DE69202508T2

DE69202508T2 - Schneideinsatz.

Info

Publication number: DE69202508T2
Application number: DE69202508T
Authority: DE
Inventors: Thomas J Bernadic; Sreedwaraka Prasda Boppana; Karl Katbi
Original assignee: Valenite LLC
Current assignee: Valenite LLC
Priority date: 1991-03-04
Filing date: 1992-02-24
Publication date: 1996-02-08
Anticipated expiration: 2012-02-25
Also published as: EP0508073A1; JPH05104310A; US5193947A; JP3084317B2; ZA919883B; BR9200349A; DE69202508D1; EP0508073B1; AU1096492A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wendeschneideinsatz init hoher Tiefe und geringer Kraft bei der Anwendung, gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1, siehe EP-A-332 085.
Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung solch einen Einsatz, mit dem man duktiles Material wie Stahl bei niedrigen Schneidgeschwindigkeiten und rnittleren bis hohen Vorschubbereichen und Schnittiefen drehen kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft des weiteren einen Wendeschneideinsatz mit großer Tiefe und geringer Kraft bei der Anwendung, welcher geeignet ist mechanische Stöße bei unterbrochenen Bearbeitungsbedingungen auszuhalten, ohne die Schneidlebensdauer des Werkzeuges zu beeinflussen.
Die vorliegende Erfindung betrifft des weiteren einen Wendeschneideinsatz mit großer Tiefe und geringer Kraft bei der Anwendung für das Drehen von duktilem Material, welcher eine gute Spankontrolle gewährleistet.

Beschreibung des Standes der Technik

Einsätze mit Spankontrolle sind im Stand der Technik bekannt, bei denen die Spanfläche des Einsatzes in der Nähe der Schneidkante in einer geneigten Schulter des Spanweges endet und zum Drehen und/oder Brechen des Spans dient. Es ist des weiteren im Stand der Technik bekannt eine positive Spanschneidewirkung bereitzustellen, welche zur Verringerung der Leistungs- bzw. Krafterfordernisse dient, entweder indein die Seiten, welche sich zu der Schneidkante erstrecken, verjüngt werden oder indem eine positive Spanfläche bzw. Spaninsel an dein Flächenuinfang bereitgestellt wird, welche sich von der Schnittkante erstreckt. Spezielle Spanbrecheffekte wurden erzielt indem eine Reihe von Spanablenknuten oder -vertiefungen entlang der Schnittkante angeordnet wurden, wie in den US-Patenten Nr. 4,215,957; 4,273,480 und 4,335,984 offenbart.
Vertiefte Nuten oder Flächen mit spanbrechenden Vorsprüngen sind auch im Stand der Technik bekannt, insbesondere zur Verwendung bei drehendem Betrieb wie z.B. in dem US-Patent Nr. 3,792,514 beschrieben, worin eine gleichförmige konkave Nut entlang jeder Schnittkante des Einsatzes bereitgestellt ist, um den Span bei einem schwerem Schneiden zu brechen, zusammen mit einem Vorsprung in der konkaven Nut, die von einer Insel in dem Einsatz isoliert ist, und zum Brechen des Spans bei leichteren Schneidbedingungen dient. Eine andere Form solch eines Einsatzes ist in dem US-Patent Nr. 4,214,845 beschrieben, umfassend ein Paar spanbrechender Vorsprünge an jeder Ecke mit einem weiteren Vorsprung an dem Bisektor hinter den ersten Vorsprüngen. Ein weiterer Einsatz ist in dem US-Patent Nr. 4,626,141 offenbart, bei welchem eine gute Spankontrolle erzielt wird, Verbesserungen sind jedoch noch auf den Gebieten der Spanverzögerung und bei dem Verschleiß des Einsatzes während des Schneidens notwendig.
McCreery, US-Patent Nr. 4,318,645 offenbart einen polygonalen Einsatz aus hartem, verschleißbeständigem Material. Der Einsatz umfaßt einen Vorsprung hinter jeder Kante des Einsatzes, welcher als ein Spanbrecher dient. Der Vorsprung ist von dein Schnittkantenbereich durch eine niedrigere sekundäre Fläche getrennt, welche die maximale Höhe und Breite in jedem Eckbereich des Schneideinsatzes aufweist. Die Höhe und Breite verringert sich stufenweise während sich die sekundäre Fläche von dem Eckbereich in eine Richtung parallel zu der Schnittkante erstreckt.
Malaker et al., US-Patent Nr. 4,626,141 offenbart einen polygonal geformten Einsatz mit Spankontrolle, gekennzeichnet durch eine Spankontrollnut, die sich über die Einsatzecken und entlang einer Kante erstreckt, wobei sich die Kante von diesen Ecken mit einer zunehmenden Breite von der Schnittkante weg erstreckt. Die Nut wird mit einem Radius gebildet und erstreckt sich unter einer positiven Schnittkantenfläche zu einer maximalen Tiefe tangential zu dem Boden der Nut.
Dokument EP 0 332 085, von welchem die vorliegende Erfindung ausgeht, beschreibt einen Schneideinsatz gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von all diesen Entwicklungen des Standes der Technik, da sie eine verbesserte mechanische Stoßfestigkeit bereitstellt, die bei unterbrochenen Bearbeitungsbedingungen nützlich ist und ermöglicht mit dem Einsatz duktiles Material wie Stahl bei niedrigen Schnittgeschwindigkeiten und mittleren bis hohen Vorschubbereichen und Schnittiefen zu drehen.
Es war lange Zeit ein Problem im Stand der Technik einen Wendeschneideinsatz bereitzustellen, welcher geeignet ist duktiles Material zu drehen und welcher bezahlbar ist und verschiedene Vorschubgeschwindigkeiten und Schnittiefen ermöglicht. Die vorliegende Erfindung erfüllt diese langen Bedürfnisse und bietet einen Spanbrechbereich welcher überraschend ist, insbesondere im Hinblick auf die unterschiedlichen Vorschubgeschwindigkeiten bei welchen der Einsatz betrieben werden kann.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Wendeschneideinsatz bereitzustellen um duktiles Material bei niedrigen bis hohen Schnittgeschwindigkeiten und mittleren bis hohen Vorschubbereichen und Schnittiefen zu drehen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Wendeschneideinsatz bereitzustellen, welcher ausgezeichnete Spanbrecheigenschaften über einen weiten Bereich von Vorschubgeschwindigkeiten und Schnittiefen aufweist, einen niedrigeren Verbrauch von Schnittkraft und Leistung.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Schneideinsatz bereitzustellen, welcher verbesserte Verschleißbeständigkeit aufweist.
Es ist des weiteren eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Schneideinsatz bereitzustellen, welcher eine ausgezeichnete Stoßfestigkeit aufweist.
Es ist des weiteren eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Einsatz mit einer doppelstufigen Insel bereitzustellen, um das Abblättern des Einsatzes zu minimieren und um überragende Spanbrecheigenschaften bereitzustellen.
Andere Aufgaben und Verwendungen des Schneideinsatzes der vorliegenden Erfindung wird Fachleuten nach dem Lesen der Beschreibung und der Ansprüche deutlich.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Aufgaben werden durch einen Einsatz gelöst, der mit den in Anspruch 1 definierten Merkmalen bereitgestellt ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen polygonalen Wendeschneideinsatz, welcher für das Drehen von duktilem Material, wie Stahl, bei niedrigen bis hohen Schnittgeschwindigkeiten und mittleren bis hohen Vorschubbereichen und Schnittiefen konstruiert ist. Der Einsatz der vorliegenden Erfindung zeigt eine Spanbrecheigenschaft bei einem weiten Bereich an Vorschub- und Schnittiefen. Der Einsatz kann so ausgestaltet sein, daß er eine neutrale Seite bzw. Flanke aufweist, mit einer variablen Breite über die Länge des Einsatzes. Der Einsatz kann des weiteren eine konstante Seite bzw. Flanke aufweisen, mit einem konkaven Radius anstelle der neutralen Flanke. Gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt ein Schneideinsatz mit einer neutralen Flanke und variabler Flankenbreite gute Verschleißbeständigkeitseigenschaften. Dies ist vorteilhaft da niedrigere Schnittkräfte verwendet werden können, ohne daß die Bearbeitungsleistung hinsichtlich der Lebensdauer des Werkzeuges geopfert wird. Ein Schneideinsatz mit einer Flanke bzw. Seite mit Radius mit einer variablen Seitenbreite, wie auch in der vorliegenden Erfindung beschrieben, zeigt eine gute Stoßfestigkeit. Der Vorteil dieser Anordnung ist, daß die Seite bzw. Flanke gut geeignet ist, stark unterbrochene Betriebsbedingungen auszuhalten, also Bedingungen die mechanische Stoßbelastung auf den Einsatz ausüben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht des Schneideinsatzes der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine Aufsicht auf den Einsatz gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von abgerundeten Ecken.
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht teilweise im Schnitt des Einsatzes der vorliegenden Erfindung und zeigt die Oberflächen und Spanbrecher entlang der Linie 3-3.
Fig. 4 ist eine Seitenansicht teilweise im Schnitt des Einsatzes der vorliegenden Erfindung und zeigt die Oberflächen und Spanbrecher entlang der Linie 4-4.
Fig. 5 ist eine Seitenansicht teilweise im Schnitt des Einsatzes der vorliegenden Erfindung und zeigt die Oberflächen und Spanbrecher entlang der Linie 5-5.
Fig. 6 ist ein Detail der Aufsicht der Ausführungsform aus Fig. 1, und zeigt die Spanbrechereckoberfläche.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Im folgenden wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, wobei gleiche Bezugszeichen ähnliche Strukturen angeben. Der polygonale Wendeschneideinsatz 10 weist Schneidecken 12 und Flanken bzw. Seiten 14 auf. Der Schneidrücken 16, welcher neutral, variabel oder tragend sein kann, kann mit einem Radius versehen sein und läuft über den gesamten Umfang des Einsatzes, um so eine primäre Berührungsfläche mit dem zu schneidenden Material zu bilden. Der Einsatz weist eine zentrale Insel 18 auf, welche mit einer zentralen Öffnung 20 versehen ist, die verwendet wird, um den Einsatz an der Position auf dem Werkzeug (nicht dargestellt) in einer Weise die Fachleuten bekannt ist, zu befestigen. Die Insel kann mit einer versenkten Oberfläche in der Nähe der Öffnung versehen sein, um die Menge an Mahlgut zu verringern, die entfernt werden muß, und um eine minimale Krümmung des Einsatzes nach dem Sintern zu erzielen.
Der Eingangswinkel 22 ist am Umfang des Einsatzes und in der Nähe des Schneidrückens 16 bereitgestellt. Der Eingangswinkel bewirkt, daß sich der Span des zu schneidenden Materials entlang der Oberfläche des Einsatzes zu drehen beginnt, und stellt somit dem Einsatz Spanbrechqualitäten zur Verfügung. Eine Nut 24 mit variabler Breite ist um die Peripherie des Einsatzes und in der Nähe relativ zu dem Eingangswinkel 22 angeordnet. Die Nut 24 ist so ausgestaltet, daß sie eine variable Breite aufweist, d.h. in der Nähe der Ecke des Einsatzes eng und mit einer breiten Fläche in der Mitte des Einsatzes.
Ein erster Einfallwinkel 26 ist in der Nähe des Spanverzögerungselementes 28 bereitgestellt, um die Spanverzögerung zu unterstützen. Die Spanverzögerungselemente drehen und deformieren die Spane bei einer geeigneten Vorschubgeschwindigkeit und Schnittiefe und erzeugen geeignete Späne während der Bearbeitung. Geeignete Späne sind solche, welche während des Betriebes von dem Werkstück abgeschnitten werden und welche in kleine Stücke zerbrechen, um so die Bearbeitung nicht zu stören. Zusätzlich stellen die Spanverzögerungselemente einen zusätzlichen Schutz gegen Abspanen und Kraterbildung auf der Hauptinsel bei schwerer und unterbrochener Bearbeitung. Das Spanverzögerungselement liegt höher bezüglich der Nut 24 als der Eingangswinkel und ist vorzugsweise 0,003 inch höher als die Nut.
Die Insel ist mit einem zweiten Einfallswinkel 30 versehen, welcher die während der Bearbeitung gebildeten Späne zerbricht und des weiteren die Insel gegen Brechen, Kraterbildung und Verschleiß schützt. Die Inseloberfläche 32 ist höher als der Einfallswinkel 30 relativ zu der Nut 24 und vorzugsweise 0,1 mm (0,004 inch) höher als der Schneidrücken und 0,27 mm (0,011 höher als die Nut.
Die Insel ist des weiteren durch einen primären Inselspanbrecherbereich 34 verstärkt. Der Bereich 34 ist geeignet hohen mechanischen Druck von den verzögerten Spänen auszuhalten und die scharfe Kontur dient dazu die Späne, die während des Schneidens gebildet werden in kleine, handhabbare "6" und "9" geformte Späne zu zerbrechen.
Zwei Ausführungsformen werden in der vorliegenden Erfindung verwirklicht. Fig. 2 zeigt die Aufsicht des Einsatzes, welches geeignet ist verwendet zu werden, wenn Zerbrechen und Abspänen ein primäres Merkmal ist. Die Ecke ist mit einem Nasenbereich 36 mit Radius versehen, welcher eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit bereitstellt und insbesondere bei unterbrochener Bearbeitung geeignet ist. Weist der Eingangswinkel 22 z.B. eine Breite von 0,022 inch auf, weist die Ecke einen Eingangswinkel 38 auf mit einer Breite von 0,016 inch. Es ist überraschend, daß diese Änderung der Geometrie ein ausgezeichnetes Schneiden unter den zuvor beschriebenen Bedingungen gewährleistet und trotzdem gute mechanische Eigenschaften bereitstellt.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen polygonalen Wendeeinsatz für das Drehen von duktilem Material wie Stahl bei niedrigen bis hohen Schneidgeschwindigkeiten und mittleren bis hohen Vorschubbereichen und Schnittiefen. Der Bereich des Spanbrechens dieses neuen Einsatzes liegt in dem Bereich von ungefähr 0,2 bis 1,0 mm (0,014 bis 0,040 ipr) für die Vorschubrate und 1,0 bis 8,75 mm (0,040 bis 0,350 inch) bezüglich der Schnittiefe.
Das Profil des Spanbrechers an dem Nasenbereich entlang der Linie 3-3 ist in Fig. 3 dargestellt. Der Spanbrecher besteht aus einem primären positiven Schneidrücken 16 und einem Eingangswinkel, welcher von einem sekundären positiven Schneidrücken 26 und einem sekundären Eingangswinkel gefolgt wird. Jeder Eingangswinkel kann jeden Winkel aufweisen und sind in der vorliegenden Erfindung 12 bzw 27 Grad. Der Zweck des doppelten Schneidrückens ist es, der Schneidkante zusätzliche Festigkeit zu verleihen. Der primäre positive Schneidrücken dient zum Anheben des Spans bei sehr niedrigen Vorschubgeschwindigkeiten und Schnittiefen. Bei höheren Vorschubgeschwindigkeiten dient der Schneidrücken mit dem steilen Eingangswinkel um den Span zu den Verzögerungselementen zu führen und unterbricht die kontinuierliche Bewegung, um ein weiters Aufdrehen zu bewirken. Dieser positive Schneidrücken dient auch um den Verschleiß zu verringern, niedrigere Schneidkräfte zu erzeugen, niedrigere Schneidtemperaturen insbesondere wenn dieser mit negativen Flanken verglichen wird, bei anderen Formen von Spanbrechern. Beide dieser Schneidrückenbereiche können entweder flach sein oder eine mit Radius versehene Form aufweisen und beide Bereiche können zwei Seiten eines Triangels oder Rechtecks bilden.
Die Breite des gesamten Schneidrückens liegt in dem Bereich von 0,0185 beginnend von der Schneidkante bis zu dem Ende des sekundären positiven Schneidrückens. Die Nut ist 0,53 mm (0,0215 inch) breit und weist einen flachen Boden auf. Der flache Boden kann eine mit Radius versehene Form aufweisen, um eine konvexe oder konkave Oberfläche zu bilden. Die Nut dient dazu die Drehbewegung zu Spans zu verändern, und so die Verformung für ein weiteres Brechen zu verändern. Der erste primäre Bereich schneidet den Nutboden unter einem primären Ausgangswinkel und schneidet den sekundären Bereich, um einen sekundären Ausgangswinkel zu bilden. Die Rückwand besteht nur an dem Nasenbereich des Schneidpunktes. Die Rückwand mit dem steilen Schleifwinkel dient zur Änderung des Grades der Verformung des Spanes, um den Span auf solch eine Weise zu drehen, daß der Radius der Drehung groß genug ist, um einen Bruch zu bewirken, und die Scherspannungen entsprechen den Bruchspannungen, so daß geeignete Späne bei niedrigem Vorschub und geringer Schnittiefe erzeugt werden. Zusätzlich dient die Rückwand zur Verstärkung des Nasenbereichs.
Bezug nehmend auf Fig. 4 wird deutlich, daß die Nase einen symmetrischen Rand über den Mittelpunkt des Einsatzes an der Nase aufweist. Der Rand dient zur Verfestigung des Nasenbereiches und hilft in einigen Fällen um die Späne von dem Einsatz wegzudrehen. Der Rand kann rechteckig, dreieckig, konisch oder eine konvexe Form aufweisen.
Bezug nehmend auf Fig. 5 weist die Schneidrückenfläche die gleiche Form auf wie in Fig. 3, mit der folgenden Veränderung. Der zweistufige positive Schneidrücken drängt den Span unterschiedliche Deformationen zu unterlaufen, um eine gute Zerbrecheigenschaft des Spanes über einen breiten Anwendungsbereich von Vorschüben und Schnittiefen zu erzielen.
Verschiedene Modifikationen werden Fachleuten deutlich werden ohne von dem Umfang der Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Wendeschneideinsatz (indexable cutting insert) mit großer Tiefe und geringer Kraft bei der Anwendung, umfassend:

a) einen polygonalen KörPer mit Schneidecken bzw. -keilen (12)' Flanken bzw. -seiten (14) und einem Schneidrücken (16) entlang der oberen Peripherie des Körper;

b) eine Oberfläche eines Eingangswinkels (22) in der Nähe des Schneidrückens (16) und welche sich über die äußere Begrenzung des Körpers, welche an den Schneidrücken (16) angrenzt, erstreckt;

c) eine Nut (24) in der Nähe des Eingangswinkels (22);

d) eine polygonale, plane Insel (18), welche von dem Körper des Einsatzes getragen wird und sich über die Nut (24) erhebt, wobei die Insel eine sich durch diese erstreckende zentrale Öffnung (20) aufweist, um das Befestigen des Einsatzes (10) an einem Werkzeug zu vereinfachen, die Insel einen zweiten Einfallswinkel (30) entlang der Peripherie aufweist und einen primärem Spanbrecher (34) an jeder der Ecken der polygonalen Insel und welcher sich von der Insel entlang der Halbierenden des Einsatzes in Richtung der Ecke des Einsatzes erstreckt, und wobei die Oberfläche des primären Spanbrechers die gleiche Höhe wie die Oberfläche der Insel aufweist; und

e) Spanverzögerungselemente (chip deceleration pads) (28) in jeder der Ecken der Insel, wobei sich das Spanverzögerungselement (28) über die Nut (24) erhebt und niedriger als die Insel ist, das Spanverzögerungselement (26) an den zweiten Einfallswinkel (30) an den Ecken (12) der Insel an einer Seite anstößt, und sich an der anderen über einen ersten Einfallswinkel (26) mit der Nut verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (24) an ihrem Mittelpunkt am breitesten ist und sich in Richtung der Ecken (12) des polygonaien Körpers fortlaufend verengt und niedriger als der Schneidrücken (16) ist, die Spanverzögerungselemente eine obere planare Oberfläche aufweisen und sich um die primären Spanbrecher herumerstrecken, wodurch ein von einem Werkstück an der Schneidecke bzw. -keil (12) des Einsatzes abgeschnittener span entlang des Eingangswinkels (22) in dem Einsatz eintritt, gegen den ersten Einfallswinkel (26) und auf das Spanverzögerungselement (28) und anschließend auf den zweiten Einfallswinkel (30) der Insel und anschließend in die primäre Spanbrecherfläche der Insel gedrängt wird, wodurch der Span gebrochen wird.

2. Einsatz nach Anspruch 1, worin die Schneidecke bzw. -keil abgerundet ist, um dem Einsatz während des Verfahrens verbesserte mechanische Stoßfestigkeit zu verleihen.

3. Einsatz nach Anspruch 1, worin der Schneidrücken neutral ist.

4. Einsatz nach Anspruch 1, worin der Schneidrücken variabel ist.

5. Einsatz nach Anspruch 1, worin das Spanverzögerungseleinent ungefähr 0,1 mm (0.003 inch) höher als die Nut ist.

6. Einsatz nach Anspruch 1, worin die Insel ungefähr 0,2 mm (0,011 inch) höher als die Nut ist.

7. Einsatz nach Anspruch 1, worin die Insel höher als der Schneidrücken ist.

8. Einsatz nach Anspruch 7, worin die Insel ungefähr 0,1 mm (0,004 inch) höher als der Schneidrücken ist.

9. Einsatz nach Anspruch 2, worin der Eingangswinkel um den abgerundeten Bereich ungefähr 0,4 mm (0,016 inch) in der Breite beträgt und Eingangswinkel um den Rest des Einsatzes ungefähr 0,55 mm (0,022 inch) in der Breite beträgt.

10. Einsatz nach Anspruch 1, worin der Einsatz mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von ungefähr 0,2 bis 1,0 mm pro Umdrehung (0,14 bis 0,40) betrieben wird und eine Schnittiefe von ungefähr 1,0 bis 8,75 mm (0,040 bis 0,350 inch) umfaßt.

11. Einsatz nach Anspruch 1, worin der Eingangswinkel ungefähr 12º beträgt.

12. Einsatz nach Anspruch 1, worin der Spanverzögerungswinkel und der Spanbrechwinkel ungefähr 27º betragen.

13. Einsatz nach Anspruch 1, worin die Nut an dem breitesten Punkt 0,53 mm (0,0215 inch) beträgt und sich fortlaufend in Richtung der Schneidecken verengt.

14. Einsatz nach Anspruch 1, worin die Nut einen flachen Boden mit einer gerundeten Form aufweist.

15. Einsatz nach Anspruch 14, worin die gerundete Form des Bodens der Nut eine konvexe Oberfläche bildet.

16. Einsatz nach Anspruch 14, worin der Boden der Nut eine konkave Oberfläche bildet.

17. Einsatz nach Anspruch 1, worin die Insel in der Nähe der Öffnung, mit einer abgesenkten Oberfläche versehen ist, so daß die Schleifabfälle (grind stock) reduziert werden, welche von der Insel entfernt werden müssen und Wölbungen des Einsatzes nach dem Sintern minimiert werden.