DE102011054677B4

DE102011054677B4 - Fräswerkzeug

Info

Publication number: DE102011054677B4
Application number: DE102011054677.4A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Volz; Benjamin Prescher
Original assignee: Guehring KG
Current assignee: Guehring KG
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2023-11-16
Anticipated expiration: 2031-10-21
Also published as: WO2013057237A1; DE102011054677A1

Abstract

Fräswerkzeug zum Fräsen faserverstärkter Kunststoffe, mit einem Schaft (12) und einem Schneidteil (14) mit einer Vielzahl von am Umfang ausgebildeten Hauptschneiden und dazwischen liegenden Spannuten (18A, 18G), wobei die Hauptschneiden von leistenartigen Schneideinsätzen (16A, 16G) gebildet sind, die aus einem Hartstoff, wie z.B. Vollhartmetall oder PKD bestehen, wobei zumindest zwei Hauptschneiden (16A) zueinander gegensinnig zur Werkzeugachse bzw. Drehachse (24) angestellt und jeweils über ihre gesamte Länge (LG, LA) im Wesentlichen vollflächig vom Schneidteil (14) abgestützt sind,dadurch gekennzeichnet, dassdie Hauptschneiden abwechselnd achsparallel und zur Werkzeugachse (24) gegensinnig angestellt verlaufen,die zueinander gegensinnig zur Drehachse angestellten Hauptschneiden (16a) wendelförmig verlaufen,die achsparallel verlaufenden Hauptschneiden (16G) im Wesentlichen diametral zueinander versetzt sind, wobei die zur Werkzeugachse (24) gegensinnig angestellten Hauptschneiden (16A) im Wesentlichen mittig dazwischen liegen, unddie gegensinnig zueinander verlaufenden Schneideinsätze (16A) in einem unterschiedlichen Abstand (A) von einer Stirnseite des Werkzeugs enden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug zum Fräsen faserverstärkter Kunststoffe, insbesondere zum Fräsen von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK), das heißt von Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff, bei dem in eine Matrix (z. B. aus Kunststoff) Kohlenstofffasern, zumeist in mehreren Lagen, als Verstärkung eingebettet sind. Solche Werkstoffe sind allgemein bekannt und finden dann Anwendung, wenn es darum geht, Bauteile mit geringem Gewicht und hoher Festigkeit bereitzustellen. Unter dem Begriff CFK sollen auch keramische Faserverbundwerkstoffe und kurzfaserverstärkte Metalle, sogenannte Metall Matrix Composites (MMC) verstanden werden.
Derartige Materialien lassen sich nicht so leicht bearbeiten. Beim Einsatz herkömmlicher Fräswerkzeuge kommt es häufig zu einer Ausfransung, Auswerfung und/oder Delamination der Deckschichten oder zu einer Temperaturschädigung der Verbundwerkstoffe.
Es sind unterschiedlichste Ansätze bekannt, bei mehrschneidigen Fräswerkzeugen durch bestimmte Abstimmung von Schneidenverläufen die Spanbildung positiv zu beeinflussen. So ist aus dem Dokument WO 2011 / 122 457 A1 ein Fräswerkzeug bekannt, bei dem vier durch Einschleifen von Spannuten entstehende Hauptschneiden vorgesehen sind, von denen zwei achsparallel angeordnet sind und die dazwischen liegenden Schneiden zur Werkzeugachse bzw. Drehachse gleichsinnig angestellt sind.
DE 20 2011 001 512 U1 zeigt ein Fräswerkzeug, bei dem die axial verlaufenden Schneidkanten zunächst in einem ersten Bereich mit einem ersten Richtungssinn und anschließend in einen zweiten Bereich mit einem dem ersten Richtungssinn entgegen gerichteten Richtungssinn verlaufen. Ein ähnliches Konzept liegt dem Werkzeug gemäß US 3 913 196 A zugrunde.
Das Werkzeug gemäß JP S64 - 20 913 A zeigt zwar die gegensinnige Anstellung von Hauptschneiden. Allerdings hat es keine Schneiden, die von leistenartigen Schneideinsätzen gebildet sind.
Auch der Stirnfräser gemäß DE 11 2009 000 013 T5 hat keine leistenartigen Schneideinsätze. Allerdings sind zur Vermeidung von Graten bei der Bearbeitung von faserverstärkten Verbundmaterialien zumindest zwei Hauptschneiden zueinander gegensinnig zur Werkzeugachse bzw. Drehachse angestellt.
Bei dem Werkzeug gemäß JP H06 - 64 805 U sind drei Hauptschneiden vorgesehen, die unter einem gleichen Winkel zur Achse angestellt sind. Diese Schneiden sind durch wendelförmige Nuten, die mit gegensinnigen Winkeln zur Achse verlaufen, unterbrochen.
Bei dem Fräswerkzeug gemäß US 7 284 935 B2 sind die vier am Umfang ausgebildeten Hauptschneiden so angeordnet, dass jeweils zwei Hauptschneiden einen gleichbleibenden Winkel zur Achse haben, während die dazwischen liegenden Schneiden einen sich über den axialen Verlauf ändernden Anstellwinkel haben.
Es sind verschiedene weitere Ansätze bekannt, Fräswerkzeuge gezielt zur Bearbeitung dieser Verbundwerkstoffe zu modifizieren. Solche Ansätze sind beispielsweise in den Dokumenten DE 10 2008 034 784 A1 , WO 2008 / 128 035 A1 , WO 2009 / 122 937 A1 bekannt. Ein Fräswerkzeug zum Fräsen faserverstärkter Kunststoffe, mit einem Schaft und einem Schneidteil mit einer Vielzahl von am Umfang ausgebildeten Hauptschneiden und dazwischen liegenden Spannuten, wobei die Hauptschneiden von leistenartigen Schneideinsätzen gebildet sind, die aus einem Hartstoff, wie z.B. Vollhartmetall oder PKD bestehen, ist aus dem Dokument DE 20 2010 015 446 U1 bekannt.
Ein gattungsbildendes Fräswerkzeug ist aus dem Dokument US 2005 / 0 031 421 A1 bekannt. Dieses Werkzeug hat drei Hauptschneiden, die von Schneideinsätzen gebildet sind. Zwei dieser Schneiden sind gegensinnig zur Werkzeugachse bzw. Drehachse angestellt. Auf diese Weise wird eine verbesserte Laufruhe erzielt, wobei sich aufgrund der zueinander gegensinnig angestellten Hauptschneiden jeweils ein ziehender Schnitt realisieren lässt, der dafür sorgt, dass die aus der Schnittfläche herausragenden Fasern einer oben liegenden Faserschicht nach unten und einer unten liegenden Faserschicht nach oben gezogen werden. PKD-Schneideinsätze sind hochfest, jedoch nicht besonders duktil. Deshalb werden die Schneideinsätze jeweils über ihre gesamte Länge im Wesentlichen vollflächig am Schneidteil abgestützt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein gattungsgemäßes Fräswerkzeug zu schaffen, das sich dadurch auszeichnet, dass faserverstärkte Verbundwerkstoffe noch wirtschaftlicher und sauberer einer Fräsbearbeitung unterzogen werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß trägt der Schneidteil des als Schaftfräser ausgebildeten Fräswerkzeugs weiterhin zumindest zwei Hauptschneiden, die zur Drehachse und zueinander gegensinnig angestellt sind. Ein besonders einfacher Aufbau ergibt dadurch, dass die Hauptschneiden abwechselnd achsparallel und zur Werkzeugachse gegensinnig angestellt verlaufen. Es hat sich gezeigt, dass es mit dem erfindungsgemäßen Aufbau bereits mit vier Schneideinsätzen gelingt, höchste Zerspanungsleistungen bereitzustellen. Dabei hat sich herausgestellt, dass sich nicht nur über die Verteilung der Schneideinsätze über den Umfang, sondern über die Auswahl der axialen Länge der gegensinnig angestellten Hauptschneiden die Laufruhe des Fräswerkzeugs positiv beeinflussen lässt. Da sich erfindungsgemäß eine gerade Spannut mit einer zur Werkzeugachse schräg bzw. angestellt verlaufenden Spannut abwechselt ergibt sich der positive Effekt, dass die zur Werkzeugachse angestellten Schneideinsätze in unterschiedlichem Abstand zur Stirnseite des Fräswerkzeugs enden.
Über eine ungleiche Hauptschneidenteilung kann noch effektiver verhindert werden, dass das Fräswerkzeug zu Eigenschwingungen neigt.
Besonders saubere Bearbeitungsflächen lassen sich dann erzielen, wenn das Fräswerkzeug insgesamt, zumindest aber der Schneidteil aus besonders biegefestem Material, wie zum Beispiel Vollhartmetall gefertigt ist.
Nachstehend wird anhand schematischer Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht des Fräswerkzeugs leicht schräg von vorne; und
2 eine perspektivische Ansicht des Fräswerkzeugs gemäß 1 bei einer Blickrichtung von der anderen Seite.

In den Figuren ist mit dem Bezugszeichen 10 ein Fräswerkzeug zum Fräsen faserverstärkter Kunststoffe bezeichnet, wobei der Schaft mit dem Bezugszeichen 12 und der Schneidteil mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet ist. Der Schneidteil 14, der aus einem hochfesten Werkstoff, wie zum Beispiel HSS, HSSE oder Hartmetall besteht, trägt eine Vielzahl, nämlich vier, von am Umfang liegenden Hauptschneiden, die von leistenartigen Schneideinsätzen 16G und 16A gebildet sind. Zwischen den Schneideinsätzen, das heißt in Drehrichtung jeweils vor den Schneideinsätzen sind Spannuten 18G und 18A ausgebildet.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Schneideinsätze 16G und 16A von sogenannten PKD-Schneideinsätzen gebildet, bei denen eine dünne Schicht (dunklere Deckschicht 20) aus Polykristallinem Diamant (PKD) auf einem Grundkörper 22 befestigt, beispielsweise festgeklebt oder laserverschweißt oder festgesintert ist.
Man erkennt, dass die einzelnen Schneideinsätze 16G, 16A über ihre gesamte Länge LG bzw. LA im Wesentlichen vollflächig auf dem Schneidteil 14 abgestützt sind, sodass Biegebeanspruchungen der Schneideinsätze minimiert werden. Die Abstützung des in 1 sichtbaren wendelförmigen Schneideinsatzes 16A wird von dem Materialblock 28 gebildet, die Abstützung für den in 2 sichtbaren wendelförmigen bzw. zur Werkzeugachse 24 angestellten Schneideinsatzes 16A von dem Schneidteilblock 30.
Während die Spannuten 18G, die parallel zur Achse 24 verlaufen und durch eine axiale lineare Bewegung einer Schleifscheibe hergestellt werden können, werden die den Schneideinsätzen 16A zugeordneten Spannuten 18A dadurch gebildet, dass eine parallel zum Schneideinsatz 18A verlaufende wendelförmige Nut in den Schneidteil 14 eingefräst wird. Dadurch, dass die einander im Wesentlichen diametral gegenüberliegenden Spannuten 18A zueinander gegensinnig zur Achse 24 des Werkzeugs angestellt sind, endet der in 2 gezeigte Schneideinsatz 16A in einem größeren Abstand A von der Stirnseite des Werkzeugs als der diametral gegenüberliegende, in 1 sichtbare Schneideinsatz 16A.
Der Anstellwinkel der Schneideinsätze 16A zu einer durch Achse 24 und durch den Schneideinsatz 16A verlaufenden Ebene kann in weiten Grenzen variiert werden. Er liegt beispielsweise im Bereich zwischen 10 und 15°. Die Schneideinsätze 16A können - ebenso wie die zugeordneten Spannuten 18A - wendelförmig verlaufen. Es ist gleichermaßen möglich die Schneideinsätze als ebene Körper auszubilden.
Während der in 1 sichtbare, zur Werkzeugachse 24 angestellte Schneideinsatz 16A eine Nebenschneide 26A ausbildet, die auf gleicher Höhe mit den Nebenschneiden 26G der Schneideinsätze 16G liegt, trifft dies für den axial verkürzten Schneideinsatz 16A gemäß 2 nicht zu.
Abweichend von dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann das gesamte Werkzeug, das heißt der Schaft, der Schneidteil und die Schneiden aus Vollhartmetall bestehen.
Die Anzahl der Schneideinsätze und auch die Teilung kann beliebig variiert werden, solange zumindest zwei Hauptschneiden vorhanden sind, die zur Drehachse und zueinander gegensinnig angestellt sind.
Die Erfindung schafft somit ein Fräswerkzeug zum Fräsen faserverstärkter Kunststoffe, mit einem Schaft und einem Schneidteil mit einer Vielzahl von am Umfang ausgebildeten Hauptschneiden und dazwischen liegenden Spannuten. Die Hauptschneiden sind von leistenartigen Schneideinsätzen gebildet, die aus einem Hartstoff, wie z.B. Vollhartmetall oder PKD bestehen, wobei zumindest zwei Hauptschneiden zueinander gegensinnig zur Drehachse angestellt sind.

Claims

Fräswerkzeug zum Fräsen faserverstärkter Kunststoffe, mit einem Schaft (12) und einem Schneidteil (14) mit einer Vielzahl von am Umfang ausgebildeten Hauptschneiden und dazwischen liegenden Spannuten (18A, 18G), wobei die Hauptschneiden von leistenartigen Schneideinsätzen (16A, 16G) gebildet sind, die aus einem Hartstoff, wie z.B. Vollhartmetall oder PKD bestehen, wobei zumindest zwei Hauptschneiden (16A) zueinander gegensinnig zur Werkzeugachse bzw. Drehachse (24) angestellt und jeweils über ihre gesamte Länge (LG, LA) im Wesentlichen vollflächig vom Schneidteil (14) abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptschneiden abwechselnd achsparallel und zur Werkzeugachse (24) gegensinnig angestellt verlaufen, die zueinander gegensinnig zur Drehachse angestellten Hauptschneiden (16a) wendelförmig verlaufen, die achsparallel verlaufenden Hauptschneiden (16G) im Wesentlichen diametral zueinander versetzt sind, wobei die zur Werkzeugachse (24) gegensinnig angestellten Hauptschneiden (16A) im Wesentlichen mittig dazwischen liegen, und die gegensinnig zueinander verlaufenden Schneideinsätze (16A) in einem unterschiedlichen Abstand (A) von einer Stirnseite des Werkzeugs enden.
Fräswerkzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine ungleiche Hauptschneidenteilung.
Fräswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Schneidteil (14) des Fräswerkzeugs aus Vollhartmetall gefertigt ist.
Fräswerkzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen gegenüber dem Schneidteil (14) im Durchmesser verstärkten Schaft (12).
Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch an der Stirnseite des Schneidteils (14) ausgebildete Nebenschneiden (26A, 26G).
Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Drehachse (24) angestellten Hauptschneiden (16A) zu einer durch die Fräswerkzeugachse (24) verlaufenden Ebene unter einem Winkel angestellt sind, der zwischen 10 und 50° liegt.