DE69305812T2 - Schneideinsatz für einen Fräser - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft austauschbare Hartmetall-Schneideinsätze gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zur Verwendung mit einem Rundlauf-Fräser mit einer Halterung, in der eine oder mehrere Umfangsvertiefungen ausgebildet sind, in denen eine entsprechende Anzahl solcher Einsätze jeweils lösbar angebracht ist, wobei die oder jede Vertiefung ferner einen Spanraum vor jedem Einsatz vorsieht.
• Bekanntlich hängt bei Fräsvorgängen die Länge der Schneidkante direkt mit den im Fräser und im Werkstück induzierten Schwingungen sowie mit den Energieanforderungen beim Durchführen des Schneidvorgangs zusammen. Diese Schwingungen führen zu sogenanntem "Rattern". Anders ausgedrückt nimmt das "Rattern" tendenziell mit steigender Länge der Schneidkante zu.
• Die Schwingungen und das nachfolgende "Rattern" ergeben sich aus Kräften, die auf den Schneideinsatz und besonders auf seine Schneidspanfläche durch den Span ausgeübt werden, und je größer die Breite des Spans ist, um so größer werden die ausgeübten Kräfte. Im Hinblick auf eine Verringerung dieser Schwingungen und des "Ratterns" werden bekanntlich Fräser verwendet, die Schneideinsätze mit relativ kurzen Schneidkanten haben, wobei die Einsätze zur Werkzeughalterung und zueinander so orientiert sind, daß sich die Schneidwege der Schneidkanten aufeinanderfolgender Schneideinsätze überlappen. Auf diese Weise erzeugt jede relativ kurze Schneidkante einen Span mit relativ schmaler Breite, und die Überlappung zwischen den Schneidkanten aufeinanderfolgender Schneideinsätze gewährleistet, daß ein relativ gleichmäßiges Fräsen zustande kommt.
• In der Praxis erweist sich dieser Vorschlag jedoch nicht als wirksam, da er an sich die sorgfältige vorbereitende Orientierung richtig gestalteter Schneideinsätze an der Werkzeughalterung und zu ihr erfordert.
• Die EP-A-0480576 offenbart als Darstellung des am nächsten verwandten bekannten Ansatzes einen Schneideinsatz zur Verwendung mit einem Fräser, wobei der Einsatz selbst das gewünschte Ziel eines geringeren "Ratterns" bei Verwendung des Fräserwerkzeugs erreichen kann.
• Die EP-A-0480576 offenbart einen Schneideinsatz zur Verwendung mit einem Rundlauf-Fräserwerkzeug mit einer Schneidkante, die zwischen einer Schneidspanfläche und einer Freiflanke gebildet ist, sowie mit einer Basiskante, die zwischen der Freiflanke und einer Basisfläche gebildet ist. Die Schneidkante weist mehrere aufeinanderfolgende Teilschneidkanten und Zwischenkanten auf, die jeweils zwischen aufeinanderfolgenden Teilschneidkanten angeordnet sind, wobei jede Teilschneidkante eine jeweiliges vorderes und hinteres Ende hat. Das hintere Ende einer Teilschneidkante vereinigt sich mit dem vorderen Ende einer nachfolgenden Teilschneidkante über eine Zwischenkante, wobei die Zwischenkante von dem hinteren Ende der einen Teilschneidkante zur Basiskante ausgerichtet ist. Jede Normale auf eine Drehachse des Fräserwerkzeugs, die durch ein hinteres Ende einer Teilschneidkante verläuft, schneidet die nachfolgende Teilschneidkante so, daß sich während eines Fräsvorgangs aufeinanderfolgende Teilschneidkanten überlappen.
• Mit einem solchen Schneideinsatz und angesichts dessen, daß die Teilschneidkanten sehr kurz sind, sind die resultierenden Kräfte, die auf den Schneideinsatz durch die durch diese kurzen Schneidkanten gebildeten Späne ausgeübt werden, relativ gering, und folglich ist der auftretende "Ratter"- Grad minimal. Somit wird angesichts der relativen Anordnung der Teilschneidkanten mit dem Überlappungsgrad benachbarter aufeinanderfolgender Teilschneidkanten gewährleistet, daß effektiv getrennte Späne relativ geringer Breite gebildet werden.
• Festgestellt wurde, daß bei einem solchen Schneideinsatz die spezielle Verteilung der Teilschneidkanten, d. h., ihre relativen Längen und axialen Spanwinkel bei Anbringung des Einsatzes am Werkzeug, einen direkten Einfluß auf die Festigkeit des Einsatzes hat. Dies gilt insbesondere, wenn - wie es häufig der Fall ist - der Einsatz mit einer mittig angeordneten Aufspannbohrung ausgebildet ist, die zwangsläufig eine geschwächte Zone in den Einsatz einführt.
• Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen neuen und verbesserten Schneideinsatz bereitzustellen, bei dem die mechanische Festigkeit des Einsatzes verstärkt ist.
• Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
• Aufgrund der speziellen Auswahl der relativen Längen und axialen Spanwinkel der drei aufeinanderfolgenden Teilschneidkanten des erfindungsgemäßen Einsatzes ist gewährleistet, daß die mechanische Festigkeit des Einsatzes im Bereich seiner Aufnahmebohrung verstärkt ist.
• Vorzugsweise sind die Schneidspan-, Freiflanken- und Stegflächen, die zu den jeweiligen Teilschneidkanten gehören, so ausgerichtet, daß an entsprechenden Stellen an den jeweiligen Teilkanten entlang die Span- und Freiwinkel des Einsatzes sowie die Stegflächenwinkel, die zum Fräserwerkzeug gebildet sind, im wesentlichen gleich sind.
• Im folgenden wird eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hartmetall-Schneideinsatzes zur Verwendung in einem Rundlauffräser anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Schneideinsatzes; und
• Fig. 2 einen Seitenriß des Einsatzes von Fig. 1.
• Wie in den Zeichnungen dargestellt, ist ein Einsatz 1 mit im wesentlichen rechtwinkliger Parallelepipedform mit oberen Spanflächen 2 und einer ebenen Basisfläche 3 ausgebildet und mit einer mittigen Aufspannbohrung 1a mit einem Durchmesser d versehen. Der Einsatz 1 ist mit Freiflankenflächen 4 versehen, die weitgehend der Beschreibung und Veranschaulichung der bekannten Patentschrift entsprechen. Beim vorliegenden Einsatz ist jedoch zwischen einem gegenüberliegenden Paar Hauptfreiflanken und ihren benachbarten Schneidspanflächen ein Paar Schneidkanten 5 gebildet, von denen jede drei aufeinanderfolgende Teilschneidkanten 5a, 5b und 5c aufweist, die jeweils zu Teilschneidspanflächen gehören.
• Gemäß der Beschreibung in der EP-A-0480576 vereinigt sich die vordere Teilschneidkante 5a an ihrem hinteren Ende mit der nachfolgenden Teilschneidkante 5b über eine Zwischenschneidkante 6, die schräg abwärts zur Basis 3 des Einsatzes 1 verläuft. Ähnlich vereinigt sich die Teilschneidkante 5b mit der nachfolgenden Schneidkante 5c über eine Zwischenkante 7, die ebenfalls schräg abwärts zur Basis 3 des Einsatzes 1 verläuft.
• Der soeben beschriebene Einsatz ist gemäß Fig. 5 der Zeichnungen der bekannten Patentschrift in einem Rundlauf- Fräser mit einer zylindrischen Halterung angebracht, wobei der Einsatz so angebracht ist, daß seine Basis einen positiven axialen Spanwinkel α zu einer Drehachse des Fräserwerkzeugs bildet.
• Beim Einsatz gemäß Fig. 1 und 2 überlappen sich die Teilschneidkanten 5a und 5b effektiv während eines Fräsvorgangs, was auch für die Schneidkanten 5b und 5c gilt. Dies ähnelt selbstverständlich dem anhand von Fig. 5 der Zeichnungen der bekannten Patentschrift beschriebenen Einsatz.
• Jede Freiflankenfläche 4 weist drei obere Teilfreiflankenflächen 4a, 4b und 4c auf, die jeweils zwischen ihnen und angrenzenden Teilspanflankenflächen 2a, 2b und 2c Teilschneidkanten 5a, 5b und 5c bilden. Ferner hat jede Freiflankenfläche eine ebene untere Teilfreiflankenfläche 4d, die über die gesamte Länge des Schneideinsatzes verläuft.
• Um außerdem und gemäß der Beschreibung in der bekannten Patentschrift optimale Fräsbedingungen zu erreichen, sind die Teilfreiflankenflächen 4a, 4b und 4c sowie die Schneidspanflächen 2a, 2b und 2c so zueinander angeordnet, daß an entsprechenden Stellen an den Teilschneidkanten entlang die Freiflanken- und Schneidspanwinkel gleich sind. So sind z. B. an den Halbierungspunkten jeder Teilschneidkante diese Winkelbedingungen erfüllt. Folglich sind die Teilfreiflankenflächen winklig zueinander und zur ebenen unteren Teilfreiflankenfläche 4d angeordnet.
• Alternativ und wiederum gemäß der Beschreibung in der bekannten Patentschrift kann jede Teilschneidkante und Freiflankenfläche 4a, 4b, 4c und 2a, 2b, 2c so gekrümmt sein, daß gewährleistet ist, daß über die gesamte Länge einer speziellen Teilschneidkante die Freiflanken- und Schneidspanwinkel im wesentlichen unveränderlich bleiben. Die speziellen Möglichkeiten, durch die diese Krümmungen gewährleistet werden, sind in den US-A-5052863, 5071292 und 5078550 beschrieben.
• Die vordere und hintere Teilschneidkante 5a und 5c, die im wesentlichen parallel zur Basis 3 des Einsatzes 1 sind, haben bei Anbringung im Werkzeug einen relativ hohen positiven axialen Spanwinkel, was bekanntlich für jene Bereiche vorteilhaft ist, in denen der Einsatz in das Werkstück eindringt und dieses verläßt. Andererseits hat die dazwischenliegende Teilschneidkante 5b bei Anbringung am Werkzeug einen beträchtlich kleineren (sogar negativen) axialen Spanwinkel.
• Darstellungsgemäß hat die dazwischenliegende Teilschneidkante 5b eine wesentlich größere Länge als jede der angrenzenden Teilschneidkanten 5a und 5c (vorzugsweise ist die Länge der Teilschneidkante 5b gleich der Summe der Längen der Teilschneidkanten 5a und 5c). Außerdem verläuft die dazwischenliegende Teilschneidkante 5b im wesentlichen mit der Bohrung 1a gleich weit, so daß ihre Länge daher vorzugsweise mindestens gleich d ist. Daraus folgt, daß der Mittelbereich des Einsatzes, der die Bohrung 1a aufweist und daher der potentiell schwächste Bereich des Einsatzes 1 ist, vor zu hohen Bruchbeanspruchungen geschützt ist, indem seine zugehörigen Schneidkanten 5b einen weniger positiven axialen Spanwinkel oder sogar einen negativen axialen Spanwinkel haben.
• Deutlich wird, daß die vordere und hintere Teilschneidkante 5a und 5c nicht unbedingt parallel zueinander oder zur Basis des Einsatzes sein müssen. Es ist lediglich erforderlich, daß die dazwischenliegende Schneidkante 5b einen wesentlich geringeren Positivitätsgrad des axialen Spanwinkels als die vordere und hintere Teilschneidkante 5a und 5c hat. Ähnlich braucht die Länge der dazwischenliegenden Schneidkante 5b nicht unbedingt gleich den kombinierten Längen der Teilschneidkanten 5a und 5c zu sein. Es ist lediglich erforderlich, daß die Länge der Teilschneidkante 5b (die im wesentlichen mit der Bohrung 1a gleich weit verläuft) im wesentlichen größer als die Längen der jeweiligen Teilschneidkante 5a und 5c ist.

Claims (8)

1. Schneideinsatz (1) mit im wesentlichen Parallelepipedform zur Verwendung mit einem Rundlauf-Fräserwerkzeug, wobei der Schneideinsatz um eine Drehachse während eines Fräsvorgangs gedreht wird, der Schneideinsatz (1) eine obere Spanfläche (2), eine Basisfläche (3), ein Paar im wesentlichen parallele Hauptschneidkanten (5) und ein Paar im wesentlichen parallele Nebenschneidkanten hat, die quer zu den Hauptschneidkanten ausgerichtet sind, jede Hauptschneidkante (5) zwischen einer angrenzenden Spanfläche und einer Freiflanke gebildet ist, jede Freiflanke mit der Basisfläche (3) eine Basiskante bildet, jede Hauptschneidkante (5) eine erste, zweite und dritte aufeinanderfolgende Teilschneidkante (5a, 5b, 5c) aufweist, jede Teilschneidkante ein jeweiliges vorderes und hinteres Ende hat, sich das hintere Ende der ersten und zweiten Teilschneidkante (5a, 5b) mit dem vorderen Ende einer nachfolgenden zweiten und dritten Teilschneidkante (5b, 5c) über eine Zwischenkante (6, 7) vereinigt, die Zwischenkante (6, 7) von dem hinteren Ende der einen Teilschneidkante (5a, 5b) zu der Basiskante (3) ausgerichtet ist, jede Normale auf die Drehachse des Fräserwerkzeugs, die durch ein hinteres Ende einer Teilkante (5a, 5b) verläuft, die nachfolgende Teilschneidkante (5b, 5c) so schneidet, daß während eines Fräsvorgangs aufeinanderfolgende Teilschneidkanten (5a, 5b, 5c) in einer überlappenden Beziehung stehen, und die zweite Teilschneidkante (5b) zu der Drehachse einen axialen Spanwinkel bildet, der im wesentlichen weniger positiv als der axiale Spanwinkel ist, der durch die erste Teilschneidkante (5a) zu der Drehachse gebildet ist; dadurch gekennzeichnet, daß der Schneideinsatz eine mittig angeordnete Aufspannbohrung (1a) aufweist, wobei jede zweite Teilschneidkante (5b) im wesentlichen mit der Bohrung (1a) gleich weit verläuft und im wesentlichen eine größere Länge als die Länge der jeweiligen ersten und dritten Teilschneidkante (5a, 5c) hat und zu der Drehachse einen axialen Spanwinkel bildet, der im wesentlichen weniger positiv als der axiale Spanwinkel ist, der durch die dritte Teilschneidkante (5c) zu der Drehachse gebildet ist.

2. Schneideinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilschneidkanten (5a, 5b, 5c) jeweils zu Teilfreiflanken (4a, 4b, 4c) gehören, die so zueinander ausgerichtet sind, daß die Einsatzseitenfreiwinkel an entsprechenden Stellen an aufeinanderfolgenden Teilfreiflanken (4a, 4b, 4c), gebildet zu dem Fräserwerkzeug, im wesentlichen gleich sind.

3. Schneideinsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiflankenfläche (4) einen oberen Abschnitt (4a, 4b, 4c), der die Teilfreiflankenflächen (4a, 4b, 4c) aufweist, und einen im wesentlichen ebenen unteren Abschnitt (4d) aufweist.

4. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilschneidkanten (5a, 5b, 5c) jeweils zu Teilschneidspanflächen (2a, 2b, 2c) gehören, die so zueinander ausgerichtet sind, daß Einsatzschneidspanwinkel an entsprechenden Stellen an aufeinanderfolgenden Teilschneidspanflächen, gebildet zu dem Fräserwerkzeug, im wesentlichen gleich sind.

5. Schneideinsatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Teilfreiflanken- (4a, 4b, 4c) und -schneidspanfläche (2a, 2b, 2c) so kontinuierlich gekrümmt sind, daß der Einsatz-, Span- und Freiwinkel, gebildet zu dem Fräserwerkzeug, über die Länge der Teilschneidkanten (5a, 5b, 5c) im wesentlichen unveränderlich bleiben.

6. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der zweiten Teilschneidkante (5b) gleich der Summe der Längen der Teilschneidkanten (5a, 5c) ist.

7. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der zweiten Teilschneidkante (5b) mindestens gleich dem Durchmesser der Bohrung (1a) ist.

8. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Teilschneidkante (5b) einen negativen axialen Spanwinkel hat.