DE60301795T2

DE60301795T2 - Herstellungsverfahren eines metallpulverförmigen kompaktes

Info

Publication number: DE60301795T2
Application number: DE2003601795
Authority: DE
Inventors: Gil Hecht
Original assignee: Iscar Ltd
Current assignee: Iscar Ltd
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2023-05-21
Also published as: KR20050005526A; US20050057920A1; EP1509351B1; AU2003230177A1; US7140811B2; PL371602A1; PL205851B1; IL150014A; JP2005528523A; EP1509351A1; CN1655896A; ES2247536T3; CA2485496A1; BR0309737B1; US6860172B2; WO2003101648A1; ZA200409421B; ATE305836T1; CN1293968C; KR100702079B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Schneidwerkzeuge mit inneren Kühlmittelkanälen und insbesondere Schneidwerkzeuge oder abnehmbare Schneidköpfe für Schneidwerkzeuge, die durch Formpressen und Sintern von Carbidpulvern hergestellt werden.
Stand der Technik
In vielen zerspanenden Metallverarbeitungen ist es wünschenswert, Kühlmittel direkt auf die Arbeitskante zu leiten. Zweck des Kühlmittels ist nicht allein das Kühlen der Arbeitskante, sondern auch die Unterstützung des Spanaustrags. Die am problemlosesten und einfachsten herzustellenden Kühlmittelkanäle sind axial ausgerichtet. Die Herstellung erfolgt in diesem Falle durch einfaches Bohren einer zentralen Bohrung oder zwei paralleler axial ausgerichteter Bohrungen. In Bohrern werden auch verdrallte oder spiralförmige Kanäle benutzt. Bei Bohrern mit austauschbaren Schneideinsätzen, die in unterschiedlichen radialen Abständen von der Drehachse angeordnet sind, ist es erwünscht, die Austragöffnung zu den Schneideinsätzen hin auszurichten. In der US PS 5 676 499 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem gerade Löcher in unterschiedlichen radialen Abständen in einen zylindrischen Rohling gebohrt werden. Der mittlere Teil des Rohlings wird sodann erhitzt und zu spiralförmigen Kanälen verdrillt. Am Ende des Verfahrens werden Austragkanäle winklig zur Mittelachse des Bohrers gebohrt, wodurch sich in unterschiedlichen radialen Abständen von der Mittelachse in der Nähe der Schneideinsätze angeordnete Austragöffnungen ergeben.
Die EP-A-352 224 beschreibt ein Schneidwerkzeug mit einer zentralen Bohrung für einen mit Ausnehmungen in Verbindung stehenden Kühlkanal.
In einem weiteren Verfahren für die Bereitstellung komplex geformter Kühlmittelkanäle wird ein Kern aus Kupfer oder Wachs in einem Pulverkörper verwendet, der anschließend gesintert wird. Der Kern kann jede gewünschte Form aufweisen. Beim Sintern verschwindet der Kern durch Eindringen in die Poren des Pulverkörpers, wobei ein der Form des Kerns entsprechender Hohlraum zurückbleibt.
Sämtliche Verfahren nach dem Stand der Technik beinhalten vielstufige Verarbeitungsprozesse, die sowohl zeitraubend als auch kostspielig sind.
Damit besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Schneidwerkzeugen mit Kühlmittelkanälen durch Formpressen und Sintern von Carbidpulvern unter Ausschaltung der vorbeschriebenen Nachteile.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung beinhaltet die Bereitstellung eines Schneidwerkzeugs, das nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungsverfahren eines metallpulverförmigen Kompaktes in einer Stempel/Matrizenvorrichtung bereitgestellt, wobei das metallpulverförmige Kompakt eine Bohrung, wenigstens eine Ausnehmung und wenigstens eine Öffnung verbindend zwischen der Bohrung und der wenigstens einen Ausnehmung aufweist und das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

(i) Bereitstellen eines Oberstempels mit einem vorderen Ende, das wenigstens ein erstes Vorsprungelement aufweist;
(ii) Bereitstellen eines Unterstempels mit einem vorderen Ende, das wenigstens ein zweites Vorsprungelement aufweist;
(iii) Einbringen der Ober- und Unterstempel in eine Matrize, wobei das vordere Ende des Oberstempels dem vorderen Ende des Unterstempels zugewandt ist und Metallpulver dazwischen ist;
(iv) Kompaktieren des Metallpulvers durch Gegeneinanderpressen der Ober- und Unterstempel, bis das wenigstens eine erste Vorsprungelement gegen das wenigstens zweite Vorsprungelement in wenigstens einem Kontaktbereich zur Anlage kommt, wobei die Bohrung als ein durch das wenigstens eine zweite Vorsprungelement zwischen den Ober- und Unterstempeln begrenztes Raumvolumen und die wenigstens eine Öffnung an dem wenigstens einen Kontaktbereich gebildet werden; und
(v) Entnehmen des Oberstempels und Ausstoßen des metallpulverförmigen Kompaktes aus der Matrize.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Metallpulver Sinterhartmetall und ein Bindemittel auf.
Normalerweise handelt es sich bei dem Sinterhartmetall um Wolframcarbid und bei dem Bindemittel um Cobalt.
Auf Wunsch kann das Verfahren noch als weiteren Schritt das Sintern des metallpulverförmigen Kompaktes umfassen.
In einer besonderen Anwendungsform ist das zweite Vorsprungelement zylindrisch in Form einer Stange vorgesehen.
Weiter kann auf Wunsch das Verfahren als weiteren zusätzlichen Schritt das Schleifen des gesinterten metallpulverförmigen Kompaktes aufweisen.
Vorzugsweise werden durch den weiteren zusätzlichen Schritt der Schleifbearbeitung Schneidkanten in einem Schneidbereich des metallpulverförmigen Kompaktes gebildet.
Auf Wunsch kann durch die weitere zusätzliche Schleifbearbeitung auch ein äußeres Schraubgewinde in einem Montageabschnitt des metallpulverförmigen Kompaktes hergestellt werden.
Erfindungsgemäß wird auch ein Schneidkopf für ein Metallschneidwerkzeug nach Anspruch 9 bereitgestellt, der ein nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellten metallpulverförmigen Kompakt aufweist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Zum besseren Verständnis folgt nunmehr eine lediglich exemplarische Beschreibung der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen.
Es zeigen:
1 eine Perspektivansicht eines Schneidkopfes für ein Metallschneidwerkzeug, der erfindungsgemäß aus einem metallpulverförmigen Kompakt hergestellt ist;
2 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäß in einer Stempel-/Matrizenvorrichtung hergestellten metallpulverförmigen Kompaktes;
3 eine seitliche perspektivische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Unterstempels;
4 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Oberstempels; und
5 eine seitliche Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Stempel-/Matrizenvorrichtung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Zunächst wird auf 1 verwiesen, die einen Schneidkopf 10 für ein Metall-Schneidwerkzeug zeigt. Normalerweise ist das Schneidwerkzeug mit einem Werkzeugschaft (nicht dargestellt) versehen, an dem der Schneidkopf 10 befestigt wird. Der Schneidkopf weist vordere und hintere Enden 12, 14 sowie eine durch diese verlaufende Längsachse A auf. Der Schneidkopf 10 weist einen einstückig mit einem Montageabschnitt 18 ausgebildeten Schneidbereich 16 auf. Der Montageabschnitt 18 ist mit einem Außengewinde 20 versehen. Eine axial ausgerichtete Bohrung 22 mit einer Bohrungsoberfläche 24 erstreckt sich von nahe dem vorderen Ende 12 bis zum hinteren Ende 14 und läuft am hinteren Ende 14 in einer Bohrungsöffnung 26 aus. Der Schneidbereich 16 weist sechs Schneidkanten 28 auf. Jede Schneidkante 28 ist im Schnittpunkt zwischen der Spanfläche 30 und einer Freifläche 32 ausgebildet. Neben jeder Spanfläche befindet sich eine Spanlücke 34. Dem vorderen Ende 12 des Schneidkopfes 10 benachbart ist jeder Spanlücke 34 eine keilförmige Schneidkopfausnehmung 36 zugeordnet, die in die Spanlücke 34 und das vordere Ende 12 des Schneidkopfes 10 mündet. In einem radial innersten Teil jeder Schneidkopfausnehmung 36 ist eine Öffnung 38 vorgesehen. Die Öffnung 38 befindet sich neben dem vorderen Ende 12 des Schneidkopfes 10, ist jedoch axial nach hinten von diesem abgesetzt. Jede Öffnung 38 erstreckt sich zwischen der Schneidkopfausnehmung 36 und der Bohrung 22 und fällt geometrisch mit der Bohrungsoberfläche 24 zusammen. Die Bohrung 22 bildet einen Kühlmittelkanal, so dass von der Bohrungsöffnung 26 aus in die Bohrung 22 eintretende Kühlflüssigkeit die Bohrung 22 axial durchströmt und über die Öffnungen 38 aus der Bohrung 22 austritt. Somit bilden die Öffnungen 38 Austrittsöffnungen der Bohrung 22 zum Verteilen von Kühlflüssigkeit in das Umfeld der Schneidkanten 28.
Jede keilförmige Schneidkopfausnehmung 36 weist eine Innenwand 40, zwei Seitenwände 42 und eine Rückwand 44 auf. Die Innenwand 40 erstreckt sich von der Öffnung 38 bis zum vorderen Ende 12 des Schneidkopfes 10 und ist mit der Öffnung 38 bündig. Die Rückwand 44 verläuft zwischen den beiden Seitenwänden 42 und weiterhin von der Öffnung 38 radial nach außen. Die Seitenwände 42 gehen axial von der Rückwand 44 zum vorderen Ende des Schneidkopfes 10 und von der Öffnung 38 und der Innenwand 40 radial nach außen. Die sechs keilförmigen Schneidkopfausnehmungen 36 unterteilen das vordere Ende 12 des Schneidkopfes 10 in eine symmetrische Struktur mit sechs identischen keilförmigen Schneidkopfvorsprüngen 46 und einer keilförmigen Schneidkopfausnehmung 36 zwischen jedem benachbarten Paar von Schneidkopfvorsprüngen 46. Jeder Schneidkopfvorsprung 46 weist eine mit dem vorderen Ende 12 des Schneidkopfes 10 zusammenfallende Vorderfläche 48 auf. Da bei jeder Schneidkopfausnehmung die Öffnung 38 geometrisch mit der Bohrungsoberfläche 24 zusammenfällt und sich die Innenwand 40 von der Öffnung 38 bis zum vorderen Ende 12 des Schneidkopfes 10 erstreckt sowie bündig mit der Öffnung 38 ist, wird ein kreisförmiger Abschnitt 50 in der Mitte des vorderen Endes des Schneidkopfes 12 gebildet. Der Durchmesser des kreisförmigen Abschnitts 50 ist gleich dem Durchmesser der Bohrung 22.
Erfindungsgemäß wird der Schneidkopf 10 als einstückiger Körper durch Formpressen und Sintern eines Metallpulvers aus einem metallpulverförmigen Kompakt hergestellt. Hier sei verwiesen auf 2, welche das durch Formpressen und Sintern eines Sinterhartmetalls und eines Bindemittels hergestellte metallpulverförmige Kompakt 52 aufzeigt. Normalerweise handelt es sich bei dem Sinterhartmetall um Wolframcarbid und bei dem Bindemittel um Cobalt. Der Schneidkopf 10 wird dadurch aus dem metallpulverförmigen Kompakt 52 hergestellt, dass dieses zum Ausbilden der Spanlücken 34, der Schneidkanten 28 und weiterer Komponenten auf dem Schneidbereich 16 sowie des Schraubgewindes 20 auf dem Montageabschnitt 18 schleifbearbeitet wird.
Das metallpulverförmige Kompakt 52 ist an seinem vorderen Ende 56 mit gegenüber den Schneidkopfausnehmungen vergrößerten Ausnehmungen 54 versehen. Jede dieser vergrößerten Ausnehmungen 54 weist eine Innenwand 40 und eine Öffnung 38, die denjenigen der Schneidkopfausnehmung 36 entsprechen, sowie vergrößerte Seitenwände 58 und eine vergrößerte Rückwand 60 ähnlich den Seitenwänden und der Rückwand 42, 44 der Schneidkopfausnehmung 36 auf, wobei der einzige Unterschied darin besteht, dass die größeren Seitenwände und die größere Rückwand 58, 60 sich radial weiter erstrecken als die Seitenwände und die Rückwand 42, 44 der Schneidkopfausnehmung 36. Jede Öffnung 38 verläuft zwischen einer gegebenen vergrößerten Ausnehmung 54 und der Bohrung 22. Ein Vergleich von 1 und 2 zeigt, dass durch Schleifen der Zahnlücken 34 ein radial äußerer Abschnitt der vergrößerten Ausnehmung 54 abgetragen wird und dadurch die Schneidkopfausnehmungen 36 gebildet werden.
Wie nunmehr aus 3 bis 5 ersichtlich, besteht eine Stempel-/Matrizenvorrichtung 62 aus einem Oberstempel 64 und einem Unterstempel 66 in einer Matrize 68. Der Unterstempel 66 weist ein vorderes Ende 70 mit einem von einer zylindrischen Basis 74 ausgehenden zentralen zylindrischen Stange 72 auf, wobei Basis und Stange konzentrisch mit einem zylindrischen Mantel 76 angeordnet sind. Der zylindrische Mantel 76 umgibt die zylindrische Basis 74, ist gegen die Basis gelagert und steht über einen unteren Teil der Stange 72 vor. Der Überstandsbereich 78 zwischen dem zylindrischen Mantel 76 und der Stange 72 definiert die Geometrie des Montageabschnitts 18 vor dem Schleifen. Der Oberstempel 64 weist ein vorderes Ende 80 mit sechs voneinander abgesetzten keilförmigen Oberstempelvorsprüngen 82 auf, die durch Oberstempelausnehmungen 84 voneinander getrennt sind. Die Oberstempelvorsprünge 82 und die Stange 72 bilden erste bzw. zweite Vorsprungelemente. Die Geometrie des vorderen Endes 80 des Oberstempels 64 ist ein Spiegelbild der Geometrie des vorderen Endes 56 des metallpulverförmigen Kompaktes 52. Damit bilden beim Pressen eines Metallpulvers zwischen Ober- und Unterstempel die Oberstempelvorsprünge 82 in dem metallpulverförmigen Kompakt 52 die vergrößerte Ausnehmung 54 und die Oberstempelausnehmungen 84 bilden die keilförmigen Schneidkopfvorsprünge 46. Eine zentrale kreisförmige Ausnehmung 86 im Oberstempel 64 bildet mit der Stange 72 zusammen den runden Abschnitt 50 in der Mitte des vorderen Endes 12 des metallpulverförmigen Kompaktes 52. Wie aus 5 ersichtlich, befindet sich die Stange 72 beim Verpressen des Metallpulvers in der zentralen runden Ausnehmung 86 im Oberstempel. Der Durchmesser der Stange 72 ist nur geringfügig kleiner als der Durchmesser der zentralen runden Ausnehmung 86, und zwar um generell weniger als ein Hundertstel und vorzugsweise weniger als fünf Tausendstel Millimeter. Dies gewährleistet einerseits, dass die Stange 72 in die zentrale kreisförmige Ausnehmung 86 eintreten kann, und andererseits, dass die Oberstempelvorsprünge 82 gegen die Stange 72 zur Anlage kommen. In 4 ist eine auf einer Innenfläche 90 der Oberstempelvorsprünge 82 befindliche Linie 88 dargestellt, welche die Einschubtiefe der Stange 72 in die zentrale kreisförmige Ausnehmung 86 anzeigt. Bei einer Einschubtiefe gleich h und einer Gesamttiefe der zentralen kreisförmigen Ausnehmung 86 gleich H ist die axiale Höhe der Öffnung 38 gleich h und die axiale Dicke des kreisförmigen Abschnitts 50 in der Mitte des vorderen Endes des metallpulverförmigen Kompaktes 52 gleich H-h. Der Kontaktbereich zwischen der Stange 72 und der Innenfläche 90 eines gegebenen Oberstempelvorsprungs 82 ist der Bereich zwischen der Markierungslinie 88 und dem vorderen Ende 80 des Oberstempels 64. Die Kontaktbereiche 92 definieren und bilden die Öffnungen 38, während das von der Stange 72 zwischen den Ober- und Unterstempeln 64, 66 begrenzte Raumvolumen die Bohrung 22 definiert und bildet. Es versteht sich, dass eine oder beide der Kontaktflächen im Kontaktbereich eine konkave Form aufweisen kann. In diesem Falle gibt es anstelle eines Kontaktbereichs eine äquivalente geschlossene Kontaktlinie, welche die Öffnung definiert.
Es wurde ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines Schneidkopfes 10 für ein Schneidwerkzeug beschrieben. Das Ver fahren sieht den Einsatz eines Unterstempels 66 mit einer die Bohrung (den Kühlmittelkanal) 22 bildenden vorstehenden Stange 72 vor. Eine typische Öffnung 38 (Austrittsöffnung aus dem Kühlmittelkanal) wird durch Konzipierung des Pressvorgangs in der Weise gebildet, dass bei der Kompaktierung des Metallpulvers ein Kontaktbereich zwischen der Stange 72 und dem Oberstempel 60 hergestellt wird. Dieser Kontaktbereich wird zu der typischen Öffnung 38. Anders ausgedrückt ist ein Schneidkopf 10 für ein Schneidwerkzeug mit einem Austrittsöffnungen 38 aufweisenden Kühlmittelkanal 22 einfach durch Formpressen eines Metallpulvers ohne irgendwelche weitere Hilfsmittel herstellbar.
Man beachte, dass der Oberstempel 64 ein erstes Oberstempelelement 64' und ein zweites Oberstempelelement 64'' aufweist. Das zweite Oberstempelelement 64'' ist mit einer frei durch einen zentralen Bereich des ersten Oberstempelelements 64' beweglichen Schubstange 64'' verbunden. Es ist dies insofern von Vorteil, als jegliches kompaktiertes Pulver, das sich eventuell in den Oberstempelausnehmungen 84 festgesetzt hat, entfernt wird.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines metallpulverförmigen Kompaktes (52) in einer Stempel-/Matrizenvorrichtung (62), wobei das metallpulverförmige Kompakt (52) eine Bohrung (22), wenigstens eine Ausnehmung (54) und wenigstens eine Öffnung (38) zwischen der Bohrung (22) und der wenigstens einen Ausnehmung (54) aufweist und das Verfahren folgende Schritte umfaßt: (i) Bereitstellen eines Oberstempels (64) mit einem vorderen Ende (80), das wenigstens ein erstes Vorsprungelement (82) aufweist; (ii) Bereitstellen eines Unterstempels (66) mit einem vorderen Ende (70), das wenigstens ein zweites Vorsprungelement (72) aufweist; (iii) Positionieren der Ober- und Unterstempel (64, 66) in einer Matrize (68), wobei das vordere Ende (80) des Oberstempels (64) dem vorderen Ende (70) des Unterstempels (66) zugewandt ist und mit Metallpulver dazwischen; (iv) Kompaktieren des Metallpulvers durch Zusammenpressen der Ober- und Unterstempel (64, 66), bis das wenigstens eine erste Vorsprungelement (82) gegen das wenigstens eine zweite Vorsprungelement (72) in wenigstens einem Kontaktbereich (92) zur Anlage kommt, wobei die Bohrung (22) als ein durch das wenigstens eine zweite Vorsprungelement (72) zwischen den Ober- und Unterstempeln (64, 66) und die wenigstens eine Öffnung (38) an dem wenigstens einen Kontaktbereich (92) gebildet werden; und (v) Entnehmen des Oberstempels (64) und Ausstoßen des metallpulverförmigen Kompaktes aus der Matrize (68).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Metallpulver Sinterhartmetall und einen Bindemittel aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei es sich bei dem Sinterhartmetall um Wolframcarbid und bei dem Bindemittel um Cobalt handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zweite Vorsprungelement (72) zylindrisch in Form einer Stange vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren als zusätzlichen Schritt das Sintern des metallpulverförmigen Kompaktes aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei in einem weiteren zusätzlichen Schritt das gesinterte metallpulverförmige Kompakt einer Schleifbearbeitung unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei durch den weiteren zusätzlichen Schritt der Schleifbearbeitung Schneidkanten (28) in einem Schneidbereich (16) des metallpulverförmigen Kompaktes gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei durch den weiteren zusätzlichen Schritt der Schleifbearbeitung auch ein äußeres Schraubgewinde (20) in einem Montageabschnitt (18) des metallpulverförmigen Kompaktes hergestellt wird.
Schneidkopf (10) für ein Metallschneidwerkzeug, der einem nach einem der vorstehenden Ansprüche hergestellten metall pulverförmigen Kompakt aufweist, wobei die wenigstens eine Ausnehmung (54) eine keilförmige Schneidkopfausnehmung (36) mit einer mit der Öffnung (38) bündigen Innenwand (40), zwei Seitenwänden (42) und einer Rückwand (44) ist, die Innenwand (40) von der Öffnung (38) zum vorderen Ende (12) des Schneidkopfes (10), die Rückwand (44) zwischen den beiden Seitenwänden (42) sowie von der Öffnung (38) radial nach außen und die Seitenwände (42) von der Rückwand (44) axial zum vorderen Ende (12) des Schneidkopfes (10) sowie von der Öffnung (38) und der Innenwand (40) radial nach außen verlaufen.