DE3202535A1 - "schneideinsatz" - Google Patents

Description

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München Stuttgart

KENNAMETAL INC. München, 27. Januar 1982

P.O. Box 231

Latrobe, Pennsylvania 15650

V.St.A.

Unser Zeichen: K 1098

Schneideinsatz

Die Erfindung betrifft einen Schneideinsatz bzw. ein Schneidwerkzeug.

Insbesondere betrifft die Erfindung Einsätze mit positivem Neigungswinkel., die mit einem Werkzeughalter verwendet werden können, der zur Aufnahme von Einsätzen mit negativen Neigungswinkeln konstruiert ist, sowie wendbare und weiterschaltbare bzw. weiterdrehbare Einsätze.

Einsätze mit positivem Neigungswinkel erfordern eine geringere Leistung und ergeben eine bessere Oberflächenqualität als solche mit negativen Neigungswinkeln, zumindest bei den meisten Anwendungen. Sie erfordern üblicherweise einen Werkzeughalter, der speziell konstruiert ist, um nicht wendbare Einsätze mit positivem Neigungswinkel aufzunehmen.

Es wurden auch bereits Einsätze mit negativem/positivem Neigungswinkel' vorgeschlagen. Diese Einsätze weisen zwar

auch eine Oberfläche mit positivem Neigungswinkel auf, können jedoch in einem Werkzeughalter verwendet werden, der zur Aufnahme von Einsätzen mit negativem Neigungswinkel konstruiert ist, wobei die Einsätze auch wendbar sein können. Derartige Einsätze sind z.B. in den US-PSen 3 399 und 3 557 416 beschrieben.

Bei Einsätzen, deren Oberfläche einen positiven Neigungswinkel hat, bilden die Grenzfläche bzw. Umfangswandung und die geneigte Oberfläche an der Schneidkante einen spitzen Winkel. Dadurch entsteht zwangsläufig eine schwächere Schneidkante als bei Einsätzen mit negativem Neigungswinkel, bei denen dieser Winkel 90 oder mehr beträgt. Die Schneidkanten von Einsätzen mit positivem Neigungswinkel und negativem/positivem Neigungswinkel sind daher einem höheren Verschleiß durch Zerbröckeln ausgesetzt als Einsätze mit negativem Neigungswinkel.

Bei wendbaren Einsätzen mit negativem/positivem Neigungswinkel stoßen die Schneidkante und die Oberfläche mit positivem Neigungswinkel, die sich direkt unter der den Schneidvorgang ausführenden Schneidkante befindet, üblicherweise nicht an den Amboß des Werkzeughaltersitzes an, um eine Beschädigung der unteren Schneidkante zu vermeiden. Dieser nicht unterstützte bzw. freitragende Teil des Einsatzes, der sich insbesondere im Ecken- oder Spitzenbereich befindet, ist daher einem Biegemoment ausgesetzt, das zu einem frühzeitigen Ausfall dieses Bereiches führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist die Behebung der oben erläuterten Mangel von Schneideinsätzen mit positivem Neigungswinkel.

Diese Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.

Gemäß der Erfindung ist ein als Formteil ausgebildeter Schneideinsatz, der vorzugsweise aus einem Sinterkarbidwerkstoff hergestellt ist und eine Hochtemperatur-Oxid-, -Nitrid- und/oder Karbid-Beschichtung aufweist, mit einer konvexen Oberfläche mit positivem Neigungswinkel hinter seiner Schneidkante versehen. Der Einsatz kann weiterschaltbar bzw. weiterdrehbar und auch wendbar sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich in dem Ecken- oder Spitzenbereich an den erfindungsgemäßen weiterschaltbaren Einsätzen eine ansteigende Struktur bzw. Eckenabstützung hinter der Schneidkante, um bei geringen Schneidtiefen die Spanbildung zu steuern und darüber hinaus die Festigkeit im Eckbereich des Einsatzes zu erhöhen und die Bruchgefahr an der Schneidkante der Ecke minimal zu machen.

Diese Eckenabstützung hat darüber hinaus zur Wirkung, daß Späne in den Eckbereich hochgeführt werden, wodurch der Verschleiß an der Schneidkantenflanke vermindert wird. Bei wendbaren Einsätzen hat die ansteigende Struktur vorzugsweise eine Höhe, die größer ist als die Höhe der Schneidkante, so daß sie anstelle der Schneidkante gegen den Sitz des Einsatzes am Werkzeughalter anstößt und die beim Schneiden auftretenden Belastungen aufnimmt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befindet sich die stärkste Annäherung der ansteigenden an die'Schneidkante in dem Eckbereich, um die Schneidkante im Eckbereich optimal zu sützen. Da die Schneidkanten sich von dem Eckbereich fort erstrecken, ist es vorteilhaft, wenn die ansteigende Struktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung relativ schnell von der Schneidkante zurückweicht, um ihre Auswirkung auf den Leistungsbedarf bei großen Schneidtiefen minimal zu machen. Die ansteigende,

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aus dem Eckbereich zurückweichende Struktur kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit einem mittig gelegenen inseiförmigen Bereich vereinigt sein.

Bei dieser Ausführungsform befindet sich vorzugsweise zwischen den Schneidkanten und dem mittig angeordneten inselförmigen Bereich ein konvexer Schalenboden, dessen aufwärts gerichtete Neigung zunimmt, je größer seine Entfernung von der Schneidkante ist. Dieser Schalenboden schließt vorzugsweise dergestalt an eine Wandung des inselförmigen Bereiches an, daß seine aufwärts gerichtete Neigung größer ist als die Neigung der Wandung im Anschlußbereich.

Diese Strukturen, die eine Steuerung der Spänebildung ermöglichen und eine Abstützung bilden, und die sich hinter der Schneidkante befinden, werden zwar vorteilhafterweise bei Einsätzen mit positivem Neigungswinkel verwendet, ihre Anwendung ist jedoch auch bei Konstruktionen mit anders ausgebildeter Neigungsoberfläche möglich, insbesondere mit positivem, negativem und neutralem Neigungswinkel.

Die erfindungsgemäßen Einsätze bzw. Schneidwerkzeuge zeichnen sich durch verbesserte Festigkeit der Schneidkante sowie durch eine besonders gute Schneidcharakteristik in einem großen Geschwindigkeits-, Vorschub- und Schneidtiefenbereich aus. Insbesondere ist ihre Festigkeit im Eckbereich bzw. Spitzenbereich verbessert.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform des Schneideinsatzes;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des Eckbereiches bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform;

Fig. 3 einen Querschnitt des Eckbereiches in Fig. 2 längs Linie III-III;

Fig. 4 einen Querschnitt des in Fig. 2 gezeigten Einsatzes längs Linie IV-IV;

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Teil eines Einsatzes gemäß einer anderen Ausführungsform; und

Fig. 6 eine geschnittene Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform. ^;

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform des Schneideinsatzes hat in Draufsicht eine allgemein polygonale Gestalt; es handelt sich um ein weiterschaltbares bzw. stufenweise weiterdrehbares Einsatzwerkzeug. Dieser Schneideinsatz 1 weist eine Schneidkante 3 auf, die an der Stelle gebildet ist, wo die Umfangswandung 4 auf die Oberseite 2 des Schneideinsatzes trifft. Von der Schneidkante 3 aus einwärts erstreckt sich auf der Oberseite 2 eine konvexe Oberfläche 5 mit positivem Neigungswinkel. Auf diese geneigte Oberfläche 5 folgt ein schalen- oder bodenförmiger Bereich.

Eine Eckmulde 9 befindet sich in der Ecke bzw. im Spitzenbereich 7, und eine konkave Mulde 11 erstreckt sich entlang der Seite des Einsatzes. In den Eckbereichen 7 und auf der Innenseite von der Eckmulde 9 befindet sich eine Eckabstützung 15, die vom Boden der Eckmulde ausgehend ansteigt. Diese Eckabstützung weist eine Wandung 17 auf, die ebenfalls allgemein konvex gestaltet ist. Die Eckabstützung 15 kann an einen mittig angeordneten inseiförmigen Bereich 13 anschließen. Längs der Seiten des Einsatzes schließt die konkave Mulde 11 an eine Wandung 19 des inseiförmigen Bereiches

an, die bis zur höchsten Oberfläche des mittig angeordneten inseiförmigen Bereiches 13 ansteigt. In der Mitte der Oberseite 2 ist ferner eine Öffnung 21 angeordnet, die mit der Bodenfläche des Einsatzes in Verbindung ist. Die Bodenfläche des Einsatzes kann flach sein oder dieselben Eigenschaften aufweisen wie die Oberseite 2, wenn der Einsatz wendbar sein soll.

Fig. 2, in der der Eckbereich 7 größer dargestellt ist, zeigt, daß die Eckabstützung 15 im Eckbereich 7 am nächsten bis an die Schneidkante heranreicht und sich dann mit zunehmender Entfernung der Schneidkanten 3 von dem Eckbereich 7 schnell weiter von den Schneidkanten 3 entfernt. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird dies dadurch erreicht, daß die Eckabstützung 15 derart verjüngt ist, daß ihre Breite entlang der Winkelhalbierenden B-B des Eckwinkels zur Innenseite hin von der Schneidkante im Eckbereich 7 ausgehend abnimmt. Diese Ausführungsform wird bevorzugt. Gemäß einer anderen Ausführungsform bleibt die Breite der Eckabstützung bei zunehmender Entfernung aus dem Eckbereich entlang der Winkelhalbierenden B-H konstant, und zwar bis zum Anschluß an den mittig angeordneten inseiförmigen Bereich 13.

Fig. 3, bei der es sich um einen Querschnitt längs Linie III-III in Fig. 2 handelt, zeigt, daß die Schneidkante 3 an der Verbindung zwischen der Umfangswandung 4 und der konvexen Oberfläche 5 mit positivem Neigungswinkel sich in geringerer Höhe befindet als die Eckabstützung 15. Die Höhendifferenz F, die in Fig. 3 eingezeichnet ist, beträgt etwa 0,025 - 0,05 mm und ist so bemessen, daß die Schneidkräfte keine Beschädigung der unteren Schneidkante verursachen, die der gerade den Schneidvorgang ausführenden Kante gegenüberliegt, wenn die untere Schneidkante cjeyon die Unterseite der Werkzeugaufnahme in dem Werkzeughalter anstößt. Diese vergrößerte Höhe der Eckabstützung 15 ist nur bei wendbaren Einsätzen erforderlich. Bei Einsätzen, die

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lediglich jeweils um einen Schritt weitergedreht werden, kann die Höhe der Eckabstützung 15 dieselbe sein wie diejenige der Schneidkante oder geringer als diese sein. Die Eckabstützung 15 dient bei tiefen Schnitten auch dazu, die Späne in den Eckbereich 7 hochzuführen, um Beschädigungen durch Kraterbildungen zu vermeiden, die sonst an den Flanken der Schneidkante und der geneigten Oberfläche entstehen könnten und den Eckbereich 7 schwächen würden.

Wie ferner aus der Zeichnung ersichtlich if.t, mündet die konvexe abfallende Wand 5 in einen ebenen Muldenboden 9, auf den dann eine allgemein konvexe Wandung 17 der Eckabstützung folgt. Aus der Zeichnung ergibt sich ferner, daß Stege zwischen der Oberfläche 5 mit positivem Neigungswinkel und der Mulde 9 und ferner zwischen dieser Mulde 9 und der Wandung 17 der Eckabstützung vorhanden sein können. Um die Unterstützung zu optimieren, die die Eckabstützung 15 für die Schneidkante 3 im Eckbereich bildet, sollte die Eckabstützung 15 so nahe wie möglich an die Schneid"-kante 3 herangebracht werden, soweit dies mit den Erfordernissen einer geringen Leistungsaufnahme vereinbar ist.

Es wurde gefunden, daß der Abstand von der Schneidkante 3 bis zum Innenrand des Muldenbodens 9, der in der Zeichnung als Größe A eingezeichnet ist, vorzugsweise ungefähr 0,635 mm betragen sollte. Gute Ergebnisse werden jedoch auch erzielt, wenn dieser Abstand A von der Schneidkante in einem Bereich von 0,598 - 1,78 mm liegt. Der Abstand von der Schneidkante 3 bis zum Scheitel der Eckabstützung 15, der in der Zeichnung als Größe G dargestellt ist, beträgt bei einer besonderen Ausführungsform 0,965 mm; dieser Abstand G kann jedoch im Hinblick auf eine gute Steuerung der Spänebildung im Bereich zwischen 0,89 und 2,29 mm liegen.

Die Höhe der Schneidkante 3 über dem Muldenboden 9, die in der Zeichnung als Größe C angegeben ist, sollte zwischen

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0/076 und 0,254 mm liegen und liegt bei einer bevorzugten Ausführungsform bei etwa 0,127 mm.

Fig. 4, die einen Schnitt längs Linie IV-IV in Fig. 2 zeigt, läßt erkennen, daß der Schneideinsatz 1 eine Umfangswandung 4 aufweist, an deren Oberseite sich eine Schneidkante 3 befindet. An die Schneidkante schließt eine konvexe abfallende Wand 5 an, die kreisbogenförmig' mit einem Radius R sein kann. Entlang den Seiten schließt diese konvexe abfallende Wand 5 an einen konkaven Muldenboden 11 an, dessen Neigung vorzugsweise mit zunehmender Entfernung von der Schneidkante 3 zunimmt.

Der konkave Muldenboden 11 trifft auf eine Wandung 19 eines inseiförmigen Bereichs, die sich an der mit 23 bezeichneten Stelle innenseitig befindet. Wie die Zeichnung zeigt, sollte die Neigung des Muldenbodens 11 an der mit 23 bezeichneten Stelle größer sein als die Neigung der Wandung 19 des inseiförmigen Bereiches an der mit 23 bezeichneten Stelle. Die Wandung 19 des inseiförmigen Bereiches kann konkav sein, wie dies in der Zeichnung gezeigt ist, oder Irgendeine andere geeignete Gestalt aufweisen, sofern sie eine Neigung an der mit 23 bezeichneten Stelle aufweist, die geringer ist als die Neigung des Muldenbodens 11 an derselben Stelle 23.

Die konvexe Wandung 17 der Eckabstützung 15 mündet in den Muldenboden 5 und in die Wandung 19 des inseiförmigen Bereiches ein. Der Muldenboden 9 im Eckbereich ist gegenüber dem konvexen Muldenboden 11 etwas erhöht. Der konvexe Muldenboden 11 sollte eine maximale Tiefe D von 0,20 - 0,38 mm aufweisen und hat bei einer sich als günstig erwiesenen Ausführungsform eine Tiefe von etwa 0,2 mm. Der konkave Muldenboden 11 steigt mit zunehmender Entfernung von der Schneidkante an bis zu einer maximalen Höhe E an der mit 23 bezeichneten Stelle. Die Höhe E beträgt vorzugsweise

0,076 -O,254 mm weniger als die Höhe der Schneidkante, ist jedoch stets geringer als die Größe D.

In Fig. 4 ist der Winkel T eingezeichnet, der zwischen einer Tangente an die konvexe Oberfläche 5 mit positivem Neigungswinkel und der Umfangswandung 4 an der Schneidkante gebildet ist. Der Winkel T kann etwa.. 82° betragen, hängt jedoch von den an die Schneidkante zu stellenden Festigkeitsforderungen für die jeweilen Anwendungen ab. Der Komplementwinkel des Winkels T ist der Neigungswinkel; wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, nimmt der Neigungs-.winkel kontinuierlich zu, während die konvexe Oberfläche mit positivem Neigungswinkel sich yon der Schneidkante 3 entfernt.

Der Scheitel bzw. die mit 23 bezeichnete Stelle sollte sich etwa 1,27 - 2,54 mm (Größe B) hinter der seitlichen Schneidkante 3 befinden, wobei günstige Ergebnisse bei einem Wert von 1,27 mm erreicht werden. Der Scheitel bzw. die mit 23 bezeichnete Stelle, die eine Linie bildet, wirkt als Einrichtung zur Steuerung der Spänebildung bei großen Schneidtiefen.

Während bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel die Abstützung 15 und der in der Mitte liegende inseiförmige Bereich 13 dieselbe Höhe haben und ferner eine größere Höhe aufweisen als die Schneidkante 3, ist dies jedoch nicht unbedingt erforderlich, wenn der Einsatz nicht umwendbar sein soll. Vielmehr ist diese Konstruktion nur bei wendbaren Einsätzen erforderlich.

Die Fig. 5 und 6 zeigen zwei weitere Ausführungsformen der Erfindung. Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform weist ein Schneideinsatz 51 eine Schneidkante 53 an der Verbindung zwischen seiner Umfangswandung und seiner Oberseite auf, die an einen ebenen Kantenrücken 55 anschließt, der

sich nach einwärts erstreckt. Von diesem Kantenrücken 55 ausgehend, fällt eine Wandung 57 ab, die vorzugsweise eine konvexe Oberfläche mit positivem Neigungswinkel ist, wie bereits bei der zuvor beschriebenen Ausfuhrungsform. Diese abfallende Wandung 57 kann jedoch je nach Anwendungsfall konkav oder eben sein.

Die sich innenseitig von der abfallenden Wandung befindende Struktur ist dieselbe wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 4. Der Kantenrücken 55 kann einen positiven, negativen oder neutralen Neigungswinkel haben, je nach Anwendungsfall, und ist bei dieser Ausführungsform so gestaltet, daß die Kantenfestigkeit des Einsatzes weiter gesteigert wird.

Der in Fig. 6 gezeigte Einsatz 61 weist eine Schneidkante 63 auf, deren Kantenrücken 65 sich von der Schneidkante ausgehend nach innen erstreckt. Am inneren Rand des Kantenrückens 65 befindet sich eine konvexe Oberfläche 67 mit positivem Neigungswinkel, die zu einem Boden 69 abfällt, der sich einwärts erstreckt, ohne auf irgendeine ansteigende Struktur zur Steuerung der Spänebildung zu treffen.

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Claims (10)

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   Patuntanwalte **·* * EuropftäiV-patenV Attorneys 3202535

   München Stuttgart

   KENNAMETAL INC. München, 27. Januar 1982

   P.O. Box 231

   Latrobe, Pennsylvania 15650

   V.St.A.

   Unser Zeichen: K 1098

   Schneideinsatz

   PATENTANSPRÜCHE

   M.I Schneidwerkzeug mit einer Schneidkante und einer hinter dieser liegenden Oberfläche mit positivem Neigungswinkel, dadurch gekennzeichnet, daß der positive Neigungswinkel dieser Oberfläche (5) mit zunehmender Entfernung von der Schneidkante (3) kontinuierlich größer wird.
2. 2. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (5) mit positivem Neigungswinkel an die Schneidkante (3) anschließt.
3. 3. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als schrittweise weitordrehbarer Schneideinsatz ausgebildet ist, der iolyuiide K J einen Lo

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   aufweist: einen Körper (1) mit einer Oberseite (2), einer Unterseite und einer Umfangswandung (4), welche die Oberseite und die Unterseite miteinander verbindet; wenigstens zwei im Winkel zueinander verlaufende und aneinander anschließende Schneidkanten (3), die an der Verbindung zwischen der Umfangswandung (4) und der Oberseite bzw. Unterseite gebildet sind; und eine an die Schneidkante (3) anschließende Oberfläche (5) mit positivem Neigungswinkel.
4. 4. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Muldenboden (9), der sich innenseitig von der Oberfläche (5) mit positivem Neigungswinkel befindet, und einen inseiförmigen Bereich (13), der sich innenseitig von der Mulde befindet und über die Schneidkante (3) hinaus erhöht ist.
5. 5. Schneidwerkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es wendbar ist.
6. 6. Schneidwerkzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Muldenboden (9) eine Oberfläche umfaßt, die in Richtung von der Schneidkante (3) einwärts ansteigt.
7. 7. Schneidwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Muldenboden (9) an eine ansteigende Wandung

   (17) anschließt, die einen Teil des mittig angeordneten inseiförmigen Bereiches (13) bildet, und daß an der Verbindung zwischen dem Muldenboden (9) und dieser ansteigenden Wandung (17) die aufwärts gerichtete Schräge des Muldenbodens größer ist als am Rand der ansteigenden Wandung an dieser Verbindungsstelle.
8. 8. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Stützelemente (15) vorgesehen

   sind, die über die Schneidkanten (3) hinaus ansteigen und jeweils in einer Ecke (7) zwischen der Schneidkante und dem mittig angeordneten inseiförmigen Bereich (13) angeordnet sind.
9. 9. Schneidwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützelemente und der inseiförmige Bereich (13) aneinander anschließen.
10. 10. Schneidwerkzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß Stützelemente und der inseiförmige Bereich dieselbe Höhe aufweisen.