SE448956B - Ringformig halskeranordning - Google Patents

Description

10 20 "í5 30 448 956 2 ungefär 2,0 mm på en 31,75 mm borr. Styrkantbredderna hos räfflade ändskärverktyg i ovanstående områden har alltid ansetts nödvändig icke blott för att öka verkty- gets stabilitet utan även för att förhindra snabb och överdriven förslitning i övergången mellan styrkanterna och skäreggarna i verktygets främre ände.

Hittills har man alltid förmodat att benägenheten till snabb förslitning av ytterändarna på sådana verk- tygs skäreggar hänfört sig till skäreggarnas styrka på detta ställe. Sålunda har en relativt stor styrkant be- dömts nödvändig för att åstadkomma tillräcklig massa i ytteränden av skäreggarna för att motstå skärbelast- ningen och avleda värme, som alstras på detta ställe.

Vid spiralborrar, som har två skäreggar är detta reso- nemang uppenbarligen riktigt. Vid ringformiga skärorgan av det slag, som visas och beskrives i US Reissue patent 28 4l6 har det emellertid i motsats till de förmodanden, som varit vägledande vid bestämningen av den minsta erforderliga styrkantbredden, befunnits att om den främre kanten på varje oräfflat parti är försedd med en relativt smal styrkant förlänges i själva verket verktygets livs- längd avsevärt och hålytan förbättras i jämförelse med användningen av en relativt bred styrkant. Ändamålet med uppfinningen är att förlänga livs- längden av räfflade, ringformíga hålskäranordningar och förbättra ytan hos de hål, som åstadkommes medelst dy- lika hàlskäranordningar. Ändamålet uppnås medelst den i den kännetecknande delen av efterföljande patentkrav närmare definierade anordningen.

Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas under hänvisning till bifogade ritningar, som visar ut- föringsexempel. Fig l visar i perspektiv en ringformig hålskäranordning enligt uppfinningen. Fig 2 visar i större skala ett parti av den del av skäranordningen enligt fig l, som är omgiven av en cirkel 2. Fig 3 visar en tand hos hâlskäranordningen. Fig 4 visar ett ändparti av en tand hos hålskäranordningen, illustrerande vad V~---í.--»____...._.._....,_.._.. 10 15 20 25 30 35 448 956 3 som förmodas vara ett skäl till varför hálskäranordningen enligt uppfinningen medför mycket goda resultat och fig 5 visar på samma sätt som fig 4 en skäranordning kon- strucrad i enlighet med teknikens ståndpunkt.

T fiq l betecknas en ringformig hålskäranordning enligt uppfinningen generellt med 10 och har en stomme 12 och en dorn 14. Skäranordningens stomme l2 har for- men av en uppochnedvänd skål med en sidovägg 16 och en övre vägg l8. Den nedre änden av sidoväggen 16 är ut- formad med ett flertal regelbundet åtskilda skärtänder 20. Varje skärtand 20 är försedd med en i radialrikt- ningen inre skäregg 22 och en i radialriktningen yttre skäregg 24. Dessa skäreggar framgår bäst av fig 2 och 3. Såsom visas i fig 2 är skäreggen 22 åtskild framåt (i den medelst en pil D antydda rotationsriktningen) från skäreggen 24. Dessa båda skäregqar är perferiellt åtskilda medelst en ansats 26 (fig 4) och vertikalt eller axiellt förskjutna, såsom framgår av fig 3. De båda skäreggarna 22, 24 är förskjutna både radiellt och axiellt för att de, då skäranordningen matas in i ett arbetsstycke, skall samverka för att skära ett ringfor- migt spår i arbetsstycket, varvid varje skäregg skär var sitt spån. Bottnen hos det i arbetsstycket skurna spånet har i tvärsektion en kontur, som är komplementär till de i fig 3 visade skäreggarnas 22, 24 kontur. Det i arbetsstycket skurna spånet har med andra ord en kon- centrisk, radiell ansats, vilken bildas av det parti av den periferiella ansatsen 26 på varje tand, som beteck- nas med 28 i fig 3.

Såsom framgår av fig 2 och 4 har den undre ytan på varje tand två avbacknings- eller släppningsytor 32, 34.

I skäranordningens operativa tillstånd lutar avbacknings- ytan 32 axiellt uppåt i riktning radiellt inåt och av- backningsytan 34 axiellt uppåt i riktning radiellt utåt.

Dessutom lutar dessa avbackningsytor uppåt från skär- eggarna 22, 24 i periferiell riktning för att åstadkomma den erforderliga släppningcn. De båda avbackningsytorna 10 15 30 35 _.. _ ..-...-----.-~..-~.-....~-«-~- --- «- - 448 956 4 skär varandra i en ås 36, som i sin tur skär den yttre skäreggen 34.

Skäranordningen är försedd med en tandlucka 44 och en räífla 46, mellan på varandra följande tänder. Varje tandlucka 44 intill skäreggen 22 avgränsas av en främre yta 48, vilken lutar uppåt och bakåt relativt skäranord- ningens rotationsriktning. Den övre änden av varje tand- lucka 44 bildas av en krökt yta 50, vilken lutar uppåt i riktning radiellt utåt, såsom framgår av fig 3, för att avge spån, som skäres av eggen 22, i den intill- liggande räfflan 46. Varje räffla 46 sträcker sig spi- ralformigt uppåt runt sidoväggens 12 ytterperiferi. Varje räffla bildas av en inre, i periferialriktningen sig sträckande yta 54, vilken är i nivå med ansatsen 26, en främre yta 56 och en bakre yta 58. Den främre ytan 56 hos varje räffla 46 innefattar den bakre ytan på ett oräfflat parti 60 mellan på varandra följande räfflor 46.

Ytan 56 lutar radiellt inåt för att sålunda åstadkomma en radiell släppning direkt intill varje yttre skäregg 24. Den hittills beskrivna skäranordningen överensstäm- mer i nuvudsak med anordningen enligt US Reissue patent 28 4l6.

Intill den främre kanten på varje yta 56 är varje oräfflat parti 60 försett med en smal styrkant 62, vil- ken är cirkulärt slipad till önskad diameter av skär- anordningen. Hos verktyget enligt uppfinningen har styr- kanten 62 en periferiell bredd av mellan 0,125 mm och 0,765 mm och företrädesvis icke mer än 0,635 mm. Av skäl, som icke är helt klara ökar då styrkantens 62 bredd ligger inom detta område, skäreggarnas 22, 24 livslängd innan de behöver skärpas på nytt markant och det medelst skäranordningen âstadkomna hålets yta förbättras betyd- ligt i jämförelse med den livslängd och den yta, som erhålles med en styrkantbredd, som är minst l,525 mm.

Ehuru anledningen till den förbättrade funktionen av en skäranordning, som har ovanstående smala styrkant, icke är helt klar förmodas det att de förbättrade re- 5 lO 15 20 30 448 956 5 sultaten i viss grad beror på det faktum, att den ring- formiqa skärancrdningen av det angivna slaget har en avsevärt större inneboende stabilitet i lateral eller radiull riktning än vn spiralhorr eller annan typ av räfflad, rlngformig skäranordning. Till skillnad från en spiralbnrr har den ríngformiga skäranordningen enligt uppfinningen åtminstone sex tänder i jämförelse med den konventionella spiralborren, som blott har två skäreggar.

Dessutom har skäranordningen enligt uppfinningen åt- minstone två radiellt och periferiellt förskjutna skär- eggar på varje tand, vilka är anordnade att skära var sitt spån. Sålunda har skäranordningen en avsevärd, inneboende lateral stabilitet på grund av antalet tän- der därpå och även pâ grund av den koncentriska ansatsen, som åstadkommas i det medelst skäranordningens tänder skuran spåret. Det förmodas att det är på grund av skär- anordnínqon» innuboondv laturula stabilitet som en mycket smal kant vid den främre änden av varje oräfflat parti kan tolereras utan att den laterala stabiliteten förloras.

En jämförelse mellan fig 4 och 5 visar en anled- ning till att skäranordningen enligt uppfinningen åstad- kommer en nycket finare yta hos det skurna hålet än en förut känd skäranordning med relativt bred styrkant.

Den förut kända skäranordningen, som visas i fig 5, är huvudsakligen identisk med den i fig 4 visade med undan- tag av att styrkanten 64 har en bredd av åtminstone 1,525 mm jämfört med styrkanten 62 i fig 4, som har en bredd av ungefär 0,255 mm.

Med on relativt bred styrkant, såsom den vid 64 i fig 5 visade, följer att om ett hinder förekommer mellan styrkanten 64 och hålets sidovägg blir trycket mot hind- ret avsevärt mindre och friktionen avsevärt större än om styrkanten är mycket smal, såsom visas vid 62 i fig 4. Om sålunda ett spån 66, som skäres av en av skäreggar- na på verktyget, fastkilas mellan det âstadkomna hålets sidovägg och styrkanten 64 uppfånqas det parti av spå- 10 15 20 EU ...W-.q-...n-u-...vïa ..._....--, __.. . V 448 956 6 net, som är fastkilat mellan styrkanten 64 och hâlets sidovägg, och kan upphettas till en relativt hög tempera- t.1 på qrutl av den däremellan alstrade friktionen. Under sådan: törhâllanden kan spånet 66 åstadkomma metallskav- ning på verktyget och verktygets sidovägg och om det upphettas till tillräckligt hög temperatur fastsvetsas vid styrkanten 64. Om å andra sidan styrkanten är rela- tivt smal, såsom visas vid 62 i fig 4, utsättes det parti av spånet 66, som kan fångas mellan den smala styrkanten och hålets sidovägg, för ett extremt högt tryck per ytenhet, vilket tenderar att skära eller bryta spånet innan det upphettats tillräckligt för att medföra metallskavning eller svetsning.

Det förmodas, att det höga trycket per ytenhet, som är följd av ett smalt oräfflat parti, och möjlig- heten att effektivare kyla det yttre ändpartiet av de yttre skäreggarna 24 bidrar till att verktyget enligt uppfinningen erhåller avsevärt längre livslängd. Såsom visas i fig l är en konventionell kylmedelskanal 68 an- ordnad i verktygets skaft för att leda kylmedel i den skålformiga skäranordningen ned till skäreggarna 22, 24. Kylmedlet strömmar ned till skäreggarna och därpå radiellt utåt till skäranordningens ytterperiferi. Detta kylmedel betecknas med 68 i fig 4 och 5. Av fig 4 fram- går, att kylmedlet 68 strömmar till en area, som är mycket närmare skäreggens 24 ytterände än kylmedlet gör i det fall skäranordningen har ett brett oräfflat parti, såsom det med 64 i Elg 5 betecknade. Strömmen av kyl- medel närmare ytteränden på skäreggen 24 tillsammans med det faktum, att massan av tanden direkt bakom skäreggens 24 ytterände är betydligt smalare med en smal styrkant jämfört med en bred styrkant bibehåller temperaturen hos varje skäreggs 24 yttre ändparti (det mest sårbara par- tiet nv skäreggen) vid ett avsevärt lägre värde. Därav ïöljvr, att skäreggon blbehälles skarp under en avse- värt längre tidsperiod om den hindras från att bli över- hettad. _..- , .......-.._-.--..-....._...._.._.....~ww-_-._.-. _ _.. _, _ ___... ,....._,.,._........-.........-._-.,..._......~ ............-.... . ...i ,.__..--....__~.,....~..-. _.~._.... _....... _.. 448 956 7 D-t förmodas också, att off mycket smalt oräfflat Hari; Iörhindrar snabb och överdriven förslitning av det yttre ändpartiet av den yttre skäreggen eftersom, såsom förut påpekats, ett mycket smalt oräfflat parti 5 resulterar 1 ett relativt högt tryck per ytenhet. Det höga trycket per ytenhet tillåter till skillnad från ett relativt lågt tryck per ytenhet det yttre ändpartiet av skäreggen att intränga tillräckligt i materialet, som skäres, så att det konmer att skjuva materialet i stäl- lo let för att utöva friktionskraft därpå. På grund av verk- tygsspindlarnas släppning och på grund av opratiskheten av att framställa ett verktyg, där styrkanterna bildar en cirkel, som är sant koncentrisk med skäranordningens axel, inses det att en radiell belastning mellan skär- ¿5 kanterna vid skäranordningens främre ände och hålets sido- vägg är oundviklig. Om emellertid denna radiella be- lastning återspeglas av ett relativt högt tryck per yt- cnhet kommer styrkanten i själva verket att intränga i och skjuva metallen på samma sätt som en skäregg. Om 30 emellertid kanten är relativt bred resulterar den ra- diella belastningen på skäranordningens främre ände i ett relativt lågt tryck per ytenhet, vilket tryck icke är tillräckligt för att åstadkomma inträngning. Till följd därav alstras värme och förslitning sker. Detta 15 blir progressivt värre och resulterar i tandflisning och överdriven förslitning av båda skäreggarna och i synner- het vid de yttre skäreggarnas 24 yttre ändpartier.

Det har också befunnits att till skillnad från kon- ventionella ringformiga skäranordningar av räfflad typ, ¿U som har en bakre avsmalning av ungefär 0,050 - 0,075 mm per 25,4 mm i axialriktningen, då skäranordningen är försedd med en kant, som icke överstiger ungefär 0,765 mm och företrädesvis är mindre, skäranordningens funktion förbättras om avsmalningen bakåt helt elimineras eller gg reduceras till ett värde, som icke överstiger ungefär 0,012 mm per 25,4 mm i axialriktningen. Genom att redu- cera uvsmulningen bakåt till ett minimum förmodas det - _ ..._ ...,,...........,._...._.....-- .._..._W... _ Ul 448 956 8 att den laterala stabiliteten förbättras på grund av att även ett smalt oräfflat parti med tillräcklig längd ínkn resulterar i ett olämpligt högt tryck per ytenhet för att hrinqn styrkantvn att infränqa i sidoväggen hos det hål, som åstadkommes, utöver hela sin längd. Då av- vsmalflingen bakåt elimineras eller reduceras till unge~' fär 0,0l2 mm kan skäranordningen dessutom slipas upp- repade gånger utan att dess ytterdiameter reduceras i nämnvärd grad. 448 956 9 TABELL I Styr- Periferiell Tand- kant- Antal förslitning förslitning Yt- bredd hål (tum) (tum) H.P. finhet 0,090" 50 0,005 0,004-0,0075 1,5-2,2 250 100 0,005 0,010-0,012 1,5-2,6 350 0,040" 50 0,006 0,045-0,010 1,6-1,8 _100 100 0,006 0,009-0,013 1,7-2,3 250 0,030" 50 0,002 0,005-0,0075 1,5-1,7 100 100 0,003 0,007-0,008 1,6-2,0 250 150 0,005 0,0105-0,0125 1,4-2,0 250 0,0275" 50 0,001 0,0025~0,00#' 1,5-1,7 100 100 0,003 0,006-0,008 1,4-1,9 100 L 150 0,0045 0,008-0,013 1,5-1,9 125 0,020" 50 0,005 0,003-0,005 1,5-1,7 125 Loo 0,015 o,oo4s-o,oos 1,5-1,8 zso' l50 0,003 0,005-0,008 1,5-1,9 350 200 0,005 0,008-0,010 1,6-1,9 350 0,015" 50 0,002 0,003-0,0045 1,5-1,8 63 100 .0,003 0,004-0,0055 1,6-1,9 75 150 0,004 0,006-0,008 1,5-1,8 100 200 0,005 0,009-0,011 1,6-1,8 100 250 0,005 _ 0,010-0,013 1,6-1,9 100 0,005 - 0,010" 50 0,001 0,0015-0,0025 1,4-1,6 75 100 0,002 0,004-0,005 1,5-1,7 75 150 0,003 0,006-0,008 1,5-1,7 75 200 0,0035 0,007-0,009 1,4-1,7 75 250 0,004 0,008-0,010 1,4-1,6 75 300 0,005 0,011-0,0135 1,4-1,7 75 l0 15 20 25 30 448 956 l0 Tabell 1 visar resultaten av prover, som utförts med skäranordningar av den i fig l visade typen, vilka har styrkanter med olika bredder. Hålen skars i 25,4 mm tjockt stål, vilket kommersiellt benämnes "Jalloy", som har en kolhalt av ungefär 0,30%, en manganhalt av unge- fär 1,65%, en kromhalt av ungefär l,2%, en kiselhalt av ungefär 0,15 - 0,30% samt andra mindre ingredienser.

Stålet hade en hårdhet enligt Rockwell C av 28-32. Detta stål valdes på grund av att det normalt anses svårt att skära hål däri och erhålla god ytfinhet. Vid samtliga utförda prov roterade den maskinverktygsspindel, varpå skäranordningarna var monterade, med 250 varv/min med en matningshastighet av 88,9 mm/min. Den kraft, som er- fordrades för att rotera spindeln observerades kontinuer- ligt och registrerades. Efter det att femtio hål åstad- ' kommits mättes den periferiella förslitningen och tand- förslitningen samt ytfinheten hos hålet. Den periferiella förslitningen visar minskningen i diameter vid skäranord- ningens främre ände. Den spalt, som har beteckningen "tandförslitning" är ett mått på bredderna i den peri- feriella riktningen av de plana areor, som slitits på de ursprungligen med skarpa spetsar försedda tänderna.

Den angivna ytfinheten är i termer av profilvarv ("shape turn") mikrofinhet. Varje skäranordning var utformad med sex tänder och hade en diameter av 20,638 mm-samt en väggtjocklek av 3,94 mm.

Det med varje skäranordning först skurna hålet hade en ytfinhet av 75 profilvarv med undantag av skär- anordningen med en styrkantbredd av 0,38 mm, som hade en ytfinhet av 63 profilvarv. En visuell examinering av skäranordningarna efter det att femtio hål åstadkommits visar klart att ytterhörnen på varje yttre skäregg, dvs det hörn, som betecknas med 70 i fig 3, i tilltagande grad rundats genom förslitning, varvid den kraft, som erfordras för att rotera skäranordningen ökar. Erfaren- heten har visat, att med den speciella maskin, som an- vändes vid utförande av proven föreligger då kraften 10 15 448 956 ll börjar överstiga 2 en stor sannolikhet för att skäran- ordningen vid fortsatt användning därav i huvudsak utan skärpning kommer att fastna i arbetsstycket och gå sön- der. Med tanke på de utförda proven har det sålunda be- funnits att bredden av styrkanten icke skall överstiga ungefär 0,76 mm. Den minimala styrkantbredden skall vara ungefär 0,125 mm för att tillåta användning av skäran- ordningen i en borrbussning men en styrkantbredd av denna storlek är opraktisk ur kommersiell synpunkt efter- som det skulle vara svårt att bibehålla så snäva tolerans ser ekonomiskt vid en produktion. Om därför slipnings- toleranserna kan bibehållas vid ungefär t0,3l75 skulle styrkantens nominella bredd vara ungefär 0,4445. Av säkerhets skäl är det lämpligt att ha en styrkantbredd, som icke överstiger 0,635 mm.

Claims (6)

10 30 448 956 PATENTKRAV

1. Ringformig hålskäranordning (10), innefattande en upp- och nedvänt skålformig stomme (12), som har en övre har ett vägg (18) och en ringformig sidovägg (16), vilken filertal periferiellt åtskilda skärtänder (20) runt sin nedre ände, vilka skärtänder var och en har en i radialriktningen inre och en i radialriktningen yttre skäregg (22 resp 24), av vilka den i radialrikt- ningen yttre skäreggen på varje tand är förskjuten periferiellt bakåt i rotationsriktningen och axiellt med avseende på den i radialriktningen inre skäreggen (22), varvid sidoväggen (16) har spiralräfflor (46), vilka sträcker sig uppåt mellan på varandra följande tänder (20) och de periferiellt på varandra följande räfflornn (46) är åtskilda av spiralformiga, oräfflade partier (60), vilkas kantparti består av en styrkant (62), vilken är koncentrisk med skäranordningens axel och sträcker sig i axialriktningen till det i radial- riktningen yttersta skäregghörnet (70) samt varje oräfflat parti (60) är radiellt avbackat direkt bakom varje styrkant, k ä n n e t e C k n a d därav, att styrkanterna (62) har en periferiell bredd, som icke överstiger 0,762 mm intill skäreggarna.

2. Hâlskäranordning enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a d därav, att styrkanterna (62) har i huvudsak samma bredd utöver hela sin axiella utsträckning.

3. Hålskäranordning enligt krav l, k ä n n e - t e 3 k n a d därav, att styrkanterna (62) har en periferiell bredd, som understiger ungefär 0,635 mm.

4. Hålskäranordning enligt krav 1, k ä n n e - teclcnad dàmm:ntsWflmmænm(6Hlmren nominell bredd av ungefär 0,445 mm.

5. Hålskäranordning enligt krav l, k ä n n e - t e c k n a d därav, att styrkanterna (62) har en períferiell minimibredd av ungefär 0,127 mm. 448 956 13

6. Hålskäranordning enligt krav 1, ä ä n n e - t e c k n a d därav, att dess sidovägg (16) bakåt från styxkanten (62) runt sin ytterperiferí har en avsmalning, som 1cke överstiger 0,012? mm per 25,4 mm i längdriktningen.