SE538598C2 - Keramisk skärplatta med spånbrytande yta för skärande hårdbearbetning - Google Patents

Abstract

Sammanfattning Ett keramisk eller blandkeramisk skärplatta för skärande hårdbearbetning av ettroterande arbetsstycke, med en spånvinkel y med ett värde på s 0 °, varvid en tillspånytan anslutande spånbrytande yta i en riktning bort från en skäregg hos skärplattan är brantare anordnad till verktygsreferensplanet än spånytan. 14

Description

Keramiskt hårdmetallskär för skärande hårdbearbetning Uppfinningen hänför sig till ett keramiskt hårdmetallskär för skärande hårdbearbetning av ett roterande arbetsstycke enligt ingressen till patentkravet 1.

Bearbetning av arbetsstycken i svarvar, sker med ett skärverktyg som spännstill en redskapsbärare. Detta är utformat i form av ett hårdmetallskär eller etthårdmetallvändskär. För de spån som producerats under skärning eller svarvning avdet bearbetade materialet är kravet att de å ena sidan är lätta att göra sig av medoch att inte antar för stora längder och å andra sidan varken äventyrar maskinernaeller personalen. På grund av dessa krav, bör särskilt långa spån eller slumpmässigaspån undvikas. Föredragna spånformer är cylindriska eller har helixspiralform. Också diskontinuerliga spån är föredragna.

I den mjuka bearbetningen av arbetsstycken vid rotation är det för dettaändamål känt med hårdmetallskär med en i förhållande till verktygets referensplantrågliknande fördjupning. Denna är anordnad nära en skäregg och leder bort spånetfrån skäreggen. Den kan å ena sidan leda till spånbrytning och å andra sidanpåverka spånets form positivt. En nackdel med denna geometri hos hårdmetallskäretär dock att den är lämplig endast för mjuk maskinbearbetning och avslutandebehandlingar, eftersom hårdmetallskäret på grund av kälverkan av det trågliknandefördjupningen, vid en hårdbearbetning eller vid grovbearbetning med högrespåntjocklek än 2-8 mm tenderar att spricka.

På grund av deras höga temperaturhållfasthet och hårdhet kommer i synnerhetkeramiska eller blandade keramiska hårdmetallskär till användning vidhårdbearbetning. För att möjliggöra hårdbearbetning med det hårda, men också relativt spröda keramiska hårdmetallskäret måste dess skärkant skyddas mot brott.

Inom svarvteknologin används därför hårdmetallskär utan släppningsvinkel och med en spånvinkel på 0 ° och en spånyteavfasning som direkt ansluter till skäreggen. Även om denna geometri har en så kallad T-avfasning som ger det nödvändigakantskyddet för det keramiska hårdmetallskäret för hård och grovbearbetning, äremellertid spånbildningen av denna skärgeometri fortfarande ofördelaktig.Fortfarande uppstår såsom tidigare, som en funktion av driftsparametrarna för den roterande maskindelen, delvis slumpmässiga och /eller långa spån.

I motsats härtill är uppfinningen baserad på uppgiften att skapa ett keramiskthårdmetallskär för skärande hårdbearbetning av ett roterande arbetsstycke, varsspånbildning förbättras.Detta syfte uppnås genom ett keramiskt hårdmetallskär medsärdragen enligt krav 1. Fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen beskrivs ipatentkraven 2 till 10.

Ett keramisk eller blandkeramiskt hårdmetallskär för skärande hårdbearbetningav ett särskilt kring ett rotationscentrum roterande arbetsstycke, har en antagenskärriktning i enlighet med DIN 6851, som stöds vinkelrätt mot ettvektygsreferensplan hos hårdmetallskäret. Dessutom har det en skäregg, genomvilken en spånyta är begränsad, som är anordnad med en spånvinkel s O ° mot verktygets referensplan.

Enligt uppfinningen uppvisar den en till spånytan anslutande spånbrytande yta,som är anordnad i en riktning bort från skäreggen som är brantare anordnad till verktygets referensplan än spånytan.

Eftersom den spånbrytande ytan som konsekvens och med hänvisning tillspånytan har en brantare lutning bildas ett spånbrytarsteg över de båda ytorna, vilketresulterar i förbättrad spånbildning och spånavgång. Tester har visat atthårdmetallskäret tack vare denna geometri särskilt vid användningen av hårdmetallskär av blandkeramik får en optimerad spånbildning och mindre tendens 2 för långa eller slumpmässiga spån. Som blandkeramiskt material är det särskiltlämpligt med HC7 från tillverkaren NTK. Speciellt vid svarvning av långspånandematerial såsom CrNiNo16/18, som används speciellt för kraftuttagsaxlar, drevaxlareller solhjulsaxlar, är detta en fördel. Med den sålunda bildade spånytan ochspånbrytande ytan ökar processernas tillförlitlighet och utrustningens driftstid förlängs eftersom inga avbrott för avlägsnande av spån är nödvändiga mer.

På liknande sätt ökas livslängden på hårdmetallskäret jämfört medkonventionella hårdmetallskär för svarvande hårdbearbetning. Detta resulterar ibesparingar i driftskostnader och förbättrar kvaliteten och minskar avfallet itillverkningen. Verktygets referensplan är företrädesvis parallellt anordnat med en stödyta för hårdmetallskäret, vilket är anordnat att ligga på en verktygshållare.

I det fall en spånvinkel y är 0 °, är spånytan parallell med Verktygetsreferensplan eller inte anordnad mot den. Således är hållfastheten och stabilitetenhos hårdmetallskäret förhöjd jämfört med en konstruktion förstärkt med en positivspån- eller med en spetsig kilvinkel. I fallet med spånvinkeln y av 0 ° är alltså enkilvinkel ß på upp till 90 ° möjlig. Kilvinkeln är definierad över spånytan och en till enantagen bearbetningsyta intilliggande släppningsyta hos hårdmetallskäret. I falletmed en negativ spånvinkel, är spånytan så anordnad mot verktygets referensplan, atten skavande verkan av skäreggen erhålls, varigenom stabiliteten hos skäreggenökas ytterligare. I detta utförande möjliggörs en trubbig kilvinkel av > 90 ° som ärföredragen för att höja stabiliteten.

Hårdmetallskäret enligt uppfinningen är särskilt lämplig för hårdbearbetning avoch I eller grovbearbetning , dvs för ingreppsdjup eller spåntjocklek, av omkring 2 till8 mm. Därmed är en summa av spånvinkeln, kilvinkeln och en släppningsvinkel asom bildas mellan det antagna bearbetningsplanet och den av skäreggenavgränsade släppningsytan definierad att vara 90 °. Kilvinkeln är alltid positiv och kanäven vara trubbig, eller uppvisa ett värde> 90 °. Släppningsvinkeln är alltid 2 0 ° och företrädesvis omkring 0 °. För att garantera konstant vinkelsumma av 90 ° så är 3 spånvinkeln y så definierad att den uppvisar negativa värden, om spånytan sträckersig med utgångspunkt från skäreggen i en riktning mot spånavgången bort från verktygets referensplan eller stiger bort från den.

Visserligen är liknande spånbrytarsteg för keramiska hårdmetallskär förhårdbearbetning inom fräsningstekniken kända såsom visas i till exempel i US-A-7,837,41? är B2. Det finns emellertid inom svarvteknologin, den tekniska fördomen, atten sådan geometri med ett spånbrytarsteg är inte lämplig för svarvning. Orsaker tilldetta är bland annat de fundamentalt olika typerna av ingrepp vid fräsning och svarvning.

En annan, för uppfinningen försvårande omständighet är att det tills nyligenendast med stor möda var möjligt att använda icke-standardiserade skärgeometrier,som i det fallet behövde en manuell efterjustering av skäreggen till rotationsmitten avarbetsstycket.Eftersom spånbrytarsteget enligt föreliggande uppfinning emellertiduppvisar en lägre höjd hos skäreggen på stödytan av hårdmetallskäret, än på ettjämförbart standardiserat hårdmetallskär, skulle denna efterjusteringsprocess inte blinödvändig.

Endast med moderna tre-eller fyra-axel svarvar, är denna efterjustering möjligautomatiskt. Den erforderliga manuella efterjusteringen utgjorde tills dess således ettavsevärt motstånd att använda hårdmetallskär enligt uppfinningen med reducerad skäregg eller spånbrytarsteg vid vändning.

I en föredragen utföringsform av uppfinningen, är den spånbrytande ytananordnad med en spånbrytande vinkel ö till verktygets referensplan vars värde ärföreträdesvis 2 -90 ° och är mindre än 0 °, varvid den spånbrytande vinkeln med avseende på verktygets referensplan är brantare än spånvinkeln enligt uppfinningen.

Analogt med definitionen av spånvinkeln antar den spånbrytande vinkeln önegativa värden när den spånbrytande övre ytan med utgångspunkt från spånytansträcker sig eller stiger i riktning mot en spånavgång bort från verktygets referensplan.

För matningshastigheter av upp till ca 0,1 mm /varv, särskilt för enfinbearbetning, är ett värde på den spånbrytande vinkeln ö av ca -90 ° till -75 °föredraget, för att vid en låg matningskraft över den spånbrytande vinkeln öåstadkomma en hög motståndskraft mot avlägsnande ochföljaktligen påverka brottet och spånet och dess form och på ett fördelaktigt sätt.

För en medelstor bearbetning är vid matningshastigheter från 0,1 mm /varv till 0,25 mm /varv föredras en spånbrytande vinkel ö av ca -75 ° till -60 °, förgrovbearbetning med matningshastigheter på mellan 0,25 och 0,5 mm / varvföredras spånbrytande vinkel ö av omkring -60 ° till -45 °. Vid matningshastigheter påmer än 0,5 mm /varv, speciellt i en tungbearbetning, är en spånbrytande vinkel ö avca -45 ° till mindre än 0 ° föredragen.

Företrädesvis är värdet av spånvinkeln y s 0° och z - 25°, mer föredraget är ca s 0° och z -2°. Det senare intervallet är tillämpas företrädesvis vid den generellabearbetningen. Spånvinkel med värden mindre än -2 ° föredras vid tung skärning,speciellt för ett skärdjup ap på mer 2 4 mm i radie eller 2 8mm i omkretsen påarbetsstycket, då en allt högre stabilitet hos skäreggen uppnås med ett mindre värdepå spånvinkeln.

I en särskilt föredragen och fördelaktig utföringsform av hårdmetallskäret,uppvisar spånytan en till skäreggen gränsande spånytavfasning så att ett litet, iomedelbar anslutning till skäreggen angränsande område hos spånytan är starkare anordnat mot verktygets referensplan, än resten av spånytan. Även genom denna åtgärd, höjs stabiliteten hos skäreggen, eftersomskäreggen skyddas mot brott på grund av den skavande verkan hosspånytavfasningen. Därmed är spånvinkeln såsom beskrivits ovan, definierad avlutningen av den återstående spånytan mot verktygets referensplan, dvs ej på lutningen hos avfasningen.

För att optimera spånavgången, uppvisar en föredragen utföringsform avuppfinningen, att den spånbrytande ytan har en konkav övergångsyta som avgränsarspånytan. Denna har, i riktningen för spånavgången företrädesvis enövergångsradien RZ 2 0,5 och s 1 mm. Denna övergångsradie Rg ökar stabilitetenhos spånbrytarsteget, då kälverkan reduceras på grund av den. På detta sättreduceras tendensen till en brottanvisning vid övergången från spånytan tillspånbrytande yta.För grov bearbetning uppvisar övergångsradien R; företrädesvis ett värde av ca 0,5 till 0,8 mm, för tung bearbetning ett värde 2 0,8 mm.

I en särskilt föredragen och fördelaktig utföringsform är hårdmetallskäret utformatsom ett hårdmetallvändskär och har företrädesvis en A- eller B- eller C- eller D- ellerE- eller H- eller K- eller L- eller M- eller O- eller R- eller S- eller T- eller V- eller W-form.

I ett särskilt föredraget utförande av hårdmetallskäret eller hårdmetallvändskäret ärspånytan och /eller den spånbrytande ytan bildad längs omkretsen påhårdmetallskäret eller hårdmetallvändskäret.

För hårdmetallvändskäret i enlighet med uppfinningen lämpar sig företrädesvis enradie R, på skäreggen som har ett värde av 2 0,1 och s 1 mm. Därmed ärföreträdesvis ett värde av omkring 0,1 mm att föredra för precisionsbearbetning, ettvärde till omkring 0,3 mm att föredra för företrädesvis medel- och grovbearbetning och ett värde 2 0,3 mm är att föredra för tung bearbetning.

För djupet hos spånytan och den spånbrytande ytan, som mäts i verktygetsreferensplan och vinkelrätt mot skäreggen, erhålls följande föredragna värden: Ett spånbrytande ytdjup B har företrädesvis ett värde på 2 1 och s 5 mm.

Ett spånytdjup L har företrädesvis ett värde på 2 1 mm och s 5 mm.

Därmed är det spånbrytande ytdjupet B företrädesvis anpassat till eller beroende av övergångsradien R2.

En uppfinningsenlig metod för tillverkning av ett keramiskt eller blandkeramiskthårdmetallskär eller hårdmetallvändskär enligt föregående beskrivning inkluderarstegen: Sintring av en grundgeometri av skäret, och laserbearbetning och /ellerslipning av grundgeometri för generering av spånytan och / eller av den spånbrytande ytan.

Nedan följer två utföringsformer av ett hårdmetallskär enligt uppfinningen som närmare illustreras genom fyra schematiska figurer. På figurerna visas: Figur 1 visar en första utföringsform av ett hårdmetallskär i en planvy;Figur 2, hårdmetallskäret enligt figur 1 i en längsgående snitt;Figur 3 visar en andra utföringsform av ett hårdmetallskär i en vy ovanifrån, och Figur 4 visar hårdmetallskäret enligt figur 3 i ett längdsnitt.

Den första utföringsformen enligt figurerna 1 och 2 visar ett blandkeramiskthårdmetallskär 1 format i en S-form (kvadrat). Den består av materialet HC7 fråntillverkaren NTK. Detta har en hög hårdhet så att hårdmetallskäret är särskilt lämpligtför svarvande hårdbearbetning av hårda material. Ett tvärsnitt 2 av skärplattan 1mäter i denna första utföringsform15 mm. Hörnen 4 hos hårdmetallskäret 1 äravrundade med en hörnradie Ropå 1,6 mm. De rundade hörnen 4 uppvisar i ett plan,som är vänt mot betraktaren i figur 1, en perifer skäregg 6. För att illustrera de relevanta geometrierna på hårdmetallskäret 1 följer nu en beskrivning av figur 2.

Figur 2 illustrerar den första utföringsformen (jfr figur 1) i figur 1 längs tvärsnittet A-A.Hårdmetallskäret 1 har ett verktygreferensplan 8, vilket är definierat så att det äranordnat vinkelrätt mot en antagen skärriktning 10 (enligt DIN 6851) avhårdmetallskäret 1. Vidare är en skärande punkt (ej visad) hos skäreggen 6anordnad i verktygets referensplan 8. Hårdmetallskäret 1 har en stödyta 11 för attvila på en verktygshållare (ej visad). Stödytan 11 är därmed parallell med verktygets referensplan 8.

I en enligt bestämningen normal drift av hårdmetallskäret 1 förflyttas arbetsstycketparallellt med och motsatt mot skärriktningen 10 förbi hårdmetallskäret 1.Hårdmetallskäret 1 är därmed i ingrepp med arbetsstycket med ett visstingreppsdjup, via vilken spåntjockleken bestäms. Hårdmetallskäret 1 är konfigureratså att en släppningsyta 12 är parallell med ett antaget bearbetningsplan hoshårdmetallskäret 1.

Härav följer att en släppningsvinkel a mellan det antagna bearbetningsplanet ochsläppningsytan 12 har ett värde av 0 °. Vidare är hårdmetallskäret 1 utformat så atten kilvinkel ß mellan släppningsytan 12 och en spånyta 14 har ett värde av 90 °.

Därmed framgår att en spånvinkel y som spänner mellan spånytan 14 ochverktygets referensplan 8 är 0 °. Släppningsytan 12 avgränsas mot spånytan 14 överskäreggen 6. Skäreggen 6 har en radie Rj på 0,3 mm. På grund av den rätvinkliga kilvinkeln ß är skäreggen 6 väl skyddad mot brott under hårdbearbetningen.

I en riktning av spånavgången, som följer från vänster till höger enligt figur 2 längsden vänstra spånytan 14, angränsar till spånytan 14 en övergångsyta 16 som har enövergångsradie Rz på 0,5 mm. Denna övergångsyta 16 är en del av en spånbrytandeyta 18, som sträcker sig från spånytan 14 längs dess spånbrytdjup B. Denspånbrytande ytan 18 är därmed anordnad med en spånbrytande vinkel ö av -37 ° mot verktygets referensplan 8.

Därmed är den spånbrytande vinkeln enligt föregående beskrivningen definierad med utgångspunkt från verktygets referensplan 8.

Den uppfinningsenliga branta lutningen hos den spånbrytande ytan 18 mot spånytan14 och verktygets referensplan 8 leder till den avsedda förbättrade spånbildning under den vridande bearbetningen av arbetsstycket.

Det kommer alltmer av fördelaktiga cylindriska eller spiralformade spiralspån. Ocksådiskontinuerliga spån observeras alltmer. Bildningen av band och /ellerslumpmässiga spån minskas jämfört med konventionella former av hårdmetallskär, särskilt T-fasade hårdmetallskär.

Figurerna 3 och 4 visar en andra utföringsform av ett hårdmetallskär 101 enligtuppfinningen som är utformad som ett hårdmetallvändskär. Med avseende påmaterialet och de geometriska parametrarna såsom tvärsnittet 2, hörnradien Ro,spånytdjup L, spånbrytande ytdjupet B, släppningsvinkeln or, skäreggens radie R1,kilvinkeln ß, spånvinkeln y, övergångsradien Rz och spånbrytande vinkel ö är denandra utföringsformen som visas i figurerna 3 och 4 identiskt konstruerad med denförsta utföringsformen som visas i figurerna 1 och 2. På denna punkt är därförbeskrivningen av figurerna 3 och 4 begränsad enbart till de funktioner som skiljer sig från det första utförandet.

Figur 3 visar hårdmetallskäret 101 analogt med framställningen av den förstautföringsformen i fig 1 i en planvy. Det skall anmärkas att både en spånyta 114 ochen spånbrytande yta är 118 är utformade omkring hårdmetallskäret 101. Vidare, ärdet på den i figur 3 visade översidan av hårdmetallskäret 101 bildat en kavitet 120,som är lämplig för positionering och I eller fixering av hårdmetallskäret påverktygsbäraren. Även en övergångsyta 116 är bildad på omkretsen avhårdmetallskäret 101.

Andra variationer av den första utföringsformen enligt fig 1 och 2 visas i fig 4,där ett snitt B-B, såsom visas i figur 3, illustreras. Hårdmetallskäret 101 visar underen delning 122, som i figur 4 visas som en streckad linje, en andra skärgeometri.Denna har ett verktygsreferensplan 108 från vilken en spånbrytande yta 218 utgår anordnad med en spånbrytande vinkel ö ' mot verktygsreferensplanet 108.

Den spånbrytande vinkeln ö 'är därmed större till sitt värde än denspånbrytande vinkeln på ovansidan av hårdmetallskäret 101, eller den förstautföringsformen enligt figurerna 1 och 2. Dessutom är en höjd H ' hosspånbrytarsteget som bildas genom spånytan 214 och spånbrytarens yta 218 överreferensplanet 108 mindre än en höjd H av spånbrytarsteget som bildas genomspånytan 114 och spånbrytarens yta 114 ovanför delningen 122.

En annan skillnad är lätt att se, då ett spånytdjup L ' och en spånbrytandeytdjupet B ' skiljer sig åt från spånytdjupet L och spånbrytande ytdjupet B.

Mittemot den övre ytan av hårdmetallskäret 101 är spånytdjupet L ' större ochdet spånbrytande ytdjupet B ' kortare utformat. Den i fig. 4 undre sidan avhårdmetallskäret 101 uppvisar en skärriktning 10 på sin övre sida motriktadskärriktningen 110.

Värdena för släppningsvinkeln a, kilvinkeln ß och spånvinkeln y för undersidanav hårdmetallskäret 101 motsvarar de till översidan eller de för den första utföringsformen enligt figuren 2.

Hårdmetallskäret enligt uppfinningen är även lämplig för fräsning.Ytövergångar från spånytan till övergångsytan och därifrån till den spånbrytande ytan är företrädesvis tangentiellt kontinuerliga för att minimera kälverkan, men de kan också på ett avvikande sätt utformas tangentiellt diskontinuerligt (buckling) . 11 Referensnummerlista 1; 101 2 4 6 8; 108 10; 110 11 12 14; 114, 21416; 116, 21418; 118, 218120 122 L; L' B; B' hàrdmetallskärtvärsnitt hörn skäregg verktygets referensplanskärriktning stödyta släppningsytaspånytaövergångsytaspånbrytande ytafördjupning delning spånytdjupspånbrytande ytdjupsläppvinkel kilvinkel spånvinkelspånbrytande vinkel 12

Claims (1)

1. _ Keramiskt hårdmetallskär för skärande hårdbearbetning av ett roterande arbetsstycke, med en skärriktning (10, 110) som är vinkelrät mot ettverktygsreferensplan (8, 108) hos hårdmetallskäret (1, 101), och med enskäregg (6), genom vilken en spånyta (14, 114, 214) är begränsad, som äranordnad mot verktygets referensplan (8, 108) med en spånvinkel (y) s 0°,kännetecknad av att en spånbrytande yta (18; 118, 218) ansluter till spånytan(14, 114, 214) i en riktning bort från skäreggen (6) som är brantare anordnadtill verktygets referensplan (8,108) än spånytan (14, 114, 214). _ Hårdmetallskär enligt krav 1, varvid den spånbrytande ytan (18, 118, 218) är anordnad mot verktygets referensplan (8, 108) med en spånbrytande vinkel (ö) som är < 0° och z -90°. _ Hårdmetallskär enligt något av patentkraven 1 eller 2, varvid spånvinkeln (y) är s O° och 2 -25°. . Hårdmetallskär enligt något av patentkraven 1 till 3, varvid spånytan innefattar en intill skäreggen angränsande spånyteavfasning. . Hårdmetallskär enligt något av de föregående kraven, varvid den spånbrytande ytan (18, 118, 218) uppvisar en konkav övergångsyta(16,116,216) som begränsar spånytan (14, 114, 214). _ Hårdmetallskär enligt krav 5, varvid en övergångsradie (R2) hos nämnda övergångsyta (16, 116, 216) i en riktning är en spånavgång z 0,5 och s 1,0 mm. _ Hårdmetallskär enligt något av föregående krav, som är utformad som ett hårdmetallvändskär (101). 13 8. Hårdmetallskär enligt något av föregående krav, varvid spånytan (114, 214)och /eller den spånbrytande ytan (118, 218) är bildad runt omhårdmetallskäret (101). 5 9. Hårdmetallskär enligt något av de föregående kraven, där en radie (R1) av skäreggen (6) är .>. 0,1 och s 1,0 mm.10. Hårdmetallskär enligt något av föregående krav, varvid en i verktygets referensplan (8, 108) och vinkelrätt mot skäreggen (6) uppmätt spånbrytande10 ytdjup (B; B') är 2 1 och s 5 mm. 14