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Technisches Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Schneideinsatz gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1: ein solcher Schneideinsatz ist aus der
US 5,630,681 bekannt.
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Hintergrund der Erfindung
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Beim
Anbohren von Werkstücken,
z.B. aus Metall, gibt es einen allgemeinen Wunsch, daß die freigeschnittenen
Späne so
klein wie möglich
sein sollten, um sie auf dem denkbar leichtesten Wege aus dem in
der Herstellung begriffenen Loch herauszuräumen. Wenn die Späne lang
werden und wie eine Locke von lockigem Haar, entsteht nämlich das Risiko
des Spanstaus. Diese Schwierigkeiten werden insbesondere in Verbindung
mit dem Bohren von einem langen Loch in Materialien bemerkenswert,
die lange Späne
bilden, d.h. klebrige oder weiche Metalle. Beispiele von Metallen,
welche lange Späne
bilden, sind Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und sogenannte
Duplexmaterialien ("Duplex" wird als übergreifender
Begriff vom Fachmann für
unterschiedliche Arten von nicht rostenden Materialien verwendet,
die besonders schwierig zu bearbeiten sind). Unter dem Bohren von
langen Löchern
versteht man gewöhnlich
das Bohren von Löchern
mit einer Länge,
die mindestens 5- bis 10-mal größer als der
Durchmesser ist (in extremen Fällen
beläuft
sich die Lochlänge
auf mehr als das 100-fache des Durchmessers). Das Bohren langer
Löcher
kann mit vielen unterschiedlichen Arten von Bohrern durchgeführt werden,
denen jedoch gemeinsam ist, daß sie
zusätzlich
zu einem Bohrerkopf mit austauschbaren Schneideinsätzen einen
rohrförmigen
Schaft aufweisen, durch welchen ein Kühl- und/oder Schmierschneidemedium
bis hoch zum Bohrerkopf und dann zusammen mit den vereinzelten Spänen wegtransportiert
werden kann. Die Zufuhr von Schneidmedium sowie das Entfernen desselben
zusammen mit den Spänen
kann entsprechend vieler unterschiedlicher Techniken besorgt werden,
die seit Jahrzehnten entwickelt wurden. Bei allen Arten von Bohrern
für lange
Löcher
sind jedoch die Kanäle
für das
Spanentfernen lang und eng. Dies bedeutet, daß es ein großes Risiko
des Spanstauens gibt, wenn die Späne, welche freigeschnitten
sind, zu lang werden.
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Früher bekannte
Schneideinsätze
für Bohrer für lange
Löcher
der oben bezeichneten Art wurden mit glatten Spanabhebeflächen hergestellt,
d.h. konkav gekrümmte
Flächen,
die sich von der Schneidkante nach oben zur Rückseite erstrecken, wo sich die
spanabnehmende Fläche
in die Oberseite des Schneideinsatzes umwandelt, eben und glatt.
Dies bedeutet, daß der
vereinzelte Span unabhängig
von der Dicke (d.h. unabhängig
von dem in Rede stehenden Vorschub) gleichmäßige Dicke mit einer glatten Bodenseite
hatte; etwas, das sich als Erschwernis des Brechens des Spans in
kürzere
Stücke
herausstellte. Ferner hatte die Kühlflüssigkeit Probleme, unter den
Span zu kommen und zu der Schneidkante hindurch zu gelangen.
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Aufgaben und Merkmale
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezweckt die Vermeidung der oben erwähnten Nachteile
früher
bekannter Bohrschneideinsätze
und die Schaffung eines verbesserten Schneideinsatzes für Bohrer,
insbesondere Bohrer für
ein langes Loch. Deshalb ist es erste Aufgabe der Erfindung, einen
Schneideinsatz vorzusehen, der in Verbindung mit dem Spanabheben
das Brechen des Spans in kleine Stücke garantiert. Eine andere
Aufgabe ist die Schaffung eines Schneideinsatzes mit verbesserter
Kühlung/Schmierung
im Bereich der Kante des Schneideinsatzes.
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Gemäß der Erfindung
wird mindestens die erste Aufgabe mittels Merkmalen gelöst, die
in Anspruch 1 bestimmt sind. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
sind ferner in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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Zusammenfassung
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Die
Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß eine glatte spanabhebende
Fläche
auf dem Schneideinsatz einen Span gleichmäßiger Dicke mit einer glatten
Bodenseite erzeugt, was bedeutet, daß der Span während seiner
Kühlung
nach dem tatsächlichen
Abtrennen an der Kante eine Weichheit bzw. Nachgiebigkeit bewahrt,
welche dem Brechen des Spans entgegenwirkt und es verzögert. Durch
Formen der spanabhebenden Fläche
gemäß der Erfindung
mit einem oder mehreren langen schmalen Gebilden in der Form von
Nuten, welche der Bodenseite des Spans Prägungen bzw. Erhebungen in der
Gestalt von Rippen hinzugeben, wird die Weichheit des Spans reduziert,
wodurch das Brechen schneller erfolgt. Genauer haben Versuche, die
durchgeführt wurden,
gezeigt, daß der
Span versteift wird und auf diese Weise das Brechen einleitende
Teile schneller erzeugt werden mit der Folge, daß der Span bricht.
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Kurze Beschreibung der
anliegenden Zeichnungen
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In
den Zeichnungen ist:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Schneideinsatzes gemäß der Erfindung,
schräg
von oben gesehen,
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2 eine
schematische perspektivische Ansicht eines Metallspans, der von
einem herkömmlichen
Schneideinsatz erzeugt wurde, welcher eine gewöhnliche, glatte spanabhebende
Fläche
hat,
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3 eine
entsprechende perspektivische Ansicht unter Darstellung eines Spans,
der mittels des Schneideinsatzes gemäß der Erfindung nach 1 erzeugt
wurde,
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4 einen
stark vergrößerten Einzelabschnitt
unter Darstellung der spanabhebenden Fläche des Schneideinsatzes und
eines Prägungsgebildes,
welches in demselben in der Gestalt einer Nut gebildet ist, und
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5 einen
Schnitt A-A in 4.
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Ausführliche Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen
der Erfindung
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In 1 ist
ein Schneideinsatz, der für
Bohrer gedacht ist, insbesondere Bohrer für ein Langloch, gezeigt, der
in üblicher
Weise eine obere Seite 1, eine umfangsmäßige Seitenfläche 2 und
eine Bodenseite 3 hat. Bei dem veranschaulichten Beispiel weist
der Schneideinsatz zwei Schneidkanten 4 auf, deren jede
einzeln in Verbindung mit einer Freifläche 2' geformt ist, welche einen Teil
der umfangsmäßigen Seitenfläche 2 darstellt.
Von der einzelnen Schneidkante 4 erstreckt sich eine spanabhebende
Fläche 5 nach
oben zu einer mit 6 bezeichneten Hinterseite, wo die spanabhebende
Fläche
in die obere Seite 1 des Schneideinsatzes übergeht.
Wie man am deutlichsten in 4 sieht, hat
die spanabhebende Fläche 5 eine
allgemein konkav gekrümmte
Gestalt. Die eigentliche Fläche
als solche ist glatt, und bei dem Beispiel weist sie einerseits
eine etwa ebene Teilfläche 5A neben
der Schneidkante 4 auf und andererseits eine weich gerundete
Teilfläche 5B,
die sich wie eine Böschung
oder ein Abhang von der Teilfläche 5A zur
Rippe 6 erstreckt. Wenn die Schneidkante 4 in ein
Werkstück
eintritt (während
sich der auf einem Bohrerkopf angebrachte Schneideinsatz dreht),
wird ein (nicht gezeigter) Span vereinzelt, der weiter längs der
Fläche 5 hoch
bis zu der böschungsartigen
Teilfläche 5B gleitet,
wo der Span den Schneideinsatz spätestens in Verbindung mit seinem
Erreichen der Rippe 6 verläßt. In diesem Zusammenhang
ist anfänglich
der Span sehr heiß,
um danach während
seines Transports nach rückwärts zu der
Rippe 6 hin sukzessive abgekühlt zu werden. Das Kühlen des Spans
erfolgt mittels eines Schneidmediums oder Fluids, welches im allgemeinen
zu der Schneidkante hin gesprüht
oder gespült
wird, d.h. in 4 von links nach rechts.
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Soweit
der gezeigte Schneideinsatz bis hier beschrieben wurde, ist er bekannt.
Bei früher
bekannten Schneideinsätzen
war die spanabhebende oder spanbrechende Fläche 5 längs ihrer
gesamten Erstreckung, von der Schneidkante 4 zu der Rippe neben
der oberen Fläche 1,
glatt. Dadurch war eingeschlossen, daß der vereinzelte Span eine
Gestalt gemäß 2 erhielt,
d.h. die Bodenseite 7 des Spans wurde glatt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine geeignete Anzahl langer, schmaler Gebilde 8 in
der Oberfläche 5 geformt
mit dem Zweck, dem vereinzelten Span lange, enge Prägungen bzw.
Erhebungen mit dem Zweck hinzuzufügen, das Brechen des Spans
zu erleichtern und zu beschleunigen, wobei die Gebilde aus Nuten
bestehen, welche herausstehende Rippen 9 auf der Bodenseite 7 des
Spans bilden, wie in 3 gezeigt ist.
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Die
einzelne Gestalt und die Maße
der Nut 8 können
an sich innerhalb recht weiter Grenzen variieren. Die Nut sollte
jedoch immer lang und eng sein, d.h. eine Länge haben, die größer als
seine Breite ist. Entlang des Hauptteils ihrer Länge ist die Nut in dem Bereich
der spanabhebenden Fläche 5 angeordnet. Somit
ist das Vorderende der Nut, welches der Schneidkante 4 zu
gerichtet ist, recht nahe an der Schneidkante angeordnet, weshalb
die Nut nach oben zu der Rippe 6 zwischen der Oberfläche 5 und der
oberen Seite 1 hoch und an dieser vorbeiläuft. Somit
ist das hintere Ende der Nut vergleichsweise nahe an der Rippe 6 angeordnet.
Wenn deshalb der heiße
und noch plastisch verformbare Span längs der spanabhebenden Fläche 5 vorwärtsgleitet,
wird die Bodenseite in die Nut nach unten so hineingedrückt, daß auf der
Bodenseite des Spans eine Rippe 9 gebildet wird. Das Bilden
der Rippe 9 in der einzelnen Nut wird früh im Bereich
des Vorderendes der Nut ausgelöst,
um vollendet zu sein, sobald der Span sich längs der "Böschung" der spanabhebenden
Fläche 5B nach
hinten/oben bewegt. Danach kann die Rippe 9 unbeschränkt an der
Rippe 6 vorbeilaufen dank der Tatsache, daß die Nut
nicht nur längs
der guten spanabhebenden Fläche 5 verläuft, sondern auch über die
Stütze
bzw. das Rücklaufteil
zum hinteren Ende verläuft,
welches in der oberen Fläche 1 angesenkt
ist. Mit anderen Worten bewahrt die Rippe 9 ihre erzeugte
Gestalt, wenn der Span von dem Schneideinsatz freikommt.
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Zusätzlich zur
Bildung von Rippen im Span haben die Nuten 8 eine andere
vorteilhafte Funktion, nämlich
die Verbesserung des Kühlens
des Schneideinsatzes im Bereich der Schneidkante und der spanabhebenden
Fläche.
Die Gegenwart von Nuten stellt sicher, daß die Flüssigkeit weiter unter den Span
dringt als bei herkömmlichen
Schneideinsätzen,
wobei das Schneidmedium von hinten unter den Span in Richtung nach
vorn zur Kante des Schneideinsatzes hin gespült oder gesprüht wird.
Um diesen Flüssigkeitseintrittseffekt
zu verstärken,
wurde die einzelne Nut gemäß der Erfindung
so geformt, daß sich
ihr rückwärtiges Ende
an eine Ansenkung 10 anschließt, die in der oberen Seite 1 angeordnet und
breiter ist als der Rest der Nut. An ihrem gegenüberliegenden Vorderende verzweigt
sich die Nut 8 in mindestens zwei Teilnuten 8', 8'', die unter einem spitzen Winkel
von der Hauptnut nach vorn verlaufen. Trotz der Tatsache, daß die einzelne
Nut die Erhebung einer Rippe auf der Bodenseite des Spans garantiert,
kann das von hinten eingesprühte
Schneidmedium einen Kühl-
und Schmierfilm (gewöhnlich
in Gasform) bilden, der die Zweige 8', 8'' erreichen
kann und seitlich zu unterschiedlichen Teilen der Schneidkante verteilt
werden kann.
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Die
geometrische Querschnittsgestalt der einzelnen Nut 8 ist
für die
Erfindung nicht kritisch. Die Nut kann jedoch in vorteilhafter Weise
querschnittsmäßig halbkreisförmig sein,
wie in 5 gezeigt ist. Die Tiefe d der Nut sollte mindestens
0,05 mm betragen, zweckmäßigerweise
mindestens 0,08 mm. Die Tiefe der Nut sollte jedoch 0,15 mm nicht überschreiten
und sollte in zweckmäßiger Weise
bis zu höchstens
0,12 mm betragen. In der Praxis ist eine Nutentiefe von etwa 0,10
mm bevorzugt. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß die Ansenkung 10 eine größere Tiefe
haben kann als die eigentliche Nut 8, obwohl die Ansenkung
und die Nut bei dem Beispiel mit derselben Tiefe gezeigt wurden.
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Obwohl
der Schneideinsatz gemäß der Erfindung
besonders für
die Verwendung bei Bohrern zum Bohren eines Langloches geeignet
ist, kann er doch auch bei anderen Bohrern verwendet werden, bei welchen
es erwünscht
ist, kurze Späne
zu erzeugen.
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- 1
- obere
Seite des Schneideinsatzes
- 2
- Seitenfläche
- 2'
- Freifläche
- 3
- Bodenseite
- 4
- Schneidkante
- 5
- spanabhebende
Fläche
- 6
- Rippe
- 7
- Bodenseite
des Spans
- 8
- Profilnut
- 8', 8''
- Nutenzweig
- 9
- herausstehende
Rippe auf dem Spans
- 10
- verbreiterte
Ansenkung