DE69225285T2

DE69225285T2 - Metallschneidwerkzeug

Info

Publication number: DE69225285T2
Application number: DE69225285T
Authority: DE
Inventors: Raphael Wertheim
Original assignee: Iscar Ltd
Current assignee: Iscar Ltd
Priority date: 1991-09-27
Filing date: 1992-09-25
Publication date: 1998-08-27
Anticipated expiration: 2012-09-26
Also published as: IL99584A; EP0534450B1; JP3182460B2; JPH05237706A; IL99584A0; US5439327A; EP0534450A2; EP0534450A3; DE69225285D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Metallschneidwerkzeug der mit einer Metallschneidspitze versehenen Art, die in einem Stück mit dem Werkzeug oder auf einem Metallschneideinsatz gebildet ist, der lösbar in einem Einsatzhalter des Werkzeugs festgehalten wird. Außerdem betrifft die Erfindung Metallschneideinsätze zur Verwendung mit solchen Metallschneidwerkzeugen.
Bei solchen Metallschneidwerkzeugen ist die Schneidkante der Spitze zwischen einer Spanfläche und einer Freiflanke oder Freifläche gebildet, und in der Verwendung kommt es zu schnellem Verschleiß der Schneidkante und des an sie angrenzenden Abschnitts der Freiflanke, und bei Ausbildung der Spitze an einem austauschbaren Einsatz muß dieser häufig ausgetauscht oder gedreht werden, um eine unverbrauchte Schneidkante in Position zu schalten. Ist die Spitze in einem Stück mit dem Schneidwerkzeug gebildet, muß die Spitze ebenfalls häufig neu eingestellt werden, oder das gesamte Werkzeug muß ausgetauscht werden.
Bei solchen Schneidspitzen ist (durch die Hersteller) allgemein ein maximaler Verschleißgrad der Freiflanke festgelegt, nach dem Austausch, Neueinstellung oder Fortschaltung erfolgen müssen. Gewöhnlich ist dieser maximale Verschleißgrad in bezug auf die maximale Verschleißbreite VBmax der Freiflanke in der Messung von der Schneidkante festgelegt. Erreicht somit der Flankenverschleiß das festgelegte Maximum VBmax, sollte die Spitze neu eingestellt oder ausgetauscht werden.
Bekanntlich ist einer der Flankenverschleiß bestimmenden Faktoren die Härte des Einsatzmaterials. Je härter also das Material ist, um so geringer ist die Verschleißrate und um so länger kann der Einsatz verwendet werden, bevor der Verschleiß VBmax erreicht, wonach ein Austausch erfolgen muß. Indes steht diese Härte direkt mit der Arbeitstemperatur in Beziehung, und steigende Arbeitstemperatur geht mit geringerer Härte und somit zunehmender Verschleißrate einher.
Aus diesem Grund wurden in der Verwendung solcher Schneidwerkzeuge Einrichtungen für die Fluidkühlung des Schneideinsatzes im Bereich seiner Schneidkante vorgesehen.
Bei einem bekannten Verfahren zur Fluidkühlung wird die Oberseite der Schneidspitze oder des Einsatzes mit einem Kühlmittelfluid besprüht, wobei jedoch festgestellt wird, daß die fortgesetzte Bewegung des Spans über die Spanfläche des Schneideinsatzes die wirksame Kühlung des Einsatzes durch das Kühlmittel stört.
Bei einem weiteren bekannten Kühlverfahren wird ein Kühlmittel durch die Schneidspitze von ihrer Basis zur oberen Spanfläche geführt. In der Praxis wird jedoch festgestellt, daß der Druck des Spans auf die obere Spanfläche verhindert, daß das Kühlmittel wirksam den Bereich der Schneidkante erreicht, was wiederum die Kühlwirksamkeit begrenzt.
Ein weiteres eingesetztes Verfahren bestand darin, ein Kühlmittel durch eine im Schneideinsatz oder in der Schneidspitze gebildete Leitung zu leiten, wobei die Leitung aus einer öffnung in der Freiflanke des Schneideinsatzes austritt. Festgestellt wird jedoch, daß zur Gewährleistung einer wirksamen Verteilung der Kühlmittelflüssigkeit über die Freiflanke und in der Umgebung der Schneidkante mehrere solche Kühlmittelleitungen vorgesehen sein müssen, was wiederum zu einer beträchtlichen Schwächung des Einsatzes führt. Außerdem wird das Durchdringen des Kühlmittels durch den schmalen Spalt zwischen der Freiflanke und dem Werkstück behindert.
Ferner wurde vorgeschlagen, einen Strahl einer Kühlmittelflüssigkeit in den Raum zwischen der Freiflanke und dem Werkstück zu richten, wobei aber dieses Verfahren nur von sehr begrenztem Wert ist, insbesondere wenn das betreffende Werkzeug ein Nut- oder Trennwerkzeug ist, da der Bereich zwischen der Freiflanke und dem Werkstück hierbei im Vergleich zu einem Drehwerkzeug nur äußerst begrenzt zugänglich ist.
Die FR-A-1115922 offenbart ein Metallschneidwerkzeug mit einem sich mit einem kurzen schrägen Bereich vereinigenden länglichen Innenkühlmittelkanal&sub1; der zur Freiflanke verläuft und in einer in der Freiflanke befindlichen Öffnung endet.
Daher besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Metallschneidwerkzeug bereitzustellen, das eine Metallschneidspitze hat und das mit einer Fluidkühlmitteleinrichtung versehen ist, wobei die vorgenannten Nachteile im wesentlichen verringert oder überwunden sind.
Gleichermaßen besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, einen Metallschneideinsatz zur Verwendung in einem Metallschneidwerkzeug bereitzustellen, das mit einer Fluidkühlmitteleinrichtung versehen ist, wobei die genannten Nachteile im wesentlichen verringert oder überwunden sind.
Diese Aufgaben werden mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.
Bei einem solchen Schneidwerkzeug mit einer in einem Stück gebildeten Schneidspitze oder einem austauschbaren Schneideinsatz wird Kühlmittel in den in der Freiflanke der Spitze gebildeten Kühlmittelkanal geleitet und dadurch zum Bereich eines erwarteten Flankenverschleißes geführt und dort konzentriert. Dadurch erfolgt die Kühlung in dem Bereich des Schneideinsatzes, in dem sie am notwendigsten ist, wodurch sich die Flankenverschleißrate stark verringert. Dadurch sinkt wiederum die Häufigkeit, mit der Schneideinsätze ausgetauscht werden müssen, wenn ihr Verschleiß den höchstzulässigen Grad erreicht hat.
Im folgenden werden verschiedene Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Metallschneideinsätzen anhand von Beispielen und den beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Nut- oder Trennwerkzeugs, das mit einem austauschbaren Einsatz versehen ist;
Fig. 2 eine (teilweise im Schnitt gezeigte) Seitenansicht des Werkzeugs von Fig. 1;
Fig. 3 eine schematische Vorderansicht einer Freiflanke eines erfindungsgemäßen austauschbaren Einsatzes;
Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht der Einzelheit A des Werkzeugs von Fig. 2;
Fig. 5 und 6 schematische Ansichten eines Abschnitts eines Fräs- oder Drehwerkzeugs, das mit einem austauschbaren Einsatz gemäß der Erfindung versehen ist; und
Fig. 8 und 9 Ansichten unterschiedlicher Formen von erfindungsgemäßen Dreh- oder Fräseinsätzen.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Nut- oder Trennwerkzeug 1 mit einem Werkzeughalter 2, in dem ein austauschbarer Schneideinsatz 3 mit einer Schneidkante 4 verkeilt ist, die zwischen einer oberen Spanfläche 5 und einer Vorderfreiflanke 6 gebildet ist.
Eine längliche Aussparung 8 ist in der Freiflanke 6 gebildet, verläuft von einer Basis 7 des Einsatzes 3 und bildet einen Kühlmittelkanal, wobei die Aussparung auf jeder Seite durch nicht ausgesparte Abschnitte 6a und 6b der Freiflanke 6 begrenzt ist.
Eine Kühlmittelleitung 9 ist im Einsatzhalter 2 gebildet und hat eine Auslaßöffnung 10, die mit dem offenen, unteren Ende der Aussparung 8 kommuniziert.
Wie aus Fig. 2, 3 und 4 hervorgeht, verjüngt sich die Aussparung 8 in der Tiefe von der breitesten Tiefe im Bereich der Basis in Richtung der Schneidkante. Das obere Ende der Aussparung ist von der Schneidkante um einen Abstand 5 beabstandet. Fig. 4 zeigt das vorgeschriebene maximal zulassige Flankenverschleißmaß VBmax.
Darstellungsgemäß ist 5 etwas größer als VBmax, wobei die Erfindung erfordert, daß 5 in der Größenordnung von VBmax liegt. Vorzugsweise liegt 5 im wesentlichen innerhalb des Bereichs von VBmax und 4vbmax, wobei ein bevorzugter Wert von 5 im wesentlichen gleich 1,5VBmax ist.
Andererseits sollte die Tiefe d der Aussparung 8 im Bereich, der der Schneidkante am nächsten ist, größer oder gleich dem Abstand s sein, wobei der bevorzugte Wert so ist, daß die Tiefe d im wesentlichen gleich 2VBmax ist.
In der Ausführungsform von Fig. 1, 2 und 4 ist die Freiflanke 6 mit einer einzelnen, mittig angeordneten Aussparung 8 versehen, wobei die Freiflanke 6 auf jeder Seite durch ihre nicht ausgesparten Abschnitte 6a und 6b begrenzt ist.
Je nach Größe der Schneideinsätze kann die Freiflanke 6 mit mehreren solchen Kühlmittelaussparungen 8 (z. B. gemäß Fig. 3 der Zeichnungen) versehen sein, und obwohl die vorstehend im Zusammenhang mit dem Abstand dieser Kühlmittelaussparungen von der Schneidkante angestellten allgemeinen Überlegungen auf die Situation zutreffen, in der mehrere solche Aussparungen vorgesehen sind, können sich die tatsächlichen Stellen der Endpositionen der Aussparungen in Angrenzung an die Schneidkante geringfügig voneinander unterscheiden.
Sowohl für den Fall, in dem die Freiflanke mit einer einzelnen Kühlmittelaussparung versehen ist, als auch für den Fall, in dem die Freiflanke mit mehreren solchen Kühlmittelaussparungen versehen ist, sollte die Gesamtquerausdehnung W der Aussparungen, d. h., die Gesamtsumme ihrer Querabmessungen, im Bereich von 0,2L bis 0,7L liegen, wobei L (gemäß Fig. 3) die Querausdehnung der Schneidkante insgesamt ist.
Ist der Einsatz zur Verwendung beim Drehen gestaltet (z. B. in Werkzeugen, die unter dem Warenzeichen CUT-GRIP bekannt sind), ist das Werkzeug gemäß Fig. 5 mit Seitenschneidkanten 11 und mit Kühlmittelaussparungen 12 versehen, die in Seitenfreiflanken 13 gebildet sind.
In der Ausführungsform von Fig. 6 der Zeichnungen sind Kühlmittelaussparungen 14 an den durch eine Seiten- und Vorderfreiflanke gebildeten Ecken gebildet und verlaufen in Richtung der Ecken der Schneidkante. Angenommen wird, daß eine solche Anordnung vorteilhaft ist, da in der Praxis festgestellt wird, daß die Größe von VBmax an den Ecken größer als in den Mittelbereichen ist, und man davon ausgeht, daß eine an den Ecken konzentrierte Kühlung besonders wirksam zur Verringerung der Flankenverschleißrate beiträgt.
Im folgenden wird auf Fig. 7, 8 und 9 der Zeichnungen Bezug genommen, in denen die Anwendung der Erfindung auf ein Drehwerkzeug veranschaulicht ist. Gemäß Fig. 7 weist ein Drehwerkzeug 21 einen Halter 22 auf, der mit einer Tasche 23 gebildet ist, in die ein Dreheinsatz 24 eingesetzt ist. Bei diesem Dreheinsatz sind Freiflächen des Einsatzes 24 mit einer Folge von Kühlmittelaussparungen 25 versehen.
In Fig. 8 und 9 sind verschiedene alternative Stellen für die Kühlmittelaussparungen im Einsatz des Werkzeugs gezeigt. Somit grenzen in Fig. 8 die Aussparungen 26 an die Einsatzecken an, während in Fig. 9 die Aussparungen 27 an den Einsatzecken angeordnet sind. Wie zuvor verlaufen die Aussparungen 25, 26 und 27 zu einem an die Schneidkanten angrenzenden Bereich des Einsatzes und sind von ihnen um einen Abstand in der Größenordnung der höchstzulässigen Flankenverschleißtiefe beabstandet. Die Aussparungen verlaufen in die Basis des Einsatzes und kommunizieren dort mit Auslaßöffnungen von Kühlmittelleitungen, die im Halter 22 gebildet sind.
Während in allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die Kühlmittelkanäle mit den Auslässen von Kühlmittelleitungen kommunizieren, die in den Haltern gebildet sind, und aus diesen Auslässen austretende Kühlmittelfluide durch die Kühlmittelkanäle fließen und durch sie in den an die Schneidkanten angrenzenden Bereich geführt werden, kann in anderen (nicht veranschaulichten) Ausführungsformen Kühlmittelfluid in die Kühlkanäle aus extern angeordneten Kühlmittelleitungen oder -düsen geleitet werden.
Während ferner in allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die Kühlmittelkanäle in und durch die Basis der Einsätze verlaufen, ist die Erfindung gleichermaßen auf die Situation anwendbar, in der der Kühlmittelkanal vom Bereich der Basis, aber nicht unbedingt durch die Basis hindurch, verläuft. In solchen Ausführungsformen wird das Kühlmittelfluid in die Kühlmittelkanäle aus extern angeordneten Leitungen oder Düsen geleitet.
Während in allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die Erfindung auf austauschbare Schneideinsätze Anwendung fand, ist verständlich, daß die Erfindung genauso bei Schneidwerkzeugen mit in einem Stück gebildeten Schneidspitzen anwendbar ist.

Claims

1. Metallschneidwerkzeug mit einer Metallschneidspitze mit mindestens einer Schneidkante, die zwischen einer Spanfläche und einer Freiflanke (6) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiflanke (6) ein vorgeschriebenes zulassiges Flankenverschleißmaß der Schneidkante während der Verwendung bei Messung in einer Richtung von der Schneidkante und an der Freiflanke entlang hat, mindestens eine längliche Aussparung (8) in der Freiflanke (6) gebildet ist und einen Kühlmittelkanal bildet und zu der Schneidkante (4) verläuft, und das obere Ende der Aussparung von ihr um einen Abstand 5 beabstandet ist, der in der Größenordnung des vorgeschriebenen zulässigen Flankenverschleißmaßes VBmax liegt.

2. Metallschneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidspitze durch einen austauschbaren Schneideinsatz (3) gebildet ist, und das ferner einen Einsatzhalter (2) zum lösbaren Festhalten eines solchen Einsatzes (3) aufweist.

3. Metallschneidwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatzhalter (2) mit einer Fluidkühlmittelleitung (9) gebildet ist, durch die ein Kühlmittelfluid in den Kühlmittelkanal geleitet werden kann.

4. Metallschneideinsatz zur Verwendung in einem Metallschneidwerkzeug nach Anspruch 2 oder 3 und mit mindestens einer Schneidkante, die zwischen einer Spanfläche und einer Freiflanke gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiflanke (6) ein vorgeschriebenes zulässiges Flankenverschleißmaß der Schneidkante während der Verwendung bei Messung in einer Richtung von der Schneidkante und an der Freiflanke entlang hat, und mindestens eine längliche Aussparung (8) in der Freiflanke (6) gebildet ist und einen Kühlmittelkanal bildet und von dem Bereich einer Basis (7) des Einsatzes (3) zu der Schneidkante (4) verläuft, und das obere Ende der Aussparung von ihr um einen Abstand 5 beabstandet ist, der in der Größenordnung des vorgeschriebenen zulässigen Flankenverschleißmaßes VBmax liegt.

Einsatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (8) von der Basis (7) und durch sie hindurch verläuft.

6. Einsatz nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiflanke (6) auf jeder Seite durch nicht ausgesparte Abschnitte (6a und 6b) begrenzt ist.

7. Einsatz nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß s im wesentlichen in dem Bereich von VBmax bis 4VBmax liegt.

8. Einsatz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß s im wesentlichen gleich 1,5VBmax ist.

9. Einsatz nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (8) eine Tiefe d in ihrem Bereich hat, der der Schneidkante (4) am nächsten liegt, wobei d im wesentlichen gleich 2VBmax ist.

10. Einsatz nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtquerausdehnung W der Aussparung (8) im wesentlichen innerhalb des Bereichs von 0,2L bis 0,7L liegt, wobei L die Querausdehnung der Schneidkante (4) ist.

11. Einsatz nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Aussparungen (14) in Ecken von ihm gebildet sind, die jeweils durch die Freiflanke (6) und ein Paar angrenzende Seitenfreiflanken (13) gebildet sind.

12. Einsatz nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiflanke (6) eine Vorderfreiflanke ist.

13. Einsatz nach einem der vorhergegangenen Ansprüche und mit mehreren Schneidkanten, die jeweils zwischen einer Spanfläche und genauso vielen mehreren Freiflanken gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der Freiflanken (6, 13) mindestens eine der Aussparungen (8, 14) gebildet ist.

14. Einsatz nach Anspruch 4 oder den von Anspruch 4 abhängigen Ansprüchen 6 bis 13, wobei die Aussparung (8) von dem Bereich der Basis (7) verläuft und sie nicht durchläuft.