NO871088L - Roterbart sponavhevende verktoey. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et roterbart sponavhevende verktøy, særlig bore-, frese- og/eller slipeverktøy, med verktøy-legemer med utpreget lengdeutstrekning i retning av rotasjonsaksen henholdsvis hovedaksen og med hårdmetall eller hårdstoff, samt med minst et, fortrinnsvis i en vinkel forskjellig fra 0° i forhold til aksen, særlig omtrentlig i vindelaktig forløpende spor på yttersiden og minst et i samsvar med sporet forløpende og med minst en egg forsynt steg, samt med minst en kanal for føring av et strømmende medium, hvilken kanal i hovedsaken går på langs gjennom verktøylegemet.

I forbindelse med rasjonalisering og automatisering av den sponavhevende metallbearbeidel se, hvor det for stadig vanskeligere bearbeidelsesoppgaver stilles stigende krav til verktøyene, såsom lengre levetid og høyere arbeidshastighet, benyttes det i stigende grad bore-, frese- og slipeverktøy fremstilt av sintret massiv-hånrdmetall eller- hårdstoff. Slike verktøy anvendes eksempelvis for utforming av henholdsvis for bearbeidelse av dype hullboringer i emner av høyfaste legeringer. I verktøyet vil det herunder ofte opptre temperaturer langt over 600°C. For oppnåelse av høy borsynk, og særlig for å fremme sporfJerningen fra de dype borhullene, er borene forsynt med en sentral kanal for spylemiddeltil-førsel. Fra denne sentrale kanal går det i nærheten av borets fremre ende ut flere i borenden munnende grenkanaler hvori-gjennom spylemiddelet kan bringes frem til arbeidsstedet. Fremstillingen av slike bor kan i hovedsaken skje ved at det ved hjelp av mekanisk eller isostatisk pressing med utgangspunkt i et hårdmetallsintergranulat tilveiebringes et råemne med denn ønskede dimensjon. Etter en forsintring innarbeides det eksempelvis ved hjelp av diamantslipeskiver ytterspor med et ønsket, eksempelvis vindelaktig forløp. Det bores også ut en spylemiddelkanal. Deretter foretas en avsluttende sintring med etterfølgende sluttbearbeidelse, særlig for utforming av vindeleggene.

Utførelsen av boringen er krevende og blir stadig vanskeligere og mer unøyaktig med økende borlengde og dermed forbundet kjølekanallengde. Det er naturligvis mulig å foreta utboring i det forsintrerte formlegeme i fra begge endesider, men i praksis vil man da ikke kunne oppnå en nøyaktig innretting av de to borepartier. Dette unøyaktige møtested i kanalen hindrer spylemiddelstrømmen og gir trykktap.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe et verktøy som nevnt innledningsvis, ved hvilket verktøy man unngår en av fremsti 11ingsmetoden betinget begrensning av lengden, samtidig som fremstillingen skal være mindre krevende.

Oppfinnelsen vedrører således et roterbart sponavhevende verktøy, særlig bore-, frese- eller slipeverktøy av den innledningsvis nevnte type, og verktøyet er kjennetegnet ved at det i et av en aksen inneholdende innerdel og av minst en med innerdelen i hovedsaken over hele lengden flate-sinter-forbundet ytterdel med i det minste et radielt ytre stegområde, er det i området ved sinterforbandet mellom de nevnte deler anordnet minst en i hovedsaken i samsvar med stegets, fortrinnsvis vindelaktige, forløp forløpende kanal, idet dens vegg i hovedsaken over hele sin utstrekning delvis dannes av innerdelen og forøvrig dannes av ytterdelen. Ved en slik bor, fres eller lignende, bestående av to med hverandre integrert ved hjelp av flate-sinterforband over i hovedsaken hele lengden forbundne inner- og ytterdel henholdsvis ytterdeler, oppnås den fordel at verktøyet ikke er begrenset i lengden. Videre er kanal tverrsnittet mer varierbart. Dersom det forefinnes flere steg med egger så kan hvert av disse steg ha en tilordnet, i samsvar med stegets forløp forløpende kanal, hvorved det oppnås et høyere totaltverrsnitt og dermed også større spylemiddelgjennomgang, med samtidig bedring av sponfJerningen. Videre kan det oppnås en nøyaktig kjøling av vindlene og eggene over hele lengden innenifra, og man oppnår dessutenden fordel at hver kanal vil kunne munne ut på et ønsket sted på verktøyets endeside, altså eksempelvis ved bor mellom borets spiss og borets omkrets, slik at det kan oppnås optimale plasseringer av spylemediumutløpene. Som følge av den nøyaktige kjøling av eggene kan skjærnastigheten og borsynken økes betydelig. Det er ikke lenger nødvendig med den krevende boring på langs gjennom det forsintrede verk-tøylegeme. Som følge av den kanalen i hvert steg omsluttende integrerte forbindelse mellom innerdelen og en eller flere ytterdeler, som i det minste innbefatter radielt sett ytre stegområder, oppnås dessuten en slags sandwich-struktur virkning, hvorved den fra lange verktøy kjente tendens til vibrasjon vil være vesentlig redusert, også ved høye turtall, slik at det således muliggjøres større lengder og større nøyaktighet for boringene. Som følge av den todelte utforming av verktøylegemet kan kanalene ha en hvilken som helst ønsket, til vindlene tilpasset stigning og spiralvinkel. En ytterligere fordel er at ved ettersliping av boret vil man ikke være underkastet noen begrensninger, fordi kanalene over hele lengden vil være anordnet i samme avstand fra rotasjonsaksen.

Med hesnyn til sinterforbindelsen skal det nevnes at det fra DE-OS 28 10 746 er kjent avlange hårdmetallegemer bygget opp av sinterforbundne kjerne- og mantellegemer.

Det nye verktøy kan fremstilles på en enkel måte dersom kanalen anordnes slik at den strekker seg langs en akseparallell sylindrisk sinterforbandflate mellom innerdel og ytterdel.

Dersom, som foretrukket, den av ytterdelen dannede del av kanalveggen tilsvarer sinterforbandflaten mellom innerdel og ytterdel, vil man til tross for tilstedeværelsen av en kanal ikke få noen materialsvekninger i stegets eller stegenes yttterdeler, hvor verktøyet er underkastet sterke mekaniske påkjenninger.

For oppnåelse av høy stabilitet mot svingninger, og for å ta hensyn til de uklike påkjenninger på verktøy-yttersiden og i verktøykjernen, kan det fordelaktig sørges for at de sinterforbundne inner- og ytterdeler har ulik kjemisk sammensetning og/eller oppviser ulike fysikalske egenskaper. Således kan eksemeplvis innerdelen være utført av et seigere sinterhårdmetall, eksempelvis K 20, mens ytterdelen kan være av et mer slitasjefast sinterhårdmetall K 10, begge ifølge IS0-recommandation R 513 1, november 1966.

I tillegg til den bedre forsyning av verktøyet med spyle-middel vil i dette tilfelle verktøyets radielt sett ytre område ha en høyere sl itasJefasthet enn innerdelen, idet innerdelen gir høyere seighet.

Det skal i tillegg bemerkes at kanalene kan ha avsnitt med ulike forløp. Således kan de ha vindelaktig forløp i området til vindlene,, eggene eller lignende, mens de i verktøy-skaftet kan ha et akseparallelt forløp langs sinterforband-flanten.

En foretrukken fremgangsmåte til fremstilling av verktøyet ifølge oppfinnelsen består i at det av hårdmetallgranulat ved hjelp av, eventuelt isostatisk, pressing og etterfølgende forsintring dannes et fortrinnsvis rotasjonssymmetrisk innerdel-formlegeme og et ytterdel-formlegeme, med en til innerdel-formlegemets yttermantel dimensjonsmessig tilsvarende utsparing, at det i innerdel-formlegemets mantel, i samsvar med et ønsket, eksempelvis vindelaktig, forløp av en kanal for et flytende medium, utformes minst et spoor, en renne eller lignende, at innerdel, formlegemet anordnes i ytterdel-formlegemet, med sin ytterside fortrinnsvis i full flatekontakt med ytterdel-formlegemets innside, og at de to legemer materialforbindes med hverandre ved hjelp av sintring, med etterfølgende sluttbearbeidelse. Ved en slik fremstilling erstattes den hittil krevende boring gjennom et forsintret formlegeme av envesentlig enklere utforming av et i samsvar med det ønskede kanalforløp forløpende spor på innerdel-formlegemets ytterflate, noe som kan skje uten problemer på en automatisk måte. Fortrinnsvis kan grupper av ved siden av hverandre forløpende kanaler utformes når boringen har mer enn en vindel. Den etter ferdigsintringen foretatte utforming av ytter sporene, med utforming av borvindlene henholdsvis de eggbærende steg i en fres, kan skje med en slik dybde at sporbunnen går inn i innerdelen. For det tilfelle at yttersporene skal ha en liten dybde og ikke gå inn i innerdelen, kan man også gå frem på den måten at det i det forsintrede ytterdel-formlegeme, dvs. i dets mantel, utformes tilsvarende spor før sammensettingen, slik at det etter sintringen bare vil være nødvendig med en etterarbeidelse av sporene og en sliping av eggene.

For å oppnå en særlig også i området ved kanalen eller kanalene fullstendig sinterforbindelse er det særlig fordelaktig før forsintringen av innerdel-formelegemet å presse dette, særlig isostatisk, med et trykk som er minst 20$ og fortrinnsvis 30-100$ høyere enn det presstrykk som benyttes ved dannelsen av ytterdel-formlegemet. Man utnytter da forskjellen i krymping mellom innerdel og ytterdel under fremstillingen av verktøy-formlegemet. Svinnet eller krymp-ingen i ytterdelen vil være kraftigere, som følge av det lavere pressetrykk, og det oppnås således en slags innkrym-ping av innerdelen, med dannelse av en høytett sinterforbindelse mellom de anliggende delflater. Holder man seg innenfor de nevnte grenser så oppnås et meget sikkert sinterforband, samtidig som man i kanalveggen oppnår en glatt forbindelse uten spalter ved skjøtstedene mellom innerdel og ytterdel.

Eksempel:

Av en hårdmetall-sinterpulverblanding med sammensetningen 6,3 vekt-# Co, restWC + 2,5 vekt-# (TiTaNb)C-gJennomsnitts-kornstørrelse 1 jjm, ble det ved hjelp av isostatisk pressing med et trykk på 1800 bar utformet et formlegeme som ble forsintret en time etter en 11 timers oppvarming til ca. 750°C. Av dette formlegeme ble det utformet 180 mm langt, omtrentlig synlindrisk innerdel-formlegeme med en diameter på 11,0 mm. Dette formlegemes mantelflate ble forsynt med tre spor med omtrent halvsirkelformede tverrsnitt med radius

1,1 mm. Sporene ble utformet med utgangspunkt i tre i innbyrdes like vinkelavstander plasserte steder på ende-flatene og ble utformet med 30° stigningsvinkel.

Av et med i hovedsaken samme sammensetning tilveiebragte granulat med en gjennomsnittskornstørrelse på 0,7 pm ble det ved hjelp av isostatisk pressing med 1000 bar, etterfølgende forsintring under de foran beskrevne betingelser, og etter-følgende bearbeidelse, tilveiebragt en 180 mm lang hulsyl-indrisk formlegemehylse med en innerdiameter på 11,1 mm og med en ytterdiameter på 22,2 mm. Det med de tre kanalspor forsynte innerdel-formlegeme ble innførti ytterdel-hylsens hulrom og det slik sammensatte legeme ble etter 10 timers oppvarming ved 1450°C sintret en time, under et trykk på

0,1 mbar. Det derved frembragte bor-formlegeme hadde en lengde på 14,4 mm og en diameter påå 17,5 mm. I yttermantelen ble det på respektive steder mellom de tre på forhånd i sinter legemet utformede kjølekanaler uttatt vindelspor. Deretter ble eggene slipt og bordet kappet til ønsket lengde. Det på denne måten oppnådde bor muliggjør en gjennomsnittlig øking av borfremføringshastigheten på 1,4 sammenlignet med et lignende bor med konvensjonell kjølekanal med diameter 2 mm og med to avgreningskanaler i borspissen, fremstilt av en sintermetallgranulatblanding som for ytterdelen i det ovenfor beskrevne bor, og forøvrig under like betingelser og ved boring i grått støpestål.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til tegningen.

I det skjematiske riss er det med stiplede linjer antydet et borlegeme 1 ifølge oppfinnelsen, slik dette ser ut før de utvendige vindelspor 7 er utformet. Borlegemet 1 er oppbygget av en aksel a oppvisende sylindrisk innerdel 2 og en ytterdel 3 som omgir innerdelen som en hylse. Begge deler er fremstilt av sinterhårdmetal 1 . Delene er enhetlig forbundne med hverandre ved hjelp av et ekte sinterforband 23 mellom innerdelens 2 ytterflate 2 og innerflaten 30 i ytterdelens 3 hulrom. På endeflaten til borlegemet 1 er det vist hvordan det i innerdelens 2 ytterflate 20 med like vinkelavstander a er uttatt tre i tverrsnittet omtrent halvsirkelformede spor med her i hovedsaken vindelaktige forløp, idet sporveggen 72 dannes av innerdelen 2. Den resterende del 73 av veggen 71 i de respektive lukkede kanaler 7 dannes av ytterdelens 3 innerflate 30 og har samme krumming som denne. Med fullt opptrukne linjer er det vist hvordan i ytterdelen 3 utformede spor 35 går ut i fra borets endeside etter ferdigsintrer-ingen. I dette tilfelle strekker sporbunnene seg inn i innerlegemet 2. De dannede steg 5 med egger 50 har samme forløp som kanalene 3 inne i hårdmetall-boret.

Claims (6)

1. Roterbart sponavhevende verktøy, særlig bore-, frese-og/eller slipeverktøy, med et verktøylegeme med utpreget lengdeutstrekning i retning av rotasjonsaksen eller hovedaksen og med hårdmetall eller hårdstoff, hvilket verktøy-legeme har minst et fortrinnsvis i en vinkel forskjellig fra 0° relativt aksen, særlig vindelaktig forløpende spor på yttersiden, minst et med minst en egg utført steg med samme forløp som sporet, og minst en kanal for et strømningsmedium, hvilken kanal i hovedsaken går gjennom verktøylegemet i dets lengderetning, karakterisert ved at det i et av en aksen (a) inneholdende innerdel (2) og av minst en med innerdelen i hovedsaken over hele lengden flate-sinterforbundet ytterdel (3) med i det minste et radielt ytre stegområde (5), er det i området ved sinterforbandet (23) mellom de nevnte deler (2,3) anordnet minst en i hovedsaken i samsvar med stegets (5), fortrinnsvis vindelaktige forløp forløpende kanal (7), idet kanalens vegg (71) i hovedsaken over hele sin utstrekning delvis ((72) dannes av innerdelen (2) og forøvrig (72) dannes av ytterdelen (3).

2. Verktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at kanalen (7) er anordnet forløpende langs en akseparallell sylindrisk sinterforbandflate (23) mellom innerdel (2) og ytterdel (3).

3. Verktøy ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den av ytterdelen (3) dannede del (73) av veggen (71) i kanalen (7) tilsvarer flaten (23) i sinterforbandet mellom innerdel (2) og ytterdel (3).

4. Verktøy ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved at det enhetlige verktøylegeme (1) dannes av sinterforbundne inner- og ytterdeler (2,3) av sinterhårdmetaller som har ulik kjemisk sammensetning og/eller ulike fysikalske egenskaper.

5. Fremgangsmåte til fremstilling av et verktøy eller verktøy-legeme ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at det av hårdmetallgranulat ved hjelp av, eventuelt isostatisk, pressing og etterfølgende forsintring dannes et fortrinnsvis rotasjonssymmetrisk innerdel-formlegeme og et ytterdel-formlegeme , med en til innerdel-formlegemets yttermantel dimensjonsmessig tilsvarende utsparing, at det i innerdel-formlegemets mantel, i samsvar med et ønsket, eksempelvis vindelaktig, forløp av en kanal for et flytende medium, utformes minst et spor, enn renne eller lignende, at innerdel-formlegemet anordnes i ytterdel-formlegemet, med sin ytterside fortrinnsvis i full flatekontakt med ytterdel-formlegemets innside, og at de to legemer materialforbindes med hverandre ved hjelp av sintring,, med etterfølgende sluttbearbeidelse.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at før forsintringen blir innerdel-formlegemet presset, fortrinnsvis isostatisk, med et trykk som er minst 20%, og fortrinnsvis 30-100$ høyere enn det presstrykk som benyttes ved dannelsen av ytterdel-formlegemet.