SE516366C2 - Rotary tool for chip removal comprises a cutting tip having a brittle wear resistant outer and tough less wear resistant inner portions the tip connected to the tool shank by a end threaded pull rod - Google Patents

Description

20 25 30 516 366 2 Föreliggande uppfinning har som ett syfte att anvisa en utformning av fräs- och borrverktyg med utbytbara skäreggar, varigenom sagda utformning undanröjer problemen med känd teknik.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att anordna ett stabilt verktyg företrädesvis för borrning eller fräsning där de radiellt yttre delarna av skäreggarna, vilka utsätts för relativt hög skärhastighet, har bättre slitstyrka än de radiellt inre delarna av skäreggarna.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att anordna ett verktyg företrädesvis för borrning eller fräsning där de radiellt inre delarna av skäreggarna, vilka utsätts för relativt låg skärhastighet, har högre seghet än de radiellt yttre delarna av skäreggarna.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att anordna ett verktyg företrädesvis för borrning eller fräsning där risken för att verktygsspetsen skall haverera minimeras.

Ytterligare ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att anvisa en verktygsspets med en gänga vilken tål stora dragspänningar.

Ytterligare ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att anvisa en metod för att tillverka en verktygsspets av formsprutad hårdmetall varigenom frihetsgraden för geometriskt utseende är i huvudsak obegränsad samt varigenom sliparbete minimeras.

Ytterligare ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att anvisa en metod för att tillverka en verktygsspets av formsprutad hårdmetall varigenom sprickor och porositeter undviks.

Dessa och andra syften har uppnåtts genom ett verktyg, en verktygsspets och en metod såsom de definieras i efterföljande patentkrav med hänvisning till ritningarna.

Figurförteckning Fig. 1 visar ett borrverktyg enligt föreliggande uppfinning, i perspektivvy delvis i tvärsnitt. Fig. 2 visar en verktygsspets enligt föreliggande uppfinning i en sidovy. Fig. 3 visar verktygsspetsen i en annan sidovy. Fig. 4 visar verktygsspetsen i bottenvy. Fig.p5 visar ett tvärsnitt enligt linjen V-Vi Fig. 3. Fig. 10 15 20 25 30 516 366 3 6 visar ett tvärsnitt liknande det i Fig. 5 från ett alternativt utföringsexempel av en verktygsspets enligt föreliggande uppfinning. F ig. 7 visar ett tvärsnitt liknande det i Fig. 5 från ytterligare ett alternativt utföringsexempel av en verktygsspets enligt föreliggande uppfinning. Fig. 8 visar en borrkropp enligt föreliggande uppfinning i en sidovy. Fig. 9 visar borrkroppen i en toppvy. Fig. 10 visar borrkroppens ände i en förstorad sidovy. Fig. 11 visar en anordning, i bottenvy, för att tillverka en verktygsspets enligt föreliggande uppfinning. Fig. 12 visar ett tvärsnitt enligt linjen Xll-Xll i Fig. 11. Fig. 13 visar anordningen i ett andra tillverkningssteg i tvärsnitt motsvarande Fig. 11. Fig. 14 visar anordningen i det andra steget i ett tvärsnitt enligt linjen XlV-XlV i Fig. 13.

Detaljerad beskrivninq av uppfinnigge_n Det i Fig. 1 visade utföringsexemplet av ett verktyg enligt uppfinningen är en så kallad spiralborr, vilken i detta fall innefattar en verktygsspets 10, en dragstång 11, en verktygskropp 12, en låsskruv 50, en fjäder 51 samt en stoppskruv 52. Med detta verktyg är det möjligt att lossa och byta verktygsspetsen fastän verktygskroppen är inspänd i maskinen. Borrverktyget har även beskrivits i SE-A-9501687-9 och SE-A-9603478-0.

Verktygsspetsen 10 är vid sin från verktygskroppen 12 vända ände försedd med åtminstone en skäregg 19, vilken ges olika utformning alltefter användningsområde. Sålunda är skäreggen eller skäreggarna i huvudsak raka och parallella med verktygsspetsens längsgående centrumaxel när det är fråga om en pinnfräs medan skäreggarna är cirkelformiga när det är fråga om en radiefräs. Verktygsspetsens 10 främre ände 21 visar i figurerna en egg 19 för borrning innefattande ett tvärskär 24.

Verktygsspetsen 10 och verktygskroppen 12 innefattar stöd- 22 respektive frontytor 14 i enlighet med SE-A-9702500-1.

Verktygsspetsen 10 är utförd i formsprutad hårdmetall. Såsom framgår av Fig. 2-4 innefattar verktygsspetsen två övre släppningsytor 15, en stödyta 22 samt dem förenande första 17 och andra 18 krökta ytor. Samtliga dessa ytor och 10 15 20 25 30 516 366 4 tillhörande eggar är utförda i formsprutad hårdmetall. Skärningslinjer mellan de andra krökta ytorna eller spånkanalerna 18 och släppningsytorna 15 bildar huvudskäreggar 19, företrädesvis via, ej visade, förstärkningsfaser.

Skärningslinjer mellan de första krökta ytorna 17 och spånkanalerna 18 bildar biskäreggar 20. Spånkanalerna kan alternativt vara anpassade för en verktygskropp med raka spånkanaler. Verktygsspetsens största diameter utgörs av det diametrala avståndet mellan biskäreggarnas 20 radiellt yttersta punkter.

Verktygsspetsens höjd äri huvudsak lika med diametern. Stödytans 22 största diameter är företrädesvis mindre än verktygsspetsens största diameter, för att släppning skall ernås vid bearbetning. Spolhål 23, i huvudsak parallella med centrumaxeln CL, genomlöper verktygsspetsen från stödytan 22 och mynnar i respektive övre släppningsyta 15. Spolhålen skär en normal till centrumaxeln CL på ömse sidor om centrumaxeln.

Stödytan 22 har en cirkulär grundform och innefattar två spårpartier 22A, 22B. Varje spårparti täcker i huvudsak hela stödytan 22 och innefattar ett antal från varandra skilda, identiska räfflor eller spår. Spåren i spårpartierna har tvâ huvudriktningar, vilka är vinkelräta mot varandra. I huvudsak varje spår i båda spårpartierna 22A, 22B skär verktygskroppens mantelyta på två ställen. Varje spår är avlångt samt är i tvärsnitt i huvudsak V-format. Varje spår har två flanker vilka, via en skarp eller avrundad övergång, ansluter till en botten. Flankerna bildar en spetsig vinkel med varandra. Vinkeln ligger i intervallet 40° till 80°, företrädesvis 55° till 60°. Varje flank är företrädesvis plant utformad och ansluter till samhörande flank via en trubbvinklig inre, mjuk eller skarp, övergång. Antalet spår i varje spårparti beror av hur verktygskroppens frontyta är utformad och antalet väljs i intervallet 5 till 20 spår. Spårpartiernas 22A, 22B utformning ger en betydligt större specifik yta än om denna skulle vara plan. Spårpartierna 22A, 22B täcker åtminstone 80%, företrädesvis 90-100%, av tillgänglig area på stödytan 22. Verktygsspetsen har ett bottenhål med en integrerad gänga 25 avsedd att samverka med en gängad fri ände hos dragstången 11. Därmed erhålls möjligheten att anordna skäreggarna in mot centrumaxeln för borrning. l det i Fig. 4 visade utföringsexemplet har spårpartierna 22A, 22B tillverkats genom direktsprutning och sintring eller genom slipning. 10 15 20 25 30 516 366 n c o ø | ao 5 Verktygskroppen är försedd med spånkanaler 18A, vilka följer borrens bommar längs en skruvformig bana på i huvudsak konstant avstånd från centrumaxeln CL. Spånkanalerna kan sträcka sig längs hela kroppen eller längs en del därav. Spånkanalerna kan alternativt vara raka.

Verktygskroppen 12 är vid sin mot verktygsspetsen 10 vända ände försedd med en frontyta 14 mot vilken verktygsspetsens 10 stödyta 22 är anordnad att anligga. Frontytans största diameter är mindre än verktygsspetsens största diameter men företrädesvis lika som verktygsspetsens minsta diameter.

Verktygskroppen har spolkanaler 23A. Verktygskroppen 12 kan vara gjord av stål, hårdmetall eller snabbstål. Verktygskroppens 12 ena fria ände eller skaftdel är avsedd att fästas vid en roterbar spindel (ej visad) i en borrmaskin medan den motstående andra fria änden innefattar en frontyta 14 och ett hål 15A.

Dragstångens fria ände är anordnad att utsticka genom hålet 15A. Frontytan 14 har en cirkulär grundform och innefattar två spårpartier 16A, 16B. Varje spårparti täcker i huvudsak halva frontytan 14 och innefattar ett antal från varandra skilda, identiska räfflor eller spår. Spåren i spårpartierna har två huvudriktningar S1, S2, vilka är vinkelräta mot varandra. Ett andra spårparti 16A avgränsas av ett första spårparti 16B. l huvudsak varje spår i det första spårpartiet 16B skär Verktygskroppens mantelyta på två ställen medan i huvudsak varje spår i det andra spårpartiet 16A skär Verktygskroppens mantelyta på ett ställe. Varje spår är avlångt samt är i tvärsnitt i huvudsak V-format. Varje spår har två flanker vilka, via en skarp eller avrundad övergång, ansluter till en botten. Varje spår har en bredd W. Flankerna bildar en spetsig vinkel med varandra. Vinkeln liggeri intervallet 40° till 80°, företrädesvis 55° till 60°. Varje flank är företrädesvis plant utformad och ansluter till samhörande flank via en trubbvinklig inre, mjuk eller skarp, övergång. Antalet spår i varje spårparti beror av hur verktygsspetsens stödyta är utformad och antalet väljs i intervallet 5 till 20 spår. Bottnen kan alternativt beskrivas med en radie om cirka 0,2 till 0,4 mm. Spårpartiernas 16A, 16B utformning ger en betydligt större specifik yta än om denna skulle vara plan.

Spårpartierna 16A, 16B täcker åtminstone 80%, företrädesvis 90-100%, av tillgänglig area på frontytan 14. 10 15 20 25 30 516 366 6 l det i Fig. 9 visade utföringsexemplet har det första spårpartiet 16B tillverkats, genom valsfräsning eller slipning, med matningsriktning parallell med riktningen S2. Därefter har det andra spårpartiet 16A bearbetats med samma verktyg i riktning parallell med riktningen S1. För att erhålla fullt djup i varje spår i det andra spårpartiet 16A är det lämpligt att verktyget matas in ett stycke i det första spårpartiet 16B. Då kommer nämnda verktyg att även bearbeta material som ingår i det första spårpartiet 16B, vilket framgår ur till exempel Fig. 9, varvid hela eller delvis pyramidformade spetsar bildas vid avslutningen av det andra spårpartiet 16A i det första spårpartiet 16B. l det visade utföringsexemplet är området för det andra spårpartiet 16A något större än området för det första spårpartiet 16B. Vid montering måste spåren i spårpartierna i verktygskroppen och verktygsspetsen anpassas så att spol- och spånkanalerna linjeras med varandra i respektive del.

Montering av verktygsspetsen 10 på verktygskroppen 12 sker på följande sätt. Dragstången förs in i en urborrning i skaftdelen och genom verktygskroppen 12 till dess att dragstångens främre parti sticker ut centralt från frontytan 14.

Sedan införs fjädern 51 och stoppskruven 52 gängas in. Nämnda moment är av engångskaraktär eftersom användaren normalt sett bara behöver byta verktygsspetsen. Därefter förs den gängade änden in i urtagnlngen 25 varefter verktygsspetsen roteras och gängas på dragstången. Sedan förs verktygsspetsens stödyta 22 för hand i kontakt med frontytan 14 så att spåren i spårpartierna i verktygskroppen 12 och verktygsspetsen 10 samt spol- och spånkanalerna linjeras med varandra. Vid rotation av låsskruven 50 kommer verktygsspetsen 10 att dras fast mot frontytan, det vill säga läget enligt Fig. 1 har uppnåtts. Verktygsspetsen 10 är nu på ett fullgott sätt förankrad i verktygskroppen 12. Dragstången är i denna position i huvudsak avsedd att kvarhålla verktygsspetsen vid utdragning av verktyget ur det bearbetade hålet medan åsarna och spåren tar upp de krafter och moment som uppstår vid skärande bearbetning. Dock är kraften från dragstången så pass stor att fogen mellan verktygsspetsen och kroppen ej tillåts glappa vid returmatning. l detta sammanhang skall påpekas att gängförbandet mellan verktygsspetsen och dragstången tjänar två syften, nämligen dels att placera 10 15 20 25 30 516 366 7 verktygsspetsen 10 i ett fixerat läge i verktygskroppen vid montering, dels att vid användningen av det skärande verktyget alltid säkerställa att verktygsspetsen 10 hålls kvar i sitt fixerade läge.

När verktygsspetsen 10 skall bytas ut förfares på omvänt sätt som vid monteringen, varvid verktygsspetsen 10 kan avlägsnas från verktygskroppen 12 och bytas.

Uppfinningen är användbar även för fräsar. Verktygsspetsen är företrädesvis belagd med skikt av t.ex. Al2O3,TiN och/eller TiCN. I vissa fall kan det vara befogat med pålödda superhårda material såsom CBN eller PCD på skäreggarna.

Likaså är det möjligt att utnyttja andra fasthållningsorgan än en central dragstång; exempelvis är det möjligt att fasthålla verktygsspetsen medelst en bajonettkoppling såsom anges i SE-A-9603325-3.

Dessutom skall påpekas att de ovan beskrivna utföringsformerna hänför sig till verktyg som roterar relativt sin längsgående eller arbetsstyckets centrumaxel och att fasthållningsorganet roterar med verktyget. Utföringsformerna kan nyttjas även som stillastående men då i kombination med ett roterande arbetsstycke.

Hitintills har föreliggande beskrivning beskrivit känd teknik i huvudsak såsom den beskrivs i SE-A-9702500-1. Ett nytt särdrag med verktyget och verktygsspetsen enligt föreliggande uppfinning är att anordna ett stabilt verktyg företrädesvis för borrning eller fräsning där de radlellt yttre delarna 41-41” av verktygsspetsen, vilka utsätts för relativt hög skärhastighet, har bättre slitstyrka än de radiellt inre delarna 40-40” av verktygsspetsen samtidigt som bottenhålet 25 anordnas i en relativt seg hårdmetall, vilken tål höga dragspänningar, se Fig. 5 - 7.

Detta åstadkommes genom att en första form 60 för formsprutning fylls via inloppet 62 med en första blandning under högt tryck och viss temperatur, cirka 180 °C. Formen innefattar en första cylindrisk eller elliptisk kavitet eller urtagning för det fall verktygsspetsen har utseende enligt Fig. 5 respektive Fig. 6 samt en centralt placerad, utvändigt gängad kärna 65. Metoden förklaras närmare med hänvisning till Fig. 10-13 varur ytterligare en alternativ utföringsform av en verktygsspets 41", Fig. 7, enligt föreliggande uppfinning framgår. I denna utföringsform har kavitetens kontur utseendet av en jordnöt, i bottenvy enligt Fig. 10 15 20 25 30 516 366 *f- 8 11, för att bilda en kärna 61 som omsluter spolhålen 23 och bottenhålet 25.

Formen 60 innefattar en utvändigt gängad tapp 65 att bilda det gängade bottenhålet 25. Spolhålen och bottenhålet bildas när tappen och de något koniska kärnpinnarna 66 omflytes av blandningen under formsprutningens första fas. Blandningen består av hårdmetallpulver med relativt högt kobolt-innehåll och en bärare, till exempel plast, som blandas och formas till pellets eller granulat. Därmed skapas en kärna 61 innefattande spolhål 23 och en invändig gänga 25. Kärnan 61 omslutes sedan efter avkylning, av en andra form 63 för formsprutning, Fig. 13 och 14, företrädesvis genom att två nya backar ersätter de första backarna använda vid den första sprutningen. Den andra formen 63 innefattar partier för bildande av spånkanaler och verktygsspetsens övriga delar.

De koniska kärnpinnarna 66 används för att fixera insatsen under den andra sprutningen. Således fixeras kärnan 61 centralt i den andra formen varefter en andra blandning 67 sprutas via inloppet 64 in i den andra formen. Den andra blandningen 67 skiljer sig från den första blandningen främst genom att mängden kobolt är mindre i den andra blandningen. Skillnaden i metallisk bindefas ligger i intervallet 1-10 viktsprocentenheter. Med "kobolt" skall här förstås en metallisk bindefas vilken alternativt kan utbytas mot eller innefatta andra metaller, till exempel nickel, Ni. Vidare kan befintliga verktyg användas med utbyte av endast de formgivande backarna vid den första sprutningen.

Tillverkningstekniskt är detta en god lösning eftersom kärnpinnarna kan medfölja kärnan 61 och positionera denna under dess fortsatta behandling. l läget enligt Fig. 14 behövs ej den gängade tappen 65 längre. Efter formsprutningens andra steg har, efter avkylning, erhållits ett ämne till en verktygsspets, vilket efter sintring bildar en verktygsspets av minst två hårdmetallsorter efter det att skäreggar 19 och tvärskär 24 slipats fram. Kärnan 61 definierar efter sintring den inre delen 40” medan den andra blandningen 67 utgör den yttre delen 41”.

Verktygsspetsens undersida bearbetas och erhåller det tidigare beskrivna våffelmönstret 22.

Med hjälp av denna metod kan dessutom verktygsspetsens geometri väljas oberoende av den konventionella formpressningsmetodens begränsningar.

Exempelvis kan spånbrytare formas på ytor som hittills bara kunnat slipas in. 10 15 20 516 366 9 Verktygsspetsen innehåller således två hårdmetallsorter, en seg, mindre slitstark, sort i den inre delen 40-40" och en sprödare, mera slitstark, sort i den yttre delen 41-41". Verktygsspetsen tillverkas genom formsprutning, varvid de två sorterna har samma krympfaktor, varför problem med sprickor i den yttre delen eller porositet i den inre delen, som kan uppstå vid konventionell pressning, elimineras. Verktygsspetsen har visats i tre alternativa utföringsformer, två (Fig. 5 och 7) med en inre kärna, helt omsluten av den yttre delen utom i matningsriktningen och återmatningsriktningen, samt en (Fig. 6) med en genomgående ellipsformad centrumdel, ej helt omsluten av den yttre delen. Beträffande skillnaden i koboltinnehåll mellan den inre delen och den yttre delen ligger detta i intervallet 1 - 10 vikts-%. Den inre delen tillverkas i ett material med 6 - 20 vikts-% kobolt medan materialet i den yttre delen innehåller 5 - 15 vikts-% kobolt. I två av utföringsformerna når den inre delen 40, 40' ej fram till spolkanalerna 23. Verktygsspetsens centrumdel är utformad i en segare hårdmetall för att dess gänga 25 skall tåla stora dragspänningar och för att dess skärande främre ände 21 såsom tvärskäret 24 skall tåla låga skärhastigheter.

Uppfinningen är på intet sätt begränsad till de ovan beskrivna utföringsformerna utan kan fritt varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven. Således kan bottenhålet 25 ersättas av ett från stödytan utstickande utsprång för att fästa verktygsspetsen till borrkroppen.

Claims (10)

10 15 20 25 30 516 366 v u u . Q. 10 Patentkrav

1. Verktyg för relativt ett arbetsstycke, roterande skärande bearbetning, innefattande en verktygskropp (12), en verktygsspets (10-10") och fästorgan, varvid verktygskroppen har en frontyta (14) och verktygsspetsen har en stödyta (22) anordnade att lösbart anligga mot varandra, varvid kroppen har en skaftdel, varvid verktygsspetsen består av formsprutad hårdmetall och innefattar minst en skäregg (19) och ett centralt hål (25) eller utsprång att samverka med fästorganet, varvid hålet/utsprånget och skäreggen är integrerade med verktygsspetsen (10- 10"), k ä n n e t e c k n at a v att det centrala hålet (25) eller det centrala utsprånget är utbildat i en integrerad inre del (40-40") av verktygsspetsen av ett material som är segare än det material som verktygsspetsen i övrigt (41-41”) är utförd i.

2. Verktyget enligt krav 1, k ä n n e t e c k n at a v att hålet (25) är ett bottenhål samt innefattar en invändig gänga och av att en central del av skäreggen (19) är utförd i det segare materialet.

3. Verktyget enligt krav 2, k ä n n e t e c k n at a v att det segare materialet omger bottenhålet (25) och har utsträckning från en verktygsspetsens främre ände (21) till stödytan (22) väsentligen parallellt med verktygsspetsens centrumaxel (CL).

4. Verktyget enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att verktygsspetsen (10;10”) har en inre integrerad kärna (40;40”), helt omsluten av den yttre delen (41 ;41”) utom i verktygets matningsriktning och returmatningsriktning.

5. Verktyget enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n at a v att verktygsspetsen (10') har en genomgående ellipsformad centrumdel (40”), delvis omsluten av den yttre delen (41') eller av att verktygsspetsen (10") har en genomgående centrumdel (40”) som omsluter spolhål (23) och det centrala hålet (25) eller utsprånget. 10 15 20 25 30 516 366 11

6. Verktygsspets för roterande spånavskiljande bearbetning, varvid verktygsspetsen (10-10”) har en cirkulär grundform samt har åtminstone en skäregg (19), vilken är integrerad med verktygsspetsen (10-10"), vilken vid sin frän skäreggen vända ände är försedd med en stödyta (22), varvid verktygsspetsen består av formsprutad hårdmetall och innefattar ett centralt hål (25) eller utsprång att samverka med fästorganet, varvid hålet/utsprånget och skäreggen är integrerade med verktygsspetsen, k ä n n e t e c k n a d a v att det centrala hålet (25) eller det centrala utsprånget är utbildat i en integrerad centrumdel (40-40”) av verktygsspetsen av ett material som är segare än det material som verktygsspetsen i övrigt (41-41") är utförd i.

7. Verktygsspetsen enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d a v att hålet (25) är ett bottenhål samt innefattar en invändig gänga och av att en central del av skäreggen (19) är utförd i det segare materialet.

8. Verktygsspetsen enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d a v att det segare materialet omger bottenhålet (10-10”) och har utsträckning fràn en verktygsspetsens främre ände (21) till stödytan (22) väsentligen parallellt med verktygsspetsens centrumaxel (CL).

9. Verktygsspetsen enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d a v att verktygsspetsen (10-10”) har en integrerad kärna (40-40") i centrum, helt eller delvis omsluten av den yttre delen (41-41") eller av att verktygsspetsen (10") har en genomgående centrumdel (40") som omsluter spolhål (23) och det centrala hålet (25) eller utsprånget.

10. Metod att tillverka en eggförsedd Verktygsspets (10-10"), för roterande skärande bearbetning, varvid verktygsspetsen (10-10") har en cirkulär grundform samt har åtminstone en skäregg (19,24), vilken är integrerad med verktygsspetsen (10-10”), vilken vid sin från skäreggen vända ände är försedd 10 15 516 366 12 med en stödyta (22), och ett centralt hâl (25) eller ett centralt utsprång att samverka med ett fästorgan, varvid hålet/utsprånget och skäreggen är integrerade med verktygsspetsen (10-10"), k ä n n e t e c k n a d a v att hårdmetallpulver med en första halt av metallisk bindefas och en bärare blandas varefter blandningen införs i en sprutmaskin och värmes till en för blandningen lämplig temperatur, varefter blandningen under högt tryck och viss temperatur sprutas in i en första form (60) innefattande en första urtagning samt en tapp (65) i avsikt att bilda en kärna (61) med minst ett hål (23,25) varefter blandningen stelnar l den första formen, varefter kärnan (61) omges av och positioneras med hjälp av nämnda hål (23,25) i en andra form (63) i en sprutmaskin, vari en andra blandning innefattande hårdmetallpulver med en lägre andra halt av metallisk bindefas och en bärare införs och värmes till en för blandningen lämplig temperatur, nämnda andra form (63) innefattande partier formande direkt eller indirekt minst en skäregg, minst en släppningsyta, en stödyta och en eller flera kärnor, i avsikt att bibringa verktygsspetsen dess utformning varefter blandningen stelnar i formen, varefter verktygsspetsen plockas ur formen och sintras och eventuell efterföljande bearbetning såsom slipning utföres.