SE523620C2 - Skär för spånavskiljande bearbetning med ytavstrykande eggsegment. - Google Patents

Description

W H 20 25 30 35 523 620 2 --. ' ~ - . ~ .- enbart på kroppens ovansida, medan undersidan har en plan stöd- yta. Därest skäret är dubbelsidigt finns dylika skärgeometri- ytor såväl upptill som nedtill på skäret.

Teknikens ståndpunkt Skär av det aktuella slaget, vilka utgör utbytbara slit- delar och är lösgörbart monterade i olika former av hållare till skärverktyg, kan industriellt användas för högst skiftande ändamål, såsom fräsning, borrning, brotschning, svarvning och liknande. De arbetsstycken som bearbetas består vanligen av slitstarkt aluminiumoxid, metall, varvid skären är förfärdigade av ett hårt, material, såsom hårdmetall, kiselnitrid, etc, medan verktygens hållare är förfärdigade av ett mer elastiskt material, i synnerhet stål. För ett av de exemplifierade an- vändningsomràdena, nämligen svarvning, har samspelet mellan skärets matning och skäreggens utformning stor betydelse för många aspekter på arbetsresultatet. Generellt bör vid grov- svarvning väljas en nos med största möjliga radie i syfte att uppnå en stark skäregg. Dock kan en alltför stor nosradie för- orsaka vibrationer och menlig värmeutveckling. Vid finsvarvning väljs därför med fördel en mindre nosradie; vanligen mindre än 2 mm. En nackdel med en liten nosradie är emellertid att skä- rets förslitning påskyndas, varigenom dess livslängd och pres- tationsförmäga försämras. En annan faktor som påverkas av sam- spelet mellan nosradie och matning är ytfinheten på det rote- rande arbetsstycket. Särskilt viktig härvidlag är det ytavstry- kande eggsegment som på polygonala skär förefinns på åtminstone eller på den ena sidan av den egentliga nosen (asymmetrisk nos) båda sidor av nosen (symmetrisk nos). Undersökningar som ligger till grund för föreliggande uppfinning har visat att den s.k. tangeringspunkten på det avstrykande eggsegmentet har särskilt stor betydelse för ytfinheten. Denna tangeringspunkt är den geometriska punkt utmed det avstrykande eggsegmentet som vid svarvning befinner sig på det kortaste avståndet från arbets- styckets rotationsaxel. Vid tidigare kända svarvskär (se exem- pelvis WO 95/00272, US 6 217 263, US 5 226 761, SE 9401732-4, SE 9702501-9 och SU l 782 196) tet vanligen bågformigt och sträcker sig såsom en sammanhäng- är det ytavstrykande eggsegmen- ande linje mellan å ena sidan den punkt där detta eggsegment 10 15 20 25 30 35 523 620 3 . - . . » . . . ~ - . . . _, direkt eller indirekt övergår i den egentliga noseggen och ä andra sidan den punkt där detsamma direkt eller indirekt över- går i det eggsegment som släpper i en viss frivinkel från den bearbetade ytan på arbetsstycket. I praktiken bör det ytavstry- kande eggsegmentets längd vara i huvudsak lika stor som mat- ningen, d.v.s. den axiella sträcka som skäret tillryggalägger under ett varvs rotation av arbetsstycket. En för ytfinheten besvärande omständighet vid tidigare kända skär är att den fak- tiska tangeringspunktens belägenhet utmed det ytavstrykande eggsegmentet ej kunnat förutbestämmas. Sålunda kan den verkliga tangeringspunkten "vandra" på ett okontrollerbart sätt mellan eggsegmentets båda motsatta ändar och härvid ge upphov till varierande ytfinhet. För att säkerställa godtagbar ytfinhet har matningen vid tidigare kända skär begränsats till maximalt 0,6 ä 0,7 mm. Teoretiskt är det i och för sig tänkbart att möjlig- göra höga matningar med raka avstrykareggsegment, men i prak- tiken är denna väg förkastlig såtillvida att raka eggsegment med avstrykarfunktion medför stora radiella skärkrafter med ty åtföljande risk för vibrationer och hög värmeutveckling.

Uppfinningens syften och särdrag Föreliggande uppfinning tar sikte på att undanröja ovan- nämnda nackdelar hos tidigare kända skär och skapa ett förbätt- rat skär. Ett primärt syfte med uppfinningen i en första aspekt är därför att skapa ett skär som generellt säkerställer för- bättrad ytfinhet hos den bearbetade ytan pà ett arbetsstycke. I sitt förkroppsligande såsom svarvskär skall denna möjlighet kunna utnyttjas exempelvis för radikalt ökad matning med bibe- hållen eller till och med förbättrad ytfinhet. På analogt sätt skall uppfinningen kunna utnyttjas för allmän prestandaökning hos skär med ytavstrykande eggsegment även för annan bearbet- ningsteknik än just svarvning, såsom fräsning, borrning, brotschning eller liknande. Åtminstone det primära syftet med uppfinningen nås me- delst de särdrag som är angivna i patentkravets 1 känneteck- nande del. Fördelaktiga utföranden av uppfinningen är vidare definierade i de osjälvständiga patentkraven. 10 15 20 25 30 35 a o u ~ -~ o 525 620 ësïsëfifv-ha » ~ - ~ - > . - . . . - . a .- 4 Kort beskrivninqgav bifoqade ritningar På ritningarna är: Fig 1 en schematisk illustration av den allmänna principen för längdsvarvning, Fig 2 en perspektivvy av ett polygonalt, enkannerligen trekan- tigt skär enligt uppfinningen, Fig 3 en extremt förstorad, partiell vy ovanifràn av en i enlighet med uppfinningen utförd nos till ett skär, Fig 4 en schematisk illustration av rörelsemönstret för tange- ringspunkten pá ett ytavstrykande eggsegment till ett skär enligt tidigare känd teknik, Fig 5 en analog illustration visande tangentpunktens rörelse- mönster vid ett skär enligt föreliggande uppfinning, Fig 6 en mot fig 3 svarande vy visande en alternativ skärnos enligt uppfinningen, och Fig 7 en detaljförstoring visande uppfinningen tillämpad på ett cirkelrunt skär.

Detalierad beskrivning av föredragna utföranden av uppfinningen I fig 1 visas schematiskt ett svarvverktyg under bearbet- ning av ett arbetsstycke. Bearbetningen består i detta fall av längdsvarvning. Verktyget är i sin helhet betecknat 1 och inbe- griper dels en bom eller hållare 2, dels ett utbytbart skär 3.

Arbetsstycket 4 är roterbart kring en geometrisk axel C. En bearbetad, cylindrisk yta 5 pà arbetsstycket visas med kraftigt överdrivna vågformationer. Avståndet mellan topparna på dessa vågformationer överensstämmer med skärets 3 matning f, som mäts i mm/varv. Vidare betecknar ap skärdjupet som utgör radieskill- naden mellan den bearbetade ytan 5 och den obearbetade ytan 6 sådan denna mäts vinkelrätt mot verktygets matningsriktning (se pilen A). Ställvinkeln K° är vinkeln mellan skärets huvudskär- egg och matningsriktningen.

Nu hänvisas till fig 2 som illustrerar ett skär 3 enligt uppfinningen. Skäret utgörs i detta fall av en kropp med poly- gonal, närmare bestämt triangulär grundform vilken är avgränsad 8, dels tre så- I skärets operativa av dels två motsatta, första och andra ytor 7, som släppningsytor tjänande sidoytor 9. tillstånd, dvs under svarvning, bildar den uppåt vända första ytan 7 en aktivt spànavskiljande ovanyta, medan den motsatta 10 15 20 25 30 35 523 620 5 - . . . - . . .. undre ytan 8 är inaktiv. Den aktivt spànavskiljande ytan 7 ut- gör dessutom en skärgeometriyta med en särskild, topografisk utformning. Därest skäret är enkelsidigt tjänar ytan 8 enbart såsom en stödyta med väsentligen plan form. Vid dubbelsidiga skär är båda ytorna 7, 8 utformade såsom skärgeometriytor.

Närbelägna släppningsytor 9 övergår i varandra via kon- vext rundade nosar som generellt betecknas 10. Mellan den övre skärgeometriytan 7 och släppningsytorna 9 är utformad en sam- manhängande skäregg generellt betecknad 11, vilken i anslutning till de enskilda nosarna 10 är uppdelad i flera segment med olika radier såsom framgår nedan. De olika segmenten av eggen åstadkoms genom lämplig formning av delytor med olika välvning, såsom tydligt visas utmed släppningsytan 9 i området av nosarna 10 i fig 2. slipning, direktpressning, formsprutning eller på annat sätt.

Formningen av dessa välvda delytor kan ske genom Nu hänvisas till fig 3-5 som mer detaljerat illustrerar de grundläggande särdragen hos föreliggande uppfinning. I fig 3 exemplifieras en symmetriskt utformad nos vars olika eggsegment på ömse sidor av en bisektris eller symmetrilinje S har iden- tisk form. Symmetrilinjen S sträcker sig i spetsig vinkel (i detta fall ungefär 45°) mot en tänkt tangentlinje T som är parallell med arbetsstyckets 4 rotationsaxel C. Den i operativt tillstånd verksamma eggen 11 är uppdelad i ett flertal segment med olika radier, nämligen ett första eggsegment 12 i omedelbar närhet av den egentliga nosen 10, ett andra eggsegment 13 som är lokaliserat på nosens eller symmetrilinjens S ena sida, ett på nosens motatta sida lokaliserat tredje eggsegment 14, som är anordnat att släppa i en viss frivinkel från den bearbetade ytan 5 på arbetsstycket, samt ett mellan de första och tredje eggsegmenten 12, 14 lokaliserat fjärde eggsegment 15 som har till uppgift att avstryka eller jämna arbetsstyckets bearbetade yta. I detta sammanhang skall påpekas att skäret 3 i fig 3 är tänkt att röra sig från höger mot vänster på samma sätt som i fig 1. Med andra ord matas skäret i riktning av pilen A, varvid ett tänkbart skärdjup är antytt vid ar Mellan noseggsegmentet 12 och det ytavstrykande eggseg- mentet 15 sträcker sig i detta fall ett övergångssegment 16.

Ett annat övergångssegment 17 sträcker sig mellan det ytavstry- kande eggsegmentet 15 och det tredje eggsegmentet 14. 10 15 20 25 30 35 523 620 6 - . . ~ . - - . . . . , . ,_ De olika eggsegmenten sträcker sig mellan ändpunkter som för tydlighets vinnande har formen av förstorade stjärnor. Det första eggsegmentet 12 sträcker sig sålunda mellan ändpunkter 18, 18', medan det ytavstrykande, fjärde eggsegmentet 15 sträcker sig mellan ändpunkter 19, 20. Det tredje eggsegmentet 14 sträcker sig från en ändpunkt 20' och åt höger i fig 3. Vid det symmetriska utförande som exemplifieras i fig 3 sträcker sig det med 13 betecknade andra eggsegmentet nedåt från punkten l5', 17' 14' (som har sina motsvarigheter på den motsatta sidan av sym- 18' och har en form som bestäms av eggsegment 16', och metrilinjen S). Vid matningsriktningen A utför sålunda eggseg- mentet 13 det huvudsakliga spånavskiljningsarbetet, medan egg- segmentet 15 är ytavstrykande. Dock kan skäret tack vare nosens symmetriska utformning även användas på ett spegelvänt sätt, varvid eggsegmentet 15' blir ytavstrykande.

Radien hos eggsegmentet 12 är betecknad Ru. På analogt sätt är eggsegmentets 16 radie betecknad RH och eggsegmentens 17 och 14 radier betecknade Ru resp. RH. I detta sammanhang må påpekas att eggsegmentet 14 kan vara rakt, varvid radien RM är oo.

Vid tidigare kända skär med bågformiga eller konvexa, ytavstrykande eggsegment 15 har detta eggsegment sträckt sig sammanhängande såsom en linje mellan sina ändpunkter 19, 20. I motsats härtill är eggsegmentet 15 enligt föreliggande uppfin- ning delat i åtminstone tre olika deleggsegment av vilka ett första 21 med en viss radie Rn omges av två deleggsegment 22, 23 med större radier R” resp. Ru. Det första deleggsegmentet 21 sträcker sig mellan ändpunkter 24, 25 som är belägna jämförel- sevis nära varandra. Med andra ord är deleggsegmentet 21 jämfö- relsevis kort. I praktiken kan sålunda det första deleggsegmen- tets 21 längd uppgå till 1-15%, lämpligen 5-10% av det fjärde 20.

Enligt ett föredraget utförande av uppfinningen bör de eggsegmentets 15 totala längd mellan punkterna 19, andra och tredje deleggsegmenten 22, 23 ha en radie som är minst 3 och företrädesvis 5-10 gånger större än det första del- eggsegmentets 21 radie. Radierna Ru, RB kan vara antingen lika stora eller olika stora. Med fördel är dock de andra och tredje deleggsegmenten 22, 23 lika långa. På så sätt lokaliseras det W Ü 20 25 30 35 523 620 . . . . . . . , . ,, 7 första deleggsegmentet 21 mitt emellan eggsegmentets 15 mot- satta ändar 19, 20.

Deleggsegmentet 21 bildar skärets tangeringspunkt (TP) mot arbetsstycket, dvs den punkt på skäreggen som befinner sig absolut närmast arbetsstyckets rotationsaxel C. I och med att radien Ru är mindre än radierna Ru och RB kommer deleggsegmen- tet 21 att (i mikroskopisk skala) skjuta ut likt en nock ifrån de omgivande, flackare deleggsegmenten 22, 23. Oavsett smärre felinställningar av skäret kommer tangeringspunkten TP därför att vara lokaliserad pà ett förutbestämt, icke föränderligt avstånd från såväl åndpunkten 19 som ändpunkten 20. Tvärs tan- gentlinjen T sträcker sig en linje U som genomskär dels änd- punkten 19, dels en medelpunkt MP för den radie Rß som bestäm- mer formen hos övergångspartiet 16 mellan eggsegmenten 12 och 15. Vinkeln a mellan linjerna T och U skall enligt ett föredra- get utförande av uppfinningen vara mindre än 90°. I praktiken kan vinkeln a ligga inom området 86-89° och lämpligen uppgå till ca 88°.

Nedan följer exempel pá konkreta mått på de radier som definierar de olika eggsegmenten. Då RR är 1,6 mm kan Ru vara 0,8 mm. Rfl kan uppgå till 5 mm, medan såväl R” som RB kan uppgå till 30 mm. Vidare kan RH vara 4 mm och RM oo.

Nu hänvisas till fig 4 och 5 som illustrerar skillnaden i ytfinhet mellan konventionella skär och skäret enligt uppfin- ningen. I fig 4 illustreras hurusom tangeringspunkten TP på ett ytavstrykande eggsegment hos ett skär enligt tidigare känd tek- nik kan röra sig allt emellan ett djup (i arbetsstycket) belä- get utmed den ideala tangeringslinjen T till ett djup utmed linjen V som ger upphov till en betydande ås Y mellan närbeläg- na, konkava bottnar i den bearbetade ytan. Skillnaden H1 mellan dessa djup kan uppgå till 0,05 mm eller mer.

Vid skäret enligt föreliggande uppfinning uppgår skillna- den H2 mellan största och minsta djup för tangeringspunkten TP, till blott ca 0,008 mm Det faktum att eggdelsegmentet 21 städse bibehåller en väldefinie- dvs eggdelsegmentet 21, (se fig 5). rad lokalisering utmed det ytavstrykande eggsegmentet 15 inne- bär sålunda en avsevärd förbättring av ytfinheten. Denna effekt kan i och för sig utnyttjas enbart för att förbättra ytfinhe- ten, men en i praktiken mycket intressantare möjlighet år att W ß 20 25 30 35 8 öka matningen "f" med bibehållande av tidigare acceptabel yt- finhet. Utförda försök har sålunda visat att matningen hos ett givet skär kan ökas från de konventionella 0,6 à 0,7 mm till 1,0-1,2 mm eller mer utan att ytfinheten försämras. Att på detta sätt kunna öka matningen med 50-100% med bibehållen yt- finhet innebär givetvis en avsevärd reduktion av bearbetnings- tiderna och en radikal förbättring av skärets styrka och pres~ tanda.

I fig 6 visas ett alternativt utförande av en nos till I detta fall har de olika eggsegmenten och eggdelsegmenten följande radier: RH = 1,6, RM = Ru = 4 mm, RB = 12 mm, RH = 0,8 mm. I exemplet är på samma sida om det egentliga noseggseg- ett polygonalt format skär enligt uppfinningen. 0,8 mm, Ru = 12 mm, mentet 12 som det avstrykande eggsegmentet 15 utformat ett se- kundärt eggsegment 15' med avstrykande funktion, vilket i lik- het med 22', 21' och 23' med enahanda radier Ru, Ru och Ru.

På den andra sidan om eggsegmentet 12 finns två likadana eggsegmentet 15 är indelat i tre olika deleggsegment eggsegment 15 resp. 15'. Även i detta fall kan vinkeln d uppgå till 88°, medan motsvarande vinkel ß på skärets till vänster i fig 8 visade parti kan vara mindre, t ex 87°.

I fig 7 exemplifieras schematiskt hurusom uppfinningen även kan tillämpas på runda (cirkulära eller elliptiska) skär 3. Utmed skärets sammanhängande, väsentligen cirkelformiga (eller elliptiska) egg 11 finns sålunda åtminstone ett eggseg- ment 15 med samma utformning som i föregående exempel. Med andra ord är eggsegmentet 15 indelat i tre olika deleggsegment 21, 22, 23, kortare än de båda omgivande deleggsegmenten 22, av vilka det förstnämnda har mindre diameter och är 23. Även i detta fall är vinkeln a mellan tangentlinjen T och en linje U som genomskär en punkt i övergången mellan eggen 11 och delegg- t ex 88°.

Det må även nämnas att släppningsytorna 9 på skäret (se segmentet 22, mindre än 90°, ånyo fig 2) kan vara antingen neutrala, dvs sträcka sig i rät vinkel mot ett tänkt referensplan mittemellan ett jämntjockt skärs ovan- och undersidor, eller positiva, dvs sträcka sig i spetsig vinkel inåt från skäreggen 11. Vid dubbelsidiga skär är släppningsytorna 9 vanligen neutrala, medan enkelsidiga skär stundom har positiv släppningsgeometri. 10 U 20 25 523 620 Referenslista 1 = skärverktyg 2 = hållare 3 = skär 4 = arbetsstycke 5 = bearbetad yta 6 = obearbetad yta 7 = första yta på skär 8 = andra yta på skär 9 = sidoyta 10 = nos 11 = skäregg 12 = första eggsegment 13 = andra eggsegment 14 = tredje eggsegment 15 = fjärde eggsegment 16 = övergàngseggsegment 17 = övergàngseggsegment 18, 18'= ändpunkter 19 = ändpunkt 20 = ändpunkt 21 = första deleggsegment 22, 23 = andra deleggsegment ..- .Q - - » - .n ---- .-

Claims (6)

10 15 20 25 30 35 523 620 10 a » ø - -ø _» o a ~ « ~ ~ » . ~ »- Patentkrav

1. Skär för spånavskiljande bearbetning av arbetsstycken, inne- fattande en kropp (3) vilken är avgränsad av dels två motsatta, första och andra ytor (7, 8) som i skärets operativa tillstånd bildar en aktivt spånavskiljande ovanyta respektive en inaktiv underyta, dels åtminstone en såsom släppningsyta tjänande sido- yta (9) 8), varvid mellan släppningsytan och åtminstone den ena av som sträcker sig mellan sagda första och andra ytor (7, sagda första och andra ytor är utformad en skäregg (11) i vil- (15). och jämna arbetsstyckets bearbetade yta, ken ingår ett segment som har till uppgift att avstryka k ä n n e t e c k - (15) av vilka ett n a t därav, att det ytavstrykande eggsegmentet är delat i (21, 22, 23) som bildar en tangeringspunkt och har en viss ra- (22, 23) åtminstone tre olika deleggsegment (21), (Ru), omges av två deleggsegment första die med större radier (Rzzf Rza) - att

2. Skär enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, sagda kropp (3) har polygonal grundform, genom att vara avgrän- sad av dels sagda första och andra ytor (7, 8), dels åtminstone tre sidoytor eller släppningsytor (9) som sträcker sig mellan sagda första och andra ytor, varvid närbelägna släppningsytor (10) till vilken som är uppdelad i övergår i varandra via en konvext rundad nos ansluter sig åtminstone en skäregg (11), flera segment med olika radier, nämligen ett första eggsegment (12) i omedelbar närhet av den egentliga nosen (10), ett andra eggsegment (13) som är lokaliserat på nosens ena sida, ett på nosens motsatta sida lokaliserat tredje eggsegment (14) som är anordnat att släppa i en viss frivinkel från en bearbetad yta på arbetsstycket, och ett mellan de första och tredje eggseg- menten lokaliserat fjärde eggsegment (15), som har till uppgift att avstryka och jämna arbetsstyckets bearbetade yta, varvid (15) är i sin tur delat 22, 23) det fjärde, ytavstrykande eggsegmentet i åtminstone tre olika deleggsegment (21, av vilka ett (21). (Ru), omges av två deleggsegment Rzs) ' första som bildar en tangeringspunkt och har en viss ra- die (22, 23) med större radier (R-gg: W B 20 25 523 620 H - a n » .n

3. Skär enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t därav, (22, 23) var för sig har en radie att de andra och tredje deleggsegment (21) som är minst 3, företrädesvis 5~10, gånger större än (Ru). som ansluter sig till det första deleggsegmentet (Rzzl Raa) det första deleggsegmentets radie

4. Skär enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k ~ (22, 23) är lika långa för att lokalisera det första deleggsegmentet (15) n a t därav, att de andra och tredje deleggsegmenten (21) mitt emellan det fjärde, ytavstrykande eggsegmentets motsatta ändar (19, 20).

5. Skär enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k - n a t därav, att det första deleggsegmentets (21) längd uppgår till 1-15%, lämpligen 5-10% av det ytavstrykande eggsegmentets (15) totala längd.

6. Skär enligt något av kraven 2-5, k ä n n e t e c k - n a t därav, att en vinkel (a) mellan å ena sidan en imaginär (T) genom tangentpunkten (21) och å andra sidan en tänkt linje (U) som sträcker sig mellan en ändpunkt (19) det ytavstrykande eggsegmentet (15) (MP) en radie (Rfi) som följer ett bågformigt övergångseggsegment (16) mellan det fjärde eggsegmentet (15) mentet (12), t ex 88°. tangentlinje för och en medelpunkt för och det första eggseg- är mindre än 90°,