SE526937C2 - Roterbart verktyg samt ämne till verktyg försett med spolkanaler i varierande vinklar - Google Patents

Description

25 i fl Q ,\ \ D Lst “Q S-573SE 2003-06-19 2 Ytterligare ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att anvisa ett verktyg med god hållfasthet.

Dessa och andra syften har uppnåtts genom ett verktyg och ett ämne såsom de definieras i efterföljande patentkrav med hänvisning till ritningama.

Figurförteckning Fig. 1A visar schematiskt en borr enligt föreliggande uppfinning i sidovy.

Fig. 1B, 1C och 1D visar radiella tvärsnitt enligt linjema B-B, C-C respektive D-D.

Fig. 1E visar borren i perspektivvy. Fig. 1F visar ett ämne enligt föreliggande uppfinning i perspektivvy. Fig. 2A visar en_ anordning 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 visar ett avlång grönkropp i perspektivvy. Fig. 4A visar en alternativ anordning för framställning av avlånga grönkroppar, i frontvy. Fig. 4B visar anordningen i tvärsnitt enligt linjen llB-llB i Fig. 4A. Fig. 40 visar anordningen i ändvy. Fig. 4D visar anordningen i tvärsnitt enligt linjen llD-llD i Fig. 4A. Fig. 5A visar ytterligare en altemativ anordning 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 för framställning av avlånga grönkroppar, i frontvy. 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 10 15 20 25 S-573SE 2003-06-19 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 spånkanalema 18 och släppningsytoma 15 bildar huvudskäreggar 19 i borrens skärande ände 16. företrädesvis via förstärkningsfaser 12. Borrens hela längd väljs från 3 till 10 gånger dess diameter. Två spolkanaler 14 har utsträckning genom hela borren för att förmedla spolvätska från spindeln till borrens skärande ände. Ett diametralt spår kan anordnas i skaftänden för att bland annat motverka att hålen täpps till. Både spolkanalema 14 och spånkanalema 18 har varierande stigning. Spolkanalemas 14 och spånkanalemas 18 stigningar är företrädesvis i huvudsak identiska.

Stigningen är sådan att axialvinkeln a1 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. Spolkanalema 14 är anordnade på i huvudsak konstant radiellt avstånd från centrumlinjen CL och från spånkanalema 18 för borren skall bli så hållfast som möjligt. Denna borr kan tillverkas via någon av åtminstone fyra olika metoder. Stigning anges med enheten “mm/varv". Stigningen p är omvänt proportionell mot axialvinkeln ct enligt denna formel: D * 1:/ 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 I tan(30°) = 54,4 mm.

Axialvinkeln vid den axiellt främre delen av borren liggeri 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 axialvinklama enligt beskrivna geometri erhålls vid borrning låga skärkrafter genom den relativt stora spànvinkeln vid änden 16 10 15 20 25 (51 iQ J\ 'D (\l “J s-svsss 2003-06-19 4 samt effektiv spånevakuering genom en relativt liten axialvinkel vid axiellt längre bak längs spånkanalema. Dessutom innebär den varierande stigningen hos , spolkanalema 14 i borren 10 att kanalemas utgångar kan placeras där de ger mest effekt för borrningsprocessen utan att påverka området för till exempel slipning av spånkanaler.

Fig. 1F visar ett ämne till ett verktyg, såsom ovan beskrivna spiralborren 10 eller en pinnfräs för spånavskiljande bearbetning. Ämnet 110, som är cylindriskt, är utfört i solitt hàrdmaterial och innefattar hålrum 114A, 114B för att bilda spolkanalema 14 i borren. Hålrummen 114 har utsträckning genom hela ämnet.

Liksom sagts ovan har hålnrmmen 114 varierande stigning. Stigningen för hålrummet_114 är sådan att axialvinkeln cr11 relativt ämnets centrumlinje CCL är större vid dess ena ände 116 än axialvinkeln G21 vid ämnets andra ände 117.

Axialvinkeln varierar mellan 5 och 20° från den ena änden 116 till den andra änden 117. Axialvinkeln vid den axiellt främre delen av borren 10 liggeri intervallet 20°-45° och mellan 5° och 25° vid den bakre delen av ämnet. l Fig. 1F visas ett imaginärt plan P där rotationshastigheten av grönkroppen har ökats varvid även axialvinkeln för respektive hålrum ökar. Hålrummen 114A, 114B anordnas på i huvudsak konstant radiellt avstånd från centrumlinjen CCL.

I Fig. 2A-2C visas en utföringsform av en anordning 20 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 är avsett 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 10 15 20 25 S-573SE 2003-06-19 5 ett cirkulärt munstycke 28. Munstycket 28 är utfört i ett slitstarkt material såsom hàrdmetall. 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 är i 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- dânned roteras ett oändligt antal varv tillsammans med drevet 50.

Massans huvudsakliga matningsriktning betecknas med F. En stavformad 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 innefattar således en fast del 28 och en roterbar del 29.

Borren eller pinnfräsen tillverkas påföljande sätt. Hàrdmetallpulver 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 ”kobolt” skall här förstås en metallisk bindefas vilken altemativt kan utbytas mot eller innefatta andra metaller, till exempel nickel, Ni. Därefter förvärmes 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 matarskruvarna, varvid strypningen 27 ytterligare kompakterar blandningen eller massan. Sedan när den varma massan kärnan 33 och passerar denna igenom de två på ömse sidor om käman bildade, i huvudsak halv-cirkulära öppningama.

Bakom käman i matningsriktningen F väller massan åter ihop till en cylindrisk kropp förutom där pinnama 35 bildar hålrum i kroppen som senare skall utgöra spolkanaler. Pinnama väljs därmed långa nog för att massan skall hinna svalna 10 15 20 25 526 957 S-573SE 2003-06-19 6 tillräckligt för att ej välla ihop igen. Pinnama 35 når e] den roterbara delen 29.

Därefter når massan hålrummet 30 varvid massan bringas att rotera medelst friktion mellan massan och hålväggen. Därmed åstadkommes 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 forma 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 har således extruderats och erhållit helt eller delvis vridna spolhål som även kan ha varierande stigning. Forrngivningen, 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 fixerad käma för att fonnas 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 delen har en dysa som komprimerar blandningen ytterligare och friktionen mellan blandningen och hålets 30 vägg tvingar grönkroppen att vridas. Dysans rotationshastighet påverkar därmed spolhålens 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 spolhålens 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 spånkanalerna 10 15 20 25 S-573SE 2003-06-19 7 slipas fram med motsvarande stigning. Med avseende på borming i vissa material kan en borr som har varierande stigning på spånkanalema bli en bättre produkt. l Fig. 4A-4D visas en altemativ utföringsform av en anordning 20' 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 radiellt i urtagningen 24 mellan munstycket 28 och dysan 29 för att prägla spånkanaleri grönkroppen. Varje rörlig del 40, 41 innefattar en inre avrundad ände. Änden är symmetriskt utformad och är anordnad på en stav. Staven löperi 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 hålrum. Vid extmsion av aktuella grönkroppar matas extrudatet in i anordningen och passerar i detta fall först kämor 33, 35 som formar spolhål. l nästa fas komprimeras extrudatet för att åter homogeniseras efter delningen vid käman. Extrudatet passerar nu den del i anordningen där den plastiska forrngivningen av spånkanalema sker. Två cylindriska kämor eller rörliga delar 40, 41 med ena änden formad efter önskad spånkanalprofrl är monterade med lämplig delning, till exempel 180°, i anordningen. Nämnda ena ände är företrädesvis avrundad. Kämoma bottnar i anordningen vid fullt spånkanaldjup och är kopplade till lämplig styr- och reglerteknik, ej visade, utanför anordningen. Efter önskad spånkanalslängd dras kämoma tillbaka och extrudatet återgår till den rundhet som är .nödvändig för att forma borrskaft. Efter det att spånkanalema är formade pressas extrudatet vidare in en roterande del av anordningen som genom friktion vrider extrudatet och då även spànkanalerna. Rotationshastigheten avgör vilken stigning spånkanalerna får.

Det blir även möjligt att kombinera raka och vridna spånkanaleri ett och samma ämne vilket leder till bättre produkter. 10 15 20 25 - '° 2.2 .. 1:21-- 5f>6 937 gjggjjm ;;-_-_,- H =-, s ' ::n.| ._ , en .nu oc S-573SE 2004-06-08 8 l Fig. 5A-5D visas en alternativ utföringsform av en anordning 20" 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 spånkanalens 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 finkalibreras extrudatet och pressas vidare in i en roterande dysa 29 som vrider spånkanaler och spolhål till önskad stigning.

I Fig. 6A-6D visas en alternativ utföringsform av en anordning 20"' 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. Awerkat 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 10 15 20 S-573SE 2003-06-19 9 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 awerkas istället för att deformeras när spånkanaler formas, leder till bättre produkter.

När grönkroppen kommer ut ur backama kyls massan snabbt ned av den omgivande temperaturen och grönkroppen fortsätter att strängpressas till dess att den spånkanalförsedda delen år 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 längderi 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 karbidema, varvid ett ämne har bildats. Sedan sker efterföljande bearbetning av ämnet såsom till exempel slipning av eggpartier, skaftdel och släppningsytor.

Med hjälp av föreliggande metod och anordning kan ett verktyg framställas varigenom varierande stigning kan erhållas både för spolkanaler och spånkanaler.

Således avser föreliggande uppfinning ett verktyg och ett ämne med varierande stigning hos spolkanalema, vilket möjliggör ett verktyg med god hållfasthet.

Uppfinningen är på intet sätt begränsad till de ovan beskrivna utföringsfonnema utan kan fritt varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven. Således är uppfinningen användbar även för solida pinnfräsar.

Verktyget kan beläggas med skikt av t.ex. Al2O3,TiN och/eller TiCN.

Claims (7)

10 15 20 25 30 S-573SE 2004-06-08 10 Patentkrav

1. Ett roterbart verktyg, såsom en spiralborr (10) eller en pinnfräs för spånavskiljande bearbetning, varvid verktyget (10) innefattar ett skaft (11) för infästning i en roterbar spindel samt spånkanaler (18), varvid skärningslinjer mellan spånkanalerna (18) och släppningsytor (15) bildar skäreggar (19) i en verktygets skärande ände (16), varvid spolkanaler (14) har utsträckning genom hela verktyget för att förmedla spolvätska till verktygets skärande ände (16), varvid spolkanalerna (14) har varierande stigning och även spånkanalerna (18) har varierande stigning, k ä n n e t e c k n at a v att verktyget (10) är utfört i hårdmaterial och av att stigningen för varje spolkanal (14) är sådan att axlalvinkeln ((11) relativt verktygets centrumlinje (CL) är större vid den skärande änden (16) än axlalvinkeln ((12) vid spolkanalernas mitt i verktygets axiella riktning.

2. Verktyget enligt krav 1, k ä n n e t e c k n at a v att spolkanalernas (14) och spànkanalernas (18) stigningar är i huvudsak identiska.

3. Verktyget enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n at a v att axlalvinkeln varierar mellan 5 och 20° från den skärande änden (16) till en spånkanalens (18) axiellt inre ände (17).

4. Verktyget enligt krav 3, k ä n n e t e c k n at a v att axlalvinkeln vid den axiellt främre delen av verktyget (10) ligger i intervallet 20°-45° och mellan 5° och 25° vid den bakre delen av verktyget.

5. Ett ämne till ett verktyg, såsom en spiralborr (10) eller en pinnfräs för spånavskiljande bearbetning, varvid ämnet (110) innefattar hålrum (1 14A,114B) för att bilda spolkanaler (14) i verktyget, varvid hålrummen har utsträckning genom hela ämnet, varvid hålrummen (114A,114B) har varierande stigning, k ä n n e t e c k n at a v att ämnet (110) är utfört i hårdmaterial och av att stigningen för varje hålrum (114A,114B) är sådan att axlalvinkeln ((111) relativt 10 526 937 S-573SE 2004-06-08 1 1 ämnets centrumlinje (CCL) är större vid dess ena ände (116) än axialvinkeln ((121) vid ämnets andra ände (117).

6. Ämnet enligt krav 5, k ä n n e t e c k n at a v att axialvinkeln varierar mellan 5 och 20° från den ena änden (116) till den andra änden (117).

7. Ämnet enligt krav 5 eller 6, k ä n n e t e c k n at a v att axialvinkeln vid den axiellt främre delen av ämnet (110) ligger i intervallet 20°-45° och mellan 5° och 25° vid den bakre delen av ämnet.