WO2020207518A2 - Fräswerkzeug zum fräsen von faserverstärkten kunststoffen - Google Patents

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WO2020207518A2 PCT/DE2020/000073 DE2020000073W WO2020207518A2 WO 2020207518 A2 WO2020207518 A2 WO 2020207518A2 DE 2020000073 W DE2020000073 W DE 2020000073W WO 2020207518 A2 WO2020207518 A2 WO 2020207518A2
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Christian Gauggel
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Gühring KG
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Definitions

  • the invention relates to a milling tool for milling fiber-reinforced
  • the invention lies in the technical field of cutting tools in the form of milling tools.
  • Milling tools can be used to process a wide variety of materials, such as plastic, wood or metal.
  • the use of milling tools for processing plastics also includes, in particular, the processing of fiber-reinforced plastics.
  • Carbon fiber reinforced plastic describes a fiber-plastic composite material in which carbon fibers are embedded in a plastic matrix as mechanical reinforcement.
  • the matrix consists, for example, of thermosets such as epoxy resin.
  • a milling tool for machining carbon fiber reinforced plastic is known, for example, from DE 10 2008 034 784 A1.
  • This milling tool has a shank and a cutting part with a plurality of grooved main cutting edges which are formed on the circumference and which extend in the axial direction.
  • Another milling tool is known from DE 10 2012 019 804 A1.
  • a bar with rasp teeth alternates with a bar with layer blades.
  • the cutting edges are each arranged in parallel. Processing with parallel cutting edges has the disadvantage that only specific fiber types can be processed optimally.
  • the components can be optimized based on the expected mechanical or thermal loads.
  • the fibers can be conveniently positioned or aligned.
  • the material thickness can vary locally.
  • One example are components that are subjected to bending loads, where no high loads occur on the inside, but only on the surface.
  • a wide variety of fibers or fiber combinations can be used in addition to different material thicknesses.
  • carbon fibers, glass fibers or aramid fibers are used here.
  • natural fibers are now also widely used by the founders of life cycle assessment.
  • auxiliary fibers which are used for technical reasons before the infiltration with plastic.
  • Such fiber composite materials often consist of three or more fiber variants that are embedded in the plastic matrix.
  • the invention comprises a milling tool for milling fiber-reinforced plastics with a shank section and a cutting section.
  • the cutting section comprises several webs separated by flutes.
  • At least one web comprises a lateral surface with a large number of teeth.
  • At least one web includes one Outer surface with a variety of cutting edges.
  • the cutting edges on the web are arranged in the shape of a spiral segment at a different pitch angle a n to one another.
  • the cutting edges according to the invention are each arranged on the web at a different pitch angle a n to one another. Due to the arrangement at different pitch angles, workpieces with Process different fiber types improved.
  • the difference (difference) in the pitch angle a n is in the range from 0.5 ° to 10 °.
  • the difference in the angle of incline an in the range from 1 ° to 5 ° is particularly advantageous.
  • the difference in the slope can be optimally selected.
  • the helix angle ai of a first cutter is 65 ° and the helix angle 02 of a second cutter is 64 °.
  • a difference in the pitch angle a n of 1 0 is realized here. All cutting edges are preferably arranged on the web in the form of a spiral segment with an identical pitch angle difference Dah to one another. A predetermined range of pitch angles can thus be covered in accordance with the desired application.
  • Another advantageous aspect provides that all cutting edges on the web are arranged in the form of a spiral segment in pairs with an identical pitch angle difference Da h to one another. In this way, identical pairs of cutting edges can be produced, each having a difference in pitch from one another, the repeating difference in pitch angle being Da h . It is particularly advantageous if the pitch angle difference Da h is in the range from 0.1 ° to 5 °. This results in optimal properties when the gradient difference Dah is in the range from 0.5 ° to 2 °.
  • each tooth of the plurality of teeth prefferably has a polygonal base area.
  • a square base is particularly advantageous.
  • the plurality of teeth is arranged in such a way that they are each arranged with a positive and negative slope on the lateral surface along intersecting lines. This results in a structure that ensures a high level of material removal.
  • each tooth of the plurality of teeth is pyramid-shaped.
  • a rasp tooth arrangement can thus be implemented.
  • FIG. 1 shows a side view of a milling tool according to the invention according to a first embodiment of the invention
  • Fig. 2 example of a first arrangement of cutting edges of the
  • FIG. 3 shows an example of a second arrangement of cutting edges of the
  • the milling tool 1 shows a side view of a milling tool 1 according to the invention according to a first exemplary embodiment of the invention for milling fiber-reinforced plastics.
  • the milling tool 1 comprises an underlying shaft section 12 which is designed accordingly to be clamped in a chuck (not shown) of a drive machine.
  • the milling tool 1 further comprises a cutting section 11 adjoining the shaft section 12 upward.
  • the cutting section 11 comprises four webs 31, 32 separated by straight, vertically arranged flutes 2.
  • the webs 31, 32 are designed identically in pairs, with a first pair of webs 31 has a rasp tooth arrangement and a second pair of webs 32 comprises a blade arrangement.
  • the two outer webs have the plurality of teeth 4 protruding from the jacket surface, the right web 31 being shown in greater detail due to the selected rotational position of the milling tool 1.
  • Each tooth 4 of the plurality of teeth has a polygonal base area and extends in a pyramidal shape away from the lateral surface of the web 31.
  • the plurality of teeth 4 is arranged in such a way that they each lie along lines crossing the lateral surface with a positive and negative slope. This results in a rasp tooth structure on the outer surface.
  • the web 32 located in the middle is one of two webs which are arranged on opposite sides in the milling tool 1 shown. A large number of cutting edges 5 are located on the lateral surface of this web 32.
  • the cutting edges 5 are arranged on the web 32 in the shape of a spiral segment, each at different angles of inclination ai 02 to one another.
  • the pitch angle ai is 65 ° and the pitch angle aa is 64 °.
  • the cutting edges are arranged in such a way that, in pairs, a cutting edge 5 with a slope angle of 65 ° is followed by a cutting edge with a slope angle of 64 °.
  • the cutting edges 5 on the web 32 are arranged in the shape of a spiral segment, each at a different pitch angle, in accordance with the invention in such a way that workpieces with different fiber types can be processed in an improved manner.
  • FIG. 2 and Fig. 3 variants for the arrangement of cutting edges 5 on webs are shown, wherein in Fig. 2 the cutting edges have an angle difference in pairs and in Fig. 3 the diaper incline difference ai ⁇ 02 ⁇ 03 ⁇ OA runs over a range.

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  • Mechanical Engineering (AREA)

Abstract

Fräswerkzeug (1) zum Fräsen von faserverstärkten Kunststoffen, mit einem Schaftabschnitt (12) und einem Schneidabschnitt (11), welcher Schneidabschnitt (11) mehrere von Spannuten (2) getrennte Stege(31, 32) umfasst, wobei mindestens ein Steg (31) eine Mantelfläche mit einer Vielzahl von Zähnen (4) umfasst, und wobei mindestens ein Steg (32) eine Mantelfläche mit eine Vielzahl von Schneiden (5) umfasst, und wobei die Schneiden (5) auf den Steg (32) spiralsegmentförmig jeweils unter einem unterschiedlichen Steigungswinkel an zueinander angeordnet sind.

Description

Fräswerkzeug zum Fräsen von faserverstärkten Kunststoffen
Die Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug zum Fräsen von faserverstärkten
Kunststoffen gemäß dem unabhängigen Anspruch.
Die Erfindung liegt im technischen Gebiet von Zerspanungswerkzeugen in Form von Fräswerkzeugen.
Fräswerkzeuge können zur Bearbeitung unterschiedlichster Materialien, wie Kunststoff, Holz oder Metall eingesetzt werden. Der Einsatz von Fräswerkzeugen zur Kunststoffbearbeitung umfasst insbesondere auch die Bearbeitung von faserverstärkten Kunststoffen. Darunter werden alle faserverstärkten Werkstoffe verstanden, wie CFK (carbonfaserverstärkter bzw. kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff), GFK (glasfaserverstärkter Kunststoff) oder mit Polyesterfäden verstärkte Kunststoffe.
Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff bezeichnet einen Faser-Kunststoff- Verbundwerkstoff, bei dem in eine Kunststoffmatrix Kohlenstofffasern als mechanische Verstärkung eingebettet werden. Die Matrix besteht zum Beispiel aus Duromeren, wie Epoxidharz.
Ein Fräswerkzeug zur Bearbeitung von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff ist zum Beispiel aus der DE 10 2008 034 784 A1 bekannt. Dieses Fräswerkzeug hat einen Schaft und ein Schneidteil mit einer Vielzahl von am Umfang ausgebildeten genuteten Hauptschneiden, die sich in axialer Richtung erstrecken.
Ein anderes Fräswerkzeug ist aus der DE 10 2012 019 804 A1 bekannt. Bei diesem Kompressionsfräser wechselt sich ein Steg mit Raspelzähnen mit einem Steg mit Schichtschneiden ab. Die Schichtschneiden sind jeweils parallel angeordnet. Die Bearbeitung mit parallelen Schichtschneiden hat den Nachteil, dass nur spezifische Fasertypen optimal bearbeitet werden können.
Dies erweist sich mehr und mehr als unzureichend, da Faserverbundmaterialien zur Effizienz-Steigerung von technischen Systemen zum Beispiel durch Massereduktion oder spezifische Faseranordnungen optimiert werden.
Bestätigungskopie Dazu können die Bauteile anhand der zu erwartenden mechanischen oder thermischen Belastungen optimiert ausgelegt werden. Zum Beispiel können die Fasern günstig positioniert oder ausgerichtet werden. Ferner kann die Materialstärke lokal variieren.
Ein Beispiel sind Bauteile, die auf Biegung belastet werden, bei denen im Innern keine hohen Belastungen auftreten, sondern nur an der Oberfläche. Bei zunehmender Komplexität der Bauteile können neben unterschiedlichen Materialdicken auch verschiedenste Fasern bzw. Faserkombinationen eingesetzt werden. Meist kommen hier Kohlefasern, Glasfasern, oder Aramidfasern zum Einsatz. Aber auch Naturfasern kommen mittlerweile aus Gründern der Ökobilanzierung verbreitet zum Einsatz. Zudem kommen noch Hilfsfasern, welche aus technischen Gründen vor der Infiltration mit Kunststoff eingesetzt werden.
Derartige Faserverbundwerkstoffe bestehen oftmals aus drei und mehr Faservarianten die in der Kunststoffmatrix eingebettet liegen.
Dabei ist es problematisch, dass sich verschiedene Fasern bei der spanenden Bearbeitung, wie dem Fräsen von Bauteilen, unterschiedlich verhalten. Zur optimalen Bearbeitung müssen Fräswerkzeuge mit unterschiedlichen Werkzeuggeometrien verwendet werden. Mit konventionellen Fräswerkzeugen ist ein Beschneiden der Kanten ohne dass es bei abweichenden mechanischen Kennwerten der Fasern zu Faser- Überständen kommt nicht möglich. Typischerweise sind dann manuelle Nacharbeiten notwendig, wie das Entfernen von Faserresten.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile im Stand der Technik zu überwinden und insbesondere ein Fräswerkzeug bereitzustellen, das zum Fräsen von faserverstärkten Werkstoffen und insbesondere bei komplexen Bauteilgeometrien mit unterschiedlichen Fasertypen geeignet ist. Diese Aufgabe wird durch das Fräswerkzeug zum Fräsen von faserverstärkten Kunststoffen gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Aspekte bilden den Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Die Erfindung umfasst ein Fräswerkzeug zum Fräsen von faserverstärkten Kunststoffen mit einem Schaftabschnitt und einem Schneidabschnitt. Der Schneidabschnitt umfasst mehrere von Spannuten getrennte Stege. Mindestens ein Steg umfasst eine Mantelfläche mit einer Vielzahl von Zähnen. Mindestens ein Steg umfasst eine Mantelfläche mit einer Vielzahl von Schneiden. Die Schneiden auf dem Steg sind sßiralsegmentförmig jeweils unter einem unterschiedlichen Steigungswinkel an zueinander angeordnet. Im Unterschied zum Stand der Technik, bei dem die (Schneiden auf dem Steg jeweils parallel angeordnet sind, sind die Schneiden gemäß der Erfindung auf dem Steg jeweils unter einem unterschiedlichen Steigungswinkel an zueinander angeordnet. Aufgrund der Anordnung unter jeweils unterschiedlichen Steigungswinkeln lassen sich Werkstücke mit verschiedenen Fasertypen verbessert bearbeiten.
Gemäß einem besonders vorteilhaften Aspekt ist der Unterschied (Differenz) im Steigungswinkel an im Bereich von 0,5° bis 10°. Besonders vorteilhaft ist der Unterschied im Steigungswinkel an im Bereich von 1 ° bis 5°. Je nach Materialtyp kann der Unterschied in der Steigung optimal gewählt werden.
Es ist ferner bevorzugt, dass der Steigungswinkel ai einer ersten Schneide 65° ist und der Steigungswinkel 02 einer zweiten Schneide 64° ist. Hierbei ist eine Differenz im Steigungswinkel an von 10 realisiert. Bevorzugt sind alle Schneiden auf den Steg spiralsegmentförmig unter einem identischen Steigungswinkelunterschied Dah zueinander angeordnet. Damit kann ein vorbestimmter Bereich von Steigungswinkeln entsprechend der gewünschten Anwendung abgedeckt werden.
Ein weiterer vorteilhafter Aspekt sieht vor, dass alle Schneiden auf dem Steg spiralsegmentförmig jeweils paarweise unter einem identischen Steigungswinkelunterschied Dah zueinander angeordnet sind. Auf diese Art und Weise lassen sich identische Paare von Schneiden erzeugen, die jeweils einen Steigungsunterschied zueinander haben, wobei der sich wiederholende Steigungswinkelunterschied Dah ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Steigungswinkelunterschied Dah im Bereich von 0,1 ° bis 5° ist. Dabei ergeben sich optimale Eigenschaften, wenn der Steigungswinkelunterschied Dah im Bereich von 0,5° bis 2° ist.
Besonders bevorzugt hat jeder Zahn der Vielzahl von Zähnen eine polygonale Grundfläche. Besonders vorteilhaft ist eine viereckige Grundfläche.
Gemäß einem vorteilhaften Aspekt ist die Vielzahl von Zähnen derart angeordnet, dass sie jeweils mit positiver und negativer Steigung auf der Mantelfläche entlang kreuzender Linien angeordnet sind. Damit ergibt sich eine Struktur, die einen starken Materialabtrag gewährleistet.
Besonders bevorzugt ist jeder Zahn der Vielzahl von Zähnen jeweils pyramidenförmig ausgebildet. So lässt sich eine Raspelzahn-Anordnung realisieren.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargesteliten Beispiele zusätzlich erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 Beispiel einer ersten Anordnung von Schneiden des
Fräswerkzeugs aus Fig. 1 ; und Fig. 3 Beispiel einer zweiten Anordnung von Schneiden des
Fräswerkzeugs aus Fig. 1.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Fräsen von faserverstärkten Kunststoffen. Das Fräswerkzeug 1 umfasst einen untenliegenden Schaftabschnitt 12, der entsprechend ausgebildet ist, um in ein Futter (nicht dargestellt) einer Antriebsmaschine eingespannt zu werden.
Das Fräswerkzeug 1 umfasst ferner einen sich an den Schaftabschnitt 12 nach oben anschließenden Schneidabschnitt 11. Der Schneidabschnitt 11 umfasst vier, von geraden vertikal angeordneten Spannuten 2 getrennte, Stege 31 , 32. Die Stege 31 , 32 sind paarweise identisch ausgebildet, wobei ein erstes Paar von Stegen 31 eine Raspelzahnanordnung aufweist und ein zweites Paar von Stegen 32 eine Schneidenanordnung umfasst. Im gezeigten Beispiel weisen die beiden außenliegenden Stege die Vielzahl von aus der Mantelfläche herausstehenden Zähne 4 auf, wobei der rechte Steg 31 aufgrund der gewählten Drehposition des Fräswerkzeugs 1 detailreicher zu erkennen ist.
Jeder Zahn 4 der Vielzahl von Zähnen hat eine polygonale Grundfläche und erstreckt sich mit einer pyramidenform von der Mantelfläche des Stegs 31 weg. Die Vielzahl von Zähnen 4 ist derart angeordnet, dass sie jeweils entlang mit positiver und negativer Steigung auf der Mantelfläche kreuzender Linien liegen. So ergibt sich eine Raspelzahnstruktur auf der Mantelfläche.
Der in der Mitte liegende Steg 32 ist einer von zwei Stegen, die bei dem abgebildeten Fräswerkzeug 1 auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind. Auf der Mantelfläche dieses Stegs 32 befinden sich eine Vielzahl von Schneiden 5.
Die Schneiden 5 sind auf dem Steg 32 spiralsegmentförmig jeweils unter unterschiedlichen Steigungswinkeln ai 02 zueinander angeordnet.
Im gezeigten Beispiel haben die Zähne jeweils paarweise einen Steigungswinkelunterschied Dah (=Dai - Dob) von genau 1 °.
Im gezeigten Beispiel ist der Steigungswinkel ai 65° und der Steigungswinkel aa 64°. Die Schneiden sind derart angeordnet, dass jeweils paarweise auf eine Schneide 5 mit einem Steigungswinkel 65° eine Schneide mit einem Steigungswinkeln 64° folgt.
Die Schneiden 5 auf dem Steg 32 sind spiralsegmentförmig jeweils unter einem unterschiedlichen Steigungswinkel derart gemäß der Erfindung angeordnet, dass sich Werkstücke mit verschiedenen Fasertypen verbessert bearbeiten lassen.
In Fig. 2 und Fig. 3 sind Varianten für die Anordnung von Schneiden 5 auf Stegen dargestellt, wobei in Fig. 2 die Schneiden paarweise einen Winkelunterschied haben und in Fig. 3 der Steigungswindelunterschied ai < 02 < 03 < OA über einen Bereich läuft.

Claims

Ansprüche
Ί . Fräswerkzeug (1) zum Fräsen von faserverstärkten Kunststoffen, mit einem Schaftabschnitt (12) und einem Schneidabschnitt (1 1), welcher Schneidabschnitt (11) mehrere von Spannuten (2) getrennte Stege (31 , 32) umfasst, wobei mindestens ein Steg (31 ) eine Mantelfläche mit einer Vielzahl von Zähnen (4) umfasst, und wobei mindestens ein Steg (32) eine Mantelfläche mit eine Vielzahl von Schneiden (5) umfasst, und wobei die Schneiden (5) auf den Steg (32) spiralsegmentförmig jeweils unter einem unterschiedlichen Steigungswinkel (an) zueinander angeordnet sind.
2. Fräswerkzeug (1) nach Anspruch 1 , wobei der Unterschied im Steigungswinkel (an) im Bereich von 0,5° bis 10°, insbesondere im Bereich von 1° bis 5°, ist.
3. Fräswerkzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Steigungswinkel (ai) einer ersten Schneide (5) 65° ist und der Steigungswinkel (02) einer zweiten Schneide (5) 64° ist.
4. Fräswerkzeug (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei alle Schneiden (5) auf den Steg (32) spiralsegmentförmig unter einem identischen Steigungswinkelunterschied (Dah) zueinander angeordnet sind.
5. Fräswerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei alle Schneiden (5) auf den Steg (32) spiralsegmentförmig jeweils paarweise unter einem identischen Steigungswinkelunterschied (Dah) zueinander angeordnet sind.
6. Fräswerkzeug (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Steigungswinkelunterschied (Dah) im Bereich von 0,5° bis 5°, insbesondere im Bereich von 1 ° bis 2°, ist.
7. Fräswerkzeug ( 1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jeder Zahn (4) der Vielzahl von Zähnen eine polygonale Grundfläche aufweist.
8. Fräswerkzeug (1) nach Anspruch 7, wobei jeder Zahn (4) der Vielzahl von Zähnen eine viereckige Grundfläche aufweist.
9. Fräswerkzeug (1) nach Anspruch 8, wobei die Vielzahl von Zähnen (4) derart angeordnet ist, dass sie jeweils mit positiver und negativer Steigung auf der Mantelfläche entlang kreuzender Linien angeordnet sind.
10. Fräswerkzeug (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jeder Zahn
(4) der Vielzahl von Zähnen jeweils pyramidenförmig ausgebildet ist.
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