DE20101101U1 - Feinbearbeitungswerkzeug zur Feinbearbeitung von Bohrungen - Google Patents

Feinbearbeitungswerkzeug zur Feinbearbeitung von Bohrungen

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Description

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15. Dezember 2000
Hartmetallwerkzeugfabrik
Andreas Maier GmbH
D - 88477 Schwendi-Hörenhausen
Feinbearbeitungswerkzeug zur Feinbearbeitung von Bohrungen
Erfinderbenennung
Nichtnennung wird beantragt
15. Dezember 2000
Hartmetallwerkzeugfabrik
Andreas Maier GmbH
D - 88477 Schwendi-Hörenhausen
Feinbearbeitungswerkzeug zur Feinbearbeitung von Bohrungen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft spanabhebende Werkzeuge zur Feinbearbeitung von Bohrungen, hauptsächlich in harten Werkstoffen, mit mindestens 1 Schneidscheibe. Bei der Feinbearbeitung von Bohrungen in gehärteten oder harten Werkstoffen mit einer Härte von größer 42 HRC werden hauptsächlich die Verfahren Schleifen und Honen angewandt und in der Regel auf getrennten Maschinen durchgeführt.
Für eine wirtschaftliche Feinbearbeitung von Bohrungen in gehärteten Werkstoffen fehlen bislang Werkzeuge, welche auch auf Bearbeitungszentren eine wirtschafliche Feinstbearbeitung von gehärteten Bohrungen ermöglichen.
Zur spanabhebenden Außenbearbeitung von gehärteten Werkstoffen werden bekanntermaßen CBN (kubisches Bornitrid z.B Borazon Hersteller GE, Amborite Hersteller De Beers) als Schneidstoff verwendet.
Hierbei werden die Schneiden bzw. Schneidecken des Werkzeuges oder der Wendeschneidplatten durch Einlöten von CBN-Blanks oder -Segmenten belegt oder Voll-CBN-Schneiden durch eine Klemmverbindung, eingesetzt.
Für Drehwerkzeuge mit einer Schneide oder für Wendeschneidplatten und Fräswerkzeuge mit wenigen Schneiden ist dies ohne größere Probleme möglich, da für das Anbringen der CBN-Schneiden ausreichend Platz zur Verfügung steht.
Bei Werkzeugen zur Bohrungsfeinbearbeitung, insbesondere bei kleinen Durchmessern ist es bisher nicht möglich, eine für die Hartbearbeitung von Bohrungen notwendige große Schneidenzahl aus ultraharten Schneidstoffen wie CBN unterzubringen. Der dafür notwendige Platz bzw. die für eine Verbindung von Trägerkörper und Schneidstoff notwendige Größe der Verbindungsfläche zwischen Schneidstoff und Träger ist insbesondere bei kleinen Werkzeugdurchmessern nicht vorhanden.
Eine ausreichend große Fläche ist aber notwendig, damit die bei einer Bearbeitung von gehärteten Materialien auftretenden, hohen Schnittkräfte nicht zu einem Lösen der Hartstoffschneiden führt.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, ein Werkzeug so zu gestalten, daß eine Vielzahl von Schneiden aus ultraharten Schneidstoffen, wie z.B. CBN, so am Trägerkörper angebracht werden können, daß diese auch bei kleinen Werkzeugdurchmessern, die bei der Bearbeitung von gehärteten Materialien auftretenden hohen Schnittkräfte aufnehmen können. Gleichzeitig soll der Schneidkörper so gestaltet werden, daß eine für das Bearbeiten von gehärteten Werkstoffen optimale Schneidengeometrie ausgeführt werden kann.
Diese Aufgabe ist bei Werkzeugen mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Werkzeuge sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorteilhaft ist bei den erfindungsgemäßen Werkzeugen mit Durchmessern von ca. 1 - 20 mm die Aufteilung des Schneidkörpers in einzelne Schneidscheiben, aus dem Schneidstoff CBN, längs der Werkzeugachse.
Diese einzelnen Scheiben können als massive CBN-Platte, als CBN-Platte mit Hartmetall-Träger oder als Sandwichplatte (Hartmetall-CBN-Hartmetall) ausgeführt sein.
Die einzelnen Schneidstoff-Scheiben können durch Löten, Sintern, Kleben, Laserschweißen, Schrauben oder andere Verfahren untereinander oder mit dem Trägerkörper verbunden sein.
Auf einer oder beiden Seiten der Scheibenplanfläche können vorzugsweise radial verlaufende Kanäle, welche Verbindung zum zentralen Kühlkanal haben, eingearbeitet sein.
Der im Durchmesser fertig bearbeitete Scheibenblock, mit dem daran anschließenden Trägerkörper bzw. Schaft, kann durch Nutenschleifen, die für den jeweiligen Bearbeitungsfall optimale Geometrie dergestalt erhalten, daß das Werkzeug am Umfang einzelne Schneiden aus dem ultraharten Schneidstoff aufweist.
Hierbei können die Werkzeuge gerade genutet, rechtsspiral-genutet oder linksspiral-genutet und mit unterschiedlichem, dem Anwendungsfall angepassten Spiralwinkel, gefertigt werden.
Die jeweilige Ausführung kann in verschiedene Teilungsarten (gleiche-, ungleiche, extrem ungleicheTeilung), sowie mit oder ohne Führungsleisten ausgelegt werden.
Größere Werkzeuge mit Durchmessern von ca. 12-100 mm mit Schaft- und Trägerteil lassen sich mit auswechselbaren Schneidköpfen herstellen, so daß bei Verschleiß des Schneidenteils der Schaft und Träger wieder verwendet werden kann. Außerdem lassen sich größere Durchmesser mit festen oder einstellbaren, mehrschneidigen Schneidkassetten ausführen.
Zur weiteren Erläuterung des Erfindungsgegenstandes wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, welche die Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise wiedergeben.
Es zeigen:
Fig. 1: eine Ansicht eines Feinbearbeitungswerkzeuges mit einer
Schneidscheibe
Fig. 2: eine Ansicht eines Feinbearbeitungswerkzeuges mit einer
ringförmigen Schneidscheibe, ohne Hartmetallsubstrat Fig. 3: eine Ansicht eines Feinbearbeitungswerkzeuges mit einer
ringförmigen Schneidscheibe, mit Hartmetallsubstrat. Fig. 4: eine Ansicht eines Reibwerkzeuges mit Vorschneider, mit
Schneidscheiben
Fig. 5: eine Ansicht eines Stufen-Reibwerkzeuges mit 2 Schneidscheiben und
mit radialer und axialer Kühlmittelzufuhr. Fig. 6: eine Ansicht eines Stufen-Reibwerkzeuges mit 2 Schneidscheiben
und Führungszapfen mit Zentrierbohrung
Fig. 7: einen Schnitt durch einen Schneidkörper mit zentraler Kühlbohrung
Fig. 8: einen Schnitt durch einen Schneidkörper mit radialen, in den
zentralen Kühlkanal mündenden, Kanälen. Fig. 9: Schnitt durch einen Schneidkörper mit 2 axialen Kühlbohrungen und
Verbindungskanälen zu den Spannuten Fig. 10: einen Schnitt durch einen Schneidkörper mit 3 axialen Kühlbohrungen
und Verbindungskanälen zu den Spannuten. Fig. 11: einen Schnitt durch einen Schneidkörper mit 4 axialen Kühlbohrungen
und Verbindungskanälen zu den Spannuten. Fig. 12 Schneidengeometrie einer Schneide der Schneidscheibe
mit positivem Spanwinkel und Schutzfase Fig. 13: Schneidengeometrie einer Schneide mit Spanwinkel 0° und
Schutzfase
Fig. 14: Schneidengeometrie einer Schneide mit negativem Spanwinkel, ohne Schutzfase
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Fig. 15: einen Schnitt durch einen Schneidkörper mit einfachem Anschnitt
Fig. 16 einen Schnitt durch einen Schneidkörper mit Stirnanschnitt
Fig. 17: einen Schnitt durch einen Schneidkörper mit doppelten Anschnitt
und Führungszapfen mit Zentrierbohrung im Hartstoffträger Fig. 18: einen Schnitt durch einen Schneidkörper mit einfachem Anschnitt und Führungszapfen
Fig. 19: einen Schnitt durch einen Schneidscheiben-Körper Fig. 20: Einen Schnitt durch einen Sandwich-Schneidscheibenkörper Fig. 21: einen Schnitt durch einen Schneidscheiben-Körper mit
Schneidstoff-Ring
Fig. 22: einen Schnitt durch einen Schneidscheiben-Körper mit Schneidstoff-Ring und Zentrierbohrung
Das in Fig. 1 gezeigte Feinbearbeitungswerkzeug zeigt eine mögliche Ausgestaltung des Werkzeuges mit einer CBN-Schneidscheibe. Die CBN-Schicht (1) und das Hartmetallsubstrat (2) sind üblicherweise durch einen Sinterprozess verbunden und bilden zusammen den Schneidscheiben-Rohling (S).
Der CBN-Schneidscheiben-Rohling (S) wird durch ein geeignetes Verfahren, wie Löten, Sintern, Kleben vorzugsweise durch Löten mit dem Träger (3) verbunden und durch übliche Schleifverfahren auf den geforderten Durchmesser gebracht. Dieser, in den Schneiddurchmessern fertig bearbeitete Scheibenblock, mit dem daran anschließenden Schaftteil (6) kann durch Nutenschleifen mit der für den Anwendungsfall nötigen Anzahl Schneiden versehen werden.
Dabei können die Werkzeuge mit beliebigen, dem jeweiligen Anwendungsfall angepassten Spiralwinkeln gefertigt werden. Die jeweilige Ausführung kann geradegenutet, rechtsspiral- oder linksspiralgenutet sein und gleiche, ungleiche oder extrem ungleiche Teilung aufweisen.
Hierbei können die Schneiden entsprechend den Einsatzbedingungen des Werkzeuges mit der optimalen Schneidengeometrie (Fig. 12 - Fig. 14) und den geeigneten Anschnitten (Fig. 15 - Fig. 18) gefertigt werden.
Das in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigte Feinbearbeitungswerkzeug hat anstelle der vollflächigen CBN-Schicht (1) von Fig. 1 einen CBN-Ring (9). Dieser kann direkt auf dem Trägerkörper (3) aufgebracht sein (Fig. 2), oder auf einem Hartmetallsubstrat (2) (Fig. 3) und mit diesem gemeinsam auf dem Träger (3) befestigt sein. Da der Schneidstoff hierbei nur im Schneidenbereich angeordnet ist und sich nicht über den ganzen Werkzeugdurchmesser erstreckt, lassen sich damit auch größere Durchmesser wirtschaftlich herstellen.
Das in Fig. 4 gezeigte Feinbearbeitungswerkzeug ist analog zu dem in Fig.1 gezeigten Werkzeug aufgebaut. Anstelle von 1 Schneidscheibe (S) besteht der Schneidkörper jedoch aus mehreren, im Beispiel 4, Schneidscheiben (S1, S2, S3, S4).
Damit lassen sich Stufenwerkzeuge mit mehreren unterschiedlichen Durchmessern herstellen. Außerdem sind radiale Kanäle (41,42,43,44) zwischen einer zentralen Bohrung (5) und den Spannuten zur Spänebeseitigung und evtl. Kühlung vorgesehen.
Fig. 5 zeigt ein Feinbearbeitungswerkzeug, welches im vorderen Schneidenbereich radiale Kühlkanäle und am Schneidkörperende einen Umlenkungsring (8) aufweist, welcher das Kühlmittel zur besseren Spänebeseitigung in axialer Richtung umlenkt.
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Das in Fig. 6 gezeigte Feinbearbeitungswerkzeug weist in dem, der CBN-Schicht (11) vorangestellten, Hartmetallsubstrat (21) einen Führungszapfen (FZ) mit Zentrierbohrung (7) auf. Diese ermöglicht eine höhere Rundlaufgenauigkeit bei der Herstellung des Werkzeuges.
In Fig. 7 - Fig. 11 sind verschiedene Varianten der Kühlmittelzufuhr dargestellt. Fig. 7 zeigt ein Werkzeug mit zentralem Kühlkanal (5) und Austritt stirnseitig. Bei dem in Fig. 8 dargestellten Feinbearbeitungswerkzeug sind die Spannuten durch radiale Kanäle (4) mit dem zentralen Kühlkanal (5) verbunden.
Fig. 9 - Fig. 11 zeigen Werkzeuge mit 2, mit 3 und mit 4 axialen Kühlbohrungen (5) und mit Verbindungskanälen (4) zu den Spannuten (SP).
In Fig. 19 ist der aus der CBN-Schicht (1) und dem Hartmetallsubstrat (2) bestehende Schneidscheiben-Rohling dargestellt. Dieser kann außer in der vollflächigen Ausführung auch mit zentraler Bohrung (5) ausgeführt sein.
Der in Fig. 20 dargestellte Sandwich-Schneidscheibenkörper besteht aus der CBN-Schicht (1) und diese einschließenden Hartmetall-Substrat (2) vorzugsweise können die Sandwich-Schneidscheibenkörper mit zentraler Bohrung (5) ausgeführt sein.
Die in Fig. 21 und Fig. 22 gezeigten Ausführungen haben anstelle der flächigen CBN-Schicht (1) einen CBN-Ring (9). Damit lassen sich auch größere Durchmesser wirtschaftlich herstellen, da der Schneidstoff hierbei nur im Schneidenbereich angeordnet ist und sich nicht über den ganzen Durchmesserbereich erstreckt.

Claims (19)

1. Feinbearbeitungswerkzeug zur Feinbearbeitung von Bohrungen in harten Werkstoffen, bestehend aus einem Schneidenteil und einem Schnittstellenteil wie z. B. Zylinderschaft oder Kegel-Hohlschaft (HSK), dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidenteil mindestens einen scheibenförmigen Schneidkörper (S) bestehend aus einem ultraharten Schneidstoff (1) vorzugsweise CBN und einem Substrat (2), vorzugsweise Hartmetall mit in den Schneidkörper eingearbeiteten Schneiden aufweist.
2. Feinbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schneidkörper (S) durch Löten, Kleben, Schrauben oder andere Verfahren miteinander zu einem Schneidenblock verbunden sind.
3. Feinbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidkörper (S) vorzugsweise radial verlaufende Kanäle (4) aufweist, welche Verbindung zu einem oder mehreren axialen Kühlkanälen (5) haben.
4. Feinbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneide bzw. Spannut entweder gerade in Achsrichtung oder rechtsspiralig (vorzugsweise 6°, 9°, 15°, 30°, 45°, 60°) oder linksspiralig (vorzugsweise 6°, 9°, 15°) verläuft.
5. Feinbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilungswinkel der Schneiden entweder gleich, ungleich (vorzugsweise bei 4 Schneiden 80°1100°, bei 6 Schneiden 63°/60°/57°) oder extrem ungleich (vorzugsweise bei 4 Schneiden 100°/85°/95°/80°, bei 6 Schneiden 75°/60°/45°, bei 8 Schneiden 520/48°/42°/38°), ausgeführt ist.
6. Feinbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug am Umfang Führungsleisten aufweisen kann.
7. Feinbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkörperscheibe (S) aus dem Schneidstoff (1) vorzugsweise CBN (Kubisches Bohrnitrid) und dem Substrat (2) vorzugsweise Hartmetall, besteht.
8. Feinbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkörperscheibe SR aus einem Schneidstoff-Ring (9) und einem Substrat (2) besteht.
9. Feinbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkörperscheibe (S) 3 Schichten aufweist; Substrat (2), vorzugsweise Hartmetall, Schneidstoff (1) vorzugsweise CBN, Substrat (2) vorzugsweise Hartmetall.
10. Feinbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (2) im Zentrum eine Zentrierbohrung (7) aufweist.
11. Feinbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidkörper (S) einen odere mehrere Anschnitte (δ1, f1), (δ2, f2) aufweist, vorzugsweise 15°/30°/45°.
12. Feinbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug eine oder mehrere axiale Kühlbohrungen (5) aufweist und radiale Kanäle (4), welche die axialen Kühlbohrungen (5) mit den Spanräumen (SP) verbinden.
13. Spanabhebendes Werkzeug nach einem der Ansprüche 1-12 dadurch gekennzeichnet, daß am Schneidkörperende ein Kühlmittel-Umlenkungsring (8) vorhanden ist.
14. Feinbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß der Spanwinkel (γp) positiv ausgeführt ist, vorzugsweise 2-8 Grad.
15. Feinbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß der Spanwinkel (γN) negativ ausgeführt ist, vorzugsweise 10-25 Grad.
16. Feinbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Negativfase (f), vorzugsweise 0,05-0,40 je nach Durchmesser, Zähnezahl und Bearbeitungsprozess an der Schneide vorhanden ist.
17. Feinbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schneide eine Rundschliff-Fase (b), vorzugsweise 0,03-0,08 × Schneidendurchmesser vorhanden ist.
18. Feinbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1-10 und 12-17, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschnitt einen Radius (R) aufweist, welcher tangential in die Umfangsschneide und 1 oder Stirnschneide übergeht (Fig. 16a).
19. Feinbearbeitungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1-10 und 12-18, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschnitt einen Radius (R) aufweist, und dieser Radius nicht tangential in die Schneiden übergeht, sondern durch eine Gerade (G) begrenzt wird (Fig. 16b).
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