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Werkzeug mit Hartmetallschneide, insbesondere für die Metallbearbeitung
Die bekannten Hartmetallwerkzeuge zur Bearbeitung der verschiedensten Werkstoffe,
insbesondere für die Metallbearbeitung" sind in der Weise hergestellt, daß auf einen
Schaft oder einen Werkzeugkörper aus einem weicheren Stoff, insbesondere Stahl,
ein Hartmetallplättchen aufgelötet oder aufgeschweißt ist. Das Hartmetallplättchen
liegt dabei mit seiner Oberfläche frei, und der abrollende Span gleitet an dieser
Fläche entlang.
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Das Nachschleifen der abgestumpften Schneiden erfolgt derart, daß
entweder etwa je im halben Ausmaß der Stumpfung die Spänfläche tiefer und die Freifläche
zurückgeschliffen werden oder auch die Freifläche allein um das ganze Ausmaß der
Stumpfung zurückgeschliffen wird. Beide Arten der Nachschliffe sind unwirtschaftlich,
weil hierbei wertvolles Hartmetall abgeschliffen wird, ohne daß dieses irgend eine
Arbeit geleistet hat, dies gilt insbesondere dann, wenn die Spanfläche durch den
ablaufenden Span eine starke Abnutzung erfährt, die sich als eine Auskolkung auf
dieser Fläche auswirkt. Es bildet sich an der Stelle, an der sich der durch die
Schneidkante abgehobene Span zu
krümmen beginnt, eine Vertiefung
in der Spanfläche, die wahrscheinlich sowohl durch die stark verschleißende Eigenschaft
des rauhen gewölbten Spans, als auch dadurch hervorgerufen wird, daß der heiße Span
sich bei der Berührung mit der Hartmetallauflage legiert und infolgedessen kleinste
Teilchen aus ihrer Oberfläche herausreißt.
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IIan hat bereits versucht, die durch den abrollenden Span bewirkte
Auskolkung der Spanfläche durch gewisse Zusätze zum Hartmetall zu verhindern, z.
B. durch einen Zusatz von Titan, Chrom u. dgl., jedoch war hierdurch kein voller
Erfolg zu erzielen. Der Nachteil, der durch den abrollenden Span hervorgerufen wird,
macht sich insofern störend bemerkbar und beeinträchtigt die Lebensdauer der Werkzeuge
sehr stark, weil die Auskolkung beim Nachschleifen beseitigt werden muß und dieses
nur durch ein flächenmäßiges Abschleifen der Spanfläche geschehen kann.
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Es ist auch bereits bekannt, Hartmetallplättchen so in den YWerkzeugschaft
einzulassen, daß ihre oberen Begrenzungsflächen nach rückwärts abfallend geneigt
sind. Diese Maßnahme verfolgt den Zweck, der die Spanfläche bildenden oberen Begrenzungsfläche
bereits bei der Herstellung des Werkzeugs den für den zu bearbeitenden Werkstoff
günstigen Spanwinlel zu geben. Diese Art der Formgebung ist in den deutschen Industrienormen
festgelegt. Die beschriebenen Nachteile des unwirtschaftlichen Nachschleifens von
wertvollem Hartmetall und die durch den ablaufenden Span sich bildenden Auskolkungen
werden aber hierdurch nicht vermieden.
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Die Erfindung beseitigt diese Nachteile dadurch, daß die Neigung der
oberen Begrenzungsfläche des Plättchens gegenüber der an der Schneide auf dem Werkstück
senkrecht stehenden Ebene größer ist als der jeweils erforderliche Spanwinkel und
daß die Spanfläche unter einem stumpfen Winkel von 13o bis 16o"-' zur oberen Begrenzungsfläche
des Plättchens, mit der Freifläche einen üblichen Keilwinkel bildend, geformt bzw.
angeschliffen ist.
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Es sind auch bereits Schrämpicken mit , Hartmetalleinsätzen bekannt,
bei denen sich an die den einen heilwinkelschenkel bildende Fläche eine abgewinkelte
Fläche anschließt. Diese Werkzeuge dienen aber nicht zur -.L%1:etallbearbeitung
und unterliegen auch nicht einer Abnutzung durch einen ablaufenden Span. Ferner
sind Hochleistungsstähle ohne Hartmetalleinsatz bekannt, bei denen ein längs der
Schneidkante verlaufender schmaler , Freiflächenstreifen eine versenkte ebene Fläche
einschließt. Diese versenkte Fläche muß jedesmal beim Nachschleifen mitgeschliffen
«-erden, was also bei einer Bewehrung mit Hartmetall einen unnötigen Verbrauch an
wertvollem Werkstoff bedeuten würde.
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Es ist ferner bekannt, an Schneidkanten von Hartmetallwerkzeugen durch
Feinstschleifen und Läppen mit feinkörnigen Diamantschleifscheiben eine Läppfase
herzustellen, die dazu dient, die Schneidkante haarscharf und glatt zu gestalten,
um dadurch eine erleichterte Zerspanung und eine längere Standzeit zu erreichen.
Diese Maßnahme verändert den Spanwinkel und Freiwinkel in ganz geringer Breite um
etwa i bis 3', beseitigt aber nicht die geschilderten -Nachteile und die
Notwendigkeit, bei eingetretener Stumpfung der Schneidkante wertvolles Hartmetall
und die Spanfläche in ihrer ganzen flächenmäßigen Ausdehnung nutzlos abzuschleifen.
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Ein weiterer Vorschlag geht dahin, bei Werkzeugen, die für eine Lagerhaltung
vorgesehen sind, den Spanwinkel mit etwa 20° zu bemessen und je nach Bedarf, entweder
durch Einschleifen einer Stufe oder durch .Abschleifen der Teile an der Schneidkante,
den Spanwinkel auf etwa 25 oder 15° zu korrigieren. Durch diese Maßnahme wird bereits
bei dem Anschleifen des gewünschten Winkels Hartmetall nutzlos abgeschliffen, außerdem
ist beim Einschleifen einer Stufe der Verbrauch an Hartmetall noch ungünstiger.
Das Anschleifen eines Winkels von etwa 15' ergibt zwar eine geringe Abwinkelung
an der oberen Begrenzungsfläche, die aber bereits nach einigen Nachschliffen wegfällt,
so daß dann wieder das Hartmetall in der üblichen Weise nutzlos abgeschliffen werden
muß. Die geschilderten -Nachteile werden auch durch diese Maßnahme nicht beseitigt,
vielmehr teilweise noch größer.
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Die Zeichnung gibt Beispiele mehrerer Ausführung sformen des Gegenstandes
der Erfindung, und zwar zeigt Abb. i ein spanabhebendes Werkzeug der üblichen Formgebung
bei der Arbeit, Abb. 2 eine schematische Darstellung der fortschreitenden Abnutzung
an einem spanabhebenden Werkzeug nach der Abb. i und die Nachschliffe, Abb. 3 die
schematische Darstellung der fortschreitenden Abnutzung an einem spanabhebenden
Werkzeug nach der Erfindung und die hierbei erreichbaren Nachschliffe, Abb. :I die
schematische Darstellung der fortschreitenden Abnutzung an einem spanabhebenden
Werkzeug in einer etwas abgeänderten Ausführungsform nach der Erfindung und die
erreichbaren Nachschliffe, Abb. 5 bis 7 drei verschiedene Werkzeuge für die spanabhebende
Bearbeitung in der üblichen Formgebung,
Abb. 8 bis io drei verschiedene
Werkzeuge ähnlich den in den Abb. 5 bis 7 dargestellten Ausführungsformen, jedoch
nach der Erfindung, Abb. i r ein umlaufendes Werkzeug für spanabhebende Bearbeitung
in der üblichen Ausführungsform, Abb. i2 ein Werkzeug ähnlich der Abb. i i bei Anordnung
der Hartmetalleinlagen gemäß der Erfindung.
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Die Abb. i zeigt einen Schlichtstahl mit einem auf den Werkzeugschaft
i aufgelöteten Hartrrietallplättchen 2 in der bisher üblichen Ausführungsform. Durch
das Heranführen des Werkzeugs an das in der Pfeilrichtung umlaufende Werkstück 3
wird von diesem ein Span q. abgehoben. Um die Zerspänungsarbeit zu erleichtern,
besitzt das Werkzeug eine Keilform, die für verschiedene Werkstoffe unterschiedlich
ist und durch die jeweilige Größe des Keilwinkels bezeichnet wird. Durch die zu
leistende Zerspanungsarbeit findet an dem Werkzeug neben einer Stumpfung an der
Schneidkante 5 noch eine doppelte Abnutzung statt, und zwar einerseits an der Freifläche
6 und andererseits an der Spanfläche B. Die Abnutzung an der Freifläche entsteht
dadurch, daß das Werkzeug bei der Zerspanungsarbeit gegen das umlaufende Werkstück
gedrückt wird, so daß an der Berührungsstelle eine starke Reibung und hierdurch
eine fortlaufende Abnutzung entsteht. Die Abnutzung an der Spanfläche wird durch
den ablaufenden Span q. hervorgerufen, der an der Stelle 7 eine parallel zur Schneidkante
verlaufende Vertiefung (Auskolkung) in das Hartmetallplättchen hineinarbeitet.
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Wenn ein solches Werkzeug nachgeschliffen werden soll, so muß man
in der Weise vorgehen, wie in Abb. 2 gezeigt, d. h. man muß der Reihe nach .bei
den aufeinanderfolgenden Nachschliffen Schichten abnehmen, wie sie durch feinere
Linien angedeutet sind. Bei dem ersten Nachschliff müssen die Teile 9, bei dem nächsten
Nachschliff die Teile i o, ii usw. bis zu den Teilen 1q: abgenommen werden, und
zwar immer so, daß der Freiwinkel, der Spanwinkel und -der Keilwinkel beibehalten
werden. Es ist ersichtlich, daß die Hartmetalleinlage infolge der Abnahme der zur
Spanfläche parallelen Schichten an der Spanfläche 8 bereits nach einer geringen
Anzahl von Nachschliffen vollkommen aufgebraucht ist, obwohl der hintere Teil 15
der Hartmetallauflage überhaupt nicht gearbeitet hat.
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Bei der Ausführung nach der Erfindung (Abb. 3 und q.) ist das Hartmefiallplättchen
so geformt und in den Schaftkörper eingebracht, daß die obere Begrenzungsfläche
stärker als die Spanfläche 8 nach dem Werkzeuginnern geneigt ist, so daß sie mit
der Spanfläche 8 einen stumpfen Winkel 8 von etwa 13ö bis 16o° bildet. Wenn ein
derartiges Werkzeug unter Einbehaltung des Freiwinkels a, des Spanwinkels y und
des Keilwinkels ,8 durch schichtenmäßiges Abschleifen der Freifläche 6 und der Spanfläche
8 nachgeschliffen wird, so kann man bedeutend mehr Nachschliffe anbringen, und das
Hartmetall kann bis zum restlosen Verbrauch wirtschaftlich abgenutzt und verwendet
werden. Aus der schematischen Darstellung in der Abb. 3 ergibt sich; daß die Nachschliffe
17 bis 25 anzubringen sind, also etwa neun Nachschliffe gegenüber etwa sechs
Nachschliffen bei einer Ausführungsform in der bisher üblichen Art, wie diese unter
Einsatz einer gleichen Menge Hartmetall in der Abb. 2 dargestellt ist. Die Schräglage
des Hartmetallplättchens, welche durch die mittlere Achse 26 gekennzeichnet ist,
kann dein höheren oder niederen Grad der Abnutzung an der Freifläche oder der Spanfläche
angepaßt werden.
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Ein noch günstigeres Ergebnis läßt sich erzielen, wenn man das Hartmetallplättchen
so wählt, daß, wie in der Abb. q. dargestellt, die Spanablauffläche bereits vor
der Stelle endet, an welcher der Span am tiefsten in das Hartmetallplättchen einzudringen
bestrebt ist. Man braucht in solch einem Falle nur einen geringeren ß.etrag an der
Spanfläche abzuschleifen als bei der Ausführung nach der Abb. 3, weil sich der Span
nicht so tief in die Spanfläche einfrißt, wie bei der breiteren Spanfläche der Abb.
3. Im allgemeinen wird man die Breite der aus Hartmetall gebildeten Spanfläche etwa
5 mm wählen. Je schmaler die Fläche ist, desto geringer wird das Einfressen des
Spanes möglich sein. Um dem Werkzeug eine ausreichende Haltbarkeit und Festigkeit
zu geben, muß natürlich eine gewisse Mindestbreite dieser Fläche eingehalten werden.
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In den Abb. 5 bis 7 sind drei verschiedene, etwas voneinander abweichende
Werkzeuge bekannter Bauart gezeigt. Das Hartmeta11-plättchen 2 zeigt eine Schneidkante
5, und beim Nachschleifen der abgestumpften Schneidkante müssen die Freiflächen
6 und die Spanflächen 8 so nachgeschliffen werden, wie dies in der Abb. 2 dargestellt
ist.
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Die daneben befindlichen Abb. 8 bis io zeigen die Umgestaltung dieser
Werkzeuge gemäß der Erfindung. Hier verläuft die Spanflache 8 nur eine kurze Strecke
in der Ebene des Spanwinkels (in der Abb. 8 und io gleich o° und in der Abb. 9 gleich
Winkel y) und ist danach, und zwar in der größeren Längenausdehnung, nach dem Werkzeug
zu abgewinkelt. Diese abgewinkelte Begrenzungsfläche 16 bildet mit der Spanwinkelfläche
8
einen stumpfen Winkel B. Dieser Winkel richtet sich nach dem zu
bearbeitenden Werkstoff und nach dem zu erwartenden Verschleiß durch den abrollenden
Span und beträgt zwischen 130 bis 16o1.
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Bei den Ausführungen nach Abb. 5 und 8 beträgt der Spanwinkel o°,
so daß die Spanfläche horizontal in der gleichen Richtung des Schaftkörpers verläuft.
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Bei den Ausführungen nach den Abb. 6 und 9 ist die Spanfläche um den
Winkel y geneigt. Die Neigung beider Flächen ist die gleiche. Bei der Ausführungsart
gemäß der Erfindung nach Abb.9 ist die an die Spanwinkclfläche anschließende abgewinkelte
Begrenzungsfläche 16 nach dem Werkzeuginnnern geneigt, so daß sich beim Nachschleifen
nach der Abb. 3 eine restlose Ausnutzung der Hartmetallauflage ergibt.
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Die dritte Ausführungsform, in den Abb. 7 und fo dargestellt, zeigt
einen Spitzstahl, bei dem das Hartmetallplättchen in einer die Arbeit aufnehmenden
Sehneidspitze endet. Die Spanfläche verläuft bei beiden Ausführungen waagerecht
und der Spanwinkel ist o°. Gemäß der Erfindung besitzt die Abb. fo eine abgewinkelte
Begrenzungsfläche 16, die mit der Spanwinkelfläche den Winkel b bildet und beim
Nachschleifen eine restlose Ausnutzung der Hartmetallauflage gestattet, wie dies
in der Abb. 3 dargestellt ist.
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In den Abb. il und 12 sind noch umlaufende Werkzeuge für zerspanende
Bearbeitung von Werkstoffen dargestellt, und zwar in der Abb. i i ein Fräser in
der bisher üblichen Ausführungsform der Schneiden 37 und in der Abb. 12 ein Fräser
nach der Erfindung mit der Schneidenanordnung 38. Auch bei diesen Werkzeugen ergibt
sich beim N achschleifen eine erhebliche . Einsparung von Hartmetall. Die Erfindung
ist für Werkzeuge aller Art, anwendbar und kann mit Schneiden beliebiger Hartmetalle
oder auch aus Edelstahl ausgeführt «-erden.