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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Schneideinsatz für spanbrechende
bzw. spanabhebende Maschinenwerkzeuge, insbesondere für Fräswerkzeuge,
wie Stirnfräswerkzeuge.
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Ein
solcher Einsatz wird typischerweise hergestellt durch Formpressen
und Sintern eines einen Einsatz bildenden Pulvermaterials unter
Bildung eines Körpers,
welcher eine obere Spanfläche,
eine geeigneterweise ebene untere Fläche, die auf der Sitzfläche des
Maschinenwerkzeugs aufliegen kann, und wenigstens eine Randfläche, die
sich zwischen der oberen und der unteren Fläche erstreckt, aufweist. Die
Randfläche,
die mit wenigstens einer damit zusammenwirkenden seitlichen Anschlagfläche des Werkzeugs
in Anschlag gebracht werden kann, ist im allgemeinen unter einem
spitzen Winkel in Bezug auf die Spanfläche und unter einem stumpfen
Winkel in Bezug auf die untere Fläche geneigt, wodurch entlang
des Schnittes der Spanfläche
und der Randfläche
eine Schneidkante gebildet wird, neben welcher sich eine oder mehrere
Freiflächen
befinden.
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Für die Herstellung
solcher Schneideinsätze, insbesondere
von Wendeschneideinsätzen
aus Hartmetall (d. h. Sinterhartmetall), wird häufig ein Direktpreßverfahren
verwendet, bei dem zuerst in einer geeigneten Preßform ein
Hartmetall bildendes Pulver in der gewünschten Form ausgebildet wird
und dann durch Sintern in einem Ofen bei einer Temperatur oberhalb
von 1000°C
die endgültige
Festigkeit und Größe erhält. Der
Preßvorgang
als solcher wurde im Laufe der Jahre weiter entwickelt und ist heute
so weit fortgeschritten, daß er
die Ausbildung der Schneidkanten und angrenzender spanbildender Flächen und
möglicher
Verstärkungsflächen mit
großer
Maßgenauigkeit
ermöglicht.
Während
des Sintervorgangs kommt es jedoch zu einer Schrumpfung (die üblicherweise
etwa 18% der ursprünglichen
Länge in
jeder Dimension ausmacht), und aufgrunddessen verliert der Schneideinsatz
etwas von seiner ursprünglichen
Präzision.
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In
der
EP-A-414 910 wird
ein Keramikschneideinsatz offenbart, der zuerst gesintert und dann
geschliffen wird. Dieses Schleifen ist jedoch kostenaufwendig, da
es in keiner Weise auf irgendeinen bestimmten Teil des Einsatzes
beschränkt
ist.
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Für einige
Bearbeitungsarten, z. B. einige Arten des Stirnfräsens, sind
die Anforderungen an Form und Maßgenauigkeit in den letzten
Jahren strenger geworden. Insbesondere Einsatzgeometrien mit einer
positiven Schneidkante erfordern einen sehr hohen Grad an Maßgenauigkeit,
um eine zufriedenstellende Funktion bei kleinem Zahnvorschub zu garantieren.
Diese Präzisionserfordernisse
werden bislang durch sogenanntes Konturschleifen erfüllt, welches
in dem Nachschleifen der Oberfläche(n)
neben der einzelnen Schneidkante in einem Schritt nach dem Sintern
besteht. Ein schwerwiegender Nachteil eines solchen Konturschleifens
liegt jedoch darin, daß es
nach einer Oberflächenbehandlung, wie
Strahlen, Stirnschleifen oder Abscheiden einer die Härte verbessernden
Oberflächenschicht,
was für gewöhnlich so
bald wie möglich
nach Be endigung des Sinterns durchgeführt wird, zu Modifikationen
in der Mikrogeometrie des Einsatzes, d. h. in der Oberflächenstruktur
der Kanten bildenden Teile des Einsatzes, führt. Somit werden die Breite
von vorhandenen negativen, verstärkenden
Oberflächen
ebenso wie der Abstand von der Schneidkante zu den spanbildenden
Oberflächen
verändert.
In der Praxis bedeutet dies, daß die
Spanbildungsfähigkeit
und die Schneidleistung des Schneideinsatzes vermindert werden und
daß dessen
Festigkeit und Lebensdauer reduziert werden.
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In
der offengelegten
japanischen
Gebrauchsmusteranmeldung 62-46520 (veröffentlicht 1987) wird ein Schneideinsatz
mit geschliffenen Randflächen
und einer großen
Aussparung, um Schleifaufwand einzusparen, offenbart. Es wird jedoch
auch die seitliche Randfläche
geschliffen, welche die Schneidkante schneidet, was zu den oben genannten
Nachteilen führt.
Darüber
hinaus sind die schmalen seitlichen Randabschnitte, die an den beiden
Seiten der Aussparung verbleiben, weder dazu gedacht noch dazu in
der Lage, als Anschlagflächen zu
fungieren. Der Anschlag gegen die Oberflächen in der Einsatztasche wird
durch einen Linienkontakt entlang der Fläche oberhalb der Aussparung
bewirkt.
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In
der
US-A-4 050 127 wird
ein Schneideinsatz mit Nuten an seinen Seitenflächen offenbart. Der einzige
Zweck einer solchen Nut besteht jedoch darin, mit einer in die Nut
eingesetzten Klemmzunge zusammenzuwirken, um eine dauerhafte und
sichere Befestigung des Einsatzes zu verbessern.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben genannten
Nachteile zu überwinden, indem
jede Form von Nachschleifen in unmittelbarer Nähe der Schneidkante(n) eliminiert
wird. Somit ist es ein Ziel der Erfindung, einen Schneideinsatz
zu erzeugen, dessen Arbeitsabmessungen mit großer Präzision hergestellt werden können, ohne
daß irgendein
Nachschleifen der betreffenden Schneidkanten notwendig ist. Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine einfache und rationelle
Herstellung solcher Einsätze
zu ermöglichen.
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Um
diese Ziele zu erreichen, wird ein Schneideinsatz bereitgestellt,
wie er in Anspruch 1 definiert ist.
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Bei
der Herstellung eines solchen Einsatzes wird ein Pulver gepreßt, um einen
Einsatzkörper
mit einer oberen Spanfläche,
einer unteren Fläche
und wenigstens einer Randfläche,
welche die obere und die untere Fläche miteinander verbindet,
zu bilden. Die Randfläche
weist einen Freiflächenabschnitt
auf, welcher die obere Fläche
unter einem spitzen Winkel schneidet, so daß damit eine Schneidkante gebildet wird.
Dieser preßgeformte
Körper
wird dann gesintert. Schließlich
wird die Randfläche
geschliffen, jedoch nur entlang eines unteren Abschnitts derselben, der
unterhalb des Freiflächenabschnitts
angeordnet ist.
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Dieser
untere Abschnitt der Randfläche
wird während
eines Schneidevorgangs auf einer Auflagefläche eines Maschinenwerkzeugs
plaziert. Indem nur dieser untere Flächenabschnitt einem Schleifvorgang
unterworfen wird, bekommen die Einsatzabmessungen ein viel höheres Maß an Präzision,
während
gleichzeitig die vorgenannten Probleme umgangen werden, die resultieren,
wenn die gesamte Randfläche
und/oder die obere Fläche
Schleifen unterworfen werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen
ausführlich
beschrieben, in denen:
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1 eine
vereinfachte perspektivische Draufsicht von oben auf einen Schneideinsatz
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, bei dem ein Schleifvorgang durchgeführt wurde.
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2 ist
eine transparente perspektivische Draufsicht von oben auf den gleichen
Schneideinsatz.
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3 ist
eine Seitenansicht des Schneideinsatzes in Verbindung mit einem
schematisch gezeigten Schleifwerkzeug.
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4 ist
eine Endansicht eines Stirnfräswerkzeugs,
ausgestattet mit Schneideinsätzen
gemäß der Erfindung,
und veranschaulicht die Positionierung der Einsätze in dem Stirnfräser, und
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5 ist
eine Seitenansicht des Stirnfräsers aus 4.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
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In
den 1 bis 3 ist ein Schneideinsatz 1 mit
einer viereckigen Grundform gezeigt. Der Schneideinsatz 1 weist
eine obere Spanfläche 2 und eine
geeigneterweise ebene untere Fläche 3,
welche im wesentlichen parallel zu der Ebene P2 der
Spanfläche 2 ist,
auf. In dieser viereckigen Ausführungsform
erstrecken sich vier identische Randflächen 4A, 4B, 4C und 4D zwischen
der Spanfläche 2 und
der unteren Fläche 3.
Der Schneideinsatz hat eine positive Geometrie, was bedeutet, daß die Randflächen 4 des
Einsatzes in Ebenen liegen, die einerseits einen stumpfen Winkel
mit der Ebene der unteren Fläche 3 bilden
und andererseits einen spitzen Winkel mit der Ebene der Spanfläche P2 bilden.
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Zwischen
benachbarten Randflächen
sind Ecken 5, 5', 5'' und 5''' angeordnet.
In dem Bereich zwischen der Spanfläche 2 und einer der
Randflächen 4A sind
zwei Schneidkanten angeordnet, d. h. eine Hauptschneidkante 6 und
eine Nebenschneidkante 7. Analog dazu sind zwischen der
Spanfläche 2 und
einer weiteren Randfläche 4B eine
Hauptschneidkante 6' und
eine Nebenschneidkante 7' angeordnet,
wobei ähnliche
Paare von Schneidkanten 6'', 7'' und 6''', 7''' an
den Übergängen zwischen
der Spanfläche
und jeder der Randflächen 4C und 4D ausgebildet
sind. Jede Hauptschneidkante 6 bildet einen bestimmten
Winkel mit der Nebenschneidkante 7, wenn die Fläche 2 in
der Draufsicht betrachtet wird. In der Praxis sollte dieser Winkel
im Bereich von 0,5 bis 4° liegen.
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Entlang
eines bestimmten Teils jeder Randfläche weist der Schneideinsatz 1 eine
ebene Freifläche 8 auf,
welche sich entlang eines wesentlichen Ausmaßes der jeweiligen Hauptschneidkante 6 erstreckt
und deren Breite oder Höhe
in Richtung zu einer zu dieser Hauptschneidkante benachbarten Ecke zunimmt.
Beispielsweise nimmt an der Randfläche 4A die Breite
der Freifläche 8 in
Richtung von der Ecke 5''' zu der Ecke 5 hin allmählich ab.
Diese Freifläche 8 ist
in einer Ebene orientiert, die im wesentlichen senkrecht zu der
Ebene P2 ist, wie in 3 deutlich
gezeigt ist. Entlang einer Teilungs- oder Verbindungslinie 9 grenzt
diese erste Freifläche 8 an eine
zweite Freifläche 10 an,
deren Breite in Richtung von der Ecke 5 zu der Ecke 5''' hin
abnimmt. Diese zweite Freifläche 10 ist
unter einem spitzen Winkel γ in
Bezug auf die Ebene P2 der Spanfläche, beispielsweise
einem Winkel im Bereich von 65 bis 75°, geeigneterweise um 70°, geneigt,
wie in 3 gezeigt. Die obere Fläche 2 beinhaltet eine
obere Verstärkungsanschlußfläche 11,
die an die Schneidkanten 6, 7 angrenzt und zumindest
entlang der Hauptschneidkante 6 eine im wesentlichen konstante
Breite hat. Die Anschlußfläche liegt
vorzugsweise in der Ebene P2 und grenzt
an einen mittleren Flächenabschnitt 1A an,
welcher wiederum an einen spanbrechenden bzw. spanabhebenden Abschnitt 2A der
oberen Fläche 2 angrenzt.
Letzterer kann mehrere verschiedene Spanbrecher beinhalten.
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In
der Mitte des Schneideinsatzes ist ein Loch für die Anbringung einer geeigneten
Befestigungseinrichtung vorgesehen.
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Der
bislang beschriebene Schneideinsatz wurde zuvor in der
SE 9003827-4 (&
EP-A-489-702 ) beschrieben,
die durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
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Neben
den beiden Freiflächen 8, 10 weist jede
der Randflächen 4A–4D gemäß der vorliegenden
Erfindung auch einen dritten Flächenabschnitt 12 auf,
der durch Schleifen des Schneideinsatzes ausgebildet wird. In 3 ist
schematisch veranschaulicht, wie diese dritte Fläche 12 durch Aufbringen
eines Schleifwerkzeugs 13 auf die betreffende Randfläche hergestellt
werden kann. In 3 ist das Schleifwerkzeug 13 mit
der Fläche 4A in
Kontakt. Die Schneidkante 6'' auf der diametral
gegenüberliegenden
Seite 4C fungiert als Anschlag zum Positionieren des Einsatzes 13 während des
Schleifvorgangs. Spezieller wird das Schleifwerkzeug in eine solche Tiefe
gebracht, daß eine
präzise
Abmessung A zwischen der Schneidkante 6'' und
der diametral gegenüberliegenden
Fläche 12 erzielt
wird. Dies ist von Bedeutung, da die geschliffene Fläche 12 an
einer Auflagefläche
eines Maschinenwerkzeugs anschlagen wird, um die diagonal gegenüberliegende
Schneidkante während
eines Schneidvorgangs zu positionieren.
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Der
Neigungswinkel θ der
geschliffenen Fläche 12 in
Bezug auf die Ebene P2 der Spanfläche ist in
der Praxis etwas kleiner als der zuvor erwähnte Neigungswinkel γ der anderen
Freifläche 10.
In der Praxis sollte die Differenz zwischen diesen Winkeln im Bereich
von 1 bis 6° liegen
und bevorzugt etwa 4° betragen.
Somit sollte, wenn der Winkel γ 70° beträgt, der
Winkel θ etwa
66° betragen.
Eine Verbindungskante 14 ist zwischen den beiden Flächen 10 und 12 ausgebildet.
In der Praxis sollte diese Kante 14 sich parallel zur unteren
Fläche 3 erstrecken,
was der Fläche 12 entlang
ihrer gesamten Länge
eine konstante Breite W verleiht. In der Praxis be trägt die Breite
dieser Fläche 12 etwa
die Hälfte
der Dicke T des Einsatzes, obwohl sie alternativ weniger oder mehr
betragen könnte.
Die Breite W der geschliffenen Fläche 12 sollte jedoch
immer wenigstens 40% der Dicke T des Einsatzes ausmachen.
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Natürlich ist
der Schleifvorgang dahingehend ressourcenaufwendig, daß er Zeit
und Energie erfordert. In jedem Fall wurde, um Zeit und Energieverbrauch
auf ein Minimum zu reduzieren, der Schneideinsatz während des
Formpreßschritts
mit einer vorzugsweise zentral angeordneten Aussparung 15 auf
jeder Randfläche 4A–4D versehen.
Wie in den 1 bis 3 zu erkennen
ist, kann sich diese Aussparung von der Verbindungslinie 9 erstrecken
und die untere Fläche 3 schneiden.
Weiterhin teilt diese Aussparung die geschliffene Fläche auf
jeder Seite des Schneideinsatzes in zwei Flächenabschnitte 121 und 122 .
In der Praxis kann die Länge
der Aussparung 15 bis zu etwa 25 bis etwa 35% der Gesamtlänge L der
geschliffenen Fläche 12 ausmachen,
so daß der
Gesamtflächenbereich
der Flächenabschnitte 121 und 122 etwa
75–65%
des Bereichs ausmacht, den die geschliffene Fläche gehabt hätte, wenn
sie nicht durch die Aussparung 15 unterbrochen worden wäre. Wie
in 3 deutlich zu erkennen ist, ist L spezieller die
Länge des
geradlinigen Teils der Schnittlinie zwischen der unteren Fläche 3 und
einer Randfläche 4A–4D.
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Obwohl
die Flächen 8 und 10 neben
den Schneidkanten in derselben Form gehalten werden, zu der sie
durch Formpreß-
und Sinterschritte geformt wurden, werden die Flächen 12 durch Schleifen erzeugt.
Dies ermöglicht
die Erzielung eines sehr hohen Grades an Maßgenauigkeit dahingehend, daß die Toleranz
der zuvor beschriebenen Abmessung A zwischen der einzelnen Schleiffläche und
einer diametral gegenüberliegenden
Schneidkante (d. h. die Abweichung der Abmessung A von einem gewünschten
Wert) innerhalb eines sehr kleinen Bereichs liegt, d. h. im Bereich
von 1 bis 20 μm,
bevorzugt 1 bis 10 μm.
Die einzelne geschliffene Fläche 12 ist
keine wirkliche Freifläche
unter irgendeiner der Schneidkanten; sie dient lediglich als Anschlagfläche im Zusammenhang
mit einer seitlichen Anschlagfläche
des Maschinenwerkzeugs zum Positionieren des Einsatzes während des
Schneidens.
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Die 4 und 5 veranschaulichen
einen Stirnfräser 20,
der mit einer Anzahl von Schneideinsätzen 1 gemäß der Erfindung
ausgestattet ist, welche die Aussparungen 15 aufweisen
(obwohl die Schneideinsätze
in 5 mit einer anders geformten Spanfläche gezeigt
sind als der in 1 gezeigte Schneideinsatz). Wie
in den 4 und 5 zu erkennen ist, wurden die
Einsätze
nicht geschliffen. Die Schneideinsätze werden auf eine solche
Weise in Aussparungen des Fräsers 20 angeordnet,
daß der
Fräswinkel
des Werkstücks
90° beträgt. In jeder
einzelnen Aussparung des Fräsers
gibt es drei getrennte Anschlagflächen, d. h. eine untere Anschlagsitzfläche 16,
an der die untere Fläche 3 des Schneideinsatzes
angeordnet wird, eine erste Anschlagfläche 17 und eine zweite
Anschlagfläche 18, an
der zwei der Randflächen 12 des
Schneideinsatzes angeordnet werden, während die Schneidkanten der
beiden anderen Randflächen
in einer Betriebsposition sind. Im allgemeinen ist die Geometrie
so, daß der
radiale Spanwinkel α negativ
ist und der axiale Spanwinkel β positiv
ist. Entscheidend für
die Präzision
der Bearbeitung sind einerseits die radiale Abmessung B zwischen
der Rotationsachse des Fräsers
und einer peripher liegenden Hauptschneidkante 6 auf dem
einzelnen Schneideinsatz und andererseits die axiale Abmessung C
zwischen der oberen ebenen Fläche 19 des
Fräsers
und den Nebenschneidkanten 7 des einzelnen Schneideinsatzes. Diese
Abmessungen B und C sind natürlich
von der Abmessung A zwischen der einzelnen Schneidkante und der
diametral gegenüberliegenden
Anschlagfläche 12,
die an einer der Flächen 17 und 18 anschlägt, abhängig. Durch
Ausgestalten dieser Anschlagfläche 12 in
der Form einer geschliffenen Fläche
wird nicht nur der Vorteil einer hohen Maßgenauigkeit erzielt, sondern
auch der grundlegende Vorteil, daß die Mikrogeometrie des Schneideinsatzes
nach dem Sintern und möglicher
Oberflächenbehandlung
unverändert
aufrechterhalten werden kann. Auf diese Weise können unter anderem die Verstärkungsflächen 11, die
während
der Formpreß-
und Sinterschritte erzeugt wurden, ihre ursprüngliche Breite behalten, und
die Spanbrecher in der Spanfläche 2 können ihre Positionen
in Bezug auf die Schneidkanten behalten.
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Die
Erfindung ist natürlich
nicht auf das oben Beschriebene oder auf die in den Zeichnungen
veranschaulichten Ausführungsformen
beschränkt.
Daher ist es auch praktikabel, das erfindungsgemäße Konzept für Schneideinsätze mit
einer anderen polygonalen Grundform als der viereckigen Form, z.
B. mit einer dreieckigen Form, zu verwenden. Des weiteren kann der
Schneideinsatz gemäß der Erfindung auch
auf andere Werkzeuge zur spanbrechenden Bearbeitung verwendet werden
als nur auf Fräser.
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Darüber hinaus
wird betont, daß der
erfindungsgemäße Schneideinsatz
nicht notwendigerweise zwei Schneidkanten 6, 7 und
zwei verschiedene Freiflächen 8, 10,
die durch eine geneigte Verbindungskante 9 voneinander
getrennt sind, aufweisen muß.
Es ist vielmehr auch möglich,
den Schneideinsatz mit nur einer Freifläche und einer einzigen Schneidkante
entlang jeder Seite herzustellen, wodurch die Freifläche an eine
geschliffene Fläche
angrenzt, die einen kleineren Winkel in Bezug auf die Spanfläche hat
als auf die Freifläche.
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Des
weiteren können
die Ausgestaltung der Spanbrecher auf der oberen Fläche des
Schneideinsatzes ebenso wie die Form und die Abmessungen aller möglichen
Verstärkungsflächen recht
beträchtlich
variieren.
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Das
erfindungsgemäße Konzept
ist auch auf Schneideinsätze
anwendbar, die aus anderen Materialien als Hartmetall hergestellt
sind, solange ein Pulver formgepreßt und gesintert wird.