DE69302776T2

DE69302776T2 - Verbundbauschneidwerkzeuge

Info

Publication number: DE69302776T2
Application number: DE69302776T
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Charles Green
Original assignee: British Aerospace PLC
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 1992-08-06
Filing date: 1993-08-04
Publication date: 1996-09-26
Anticipated expiration: 2013-08-05
Also published as: US5486072A; GB9216699D0; EP0582475A1; DE69302776D1; EP0582475B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Schneidwerkzeuge der Verbundbauart.
Es sind Schneidwerkzeuge bekannt, die durch spanabhebende Bearbeitung oder auf andere Weise hergestellt sind und bei denen Nuten in einem massiven Stab aus Schnellstahl oder Wolframkarbid ausgeformt sind. Die Nuten können schraubenlinienförmig oder gerade verlaufen, je nach der Art der spanabhebenden Bearbeitung.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Herstellung von Schneidwerkzeugen besteht darin, diese aus einem oder mehreren Materialien herzustellen. Im allgemeinen wird der Kern oder der Körper aus Schnellstahl oder einer Stahllegierung hoher Streckbarkeit hergestellt, und an diesem Kern werden Streifen aus Wolframkarbid durch Hartverlöten angebracht. Bei gewissen Ausführungsformen dieser Konstruktion schneidet der Kern aus Hochgeschwindigkeitsstahl im gleichen Moment wie die aus Wolframkarbid bestehenden Schneiden; bei anderen Bauarten, bei denen Stahllegierungen benutzt werden, die zu weich sind, um eine Schneidkante zu bilden, wird der Schnitt nur durch die Wolframkarbidschneiden bewirkt.
Experimente haben gezeigt, daß jedes stahlenthaltende Schneidwerkzeug unter bestimmten Arbeitsbedingungen in Resonanz gerät, und nachdem die Resonanz einmal begonnen hat, dann kann nichts mehr durch Änderung der Spindeldrehzahl oder der Vorschubgeschwindigkeit getan werden, das die Vibration dämpft. Gewisse Verbesserungen können durch Veränderung der Stahlzusammensetzung, durch die Wärmebehandlung, durch die Form der Nuten oder der Schneidkantengeometrie erreicht werden, aber hierdurch kann noch immer nicht die Leistungsfähigkeit erlangt werden, die für ein wirksames Schneiden, Bohren oder Fräsen erforderlich ist.
Aus massivem Wolframkarbid bestehende Schneidwerkzeuge haben gegenüber Stahlschneidwerkzeugen eine überlegene Leistungsfähigkeit, und sie sind leicht in Schneidlängen verfügbar, die bis zu dem Doppelten des Schneiddurchmessers erreichen. Bei diesen kurzen Längen sind sie bei kleineren Abmessungen kostengünstig, weil die Erhöhung der Leistungsfähigkeit das Ansteigen der Kosten aufhebt. Schneidwerkzeuge mit größerem Durchmesser und einer größeren Länge, die aus massivem Karbid bestehen, sind gelegentlich jedoch weniger robust, und sie sind unerschwinglich teuer.
Für mittlere und lange Schaftfräser, bei denen das Schneidlängenverhältnis in der Größenordnung von dem Zwei- bis Fünffachen liegt, sind nur wenige massive Karbidschneidwerkzeuge, wenn überhaupt, verfügbar, die in der Lage sind, bei höheren Drehzahlen zu arbeiten, die bei modernen Werkzeugmaschinen zur Verfügung stehen, um Leichtmetall-Legierungen zu bearbeiten. Hierbei ist eine sorgfältige Konstruktion wesentlich, weil sonst eine hohe Ausfallrate zu erwarten ist.
Demgemäß besteht ein Bedürfnis für ein verbessertes Schneid- oder Fräswerkzeug, insbesondere zur Endbearbeitung und für Anwendungen mit hohen Stückzahlen, wobei das Schneidwerkzeug die folgenden erwünschten Eigenschaften haben sollte:
a. ein fabrikatorisch hergestelltes Schneidwerkzeug sollte einen zähen, nicht schneidenden Kern aufweisen, der nicht aus Stahl besteht und an dem sehr harte Schneidkanten festgelegt werden können;
b. das Schneidwerkzeug sollte einen dichten Kern besitzen, dessen Eigenfrequenz höher ist als jene, die während der spanabhebenden Bearbeitung auftritt; c. das Schneidwerkzeug sollte ersetzbare Schneidkanten aufweisen, die mit einem Kostenaufwand wieder geschärft werden können, der geringer ist als der Kostenaufwand für ein neues Schneidwerkzeug;
d. das Schneidwerkzeug sollte einen Kern und Schneidkanten aus Materialien aufweisen, die einen ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten besitzen, um eine Rissebildung der Schneidkanten während der Herstellung zu vermeiden;
e. das Schneidwerkzeug sollte so gestaltet sein, daß eine Wiederverwendung der wertvollen und zunehmend seltenen Elemente wie Wolfram und Kobalt möglich ist;
f. das Schneidwerkzeug sollte eine Schneidlänge aufweisen, die bis zu dem Vierfachen des Durchmessers beträgt und einen Fortsatz von fünf Durchmessern unter dem Spannfutter, oder es sollte einen Schaft dieser Länge aufweisen, der mit der optimalen Geschwindigkeit von Wolframkarbid umlaufen kann;
g. das Schneidwerkzeug sollte ein Verhältnis von Schneidlänge zu Durchmesser haben, das bis zu Vier beträgt, und es sollte einen Fortsatz von fünf Durchmessern unter dem Spannfutter besitzen, wobei das Werkzeug bei optimalen Drehzahlen und Zuführungsgeschwindigkeiten eine gute Oberflächenbeschaffenheit erzeugt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein derart verbessertes Schneidwerkzeug zu schaffen.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist ein Verbundschneidwerkzeug vorgesehen, welches aus einem Körper aus Wolframkarbidmaterial besteht, der wenigstens eine sich über die Länge erstreckende Nut aufweist, die einen Schneidzahn definiert, wobei ein Streifen aus Wolframkarbidmaterial durch Schleifen hergestellt wird, um eine Schneidkante an der wenigstens einen Nut zu bilden.
Das Schneidwerkzeug gemäß der Erfindung weist daher die Vorteile der Vibrationsdämpfung der Wolframkarbid-Konstruktion auf, und außerdem werden Kosten durch die ersetzbaren Schneiden eingespart. Die wenigstens eine Nut kann gerade oder schraubenlinienförmig verlaufen, und sie weist vorzugsweise einen Falz in einer Fläche auf, um den Materialstreifen aufzunehmen.
Die Falzfuge ist vorzugsweise in einer allgemein radial verlaufenden Fläche der Nut vorgesehen, die vorlaufend ist, wenn das Schneidwerkzeug gedreht wird.
Der Körper besteht vorzugsweise aus Wolframkarbid, welches zäher ist als jenes Material, welches für den Streifen benutzt wird, damit das Schneidwerkzeug insgesamt eine gute zähigkeit besitzt.
Der Materialstreifen kann durch Verlötung, durch Hartverlötung oder auf andere Weise mit dem Kemmaterial verbunden werden.
Das Schneidwerkzeug gemäß der Erfindung kann ein Verhältnis von wirksamer Schneidlänge zu Durchmesser aufweisen, welches bis 5:1 betragen kann, ohne daß die Gefahr eines Bruchs besteht.
Gemäß einem zweiten Merkmal der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Körpers für ein Verbundschneidwerkzeug geschaffen, das die folgenden Schritte aufweist: es wird eine relativ weiche Vorform aus vorgesintertem Wolframkarbid geformt; es wird wenigstens eine Nut in der Vorform ausgebildet, wodurch eine genutete Vorform entsteht, und es wird die genutete Vorform in eine vollgesinterte Bedingung gehärtet, bereit zur Benutzung.
Der Körper kann gemäß diesem Merkmal der Erfindung schneller und einfacher hergestellt werden als dies bisher bekannt war, weil die wenigstens eine Nut in einer relativ weichen Vorform im Vorsinterungszustand eingebracht wird. Dieser Schritt der Nutbildung kann sehr viel schneller durchgeführt werden als dies möglich ist, wenn man, wie gewöhnlich, eine Vorform aus vollgesintertem Material schleift. Außerdem ist die Abnützung und die Gefahr eines Bruchs der zur Herstellung benutzten Werkzeuge sehr viel kleiner.
Das Verfahren umfaßt vorzugsweise den Schritt der Erzeugung einer Falzfuge in der wenigstens einen Nut, wobei die Falzfuge so ausgebildet ist, daß ein Materialstreifen zum Schleifen aufgenommen werden kann, um darin eine Schneidkante zu bilden.
Vorzugsweise wird wenigstens einer der Schritte der Herstellung der Nut und der Falzfuge durch Schleifen durchgeführt.
Gemäß einem dritten Merkmal der Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung eines Verbundschneidwerkzeugs geschaffen, das die folgenden Schritte umfaßt: es wird ein Körper gemäß dem dritten Merkmal der Erfindung hergestellt, und diesem folgen die Schritte der Befestigung eines Materialstreifens in wenigstens einer Nut und des Schleifens des Materialstreifens zwecks Erzeugung einer Schneidkante.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird ein Schneidwerkzeug aus einer Verbundkarbid-Konstruktion vorgesehen, wobei das Schneidwerkzeug einen Körper oder Kern aus Wolframkarbid aufweist, an dem durch Löten, Hartverlöten oder ein anderes Verbindungsverfahren wenigstens ein Streifen aus Wolframkarbid festgelegt wird, der geschliffen wird, um die wenigstens eine Schneidkante oder Schneide zu erzeugen.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, die ein typisches Schneidwerkzeug 1 gemäß der Erfindung zeigt. Das Schneidwerkzeug besitzt einen Kern 2 aus Wolframkarbidmaterial und schraubenlinienförmig verlaufende Schneiden 3, die ebenfalls aus Wolframkarbidmaterial bestehen, wobei jedoch der Kern aus einem weicheren Material besteht.
Der Kern 2 weist schraubenlinienförmig verlaufende Nuten 4 5 auf, die längs des Umfangs und über diesen eingeschliffen sind, um Zähne auszubilden, die eine bei Drehung des Schneidwerkzeugs vorlaufende Fläche besitzen, wobei der Fuß der Nut eine parabolische Kurve bildet, die nach dem Mittelpunkt des Schneidwerkzeuges abnimmt. In die Vorderfläche eines jeden Zahns ist eine Falzfuge 5 eingeschliffen, die einen Sitz für die schraubenlinienförmigen Schneiden 3 bildet. Diese Schneiden sind mittels eines Silberlotes oder auf andere Weise am Körper 2 festgelegt. Das Einschleifen sowohl der Nuten als auch der Falzfugen wird auf dem Kern 2 durchgeführt, während dieser sich in einem vorgesinterten Zustand befindet, in dem er weich und 'grün' ist. Nachdem das Schleifen vollendet ist, wird der Kern in seine vollgesinterte Bedingung gehärtet, und er ist fertig zur Aufnahme einer oder mehrerer schraubenlinienförmiger Schneiden 3, ohne daß weitere Arbeitsgänge durchgeführt werden müßten.
Der Vorteil eines Verbundschneidwerkzeugs gemäß der Erfindung besteht in der dem Schneidwerkzeug eigenen Vibrationsdämpfung, was durch aufeinanderfolgendes Auftreffen des Werkstückes durch die Schneidzähne bedingt ist. Die Zähigkeit ist eine primäre Eigenschaft des Kerns und sein niedriger Elastizitätsmodul schafft eine feste Basis für die Schneiden.
Weitere Verbesserungen dieser Verbundbauart sind möglich. Alternative Schneidenmaterialien knnen benutzt werden, beispielsweise edle Materialien wie Polykristalline, Diamanten oder polykristalline kubische Bor-Nitride, Siliziumaluminium- Oxynitride, Cer-Metalle oder Keramikmaterialien oder andere harte Materialien, die zur Erzeugung von Schneidkanten geeignet sind, wobei all diese Materialien als Schneiden mit einem Substrat aus Wolframkarbid verbindbar sind.

Claims

1. Verbundschneidwerkzeug, bestehend aus einem Körper (2) aus Wolframkarbidmaterial mit wenigstens einer Nut (4), die sich in Längsrichtung erstreckt und einen Zahn definiert und aus einem Streifen aus Wolframkarbidmaterial, der so geschliffen ist, daß er eine Schneidkante (3) bildet und der in der wenigstens einen Nut (4) festgelegt ist.

2. Verbundschneidwerkzeug nach Anspruch 1, bei welchem die wenigstens eine Nut (4) eine Falzfuge (5) aufweist, die in einer Fläche der Nut ausgebildet ist, um den Streifen aus Wolframkarbid (3) aufzunehmen.

3. Verbundschneidwerkzeug nach Anspruch 2, bei weichem die Falznut (5) in einer allgemein radial verlaufenden Fläche der Nut (4) angeordnet ist, die bei Drehung des Schneidwerkzeuges (1) vorn liegt.

4. Verbundschneidwerkzeug nach Anspruch 3, bei welchem der Körper (2) aus einem Wolframkarbidmaterial besteht, das zäher ist als das Wolframkarbidmaterial, das für den Streifen (3) benutzt wird.

5. Verbundschneidwerkzeug nach Anspruch 4, welches ein Verhältnis von wirksamer Schneidlänge zum Durchmesser von bis zu 5:1 aufweist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Körpers (2) für ein Verbundschneidwerkzeug (1) nach Anspruch 1, welches die folgenden Schritte umfaßt:

es wird eine relativ weiche Vorform aus vorgesintertem Wolframkarbid hergestellt; es wird wenigstens eine Nut (4) in der Vorform angebracht, wodurch eine genutete Vorform geschaffen wird; und

es wird die genutete Vorform (2) bis zu einem vollgesinterten Zustand gehärtet, bereit zur Benutzung.

7. Verfahren nach Anspruch 6, welches den folgenden Schritt aufweist: es wird eine Falzfuge (5) in der wenigstens einen Nut (4) angebracht, wobei die Falzfuge dazu dient, einen Materialstreifen aufzunehmen, um diesen zu schleifen und eine Schneide (3) daran zu bilden.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 6 oder 7, bei welchem wenigstens einer der Schritte der Erzeugung der wenigstens einen Nut (4) und der Falzfuge (5) durch Schleifen durchgeführt wird.

9. Verfahren zur Erzeugung eines Verbundschneidwerkzeugs (1) mit den folgenden Schritten: es wird ein Körper (2) gemäß einem der Ansprüche 6, 7 oder 8 erzeugt, und dann wird in der wenigstens einen Nut (4) ein Materialstreifen festgelegt, und dieser wird geschliffen, um eine Schneide (3) zu erzeugen.