SE527856C2 - Skär för svarvning med spånbrytare anpassad för kylstråle - Google Patents

Description

20 25 30 527 856 S-630SE 2005-07-05 2 kännetecknen och vilket visas i efterföljande ritningar där lika delar har betecknats med samma hänvisningsbeteckningar.

Kort beskrivninq av flqurerna Fig. 1A och 1B visar vardera ett skärhörn hos en utföringsform av ett skär enligt föreliggande uppfinning i planvy.

Fig. 1C visar skärhörnet i perspektivvy under spånbrytning med assistans av en högtrycksstråle.

Fig. 1D visar ett schematiskt tvärsnitt genom skärhörnet längs linjen S i Fig. 1 C.

Fig. 2 visar ett skärhörn hos en alternativ utföringsform av ett skär enligt föreliggande uppfinning i planvy.

Fig. 3 visar ett skärhörn hos ytterligare en alternativ utföringsform av ett skär enligt föreliggande uppfinning i planvy.

Fig. 4A visar ytterligare en alternativ utföringsform av ett skär enligt föreliggande uppfinning i perspektivvy.

Fig. 4B visar ett skärhörn hos skäret i Fig. 4A ovanifrån.

Detalierad beskrivninq av uppfinnimgen Fig. 1A, 1B och 1C visar ett skärhörn 11 hos en utföringsform av ett skär 10 enligt föreliggande uppfinning. Skäret 10 har en polygonal grundform och kan vara dubbelsidigt. Skäret 10 är gjort av hårt förslitningsresistent material, företrädesvis hårdmetall, men kan alternativt vara av keramik eller kubisk bomitrid (CBN). Det vanligaste hårdämnet i hårdmetall är volframkarbid, WC och en bindemetall. Alternativa karbider kan vara av metallerna titan (TiC), tantal (TaC) och niob (NbC). Den vanligaste bindemetallen är kobolt (Co), men även nickel (Ni) förekommer. Hårdmetallen är en pulverblandning uppbyggd av karbidpartiklar med kornstorlek 0,5-10 um och en bindemetall. Bindemetallens volymandel är 5-40 % och karbidernas volymandel är 95-60 %. Skäret 10 är företrädesvis belagt med skikt av t.ex. Al2O3,TiN och/eller TiCN. 10 15 20 25 30 527 856 s-ssosra 2005-07-05 3 Skäret 10 är utvecklat för att användas främst vid svarvning av metalliska arbetsstycken. Skäret har en övre yta 12 och en undre yta, ej visad, anordnade i separata i huvudsak parallella plan och ett flertal, nämnda ytor förenande, kantytor 13, 14. Kantytorna 13, 14 möts i avrundade partier 21. Det visade skäret 10 har en rombisk grundform och innefattar ett centralt fästhål 15. Skäret kan ha två spetsvinkliga skärhörn 11 på vardera övre och undre ytan. I det visade utföringsexemplet är nämnda spetsvlnkel 80° men kan alternativt vara 55° eller 60°. Även skär med vinkelräta och andra hörn innefattas iföreliggande uppfinning.

Den övre sidan 12 har en i huvudsak plan stödyta 16, bildad för att anligga mot en basyta i en hållares ficka, ej visad. Stödytans 16 begränsningslinjer följer i huvudsak skärets grundform. Stödytan 16 kan omsluta fästhålet 15. I den visade utföringsformen är de båda stödytorna 16 i huvudsak plan-parallella, varvid dessa sträcker sig väsentligen vinkelrätt mot en hålets 15 centrumaxel.

Varje skärhörn 11 innefattar ett relativt ytan 16 försänkt parti 17. Partiet 17 utgörs i detta fall av en insintrad spånformare eller spånbrytare.

Skärningslinjen mellan det försänkta partiet 17 och kantytorna 13 och 14 bildar skäreggar, det vill säga en första skäregg 18, en nos-skäregg 19 och en andra skäregg 20. Nos-skäreggen 19 utgörs av en väsentligen del-cirkulär skäregg, vars radie betecknas med R och vars radiecentrum betecknas med Z.

Skäreggarna 18-20 kan ligga i ett gemensamt plan. Åtminstone ett spånbrytararrangemang 22 kan vara anordnat i både den undre och övre ytan 12 dels för att lyfta spånan under svarvningen och dels för att skärets båda sidor skall kunna användas på ett ekonomiskt sätt. l det föredragna utföringsexemplet är övre och undre ytorna identiska men spegelvända så att när skäret vänds med den undre ytan uppåt för svarvning så har den ett utseende som är identisk med den övre ytan 12. Skärhörnets 11 skäreggar 18 och 20 innesluter en vinkel, vars mitt definierar en bisektris B.

Spånbrytararrangemanget 22 består i detta fall av två spånbrytarsegment 22A, 22B som har till uppgift att lyfta spånan och därmed ge möjlighet för en 10 15 20 25 30 527 856 S-630SE 2005-07-05 4 högtryckskylnings-stråle 23 att komma under spånan och närmare skärzonen för att på detta vis kyla skäret mer effektivt och öka livslängden på skäret.

Segmenten 22A, 22B är utformade så att en öppning 24 föreligger mellan dem och därmed ges möjligheten att rikta högtrycksstrålen mellan dem och att därmed lyfta spånan ytterligare. Med ”öppning” menas här ett generellt sett försänkt parti mellan två intill varandra anordnade spånbrytarsegment.

Segmenten 22A, 22B kan ansluta något till varandra såsom framgår av figurerna samt är i detta fall symmetriskt anordnade relativt bisektrisen B.

Med hänvisning främst till F ig. 1B beskrivs härefter segmentens 22A, 22B utformningar och positioner. Varje segment är i detta fall avlångt och har avrundade ändar. Storleken på segmentet bestäms av formeln l x b x h, där exempelvis längden l= R x 0,75 (R = nosradien), bredden b= l/4 och höjden h = 0.15-0.5 mm. Radiecentrum Z kan ligga i öppningen 24. Segmentets högsta punkt bör ej anordnas mer än 0.25 mm ovanför samhörande skäregg 18, 20, men kan även anordnas under skäreggarna eller dessas plan. Öppningen 24 mellan segmenten 22A, 22B bestäms av formeln: y= b I 3, där y, där y mäts symmetriskt kring bisektrisen och är åtminstone 0.25 mm.

Positionen för segmentet 22A, 22B i förhållande till motstående skäregg 18, 20 väljs så att segmentets längdaxel S bildar en vinkel d med motstående skäregg.

Vinkeln a som segmentet bildar med motstående skäregg 18, 20 kan ligga inom intervallet 10-50° och företrädesvis inom intervallet 20-40° och helst kring 32°. För det fall segmenten anordnas asymmetriskt relativt bisektrisen kan de två segmenten 22A, 22B placeras med olika vinklar, se beskrivningen nedan med avseende på F lg. 4A och 4B. Varje segment 22A, 22B placeras X mm från samhörande skäregg, där X= R x Q. Faktorn Q för ett konventionellt skär ligger inom intervallet 0.3-0.5 medan faktorn Q för ett bredfasskär eller så kallat wiperskär ligger inom intervallet 0.4-0.8.

Det försänkta partiet 17 innefattar en från skäreggarna 18-20 nedåt inåt sluttande spånyta 25. Ofta anordnas en förstärkningsfas 26 i direkt anslutning till skäreggen 18-20. Varje segment 22A, 22B utsticker från nämnda spånyta 25. Varje segment 22A, 22B har således en liknande lutning som spånytan 25, 10 15 20 25 30 527 856 S-630SE 2005-07-05 5 snett inåt nedåt mot bisektrisen B, såsom framgår ur det schematiska tvärsnitteti Fig. 1D.

Det försänkta partiet 17 innefattar dessutom en bottenyta 27 anordnad i huvudsak att bilda utrymme för strålen 23. Det försänkta partiet 17 anordnas därför med en i riktning mot skärets centrum uppåtgàende vägg 28. Väggen 28 är förskjuten mot skärets centrum från segmenten 22A, 22B ett avstånd som är åtminstone lika stort som segmentets längd I, helst åtminstone dubbelt så stort som längden I. Det senare kan även beskrivas som att bottenytans 27 utsträckning från segmenten i riktning mot skärets centrum är åtminstone lika stort som segmentets längd I, helst åtminstone dubbelt så stort som segmentets längd I. Bottenytan 27 är i huvudsak anordnad lägre, det vill säga anordnad närmare motstående undre yta, än segmenten och väggen.

I kombination med eller helt fristående med ovan nämnda spånlyftande segment 22A, 22B, kan vinkeln på strålen dessutom ytterligare minskas för att öka åtkomligheten genom att i skärets stödyta utforma en eller flera urtagningar 29. I Fig. 1C visas en urtagning för åskådlighetens skull medan i Fig. 1A visas tre urtagningar. Samtliga urtagningar har i riktning mot nospartiet 21 successivt ökande djup och företrädesvis även i huvudsak ökande bredd. Urtagningen 29 kan ha en sluten ände 29A eller en öppen ände 29B, se F ig. 1A, vänd från nospartiet 21. I ett tvärsnitt vinkelrätt mot urtagningens längdaxel kan urtagningen definieras av en eller flera radier eller bestå av väggar och bottnar.

I det i Fig. 1A visade fallet har tre avlånga urtagningar 29 anordnats så att varje urtagnings längdaxel skär öppningen 24. Dessa urtagningar kan vara placerade i olika vinklar i förhållande till skärhörnets bisektris B för att på detta vis ge fasta lägen för strålens vinkel. Dessa urtagningar 29 är anordnade både för att öka åtkomligheten och att underlätta för användaren att ställa in högtrycksstrålen i en vinkel som gör att strålen riktas mot öppningen 24 mellan segmenten 22A, 22B. Vald vinkel beror av vilket skärdjup, matning, skärhastighet samt vilket material som skall svarvas. Det kan noteras att urtagningen i sig är passiv och utgör därmed enbart ett lopp för en kylstråle, vilken utgår från ett munstycke anordnat skilt från skäret. 10 15 20 25 30 527 856 S-630SE 2005-07-05 6 Fig. 2 visar ett skärhörn hos en alternativ utföringsform av ett skär enligt föreliggande uppfinning som skiljer sig från det i Fig. 1A-1C visade skäret 10 genom att fem urtagnlngar anordnats i solfjäderform med gemensamt fokus för att öka antalet vinklar att ställa in.

Fig. 3 visar ett skärhörn hos en alternativ utföringsform av ett skär enligt föreliggande uppfinning som skiljer sig från det i Fig. 1A-1C och Fig. 2 visade skären genom att en ränna eller ett konkavt spår 30 utformats ända ut till nos- skäreggen 19 eller till förstärkningsfasen 26. Det konkava spåret 30 anordnas symmetriskt kring bisektrisen B framför segmenten 22A, 22B och mellan öppningen 24 och det avrundade partiet 21. Därmed säkerställs ytterligare att strålen 23 kommer så nära skärzonen som möjligt. Kylstrålen 23 har då möjlighet att komma ända fram till skärzonen samt att lyfta spånan ytterligare - och minska slitaget på skäret. Med ett skär enligt denna uppfinning kan flackare vinklar användas utan att hindras av en spånbrytare. Dessutom kan strålen komma närmare skärzonen så att ett lägre tryck kan användas för att uppnå ett gott spånforrnningsresultat. Ett lägre tryck i strålen innebär stora fördelar, främst för pumputrustningens livslängd men också för dess dimensionering. En pumputrustning för högtryckskylning är en dyr investering. Eftersom kostnaden ståri proportion med dess arbetstryck, sparas inte bara pengar medelst längre utslitningstid för skäret utan också att lika höga tryck inte behöver användas som vid användandet av en traditionell spànbrytare. Vidare så är det säkerhetsmässigt och miljömässigt att föredra ett så lågt tryck som möjligt i systemet. Ett lägre tryck ger en säkrare hantering och en lägre energiförbrukning. De fasta lägena, det vill säga urtagningarna 29, för strålens vinkel mot bisektrisen B på skärets ovansida hjälper dessutom användaren att ställa in skäret för optimal bearbetning, samt att öka repeternoggrannheten hos skäret, eftersom det visuellt framgår om strålen ligger rätt.

Urtagningarna på skärets ovansida är i allmänhet inte ämnade för att kyla skäret, utan snarare för att inte strålen skall hindras, det vill säga för att kunna minska lutningen på strålen ytterligare. 10 15 20 25 30 527 856 S-630SE 2005-07-05 7 Skäret är dock inte utformat enbart för att användas tillsammans med högtryckskylning, snarare tvärtom det vill säga det är ett skär som är utformat för att fungera med konventionell kylning eller med torr bearbetning. Genom att skäret uppvisar ett tudelat spånbrytararrangemang 22 i närheten av nos- skäreggen fungerar partiet som en ordinär spånbrytare vid konventionellt kyld samt torr bearbetning. De två segmenten är anordnade på så vis att det föreligger en öppning 24 emellan dem. Denna öppning 24 har två funktioner, dels minskas risken för gropförslitning som annars är vanlig när spånan träffar en konventionell upphöjning i spånytan och dels skapas ett utrymme för högtrycksstrålen att träffa under spånan. Med högtryckskylnings-applikationer menas här tryck större än 100 bar.

Fig. 4A och 4B visar en alternativ utföringsform av ett skär enligt föreliggande uppfinning som skiljer sig från de ovan beskrivna skären genom att skäret är ett exempel på ett asymmetrisk wiper-skär, vars form beskrivs närmare i SE patent Nr. 0201985-9, vilken härmed inkorporeras i beskrivningen vad avser skäreggarnas och släppningsytornas former. Segmenten 22A, 22B kan i detta fall placeras asymmetriskt i förhållande till en bisektris i skärhörnet på grund av att matnings- och skärdjupsområdet för skäret är olika stort beroende på hur skäret används, det vill säga om det är längdsvarvning, planing eller kopiering. Segmenten 22A, 22B har i detta fall helt rak grundform, samt har ett distinkt mellanrum 24 emellan dem. Segmentet 22A samhör med en rak skäregg 18 under en spetsig vinkel medan segmentet samhör med en krökt skäregg 19 under en cirka 90~gradig vinkel.

Urtagningen 29 är anordnad för att minska lutningsvinkeln på strålen ytterligare utan att hindras av någon del av skäret, samt även för att guida användaren till att ställa in strålen i rätt vinkel i förhållande till skäreggen.

Föreliggande uppfinning avser således ett skär för svarvning vars spånbrytare bland annat är speciellt anpassad för både torr bearbetning och bearbetning i kombination med högtryckskylning, med förbättrad livslängd och förbättrat bearbetningsresultat, som ger låga skärkrafter och som ger kontrollerad spånforrnning.

Claims (10)

10 15 20 25 30 527 856 S-630SE 2005-07-05 8 Patentkrav

1. Ett skär för svarvning, innefattande en polygonal kropp av hårt förslitningsresistent material, vilken har en övre yta (12) och en undre yta och ett flertal, nämnda ytor förenande, kantytor (13,14), varvid åtminstone ett spånbrytararrangemang (22) är anordnat i åtminstone en av de undre och övre ytorna, varvid åtminstone ett med nos-skäregg (19) försett, avrundat skärhörn (11) är utformat vid ett nosparti (21) vid området för två kantytors skärningsområde, nämnda skärhörn definierar en bisektris (B), k ä n n e t e c k n a t a v att spånbrytararrangemanget (22) innefattar två avlånga spånbrytarsegment (22A,22B) med en däremellan anordnad öppning (24), varvid öppningen (24) är avsedd att ge plats åt en kylstråle riktad i riktning mot nämnda öppning (24).

2. Skäret enligt krav 1, k ä n n e t e c k n at av att varje segment (22A,22B) har en längd (l) och av att en bottenyta (27) är anordnad mellan segmenten och ett skärets centrum, varvid bottenytans (27) utsträckning från segmenten i riktning mot skärets centrum är åtminstone lika stort som segmentets längd (I), helst åtminstone dubbelt så stort som segmentets längd (I).

3. Skäret enligt något av föregående krav, k ä n n e te c k n at av att varje segment (22A,22B) bildar en spetsig vinkel (d) med motstående skäregg (18,20).

4. Skäret enligt något av krav 1 och 2, k ä n n e te c k n at av att segmenten (22A,22B) är asymmetriskt placerade i förhållande till bisektrisen (B).

5. Skäret enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att varje segment (22A,22B) har avrundade ändar och av att storleken på segmentet bestäms av formeln l x b x h, där exempelvis längden |= R x 0,75 (R = nosradien), bredden b= l/4 och höjden h = 0.15-0.5 mm. 10 15 20 527 856 S-630SE 2005-07-05 9

6. Skäret enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att centrum (Z) för ett skärets (10) nosradie (R) är anordnad i öppningen (24).

7. Skäret enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att öppningen (24) mellan segmenten (22A,22B) är åtminstone 0.25 mm.

8. Skäret enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att åtminstone en urtagning (29) är anordnad i en stödyta (16) i den övre ytan (12) på avstånd från nos-skäreggen, varvid nämnda urtagning (29) har en generell utsträckning i riktning mot nämnda nosparti (21), varvid urtagningen (29) är avsedd att ge plats åt en kylstråle riktad i riktning mot nämnda nosparti (21).

9. Skäretenligtkravß, kä n netec knat av att varje urtagning (29) är avlång och har i riktning mot nospartiet (21) successivt ökande djup varvid urtagningen (29) är avsedd att ge plats åt en kylstråle riktad i riktning mot nospartiet (21).

10. Skäret enligt något av kraven 8 och 9, k ä n n e t e c k n a t av att fler än en urtagning (29) anordnats i stödytan (16) och av att varje urtagnings längdaxel skär nospartiet (21).