und sintert und dann I) gegebenenfalls nachbearbeitet, wie durch Schleifen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Abschnitt (42) aus zwei relativ zueinander bewegbaren Klemmbacken (40, 41) besteht, die in entgegengesetzten Richtungen im wesentlichen senkrecht zu der Vorschubrichtung (F) versetzt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Stufe D einschließt, daß das Gemisch einen Kern (33) passieren darf, der fest an dem Werkzeug (29) verankert ist, und bei dem man anschließend das Gemisch zu einem zylindrischen Körper hinter dem Kern (33) in der Vorschubrichtung (F) schmilzt.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem Stifte (35) in dem Kern vorgesehen sind, mit Hilfe derer in dem Rohling Räume gebildet werden.
Vorrichtung zur Befestigung an einer Maschine zum Extrudieren eines Rohlings für ein Werkzeug zum spanabhebenden Bearbeiten, wobei diese Vorrichtung (20) ein Gehäuse (21), das dazu bestimmt ist, an der Extrudiermaschine befestigt zu werden, wobei dieses Gehäuse (21) eine durchgehende Vertiefung (24) hat, durch welche ein Gemisch in einer Vorschubrichtung (F) extrudiert wird, wobei diese Vertiefung (24) eine Verengung (27) in einer Düse (28) und ein Loch (30) in einem Werkzeug (29) einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (20) wenigstens eine Klemmbacke (40, 41) umfaßt, die in Bezug auf die Vertiefung (24) radial bewegbar vorgesehen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, welche zwei in Relation zueinander bewegbare Klemmbacken (40, 41) umfaßt, die in entgegengesetzten Richtungen im wesentlichen senkrecht zu der Vorschubrichtung (F) radial bewegbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, worin ein Kern (33) fest in dem Werkzeug (29) befestigt ist und das Werkzeug einen runden Raum einschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der der Kern (33) rechteckig ist und zwei Löcher (34) zur Aufnahme länglicher Stifte (35) einschließt, wobei diese Stifte (35) dazu bestimmt sind, aus dem Kern in der Vorschubrichtung (F) herauszuragen, wenn Spülkanäle in dem Rohling gebildet werden sollen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der jede Klemmbacke (40, 41) einen Abstand (42) hat und zu der anderen Klemmbacke blickt, wobei dieser Abstand (42) eine Spirale (43) derart enthält, daß, wenn die Klemmbacken gegeneinander anliegen, jede andere Abstandsbildung den Querschnitt eines Spiralbohrers mit Spannuten bildet.