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Technischer Bereich der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Schneideinsatz, entsprechend
dem Oberbegriff von Anspruch 1 und wie aus der SE 454 248 B bekannt, für das Nuten
und Teilen als auch für
das Profilieren und Längsdrehen
von Werkstücken
aus Metall, mit einem Schaftteil und wenigstens einem Schneidkopf und
einer Stirnfläche
an dem vorderen Ende des Schneideinsatzes und einer hinteren Stirnfläche an dem
hinteren Ende des Schneideinsatzes, wobei der Schaftteil eine obere
Seite, eine untere Seite als auch sich zwischen diesen erstreckende
seitliche Seitenflächen
hat, wobei der Schneidkopf eine Schneidkante trägt, welche als die Schnittstelle
zwischen einer mSpanseite und einer Freiflächenseite begrenzt ist, wobei
die Schneidkante eine runde Form hat und im großen und ganzen die gleiche
Krümmung
hinauf zu den Enden davon hat, wobei die Spanseite des Schneidkopfes
mit einer ersten spanbildenden Vorrichtung ausgestattet ist, die
unmittelbar innerhalb von der Schneidkante aus plaziert ist. Der
erfindungsgemäße Schneideinsatz
ist insbesondere für das
Nuten und Teilen als auch für
das Profilieren und Längsdrehen
geeignet.
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Stand der
Technik
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Bei
solcher Bearbeitung ist der Spanbruch und die Spanbildung für die ungestörte Herstellung oftmals
von entscheidender Bedeutung. Moderne, hochproduktive Bearbeitungswerkzeuge
haben hohen Bedarf an einer guten Spanablösung. Lange, unkontrollierbare
Späne können leicht
Betriebsstillstände
erzeugen und es notwendig machen, Bestandteile zu verschrotten.
Daher ist der Spankontrolle hohe Aufmerksamkeit zu schenken, und
sie bestimmt in einem hohen Maße
die Ausgestaltung von Schneidwerkzeugen.
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Ein
Erfordernis, das die Ausgestaltung des Schneidwerkzeugs beeinflußt, ist
das Erfordernis der Mannigfaltigkeit. Ein Werkzeug, das eine Reihe
verschiedener Betriebsarten oder sehr unterschiedliche Schneidbedingungen
handhaben kann, kann mehrere "konventionelle" Werkzeuge ersetzen,
die beschränkter
sind. Ein Werkzeug mit den eingangs erwähnten Eigenschaften bedeutet
einen großen
wirtschaftlichen Vorteil in der bearbeitenden Industrie; und zwar
aufgrund verringerter Zeitverluste bei den Werkzeugwechseln und
Einsparungen, die das Ergebnis einer geringeren Anzahl an Werkzeugen
sind.
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Ein
Schneideinsatz für
das Nuten als auch das Verbreitern von Nuten mit einer teilweise
runden Schneidkante und einer Spanseite, die mit mehreren konkaven
Vertiefungen versehen ist, die einander schneiden und unmittelbar
innerhalb von der Schneidkante aus plaziert sind, ist zum Beispiel
aus der SE 454 248 bekannt. In der Praxis hat sich herausgestellt,
dass die Fähigkeit
dieses Schneideinsatzes, eine gute Spankontrolle bei einer großen Anzahl an
Drehvorgängen
ungeachtet der Zufuhrrichtung und über eine große Spanne
unterschiedlicher Schneidtiefen hinweg zu bieten, sehr begrenzt
ist. Diese Beschränkung
ist besonders groß in
Verbindung mit dem Eintauchvorgang, welcher häufig die betreffenden Arbeitsvorgänge einleitet.
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Ein
zusätzlicher
Schneideinsatz für
das Nuten als auch das Verbreitern von Nuten, bei dem der Schneideinsatz
zwei Rippen und Erhebungen umfasst, ist zum Beispiel aus der
EP 775 544 bekannt. Die rechteckige
Form des Schneidkopfes macht ihn für das Eintauchen und Nuten
aber nicht für
das Profilieren tauglich.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schneideinsatz in
einer solchen Weise zu formen, dass er eine große Anzahl an Drehvorgängen durchführen kann,
und zwar dessen ungeachtet, ob der Schneideinsatz in Bezug auf das
Werkstück
axial oder radial montiert ist.
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Ein
anderes Ziel ist es, den Schneideinsatz an eine gute Spankontrolle
anzupassen, und zwar ungeachtet der Vorschubrichtung, der Schneidtiefe, der
Schneidgeschwindigkeit oder des Materials des Werkstücks.
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Ein
zusätzliches
Ziel der Erfindung ist es, einen Schneideinsatz zu bilden, der insbesondere während des
Eintauchteils eines gesamten Schneidvorgangs leicht schneidet.
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Diese
und andere Ziele wurden erreicht, indem man einen Schneideinsatz
für das
Nuten und Profilieren mit den in Anspruch 1 definierten Merkmalen
gestaltet hat.
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Zu
erläuternden,
jedoch nicht zu beschränkenden
Zwecken wird nun eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben,
wobei
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1a einen Schneideinsatz
und ein Werkstück
nach dem Stand der Technik zeigt,
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1b einen Schneideinsatz
und ein Werkstück
gemäß der Erfindung
zeigt,
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2 einen erfindungsgemäßen Schneideinsatz
in perspektivischer Ansicht von schräg oben zeigt,
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3 den gleichen Schneideinsatz
wie 2 gerade von oben
zeigt,
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4 eine Seitenansicht des
Schneideinsatzes zeigt,
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5 eine Endansicht des Schneideinsatzes
zeigt,
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6 die Spanfläche des
Schneideinsatzes gerade von oben zeigt,
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7 eine detaillierte Vergrößerung der Spanfläche des
Schneideinsatzes gerade von oben mit markierten unterschiedlichen
Querschnitten zeigt,
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7a den Querschnitt des Schneideinsatzes
entsprechend der Linie A – A
in 7 zeigt,
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7b den Querschnitt des Schneideinsatzes
entsprechend der Linie B – B
in 7 zeigt,
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7c den Querschnitt des Schneideinsatzes
entsprechend der Linie C – C
in 7 zeigt,
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7d den Querschnitt des Schneideinsatzes
entsprechend der Linie D – D
in 7 zeigt,
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8 eine detaillierte Vergrößerung der Spanfläche des
Schneideinsatzes gerade von oben mit zwei unterschiedlichen, zusätzlichen
markierten Querschnitten zeigt,
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8a Querschnitte des Schneideinsatzes gemäß der Linie
A – A
in 8 und einen typischen Span
zeigt, der während
eines Eintauchvorgangs produziert wurde,
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8b Querschnitte des Schneideinsatzes gemäß der Linie
F – F
in 8 und einen typischen Span
zeigt, der während
eines Eintauchvorgangs produziert wurde, und
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9 eine detaillierte Vergrößerung der Spanfläche des
Schneideinsatzes gerade von oben mit mehreren verliehenen Parametern
zeigt.
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Kurze
Beschreibung der Zeichnungen
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1a zeigt ein Werkstück (W) und
einen Schneideinsatz (2 und 3) nach dem Stand
der Technik. Der Schneideinsatz ist am besten für Profilierungsvorgänge geeignet,
wenn der Schneideinsatz sich parallel zu der Mittellinie des Werkstücks bewegt.
Der Schneideinsatz ist am besten für einen Start am äußeren Ende
des Werkstücks
und für
eine Bearbeitung mit niedrigen Schneidwerten geeignet.
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1b zeigt ein Werkstück (W) und
einen Schneideinsatz (2 und 3) gemäß der Erfindung.
Der Schneideinsatz ist für
alle Profilierungs- und Längsdrehvorgänge geeignet,
und auch für
jene, die einen schweren Eintauchvorgang einbeziehen.
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Die 2 – 5 zeigen
einen erfindungsgemäßen Schneideinsatz
(1) für
Nut- und Profilierungsvorgänge
mit einem Körper
mit einem Schaftteil (2) für das Festklemmen in einem
geeigneten Werkzeughalter. Der Schneideinsatz besteht aus einem
geeigneten harten Material, wie etwa Hartmetall, Keramik oder ähnlichem,
was weiterhin überzogen
werden kann. Der Körper
umfasst zwei Schneidköpfe
(3), zwei Endflächen
(4,5), zwei Seitenflächen (8,9),
die obere (6) und die untere Seite (7) des Schaftes
sowie die beiden Schultern (13). Der Schneideinsatz (1) sollte
in einem Haltekörper
befestigt sein, der mit einem integrierten Klemmarm ausgestattet
ist, wodurch der Schneideinsatz durch die Kraft in einer Arbeitsposition
festgeklemmt wird, die der Arm auf den Schneideinsatz ausübt. Die
obere (6) und die untere Seite (7) des Schaftes
sind mit Keilnuten (14 und 15) versehen, die sich
in der Längsrichtung
erstrecken und im Querschnitt eine konkave Kontur haben. Die konkave
Nut entlang der Mitte der Oberseite des Schaftes ist mit schrägen Oberflächen an
beiden Seiten verbunden. Jene beiden Seiten der mittigen konkaven
Nut entlang der Mitte der unteren Seite des Schaftes haben entsprechend
gekrümmte,
abfallende Oberflächen,
welche dafür
vorgesehen sind, entsprechende gekrümmte Stützflächen in einem Klingenhalter
auf eine solche Weise zu stützen,
wie sie in der Schwedischen Patentschrift 511 934 beschrieben wird.
Der Schneidkopf umfasst eine Spanseite (11). Die Schnittlinie
der Spanseite mit einer vorderen Freiflächenseite (10) bildet
eine Schneidkante (12), wobei die Schneidkante (12)
eine runde Form hat und hauptsächlich
die gleiche Krümmung
hinauf zu den Enden davon hat, d.h. des Übergangs zu dem Schaftteil.
Hinter jeder Spanseite befindet sich eine Schulter (13),
welche einen Übergang
zu der Oberseite (6) des Schaftes bildet.
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6 zeigt die Spanfläche des
Schneidkopfes im Detail. Die Spanfläche und die eingeschlossenen
Erhebungen und Vertiefungen, welche zusammen ein verbessertes spanbrechendes
Muster bilden, sind symmetrisch auf jeder Seite der Mittellinie A
des Schneideinsatzes plaziert. Die Geometrie besteht aus den folgenden
Bestandteilen, die Schritt für Schritt
entlang der Linie P von der Schneidkante aus nach innen beschrieben
werden. Eine hauptsächlich eben
ausgebildete Grenze (16) ist innerhalb der Schneidkante
(12) plaziert. Die Grenze wird radial nach innen von einer
ersten spanbildenden Vorrichtung begrenzt, die bei der bevorzugten
Ausführungsform
aus einer Reihe von Vertiefungen (17) besteht, welche sich
entlang von Mini-Rippen (25) erstrecken, die zu der Schneidkante
(12) senkrechte Ausdehnungen haben. Jede Vertiefung (17)
ist ringförmig,
alternativ sphärisch,
ellipsoid oder paraboloid konkav. Die Vertiefungen, von denen es
ungefähr
28 gibt, zielen darauf ab, dem Schneideinsatz einen positiven Spanwinkel
von ungefähr
5 bis 30° zu
verleihen als auch einen Span plastisch zu verformen, so dass es leichter
wird, ihn zu brechen. Die Mini-Rippen
(25) unterstützen
die Grenze (16).
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Von
den oben erwähnten
Vertiefungen (17) aus nach innen gehend, hat die Spanseite
(11) des Schneidkopfes eine zweite Vorrichtung (24)
für das Spanbrechen,
siehe 6, wobei die Vorrichtung symmetrisch
rund um die Mittellinie A des Schneideinsatzes herum plaziert ist
und aus einer tropfenförmigen
spanbrechenden Vertiefung (18) sowie einer hufeisenförmigen Rippe
(19), welche einen hinteren Teil der spanbrechenden Vertiefung
umgibt als auch zwei Erhebungen (20) an den Enden der Rippe
besteht. Die Rippe (19) bildet einen Bogen, dessen Krümmungsradius
kleiner ist als der Radius der Kante (12) und welcher von
einem der Enden zu dem zweiten 140 – 190°, bevorzugt 160 – 180° des 360°-Kreisumfangs
bedeckt. Die Spitze der spanbrechenden Vertiefung ist exakt in oder
an dem Schnittpunkt der Schneidkante (12) und der Mittellinie
A des Schneideinsatzes plaziert. Die andere Spanfläche besteht
aus einer ebenen Oberfläche
(21), die zwischen der radial innersten Begrenzungslinie
der Vertiefungen und der Rippe (19) als auch der Schulter (13)
plaziert ist. Die erste Vorrichtung (23) für das Spanbrechen,
die oben beschrieben wurde, besteht aus zwei identischen, aber spiegelverkehrten
Geometrien, die auf jeder Seite der Mittellinie A des Schneideinsatzes
plaziert sind. Für
die Erfindung ist wichtig, dass die beiden Geometrien sich nicht
an der vorderen Spitze des Schneideinsatzes treffen, d.h. dem Punkt
der Überschneidung
der Schneidkante und der Mittellinie A, sondern sie enden im Gegenteil auf
jeder Seite in einem bestimmten Abstand vor dem Schnittpunkt, um
Raum für
die oben erwähnte
Spitze der spanbrechenden Vertiefung (18) zu schaffen, welche
ein Teil der zweiten Vorrichtung für den Spanbrecher (24)
ist, um so weit wie die Schneidkante zu reichen.
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In
den 7 und 8 werden mehrere Querschnitte
an einem Schneideinsatz gemäß den 2 – 6 gezeigt,
um es leichter zu machen, die Geometrie der Spanfläche zu verstehen.
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In (7a) wird ein Querschnitt (A – A) entlang
der Mittellinie A gezeigt. Die Bodenfläche der Vertiefung fällt von
der Schneidkante (12) aus nach unten zu einem Punkt ab,
der ungefähr
einer Linie zwischen den beiden Erhebungen (20) entspricht und
steigt dann nach oben auf, bis sie die Rippe (19) erreicht.
An deren maximaler Höhe
ist die Spitze der Rippe höher
als die Schneidkante aber niedriger als die Oberseite (6)
des Schaftes. Hinter der Rippe geht der Querschnitt in die ebene
Oberfläche
(21) über
bis sie an der Schulter (13) endet. Die Bodenfläche der tropfenförmigen spanbrechenden
Vertiefung (18) entlang der Mittellinie A des Schneideinsatzes
bildet einen spitzen Winkel α mit
einer zu der Bodenseite (7) des Schneideinsatzes parallelen
Linie, wobei der Winkel 5 – 30°, bevorzugt
10 – 20° beträgt.
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In (7b) wird ein Querschnitt (B – B) entlang
einer Linie gezeigt, die parallel zu der Mittellinie A ist und durch
eine der Erhebungen (20) hindurchgeht. Von der Schneidkante
aus nach hinten betrachtet, sehen wir zunächst die Grenze (16),
eine der Vertiefungen (17), die Erhebung (20),
die Rippe (19), die ebene Fläche (21) und schließlich die
Schulter (13).
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In (7c) wird ein Querschnitt (C – C) entlang
einer Linie gezeigt, die senkrecht zu der Mittellinie A und durch
die beiden Erhebungen (20) verläuft. Von der Schneidkante zu
der Mittellinie A besteht der Querschnitt aus der Grenze (16),
der Mini-Rippe (25) zwischen den beiden Vertiefungen (17),
der Erhebung (20) und schließlich aus der spanbrechenden Vertiefung
(18).
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In (7d) wird ein Querschnitt (D – D) entlang
einer Linie gezeigt, die um 45° zu
der Mittellinie A abgewinkelt ist.
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In (8a) wird ein Querschnitt (A – A) entlang
der Mittellinie A gezeigt, und es wird gezeigt, wie ein typischer
Span (22) gebildet wird, wenn der Schneideinsatz in einem
Eintauchvorgang verwendet wird, d.h. der Schneideinsatz wird in
einer Richtung X nach vorne bewegt, die parallel zu oder etwas von der
Mittellinie A des Schneideinsatzes abgewinkelt ist. Der spitze Winkel
der Schneidkante macht es leichter, das Material zu schneiden. Die
Späne folgen der
Bodenfläche
der spanbrechenden Vertiefung (18) und dann werden sie
gebrochen oder durch die hintere Oberfläche der spanbrechenden Vertiefung
und die Rippe (19) in eine Spirale getrieben.
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In (8b) wird ein Querschnitt (F – F) entlang
der Mittellinie gezeigt, und es wird gezeigt, wie ein typischer
Span (22) gebildet wird, wenn der Schneideinsatz in einer
Richtung Z nach vorne bewegt wird. Wenn die Schneidtiefe gering
ist, können die
Späne bei
der ersten Vorrichtung (24) für das Spanbrechen gebrochen
werden, wenn die Schneidtiefe aber tiefer ist, wie in diesem Falle,
fließen
die Späne über die
erste Vorrichtung (24) für das Spanbrechen hinweg und
werden durch die Rippe (19) gebrochen oder gebildet.
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In (9) werden mehrere Parameter an dem Schneidkopf
gezeigt, wie etwa der Durchmesser (B) des Schneidkopfes, der Abstand
zwischen den Enden (b) der Rippe (19) und der Abstand (h)
zwischen einer zu der Mittellinie (A) des Schneideinsatzes senkrechten
Linie, welche durch die vorderen Rippenenden (19) oder
Erhebungen (20) hindurchläuft und einer parallelen Line,
welche durch oder den Punkt, wo die Schneidkante und die Mittellinie
(A) des Schneideinsatzes sich treffen, hindurchläuft oder eine Tangente dazu
bildet. Der Abstand (b) beträgt das
0,4 – 0,7fache,
bevorzugt 0,45 – 0,6fache
des Durchmessers (B) des Schneidkopfes (3). Der Abstand
(h) beträgt
das 0,20 – 0,45fache
des Durchmessers (B) des Schneidkopfes (3).
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Mögliche Modifikationen
der Erfindung
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In
der oben beschriebenen Ausführungsform enden
die Rippen (19) mit den Erhebungen (20). Innerhalb
des Erfindungsgedankens ist es aber auch möglich, dass die Rippen abrupt
ohne die Erhebungen aufhören,
d.h. mit steil abfallenden Oberflächen.
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Im
Zusammenhang mit der obigen Beschreibung der Ausführungsform
wird erwähnt,
dass die erste Vorrichtung (23) für das Spanbrechen aus einer Reihe
von Vertiefungen (17) mit Mini-Rippen (25) dazwischen besteht
und dass die Vorrichtung in zwei Gruppen auf jeder Seite der Mittellinie
(A) des Schneideinsatzes besteht. Es ist auch möglich, dass die Vorrichtung
statt dessen aus zwei Gräben
aufgebaut ist, welche die Kette von Vertiefungen (17) ersetzen,
und dass die Gräben
eine steile Rückwand
(am weitesten von der Schneidkante entfernt) haben, welche die Späne kontrolliert
und/oder bricht. Der Spanbrecher kann auch aus nur einer positiven
oder neutralen zu der Rippe (19) hinauf oder zu der Vertiefung (18)
abfallenden Oberfläche
bestehen.
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Als
andere Ausführungsform
können
ein Schneideinsatz mit einem Schneidkopf, ein Schneideinsatz mit
drei Schäften
und drei Schneidköpfen
oder ein Schneideinsatz mit vier Schäften und vier Schneidköpfen möglich sein.
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Als
andere Ausführungsform
ist auch ein Schneideinsatz mit einer so genannten (zer-, unter) gebrochenen
Schneidkante im vorderen Bereich in einem elliptischen Schneidkopf
möglich.
Die elliptische Form kann aus dem Obigen entnommen werden, und es
ist auch möglich,
sie als Schneideinsatz mit ein und derselben Krümmung zu verwenden, wobei die
Schneidkante, von vorne betrachtet, im Vergleich zu dem Rest der
Schneidkante im vorderen Bereich heruntergedrückt wird.
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- 1)
- Schneideinsatz
- 2)
- Schaftteil
- 3)
- Schneidkopf
- 4)
- Vordere
Endfläche
- 5)
- Hintere
Endfläche
- 6)
- Obere
Seite des Schaftes
- 7)
- Untere
Seite des Schaftes
- 8)
- Seitenfläche
- 9)
- Seitenfläche
- 10)
- Vordere
Freiflächenseite
- 11)
- Spanseite
des Schneidkopfes
- 12)
- Schneidkante
- 13)
- Schulter
- 14)
- Keilnut
an der Oberseite
- 15)
- Keilnut
an der Unterseite
- 16)
- Grenze
- 17)
- Vertiefung
- 18)
- Spanbrechende
Vertiefung
- 19)
- Rippe
- 20)
- Erhebung
- 21)
- Ebener
Teil der Spanfläche
- 22)
- Span
- 23)
- Erste
spanbildende Vorrichtung
- 24)
- Zweite
spanbildende Vorrichtung
- 25)
- Mini-Rippe
- A)
- Mittellinie
des Schneideinsatzes
- α)
- Winkel
zwischen der Bodenfläche
und der spanbrechenden Vertiefung auf der Mittellinie des
-
- Schneideinsatzes
und einer zu der Bodenseite des Schneideinsatzes parallelen Linie
- (b)
- Abstand
zwischen den vorderen Enden der Rippe (19) oder den Erhebungen
(20)
- (B)
- Durchmesser
an dem Schneidkopf
- (h)
- Abstand
(h) zwischen einer zu der Mittellinie (A) des Schneideinsatzes senkrechten
Linie,
-
- welche
durch die vorderen Rippenenden (19) oder Erhebungen (20)
hindurchläuft,
und einer
-
- parallelen
Linie, welche durch den Punkt hindurchläuft, wo die Schneidkante und
die Mittelli
-
- nie
(A) des Schneideinsatzes sich treffen.