DE69508873T2

DE69508873T2 - Frässchneideinsatz und Fräser dafür

Info

Publication number: DE69508873T2
Application number: DE69508873T
Authority: DE
Inventors: Masanori C/O Itami Works Of Sumitomo Itami-Shi Hyogo Mizutani
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1994-09-22
Filing date: 1995-09-18
Publication date: 1999-08-12
Anticipated expiration: 2015-09-19
Also published as: JPH08141822A; KR0175177B1; EP0703032B1; KR960010142A; JP2751873B2; DE69508873D1; ATE178517T1; US5707185A; EP0703032A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Frässchneideinsatz, welcher in einen Stirnfräser zum Stirnfräsen von Gußeisenteilen eingespannt ist, sowie ein Fräswerkzeug, in welchem dieser verwendet wird, und insbesondere einen Frässchneideinsatz, welcher ein Höchstgeschwindigkeitsfräsen von Gußeisenteilen ermöglicht und bei der Verwendung als Fräser eine hohe Lebensdauer erreicht, sowie ein Fräswerkzeug, in welchem derselbe zum Einsatz gelangt.
Der erfindungsgemäße Frässchneideinsatz erzielt einen beachtlichen Effekt, insbesondere wenn er zum Fräsen von Grauguß verwendet wird.

Beschreibung des Standes der Technik

Gußeisenteile, wie z. B. Zylinderblöcke und Zylinderköpfe für Kraftfahrzeugmotoren werden im allgemeinen durch Stirnfräsen mit gesinterten Karbideinsätzen, beschichteten Einsätzen, keramischen Einsätzen usw. bearbeitet. Allgemein sind negative Fasenwinkel von 15º und 25º in Verbindung mit konventionellen Frässchneideinsätzen, welche aus gesintertem Karbid hergestellt und durch einen Kompaktkörper aus gesintertem kubischen Bornitrid (nachfolgend als "CBN-Kompaktkörper" bezeichnet) entsprechend gebildet werden, bekannt.
Beim Stirnfräsen von Gußeisenteilen werden Einsätze aus gesintertem Karbid und beschichtete Einsätze bei Schnittgeschwindigkeiten V von etwa 150 bis 250 m/min verwendet, während ein keramischer Einsatz bei einer Schnittgeschwindigkeit V von etwa 400 m/min in der Praxis zum Einsatz kommt. Wenn die Schnittgeschwindigkeiten über diese Bereiche hinaus erhöht werden, nimmt die Lebensdauer der Einsätze in unvorteilhafter Weise ab, was die Bearbeitungskosten erhöht.
In den vergangenen Jahren wurden jedoch sukzessive Werkzeugmaschinen entwickelt, die in der Lage sind, mit hohen Drehgeschwindigkeiten zu arbeiten, und es besteht Bedarf an Werkzeugen mit Schneidkanten, welche für diese Werkzeugmaschinen geeignet sind.
Die Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit führt selbstverständlich zu einer Verbesserung der Produktivität. Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, daß die Schnittgeschwindigkeit von Schneidwerkzeugen, welche mit gesinterten CBN-Kompaktkörpern versehen sind, gegenüber der bei einem Keramikeinsatz um mindestens das Dreifache erhöht werden kann.
Der gesinterte CBN-Kompaktkörper blättert jedoch leicht ab, weil dieser bezüglich der Zähigkeit aufgrund seiner Merkmale anderen Schneidwerkzeugmaterialien unterlegen ist, und es kommt infolge von Wärmeeinwirkung leicht zum Warmriß. Wenn der gesinterte CBN-Kompaktkörper einfach an einer Schneidkante angeordnet wird, ist es deshalb nicht möglich, eine ausreichende Lebensdauer zu erzielen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Frässchneideinsatz, welcher eine bearbeitete Oberfläche eines Werkstückes ausgezeichnet vollenden kann, und welcher eine ausreichende Lebensdauer, insbesondere beim Hochgeschwindigkeitsschneiden mit mindestens 800 m/min oder mindestens 1000 m/min. erreicht, sowie ein Fräswerkzeug zu schaffen, in welchem dieser verwendet wird.
Erfindungsgemäß umfaßt ein Frässchneideinsatz, welcher in ein Fräswerkzeug zum Stirnfräsen eingespannt wird:
eine Metallbasis, die aus gesintertem Karbid, welches WC und Co enthält, hergestellt ist, und eine Schneidkante, welche einen Kompaktkörper aus gesintertem kubischem Bornitrid umfaßt, und auf die Metallbasis hart aufgelötet oder integral mit dieser gesintert ist,
wobei die Schneidkante eine Nebenschneidkante mit einem Nebenschneidkantenwinkel (β) von mindestens 30º und höchstens 60º aufweist, und sich in einer flach abgespitzten Schneidkante kontinuierlich fortsetzt und einen nega tiven Fasenwinkel (Θ) von mindestens 30º und höchstens 45º und eine negative Fasenbreite (L) von mindestens 0,05 mm und höchstens 0,40 mm aufweist, und die Nebenschneidkante eine geradlinige Form besitzt.
Entsprechend dieser Struktur des Frässchneideinsatzes wird die Schneidkante infolge des Nebenschneidkantenwinkels β von mindestens 30º durch Wärme kaum beeinträchtigt, wodurch das Auftreten von Warmriß vermieden wird. Weiterhin wird eine Erhöhung des Schneidwiderstandes verhindert, weil der Nebenschneidkantenwinkel β nicht größer als 60º ist, wodurch der Frässchneideinsatz eine ausgezeichnete Schärfe beibehält.
Infolge des negativen Fasenwinkels Θ von mindestens 30º und höchstens 45º wird weiterhin ein Hochgeschwindigkeitsfräsen von mindestens 800 bis 1000 m/min ermöglicht. Während ein konventionelles Werkzeug mit gesintertem CBN- Kompaktkörper einen negativen Standard-Fasenwinkel Θ von 25º aufweist, wird das vorstehend erwähnte Hochgeschwindigkeitsfräsen durch Vergrößerung des negativen Fasenwinkels Θ über diesen Standardwert hinaus ermöglicht. Während es bisher generell als unpraktikabel erachtet wurde, den negativen Fasenwinkel Θ zu vergrößern, weil der Schneidwiderstand in diesem Fall außerordentlich erhöht wird, ermöglicht die vorliegende Erfindung ein Fräsen mit einem großen negativen Fasenwinkel mit einer Hochgeschwindigkeit, die 800 m/min übersteigt, weil die Festigkeit des Werkstückes stark vermindert ist, insbesondere wenn das Werkstück aus Grauguß hergestellt ist.
Zusätzlich wird die negative Fasenbreite L auf mindestens 0,05 mm festgesetzt, wodurch verhindert wird, daß die Nebenschneidkante und die flach abgespitzte Schneidkante abblättern können. Die negative Fasenbreite L wird auf nicht mehr als 0,40 mm festgesetzt, um eine Verstärkungskante 8 für die Schneidkante innerhalb des Bereichs einer Dicke t einer CBN-Schicht zu bilden, wie sie in Fig. 19 dargestellt ist, weil die Dicke t (dargestellt in den Fig. 19 und 20) einer allgemeinen CBN-Schicht etwa 0,8 mm beträgt. Wenn der negative Fasenwinkel Θ und die negative Fasenbreite L z. B. mit 45º und 1,2 mm entsprechend festgelegt sind, wird die negative Fase in ihrer Größe so außerordentlich erhöht, daß keine wirkliche Verstärkungskante 8 für die Schneidkante an dem gesinterten CBN-Kompaktkörper gebildet wird, wie dies in Fig. 20 erkennbar ist. Weiterhin ist der gesinterte CBN-Kompaktkörper so hart, daß es, verglichen mit gesintertem Karbid usw., schwierig ist, ihn anzuschleifen. Wenn die negative Fasenbreite grundlos vergrößert wird, erhöht sich die Zeit zum Anschleifen der negativen Fasenbreite so extrem, daß die Kosten zur Bearbeitung des Frässchneideinsatzes sich infolgedessen in unvorteilhafter Weise erhöhen.
Die vorerwähnte Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die gerade Form der Nebenschneidkante gelöst, und der erwünschte Effekt kann nicht erreicht werden, wenn die Nebenschneidkante eine gekrümmte Form aufweist. Wenn die Nebenschneidkante eine gerade Form besitzt, kann die Länge des Kontaktes zwischen ihr und einem Werkstück, verglichen mit einer gekrümmten Nebenschneidkante im Verhältnis zur gleichen Schnittiefe weiter vermindert werden.
Die negative Fasenbreite L der Schneidkante beträgt vorzugsweise mindestens 0,075 mm und nicht mehr als 0,30 mm. Der Effekt des Schutzes der Schneidkante vor dem Abblättern wird infolge der unteren Grenze von mindestens 0,075 mm weiter gefördert, während die Dicke der CBN-Schicht weiterhin ausreichend gesichert wird, um den Effekt weiter zu fördern, eine Verlängerung der Zeit zum Anschleifen der negativen Fase zu verhindern, indem die Obergrenze bei nicht mehr als 0,30 mm liegt.
Die flach abgespitzte Schneidkante hat vorzugsweise die Form eines Kreisbogens mit einem Radius des Bogens von mindestens 200 mm und nicht mehr als 400 mm, um die Rauhheit der bearbeiteten Fläche infolge einer solchen bogenförmigen Form der flach abgespitzten Schneidkante zu verbessern.
Fig. 21 zeigt ein Beispiel einer Schneidkante 4 des flach abgespitzten Typs. Der Radius R der Krümmung des kreisförmigen Werkzeugprofiles wird im Bereich von mindestens 200 mm und nicht mehr als 400 mm aus folgendem Grund festgesetzt: Wenn der Radius R der Krümmung des kreisförmigen Werkzeugprofiles 400 mm übersteigt, wird die Kontaktlänge zwischen der flach abgespitzten Schneidkante 4 und einem Werkstück, verglichen mit einer Schneidkante, welche einen Meinen Radius aufweist, weiter erhöht, wodurch sich der Schneidwiderstand vergrößert, was zum Auftreten von Rattererscheinungen während des Schneidens führt. Wenn der Radius R der Krümmung Meiner als 200 mm ist, wird andererseits die Rauhigkeit der bearbeiteten Oberfläche des Werkstückes, verglichen mit einem Frässchneideinsatz, welcher die Form einer geraden flach abgespitzten Schneidkante hat, kaum verbessert.
Der zuvor erwähnte erfindungsgemäße Frässchneideinsatz kann auch zusammen mit einem gesinterten Karbideinsatz und einem Keramikeinsatz verwendet werden. Mit anderen Worten, können Fräseinsätze aus unterschiedlichen Materialien in einem Fräswerkzeug zusammen verwendet werden. Beim Fräsen mit diesen unterschiedlichen Typen von Einsätzen dient der erfindungsgemäße Fräseinsatz als Planschneideinsatz, um eine Wirkung zur Verbesserung der Rauhigkeit der bearbeiteten Fläche des Werkstückes zu erreichen.
Die Einsätze aus gesintertem Karbid und Keramik sind jedoch zum Hochgeschwindigkeitsfräsen nicht genügend dauerhaft. Um ein Hochgeschwindigkeitsfräsen durchzuführen, müssen deshalb alle Frässchneideinsätze, welche in das Fräswerkzeug eingespannt sind, vorzugsweise erfindungsgemäß hergestellte Frässchneideinsätze sein.
Die vorstehenden sowie weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung sollen durch die folgende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen klarer ersichtlich werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Fig. 1A und 1B sind eine Draufsicht und eine Ansicht von der rechten Seite, welche einen Frässchneideinsatz zeigen, der in erfindungsgemäßen Beispielen zur Anwendung kommt, und Fig. 1C ist eine Schnittansicht, wie sie sich entlang der Schnittlinie A-A in Fig. 1A ergibt;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine typische Art eines Frässchneideinsatzes zeigt, bei welchem die vorliegende Erfindung angewendet wird;
die Fig. 3A und 3B sind perspektivische Ansichten eines Substrates und einer Schneidkante, welche den in Fig. 2 dargestellten Frässchneideinsatz in einem Zustand zeigen, in welchem dessen Elemente noch nicht miteinander hart verlötet sind;
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Modifikation der Form der Schneidkante des in Fig. 2 dargestellten Frässchneideinsatzes zeigt;
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine weitere Modifikation der Form der Schneidkante des in Fig. 2 dargestellten Frässchneideinsatzes zeigt;
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Frässchneideinsatzes, bei welchem die Erfindung beispielhaft so dargestellt ist, daß eine Schneidkante auf eine obere Fläche um ein Ende einer länglichen Metallbasis aufgelötet ist;
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Frässchneideinsatzes, umfassend ein Substrat sowie eine Schneidkante in Form eines gesinterten CBN-Kompaktkörpers, welche integral miteinander gesintert sind;
Fig. 8 zeigt vergrößerte Draufsichten auf Nebenschneidkanten, negative Fasenwinkel und beschädigte Schneidkanten nach Versuchen, bei denen Frässchneideinsätze in entsprechenden Versuchen nach Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wurden;
die Fig. 9A und 9B sind mikroskopische Fotografien, welche einen typischen Warmriß zeigen, wie er an der Kante eines typischen Beispieles einer entsprechenden Schneidkante in abgenutztem Zustand verursacht wurde;
Fig. 10 stellt Ergebnisse der Versuche nach Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung dar;
Fig. 11 stellt Ergebnisse der Versuche nach Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung dar;
die Fig. 12A und 12B stellen Ergebnisse der Versuche nach Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung dar;
Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht, welche einen Zylinderblock zeigt, der als Werkstück für jeden Versuch nach Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung verwendet wurde;
die Fig. 14A, 14B und 14C sind mikroskopische Fotografien, welche den Zustand einer Schneidkante zeigen, die zu einem Warmriß im Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung führte, den Zustand einer abgeblätterten Schneidkante mit fortschreitendem Warmriß, und den Zustand einer Schneidkante eines Frässchneideinsatzes, welcher entsprechende Abnutzungen nach dem Schneidversuch Nr. 8 des Beispieles 5 zeigt;
die Fig. 15A und 15B sind eine Draufsicht und eine Seitenansicht eines Stirnfräsers, in welchen die erfindungsgemäßen Frässchneideinsätze eingespannt sind;
Fig. 16 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, welche einen Bereich um eine Nebenschneidkante zur Darstellung der Definition einer Flankenabnutzungsbreite w einer Schneidkante zeigt;
die Fig. 17A, 17B und 17C sind vergrößerte Draufsichten, welche Bereiche um die Nebenschneidkanten zeigen, welche eine gerade Form, eine gekrümmte Form und eine entsprechend kombinierte gerade und gekrümmte Form aufweisen;
die Fig. 18A, 18B und 18C sind vergrößerte Draufsichten, die die Kontaktbereiche zwischen einer geraden Nebenschneidkante mit einem relativ kleinen Nebenschneidkantenwinkel β, einer geraden Nebenschneidkante mit einem relativ großen Nebenschneidkantenwinkel β sowie einer gekrümmten Nebenschneidkante und entsprechenden Werkstücken zeigen;
Fig. 19 zeigt beispielhaft eine Schneidkante, die mit einem negativen Fasenwinkel Θ und einer negativen Fasenbreite L mit geeigneten Werten versehen wurde, und die eine Schneidkanten-Verstärkungskante 8 besitzt, die an eine CBN-Schicht angeformt ist;
Fig. 20 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Bereich um eine Schneidkante eines Werkzeuges, die mit einem negativen Fasenwinkel Θ und einer negativen Fasenbreite L versehen wurde, welche größere als die geeigneten Werte aufweisen, und die eine Schneidkanten-Verstärkungskante 8 besitzt, die außerhalb einer CBN-Schicht gebildet ist;
Fig. 21 zeigt eine typische flach abgespitzte Schneidkante eines Frässchneideinsatzes;
Fig. 22 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Umstände jedes Schneidversuches zeigt, der unter Bezugnahme auf die vorliegende Erfindung durchgeführt wurde; und
Fig. 23A ist eine unvollständige Teilansicht des in Fig. 15A dargestellten Stirnfräswerkzeuges, wie sie sich in Blickrichtung des Pfeiles E ergibt, und Fig. 23B zeigt einen Bereich B aus Fig. 23A in vergrößerter Darstellung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sollen nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Fig. 2 zeigt ein typisches Beispiel eines Frässchneideinsatzes, bei welchem die vorliegende Erfindung zur Anwendung gelangt. Der in Fig. 2 dargestellte Einsatz umfaßt eine metallische Basis 1, welche aus gesintertem Karbid, das WC und Co enthält, hergestellt ist, und einen gesinterten CBN-Kompaktkörper 2, welcher eine Schneidkante bildet und auf einen Bereich nahe der Ecke der oberen Fläche der metallischen Basis 1 hart aufgelötet ist. Der CBN-Kompaktkörper 2 besitzt eine Nebenschneidkante 3 an einer oberen Kante seines Eckbereiches, und eine flach abgespitzte Schneidkante 4 ist in Fortsetzung dieser Nebenschneidkante 3 vorgesehen. Die Fig. 3A und 3B zeigen die metallische Basis 1 und den gesinterten CBN-Kompaktkörper 2 des in Fig. 2 dargestellten Einsatzes, welche noch nicht miteinander hart verlötet sind. Wie Fig. 3B zeigt, ist der gesinterte CBN-Kompaktkörper 2 aus einem Substrat 2a aus gesintertem Karbid und einer CBN-Kompakt-Schicht 2b, welche in übereinander angeordnetem Zustand und integral miteinander gesintert sind, gebildet.
Die Fig. 4 und 5 zeigen andere Arten von Frässchneideinsätzen, bei welchen die Schneidkanten aus gesinterten CBN-Kompaktkörpern bestehen, die nur auf Abschnitte in der Nähe der Ecken der oberen Fläche der metallischen Basis gelötet sind. Fig. 6 zeigt einen weiteren Schneideinsatz, bei welchem ein gesinterer CBN-Kompaktkörper 2 nur mit einem oberen Flächenabschnitt um ein Ende einer metallischen Basis 1, die aus gesintertem Karbid hergestellt ist, welche die Form eines länglichen Blockes aufweist, hart verlötet ist.
Während die gesinterten CBN-Kompaktkörper 2 bei allen Einsätzen, die in den Fig. 2 bis 6 dargestellt sind, mit der metallischen Basis 1 durch Hartlöten verbunden sind, ist die vorliegende Erfindung auch auf einen Einsatz anwendbar, welcher eine Stützschicht 2a aus gesintertem Karbid und eine CBN-Schicht 2b, die einen gesinterten CBN-Kompaktkörper bildet, umfaßt, welche integral miteinander gesintert sind, wie dies in Fig. 7 erkennbar ist.
Jeder der zuvor erwähnten Schneideinsätze wird als Schneidkante in ein Stirnfräswerkzeug, wie es in den Fig. 15A und 15B dargestellt ist, eingespannt. Die in den Fig. 15A und 15B dargestellten Einsätze, welche die in Fig. 2 dargestellte Form aufweisen, werden in den Körper 5 des Stirnfräsers so eingespannt, daß die metallische Basis 1 jedes der Einsätze am Fräserkörper 5 durch ein Klemmkeil 6 und eine Klemmschraube 7 befestigt ist. Fig. 23A ist eine perspektivische Ansicht des Stirnfräsers, wie sie sich in Richtung des Pfeiles E in Fig. 15A ergibt, und welche die Einsätze, die in den Fräserkörper eingespannt sind, dreidimensional zeigt. Fig. 23B ist eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 23A dargestellten Kantenbereiches b des Einsatzes, die einen Nebenschneidkantenwinkel β, einen negativen Fasenwinkel Θ, eine negative Fasenbreite L und einen Freiwinkel α des entsprechenden Schneideinsatzes zeigt.
Konkrete Beispiele mit Versuchen zum Nachweis der Funktion des Effektes des Frässchneideinsatzes entsprechend der vorliegenden Erfindung sollen nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.
Im allgemeinen wird die Schneidkante eines Stirnfräsers durch eine Nebenschneidkante 3 und eine flach abgespitzte Schneidkante 4, wie sie in den Fig. 1A bis 1C dargestellt ist, gebildet, und entsprechend den Gegebenheiten kann eine negative Fase vorgesehen werden. Wie durch die Ergebnisse der folgenden Versuche festgestellt wurde, hat die Anordnung eines Nebenschneidkantenwinkels β, eines negativen Fasenwinkels Θ und einer negativen Fasenbreite L eine außerordentlich große Bedeutung, wenn ein gesinterter CBN-Kompaktkörper an der Schneidkante angeordnet ist.
In den folgenden Beispielen sind Schneideinsätze der in Fig. 2 dargestellten Art unter Bezugnahme auf die Draufsicht, und die Seitenansicht von rechts, wie sie in den Fig. 1A und 1B dargestellt sind, entsprechend beschrieben. Der Nebenschneidkantenwinkel β ist in Fig. 1A definiert, während der negative Fasenwinkel Θ und die negative Fasenbreite L in Fig. 1C definiert sind.
Ein Freiwinkel, welcher durch einen Winkel α in Fig. 1B dargestellt ist, kann entweder 0º betragen oder ein spitzer Winkel im Bereich zwischen 5º und 20º sein. In jedem der folgenden Beispiele ist der Freiwinkel α mit 15º festgesetzt.
In jedem der Schneideinsätze, die in den folgenden Beispielen verwendet werden, hat die Nebenschneidkante 3 eine gerade Form. Der Grund dafür wird anhand der Fig. 17A bis 17C und 18A bis 18C wie folgt erläutert: Was die Formen der Abschnitte der Schneidkanten um die Nebenschneidkanten betrifft, sind eine gerade Form, eine gekrümmte Form und eine Kombination von gerader und gekrümmter Form anwendbar, wie dies in den Fig. 17A bis 17C entsprechend dargestellt ist. Meist wird die gekrümmte Nebenschneidkante, die in Fig. 17B dargestellt ist, und im allgemeinen keine gerade Schneidkante angewendet. Wenn jedoch die Fig. 18A und 18B miteinander verglichen werden, ist es verständlich, daß die Kontaktlänge 1 zwischen einer gekrümmten Nebenschneidkante, wie sie in Fig. 18C dargestellt ist, und einem Werkstück, länger ist, als zwischen der in Fig. 18A dargestellten geraden Nebenschneidkante und einem Werkstück in bezug auf dieselbe Schnittiefe d. In dem Fall, wenn die Nebenschneidkante eine gekrümmte Form, z. B. eine kreisförmige Form aufweist, wird dadurch der Wärmeeinfluß beim Schneiden so erhöht, daß er in nachteiliger Weise Warmriß verursacht. Andererseits ist es möglich, die Kontaktlänge zwischen der Nebenschneidkante und dem Werkstück durch eine gerade Form der Nebenschneidkante, in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen Schneideinsatz, zu bilden, wodurch der Wärmeeinfluß vermindert und das Auftreten von Warmriß unterdrückt wird.
Während die flach abgespitzte Schneidkante 4 des gesinterten CBN-Kompaktkörpers 2 eine gerade Form haben kann, können gekrümmte, flach abgespitzte Schneidkanten, die einen Krümmungsradius von 200 bis 400 mm aufweisen, in den folgenden Beispielen angewendet werden, um die Rauhigkeit der bearbeiteten Flächen zu verbessern.

Beispiel 1

Im Beispiel 1 wird die negative Fasenbreite L mit 0,2 mm festgesetzt, während der Nebenschneidkantenwinkel β und der negative Fasenwinkel Θ variiert werden, um die Versuche durchzuführen. Bei diesen Versuchen werden zwei Platten 12a und 12b mit 25 mm Breite und 150 mm Länge, welche aus Grauguß hergestellt sind (FC 250 des japanischen Industriestandards), verwendet und, wie in Fig. 22 dargestellt, eingesetzt. Ein Schneideinsatz für den Versuch Nr. 1, der in Fig. 8 dargestellt ist, wird zuerst an einem Stirnfräser 13 von 200 mm Durchmesser, wie er in Fig. 22 dargestellt ist, eingespannt, um das Schneiden während 100 Durchgängen unter den Bedingungen einer Schnittgeschwindigkeit von 1000 m/min. einer Vorschubrate von 0,15 mm/Werkzeug und einer Schnittiefe von 0,5 mm durchzuführen, und es wurde ein schadhafter Zustand der Schneidkante festgestellt. Danach wurden ähnliche Versuche mit Einsätzen in den Versuchen Nr. 2 bis 12, die in Fig. 8 dargestellt sind, durchgeführt. Jeder Versuch wurde nach 100 Durchgängen gestoppt, weil es so möglich war, die Schadenszustände der verschiedenen Formen von Kanten, die bei den Versuchen nach dem Schneiden von 100 Durchgängen auftraten, exakt zu vergleichen. Nicht jede Schneidkante erreicht nach dem Schneiden von 100 Durchgängen das Ende ihrer Lebensdauer.
Bei jedem einzelnen Fräsversuch, wie er in Fig. 22 dargestellt ist, wurde der Stirnfräser 13 in Richtung des Pfeiles G gedreht, während die Platten 12a und 12b in Richtung des Pfeiles F zugeführt wurden. Die Abmessungen L1, W1 und W2, wie sie in Fig. 22 dargestellt sind, betrugen jeweils 150 mm, 25 mm und 65 mm.
Fig. 8 zeigt den Zustand der Kanten der jeweiligen Einsätze, welche im Ergebnis dieser Versuche beschädigt wurden. Dieses Bild zeigt Warmriß der Schneidkanten sowie Abnutzungen der Flanken, und die Fig. 9A und 9B sind vergrößerte Ansichten, welche diesen Warmriß und die entsprechende Flankenabnutzung zeigen. Fig. 9A zeigt den Warmriß, welcher an einer Schneidkante eingetreten ist. Im allgemeinen hat sich der Zustand der Kante vom Riß zum Abblättern verändert, wie die Anzahl von solchen thermisch abgeblätterten Teilen zeigt, und deren Tiefen haben sich vergrößert. Somit kann eine längere Lebensdauer erzielt werden, wenn die Anzahl dieser thermisch abgeblätterten Teile und deren Tiefe vermindert wird.
Fig. 9B zeigt eine Flankenabnutzung, welche an einer Schneidkante bei Abrundung der Kante verursacht wurde. In diesem Fall kann eine längere Lebensdauer festgestellt werden, weil die Flankenabnutzungsbreite dadurch vermindert ist, daß kein Warmriß auftritt. Aus dem Beschädigungszustand der Kanten, wie die Ergebnisse der in Fig. 8 dargestellten Versuche zeigen, wird verständlich, daß ein Auftreten des Warmrisses in der Weise zunehmend unterdrückt wird, daß die Anzahl der thermisch abgeblätterten Teile vermindert wird, wenn der negative Fasenwinkel ohne Rücksicht auf den Nebenschneidkantenwinkel β vergrößert wird.
Dann wurde durch Veränderung des Nebenschneidkantenwinkels β bei gleichzeitigem Beibehalten des negativen Fasenwinkels Θ auf einem konstanten Wert erkannt, daß die Kante durch Wärme leicht beeinflußt wird und Warmriß verursacht, wenn der Nebenschneidkantenwinkel β vergrößert wird, während das Auftreten von Warmriß reduziert und die Flankenabnutzung erhöht wird, wenn der Nebenschneidkantenwinkel β vergrößert wird. Von den Einsätzen der Versuche Nr. 1 bis 12, die in Fig. 8 dargestellt sind, zeigte der Versuch Nr. 8, welcher einen negativen Fasenwinkel Θ von 45º und einen Nebenschneidkantenwinkel β von 45º aufwies, geringen Warmriß und eine geringe Flankenabnutzung.
Das Verhältnis zwischen dem Wert des Nebenschneidkantenwinkels β und des Wärmeeinflusses beim Fräsen kann durch Vergleich der Fig. 18A und 18B wie folgt beschrieben werden: Während die Kontaktlänge 1 zwischen dem Werkstück und der Nebenschneidkante bei einer vorgeschriebenen Schnittiefe d, relativ erhöht wird, wenn der Nebenschneidkantenwinkel β relativ klein ist, wie dies in Fig. 18A dargestellt ist, wird die Kontaktlänge 1 zwischen der Nebenschneidkante und dem Werkstück bei derselben Schnittiefe d beträchtlich vermindert, wenn der Nebenschneidkantenwinkel β erhöht wird, wie dies in Fig. 18B erkennbar ist. Weil die Wärmebeeinflussung beim Fräsen erhöht wird, wenn sich die Kontaktlänge 1 vergrößert, wird verständlich, daß die Wärmebeeinflussung beim Fräsen vermindert werden kann, wenn der Nebenschneidkantenwinkel β vergrößert wird.
Wenn jedoch der Nebenschneidkantenwinkel β praktisch vergrößert wurde, trat eine stärkere Flankenabnutzung ein, wobei die Schneidkante infolge der Erhöhung der tatsächlichen Dicke der abblätternden Teilchen und des Schneid widerstandes abgerundet und ihre Schärfe vermindert wurde, obgleich das Auftreten von Warmriß verhindert wurde. Der Zustand der in diesem Falle beschädigten Schneidkante wurde bereits eingehend bei der Erläuterung der Fig. 9B beschrieben.
Beim negativen Fasenwinkel Θ ist zu beachten, daß ein Warmriß leicht verursacht wird und die Tiefe des Rißbereiches vergrößert wird, wenn dieser Winkel 25º beträgt. Andererseits wird kaum Warmriß verursacht, wenn der negative Fasenwinkel Θ 45º beträgt, und selbst wenn Warmriß eintritt, wird dessen Fortschreiten gehemmt. Somit konnte festgestellt werden, daß bei einem Nebenschneidkantenwinkel β im Bereich von 30º bis 60º und einem negativen Fasenwinkel Θ der Bereich von 30º bis 45º eine geeignete Kantenform ergibt, welche das Auftreten von Warmriß minimiert und die Schärfe der Schneidkante aufrechterhält.

Beispiel 2

Um das Verhältnis zwischen dem Nebenschneidkantenwinkel β und dem negativen Fasenwinkel Θ auf der Basis der Ergebnisse des Beispieles 1 noch detaillierter zu untersuchen, wurden Versuche bei unterschiedlichen Kombinationen dieser Winkel, wie in Fig. 10 dargestellt, durchgeführt. Die negative Fasenbreite L wurde mit 0,2 mm festgesetzt. Es wurden dieselben Werkstücke wie jene im Versuch 1 verwendet, um die Anzahl von Durchgängen bis zu Flankenabnutzungsbreiten, welche in Fig. 16 durch eine Breite w dargestellt sind, von 0,2 mm unter den Bedingungen einer Schnittgeschwindigkeit von 1500 m/min. einer Vorschubrate von 0,15 min/Werkzeug und einer Schnittiefe von 0,5 mm zu untersuchen. Ein Fräswerkzeug von 200 mm Durchmesser, welches mit dem des Beispieles 1 übereinstimmte, wurde so verwendet, daß jeder der Einsätze, welche verschiedene negative Fasenwinkel Θ und Nebenschneidkantenwinkel β aufwiesen, in diesen Fräser zum Fräsen des Werkstückes eingespannt wurde.
Als Schlußfolgerung konnte festgestellt werden, daß die Bereiche, die ein Fräsen zwischen 180 und 200 Durchgängen ermöglichen, jeweils zwischen 30 bis 60º für den Nebenschneidkantenwinkel β und 30 bis 45º für den negativen Fasenwinkel Θ betragen. Weiterhin war es möglich, eine Rauhigkeit der bearbeiteten Fläche von mindestens 6,3 Z entsprechend dem JIS (japanischen Industriestandard) durch Stirnfräsen mit einer solchen Schneidkante zu erreichen. In Beispiel 2 erreichte die Breite der Flankenabnutzung 0,2 mm nach dem Fräsen von 180 bis 200 Durchgängen, weil nur ein Einsatz in den Fräskörper eingespannt wurde. Bei der tatsächlichen Bearbeitung eines Zylinderblockes für einen Kraftfahrzeugmotor werden z. B. im allgemeinen mindestens acht Einsätze in einen Fräser eingespannt. In der Praxis sind deshalb mindestens 8 · 200 Durchgänge, d. h. mindestens 1600 Durchgänge für die Lebensdauer des Werkzeuges zu erwarten.

Beispiel 3

Dann wurden die folgenden Versuche durchgeführt, um die Lebensdauer des erfindungsgemäßen Einsatzes mit jenen konventionellen Einsätzen zu vergleichen, welche aus gesintertem Karbid oder Keramik hergestellt wurden. Die Schneideinsätze aus gesintertem Karbid (K10), Keramik (Al&sub2;O&sub3;-TiC) und gesinterten CBN-Kompaktkörpern wurden jeweils in einen Stirnfräser von 200 mm Durchmesser zum Fräsen eines Werkstückes mit einer konstanten Vorschubrate f von 0,15 mm/Werkzeug und einer konstanten Schnittiefe d von 0,5 mm bei verschiedenen Schnittgeschwindigkeiten Vm/min eingespannt, um die Anzahl der Fräsdurchgänge festzustellen, welche eine Flankenabnutzungsbreite von 0,2 mm erzeugt. Die Werkstücke waren mit jenen identisch, die im Beispiel 1 benutzt wurden. Die gesinterten CBN-Kompaktkörper wurden wie jene hergestellt, die bei den Versuchen Nr. 1, 4 und 8 im Beispiel 1 benutzt wurden.
Fig. 11 zeigt die Ergebnisse der Versuche des Beispieles 3. Aus Fig. 11 ist erkennbar, daß die Flankenabnutzung so schnell verursacht wurde, daß eine Flankenabnutzungsbreite von 0,2 mm nach dem Fräsen von 5 Durchgängen mit einem Schneideinsatz aus gesintertem Karbid beim Fräsen des Werkstückes mit einer Schnittgeschwindigkeit von 150 m/min erreicht wurde. Bei dem Schneideinsatz aus Keramik wurde die Flankenabnutzungsbreite von 0,2 mm nach dem Fräsen des Werkstückes in 10 Durchgängen bei einer Schnittgeschwindigkeit von 400 m/min erreicht.
Bei den gesinterten CBN-Kompaktkörpern, welche zum Schneiden des Werkstückes bei Schnittgeschwindigkeiten im Bereich von 400 bis 1500 in/min verwendet wurden, erreicht andererseits jeder der Schneideinsätze in Form des gesinterten CBN-Kompaktkörpers bei den Versuchen 1, 4 und 8 eine Flankenabnutzungsbreite von 0,2 mm bei 50 bis 60 Durchgängen und einer Schnitt geschwindigkeit von 400 m/min, welche mit der der keramischen Schneideinsätze identisch war, und eine Lebensdauer erreichte, welche das 5- bis 6fache von der der keramischen Schneideinsätze betrug. Die Lebensdauer dieser Schneideinsätze konnte weiter erhöht werden, indem die Schnittgeschwindigkeiten erhöht wurden, so daß der Schneideinsatz in Form des gesinterten CBN- Kompaktkörpers bei Versuch Nr. 8 in der Lage war, das Werkstück in 200 Durchgängen bei einer Schnittgeschwindigkeit von 1500 m/min zu bearbeiten, und er erreichte eine Lebensdauer, die das 20- bis 40fache der von entsprechenden Schneideinsätzen aus Keramik und gesintertem Karbid betrug, obgleich die Schneideinsätze in Form von gesinterten CBN-Kompaktkörpern bei den Versuchen 1 und 4 durch Warmriß bei 90 und 140 Durchgängen entsprechend abgeblättert waren.

Beispiel 4

Danach wurde die negative Fasenbreite L in einem Bereich zwischen 0,025 und 0,40 mm bei sechs Typen von Schneideinsätzen verändert, und die Vorschubrate f wurde im Bereich von 0,05 bis 0,30 mm/Werkzeug verändert, wie dies in den Fig. 12A und 12B dargestellt ist, um das Vorhandensein/Nichtvorhandensein des Abblätterns der Schneidkanten festzustellen und einen geeigneten Wert für die negative Fasenbreite L herauszufinden. Es wurden Werkstücke verwendet, die mit denen des Versuches 1 identisch waren und jeder der zuvor erwähnten sechs Typen von Schneideinsätzen wurde an einem Stirnfräser mit 200 mm Durchmesser eingespannt, um die Werkstücke mit einer Schnittgeschwindigkeit von 1500 m/min und einer Schnittiefe von 0,5 mm zu fräsen.
Fig. 12A zeigt die Ergebnisse der Fräsversuche, welche mit Schneidkanten durchgeführt wurden, die Nebenschneidkantenwinkel β von 45º und negative Fasenwinkel Θ von 30º aufwiesen. Wenn die negativen Fasenbreiten L zwischen 0,025 mm und 0,05 mm lagen, wurden die Schneidkanten bei allen Schnittgeschwindigkeiten abgeblättert. Wenn die negativen Fasenbreiten L andererseits 0,075 mm überstiegen, wurde das Auftreten des Abblätterns unterdrückt.
Fig. 12B zeigt die Ergebnisse der Fräsversuche, welche mit Schneidkanten durchgeführt wurden, die Nebenschneidkantenwinkel β von 45º und negative Fasenwinkel Θ von 45º aufwiesen. Während die Schneidkanten bei negativen Fasenbreiten L von 0,05 nicht abblätterten, wenn die Vorschubraten f zwischen 0,05 mm/Schneidkante und 0,10 mm/Schneidkante betrugen, wurde ein Abblättern verursacht, wenn die Vorschubraten 0,15 mm/Schneidkante überstiegen.
Bei der Analyse der in den Fig. 12A und 12B dargestellten Daten wird klar, daß die negative Fasenbreite L mindestens 0,05 mm und vorzugsweise mindestens 0,075 mm betragen muß, um ein Abblättern bei den normalen Vorschubraten im Bereich von 0,05 bis 0,30 mm/Schneidkante zu verhindern. Was die obere Grenze der negativen Fasenbreite L betrifft, blätterte bis zu einer Breite von 0,4 mm keine Schneidkante ab, während die Dicke der CBN-Schicht dünner wurde und die Zeit zum Nachschleifen der negativen Fase sich in unvorteilhafter Weise erhöhte, wenn die negative Fasenbreite L vergrößert wurde, weil die CBN-Schicht des gesinterten CBN-Kompaktkörpers in der Dicke etwa 0,8 mm beträgt, wie dies bereits unter Bezugnahme auf die Fig. 19 und 20 erläutert wurde. Deshalb darf die Obergrenze der negativen Fasenbreite L 0,4 mm und vorzugsweise 0,3 mm nicht übersteigen.

Beispiel 5

Dann wurden 12 Schneideinsätze des Versuches Nr. 1 des Beispieles 1 in einen Stirnfräser von 250 mm Durchmesser eingespannt, um eine obere Fläche 11a eines Zylinderblockes 11, wie er in Fig. 13 dargestellt ist, bei welchem es sich um ein gußeisernes Motorteil für ein Kraftfahrzeug handelt, unter den Bedingungen einer Schnittgeschwindigkeit von 1500 m/min. einer Vorschubrate von 0,15 mm/Werkzeug und einer Schnittiefe von 0,5 mm praktisch zu fräsen. Die Tabelle 1 zeigt die Schnittbedingungen und die Ergebnisse bezüglich der Lebensdauer der Werkzeuge. Ein ähnlicher Fräsversuch wurde mit Schneideinsätzen im Versuch Nr. 8 des Beispieles 1 durchgeführt.
In den Ergebnissen der Fräsversuche an den Zylinderblöcken wurden eine Anzahl von Warmrissen an den Schneideinsätzen nach Versuch Nr. 1 nach dem Schneiden von 450 Werkstücken festgestellt, wie dies in Fig. 14A erkennbar ist, und die Schneidkanten blätterten durch Warmriß, wie in Fig. 14B dargestellt, ab, wenn der Versuch bis zum Fräsen von 600 Werkstücken fortgesetzt wurde, wobei das Ende der Lebensdauer der Schneideinsätze erreicht wurde. Bei Verwendung von Schneideinsätzen nach Versuch Nr. 8 wurde andererseits kein Warmriß verursacht, wie dies in Fig. 14C erkennbar ist, und es erfolgte kein Abblättern infolge Warmriß, sondern es konnte eine abgerundete Flanken abnutzung an den Schneidkanten beobachtet werden, und die Schneidkanten konnten nach dem Fräsen von 200 Werkstücken nachgeschliffen werden. Tabelle 1
Mit dem erfindungsgemäßen Frässchneideinsatz, wie er zuvor beschrieben wurde, ist es möglich, das Abblättern welches vom Warmriß herrührt, durch Festsetzen des Nebenschneidkantenschneidwinkels, des negativen Fasenwinkels und der negativen Fasenbreite auf entsprechende vorgeschriebene Bereiche bei geradliniger Formung der Nebenschneidkante zu unterdrücken. Die Verminderung der Schärfe und das Abblättern der Schneidkante, welche vom Warmriß herrühren, werden auch beim Hochgeschwindigkeitsfräsen bei mindestens 800 in/min oder mindestens 1000 m/min verhindert, so daß die Lebensdauer des Werkzeuges erhöht und eine ausgezeichnete Oberflächengüte mit einer Oberflächenrauhigkeit des Werkstückes von mindestens 6,3 Z nach JIS erzielt werden kann. Dementsprechend kann die Produktivität beim Stirnfräsen von Teilen, insbesondere von solchen, welche aus Grauguß hergestellt sind, beträchtlich erhöht werden.
Bei einem erfindungsgemäßen Fräswerkzeug kann andererseits der vorerwähnte erfindungsgemäße Frässchneideinsatz bei jedem einzelnen der Mehrzahl von Frässchneideinsätzen eingespannt werden, wodurch der Frässchneideinsatz ein Hochgeschwindigkeitsschneiden ermöglicht und eine ausgezeichnete Rauhigkeit der bearbeiteten Fläche beim Fräsen erzeugt. Demzufolge ist es möglich, ein Fräswerkzeug zu schaffen, welches beträchtlich zur Erhöhung der Produktivität beim Fräsen von Gußeisen beiträgt.
Obwohl die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben und dargestellt wurde, ist es selbstverständlich, daß dies lediglich beispielhaft und nur zur Erläuterung erfolgte und keinesfalls in einschränkender Weise aufgefaßt werden darf, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird lediglich durch den Wortlaut der anliegenden Ansprüche begrenzt.

Claims

1. Frässchneideinsatz, welcher in ein Fräswerkzeug zum Stirnfräsen eingespannt ist, umfassend:

eine Metallbasis (1), die aus gesintertem Karbid, welches WC und Co enthält, hergestellt ist, und eine Schneidkante (2), welche einen Kompaktkörper aus gesintertem kubischem Bornitrid umfaßt, und auf die Metallbasis (1) hart aufgelötet oder integral mit dieser gesintert ist,

wobei die Schneidkante (2) eine Nebenschneidkante (3) mit einem Nebenschneidkantenwinkel (β) von mindestens 30º und höchstens 60º aufweist, und sich in einer flach abgespitzten Schneidkante (4) kontinuierlich fortsetzt und einen negativen Fasenwinkel (Θ) von mindestens 30º und höchstens 45º und eine negative Fasenbreite (L) von mindestens 0,05 mm und höchstens 0,40 mm aufweist, und die Nebenschneidkante (3) eine geradlinige Form besitzt.

2. Frässchneideinsatz nach Anspruch 1, bei welchem die negative Fasenbreite (L) der Schneidkante (2) mindestens 0,075 mm und nicht mehr als 0,30 mm beträgt.

3. Frässchneideinsatz nach Anspruch 1, bei welchem die flach abgespitzte Schneidkante (4) die Nebenschneidkante (3) der Schneidkante (2) in Form eines Kreisbogens fortsetzt, welcher einen Krümmungsradius von mindestens 200 mm und nicht mehr als 400 mm besitzt.

4. Fräswerkzeug zum Stirnfräsen, umfassend eine Mehrzahl von Frässchneideinsätzen, bei welchem

jeder einzelne der Mehrzahl von Frässchneideinsätzen umfaßt:

eine metallische Basis (1), welche aus gesintertem Karbid, welches WC und Co enthält, hergestellt ist; und

eine Schneidkante (2), umfassend einen Kompaktkörper aus gesintertem kubischen Bornitrid, welcher auf die metallische Basis (1) hart aufgelötet oder integral mit dieser gesintert ist,

wobei die Schneidkante (2) eine Nebenschneidkante (3) besitzt, welche einen Nebenschneidkantenwinkel (β) von mindestens 30º und nicht mehr als 60º, und eine flach abgespitzte Schneidkante (4), welche sich aus dieser kontinuierlich fortsetzt und einen negativen Fasenwinkel (Θ) von mindestens 30º und nicht mehr als 45º und eine negative Fasenbreite (L) von mindestens 0,05 mm und nicht mehr als 0,40 mm aufweist und die Nebenschneidkante (3) eine geradlinige Form besitzt.

5. Fräswerkzeug nach Anspruch 4, bei welchem die negative Fasenbreite (L) der Schneidkante (2) jedes der Mehrzahl von Frässchneideinsätzen mindestens 0,075 mm und nicht mehr als 0,30 mm beträgt.

6. Fräswerkzeug nach Anspruch 4, bei welchem die flach abgespitzte Schneidkante (4) sich kontinuierlich aus der Nebenschneidkante (3) der Schneidkante (2) bei jedem der Mehrzahl von Frässchneideinsätzen in Form eines Kreisbogens mit einem Krümmungsradius von mindestens 200 mm und nicht mehr als 400 mm fortsetzt.

7. Fräswerkzeug zum Stirnfräsen, umfassend eine Mehrzahl von Frässchneideinsätzen, bei welchem

ein Teil der Mehrzahl von Frässchneideinsätzen umfaßt:

wobei die Schneidkante (2) eine Nebenschneidkante (3) mit einem Nebenschneidkantenwinkel (β) von mindestens 30º und nicht mehr als 60º und eine flach abgespitzte Schneidkante (4), welche sich aus dieser kontinuierlich fortsetzt, und einen negativen Fasenwinkel (Θ) von mindestens 30º und nicht mehr als 45º, und eine negative Fasenbreite (L) von mindestens 0,05 mm und nicht mehr als 0,40 mm aufweist, und die Nebenschneidkante (3) eine geradlinige Form besitzt.

8. Fräswerkzeug nach Anspruch 7, bei welchem die negative Fasenbreite (L) der Schneidkante (2) mindestens 0,075 mm und nicht mehr als 0,30 mm beträgt.

9. Fräswerkzeug nach Anspruch 7, bei welchem die flach abgespitzte Schneidkante (4) sich kontinuierlich aus der Nebenschneidkante (3) der Schneidkante (2) in Form eines Kreisbogens mit einem Krümmungsradius von mindestens 200 mm und nicht mehr als 400 mm fortsetzt.

10. Fräswerkzeug nach Anspruch 7, bei welchem gesinterte Karbideinsätze und/oder Keramikeinsätze ebenfalls als solche der Mehrzahl von Frässchneideinsätzen verwendet werden.