DE69213053T2 - Schneidwerkzeug für einer Schäloperation - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug für eine Stabschäloperation nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solches Werkzeug ist aus der FR-A-2 483 819 bekannt.
• Stabschälen als ein Metallbearbeitungsverfahren bedeutet, daß ein nichtdrehbarer Stab axial durch ein mittiges Loch eines drehbaren Fräserkopfes verschoben wird. Der Fräserkopf ist mit mehreren Werkzeugen versehen, die von dem Stab eine dünne Walzsinterschicht, Oberflächenrisse usw. entfernen, die aus dem Heißwalzen solcher Stäbe oder Röhren resultieren. Um die besten Ergebnisse bezüglich Toleranzen und Oberflächennachbearbeitung zu erhalten, werden gewöhnlich zwei verschiedene Typen von Einsätzen, d. h. aufrauhende und nachbearbeitende Einsätze, in demselben Halter miteinander vereinigt. Einer der am üblichsten verwendeten Einsätze für Stabschälen ist ein sogenannter dreiseitiger Einsatz, wie er in der US-Patentschrift Nr.4 035 888 gezeigt und beschrieben ist. Jener Einsatz hat die Form eines regelmäßigen mehrseitigen Körpers, dessen Ecken symmetrisch um eine Eckenwinkelhalbierende ausgebildet sind. Solche Einsätze haben jedoch etwas beschränkte Brauchbarkeit, da sie nicht ermöglichen, daß man erwünschte Ergebnisse bekommt, wenn es sich um große Vorschübe handelt.
• Die DE-A-3 540 665 zeigt ein Schneidwerkzeug für Stabschälen mit einem Fräserkopf, der mit einem Halter ausgestattet ist, welcher einen runden aufrauhenden Einsatz und einen mehreckigen Nachbearbeitungseinsatz trägt, wobei jeder dieser Einsätze eine obere und eine untere Fläche und eine sich dazwischen erstreckende Umfangskantenoberfläche einschließt. Der aufrauhende Einsatz hat einen mittigen Ausgangspunkt, um den eine Anzahl konvex geformter Segmente angeordnet ist, welche aneinandergelötet sind. Diese gelöteten Grenzflächen sind für Brüche unter der Belastung starker Schneidkräfte und starker Schwingungen, die auf sie einwirken, anfällig.
• Die FR-A-2 483 81 9 zeigt ein Schneidwerkzeug zum Stabschälen mit einem Fräserkopf, der mit einem mehreckigen polygonalen Aufrauhungseinsatz, der durch mehrere konvex gekrümmte Schneidkanten begrenzt ist, und einem mehreckigen Nachbearbeitungseinsatz ausgestattet ist. Der aufrauhende Einsatz und der nachbearbeitende Einsatz sind jeweils mit drei konvex gekrümmten Schneid kanten versehen. Der Nachbearbeitungseinsatz eines solchen Werkzeugs umfaßt jedoch keine gerade Schneid kante, die sich parallel zu der Mittelachse des Werkstückes erstreckt, mit welchem das Werkzeug in Eingriff steht. Es gibt auch keine Angabe, daß diese Einsätze, wie der aufrauhende Einsatz, in einer Richtung nach vorn, d. h. senkrecht zu der Radialrichtung der Neigung des gleichen Einsatzes geneigt sind. Solche Einsätze erreichen daher nicht die erwünschten Ergebnisse beim Stabschälen, wenn große Vorschübe vorliegen.
• Im Hinblick hierauf ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, eine neue Art von Schneidwerkzeug für Stabschälen mit einem aufrauhenden Einsatz mit kontinuierlich konvex gekrümmten Schneidkantenabschnitten zu bekommen, um zusammen mit anschließenden Abstreifereinsätzen mit großen Schneidtiefen verwendet zu werden.
• Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, einen Einsatz mit verlängerter Standzeit zu bekommen.
• Noch ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, einen Einsatz zu liefern, der es zuläßt, günstige Spanbrecher darauf sowohl für große als auch für kleine Schneidtiefen mit großen Vorschüben zu verwenden. Es ist noch ein anderes Ziel der Erfindung, einen Einsatz mit einer kurzen Berührungsfläche zu dem Werkstück zu bekommen, was die Neigung, daß Schwingungen während des Schneidbetriebs auftreten, reduzieren kann.
Zusammenfassung der Erfindung
• Diese und andere Ziele der Erfindung erreicht man mit einem solchen bekannten Werkzeug, das durch die in Anspruch 1 definierten Merkmale gekennzeichnet ist.
• Der Vorbearbeitungseinsatz ist in solcher Weise ausgebildet, daß die konvex gekrümmten Schneidkanten in bezug auf einen in diesem Einsatz einbeschriebenen imaginären Kreis tangential ausgerichtet sind.
• Der Fertigbearbeitungseinsatz hat vorzugsweise dreieckige Form und ist in bezug auf einen in diesem Fertigbearbeitungseinsatz einbeschriebenen imaginären Kreis tangential ausgerichtet.
• Vorzugsweise schneiden sich die gekrümmten Kanten an dem Vorbearbeitungseinsatz an Ecken in einem stumpfen Winkel, der 120 bis 130º beträgt.
• Der Vorbearbeitungseinsatz und der Fertigbearbeitungseinsatz sind zweckmäßig in solcher Weise angeordnet, daß der Vorbearbeitungseinsatz mit einem Werkstück in einer Schneidtiefe eingreifen kann, die mehrmals größer als die Schneidtiefe ist, in welcher der Fertigbearbeitungseinsatz in das gleiche Werkstück eingreifen kann.
• Die Winkelhalbierende der radial innersten Ecke des Vorbearbeitungseinsatzes bildet vorzugsweise einen spitzen Winkel von 5 bis 25º, besonders von 10 bis 25º mit einer Normalen, die durch die Ecke geht, während sie sich gleichzeitig in einem rechten Winkel von einer Schneidkante auf dem Fertigbearbeitungseinsatz aus erstreckt, wobei diese letzte Schneidkante parallel zu der Mittelachse des Werkstückes angeordnet ist, mit welchem dieser Einsatz in Schneideingriff gebracht wird.
• Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung eines herkömmlichen Schneidwerkzeugs für Stabschälen.
• Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung eines Werkzeughalters für Stabschälen, der mit Einsätzen nach der Erfindung versehen ist.
• Fig. 3 ist eine vergrößerte Draufsicht auf den Werkzeughalter in Fig. 2, der mit Einsätzen nach der Erfindung ausgestattet ist.
• Fig. 4 ist eine Draufsicht auf einen Werkzeughalter mit Einsätzen nach dieser Erfindung in Eingriff mit einem Werkstück.
• Fig. 5 ist eine Seitenansicht eines Werkzeughalters, wie er in Fig. 2 gezeigt ist.
Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
• In Fig. 1 ist ein zylindrischer Stab 10 gezeigt, der einer Stabschäloperation durch einen drehbaren Fräserkopf 11 unterzogen werden soll, welcher mit mehreren sich radial erstreckenden Werkzeug haltern 12 versehen ist, von denen jeder zwei Einsätze 13 aus Sintercarbid oder ähnlichem hartem und verschleißbeständigem Material trägt. Der Kopf 11 rotiert um eine Achse 5, die mit der Achse des Werkstückes zusammenfällt. Wie aus den Fig. 2 bis 4 ersichtlich ist, enthält das Schneidwerkzeug dieser Erfindung einen Werkzeughalter 12, der mit einem Vorbearbeitungseinsatz 14 für Vorbearbeitungsoperationen bis zu einer Schneidtiefe h&sub1; und einem Fertigbearbeitungs- oder Abstreifereinsatz 15 versehen ist, welcher letzterer in einem bestimmten Abstand von dem Vorbearbeitungseinsatz 14 vorgesehen ist und dazu bestimmt ist, die fertigbearbeitete Oberfläche mit einer Schneidtiefe h&sub2; zu liefern. Die Schneidtiefe h&sub1; ist mehrfach größer als die Schneidtiefe h&sub2;. Außerdem ist, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, der Vorbearbeitungseinsatz 14 in bezug auf die horizontale Ebene des Werkzeughalters 12 in einem Winkel α geneigt, d. h. seine Vorderseite (links in Fig. 5) ist niedriger als seine Hinterseite (rechts in Fig. 5). Dieser Winkel α beträgt gewöhnlich 2 bis 4º, und gleichzeitig ist dieser Vorbearbeitungseinsatz in dem gleichen Winkel α nach vorn gekippt, d. h. in einer Richtung geneigt, die senkrecht zu der ersten Kipprichtung liegt.
• Der Vorbearbeitungseinsatz ist mit drei unterschiedenen, konvex gekrümmten Schneidkanten 16, 17, 18 versehen. In diesem Fall hat der Einsatz 14 eine mittige Öffnung 19 für die Aufnahme einer mittigen Verankerungsschraube 20 oder eines Hebels. Alternativ könnte der Einsatz kompakt und mit Hilfe einer Klammer befestigt sein, die auf seine obere Fläche einwirkt.
• Es ist charakteristisch, daß der Vorbearbeitungseinsatz 14 eine negative Grundform hat, d.h. an den oberen und unteren Oberflächen senkrecht in bezug auf die Kantenoberfläche ausgerichtet ist, die zwischen der oberen und der unteren Oberfläche liegt. Die Krümmung der konvex gekrümmten Schneid kanten 16, 17, 18 ist derart, daß diese Kanten in bezug auf einen einbeschriebenen imaginären Kreis C&sub1; tangential vorgesehen sind. Die beiden Kanten 17 und 18 schneiden sich an einer Ecke D in einem Winkel von 120 bis 140º, wobei dieser Eckbereich mit einem bestimmten Radius glatt abgerundet ist, und die Schneid kanten 1 8 und 16 schneiden sich in der gleichen Weise an einer Ecke E, und die Kanten und Schneid kanten 16 und 17 schneiden sich ähnlich in dem gleichen Winkel β in einer Ecke F. Es ist auch charakteristisch, daß die Winkelhalbierende B in der radial innersten Ecke E einen spitzen Winkel γ mit einer Normalen N bildet, die sich durch diese Ecke E erstreckt, während sie gleichzeitig einen rechten Winkel mit der Mittellinie S der Symmetrie des Werkstückes bildet, welches in diesem Fall ein zylindrischer Stab 10 ist, mit welchem der Einsatz 14 eingreift. Die Größe dieses Winkels sollte 5 bis 25º, vorzugsweise 10 bis 25º sein. Der Fertigbearbeitungs einsatz 1 5, der in gleichem Abstand von dem Vorbearbeitungseinsatz 14 angeordnet ist, ist dreieckig ausgebildet und ist ähnlich wie der Vorbearbeitungseinsatz mit einer mittigen Öffnung 21 zur Aufnahme einer entsprechend dimensionierten Mittelschraube 22 versehen. Ein imaginärer Kreis C&sub2; des gleichen Durchmessers wie der Kreis C&sub1; ist in bezug auf die drei geraden Schneidkanten 23, 24, 25 tangential vorgesehen.
• Es ist charakteristisch, daß jede Ecke dieses Einsatzes mit einer sekundären Schneidkante versehen ist, wo die in das Werkstück eingreifende Hauptkante in Fig. 3 mit 26 und die benachbarte sekundäre Schneidkante mit 25 bezeichnet sind. Die Hauptschneidkante 26 ist in einem Winkel von 10 bis 20º in bezug auf die Richtung der sekundären Schneidkante 25 geneigt. Der Nach bearbeitungseinsatz 15 ist so angeordnet, daß seine sekundäre Kante 25 tangential in bezug auf den einbeschriebenen Kreis C&sub2; ist, und derart, daß seine obere Fläche in einer Ebene liegt, die mit der oberen Fläche des Halters 12 identisch oder parallel zu dieser ist, während der Vorbearbeitungseinsatz 14 in der oben bezeichneten Weise geneigt ist.
• Es sollte verstanden werden, daß der Fertigbearbeitungseinsatz 15 auch eine andere Form als eine dreieckige haben könnte. Der Einsatz 15 könnte beispielsweise eine sogenannte dreiseitige Form haben, d. h. ein Einsatz mit winkelig gebrochenen Kanten sein, wie in der US- Patentschrift Nr.4 035 888 gezeigt ist. Der wichtige Aspekt bei der Auswahl der Form des Fertigbearbeitungseinsatzes ist jener, daß er eine linear geformte sekundäre Schneidkante haben muß.
• Als eine allgemeine Regel für die Dimensionierung des Vorbearbeitungseinsatzes 14 wurde als geeignet gefunden, die gekrümmten Kanten des Einsatzes 14 mit solchem Radius zu versehen, daß er im wesentlichen dem Durchmesser des in diesem Einsatz einbeschriebenen Kreis C&sub1; entspricht.
• Es wurde gefunden, daß ein Stabschälwerkzeug, das mit Werkzeughaltern mit einem oder mehreren solcher Einsätze 14 entsprechend den obigen Angaben ausgestattet ist, eine günstige Reduzierung oder sogar Ausschaltung der Schwierigkeiten ermöglicht, die eingangs als inhärent bei bekannten Werkzeugen angegeben wurden. Indem man einen solchen Vorbearbeitungseinsatz 14 mit größerer Widerlagerfläche an seinem Sitz in dem Werkzeughalter vorsieht und eine stabilere Anlage bekommt, die man vorzugsweise durch Anordnung der Mittelachse der Verklammerungsschraube 20 erzielt, welche exzentrisch gegenüber der Mitte des Einsatzloches 19 angeordnet ist, sind größere Stabschältiefen und erhöhte mechanische Festigkeit des Einsatzes erreichbar. Dank der Anordnung eines Vorbearbeitungseinsatzes 14 mit einem solch großen Radius für jede Schneid kante 16, 17, 18 bekommt man auch eine gute Oberflächenfertig bearbeitung mit verminderter Empfindlichkeit gegenüber Schwingungen.
• Im Vergleich mit einem vollständig runden Einsatz erzielt man eine festere Verklammerung, die die Gefahr unerwünschter Drehung des Einsatzes ausschaltet. Da der Einstellwinkel von einem bestimmten Winkelwert bis herab zu 0º variiert, kann die Standzeit bei intermittierender maschineller Bearbeitung eines Werkstückes wesentlich verbessert werden.

Claims (8)

1. Schneidwerkzeug für Stabschälen mit einem drehbaren Fräserkopf, der mit mehreren Werkzeughaltern (12) ausgestattet ist, von denen jeder einen mehreckigen polygonalen Vorbearbeitungseinsatz (14) aus verschleißbeständigem Material, der mit mehreren getrennten und konvex gekrümmten Schneidkanten versehen ist, und einen mehreckigen Fertigbearbeitungseinsatz (15) trägt, wobei jeder dieser Einsätze eine obere und eine untere Oberfläche und eine sich dazwischen erstreckende Umfangskantenoberfläche einschließt und wobei die Kantenoberflächen die obere und untere Oberfläche unter Bildung von Schneidkanten schneiden, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Vorbearbeitungseinsatz (14) ein einzelner mehreckiger polygonaler Körper ist, der drei Schneidkanten liefert, wobei jede Schneidkante zwei stumpfwinklige Ecken mit zwei anderen der Schneidkanten bildet, und die konvex gekrümmten Schneidkanten in bezug auf einen in den polygonalen Körper einbeschriebenen imaginären Kreis tangential ausgerichtet sind,

b) die Einsätze (14, 15) mit mittigen Öffnungen versehen sind, die sich vollständig durch diese Einsätze zur Aufnahme einer Klammerschraube erstrecken, welche in Anlage an die Öffnungswände der mittigen Öffnungen bringbar ist, und

c) der Vorbearbeitungseinsatz (14) in bezug auf die horizontale Ebene des Werkzeughalters (12) in einem spitzen Winkel (α) von 2 bis 4º derart geneigt ist, daß ein Teil dieses Vorbearbeitungseinsatzes, der am weitesten von dem Fertigbearbeitungseinsatz entfernt angeordnet ist, unter dieser Ebene im Abstand angeordnet ist und daß der Vorbearbeitungseinsatz in dem gleichen spitzen Winkel in einer Richtung geneigt ist, die senkrecht zu der ersten Neigungsrichtung liegt.

2. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten des Fertigbearbeitungseinsatzes (15) in bezug auf einen in diesem Einsatz einbeschriebenen Kreis (C&sub2;) tangential vorgesehen sind.

3. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die gekrümmten Kanten (16, 17, 18) an dem Vorbearbeitungseinsatz (14) in Ecken in einem stumpfen Winkel (β) schneiden, der 120 bis 140º beträgt.

4. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorbearbeitungseinsatz (14) und der Fertig bearbeitungseinsatz (15) in dem Werkzeughalter (12) so angeordnet sind, daß der Vorbearbeitungseinsatz (14) mit einem Werkstück (10) in einer Schneidtiefe (h&sub1;) in Eingriff bringbar ist, die mehrfach größer als die Schneidtiefe (h&sub2;) ist, mit welcher der Fertigbearbeitungseinsatz (15) mit dem Werkstück in Eingriff bringbar ist.

5. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelhalbierende (β) der radial innersten Ecke (E) des Vorbearbeitungseinsatzes (14) einen spitzen Winkel (γ) mit einer Normalen (N) bildet, die durch diese Ecke (E) geht, während sie sich in einem rechten Winkel zu der Schneidkante (25) an dem Fertigbearbeitungseinsatz (15) erstreckt, wobei diese Schneidkante (25) gleichzeitig parallel zu der Mittelachse des Werkstückes (10) angeordnet ist, mit welchem der Einsatz in Schneidengriff steht.

6. Schneidwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (γ) 5 bis 25º, vorzugsweise 10 bis 25º, beträgt.

7. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Kanten (16, 17, 18) des Vorbearbeitungseinsatzes (14) solchen Radius haben, daß dieser im wesentlichen dem Durchmesser des in diesem Einsatz (14) einbeschriebenen Kreis (C&sub1;) entspricht.

8. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Fertigbearbeitungseinsatz (15) drei gerade sekundäre Schneidkanten (23, 24, 25) hat, die tangential in bezug auf einen imaginären Kreis (C&sub2;) vorgesehen sind, der einen Radius gleich dem des in den Vorbearbeitungseinsatz (14) einbeschriebenen imaginären Kreises (C&sub1;) hat.