DE69011986T2

DE69011986T2 - Schneideinsatz für spanabnehmende Maschinen.

Info

Publication number: DE69011986T2
Application number: DE69011986T
Authority: DE
Inventors: Kaj-Ragnar Loqvist; Bengt Strand
Original assignee: Seco Tools AB
Current assignee: Seco Tools AB
Priority date: 1989-06-22
Filing date: 1990-06-12
Publication date: 1995-03-09
Anticipated expiration: 2010-06-13
Also published as: DE69011986D1; JP2935539B2; SE8902282D0; JPH03111109A; SE469215B; EP0404744A2; SE8902282L; EP0404744A3; US5074720A; EP0404744B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schneideinsatz für die spanabhebende Bearbeitung, wobei der Schneideinsatz zumindest eine Schneidkante aufweist, die durch den Übergang zwischen einer oberen Fläche und einer Randfläche des Schneideinsatzes erzeugt wird, wobei die obere Fläche eine Spanfläche und die Randfläche eine Freifläche ist, die Spanfläche eine Spanstauch- bzw. Spanwendefläche neben der Schneidkante sowie eine konkav gekrümmte Spanformungsfläche aufweist, weiche sich von der Spanstauchfläche aus nach innen erstreckt und eine Grenzlinie bildet, welche die Spanstauchfläche und die Spanformungsfläche voneinander trennt, eine Anzahl wechselseitig voneinander beabstandeter und innerhalb der Schneidkante angeordneter Vertiefungen vorgesehen sind, um die Grenzlinie zwischen der Spanstauchfläche und der Spanformungsfläche zu überbrücken. Der Schneideinsatz gemäß der vorliegenden Erfindung ist in erster Linie dafür vorgesehen, zum Fräsen verwendet zu werden.
Ein Schneideinsatz der vorstehend beschriebenen Art ist aus der US-A-4,710,069 bekannt. Diese Druckschrift wird anhand dieser Bezugnahme in die Beschreibung der vorliegenden Anmeldung übernommen. Bei diesem Schneideinsatz haben die Vertiefungen bzw. Eindrückungen eine Längserstreckung in eine Richtung senkrecht zur Schneidkante des Schneideinsatzes. Da der sogenannte Spanabflußwinkel üblicherweise einen Wert von etwa 5 - 15º hat, erfährt der Span eine seitliche Verschiebung relativ zu den Eindrückungen, wobei diese seitliche Verschiebung eine erhöhte Reibung zwischen dem Span und dem Schneideinsatz verursacht. Die Verschiebungsarbeit erzeugt Wärme und damit findet ein unerwünschtes erhitzen des Schneideinsatzes statt. Dieses Aufheizen kann eventuell den Schneideindsatz beschädigen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist, einen Schneideinsatz bereit zu stellen, der so ausgestaltet ist, daß er die oben beschriebenen negativen Aspekte vermeidet, indem er den Span auf eine Art und Weise fließen läßt, die einen kleinen Kontaktbereich bewirkt und damit eine geringe Reibung zwischen dem Span und dem Schneideinsatz. Die vorliegende Erfindung wird verwirklicht durch einen Schneideinsatz, der die Eigenschaften der anhängenden Ansprüche hat.
Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform eines Schneideinsatzes gemäß der Erfindung beschrieben, wobei auf die Zeichnungen Bezug gegenommen wird und wobei
Figur 1 eine Draufsicht auf einen Schneideinsatz gemäß der Erfindung ist,
Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Figur 1 offenbart und diese Figur außerdem in einem eingekreisten Bereich der Figur 2 ein Detail in vergrößertem Maß zeigt,
Figur 3 die Definition des Spanflußwinkels offenbart,
Figur 4 schematisch die Spanbildung bzw. Formung eines konventionellen Schneideinsatzes offenbart,
Figur 5 schematisch die Spanbildung bzw. -Formung eines Schneideinsatzes gemäß der Erfindung offenbart,
Figur 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in Figur 5 offenbart,
Figur 7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII in Figur 5 offenbart,
Figur 8 eine Draufsicht auf einen Teil eines Schneideinsatzes gemäß einer alternativen Ausführungsform zeigt.
Der in Figur 1 offenbarte Schneideinsatz hat eine quadratische Grundform und weist eine im wesentlichen ebene obere Fläche 11, eine im wesentlichen ebene untere Fläche 12 und Randflächen 13-16 auf, welche die oberen und die unteren Flächen 11, 12 jeweils miteinander verbinden. Der Schneideinsatz 10 hat eine positive Geometrie, das heißt jede Randfläche bildet einen spitzen Winkel mit der Grundfläche 11. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es jedoch möglich, daß der Einsatz eine negative Geometrie hat, das heißt, daß die Randflächen die oberen und unteren Flächen senkrecht miteinander verbindet.
Die obere Fläche 11 weist eine durchgehende Spanstauchfläche 17 auf, welche den am weitesten am Umfang gelegenen Teil der oberen Fläche 11 bildet. Die Schnittlinien zwischen der Spanstauchfläche 17 und den Randflächen 13-16 bilden die Hauptschneidkanten 18. Eine Spanbildungs- bzw. Spanformungsfläche 19 ist innerhalb der Spanstauchfläche 17 angeordnet. Eine Grenzlinie 20 trennt die Spanstauchfläche 17 von der Spanbildungsfläche bzw. Spanformungsfläche 19. Mit Ausnahme der Eckbereiche des Schneideinsatzes 10 weist die Spanformungsfläche eine Anzahl von Eindrückungen bzw. Vertiefungen 21 auf, die entlang der angrenzenden Schneidkante 18 voneinander beabstandet sind und eine Erstreckung quer zu der angrenzenden Schneidkante 18 haben. Zwischen den Vertiefungen 21 in der Spanformungsfläche 19 sind Gratabschnitte angeordnet, wobei diese Grate 22 die Vertiefungen 21 in einer Richtung entlang der Schneidkante 18 überbrücken bzw. miteinander verbinden.
Wie man aus Figur 1 erkennen kann. verlaufen die Vertiefungen 21 nicht senkrecht zu der Schneidkante 18, sondern bilden einen Winkel mit einer zu der angrenzenden Schneidkante 18 senkrechten Linie. Der Winkel α liegt in dem Intervall von 5º bis 45º, vorzugsweise im Intervall von 10º bis 20º. Ein bevorzugter Wert für den Winkel α liegt in der Größenordnung von 15º.
Aus Figur 2 wird deutlich, daß die Vertiefungen 21, siehe das vergrößerte Detail, die Grenzlinie 20 zwischen der Spanstauchfläche 17 und der Spanformungsfläche 19 schneiden. Der Abstand e in dem vergrößerten Detail aus Figur 2 liegt in dem Intervall von 0,005 bis 0,1 mm. Die Tiefe der Vertiefungen 21 beträgt weniger als 0,1 mm, vorzugaweise liegt sie in dem Intervall von 0,02 bis 0,04 mm.
Die Spanformungsfläche 19 hat vorzugsweise einen konstanten Krümmungsradius R, der vorzugsweise kleiner als 3 mm ist, mit bevorzugten Werten in dem Bereich von 2 mm. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es jedoch auch möglich, daß die Spanformungfläche 19 nur über einen Abschnitt ihrer Erstreckung senkrecht zu der Schneidkante 18 einen konstanten Krümmungsradius hat. Der Teil der Spanformungsfläche 19, der der Spanstauchfläche 17 am nächsten liegt, kann gerade sein. In Figur 2 ist die Tangente T der Spanformungsfläche 19 durch den Schnittpunkt zwischen der Spanformungsfläche 19 und der Spanstauchfläche 17 eingezeichnet. Der Winkel, welchen die Tangente T mit einer Linie P bildet, die parallel zu der unteren Fläche 12 verläuft, ist mit 6 bezeichnet. Der Winkel 6 liegt in dem Intervall von 10º bis 40º, vorzugsweise im Intervall von 20º bis 30º mit bevorzugten Werten im Bereich von 25º. Wenn der Abschnitt der Spanformungsfläche 19, welcher der Spanstauchfläche 17 am nächsten liegt, gerade ist, so wird der Winkel 6 zwischen einer Verlängerung der Spanformungsfläche 19 und der Linie P eingeschlossen.
In Figur 3 ist die Definition des Spanfließwinkels β dargestellt. Danach wird dieser Winkel β zwischen einer Linie L&sub1;, die senkrecht zur Schneidkante A verläuft, und einer Linie L&sub2; eingeschlossen, die sich in Längsrichtung des Spanes D an seinem ersten Kontakt mit dem Schneideinsatz erstreckt. Typische Werte für den Winkel β liegen in dem Intervall von 5º bis 15º.
In Figur 4 ist ein Detail eines Schneideinsatzes konventioneller Gestaltung dargestellt. Aus dieser Figur kann man erkennen, daß die Schneidkante A aus dem Übergang zwischen der oberen Fläche B und der Randfläche C besteht. Wenn der Span D sich ablöst, gleitet er entlang der Spanformungsfläche, die mit der oberen Fläche B des Schneideinsatzes zusammenfällt. Durch die Ausgestaltung der Spanformungsfläche ist die Kontaktlänge des Schneideinsatzes relativ lang und dementsprechend ist die Wärmeübertragung von dem Span auf den Schneideinsatz relativ groß.
In Figur 5 ist der Abfluß eines Spans dargestellt, wenn man den Schneideinsatz gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.
Der Span 23 wird von dem Werkstück 24 abgelöst und gleitet entlang der Spanstauchfläche 17. Gleichzeitig findet aufgmnd der Vertiefungen ein Stauchen bzw. Umlenkan des Spanes statt und es werden an dern unteren Rand des Spanes 23 Kufen 25 erzeugt, siehe Figur 6, welche einen Querschnitt durch den Span 23 und den Schneideinsatz 10 am Übergang zwischen der Spanstauchfläche 17 und der Spanformungsfläche 19, das heißt die Stelle, wo die Kufen 25 erzeugt werden, zeigt. Diese Verformungsarbeit des Spanes 23 erhöht seine Temperaturen und dadurch wird die Reibung zwischen dem Span 23 und dem Schneideinsatz 10 vermindert. Durch die gekrümmte Gestalt der Spanformungsfläche 19 wird die Kontaktfläche zwischen dem Span 23 und dem Schneideinsatz 10 vermindert und die Wärmeübertragung von dem Span 23 auf den Schneideinsatz wird vermindert. Damit verbleibt der größte Teil der erzeugten Wärme innerhalb des Spanes 23.
Eine weitere Verminderung der Kontaktfläche zwischen dem Span 23 und dem Schneideinsatz 10 wird durch die Anordnung der Vertiefungen unter einem Winkel α relativ zu einer Linie erreicht, die senkrecht zu der Schneidkante 18 des Schneideinsatzes 10 verläuft, wobei dieser Winkel α von dem Spanfließwinkel β verschieden ist. Dies führt dazu, daß die Kufen des Spanes in Richtung der Grate 22 der Spanformungsfläche 19 aufwärts laufen, wobei die Grate 22 zwischen den Vertiefungen 21 in der Spanformungsfläche 19 angeordnet sind. Das Ergebnis dieses Aufsteigens des Spanes 23 ist, daß der Oberflächenkontakt zwischen dem Span 23 und dem Schneideinsatz zu einem linienförmigen Kontakt wird, siehe Figur 7. Dies erzeugt ebenfalls einen vergrößerten Flächendruck in den Kontaktbereichen und dementsprechend eine erhöhte Temperatur in dem Span in einer dünnen Oberflächenschicht, die nahe an dem Schneideinsatz 10 liegt, wobei die erhöhte Temperatur zu einem weiteren Absinken der Reibung zwischen dem Span 23 und dem Schneideinsatz 10 führt.
Durch die relativ gesehen geringe Wärmeübertragung auf den Schneideinsatz werden Probleme, die mit allzu hohen Temperaturen dar Schneidkante 18 verbunden sind, vermieden, wobei diese zu hohen Temperaturen zu einer plastischen Verformung und/oder zu Diffusionsverschleiß führen. Daraus ergibt sich ein geringer Verschleiß der Schneidkante und dementsprechend eine längere Lebensdauer selbst bei hohen Temperaturen.
Die Ausführungsform gemäß Figur 8 unterscheidet sich von der oben beschriebenen Ausführungsform dahingehend, daß die Vertiefungen 21 in der Ansicht von oben gekrümmt verlaufen. Der Effekt einer solchen gekrümmten Ausgestaltung liegt darin, daß das "Aufsteigen" des Spanes erleichtert wird.
Außerdem ist daraufhinzuweisen, daß in Figur 8 der obere Teil der Vertiefungen nach rechts gebogen ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, daß der obere Abschnitt der Vertiefungen nach links gebogen ist.
Die Erfindung ist in keiner Weise auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise kann die Grundform des Schneideinsatzes (gleichseitig) dreieckig oder rhombisch sein. Auch in anderer Hinsicht kann die Erfindung innerhalb des Rahmens der anhängenden Ansprüche frei variiert werden.

Claims

1. Schneideinsatz für die spanende Bearbeitung, wobei der Schneideinsatz zumindest eine Schneidkante (18) aufweist, die durch den Übergang zwischen einer oberen Fläche (11) und einer Kantenfläche (13-16) des Schneideinsatzes erzeugt wird, wobei die obere Fläche (11) eine Spanfläche und die Kantenfläche (13-16) eine Freifläche ist, wobei die Spanfläche (11) eine Spanstauchfläche (17) aufweist, die nahe der Schneidkante (18) liegt und eine konkav gekrümmte Spanformungsfläche (19) aufweist, die sich von der Spanstauchfläche (17) aus nach innen erstreckt und eine Grenzlinie (20) bildet, welche die Spanstauchfläche (17) und die Spanformungsfläche (19) voneinander trennt, mit einer Anzahl von zueinander beabstandeten und innerhalb der Schneidkante angeordneten Einsenkungen (21; 21'), die so angeordnet sind, daß sie die Grenzlinie (20) zwischen der Spanstauchfläche (17) und der Spanformungsfläche (19) überbrücken, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsenkungen (21; 21') eine Längserstreckung in einer Richtung haben, die einen bestimmten Winkel (α) mit einer Linie hat, welche sich senkrecht zu der benachbarten Schneidkante (18) erstreckt, wobei der Winkel (α) in dem Bereich von 5º-45º liegt.

2. Schneideinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) im Bereich von 10º-20º liegt.

3. Schneideinsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) in der Größenordnung von 15º liegt.

4. Schneideinsatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α), der zwischen einer Tangente (T) der Spanformungsfläche (19) oder einer Verlängerung der Spanförmungsfläche (19) durch den Schnitt zwischen der Spanformungsflache (19) und der Spanstauchfläche (17) und einer Linie (P) parallel zu der unteren Fläche (12) eingeschlossen wird, in dem Bereich von 10º-40º, vorzugsweise im Bereich von 20º-30º mit besonders bevorzugten Werten in der Größenordnung von 25º liegt.

5. Schneideinsatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der Spanformungsfläche (19) kleiner ist als 3 mm und vorzugsweise im Bereich von 2 mm liegt.

6. Schneideinsatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichet, daß der Betrag (e), um welchen die Einsenkungen (21; 21') in die Spanstauchfläche (17) hineinreichen, im Bereich von 0,005-0,1 mm liegt.

7. Schneideinsatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Einsenkungen (21; 21') weniger als 0,1 mm beträgt und vorzugsweise in dem Bereich von 0,02-0,04 mm liegt.