NO329233B1 - Skjaereverktoy og drillinnsatser med sporstyringsgeometri - Google Patents

Description

Oppfinnelsens tekniske område og industrielle anvendelighet

Den foreliggende oppfinnelse er rettet mot materialskjæreverktøy og sponstyringsgeometri for materialskjæreverktøyene. Mer spesielt er den foreliggende oppfinnelse rettet mot en skjæreinnsats som har sponstyringsgeometri for forbedret spontilforming samti-dig som material fjernes fra arbeidsstykkene. Sponstyringsgeometrien for skjæringssat-sen styrer spontilformingen mens materialet fjernes fra et arbeidsstykke, noe som derved forhindrer sponfastklemming og skade på skjæreinnsatsen. Likeså omtales et skjæ-rever-ktøy med en slik sponstyringsgeometri.

Sponstyringsgeometrien i henhold til den foreliggende oppfinnelse er nyttig i en hvilken som helst anvendelse der det er ønsket å styre tilformingen og oppbrytingen av materi-alsponene fjernet fra et arbeidsstykke under skjæreprosedyrer, så som for eksempel drei-ing, fresing, avretting, tilforming, boring og rømming. Sponstyringsgeometrien i henhold til den foreliggende oppfinnelse er spesielt nyttig når inkludert på skjærekanten av et spissbor.

Oppfinnelsens bakgrunn

Spissbor er roterende skjæreverktøy som har en eller flere skjærekanter. Et spissbor innbefatter i alminnelighet en spissborinnsats sikret i en holder, men kan også tilvirkes i ett stykke. Spissborene som innbefatter en spissborinnsats og en holder, er mest almin-nelig brukt for boring av hull med diametere på 25 til 150 mm. Spissborene kan brukes til boring av metallarbeidsstykker, likeledes arbeidsstykker av andre materialer, så som tre og plast. Spissborene og visse andre skjæreverktøy innbefatter sponstyringsgeometri tilstøtende skjærekanten. Denne sponstyringsgeometrien forbedrer skjæreytelsen under skjæreprosedyrer som frembringer spon. Sponene tilformes under metallskjæring med prosessen vist i fig. 1. Skjærekanten 13 av skjæreverktøyet 10 beveger seg inn i arbeidsstykket 12 i den generelle retningen av pilen vist i fig. 1. Spon 11 tilformes av arbeidsstykket 12, slik at den fjernes i en tykkelse 18. Den innbyrdes bevegelse mellom skjæ-reverktøyet 10 og arbeidsstykket 12 under skjæringen trykker arbeidsstykkematerialet sammen i området 14 foran skjæreverktøyet 10 og foranlediger primær- eller skjærde-formasjon av arbeidsstykket, hvilken deformasjon begynner å tilforme sponen 11. Sponen 11 passerer deretter over skråflaten 16 av skjæreverktøyet 10 og utsettes for sekun-dærdeformasjon på grunn av skjæringen og glidingen av sponen 11 mot verktøyet 10. Sponen 11 brytes deretter opp bort fra arbeidsstykket 12 for å fullføre spontilformingen. De fysiske egenskapene til materialet som skal skjæres, og parameterne til skjæreprosedyren, innbefattende matingsrate, skjærehastighet, skjæredybde, skråvinkel, verktøyne-seradius, føringsvinkel, styrer primært spontilformingen. Spon kan tilformes i et mangfold former, fra lange, kontinuerlige metallstrimler som kan deformeres kraftig, eller i form av lange krøller til små fragmenter. Egenskapene til materialet som påvirker spontilformingen, innbefatter flytefasthet, skjærfasthet under trykkbelastning, hardhet, dukti-litet, likeledes andre egenskaper. For eksempel kan skjæring av sterkt duktile materialer innebære utstrakt plastisk deformasjon av sponene, noe som resulterer i lange kontinuerlige spon. Lengre spon forblir lenger i berøring med verktøyflaten for å bevirke frik-sjonsvarme oppbygging og termisk spenning på skjærekanten. Lange kontinuerlige spon er vanskeligere å fjerne fra snittet i arbeidsstykket, spesielt under skjæreprosedyrer, så som fresing eller boring av pregninger.

Skjæreparametere som påvirker spontilformingen, innbefatter føringsvinkel, skjære-kantgeometri, matingsrate, skjærehastighet og skjæredybde. Disse parameterne kan sty-res av maskinføreren for å påvirke spontilformingen. Sponene kan skilles fra arbeidsstykket på en av tre grunnleggende måter: de brytes opp av seg selv; de brytes opp mot skjæreverktøyet; eller de brytes opp mot arbeidsstykket. Maskinførere forsøker å balan-sere skjæreparameterne for å frembringe spon som er korte og selvoppbrytende. Spon av den type fjernes lett under skjæreprosedyren og skader verken arbeidsstykket eller skj æreverktøyet.

Visse materialer vil mest sannsynlig tilforme uønskede sponformer under skjæring. Rustfritt stål har for eksempel tilbøyelighet til frembringelse av kontinuerlige, lange krøllede spon som kan gi sponsammenpressing og økt kraftforbruk. En maskinførers styring av parameterne som påvirker spontilformingen, er følgelig av spesiell viktighet når disse materialene skjæres.

Slik som vist i fig. 2, omfatter tradisjonelle spissbor av to stykker i alminnelighet en holder 21 som har en fastklemmingsspalte 24 og en plateformet innsats 22 som kan sikres i fastklemmingsspalten 24. Spissboirnnsatsen 22 er sikret mot ben 27 og 28 på fest-klemmingsspalten 24 ved hjelp av minst en gjenget tapp 23. Hodet av den gjengede tappen 23 kan danne anlegg med en avfaset boring 25 i spissboirnnsatsen 22, og er sikret i en gjenget boring 30 i et ben 27 eller 28 på holderen 21. Spissboirnnsatsen 22 kan dannes med en sentreringsspalte 29 eller et utstikk som griper inn i et korresponderende element på holderen 21, noe som sikrer at spissboirnnsatsen 22 sentreres langs rotasjonsaksen 26 til holderen 21.

Fig. 3(a) og 3(b) fremviser den tradisjonelle spissborinnsatsen 22 i fig. 2. Spissborinnsatsen 22 er i alminnelighet plateformet og innbefatter et par skjærekanter 31. Skjærekantene 31 strekker seg radialt utover fra midtaksen 26 til spissboirnnsatsen 22 og er adskilt med 180° rundt midtaksen 26. Slik som bemerket over, brukes spissbor av to stykker mest vanlig til boring av forholdsvis store hull, i området på 25 til 150 mm i diameter. Spissbor av ett stykke som kombinerer skaftet og skjærekantene sammen i ett stykke, brukes typisk til boring av hull med mindre diametere.

Det finnes flere fordeler ved å bruke et spissbor istedenfor et tradisjonelt spiralbor for å danne en boring i et arbeidsstykke. Spissboret har mer massivt tverrsnitt enn sammen-liknbare spiralbor. Tilleggsfastheten dette bevirker er konsentrert langs en linje fra skjæ-repunktet mot skaftet i spissboret, og gir spissboret større motstand mot aksialtrykk på-ført under gjennomboring av arbeidsstykket. Tilleggsfastheten gir også spissboret en større evne til motståelse av det store momentet påført under rotasjonsskj æring av arbeidsstykket, og minimaliserer vibrasjon, avskalling på skjærekantene og borskade. Et standard spiralbor vil i tillegg sannsynligvis slites i en fremre tilspissing som også har tendensen til fremskaffelse av binding. De kortere skjærekantene av spissboret, hvilke kanter innbefatter en større bakre tilspissing, reduserer tendensen til binding.

Når spissboirnnsatsen i et spissbor av to stykker først slites, kan den erstattes mens holderen forblir på maskinverktøyet uten behovet for å tilbakestille sperrer, havarioppsett eller øke eller minske lengden av et boreoppsett. Spissboret kan også lettere forhånds-innstilles til bruk på automatiske og computernumerisk styrte maskinverktøy enn tradisjonelle spiralbor.

Spissboret har imidlertid også visse begrensninger. Slik som med alle materialfjerningsprosedyrer er styring av sponoppbryting og spontilforming betydelige faktorer for effek-tiviteten av skjæreprosedyren. Slik som sett i fig. 3(a) og 3(b), har et tradisjonelt spissbor en primær skjærekant 31 med dens korresponderende skråflate 32 for primær mate-rialfjeming fra arbeidsstykket. Et tradisjonelt spissbor innbefatter ikke noen sponstyringsgeometri av skråflaten 32. Tradisjonell utforming frembringer typisk spon som er like brede som skjærekantene, og gjør derfor styring av sponlengden vanskelig. De store sponene kan samles opp i boringen som tilformes og forårsake fastkiling av skjæreverk-tøyet i arbeidsstykket, for å øke kraftforbruket og resultere i svake boretoleranser og overdreven slitasje på skjæreverktøyet.

Forsøk er blitt gjort på å tilføye innslag mht. spontilformingsstyring for skjærekantene av spissborinnsatser. Fig. 3(c) illustrerer et enderiss av et spissbor 33 modifisert for å innbefatte innskjæringsspor 35 av slisstype i skjærekanten 36 av spissborbladet. Disse innskjæringssporene 35 av slisstype forhindrer tilformingen av spon som er like brede som skjærekanten. Dersom skjæreprosedyreparameterne er korrekt innstilt, er isteden de frembrakte sponene kun like brede som avstanden 37 mellom innskjæringssporene 35 av slisstype, fordi sponene er tilformet av de mange skjærekantene 36 mellom innskjæringssporene 35. Selv om sponene frembrakt av spissboret 33 i fig. 3(c) er mindre i bredde enn de frembrakt av spissboret 22 i fig. 3(a) og 3(b) kan sponene også ugunstig økes i lengde. Dette resultat skjer fordi tynne spon i alminnelighet mest sannsynlig vil deformeres og minst sannsynlig vil brytes opp når de berører veggen i boringen i arbeidsstykket, eller når de berører skjæreverktøyet. De lange sponene frembrakt av spissboret 33 kan også feste seg ti boret for å resultere i en ytterligere reduksjon i spontilformingsstyring.

Når et tradisjonelt spissbor betjenes, kan den borede boringen raskt bli fylt med spon. Overdreven sponfylling kan bevirke for tidlig slitasje og skade på boret, spesielt når dype boringer bores. Grunnet mangelen på sponstyring og tilsvarende tilforming og oppsamling av store spon krever boring med tradisjonelle spissbor større moment og aksialkrefter enn boring av boringer med tilsvarende størrelse med andre boreverktøyer, så som spiralbor. De lange sponene som tilformes under gjennomboring av arbeidsstykket, forblir i boringen og er tilbøyelig til å feste seg mot skjæreverktøyet og kile seg fast mellom skjæreverktøyet og arbeidsstykket, noe som derved bevirker økede radiale kref-ter, toleranseproblemer og øket kraftforbruk.

Videre kan det som eksempel på annen kjent teknikk nevnes US patent nr. 5,474,407 og 5,338,135.1 det første patentet vises at et boreverktøy for metallmaterialer omfatter en holder som har en aksial fastklemmingsspalte, i hvilken et plateutformet boreblad er satt inn og klemt mot et ben på fastklemmingsspalten ved hjelp av av en gjenget tapp. Gjengetappen er utstyrt med et hode og danner inngrep i en boring i borebladet likeså i en boring i benet. Midtaksen for benboringen er forskjøvet i forhold til midtaksen for borebladboringen. Det siste patentet omtaler et bor med et par skjærekanter som er an-ordnet ved posisjoner hovedsakelig ensartet anbrakt i periferisk avstand om dets rota-sjonsakse. Hver skjærekant har et første lineært skjæreområde og et andre lineært skjæreområde som begge er innrettet med hverandre på den samme rette linjen, og et buet skjæreområde som er lokalisert mellom det første og andre lineære skjæreområdet. Det buede skjæreområdet har et tredje lineært skjæreområde som strekker seg i en retning for å krysse det andre lineære skjæreområdet ved en fastsatt vinkel.

Et behov finnes således for et skjæreverktøy som har forbedret skjæreytelse, innbefattende forbedret sponstyring og sponoppbrytingsstyring, og som har en redusert tendens til fastkiling innenfor hullet i arbeidsstykket. Behovet finnes også for et skjæreverktøy som har forbedret spontilformingsstyring og sponoppbrytingsgeometri, og som vil danne spon med en gunstig størrelse og form under et bredt område av skjæreparametere, når brukt for å skjære et mangfold materialer.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse retter seg mot de ovennevnte behov ved å fremskaffe et skjæreverktøy og en skjæreverktøyinnsats med sponstyregeometri.

I et aspekt fremskaffes det således en skjæreverktøyinnsats som selektivt kan sikres til en holder, idet skjæreverktøyinnsatsen omfatter et legeme som innbefatter et fremre parti, et holdeparti som kan sikres til holderen og en midtakse; en første skjærekant avgrenset av det fremre partiet, idet den første skjærekanten strekker seg fra midtaksen mot en første kant av legemet, kjennetegnet ved at innsatsen omfatter et første konkavt sponspor avgrenset av en overflate av legemet tilstøtende den første skjærekanten, at det første sponsporet har en nedover hellende skråflate og en oppover hellende sponoppbrytingsflate, og at det første sponsporet innbefatter flere i avstand anbrakte langstrakte fremspring.

Videre fremskaffes det i et annet aspekt av oppfinnelsen et skjæreverktøy omfattende et skaftparti; et fremre parti; en midtakse; og en første skjærekant avgrenset av det fremre partiet, idet den første skjærekanten strekker seg fra midtaksen mot en første kant av

legemet, kjennetegnet ved at verktøyet omfatter et konkavt sponspor avgrenset med en overflate av det fremre partiet tilstøtende den første skjærekanten, at det første sponsporet har en nedover hellende skråflate og en oppover hellende sponoppbrytingsflate, og at det første sponsporet innbefatter flere i avstand anbrakte langstrakte fremspring.

Sponsporet kan strekke seg hovedsakelig parallelt med den tilstøtende skjærekanten og kan ha en bredde som er hovedsakelig konstant, eller en bredde som varierer langs lengden av sponsporet fra midtaksen mot den ytre kanten. Sponstyringsgeometrien i henhold til den foreliggende oppfinnelse innbefatter langstrakte fremspring innenfor sponsporet. Fremspringene fungerer for å dele opp det tilformede sponet i segmenter, likeledes bryte opp sponene langs deres lengde. Slik som brukt her henviser "langstrakt" til det faktum at fremspringene har en lengdedimensjon som er større enn en breddedi-mensjon.

Den foreliggende oppfinnelse er spesielt egnet til anvendelse som et spissbor. Et spissbor innbefatter typisk et generelt flateformet legeme med skjærekanter anbrakt på det fremre partiet. Et spissbor innbefatter også typisk to skjærekanter som er periferisk anbrakt i 180° fra hverandre på en V-formet skjærespiss på et fremre parti i boret. Et holdeparti i spissboret er avpasset for sikkert å feste bæreverktøyet til en verktøyholder i et maskinverktøy, eller direkte til maskinverktøyet. Spissboret i henhold til den foreliggende oppfinnelse har et sponspor tilstøtende og hovedsakelig parallelt med en skjærekant av boret. Sponsporet innbefatter to eller flere sponoppdelende fremspring. De sponoppdelende fremspringene og sponsporet besørger dobbeltfunksjonen med oppdeling av spon tilformet under materialfjerningsprosedyren langs deres lengde og bredde, for derved å hemme tilformingen av brede og/eller lange spon.

Motsatt løsningene fra de to patentene som er spesielt nevnt over, har altså den foreliggende oppfinnelse flere sponoppdelende fremspring som stikker ut fra sponsporet på borelegemet. Derved oppnås fordelaktig at fremspringene for sponoppdeling ikke kun virker sammen med sponsporet for å belaste de tilformede sponene langs deres lengde, men også gi belastning langs deres bredden. En slik kombinert virkning bidrar til å bryte opp sponene i korte segmenter og forhindrer således uønsket tilforming av lange spon.

Skjæreverktøyet og skjæreverktøyinnsatsen i henhold til den foreliggende oppfinnelse gir bedre maskineringsytelse, fordi spongeometrien i henhold til den foreliggende oppfinnelse brytes opp og deler de tilformede sponene opp i små segmenter. Sponoppdelingsfremspringene fungerer sammen med sponsporet for å forbedre sponoppbrytingsy-telsen og gi forsterket sponstyring under materialfjerningsprosedyrer, så som boring. Forbedret sponoppbrytingsytelse og sponstyring kan oppnås under et vidt spekter av skjæreforhold, og med et mangfold av arbeidsmaterialer.

Leseren vil forstå de forannevnte detaljer og fordeler med den foreliggende oppfinnelse, likeledes andre med gjennomgåelse av den etterfølgende detaljerte omtale av utførelser i henhold til oppfinnelsen. Leseren kan også innse slike ytterligere detaljer og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse ved bruk av oppfinnelsen.

Kortfattet omtale av tegningene

Innslagene og fordelene med den foreliggende oppfinnelse kan forstås bedre med henvisning til de vedføyde tegninger, i hvilke: Fig. 1 er et skjematisk riss som illustrerer en spontilformingsprosess under en materi alskjæreprosedyre; Fig. 2 er et perspektivriss av et tradisjonelt spissbor av to stykker innbefattende en spissborskjæreinnsats og en spissborinnsatsholder; Fig. 3(a) er et planriss av den tradisjonelle spissborskjæreinnsatsen i fig. 1; Fig. 3(b) er et enderiss av den tradisjonelle spissborskjæreinnsatsen i fig. 1; Fig. 3(c) er et enderiss av en tradisjonell spissborskjæreinnsats som har innskjæringsspor av slisstype anbrakt på skjærekanter i innsatsen; Fig. 4 er et perspektivriss av en utførelse av en spissborskjæreinnsats konstruert i henhold til den foreliggende oppfinnelse; Fig. 5 er et planriss av utførelsen av spissborskjæreinnsatsen vist i fig. 4 med streklinjer som angir overflateinnslag på den motsatte side av innsatsen; Fig. 6 er et sidehøyderiss av utførelsen av spissborskjæreinnsatsen vist i fig. 5 med streklinjer som angir visse innslag på innsatsen skjult i dette risset; Fig. 7 er et tverrsnittriss av et parti på utførelsen av spissborskjæreinnsatsen i fig. 5 tatt langs linjesegmentet VII-VII i fig. 5, hvilket riss viser plasseringen og formen av sponsporet og et sponoppdelingsfremspring;

Fig. 8 er et tverrsnittriss av et parti på utførelsen av spissborskjæreinnsatsen i fig. 5 tatt langs linjesegmentet VIII-VIE i retningen av pilene, og som viser plasseringen og formen av et sponoppdelingsfremspring; Fig. 9 er et fotografi av metallspon tilformet under boring av 200 HRB AISI 4140 stål ved hjelp av et tradisjonelt spissborskjæreinnsatsblad, slik som generelt fremvist i fig. 2 ved 850 RPM, og matingsrater på 115, 140,165 og 190 mm per minutt; Fig. 10 er et fotografi av metallspon tilformet under boring av 200 HRB AISI 4140 stål ved hjelp av spissborskjæreinnsatsen i henhold til den foreliggende oppfinnelse, slik som generelt fremvist i fig. 4 ved 850 RPM og borematingsrater på 115,140, 165 og 190 mm per minutt; Fig. 11 er et fotografi av metallspon tilformet under 1018 stål ved hjelp av en tradisjonell spissborskjæreinnsats, slik som generelt fremvist i fig. 2 ved 850 RPM og borematingsrater på 115, 140, 165 og 190 mm per minutt; og Fig. 12 er et fotografi av metallspon tilformet under boring av 1018 stål ved hjelp av spissborskjæreinnsatsen i henhold til den foreliggende oppfinnelse, slik som generelt fremvist i fig. 4 ved borematingsrater på 115,140,165 og 190 mm per minutt.

Detaljert omtale av utførelser i henhold til oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse fremskaffer skjæreverktøyer og skjæreverktøyinnsatser til skjæring av metaller og andre materialer, der verktøyene innbefatter en sponstyringsgeometri i sponsporet til verktøyet eller innsatsen. I en utførelse av den foreliggende oppfinnelse er oppfinnelsen et spissbor som har en sponstyringsgeometri innbefattende sponoppdelingsfremspring i sponsporet til skjærepartiet av verktøyet.

Slik som brukt her, er et skjæreverktøy et verktøy som har minst en skjærekant som drives for å rotere eller bevege seg på annen måte i forhold til arbeidsstykket, og som bringes til berøring med et arbeidsstykke for å fjerne material fra arbeidsstykket. Skjæ-reverktøyene innbefatter således for eksempel roterende skjæreverktøy som drives for å rotere. Slik som brukt her, er spon også stykkene av arbeidsstykkematerialet fjernet fra arbeidsstykket skjæreprosedyren. Slik som brukt her, vedrører i tillegg en sponoppbry-ter et innsnitt eller et spor i ytterflaten av et skjæreverktøy, og som vanligvis er hovedsakelig parallell med verktøyets skjærekant. Sponoppbryterne er utformet for å bryte opp kontinuiteten av sponene tilformet under skjæreprosedyren. Passende sponstyring oppnås når sponene fjernes fra arbeidsstykket i korte segmenter, sponene er selvoppbrytende, skjæreprosessen ikke forårsaker overdreven varmeoppbygging i skjæreverktøyet eller i arbeidsstykket og sponfastkiling minimaliseres. Passende sponstyring resulterer i minimalisert kraftforbruk nødvendig for å bryte opp eller deformere sponene etter de er tilformet og minimaliserer skaden på arbeidsstykket og/eller skjæreverktøyet, hvilken skade er resultat av tilformingen og/eller deformeringen av sponene.

Den foreliggende oppfinnelse er spesielt anvendelig ved boring av hull i metallarbeids-stykket. De enestående sponoppdelingsfremspringene i henhold til den foreliggende

oppfinnelse gir forbedret sponstyring over et bredt spekter av skjæreparametere og for et mangfold arbeidsstykkematerialer. Etter hvert som material fjernes fra veggen på innsi-den av det borede hullet, føres materialet inn i sponsporet og over sponoppdelingsfremspringene tilformet i sponsporet til skjæreverktøyet. Sponoppdelingsfremspringene både belaster sponene som dannes langs deres bredde, og fungerer sammen med sponoppbrytingsflaten til sponsporet for å bryte opp sponene i korte segmenter og hindre tilformingen av lange spon. De korte og smale sponsegmentene tilformet av skjæreverktøyet i

henhold til den foreliggende oppfinnelse, godtgjør den forbedrede sponstyringen som oppnås med et spissbor konstruert i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

En utførelse av skjæreverktøyet i henhold til den foreliggende oppfinnelse omtales nå i detalj med henvisning til fig. 4-8. Fig. 4 fremviser en spissborinnsats 40 konstruert i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Denne innsatsen er utformet for boring av alle typer metallarbeidsstykkematerialer. Innsatsen 40 ble tilvirket av et Stellram (Lavergne, Tennessee) kvalitet CFZ innenfor H81 substrat som har en basis sammensetning av hardmetall, slik som 12,5-13,5 vekt-% Co, 0,17-1,3 vekt-% Ti, Nb, Ta kombinert, og WC omfattende balansen. Innsatsen er belagt med TiN/TiCN/TiN flerlagsbelegning med metoden for kjemisk dampavsetnings(CVD)-teknikk. Denne Stellram-kvaliteten, omfattende substratet og belegning, gir hardhet og slitasjemotstand til spissboret. Andre skjæreinnsatser kan konstrueres av noe annet tilgjengelig material, avhengig av den spesielle anvendelsen av skjæreverktøyet, innbefattende Stellrams andre pulveriserte me-tallkvaliteter, slik som substrater belagt med for eksempel fysikalske dampavset-nings(PVD)-teknikker. Selv om kun en eneste utførelse av den foreliggende oppfinnelse omtales her, vil personen med ordinær erfaring innen området, etter å ha gjennomgått den foreliggende omtale, kunne tilpasse oppfinnelsen til andre materialskjæreanvendel-ser uten overdreven innsats. Det faktum at kun et begrenset antall utførelser presenteres her, skal således ikke anses som begrensende for omfanget av den foreliggende oppfinnelse.

Innsatsen 40 i henhold til den foreliggende oppfinnelse, fremvist i fig. 4, innbefatter flere sponoppdelingsfremspring 45. Innsatsen 40 kan forbindes med en tradisjonell verktøyholder på en måte liknende den tradisjonelle spissboirnnsatsen 22 fremvist i fig. 2. Den tradisjonelle innsatsen 40 innbefatter et par avfasede hull 47 for å sikre innsatsen 40 til bena 27 og 28 å den tradisjonelle verktøyholderen 21. Innsatsen 40 innbefatter også en sentreringsspalte 41 som kan danne anlegg med et korresponderende element, den tradisjonelle verktøyholderen 21, når de gjengede tappene er strammet i hullene 30 i hvert av verktøyholderbena 27 og 28. Denne konfigurasjonen muliggjør nøyaktig sentrering av innsatsen 40 med rotasjonsaksen 26 til verktøyholderen 21 og gir derfor større nøyaktighet ved boring av hull. Denne måten for sikring og sentrering av en boreinnsats på en skjæreverktøyholder beskrives mer fullstendig i US patent nr. 5,474,407, av hvilket hele redegjørelsen herved innlemmes her ved henvisning. Måten nevnt foran for sikring og sentrering av innsatsen 40 på en verktøyholder er kun for illustrerende formål og menes ikke skal begrense oppfinnelsen på noen måte. Personen med erfaring innen området vil lett forstå at innsatsen 40 kunne sikres og sentreres på en verktøyholder på flere alternative måter. En slik alternativ måte er å danne sentreringsutstikk på innsatsen, hvilke utstikk opptas i en spalte i verktøyholderen.

Igjen med henvisning til fig. 4 har innsatsen 40 et fremre parti 41 med en V-formet spiss som har et par skjærekanter. En enkelt skjærekant 49 vises i fig. 4, hvilken kant strekker seg radialt fra tverreggen 42 ved midtaksen til innsatsen 40 mot en kant av innsatsen 40. En andre kant er dannet på den motsatte ytterflate av innsatsen 40 (ikke vist i fig 4), hvilken kant er liknende utformet. Skjærekanten 49, og den andre skjærekanten av den motsatte ytterflate, er anbrakt i avstand med 180° rundt midtaksen til innsatsen 40. Primærrelieffet 48 gir klaring mellom den bakre overflaten av innsatsen 40 og arbeidsstykket som skal bores. Yttersiden av anleggsflaten 42 er buet med en diameter fra midtaksen til innsatsen 40, hvilken diameter er identisk med diameteren til hullet som skal bores i arbeidsstykket. Liknende skjærekanten 49 er radialkanten til innsatsen 40 dannet med radialrelieff 43 for å gi skjæreklaring mellom borebladinnsatsen 40 og innerveggen i boringen boret i arbeidsstykket. Primærrelieffet 48 og radialrelieffet 43 er forbundet med en hjørneradius 46.

Sponoppdelingsfremspringene 45 og sponoppbrytingskonfigurasjonen av innsatsen 40 beskrives nå mer detaljert med henvisning til fig. 4-8. Slik som best vist i fig. 7, er sponsporet 44 tilformet i overflaten av det fremre partiet 41 av innsatsen 40. Sponsporet 44 er generelt konkavt og har en skråflate 75 som skråner nedover fra skjærekanten 49, og en sponoppbrytingsflate 76 som skråner oppover mot overflaten 80 av innsatsen 40. Personen med erfaring innen området vil forstå at dette ikke er den eneste mulige konfigurasjonen av sponsporet brukt i den foreliggende oppfinnelse. Sponsporet 44 kunne ha for eksempel en flat skråflate, eller skråflaten kunne krumme seg med en varierende radius. Sponsporet 44 kunne, som del av sponoppbrytingskonfigurasjonen, bygges inn i et skjæreverktøy, variere i størrelse og stil for å oppfylle spesielle materialfjerningsan-vendelser. Den generelle utformingen av sponsporet kunne varieres basert på materialet i arbeidsstykket, skjærehastigheten, skjæretoleransene, dybden av hullet som skal bores, og diameteren av hullet som skal bores. Parameterne som definerer sponsporet 44, slik som vist i detalj på fig. 7, er for eksempel lengden av den eventuelle anleggsflaten 70, skråvinkelen 71, bredden 72 av sponsporet, dybden 73 av sporet, høyden 74 av bakveg-gen av sponoppbrytingsflaten hevet over skjærekanten. Alle disse parameterne kan varieres på det samme skjæreverktøyet og fra et skjæreverktøy til et annet. Dybden 73 av sponsporet kan for eksempel ved dens senter være større eller mindre enn dybden av sponsporet ved en radial kant av skjæreverktøyet. Den spesielle utformingen av sponsporet 44 vist i de vedføyde tegninger er således kun gitt som eksempel og skal ikke anses som begrensende for rammen av den foreliggende oppfinnelse.

Igjen med henvisning til fig. 4 innbefatter innsatsen 40 tre i jevn avstand anbrakte sponoppdelingsfremspring 45 som stikker frem fra overflaten av sponsporet 44. Denne spesielle utformingen og plasseringen av fremspringene ble valgt for å frembringe spen-ninger langs bredden av sponene som tilformes ved intervaller som bistår sponoppbry-tingen fra arbeidsstykket. Antallet, avstanden og formen av fremspringene kan variere og er ikke begrenset til de vist i de vedføyde tegningene. Antallet sponoppdelingsfremspring kan for eksempel spenne fra minst to til ti eller flere, avhengig av diameteren og tykkelsen av boreinnsatsen, materialet i konstruksjonen til arbeidsstykket eller andre betraktninger. Sponoppdelingsfremspringene kan dannes i en hvilken som helst størrel-se og/eller form, slik som den langstrakte formen av fremspringene 45, og er fortrinns-vis, men ikke nødvendigvis, anbrakt i jevn avstand. I alminnelighet er sponoppdelingsfremspringene konstruert på sponsporet til en spissborinnsats. En slik utforming gir bedre sponstyring, jevnere boreprosess, mindre tendens til sponfastkiling og således lengre verktøylevetid for et bredt spekter av arbeidsmaterialer.

Et tverrsnittriss av et fremspring 45 på innsatsen 40 i henhold til den foreliggende oppfinnelse fremvises i fig. 8. Formen og størrelsen av sponoppdelingsfremspringene kan utformes for å innbefatte en avrundet topp 81. Den nedover koniske skråningen 82 av fremspringet 45 strekker seg mot overflaten av sponsporet 44. Toppen 81 kan strekke seg hovedsakelig over sponsporet 44, fra den nedover hellende skråflaten 75 av sponsporet 44, tilstøtende anleggsflaten 70, mot den oppover hellende sponoppbrytingsflaten 76 av sponsporet 44. Fremspringene 45 behøver ikke å utformes med avrundede topper, og kan også utformes med for eksempel tilspissede topper med rette sider som strekker seg mot bunnen av sponsporet 44. Ved betraktning av den foreliggende omtale vil personen med ordinær erfaring være i stand til å finne frem til andre passende former av sponoppdelingsfremspringene i henhold til den foreliggende oppfinnelse uten overdreven innsats.

Fig. 9 og 11 er fotografier av metallspon frembrakt ved boring gjennom arbeidsstykker ved hjelp av en tradisjonell spissborskjæreinnsats som har utformingen generelt vist i fig. 2, 3(a) og 3(b). Fig. 10 og 12 er fotografier av metallspon dannet ved hjelp av en spissborinnsats konstruert i henhold til den foreliggende oppfinnelse, og slik som fremvist i fig. 4-8. Tester mht. sponskjæretilforming ble utført over et område av borematingsrater med rotasjonshastigheten av skjæreverktøyet holdt konstant ved 850 rpm.

Testene ble utført ved hjelp av arbeidsstykker av to ulike konstruksjonsmaterialer, 4140 karbonstål og 1018 karbonstål, som typiske materialer, noe som er utstrakt brukt i in-dustrien. Slik som angitt i fig. 9-12 ble testene utført ved borematingsrater på 115,140, 165 og 190 mm per minutt (0,13, 0,16, 0,19 og 0,22 mm per omdreining). De resulte-rende sponene ble samlet opp og sammenliknet som bevis for sponstyringen besørget av hver av spissborinnsatsene for hvert sett skjæreparametere og valgte arbeidsstykkematerialer.

Fig. 9 og 10 er fotografier av metallspon fjernet fra hull boret i arbeidsstykker av 4140 karbonstål. 4140 stål er gjennomherdet krom-molybden karbonstål som ikke utsettes for anløpningssprøhet og anbefales til drift med tung belastning. 4140 karbonstål benyttes typisk i anvendelser til gir, aksler, maskinverktøydeler og liknende anvendelser. Fig. 9 fremviser spon frembrakt ved boring av et arbeidsstykke konstruert av 4140 karbonstål med det tradisjonelle spissboret vist i fig. 2, 3(a) og 3(b). Fig. 9 kan sammenliknes med fig. 10 som fremviser spon tilformet ved boring av et liknende arbeidsstykke konstruert av 4140 karbonstål med en utførelse av spissborskjæreinnsatsen i henhold til den foreliggende oppfinnelse vist i fig. 4-8. Det vil være åpenbart av en sammenlikning av fig. 9 og 10 at sterkt forbedret sponstyring oppnås med den foreliggende oppfinnelse. Sponene tilformet ved bruk av den foreliggende oppfinnelse brytes opp i betydelig mindre segmenter, er mindre krøllet og viser betydelig mindre deformasjon enn sponene frembrakt av den tradisjonelle spissborskjæreinnsatsen. Spon av formen frembrakt med spissborskjærebladet i henhold til den foreliggende oppfinnelse fjernes ved alle matingsrater av ytelsestesten enklere fra hullet som bores, og vil ikke forårsake sponfastkiling eller resultere i økt kraftforbruk på grunn av spontilstopping enn sponene tilformet med den tradisjonelle spissborskjæreinnsatsen. Det økede kraftforbruket som kreves for å tilforme sponene vist i fig. 9 er et resultat av energien som kreves for å deformere sponene i de uregelmessige formene frembrakt ved alle borematingsratene av ytelsestesten.

Det vil også være åpenbart av boreytelsestesten at spissborbladet i henhold til den foreliggende oppfinnelse gir større sponstyring over spekteret av testede matingsrater. Den tradisjonelle spissboirnnsatsen frembrakte spon med større omskiftelighet når det bores gjennom 4140 karbonstål gjennom hele spekteret av matingsrater. Sponkonfigurasjonene varierte fra lange spiraler til flere ganger brettede deformerte former. Dette indikerer at den testede tradisjonelle innsatsen gir et begrenset spekter av anvendelighet. De vrid-de og brettede formene indikerer vanskeligheter ved uttømming av sponene som resulterer i spontilstopping, sponfastkiling og økt kraft forbruk under boreprosedyren. Sponene frembrakt ved bruk av skjæreinnsatsen i henhold til den foreliggende oppfinnelse for-mes mer ensartet og brytes opp i korte segmenter ved alle matingsrater av ytelsestesten. Det kan forstås av fotografiene at sponstyringen for skjæreinnsatsen i henhold til den foreliggende oppfinnelse forbedres over spekteret av testede matingsrater i boreytelsestesten. Innsatsen i henhold til den foreliggende oppfinnelse gir således et mer allsidig skjæreverktøy enn den tradisjonelle innsatsen.

Enda mer dramatiske resultater fremvises i fig. 11 og 12, fig. 11 og 12 er fotografier av sponene fjernet fra hull boret i arbeidsstykker konstruert av 1018 karbonstål. 1018 er en betegnelse for karbonstål med et relativt høyt manganinnhold (0,60-0,90%) og som gir øket herdbarhet ved alle anvendelser. 1018 karbonstål benyttes typisk i maskineribe-standdeler, karboniserte bestanddeler, kjede og kjedehjulanvendelser og liknende anvendelser. Fig. 11 viser formene av spon tilformet med boring av et arbeidsstykke konstruert av 1018 karbonstål ved hjelp av det tradisjonelle spissboret vist i fig. 2, 3(a) og 3(b). Fig. 11 kan sammenliknes med fig. 12 som viser formene av spon tilformet med boring av et liknende arbeidsstykke konstruert av 1018 karbonstål ved hjelp av en skjæreinnsats konstruert i henhold til den foreliggende oppfinnelse, slik som generelt vist i fig. 4-8. Det kan igjen klart forstås av disse figurene at sponkonfigurasjonene tilformet ved hjelp av skjæreinnsatsen i henhold til den foreliggende oppfinnelse brytes opp i mindre lengder, er mindre krøllet og betydelig mindre deformert enn sponformene tilformet ved bruk av den tradisjonelle spissborinnsatsen. Det vil også klart forstås at fig. 11 og 12 tydelig viser at over et spekter matingsrater gir skjæreinnsatsen i henhold til den foreliggende oppfinnelse forbedret sponstyring over et bredt spekter av skjæreparametere.

Selv om den foreliggende oppfinnelse er blitt omtalt i forbindelse med en viss utførelse vil personer med ordinær erfaring innen området, ved gjennomgåelse av den foranstående beskrivelse, erkjenne at mange modifikasjoner og variasjoner av oppfinnelsen kan benyttes. Alle slike variasjoner og modifikasjoner av den foreliggende oppfinnelse menes å dekkes av den foranstående beskrivelse og de etterfølgende patentkrav.

Claims (33)

1. Skjæreverktøyinnsats som selektivt kan sikres til en holder, idet skjæreverktøyinnsatsen (40) omfatter et legeme som innbefatter et fremre parti (41), et holdeparti som kan sikres til holderen og en midtakse; en første skjærekant (49) avgrenset av det fremre partiet (41) , idet den første skjærekanten (49) strekker seg fra midtaksen mot en første kant av legemet, karakterisert ved at innsatsen omfatter et første konkavt sponspor (44) avgrenset av en overflate av legemet tilstøtende den første skjærekanten (49), at det første sponsporet (44) har en nedover hellende skråflate (75) og en oppover hellende sponoppbrytingsflate (80), og at det første sponsporet (44) innbefatter flere i avstand anbrakte langstrakte fremspring (45).

2. Skjæreverktøyinnsats ifølge krav 1, karakterisert ved at innsatsen er generelt plateformet.

3. Skjæreverktøyinnsats ifølge krav 2, karakterisert ved at en ytre begrensning på det fremre partiet av innsatsen er generelt V-formet.

4. Skjæreverktøyinnsats ifølge krav 3, karakterisert ved en andre skjærekant avgrenset av det fremre partiet, at den andre skjærekanten strekker seg fra midtaksen mot en andre kant av legemet, og at den andre skjærekanten er posisjonert 180° fra den første skjærekanten rundt midtaksen.

5. Skjæreverktøyinnsats ifølge krav 3, karakterisert ved et andre konkavt sponspor avgrenset med en overflate av legemet tilstøtende den andre skjærekanten, at det andre sponsporet har en nedover hellende skråflate og en oppover hellende sponoppbryting, og at det andre sponsporet innbefatter flere i avstand anbrakte langstrakte fremspring.

6. Skjæreverktøyinnsats ifølge krav 4, karakterisert ved at den første skjærekanten og den andre skjærekanten avgrenser ben på det generelt V-formede fremre partiet av innsatsen.

7. Skjæreverktøyinnsats ifølge krav 1, karakterisert ved at den første skjærekanten (49) er skilt fra det første sponsporet med en anleggsflate (70) avgrenset av det fremre partiet.

8. Skjæreverktøyinnsats ifølge krav 1, karakterisert ved at minst ett av fremspringene (45) er generelt ovalformet.

9. Skjæreverktøyinnsats ifølge krav 1, karakterisert ved at hvert fremspring (45) er hovedsakelig perpendikulært med en langsgående akse for det første sponsporet (44).

10. Skjæreverktøyinnsats ifølge krav 1, karakterisert ved at hvert fremspring (45) strekker seg hovedsakelig over det første sponsporet (44).

11. Skjæreverktøyinnsats ifølge krav 1, karakterisert ved at hvert fremspring (45) innbefatter en avrundet øvre overflate (81).

12. Skjæreverktøyinnsats ifølge krav 1, karakterisert ved at to til ti av fremspringene (45) er innbefattet i det første sponsporet (44).

13. Skjæreverktøyinnsats ifølge krav 1, karakterisert ved en minst delvis avfaset boring (47) avgrenset gjennom holdepartiet av legemet.

14. Skjæreverktøyinnsats ifølge krav 1, karakterisert ved at legemet består av hardmetallmaterial.

15. Skjæreverktøyinnsats ifølge krav 12, karakterisert ved en lokaliseringsspalte avgrenset med holdepartiet av legemet.

16. Skjæreverktøyinnsats ifølge krav 1, karakterisert ved at skjæreverktøyet er et bor.

17. Skjæreverktøyinnsats ifølge krav 16, karakterisert ved at boret er et spissbor.

18. Skjæreverktøy omfattende et skaftparti; et fremre parti (41); en midtakse; og en første skjærekant (49) avgrenset av det fremre partiet (41), idet den første skjærekanten strekker seg fra midtaksen mot en første kant av legemet, karakterisert ved at verktøyet omfatter et konkavt sponspor (44) avgrenset med en overflate av det fremre partiet (41) tilstøtende den første skjærekanten (49), at det første sponsporet (44) har en nedover hellende skråflate (75) og en oppover hellende sponoppbrytingsflate (80), og at det første sponsporet innbefatter flere i avstand anbrakte langstrakte fremspring (45).

19. Skjæreverktøy ifølge krav 18, karakterisert ved at det fremre partiet (41) er generelt plateformet.

20. Skjæreverktøy ifølge krav 19, karakterisert ved aten ytre begrensning av det fremre partiet (41) er generelt V-formet.

21. Skjæreverktøy ifølge krav 18, karakterisert ved en andre skjærekant avgrenset av det fremre partiet, at den andre skjærekanten strekker seg fra midtaksen mot en andre kant av det fremre partiet, og at den andre skjærekanten er posisjonert 180° fra den første skjærekanten rundt midtaksen.

22. Skjæreverktøy ifølge krav 19, karakterisert ved at den første skjærekanten og den andre skjærekanten avgrenser ben på den V-formede ytre begrensningen av det fremre partiet.

23. Skjæreverktøy ifølge krav 22, karakterisert ved et andre konkavt sponspor avgrenset med en overflate av legemet tilstøtende den andre skjærekanten, at det andre sponsporet har en nedover hellende skråflate og en oppover-hellende sponoppbrytingsflate, og at det andre sponsporet innbefatter flere i avstand anbrakte langstrakte fremspring.

24. Skjæreverktøy ifølge krav 18, karakterisert ved at den andre skjærekanten er skilt fra sponsporet (44) med en anleggsflate avgrenset av det fremre partiet.

25. Skjæreverktøy ifølge krav 18, karakterisert ved at minst ett av fremspringene (45) er generelt ovalformet.

26. Skjæreverktøy ifølge krav 18, karakterisert ved at hvert fremspring (45) er hovedsakelig perpendikulært med en langsgående akse til det første sponsporet.

27. Skjæreverktøy ifølge krav 18, karakterisert ved at hvert fremspring (45) er hovedsakelig perpendikulært med den første skjærekanten (49).

28. Skjæreverktøy ifølge krav 18, karakterisert ved at hvert fremspring (45) strekker seg hovedsakelig over det første sponsporet (44).

29. Skjæreverktøy ifølge krav 18, karakterisert ved at hvert fremspring (45) innbefatter en avrundet øvre overflate (18).

30. Skjæreverktøy ifølge krav 18, karakterisert ved at to til ti av fremspringene (45) er innbefattet i det første sponsporet (44).

31. Skjæreverktøy ifølge krav 18, karakterisert ved at det fremre partiet (41) består av et hardmetallmaterial.

32. Skjæreverktøy ifølge krav 18, karakterisert' ved at skjæreverktøyet er et bor.

33. Skjæreverktøy ifølge krav 18, karakterisert ved at skjæreverktøyet er et spissbor.