SE526650C2 - Verktyg - Google Patents

Description

526 650 S-572SE 2003-06-02 2 Dessa och andra syften har uppnåtts genom en metod, en anordning för att tillverka ett verktyg samt ett verktyg tillverkat medelst metoden såsom de definieras i efterföljande patentkrav med hänvisning till ritningama.

Figurförteckning Fig. 1A visar schematiskt en borr i sidovy. Fig. 1B, 1C och 1D visar radiella tvärsnitt enligt Iinjema B-B, C-Cflrespektive D-D. Fig. 1 E visar borren i perspektiwy. Fig. 2A visar en anordning enligt föreliggande uppfinning för framställning av avlånga grönkroppar, i frontvy. Fig. 2B visar anordningen i tvärsnitt enligt linjen llB-llB i Fig. 2A. Fig. 2C visar anordningen i tvärsnitt enligt linjen llC-llC i Fig. 2A. Fig. 3 visarett avlång grönkropp i perspektivvy. Fig. 4A visar en altemativ anordning enligt föreliggande uppfinning för framställning av avlånga grönkroppar, ifrontvy. Fig: 4B visar anordningen i tvärsnitt enligt linjen llB-llB i Fig. 4A. Fig. 4C visar anordningen i ändvy. Fig. 4D visar anordningen i tvärsnitt enligt linjen llD-llD i Fig. 4A. Fig. 5A visar ytterligare en altemativ anordning enligt föreliggande uppfinning för framställning av avlånga ' grönkroppar, i frontvy. Fig. 5B visar anordningen i tvärsnitt enligt linjen llB-llB i Fig. 5A. Fig. 5C visar anordningen i ändvy. Fig. 5D visar anordningen i tvärsnitt enligt linjen llD-llD i Fig. 5A. Fig. 6A visar ytterligare en altemativ anordning enligt föreliggande uppfinning för framställning av avlånga grönkroppar, ifrontvy.

Fig. 6B visar anordningen i tvärsnitt enligt linjen llB-llB i Fig. 6A. Fig. 6C visar anordningen i ändvy. Fig. 6D visar anordningen i tvärsnitt enligt linjen llD-llD i Fig. 6A.

Detaljerad beskrivning av föredragna utförinqsformer Det i Fig. 1A-1 E visade utföringsexemplet av ett verktyg enligt uppfinningen är en så kallad spiralborr. Borren 10 är utförd i solitt hårdmaterial, såsom till exempel extruderad eller strängpressad hårdmetall och innefattar skruvformiga spånkanaler 18 och dessa kan sträcka sig genom hela kroppen eller genom en 526 650 S-572SE 2003-06-02 3 del därav. Borren har ett skaft 11 för infästning i en roterande spindel, ej visad.

Borren har två övre släppningsytor 15. Samtliga ytor och tillhörande eggar är utförda i samma material, det vill säga företrädesvis i strängpressad hårdmetall.

Skämingslinjer mellan spànkanalema 18 och släppningsytoma 15 bildar huvudskäreggar 19 i borrens skärande ände 16, företrädesvis via förstärkningsfaser 12. Borrens hela längd väljs fràn 3 till 10 gånger dess diameter. Tvà spolkanaler 14 har-utsträckning genom hela borren för att förmedla spolvätska från spindeln till borrens spets. Ett diametralt spår kan anordnas i skaftänden för att bland annat motverka att hålen täpps till. Både spolkanalema 14 och spànkanalema 18 har varierande stigning. Spolkanalemas 14 och spånkanalemas 18 stigningar är företrädesvis i huvudsak identiska.

Stigningen är sådan att axialvinkeln oi1 relativt borrens centrumlinje CL är större vid den skärande änden 16 än axialvinkeln a2 vid spånkanalemas mitt i borrens axiella riktning. Exempelvis kan axialvinkeln variera mellan 5 och 20° från den skärande änden 16 till spånkanalens axiellt inre ände 17. Denna borr kan tillverkas via någon av åtminstone fyra olika metoder. Stigning anges med enheten "mrn/varv". Stigningen p är omvänt proportionell mot axialvinkeln d enligt denna formel: D * nl tand = p , där D är borrens diameter i millimeter, och p är stigningen i millimeter. Exempel: En borr med D 10 mm och 30° axialvinkel i ett radiellt tvärsnitt ger stigningen 10 * 3,14 / tan(30°) = 54,4 mm.

Axialvinkeln för den axiellt främre delen av borren ligger i intervallet 20°-45° och den bakre delen av borren mellan 5° och 25°. Borren i det visade utföringsexemplet har 31° vid den skärande änden 16 och 16° vid den axiellt inre änden 17. Genom att anordna axialvinklarna enligt beskrivna geometri erhålls vid borrning låga skärkrafter genom den relativt stora spånvinkeln vid änden 16 samt effektiv spånevakuering genom en relativt liten axialvinkel vid axiellt längre bak längs spånkanalema. Dessutom innebär den varierande stigningen hos HII 526 650 S-572SE 2003-06-02 4 spolkanalema 14 i borren 10 att kanalernas utgångar kan placeras där de ger mest effekt för borrningsprocessen utan att påverka området för till exempel slipning av spånkanaler.

I Fig. 2A-2C visas en utföringsform av en anordning 20 enligt föreliggande uppfinning för framställning av avlånga cylindriska grönkroppar. Med termen "grönkropp" menas här extruderad men ej sintrad kropp. medan termen "ämne" avser sintrad kropp. Det skall noteras att termen "grön" ej avser kulören hos kroppen utan avser ett extrudat. Anordningen 20 innefattar ett rektangulärt hus 21 av stål, vilket äravsett att fästas medelst exempelvis bultar till en maskin för strängpressning, ej visad. Huset 21 upptar två bultar 22 för att fästas i maskinen samt har en bakre yta 23 avsedd att täta mot nämnda maskin. Huset har en central genomgående urtagning 24 varigenom en massa skall pressas.

Urtagningen 24 är utvidgad anslutning till den bakre ytan 23 för att bilda utrymmen 25, 26 för matarskruvars ändar, Fig. 3. Urtagningen 24 övergår i en diameter-reducerande strypning 27 i ett cirkulärt munstycke 28. Munstycket 28 är utfört i ett slitstarkt material såsom hårdmetall. Urtagningen 24 fortsätter sedan via ett cylindriskt inre centralt placerat hålrum 30 i en cirkulär dysa 29, vilken är anordnad intill och i anslutning till munstycket 28. Dysan 29 äri huvudsak cylindrisk och innefattar en radiellt yttre fläns 31, vilken är avsedd att samverka med axiallager 32 i ett lock 36. Dysans 29 yttre ände är försedd med en rotationsanordning eller ett drev 50, vilken är vridfast med dysan. Drevet är avsett att drivas av ett kugghjul, ej visat. Dysan kan därmed roteras ett oändligt antal varv tillsammans med drevet 50. Massans huvudsakliga matningsriktning betecknas med F. En stavfonnad käma 33 är infälld i dysan. Käman är rektangulär och håller två avlånga pinnar 35. Pinnama 35 är avsedda att utsticka från käman i matningsriktningen F för att bilda spolkanaler i grönkroppen.

Urtagningen 24 avslutas i ett öppet hål i dysans yttre ände. Locket 36 är fäst i huset medelst två skruvar 38 samt skruvama 22. Anordningen enligt föreliggande uppfinning innefattar således en fast del 28 och en roterbar del 29. 526 650 s-snsa 20030602 5 Borren eller pinnfräsen tillverkas på följande sätt. Hårdmetallpulver med ett visst koboltinnehåll och en bärare, till exempel en polymer eller plast, blandas och formas till pellets eller granulat. Halten bindefas ligger i intervallet 1-10 viktsprocent. Med "kobo|t” skall här förstås en metallisk bindefas vilken alternativt kan utbytas mot eller innefatta andra metaller, till exempel nickel, Ni. Därefter förvämies blandningen till en för blandningen lämplig temperatur samt införs i en maskin för strängpressning. Sedan pressas blandningen under visst tryck och viss temperatur, cirka 180 °C det vill säga betydligt lägre än vid känd teknik där kobolts smälttemperatur erfordras, in i urtagningen 24 medelst de två matarskruvama, varvid strypningen 27 ytterligare kompakterar blandningen eller massan. Sedan när den vanna massan käman 33 och passerar denna igenom - de två pà ömse sidor om kärnan bildade, i huvudsak halv-cirkulära öppningama.

Bakom käman i matningsriktningen F väller massan åter ihop till en cylindrisk kropp förutom där pinnama 35 bildar hàlrum i kroppen som senare skall utgöra spolkanaler. Pinnama väljs därmed långa nog för att massan skall hinna svalna tillräckligt för att ej välla ihop igen. Pinnarna 35 när ej den roterbara delen 29.

Därefter när massan hälrummet 30 varvid massan bringas att rotera medelst friktion mellan massan och hàlväggen. Därmed åstadkommas en cylindrisk grönkropp vars kanaler har varierande stigning. Därefter sintras samt slipas spånkanaler med i huvudsak samma varierande stigning som spolkanalema har.

Vid extrusion eller strängpressning av grönkroppen matas således blandningen in i anordningen som innefattar en fast och en roterande del.

Genom att i en och samma anordning först kunna fonna en grönkropp med spolhål och sedan vrida det har klara fördelar. En stor fördel med denna teknik är att grönkroppar kan extruderas med både raka och vridna spolhål i en och samma anordning, vilket ger bättre ekonomi. En annan fördel med denna teknik är dock att en kompakt lösning vid framtagning av vridna grönkroppar erhålles.

Därmed undviks skrymmande och dyr utrustning som annars skulle krävas för att utifrån greppa grönkroppen för att sedan vrida det. Den färdiga grönkroppen 526 650 S-572SE 2003-06-02 6 har således extruderats och erhållit helt eller delvis vridna spolhål som även kan ha varierande stigning. Formgivninge n, som är plastisk, sker med hjälp av ett verktyg som innefattar en fast och en roterande del. Blandningen matas in i verktygets fasta del där det komprimeras runt en flxerad kärna för att formas till en grönkropp med spolhål. l nästa skede matas blandningen vidare in i verktygets roterande del vars drivning är synkroniserad med maskinens styrsystem. Den roterande dele/n-har en dysa som komprimerar blandningen ytterligare och friktionen mellan blandningen och hålets 30 vägg tvingar grönkroppen att vridas. Dysans rotationshastighet påverkar därmed spolhàlens stigning vilket betyder att grönkroppar med spolhål som har varierande stigning kan extruderas. Den största fördelen med denna teknik är att man på ett mycket enkelt sätt kan påverka spolhàlens stigning genom att ändra dysans rotationshastighet. Den varierande stigningen erhålles genom att under kontrollerade former ändra dysans rotationshastighet under processen. Vid ett ämne med spolhål som har varierande stigning måste även spånkanalema slipas fram med motsvarande stigning. Med avseende pà borming i vissa material kan en borr som har varierande stigning på spånkanalema bli en bättre produkt. l Fig. 4A-4D visas en alternativ utföringsfonn av en anordning 20' enligt föreliggande uppfinning för framställning av avlånga grönkroppar med yttre spår såsom visas i Fig. 3. Det som skiljer denna anordning 20' från anordningen 20 är främst att anordningen 20' innefattar ett parti 42 anordnat i höjd med pinnamas 35 ändar, vilket parti innefattar två rörliga delar 40, 41 vilka utsticker radiellti urtagningen 24 mellan munstycket 28 och dysan 29 för att prägla spànkanaleri grönkroppen. Varje rörlig del 40, 41 innefattar en inre avrundad ände. Ãnden är symmetriskt utformad och är anordnad på en stav. Staven löper i ett hål i en mellanliggande del. En skuldra är anordnad på staven i närheten av änden.

Skuldran är avsedd att samverka med en ansats i hålet för att erhålla det korrekta insticket i den mellanliggande delens hálrum. Vid extrusion av aktuella 10 15 20 25 5.26 650 S-572SE 2004~05-26 7 grönkroppar matas extrudatet in i anordningen och passerar i detta fall först kärnor 33, 35 som formar spolhål. l nästa fas komprimeras extrudatet för att åter homogeniseras efter delningen vid kärnan. Extrudatet passerar nu den del i anordningen där den plastiska formgivningen av spånkanalerna sker. Två cylindriska kärnor eller rörliga delar 40, 41 med ena änden formad efter önskad spånkanalprofil är monterade med lämplig delning, till exempel 180°, i anordningen. Nämnda ena ände är företrädesvis avrundad. Kärnorna bottnar i anordningen vid fullt spånkanaldjup och är kopplade till lämplig styr- och reglerteknik, ej visade, utanför anordningen. Efter önskad spånkanalslängd dras kärnorna tillbaka och extrudatet återgår till den rundhet som är nödvändig för att forma borrskaft. Efter det att spånkanalerna är formade pressas extrudatet vidare in en roterande del av anordningen som genom friktion vrider extrudatet och då även spånkanalerna. Rotationshastigheten avgör vilken stigning spånkanalerna får. Det blir även möjligt att kombinera raka och vridna spånkanaler i ett och samma ämne vilket leder till bättre produkter.

I Fig. 5A-5D visas en alternativ utföringsform av en anordning 20" enligt föreliggande uppfinning för framställning av avlånga grönkroppar med yttre spår såsom visas i Fig. 3. Det som skiljer denna anordning 20" från anordningen 20' är främst partiets 42' två rörliga delar eller backar 40', 41 '. Varje back 40', 41' innefattar en inre ände försedd med en skärande egg. Profilen på skäreggen är densamma som den önskade spånkanalprofilen. Varje back har ett eget spånrum som löper från skärets centrum, genom backen, och ut ur anordningen.

Skäreggens profil och backens rörelse gör att spånkanalprofilen i extrudatet ändras i takt med skärdjup. Om så önskas kan även skäret utformas så att spànkanalens profil inte varierar med skärdjupet. Detta betyder att grönkroppar med varierande spånkanaldjup och profil kan extruderas, vilket leder till förbättrade produkter. Ytterligare kan optimala avslut på spånrummen erhållas vilket ej alltid är fallet med anordningen 20'. Extrudatet ger i detta läge grönkroppar med raka spånkanaler och spolhål. l anordningens sista fas 10 15 20 25 526 650 S-572SE 2004-05-26 8 finkalibreras extrudatet och pressas vidare in i en roterande dysa 29 som vrider spånkanaler och spolhàl till önskad stigning. l Fig. 6A-6D visas en alternativ utföringsform av en anordning 20"' enligt föreliggande uppfinning för framställning av avlånga grönkroppar med yttre spår såsom visas i Fig. 3. Det som skiljer denna anordning 20" från anordningen 20' är främst partiets 42" två rörliga delar eller skär 40", 41". Varje skär 40", 41" innefattar en inre ände försedd med en skärande egg. Två skär, eller fler, med lämplig delning är monterade på axlar vilket gör de går att vrida. Axlarna mynnar ut på verktygets ovansida och kopplas till lämplig styr- och reglerteknik. Skärens nos har vid 45 graders vinkel, relativt urtagningens centrumlinje CL1, den önskade spånkanalprofilen och när extrudatet passerar skären avverkas material och spånkanaler formas. Avverkat material lämnar anordningen via verktygets egna spånkanaler. Skärens undersida har samma radie som grönkroppen vilket gör att när skären vrids tillbaka sluter anordningen tätt som om inga skär fanns. Med skären i detta läge upphör formgivningen av spånkanalerna och extrudatet övergår till den rundhet som krävs för att forma borrskaft. l kombination med att extrudatet bearbetas i ett varmt tillstånd nära grönkroppens tillblivelse och att material avverkas istället för att deformeras när spånkanaler formas, leder till bättre produkter.

När grönkroppen kommer ut ur backarna kyls massan snabbt ned av den omgivande temperaturen och grönkroppen fortsätter att strängpressas till dess att den spånkanalsförsedda delen är tillräcklig lång. Grönkroppens längd bestämmes av hur länge strängpressningen fortgår. Det stelnade grönkroppen kan sedan kapas eller enkelt brytas av, till exempel för hand, i lämpliga längder i intervall om 5-10 gånger dess diameter.

Sedan upphettas grönkroppen i en separat ugn så att bäraren bränns bort och så att bindemetallen smälter och binder karbiderna, varvid ett ämne har bildats. Sedan sker efterföljande bearbetning av ämnet såsom till exempel slipning av eggpartier, skaftdel och släppningsytor. 526 650 S-572SE 2003-06-02 9 Med hjälp av föreliggande metod och anordning kan ett verktyg framställas varigenom varierande stigning kan erhållas både för spolkanaler och spànkanaler.

“ Uppfinníngen år på intet sätt begränsad till de ovan beskrivna_ utförlngsforrnema utan kan fritt varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven. Således är uppfinningen användbar även för solida pinnfräsar.

Verktyget kan beläggas med skikt -av tex. Al2O3,TiN och/eller TiCN.

Claims (9)

526 650 s-svzsa 2003-06412 10 Patentkrav

1. Metod att tillverka ett roterande verktyg, såsom en spiralborr eller en pinnfräs för spånavskiljande bearbetning, varvid A) hårdmetallpulver och en bärare, såsom en polymer, blandas, B) blandningen införs i en maskin för strängpressning, C) blandningen värrnes till en för blandningen lämplig temperatur, D) blandningen strängpressas i en matningsriktning (F) i riktning mot ett munstycke (28) forrnande en grönkropps diameter, E) blandningen tillåts passera en käma (33) fast förankrad i munstycket (28) varefter massan väller ihop till en cylindrisk kropp bakom käman (33) i matningsriktningen (F) förutom där pinnar (35) fästa i käman bildar hålrum i kroppen som senare skall utgöra spolkanaler, F) blandningen tillåts passera en roterbar del (29), G) rotera den roterbara delen (29) relativt munstycket (28) så att friktion mellan blandningen och den roterbara delen tvingar blandningen att vridas så att hålrummen erhåller någon form av stigning, H) blandningen tillåts stelna och bilda en grönkropp, I) grönkroppen plockas ur maskinen och sintras till ett ämne, varefter J) eventuell efterföljande bearbetning av ämnet såsom slipning utföres.

2. Metoden enligt kravet 1, vid vilken följande ytterligare steg utföres efter steg E: E1) ett parti (42;42',42") anordnas i höjd med pinnarnas (35) ändar, vilket parti innefattar tvâ rörliga delar (40,41;40',41';40".41") vilka anordnas att forma spànkanaler i grönkroppen.

3. Metoden enligt krav 2, vid vilken de två rörliga delarna (40,41) präglar spànkanaler i grönkroppen. 526 650 s-svzss 2003-06-02 1 1

4. Metoden enligt krav 2, vid vilken de två rörliga delarna (40',41';40".41") skär spånkanaler i grönkroppen.

5. Anordning att monteras till en maskin för strängpressning av en grönkropp till ett verktyg för spånavskiljande bearbetning, varvid anordningen (20) innefattar ett hus (21), vilket är avsett att fästas till maskinen för strängpressning, varvid huset (21) har en genomgående urtagning (24) varigenom en massa skall strängpressas i en matningsriktning (F), varvid urtagningen (24) innefattar en strypning (27) i ett munstycke~(28) och ett hàl (30) i en dysa (29), k ä n n e t e c k n at a v att dysan (29) är roterbart lagrad relativt munstycket (28).

6. Anordningen enligt krav 5, vid vilken ett parti (42;42',42") är anordnat i höjd med pinnamas (35) ändar, vilket parti innefattar tvà rörliga delar (40,41;40',41';40".41") viika utsticker radiellt i urtagningen (24) mellan munstycket (28) och dysan (29).

7. Anordningen enligt krav 6, vid vilken varje rörlig del (40,41) innefattar en inre avrundad ände.

8. Anordningen enligt krav 6, vid vilken varje rörlig del (40',41';40".41") innefattar en skäregg för skärande bearbetning av spànkanaler i grönkroppen.

9. Ett verktyg tillverkat enligt något av kraven 1-4.