DE102011108098A1

DE102011108098A1 - Bearbeitungswerkzeug

Info

Publication number: DE102011108098A1
Application number: DE201110108098
Authority: DE
Inventors: Anton Holzhauer
Original assignee: Holzhauer GmbH and Co KG
Current assignee: Holzhauer GmbH and Co KG
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2011-07-20
Publication date: 2013-01-24
Also published as: WO2013010669A1

Abstract

Es wird ein Bearbeitungswerkzeug mit einer Wirkzone in einer Kontaktzone mit einem Werkstück angegeben, welches derart beschaffen und ausgelegt ist, daß in gezielter Weise und in das Werkzeug integriert ein fluides oder gasförmiges Wirkmedium direkt in die Kontaktzone zwischen Bearbeitungswerkzeug und Werkstück zugeleitet wird. Es kommt auch eine Zuleitung über Kanäle, Kapillaren und/oder auch entsprechende Abstimmungen der Materialporosität des Bearbeitungswerkzeugs in der Kontaktzone mit dem Werkstück in Betracht. Als fluides oder gasförmiges Medium kann Luft, Gas, insbesondere reaktives Gas, inertes Gas oder Schutzgas Schmiermittel oder Kühlmittel ggfs. mit Feststoffpartikeln oder einer Kombination hiervon zugeführt werden. Das Bearbeitungswerkzeug ist insbesondere für die Warmbearbeitung an Werkstücken bestimmt.

Description

Die Erfindung befasst sich mit einem Bearbeitungswerkzeug mit einer Wirkzone in einer Kontaktzone mit einem Werkstück.
Aus AT-PS 254 658 ist es bekannt, anstelle der üblichen konventionellen Zerspanungsverfahren ein Warmzerspanungsverfahren einzusetzen, wodurch sich eine deutliche Leistungssteigerung erzielen lässt. Durch gezielte und kontrollierte Wärmeeinleitung während des Bearbeitungsprozesses lässt sich die Zerspanbarkeit des Werkstoffes des Werkstückes signifikant verbessern. Hierbei wird das zu bearbeitende Werkstück gezielt lokal im Bereich der Bearbeitungszone erwärmt, bevor das Bearbeitungswerkzeug die Bearbeitung des Werkstücks ausführt. Für den Wärmeeintrag in das Werkstück kommt ein Plasmastrahl beispielsweise in Betracht. Grundsätzlich sind für das Vorwärmen der Werkstücke vor dem Warmzerspanen beispielsweise die verschiedensten Möglichkeiten geeignet, welche die Erreichung hoher Energiedichten gestatten, wie z. B. Elektronenstahl, Laserstrahl usw.
Aus DE 196 13 183 C1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Feindrehen eines Werkstücks aus einem härtbaren Stahl bekannt, bei denen eine zerspanungsbedingte lokale Kurzzeiterwärmung des Werkstücks ausgenutzt und die Werkstückoberfläche im Bereich unmittelbar hinter der Schneide durch Laserstrahleinwirkung mittels einer meißelintegrierten Lichtleiterfaser lokal weiter bis auf Umwandlungstemperatur des zu zerspanenden Werkstoffes erwärmt wird.
Aus DE 1 565 334 A1 ist ein Verfahren zum Warmzerspanen mit Hilfe eines düsenlosen Plasmabrenners zur lokalen Vorwärmung des Werkstücks bekannt.
Eine Erwärmung mittels Plasmabrenner zur lokalen Erwärmung des Werkstücks ist auch aus DE 25 12 667 C3 bekannt.
Aus DE 28 18 112 C2 ist ein Verfahren zur Warmzerspanung bekannt, bei dem ein Plasmastrahl eingesetzt wird, der auf die Schnittfläche vor dem Schneidwerkzeug gerichtet wird.
Allen diesen bekannten Warmzerspanungsverfahren ist gemeinsam, dass man mithilfe von zusätzlichen Einrichtungen und vor dem eigentlichen Bearbeitungsvorgang, wie dem Zerspanen, durch einen geeigneten Energieeintrag eine Aufwärmung bzw. Vorwärmung des Werkstücks vornimmt.
Die Erfindung zielt darauf ab, ein Bearbeitungswerkzeug vorzugsweise für eine Warmbearbeitung bereitzustellen, welches kompakt ausgelegt ist und einen effektiven Einsatz gestattet.
Nach der Erfindung wird hierzu ein Bearbeitungswerkzeug mit einer Wirkzone in einer Kontaktzone mit einem Werkstück bereitgestellt, welches sich dadurch auszeichnet, dass in dem Bearbeitungswerkzeug eine Zuleitungseinrichtung integriert ist, welche ein fluides oder gasförmiges Wirkmedium möglichst direkt zu der Kontaktzone mit der Werkstückseite leitet.
Bei dem erfindungsgemäßen Bearbeitungswerkzeug wird ein fluides oder gasförmiges Wirkmedium mittels einer im Bearbeitungswerkzeug integrierten Zuleitungseinrichtung von der Innenseite des Bearbeitungswerkzeugs her direkt zu der (den) jeweils hochbeanspruchten Wirkzone(n) bzw. Bearbeitungszone(n) geleitet.
Diese in das Bearbeitungswerkzeug integrierte Zuleitungseinrichtung kann in Form eines Kanals oder eine vorbestimmten Materialporosität des Bearbeitungswerkzeugs zur Kontaktzone mit dem Werkstück hin und/oder in Form einer Kapillaren ausgelegt sein.
Um eine Schwächung des Bearbeitungswerkzeugs zu vermeiden, werden bevorzugt eine bevorzugte Materialporosität als Zuleitungseinrichtung oder eine Kapillare gewählt.
Wesentlich bei der erfindungsgemäßen Auslegung des Bearbeitungswerkzeugs ist die Tatsache, dass das Wirkmedium gezielt an der Kontaktstelle bzw. an der Bearbeitungsstelle zwischen Werkzeug und Werkstück zugeführt wird und in das Bearbeitungswerkzeug selbst integriert ist.
Ferner wird bei der Erfindung ein Wirkmedium eingesetzt, das tatsächlich unmittelbar in dem hochbeanspruchten Bearbeitungsbereich gezielt zur Einwirkung gebracht wird, wobei das Wirkmedium von Luft, Gasen, insbesondere reaktiven Gasen, inerte Gase oder Schutzgase, Schmiermittel oder Kühlmittel ggfs. mit Feststoffpartikeln oder einer Kombination hiervon gebildet wird.
Da man bei der Erfindung die Zuleitung direkt in das Werkzeug integriert hat, lässt sich die Menge des einzuleitenden fluiden Wirkmediums reduzieren und man erhält günstigere Bearbeitungskräfte in der Bearbeitungszone von Werkzeug und Wirkstück, wodurch sich die Materialbearbeitung mittels des erfindungsgemäßen Bearbeitungswerkzeugs effektiver und kostengünstiger darstellen lässt.
Je nach vorzunehmender Bearbeitung kann dann ein hierfür geeignetes Wirkmedium gewählt werden.
Das Bearbeitungswerkzeug wirkt auf das Werkstück in seinem nach Maßgabe des Werkstückmaterials vorgegebenen warmen Zustand ein. Materialabhängig kann der Temperaturbereich in diesem warmen Zustand zwischen 100°C und 1.000°C liegen.
Erfindungsgemäß wird das Bearbeitungswerkzeug mit der integrierten Zufuhr für ein integriertes Medium zum Zerspanen, insbesondere beim Warmzerspanen, beim Schneiden/Scheren, Pressen, insbesondere Fließpressen oder Tiefziehen eingesetzt.
Wesentlich bei allen diesen Anwendungsfällen ist die Tatsache, dass das fluide oder gasförmige Wirkmedium unmittelbar zu der hochbeanspruchten Wirkzone am Bearbeitungswerkzeug zu dem Werkstück geleitet werden kann. Hierdurch wird das Wirkmedium unmittelbar zu der Stelle geleitet, an der es für den Bearbeitungsvorgang benötigt wird.
Selbstverständlich sind für die Zuleitungseinrichtung auch Kombinationen aus- Kapillare und Materialporosität möglich.
Zusammenfassend ist es bei der erfindungsgemäßen Lösung wesentlich, dass zum effektiven Bearbeiten, insbesondere Warmbearbeitens, eines Werkstücks in das Werkzeug integriert ein fluides oder gasförmiges Wirkmedium vom Inneren des Werkzeugs zu der Kontaktzone des Werkzeugs mit der Werkstückseite gezielt zugeführt werden kann. Die Einspeisung des fluiden oder gasförmigen Wirkmediums kann mittels Hochdruck, beispielsweise größer als 2000 bar erfolgen. Die Bearbeitungswerkzeuge können aus allen hierfür üblichen Materialien gebildet werden, insbesondere Hartmetall und Keramik.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. In den Figuren der Zeichnung sind gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
In der Zeichnung gilt:
1 und 2 zeigen in schematischen Ansichten die erfindungsgemäße Auslegung eines Bearbeitungswerkzeugs für eine zerspanende Bearbeitung,
3 und 4 zeigen ein erfindungsgemäßes Bearbeitungswerkzeug für eine Werkstückbearbeitung in Form von Schneiden/Scheren, und
5 und 6 zeigen ein erfindungsgemäßes Werkzeug in schematischer Schnittdarstellung bei der Anwendung des Fließpressens.
Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele haben keinerlei beschränkenden Charakter, und es sind selbstverständlich auch noch weitere Rearbeitungsanwendungen, wie Bohren etc. von Werkstücken für den Fachmann denkbar. Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich auch dort verwirklichen.
Die 1 und 2 beziehen sich auf das Zerspanen, bei dem ein Warmzerspanen als eine spangebende Bearbeitung eines Werkstücks 2 angeführt wird. Ein Bearbeitungswerkzeug in Form eines Zerspanungswerkzeug 1 wirkt an einer Kontaktzone 5 auf das Werkstück 2 ein und es wird ein Span 3 erzeugt. Das Bearbeitungswerkzeug bzw. das Zerspanungswerkzeug 1 hat eine darin integrierte Zuleitungseinrichtung 4 für ein fluides Wirkmedium, welches integriert von der Innenseite des Bearbeitungswerkzeugs 1 in dem gezeigten Beispiel über einen kanalförmigen Abschnitt 4 und eine Kapillare 6 zu der Kontaktzone von Werkzeug 1 und Werkstück 2 geleitet wird. Hierdurch kann das Wirkmedium gezielt und beschränkt nur an der hochbeanspruchten Wirkzone zur Einwirkung gebracht werden.
Bei der Auslegung nach 2 ist die Zuleitungseinrichtung 4 in Form einer vorbestimmten Porosität 7 des Bearbeitungswerkzeuges 1 selbst in Richtung zur Kontaktzone 5 von Werkzeug 1 und Werkstück 2 gewählt und in geeigneter Weise eingestellt wird. Auch hierdurch erfolgt eine gezielte Einwirkung des Wirkmediums an der Kontaktzone 5 oder am Bearbeitungsbereich am Werkstück 2.
Die 3 und 4 befassen sich mit dem Schneiden/Scheren zur Bearbeitung eines Werkstücks 2. Bei dieser Bearbeitung hat man ein zweiteiliges Bearbeitungswerkzeug, nämlich einerseits einen Schneidstempel 1' und andererseits eine Schneidmatrize 1''. Diese beiden Bearbeitungswerkzeugteile 1', 1'' wirken an der Kontaktzone 5 mit dem Werkstück 2 auf die entsprechend gewünschte Weise ein. Zu den hochbeanspruchten Kontaktzonen 5 von Bearbeitungswerkzeug 1', 1'' und Werkstück 2 nach 3 wird das Wirkmedium integriert in das jeweilige Werkzeugteil 1', 1'' unmittelbar der Kontaktzone 5 zugeleitet und zwar in 3 mittels einer Kapillaren 6 und in 4 mittels einer entsprechenden Porosität 7.
Die 5 und 6 befassen sich als Anwendungsbeispiel mit dem Fließpressen. Ein Fließpress-Bearbeitungswerkzeug umfasst eine Matrize 10 und einen Fließpress-Stempel 11. In der unmittelbaren Kontaktzone 5 oder der Bearbeitungswirkzone von Fließpress-Stempel 11 und Werkstück 2 wird dieser Kontaktzone integriert in den Fließpress-Stempel 11 falls erforderlich ein fluides Wirkmedium zugeleitet. In 5 erfolgt die Zuleitung mittels einer Kapillaren 6 und in 6 mit einer geeigneten Porosität 7 in Richtung des Wirkbereichs des Fließpress-Stempels 11.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Einzelheiten der Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

AT 254658 [0002]
DE 19613183 C1 [0003]
DE 1565334 A1 [0004]
DE 2512667 C3 [0005]
DE 2818112 C2 [0006]

Claims

Bearbeitungswerkzeug (1, 1', 1''; 11) mit einer Wirkzone in einer Kontaktzone (5) mit einem Werkstück (2), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bearbeitungswerkzeug (1, 1', 1''; 11) eine Zuleitungseinrichtung (4) integriert ist, welche ein fluides oder gasförmiges Wirkmedium möglichst direkt zu der Kontaktzone (5) mit der Werkstückseite leitet.
Bearbeitungswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungseinrichtung (4) in Form eines Kanals oder einer vorbestimmten Materialporosität (7) des Bearbeitungswerkzeugs (1, 1', 1''; 11) zur Kontaktzone (5) mit dem Werkstück (2), und/oder in Form einer Kapillaren (6) ausgelegt ist.
Bearbeitungswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zugeführte Wirkmedium von Luft, Gasen, insbesondere reaktiven Gasen, inerten Gasen oder Schutzgasen, Schmiermittel oder Kühlmittel ggfs. mit Feststoffpartikeln oder einer Kombination hiervon gebildet wird.
Bearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug (1, 1', 1'; 11) auf das Werkstück (2) in seinem nach Maßgabe des Werkstückmaterials vorgegebenen warmen Zustand einwirkt.
Bearbeitungswerkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug (1, 1', 1''; 11) beim Zerspanen, insbesondere bei der Warmzerspanung, beim Schneiden/Scheren, Pressen, insbesondere Fließpressen oder Tiefziehen einsetzbar ist.