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Die Erfindung betrifft Metallschneidwerkzeuge zur
Verwendung beim Trennen bzw. Abstechen, Einstechen und Drehen
und insbesondere Metallschneideinsätze zur Verwendung mit
solchen Schneidwerkzeugen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bekannte Schneideinsätze zur Verwendung mit solchen
Metallschneidwerkzeugen sind mit einer Ober- und Unterseite
sowie Vorder- und Seitenfreiflanken bzw. -flächen
ausgebildet, wobei eine Schneidkante an der Schnittlinie der
Vorderfreiflanke mit der Oberseite definiert ist und die Oberseite
eine Spanfläche und Spanform- bzw. -bildungseinrichtungen zum
geeigneten Formen und Ablenken der während des Schneidens
gebildeten Späne aufweist, um deren Brechen und Entfernen ohne
Schaden am Werkstück und Schneidwerkzeug und ohne Gefahren
für den Werkzeugbediener zu erleichtern.
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Die Spanbildungseinrichtungen dienen im allgemeinen
dazu, den Span schmaler zu machen, um zu gewährleisten, daß
sich der Span beim Einstechen oder Trennen glatt über den
Schneidbereich bewegt, und ferner dazu, den Span bis zu einem
gewissen Grad zu versteifen, um sein anschließendes Ablenken
und Verdichten in Spiralform und schließlich sein Brechen zu
erleichtern.
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Es dürfte deutlich sein, daß das gesamte Verfahren der
Spanbildung, -formung und -ablenkung, da es mit einer
ständigen Anstoßbewegung des Spans an der Spanbildungseinrichtung
einhergeht, durch Kräfte begleitet wird, die der Spanbewegung
tendenziell Widerstand entgegensetzen, weshalb zur
Überwindung dieser Kräfte beim Schneiden eine höhere Energie
autgewendet werden muß. Daraus ergibt sich folglich eine relativ
stärkere Wärmeerzeugung während des Schneidens, die zu einer
stärkeren Erwärmung sowohl des Schneideinsatzes und des
Schneidwerkzeugs als auch des Werkstücks führt.
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Während eine solche stärkere Erwärmung des
Schneideinsatzes selbst zu höherem Verschleiß des Schneideinsatzes
führen kann und dessen häufigen Austausch notwendig macht, kann
die stärkere Erwärmung des Werkstücks besonders dann
unerwünscht sein, wenn Werkstücke aus spannungshärtenden
Werkstoffen hergestellt sind, also aus Werkstoffen, bei denen
eine übermäßige Erwärmung unerwünschte Spannungen hervorruft
und diese Spannungen ihrerseits zu einer unerwünschten
Härtung des Werkstoffs führen. Folglich führt bei solchen
spannungshärtenden Werkstoffen (zu denen beispielsweise
rostfreier Stahl und sogenannte Raumlegierungen gehören) die
Werkstoffhärtung als Ergebnis von wärmeinduzierten, zu Beginn
eines Schneidvorgangs erzeugten Spannungen zur Härtung des
Werkstoffs, wodurch das nachfolgende Schneiden schwieriger
wird und einen größeren Energieaufwand erfordert.
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Bei solchen spannungshärtenden Werkstoffen sollte
folglich angestrebt werden, durch die Schneidwerkzeuggestaltung
zu gewährleisten, daß das Schneiden mit einer minimalen
Wärmemenge einhergeht und dabei die während der Spanbildung
erzeugte Wärme auf ein Minimum reduziert wird.
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In diesem Zusammenhang gilt bekanntlich, daß mit
stärkerer Positivität der Schneidkante die Wärmeerzeugung sinkt.
Die Schneidkante kann jedoch nicht zu stark positiv gestaltet
werden, da dies zwangsläufig zu einer unerwünschten
Schwächung der Schneidkante führt und deren häufigen Austausch
erfordert. Andererseits bilden sich bei niedrigen
Vorschubgeschwindigkeiten relativ dünne Späne, und bekanntlich muß bei
solchen relativ dünnen Spänen eine spezielle
Spanbildungseinrichtung vorgesehen sein, um das wirksame Formen und
Beseitigen dieser dünnen Späne zu gewährleisten.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen neuen
und verbesserten Schneideinsatz zur Verwendung in einem
Metallschneidwerkzeug zu schaffen, bei dem die vorgenannten
Nachteile wesentlich verringert sind.
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Die US-A-4 776 733 offenbart einen Metallschneideinsatz
mit einer Ober- und Unterseite sowie einer Vorderfreiflanke
und Seitenfreiflanke, einer gebogen geformten Schneidkante,
die an der Schnittlinie der Vorderfreiflanke mit der
Oberseite definiert ist, wobei die Oberseite eine einwärts von
der Schneidkante verlaufende Spanfläche und eine einwärts von
der Spanfläche befindliche Spanbildungseinrichtung aufweist,
die Schneidkante gegenüber der Oberseite konkav und mit einem
Spanwinkel ausgebildet ist, der sich Uber die Länge der
Schneidkante ändert und an ihrem Mittelabschnitt positiver
als an ihren Endabschnitten ist, die Spanbildungseinrichtung
ein Paar gekrümmte Ablenkflächen aufweist, die Ablenkstege
bilden, jede der Ablenkflächen gleichmäßig und glatt von der
Spanfläche schräg zu einer Ablenkspitze verläuft, jeder
Ablenksteg eine Vorderablenkfläche, die in eine Axialrichtung
konkav gekrümmt ist, einen axial gerichteten
Außenseitenabschnitt, der sich mit einer angrenzenden Seitenfreiflanke
vereinigt, und eine axial gerichtete Innenseitenfläche hat,
die schräg zur Unterseite und gleichzeitig zu der Spitze
verläuft, die Innenseitenflächen beider Stege einen Winkel
einschließen und einen axial gerichteten Mittelkehlenabschnitt
bilden, der in eine Axialrichtung entlang der Oberseite
zwischen den Stegen verläuft.
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Erfindungsgemäß vorgesehen ist ein Metallschneideinsatz
mit einer Ober- und Unterseite sowie Vorder- und
Seitenfreiflanken, einer gebogen geformten Schneidkante, die an dem
Übergang bzw. an der Schnittlinie der Vorderfreiflanke zu
bzw. mit der Oberseite gebildet wird, wobei die Oberseite
eine einwärts von der Schneidkante verlaufende Spanfläche und
eine einwärts von der Spanfläche befindliche
Spanbildungseinrichtung aufweist, die Schneidkante gegenüber der Oberseite
konkav und mit einem Spanwinkel ausgebildet ist, der sich
über die Länge der Schneidkante ändert und an ihrem Mittel
abschnitt positiver als an ihren Endabschnitten ist, die
Spanbildungseinrichtung ein Paar gekrümmte Ablenkflächen
aufweist, die Ablenkstege bilden, jede der Ablenkflächen
gleichmäßig und glatt von der Spanfläche schräg zu einer
Ablenkspitze verläuft, jeder Ablenksteg eine Vorderablenkfläche,
die in eine Axialrichtung konkav gekrümmt ist, einen axial
gerichteten Außenseitenabschnitt, der eine Freifläche
ausbildet
und sich mit einer benachbarten Seitenfreiflanke
vereinigt, und eine axial gerichtete Innenseitenfläche hat, die
schräg zur Unterseite und gleichzeitig zu der Spitze
verläuft, die Innenseitenflächen beider Stege einen Winkel
einschließen und einen axial gerichteten Mittelkehlenabschnitt
bilden, der in eine Axialrichtung entlang der Oberseite
zwischen den Stegen verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß jede
Vorderablenkfläche in eine Seitenrichtung konvex gekrümmt ist
und sich kontinuierlich über glatt gekrümmte Ecken mit der
Innenseitenfläche des Kehlenabschnitts vereinigt, der durch
die Innenflächen gebildete Winkel sich gleichmäßig entlang
der Axialrichtung in eine von der Schneidkante wegführende
Richtung erhöht, wobei sich die Vorderablenkflächen der Stege
gleichmäßig von einer an die Spanfläche angrenzenden
Maximalfläche zu einer an die entsprechende Ablenkspitze
angrenzenden Minimalfläche verkleinern.
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Bei einem solchen Schneideinsatz hat der an der
Schneidkante erzeugte Span aufgrund der konkaven Form der
Schneidkante bereits eine relativ schmale Seitenausdehnung und
bewegt sich anschließend unter dem Einfluß der Schnittkräfte
über die Spanfläche und auf den gekrümmten Spanablenkflächen,
wobei er von der Spanfläche zur Spanablenkfläche eine glatte
kontinuierliche Bewegung vollführt. Aufgrund der besonderen
gekrümmten Beschaffenheit der Spanablenkfläche ist
gewährleistet, daß der Span diese Flächen über ihre gesamte Länge
tangential berührt, dabei an seiner Seite durch die
Spanablenkflächen gestützt und unter dem Einfluß der Schnittkräfte
abwärts in den Kehlenabschnitt gedrückt wird. Dadurch wird der
Mittelachsenabschnitt des Spans auf geeignete Weise
deformiert, wobei jedoch die gesamte Deformation, Formung und
Ablenkung des Spans mit minimaler Kraftausübung und daher mit
minimaler Erwärmung des Schneidwerkzeugs und des Werkstücks
erreicht wird.
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Somit ist das Schneidwerkzeug beim Schneiden von
spannungshärtenden Werkstücken wirksam, insbesondere bei
niedrigen Vorschubgeschwindigkeiten.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nachstehend wird als Beispiel eine Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Schneideinsatzes anhand der beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 eine Perspektivansicht des Schneideinsatzes;
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Fig. 2 eine Seitenansicht des Einsatzes, der in einem
Einsatzhalter angebracht ist;
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Fig. 3 eine Draufsicht auf den Einsatz von oben;
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Fig. 4 eine Vorderansicht des Einsatzes;
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Fig. 5 eine Querschnittansicht des Einsatzes von Fig. 3
entlang der Linie V-V; und
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Fig. 6 eine Querschnittansicht des Einsatzes von Fig. 3
entlang einer Linie VI-VI.
NÄHERE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Darstellungsgemäß ist ein Schneideinsatz 1 mit einer
Ober- und Unterseite 2 und 3, einer Vorderfreiflanke 4,
Seitenfreiflanken 5 und 6 und einer Rückseite 7 ausgebildet.
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Der Einsatz 1 ist mit einem hinteren keilförmigen
Körperabschnitt ausgebildet, der sein Einspannen in eine
entsprechend keilförmige Aussparung in einem Einsatzhalter 8
(siehe Fig. 2) erleichtert, wobei der keilförmige
Körperabschnitt mit einer oberen und unteren V-förmigen Einspannut 9
und 10 versehen ist, in die sich V-förmige Rippen von
Einspannbacken 11 und 12 des Halters einpassen. Der Einsatz ist
mit einer Anschlagschulter 13 versehen, die zum Anschlagen am
Vorderende der Einspannbacke 11 dient und dadurch das
Einsatzmaß des Einsatzes im Halter 8 begrenzt.
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Eine Schneidkante 14 ist an der Schnittlinie der
Vorderfreifläche 4 mit der Oberseite 2 gebildet und hat eine
allgemein gebogene Form, wobei sie gegenüber der Oberseite 2
konkav ist und zwei Seitenabschnitte 14a und 14b aufweist, die
jeweils zur Unterseite 3 in einem Winkel O (siehe Fig. 4) zu
einer Ebene abfallen, die parallel zur Unterseite 3 liegt,
und sich die beiden Seitenabschnitte 14a und 14b über einen
gekrümmten Mittelabschnitt 14c vereinigen.
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Von der Schneidkante 14 verläuft eine Spanfläche 15. Aus
der Oberseite 2 ragt ein Paar Ablenkstege 16 hervor. Jeder
Ablenksteg 16 weist auf: eine gekrümmte Spanablenkfläche 16a,
die von der Spanfläche 15 verläuft und sich mit ihr glatt und
kontinuierlich vereinigt, eine axial gerichtete
Außenseitenfläche 16b, die sich mit einer angrenzenden Seitenfreifläche
vereinigt, und eine axial gerichtete Innenseitenfläche 16c,
die schräg zur Unterseite 3 verläuft. Wie deutlich aus Fig. 1
der Zeichnungen hervorgeht, sind die Spanablenkflächen 16a
konkav in Axialrichtung gekrümmt, während sie gemäß Fig. 5
und 6 konvex in Seitenrichtung gekrümmt sind. Die
Spanablenkflächen 16a verlaufen gleichmäßig und glatt von der
Spanfläche 15 schräg in eine Richtung, die von der Unterseite 3
wegund zu jeweiligen Ablenkflächenspitzen 17 hinführt.
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Die axial gerichteten Seitenflächen 16c bilden zwischen
sich einen Kehlenabschnitt 18, wobei die Seitenflächen 16
einen Winkel α einschließen. Die Seitenflächen 16c vereinigen
sich glatt mit den Spanablenkflächen 16a an jeweils glatt
gekrümmten Ecken. Wie deutlich aus Fig. 5 und 6 der Zeichnungen
hervorgeht, erhöht sich der Winkel α stetig über die Länge
des von der Schneidkante verlaufenden Kehlenabschnitts von
einem Wert α&sub1; (siehe Fig. 5) nahe der Schneidkante auf einen
größeren Wert α&sub2; (siehe Fig. 6) abseits von der Schneidkante.
Dieser stetige Anstieg des durch die Seitenflächen 16c
begrenzten Winkels α hat zur Folge, daß sich die tatsächliche
Seitenausdehnung der Spanablenkstege 16 gleichmäßig von einem
an die Spanfläche 15 angrenzenden Maximum zu einem an die
jeweiligen Spitzen 17 angrenzenden Minimum verkleinert.
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Gemäß Fig. 2 der Zeichnungen ist die Schneidkante mit
einem Spanwinkel Φ ausgebildet, der sich über die Länge der
Schneidkante von einem relativ hohen positiven Wert am
Mittelabschnitt 14c der Schneidkante (z. B. 20º) auf einen
weniger positiven oder sogar geringfügig negativen Wert an den
jeweiligen Ecken der Schneidkante (z. B. 10º positiv oder
negativ) ändert. Fig. 5 zeigt den Winkel α&sub3;, der durch die
jeweiligen Seitenabschnitte der an die Schneidkante
angrenzenden Spanfläche begrenzt ist. Dieser relativ große Winkel
spiegelt die Tatsache wider, daß sich der Spanwinkel von
einem stark positiven Wert im Mittelabschnitt der Spanfläche zu
einem wesentlich geringeren positiven oder sogar negativen
Wert an den Ecken ändert.
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Bei der Verwendung zum Metallschneiden, z. B. beim
Abstechen bzw. Trennen oder Einstechen, wird dem an der
Schneidkante gebildeten Span aufgrund der gebogenen Form der
Schneidkante unmittelbar eine gebogene Querschnittform
verliehen, und er bewegt sich über die Spanfläche 15 auf den
Spanablenkflächen 16a und berührt diese im wesentlichen
tangential. Während die Seitenabschnitte des Spans jeweils durch
die Spanablenkflächen 16a gestützt werden, wird sein
Mittelabschnitt, der sich über den Kehlenabschnitt 18 bewegt, durch
die Schnittkräfte nach unten so deformiert, daß er eine
entsprechend verformte Mittelvertiefung erhält. Auf diese Weise
wird der Span wirksam schmaler gemacht und versteift, krümmt
sich in eine erforderliche Form und bricht anschließend als
Ergebnis des Aufpralls auf das Werkstück oder als Ergebnis
der als Folge des Krümmens vorhandenen inneren Spannungen.
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Es dürfte deutlich sein, daß aufgrund des besonderen
Aufbaus der Spanbildungseinrichtung und der Tatsache, daß der
Span die Spanablenkflächen 16a durch Bewegen über sehr glatt
abgeschrägte Flächen berührt, die tangentiale Berührung
zwischen dem Span und diesen Flächen minimale Spannungen
einleitet und daher zu einer relativ niedrigen Wärmeerzeugung
führt. Daher ist der Schneideinsatz besonders zum Schneiden
spannungshärtender Werkstoffe geeignet, da infolge des
Schneidens nur minimale Spannungen in die Werkstoffe
eingeleitet werden. Besonders bei der Verwendung von
spannungshärtenden Werkstoffen, für die geringe Vorschubgeschwindigkeiten
angezeigt sind, ist der soeben beschriebene Aufbau ferner
beim Formen von relativ dünnen Spänen wirksam, die bei
solchen geringen Vorschubgeschwindigkeiten erzeugt werden, und
trägt daher zur Steuerung und Entfernung solcher Späne bei.
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Ferner trägt die Tatsache, daß die Schneidkante an ihrem
Mittelabschnitt mit einem stark positiven Spanwinkel versehen
ist, während an ihren empfindlichen Eckabschnitten der
Spanwinkel wesentlich weniger positiv oder sogar negativ ist,
einerseits zum wirksamen Schneiden mit minimaler
Spannungseinleitung
bei und verringert andererseits den Verschleiß und
Beschädigungen der Schneidkante, die auftreten würden, wäre
die Schneidkante über ihre gesamte Ausdehnung gleichmäßig
negativ.