DE102019130940A1 - Verfahren zur Herstellung einer Wendeschneidplatte sowie ein zerspanendes Werkzeug - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Wendeschneidplatte, umfassend die folgenden Schritte:a) Bereitstellen eines Ausgangsmaterials zur Anwendung in einem additiven Fertigungsverfahren in mehreren Materiallagen; undb) Verbinden jeder Materiallage des Ausgangsmaterials in der Form einer Wendeschneidplatte.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Verfahren zur Herstellung einer Wendeschneidplatte sowie ein zerspanendes Werkzeug gemäß dem jeweiligen unabhängigen Anspruch.
  • Die Erfindung betrifft das technische Gebiet von Wendeschneidplatten. Wendeschneidplatten dienen zur Zerspanung von beispielsweise Metallen oder Holz.
  • Wendeschneidplatten können in einem Werkzeughalter, wie z. B. einem Fräser, befestigt werden. Wendeschneidplatten gibt es in verschiedenen Formen und Größen, um anwendungsspezifisch eingesetzt werden zu können. Beispielsweise bei einem Fräser wird der Fräskopf, an dem die Wendeschneidplatten fest angebracht sind, zur spanenden Bearbeitung in Rotation versetzt und die rotierende Schneidkante mit dem zu bearbeitenden Werkstück in Kontakt gebracht.
  • Der Vorteil bei der Verwendung von Wendeschneidplatten mit mehreren Schneiden ist, dass sobald eine Schneidkante verschleißt und unbrauchbar geworden ist, nach Lösen einer Klemmvorrichtung die Schneidplatte gedreht oder gewendet und dadurch eine neue Schneide zum Einsatz gebracht werden kann. Die gedrehte Wendeschneidplatte kann mehrfach erneut eingesetzt werden. Häufig verfügen Wendeschneidplatten über drei oder vier Schneiden, so dass diese zweimal bzw. dreimal gedreht werden kann, bevor sie ersetzt wird.
  • Aufgrund der vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten und der damit einhergehenden spezifischen Anforderungen an die Geometrie ergibt sich ein Bedarf an einer Vielzahl unterschiedlicher Wendeschneidplatten. Das ist insbesondere hinsichtlich der Lagerung von Ersatzteilen problematisch, weil eine entsprechende Vielzahl unterschiedlicher Wendeschneidplatten bereitgehalten werden muss, um diese schnell im Markt zur Verfügung zu stellen.
  • Daher hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung einer Wendeschneidplatte sowie eine Wendeschneidplatte aus einem Material zur sinter- und/oder schmelzbasierten additiven Fertigung bereitzustellen, die die Nachteile im Stand der Technik überwinden und insbesondere auf wirtschaftlich vorteilhafte Art und Weise gewährleisten unterschiedlichste Wendeschneidplatten als Ersatzteile schnell bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch Verfahren zur Herstellung einer Wendeschneidplatte sowie eine Wendeschneidplatte aus einem Material zur sinter- und/oder schmelzbasierten additiven Fertigung gemäß dem jeweiligen unabhängigen Anspruch gelöst. Der Gegenstand der abhängigen Ansprüche betrifft vorteilhafte Ausgestaltungen.
  • Die Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Wendeschneidplatte, umfassend die folgenden Schritte:
    1. a) Bereitstellen eines Ausgangsmaterials zur Anwendung in einem additiven Fertigungsverfahren in mehreren Materiallagen; und
    2. b) Verbinden jeder Materiallage des Ausgangsmaterials in der Form einer Wendeschneidplatte.
  • Aufgrund der Bereitstellung des Ausgangsmaterials zur additiven Fertigung sowie der Formung einer Wendeschneidplatte beim Verbinden der Materiallagen ergibt sich der Vorteil, dass auf wirtschaftlich vorteilhafte Art und Weise die Bereitstellung der unterschiedlichsten Wendeschneidplatten vorallem als Ersatzteile gewährleistet ist.
  • Gemäß einem vorteilhaften Aspekt umfasst das Bereitstellen des Ausgangsmaterials zur Anwendung in dem additiven Fertigungsverfahren in mehreren Materiallagen das Bereitstellen von pulverförmigem oder geschmolzenem Ausgangsmaterial. Das pulverförmige Material kann in einem separaten Schritt verfestigt werden. Das geschmolzene Ausgangsmaterial kann allein durch Abkühlen verbunden werden.
  • Bevorzugt umfasst das Bereitstellen des Ausgangsmaterials zur Anwendung in dem additiven Fertigungsverfahren in mehreren Materiallagen das Bereitstellen von Ausgangsmaterial in einem Trägermaterial. Das Trägermaterial kann vorteilhafterweise nachträglich entfernt werden.
  • Ferner bevorzugt umfasst das Bereitstellen des Ausgangsmaterials zur Anwendung in dem additiven Fertigungsverfahren in mehreren Materiallagen das Bereitstellen von Ausgangsmaterial aus einer Gruppe von Hartmetall, Vollhartmetall, polykristallinem kubischen Bornitrid (CBN), polykristallinem Diamant (PKD) oder Kombinationen davon.
  • Vorteilhafterweise wird das Ausgangsmaterial in einem zur Anwendung in einem sinter- und/oder schmelzbasierten additiven Fertigungsverfahren in mehreren Materiallagen in der Form einer Wendeschneidplatte verbunden. Dabei können die Materiallagen eine identische oder verschiedene Form haben. Als additiven Fertigungsverfahren kommen insbesondere in Betracht: Lasersintern (SLS), Stereolithografie (SLA), Polygrafie, Fused Deposition Modeling (FDM), Selektives Laserschmelzen (SLM) und 3D Printing (3DP). Diese Verfahren sind grundsätzlich dazu geeignet, die Vorteile der additiven Fertigung im Bereich der Wendeschneidplatten anzuwenden.
  • Ferner vorteilhaft erfolgt das Bereitstellen eines Ausgangsmaterials zur Anwendung in einem additiven Fertigungsverfahren in mehreren Materiallagen.
  • Es ist besonders bevorzugt, wenn jede Materiallage in der Form einer Wendeschneidplatte bereitgestellt wird.
  • Besonders vorteilhaft werden mindestens zwei Materiallagen in einer unterschiedlichen Form bereitgestellt. Die unterschiedliche Form umfasst auch eine unterschiedliche Dicke der einzelnen Materiallagen.
  • Auch vorteilhaft ist das Anordnen der Materiallagen in einer solchen Art und Weise, dass eine Spanleitstufe entsteht, welche die Bewegung der Späne beeinflussen kann. Die Ausgestaltung der Spanleitstufe ist dabei variabel.
  • Gemäß dem vorherigen vorteilhaften Aspekt umfasst die Spanleitstufe einen nach innen und einen nach außen laufenden Abschnitt. Bevorzugt kann die Spanleitstufe in der Art einer (gekrümmten) konkaven Kontur ausgestaltet sein, die sich über einen Teil oder die gesamte Seitenfläche der Wendeschneidplatte erstreckt.
  • Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt kann die Wendeschneidplatte Konturabschnitte auf der Oberseite oder der Unterseite umfassen. Derartige sich oben anschließende Konturabschnitte können zum Beispiel in der Art von Wellenbrechern (Spanbrechern) zur Mitte der Wendeschneidplatte hin abfallend ausgebildet sein und insbesondere Senkungen umfassen.
  • Vorteilhafterweise werden die Materiallagen im Bereich der Kante der Wendeschneidplatte mit einer Höhe und Breite im Bereich von 0, 01 mm bis 0,1 mm aufgebracht.
  • Es ist besonders bevorzugt, wenn mindestens eine Ecke eine Ausnehmung umfasst. Die Ausnehmungen ist bevorzugt derart ausgeformt, um darin eckige (dreieckige oder viereckige) Schneidelemente (aus PKD, CBN) aufzunehmen. Dabei kann es gemäß dem Verfahren vorgesehen sein, dass die Schneidelemente separat eingelötet werden oder im additiven Herstellungsverfahren (mit) hergestellt werden.
  • Gemäß einem anderen vorteilhaften Aspekt umfasst das Bereitstellen des Ausgangsmaterials zur Anwendung in dem additiven Fertigungsverfahren in mehreren Materiallagen das Bereitstellen von mindestens zwei verschiedenen Ausgangsmaterialien. Die unterschiedlichen Ausgangsmaterialien können abschnittsweise oder abwechselnd getauscht werden.
  • Gemäß einem vorteilhaften Aspekt wird zum Verbinden jeder Materiallage das Ausgangsmaterial um eine vorbestimmte Temperatur erwärmt, um das Ausgangsmaterial zu verfestigen. Die vorbestimmte Temperatur kann derart gewählt werden, um die innere Struktur oder den Phasenzustand des Ausgangsmaterials zu ändern.
  • Es ist außerdem bevorzugt, wenn zum Verbinden jeder Materiallage des Ausgangsmaterials ein Klebstoff eingesetzt wird. Der Klebstoff kann mehrere Komponenten umfassen.
  • Vorteilhafterweise wird nach dem Bereitstellen des Ausgangsmaterials in mehreren Materiallagen der Verfahrensschritt b) nach jeweils einer bereitgestellten Materiallage ausgeführt.
  • Außerdem vorteilhaft ist, wenn das Verfahren ferner den Verfahrensschritt Schleifen der Wendeschneidplatte umfasst. Das Schleifen kann ein Nachschleifen sein oder ein mehrstufiges Schärfen der Schneidkanten.
  • Es ist bevorzugt, wenn das Verfahren den Verfahrensschritt Kantenverrundung der Wendeschneidplatte mit einem Mindestradius umfasst. Durch die Verrundung kann die Standzeit der Schneiden (Hauptschneide) verlängert werden.
  • Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren den Verfahrensschritt Strahlen der Kanten, wodurch deren Härte und Festigkeit verbessert und/oder eine Entgratung vorgenommen werden kann.
  • Außerdem vorteilhaft ist, wenn das Verfahren den Verfahrensschritt Wärmebehandlung der Wendeschneidplatte umfasst. Die Wärmebehandlung kann zum Härten (Ändern der inneren Struktur) des Materials eingesetzt werden.
  • Außerdem vorteilhaft ist, wenn das Verfahren den Verfahrensschritt Beschichten der Wendeschneidplatte mit einem Hartstoff, insbesondere mit einem tribologischen Hartstoff, umfasst.
  • Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft ein zerspanendes Werkzeug mit einer Wendeschneidplatte, die durch obiges Verfahren hergestellt ist. Ein Beispiel für ein zerspanendes Werkzeug ist ein Bohrer.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in den Zeichnungen dargestellten Beispiels zusätzlich erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 Blockdiagramm für ein Verfahren zur Herstellung einer Wendeschneidplatte gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 2 Draufsicht auf eine Wendeschneidplatte mit einer Spanleitstufe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 3 Schnittansicht auf die Wendeschneidplatte aus 2; und
    • 4 Schnittansicht auf eine Wendeschneidplatte mit Ausnehmung und darin angeordneten Schneidelementen.
  • In 1 ist beispielhaft ein Verfahren zur Herstellung einer Wendeschneidplatte dargestellt.
  • In dem Verfahren gemäß der Erfindung wird das Ausgangsmaterial bei einer sinter- und/oder schmelzbasierten additiven Fertigung zur Formung einer Wendeschneidplatte bereitgestellt, so dass auf wirtschaftlich vorteilhafte Art und Weise unterschiedlichste Wendeschneidplatten bereitgestellt werden können.
  • Dabei wird im ersten Schritt ein Ausgangsmaterial zur Anwendung in einem additiven Fertigungsverfahren in mehreren Materiallagen bereitgestellt wird. (Schritt a).
  • In Varianten kann in diesem Schritt (Schritt a) das Ausgangsmaterial pulverförmig oder geschmolzen bereitgestellt werden. Es ist auch möglich das Ausgangsmaterial in einem Trägermaterial bereitzustellen. Das Ausgangsmaterial kann aus einer Gruppe von Hartmetall, Vollhartmetall, polykristallinem kubischen Bornitrid (CBN), polykristallinem Diamant (PKD) oder Kombinationen davon sein.
  • Beispielsweise kann jede Materiallage des Ausgangsmaterials in der Form einer Wendeschneidplatte, oder mindestens zwei Materiallagen in einer unterschiedlichen Form, bereitgestellt werden.
  • Außerdem können mindestens zwei verschiedenen Ausgangsmaterialien bereitgestellt werden.
  • Im darauffolgenden Schritt erfolgt ein Verbinden jeder Materiallage des Ausgangsmaterials in der Form einer Wendeschneidplatte (Schritt b).
  • In einer Variante wird die Materiallage das Ausgangsmaterial um eine vorbestimmte Temperatur erwärmt, um das Ausgangsmaterial zu verfestigen.
  • In einer weiteren Variante wird zum Verbinden jeder Materiallage des Ausgangsmaterials ein Klebstoff eingesetzt.
  • Dabei ist es möglich, dass nach dem Bereitstellen des Ausgangsmaterials in mehreren Materiallagen der Verfahrensschritt b) nach jeweils einer bereitgestellten Materiallage ausgeführt wird. Das kann vielfach wiederholt werden.
  • In einer Variante ist vorgesehen, dass das Verfahren ferner den Verfahrensschritt Schleifen der Wendeschneidplatte umfasst. (Schritt c1)
  • In einer Variante ist vorgesehen, dass das Verfahren ferner den Verfahrensschritt Kantenverrundung der Wendeschneidplatte umfasst. (Schritt c2)
  • In einer Variante ist vorgesehen, dass das Verfahren ferner den Verfahrensschritt Strahlen der Kanten der Wendeschneidplatte umfasst. (Schritt c3)
  • In einer Variante ist vorgesehen, dass das Verfahren ferner den Verfahrensschritt Wärmebehandlung der Wendeschneidplatte umfasst. (Schritt c4)
  • In einer weiteren Variante ist vorgesehen, dass das Verfahren ferner den Verfahrensschritt Beschichten der Wendeschneidplatte mit einem Hartstoff, insbesondere mit einem tribologischen Hartstoff, umfasst. (Schritt c5).
  • In 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Wendeschneidplatte 1 in einer Draufsicht gezeigt. Die Wendeschneidplatte 1 umfasst entlang der Außenkontur eine Spanleitstufe 2, entlang der ein abgehobener Span geführt und gebrochen wird. Dazu ist die Spanleitstufe 2 gekrümmt bzw. konkav ausgebildet.
  • In 3 ist eine Schnittansicht der Wendeschneidplatte 1 aus 2 dargestellt. Die Krümmung der Spanleitstufe 2 entlang der Seitenwand ist hier gemäß einem vorteilhaften Beispiel über die gesamte Seitenfläche der Wendeschneidplatte 1 ausgebildet.
  • In 4 ist ein weiteres Beispiel für eine Wendeschneidplatte 1 mit Konturabschnitt 5 auf der Oberseite in der Art eines Spanbrechers gezeigt. Dabei umfasst eine Oberseite einen umlaufenden erhöhten Konturabschnitt 5, dessen Mitte abgesenkt ist, um den entstehenden Span in der Art eines Wellenbrechers zu leiten und dabei zu brechen.
  • In dem gezeigten Beispiel umfasst die Wendeschneidplatte 1 an jeder Ecke und auf Oberseite und Unterseite jeweils eine dreieckige Ausnehmung 4. In der Ausnehmung 4 sind dreieckige Schneidelemente (PKD, CBN) angeordnet aufzunehmen. Dabei kann es gemäß dem Verfahren vorgesehen sein, dass die Wendeschneidplatten separat eingelötet werden oder im additiven Herstellungsverfahren in einem entsprechenden Verfahrensschritt ausgebildet werden.

Claims (23)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Wendeschneidplatte, umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Ausgangsmaterials zur Anwendung in einem additiven Fertigungsverfahren in mehreren Materiallagen; und b) Verbinden jeder Materiallage des Ausgangsmaterials in der Form einer Wendeschneidplatte.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bereitstellen des Ausgangsmaterials zur Anwendung in dem additiven Fertigungsverfahren in mehreren Materiallagen das Bereitstellen von pulverförmigem oder geschmolzenem Ausgangsmaterial umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bereitstellen des Ausgangsmaterials zur Anwendung in dem additiven Fertigungsverfahren in mehreren Materiallagen das Bereitstellen von Ausgangsmaterial in einem Trägermaterial umfasst.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bereitstellen des Ausgangsmaterials zur Anwendung in dem additiven Fertigungsverfahren in mehreren Materiallagen das Bereitstellen von Ausgangsmaterial aus einer Gruppe von Hartmetall, Vollhartmetall, polykristallinem kubischen Bornitrid (CBN), polykristallinem Diamant (PKD) oder Kombinationen davon umfasst.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ausgangsmaterial in einem zur Anwendung in einem sinter- und/oder schmelzbasierten additiven Fertigungsverfahren in mehreren Materiallagen in der Form einer Wendeschneidplatte verbunden wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bereitstellen eines Ausgangsmaterials zur Anwendung in einem additiven Fertigungsverfahren in mehreren Materiallagen erfolgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei jede Materiallage in der Form einer Wendeschneidplatte bereitgestellt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei mindestens zwei Materiallagen in einer unterschiedlichen Form bereitgestellt werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Materiallagen derart angeordnet werden, dass eine Spanleitstufe entsteht.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Spanleitstufe einen nach innen und einen nach außen laufenden Abschnitt umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 6, wobei mindestens eine Ecke mindestens eine Ausnehmung umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Materiallagen derart angeordnet werden, dass die Wendeschneidplatte Konturabschnitte auf der Oberseite oder der Unterseite umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Materiallagen im Bereich der Kante der Wendeschneidplatte mit einer Höhe und Breite im Bereich von 0, 01 mm bis 0,1 mm aufgebracht wird.
  14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bereitstellen des Ausgangsmaterials zur Anwendung in dem additiven Fertigungsverfahren in mehreren Materiallagen das Bereitstellen von mindestens zwei verschiedenen Ausgangsmaterialien umfasst.
  15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zum Verbinden jeder Materiallage das Ausgangsmaterial um eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird, um das Ausgangsmaterial zu verfestigen.
  16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zum Verbinden jeder Materiallage des Ausgangsmaterials ein Klebstoff eingesetzt wird.
  17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei nach dem Bereitstellen des Ausgangsmaterials in mehreren Materiallagen der Verfahrensschritt b) nach jeweils einer bereitgestellten Materiallage ausgeführt wird.
  18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend den Verfahrensschritt Schleifen der Wendeschneidplatte.
  19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend den Verfahrensschritt Kantenverrundung der Wendeschneidplatte mit einem Mindestradius.
  20. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend den Verfahrensschritt Strahlen der Kanten der Wendeschneidplatte.
  21. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend den der Verfahrensschritt Wärmebehandlung der Wendeschneidplatte.
  22. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend den Verfahrensschritt Beschichten der Wendeschneidplatte mit einem Hartstoff, insbesondere mit einem tribologischen Hartstoff.
  23. Zerspanendes Werkzeug mit einer Wendeschneidplatte, die durch ein Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche hergestellt ist.
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