DE69716060T2 - Verfahren zur herstellung von schneidwerkzeugen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein neues Verfahren für die Herstellung von Schneidwerkzeugen, wie zum Beispiel Fräskörpern mit Wendeschneideinsätzen gemäß Anspruch 1. Auch Bohrer mit Sitzen für verschiedene Schneideinsätze aus einem harten Material können in Frage kommen.
• Beim Fräsen wird dem Werkzeug eine Drehhauptbewegung zur gleichen Zeit mitgeteilt, wenn das Werkstück oder das Werkzeug eine geradlinige oder eine Drehvorschubbewegung durchführt. Ein Vorschub längs einer Kurve kann auch bei Kopierfräsmaschinen und in numerisch betriebenen Fräsmaschinen erfolgen. Zum Beispiel kann der Fräskörper aus einem Stirnfräser, einem Eckenfräser oder einem zylindrischen Fräser bestehen. Diesen ist gemeinsam, daß sie eine Vielzahl von Schneideinsätzen eines harten Materials tragen, wie zum Beispiel Sinterkarbid. Diese Schneideinsätze sind normalerweise vom Wendetyp, d. h. sie können abgenommen und gedreht oder "umgeschaltet" werden, wenn eine Schneidkante abgenutzt ist und der Bedienungsmann wünscht, eine neue Schneidkante in die Betriebsposition zu drehen. Um eine feine und glatte Oberfläche auf dem Werkstück zu erhalten, ist es notwendig, daß die Betriebsschneidkanten der Schneideinsätze im wesentlichen identische Drehumlaufbahnen beschreiben, d. h. zum Beispiel bei einem Stirnfräser oder einem Eckenfräser sollen sie im wesentlichen dieselben axialen und radialen Positionen in dem Fräskörper haben. Unter anderem impliziert dies außerordentlich hohe Präzisionsanforderungen, wenn die Schneidsitze in dem Fräskörper hergestellt werden. Ist beispielsweise die axiale Anordnung nicht zufriedenstellend, entsteht eine sogenannte axiale Verwertung, welche eine verschlechterte Oberflächenglattheit hervorruft.
• Bei verschiedenen, unterschiedlichen Stirnfräseranwendungen hat man sehr hohe Anforderungen an die Oberflächenglattheit gestellt, und oft gibt es Ra-Werte von maximal 1,5 um, Rz-Werte von zwischen 10 und 15 um, Rmax von 10 um und WT-Werte von zwischen 5 und 8 um. Um diese Oberflächenkriterien überhaupt zu erfüllen, ist es notwendig, die Schneidkanten mit einer sehr hohen Präzision einzustellen, sowohl absolut als auch relativ zu den anderen Schneidkanten in dem Fräskörper. Deshalb sollte die axiale Höhendifferenz zwischen zwei Schneidkanten nicht einige um überschreiten. In zweckmäßiger Weise sollte man in der Lage sein, Schneidkanten in einem axialen Toleranzbereich von 5 um zu positionieren und vorzugsweise sogar weniger. Man hat festgestellt, daß dies wegen der inneren Unterschiede unmöglich ist, welche zwischen den Positionen der Einsatzsitze in dem Fräskörper und dadurch auch der Schneideinsätze auftreten.
• Gemäß der bekannten Technik wird ein Fräskörper dadurch hergestellt, daß man von einem Stück Stangenmaterial aus Werkzeugstahl anfängt, wie zum Beispiel ein solcher mit der Codebezeichnung 42CrMo4H in gehärtetem Zustand (Härte 270-310 HB). Gestalt und Form erhält man durch Schneidbearbeitung, wie zum Beispiel Drehen der Grundgestalt und Herausfräsen der Sitze für die Schneideinsätze. Ferner sind die Bodenstützflächen der Einsatzsitze mit einem mittigen Gewindeloch versehen für das Einschrauben der Klemmschraube des Schneideinsatzes oder einer rohrförmigen Abstandsschraube für die Befestigung eines Abstandsstückes an dem Schneideinsatz. Wenn das Formen des Fräskörpers abgeschlossen ist, wird er gehärtet. Zweck der Härtung ist es, dem Stahl (in diesem Fall normalerweise dem Wergzeugstahl) eine geeignete Härte zu geben, entweder ganz durchgehend oder bis zu einer gewissen Tiefe unter der Oberfläche. Diese Technik wird auch in der US-A-4,198,692 wiedergegeben. Durch Erhitzen bis zum austenitischen Bereich und danach durch ein schnelles Kühlen in Wasser, Öl oder Luft - je nach der Zusammensetzung - wird Martensit erhalten. Die Härte des Martensits hängt von dem Kohlenstoffgehalt ab. Fräskörper sind entweder örtlich in den Bereichen um die Einsatzsitze herum gehärtet, oder sie sind ganz durchgehärtet, normalerweise auf einen Härtegrad von zwischen 40 und 52 HRC, vorzugsweise zwischen 43 und 47 HRC. Bei diesem Härten und dem nachfolgenden Ölkühlen ist es unvermeidbar, daß Freisetzungen und Verwerfungen in dem Material Verschiebungen der Positionen der Einsatzsitze mit sich bringen. Deshalb können zum Beispiel Unterschiede von 50 bis 60 um zwischen den axialen Positionen zweier Einsatzsitze auftreten. Dadurch weichen selbstverständlich die Positionen der Schneideinsätze im gleichen Ausmaß ab. In vielen Fällen hat man dies für unakzeptabel angesehen, und deshalb muß es bei einigen Anwendungen eine Möglichkeit geben, die Schneidkanten axial fein einzustellen, zum Beispiel durch Befestigen der Schneideinsätze in bewegbaren Kassetten; siehe zum Beispiel SE-C-501 915 (Hessman et al.).
• Deshalb ist es erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Schneidpositionen in einem Fräskörper mit einer erhöhten Positionsgenauigkeit auszubilden.
• Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Reduzierung der axialen Verwertung zwischen zwei Einsatzsitzen in einem Fräskörper auf weniger als 20 um, vorzugsweise 10 um.
• Eine weitere andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Vermeidung komplizierter Konstruktionen mit einer Vielzahl unterschiedlicher Maschinenteile.
• Diese und andere Aufgaben wurden durch die Herstellung eines Fräskörpers gemäß dem Verfahren, wie es in Anspruch 1 bestimmt ist, gelöst. Weiterhin werden diese und andere Gegenstände durch ein Herstellungsverfahren eines Drehwerkzeughalters (wie zum Beispiel eines Fräswerkzeughalters oder eines Bohrers) mit einer Vielzahl von Einsatzsitzen erhalten, wobei jeder Sitz Stützflächen aufweist, die geeignet ausgestaltet sind, um mit einem Schneideinsatz in Eingriff zu treten. Das Verfahren umfaßt das Härten eines Stahlkörpers mindestens in Bereichen desselben, in welchen Einsatzsitze angeordnet werden sollen, und danach Ausbilden endgearbeiteter Stützflächen der Einsatzsitze in den gehärteten Bereichen. Vorzugsweise werden die Stützflächen vor dem Härtungsschritt grob gebildet und nach dem Härtungsschritt endgeformt.
• Zu Darstellungszwecken, nicht aber zur Begrenzung, wird die Erfindung nun in größerer Einzelheit unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. Diese werden hier kurz vorgestellt:
• Fig. 1 zeigt einen Fräskörper in Perspektive, schräg von oben, auf welchen sich die Erfindung bezieht.
• Fig. 2 zeigt eine auseinandergezogene Ansicht eines Einsatzsitzes schräg von oben, auf welchen sich die vorliegende Erfindung bezieht.
• Fig. 3 zeigt einen Querschnitt eines Einsatzsitzes.
• Fig. 1 zeigt allgemein einen Fräskörper 1 mit sechs Einsatzsitzen 2, die alle Stand der Technik sind. In jedem Einsatzsitz sind ein Schneideinsatz 3 und ein Abstandsstück 4 angebracht, die in dem Einsatzsitz mittels einer Klemmschraube 5 befestigt wurden. In Drehrichtung vor jedem Schneideinsatz befindet sich eine herausgefräste Spantasche 6.
• Die Befestigung eines Schneideinsatzes an sich sieht man deutlich in Fig. 2. Normalerweise weist ein Einsatzsitz eine Bodenstützfläche 7 mit einem Gewindeloch 8 auf, welches für das Einschrauben einer Abstandsschraube 9 gedacht ist. Der Kopf der Abstandsschraube klemmt das Abstandsstück 4 ein. Gewöhnlich liegt das Abstandsstück nicht auf den Seitenflächen 10 und 11 auf, welche somit freie Flächen sind. Oben auf dem Abstandsstück 4 ist ein Schneideinsatz 3, zum Beispiel ein quadratischer Wendeschneideinsatz mittels einer Klemmschraube 5 festgeklemmt, die in das Innengewinde der Abstandsschraube 9 eingeschraubt ist. Zwei der Seitenflächen 12 des Schneideinsatzes liegen auf der Stützfläche 13 bzw. 14 in dem Einsatzsitz auf. Normalerweise sind diese angewinkelt, um der positiven Ausrichtung der Seitenflächen 12 zu entsprechen. Weiterhin wird in Fig. 1 die Drehebene der Betriebsschneidecken durch einen Ring 15 dargestellt. Wie oben erwähnt, ist es das Bestreben, daß alle Betriebsschneidecken in dieser Ebene liegen, gemäß der bekannten Technik können aber Unterschiede von bis zu 60 um zwischen zwei Schneideinsätzen auftreten. Dies hängt in großem Maß von Schwankungen ab, die beim Härten auftreten.
• Fig. 3 zeigt einen Einsatzsitz mit einem Schneideinsatz 3 und einem Abstandsstück 4. Die Seitenfläche 12 liegt gegen die Stützfläche 13 des Einsatzsitzes. Der exzentrische Abstand d, der zu Darstellungszwecken stark übertrieben gezeigt ist, bestimmt die Vorbeanspruchung, die es bekanntlich dort gibt, um den Schneideinsatz in den Einsatzsitz gegen die Stützflächen 13, 14 zu drücken, so daß man ein festes und stabiles Widerlager zwischen den Seitenflächen des Schneideinsatzes und den Stützflächen den Einsatzsitzes erhält.
• Gemäß der Erfindung wird eine überraschend bessere Präzision für das Anordnen der Einsatzsitze erhalten und dadurch auch eine entsprechende Verbesserung der Positionierung der Betriebsschneidkanten durch die Tatsache, daß die Herstellung der Einsatzsitze nach dem Härten des Trägers oder Halters als solchem vorgenommen wird, d. h. in diesem Fall dem Fräskörper. Somit wurde durch Herausfräsen der Bodenstützfläche 7 und der Seitenstützflächen 13, 14 des Einsatzsitzes durch Bohren und Gewindeschneiden des Loches 8 nach und nicht vor dem Härten des Fräskörpers zum Beispiel die axiale Verwerfung der Einsatzsitze auf weniger als 10 um reduziert.
• Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung geht man von denselben Arten von Werkzeugstahl wie beim Stand der Technik aus. Zuerst wird der Stangenabschnitt grob geformt (zum Beispiel schruppgedreht), und danach wird er neutral gehärtet und gemäß einer bekannten Technik auf etwa 45 HRC getempert. Bekanntermaßen ist es Zweck des Temperns, dem Stahl eine geeignete Härte zu geben, wodurch auch eine verbesserte Zähigkeit erhalten wird. Erst danach werden die Einsatzsitze und die Spantaschen erzeugt (d. h. durch Fertigdrehen). Durch Schruppen vor dem Härten wird eine ausreichende Härtungstiefe mittels praktisch jeder beliebigen bekannten Ölkühlung erreicht.
• Nachdem entsprechend der obigen Ausführungen das Härten durchgeführt wurde, erfolgt die Herstellung der Einsatzsitze als solche. Mittels der modernen Schneidwerkzeuge von heute war der Erfinder erfolgreich beim Erreichen der Einsatzsitze durch im Prinzip dieselben Arten von Werkzeugen, wie für ungehärteten Stahl bisher verwendet. Somit werden Schaftfräser und Gewindebohrer aus solidem Sinterkarbid und/oder Coronit (registrierte Marke) verwendet. Dadurch wurden überraschenderweise niedrige axiale bzw. radiale Verwerfungen erhalten. Die axialen und radialen Abweichungen der Schneideinsätze, d. h. der Maße D bzw. C in Fig. 1, variierten um weniger als 10 um zwischen den kleinsten und den höchsten Werten.
• Ein weiter erhaltener Vorteil hängt von der radikal verminderten Radialverwerfung ab (d. h. Veränderungen des Abstandes C), nämlich eine merklich vergrößerte Lebensdauer des Schneideinsatzes. Deshalb wird durch die verringerte radiale Verwerfung der Abrieb auf die betrieblichen Hauptschneidkanten merklich verringert. Dies ist hauptsächlich von Bedeutung, wenn man Verschleißmaterialien bearbeitet, wie zum Beispiel Titan oder Materialien auf Titanbasis.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung von Schneidwerkzeugen mit einem Drehhalter mit einer Vielzahl von Einsatzsitzen, die einen Wendeschneideinsatz aus Hartmetall aufzunehmen vorgesehen sind, wobei der Halter aus Stahl hergestellt ist, jeder Einsatzsitz eine Bodenstützfläche (7), mindestens zwei Stütz- oder Anschlagflächen (13, 14) und ein Gewindeloch (8) in der Bodenstützfläche aufweist, wobei das Loch vorgesehen ist, eine Klemmschraube für die Befestigung eines Schneideinsatzes (3) oder eine Abstandsstück-Schraube für die Befestigung eines Abstandsstückes (4) aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter vor der Herstellung der Einsatzsitze durchgehärtet wird oder örtlich in denjenigen Bereichen des Halters gehärtet wird, in welchen die Einsatzsitze vor ihrer Herstellung angeordnet werden sollen, um die axialen und/oder radialen Verwerfungen zwischen den Einsatzsitzen in dem Schneidwerkzeug zu reduzieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Drehhalter ein Fräskörper ist, der unter Beginnen von einem Stück einer Stange aus Werkzeugstahl hergestellt wird, der vor dem Härten auf die gewünschte Gestalt des vorgesehenen Frässchneidkörpers schruppgedreht wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die gehärteten Teile des Werkzeugstahles eine Härte von zwischen 40 und 52 HRC, vorzugsweise zwischen 43 und 47 HRC haben.