DE69526588T2

DE69526588T2 - Frässchneideinsatz

Info

Publication number: DE69526588T2
Application number: DE69526588T
Authority: DE
Inventors: Lars-Ola Hansson
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Priority date: 1994-10-21
Filing date: 1995-10-23
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2015-10-24
Also published as: SE509219C2; EP0787051A1; JPH10507693A; WO1996012583A1; SE9403621D0; US5971672A; SE9403621L; PL178584B1; PL319828A1; EP0787051B1; DE69526588D1; ATE216933T1; CN1054326C; JP3795523B2; CN1161012A; KR100390256B1; RU2132259C1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Frässchneideinsatz einer vorzugsweise quadratischen Grundgestalt mit abgesenkten parallelen Fasen gemäß Anspruch 1, wobei der Schneideinsatz für das Fräsen von rechtwinkligen Ecken geeignet ist. Solche Einsätze werden gewöhnlich aus beschichtetem oder unbeschichtetem Sinterkarbid hergestellt, aber manchmal können auch gewisse Keramikmaterialien verwendet werden.
Oft hatten Schneidwerkzeuge mit Wendeschneideinsätzen für das Fräsen von rechtwinkligen Ecken in einem Werkstück Schneideinsätze einer rhombischen oder dreieckigen Gestalt. Sie haben nur zwei oder drei Schneidkanten, für eine lange Lebensdauer hielt man aber diese für die einzigen, die es ermöglichen, rechtwinklige Ecken mit ausreichendem Seitenspiel zu schneiden. Wenn ein herkömmlicher, rechtwinkliger Wendeschneideinsatz für das Fräsen oder Drehen einer inneren Seitenoberfläche verwendet wird, kann er nicht mit einem radialen oder axialen Winkel positioniert werden, ohne daß seine untere innere Ecke auf der erzeugten Oberfläche schleift. Beim Schneiden einer inneren 90º-Schulter war es deshalb gewöhnliche Praxis, entweder einen Einsatz zu verwenden mit einem spitzen Winkel zwischen der Hauptschneidkante und der Sekundärschneidkante oder der jeweiligen parallelen Fase, oder auch rechtwinklige Schneideinsätze, welche in den Werkzeugkörper mit einem negativen radialen Winkel und einem positiven axialen Winkel eingesetzt sind.
In der US-A-4,632,607 ist ein Wendeschneideinsatz beschrieben mit einer quadratischen Grundgestalt für das Fräsen rechtwinkliger Ecken, wobei der Einsatz vier Hauptschneidkanten aufweist, wodurch eine im wesentlichen verbesserte Schneidökonomie realisiert wird. Dies wird durch die Tatsache erreicht, daß jede Hauptschneidkante eine zugehörige Sekundärschneidkante hat, die außerhalb der quadratischen Grundgestalt auf einem Vorsprung angeordnet ist, der in einer Richtung im wesentlichen parallel zu der zugehörigen Hauptschneidkante hervorsteht. Dieser Schneideinsatz arbeitet bei einer Gesamtschneidtiefe, die kleiner ist als die Länge der Hauptschneidkante, zufriedenstellend. Wenn es jedoch beabsichtigt ist, auf eine Gesamtschneidtiefe zu kommen, welche die Länge der Hauptschneidkante überschreitet, indem man verschiedene Durchläufe macht, dann ruft ein Vorsprung eine unerwünschte Nut in dem Werkstück hervor.
In der US-A-5,199,827 wird ein weiterer Wendeschneideinsatz für das Fräsen mit einer quadratischen Grundgestalt beschrieben. Der Einsatz soll axial positiv und radial negativ in dem Frässchneidkörper geneigt sein. Man erhält ausreichendes axiales Spiel durch negatives Neigen des Einsatzes radial. Jede Flankenoberfläche ist mit einer ebenen Freifläche gestaltet, deren Breite in Richtung auf die Ecken des Einsatzes zunimmt. Ausreichendes radiales Spiel zwischen der parallelen Fase und der Hauptschneidkante soll durch den Winkel zwischen der parallelen Fase und der benachbarten Hauptschneidkante von etwa 0 bis 2º erhalten werden. Da jedoch die relativ kurze parallele Fase bzw. dieser Steg eine erhebliche Beanspruchung aushalten muß, kann er Abrieb erfahren, wodurch auch die Hauptschneidkante mit der erzeugen Oberfläche auf dem Werkstück in Kontakt kommt mit der Folge abnehmender Oberflächenglattheit, zunehmender Wärmeerzeugung und zunehmender Schneidkräfte.
Deshalb ist es primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Frässchneideinsatz mit einem verbesserten Axialspiel vorzusehen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Ausgestaltung eines Frässchneideinsatzes, welcher die Nachteile überwindet, die mit dem Schneideinsatz verbunden sind, wie er in der US-A- 4,632,607 beschrieben ist.
Diese und weitere Aufgaben wurden in überraschender Weise durch Gestaltung eines Frässchneideinsatzes mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.
Zum Zwecke der Veranschaulichung, nicht aber der Begrenzung, wird die Erfindung nun weiterhin unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. In diesen gilt:
Fig. 1 zeigt einen Frässchneideinsatz direkt von oben.
Fig. 1A zeigt eine Vergrößerung eines Eckenabschnitts des Schneideinsatzes der Fig. 1.
Fig. 2 zeigt einen Abschnitt des Schneideinsatzes gemäß Fig. 1 direkt von der Seite.
Fig. 3 zeigt den Querschnitt A-A in Fig. 1.
Fig. 4 veranschaulicht die funktionelle Positionierung des Schneideinsatzes relativ zu einem Werkstück.
Fig. 5 veranschaulicht die funktionelle Positionierung eines Schneideinsatzes gemäß der Erfindung.
Fig. 5A zeigt eine Vergrößerung eines Eckenabschnitts des Schneideinsatzes gemäß Fig. 5.
Fig. 6 zeigt eine modifizierte Ausführungsform einer Einsatzecke, wenn man schräg von unten blickt.
Fig. 7 zeigt einen modifizierten Eckenabschnitt direkt von oben wie in Fig. 1A.
Fig. 8 zeigt den modifizierten Eckenabschnitt gemäß Fig. 6 direkt von oben wie in Fig. 6.
Fig. 9 zeigt einen modifizierten Eckenabschnitt direkt von oben wie in Fig. 1A.
Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung schräg von oben.
Fig. 11 zeigt eine andere perspektivische Ansicht des Schneideinsatzes gemäß Fig. 10. Ein Schneideinsatz gemäß den Ausführungsformen der Erfindung ist allgemein mit der Bezugszahl 1 bezeichnet. Allgemein hat er eine obere Seite 2 und eine im wesentlichen ebene untere Seite 3. Entsprechend der dargestellten Ausführungsform sind die obere und untere Seite durch vier Seitenoberflächen 4 von im wesentlichen derselben Größe und Gestalt verbunden, denn der Schneideinsatz hat vorzugsweise eine quadratische Grundgestalt. Er kann jedoch auch eine andere Grundgestalt haben, zum Beispiel rechteckig oder dreieckig. Die quadratische Grundgestalt ist bevorzugt, denn sie ist die einzige, die vier betriebliche Hauptschneidkanten ermöglicht, welches selbstverständlich für die Wirtschaftlichkeit des Schneidens am vorteilhaftesten ist.
Die obere Fläche 2 und die Seitenflächen 4 treffen sich längs Bruchlinien, welche Hauptschneidkanten 5 bilden. An der Ecke geht diese Hauptschneidkante in eine Eckenschneidkante 6 über, die gewöhnlich gerundet ist, die aber auch eine oder mehrere im wesentlichen gerade Rillen bzw. Anschnitte haben kann. Auf der oberen Seite schließt sich eine primäre Fase 7 an die Hauptschneidkante und die Eckenschneidkante an. An diese primäre Fase schließen sich Spanflächen 8 bzw. 9 an. Der Übergang zwischen den Spanflächen 8 und 9 in einer Einsatzecke erfolgt über eine geneigte Umstellungsfläche 10. Da das Eckenende der Spanfläche 8 höher liegt als die Eckenspanfläche 9, neigt sich die Umstellungsfläche 10 von der Spanfläche 9 nach oben zur Spanfläche 8 hin. Die Spanflächen 8 und 9 und die Umstellungsflächen 10 sind einwärts durch eine im wesentlichen ebene Teiloberfläche 11 begrenzt, die zur Bodenfläche 3 im wesentlichen parallel ist. In der Mitte der Teiloberfläche 11 ist eine durchgehende Mittenöffnung 21 für das Einführen einer geeigneten Befestigungsvorrichtung vorgesehen, wie zum Beispiel einer Blockierschraube, einer Klemme oder eines Blockierstiftes usw.
Der Schneideinsatz hat eine positive Geometrie, d. h. die Flankenflächen 4 sind in Ebenen angeordnet, die einen stumpfen Winkel mit der Ebene der Bodenfläche 3 und einen spitzen Winkel mit der oberen Ebene bilden, welche durch die Hauptschneidkanten 5 bestimmt ist.
Vorzugsweise sind die Teile der Flankenflächen 4 neben den Hauptschneidkanten als ebene oder schraubenförmig gedrehte primäre Freiflächen 12 gestaltet, die an ihren unteren Grenzen über eine Bruchlinie mit den sekundären Freiflächen 13 verbunden sind. Alternativ kann jedoch die primäre Freifläche 12 abgeschafft sein, wobei die Freifläche 13 mit der Flankenfläche 4 zusammenfällt. Entsprechende primäre und sekundäre Freiflächen 14 bzw. 15 sind unter der Eckenschneidkante 6 vorgesehen.
Das wesentliche Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Ausgestaltung der parallelen Fase bzw. des parallelen Steges oder der parallelen Fasenschneidkante, welche die Schneidkante des Schneideinsatzes ist, welche die Oberfläche erzeugt. In den Figuren ist diese Schneidkante mit 16, 16A, 16' oder 16" bezeichnet und ist bezüglich der Hauptschneidkante und möglicherweise auch bezüglich der Eckenschneidkante abgesenkt, wobei letztere zum Beispiel in den Fig. 2 und 6 gezeigt ist. Vertikal kann dieser Höhenunterschied zwischen 0,05 und 0,5 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,4 mm betragen. Die parallele Fasenschneidkante ist auf einem Vorsprung 17 vorgesehen, der aus der Mitte des Schneideinsatzes hervorragt, wobei sich dieser Vorsprung in die sekundäre Freifläche 19, vorzugsweise über eine Bruchlinie 18 oder eine Radiusfläche fortsetzt. Diese Freifläche 19 ist entweder eben oder schwach gekrümmt und ist durch Bruchlinien 20 oder glatte Radiusübergänge zu den sekundären Freiflächen 4 und 15 hin begrenzt. Alternativ kann die Freifläche 19 in derselben Ebene liegen wie die sekundäre Freifläche 13, wobei in diesem Fall die Bruchlinie 20 zwischen diesen entfällt.
Ebenso wie die anderen Freiflächen ist die sekundäre Freifläche 19 unter der parallelen Fase positiv und hat einen Winkel a zu der Verlängerung der Bodenfläche. In zweckmäßiger Weise beträgt dieser Winkel zwischen 50 und 80º, vorzugsweise zwischen 60 und 77º. Der Winkel β des Vorsprungs 17 zur Bodenfläche kann ebenso groß sein wie a, wobei die Freifläche des Vorsprungs mit der Freifläche 19 zusammenfällt, oder vorzugsweise etwas kleiner, in zweckmäßiger Weise zwischen 50 und 75º und vorzugsweise zwischen 53 und 70º betragen, vorausgesetzt daß β ≤ a. Der Unterschied zwischen a und β kann zweckmäßigerweise zwischen 4 und 20º, vorzugsweise zwischen 6 und 15º sein.
Die parallele Fasenschneidkante 16 ist die Bruchlinie entlang der oberen Vorderkante des Vorsprungs 17. Nach den Fig. 1 bis 9 ist diese Vorderkante bezüglich der Hauptschneidkante und der Eckenschneidkante durch eine Absenkung oder eine tiefer liegende Ausnehmung 22 abgesenkt. Wie der übrige Schneideinsatz wird diese Ausnehmung vorzugsweise vor dem Sintern gepreßt, sie kann aber auch geschliffen sein. Zweckmäßigerweise kann die Ausnehmung einen Querschnitt mit der Gestalt eines Rechtecks, eines Kreissegments, eines Kegelstumpfes eines Kreissegments oder eines Trapezoides haben.
Wie man am deutlichsten in der Querschnittsansicht A-A in Fig. 3 sieht, kann die Ausnehmung 22 negativ angewinkelt sein relativ zu der Bodenfläche 3. Die Neigung der Ausnehmung kann jedoch in relativ breiten Grenzen variiert werden, zum Beispiel zwischen +20 und -20º, vorzugsweise zwischen +5 und -10º.
Durch die abgesenkte und vorstehende Position der parallelen Fase bzw. des parallelen Stegs relativ zu den anderen Betriebsschneidkanten wird eine Anzahl von bislang nicht erreichten Vorteilen erhalten, wie man am besten in Fig. 4 sieht. Durch das Positionieren des Frässchneideinsatzes funktionsmäßig in dem Frässchneidkörper derart, daß er eine positive axiale Neigung annimmt, wird die untere, die Oberfläche erzeugende, parallele Fasenschneidkante 16A nach vorn geneigt oder abgekippt. Wenn es zum Beispiel einen Höhenunterschied von etwa 0,2 mm zwischen der Hauptschneidkante und der Planschneide (wiper edge) gibt, kann ein Vorwärtsneigen der Planschneide 16A durch eine positive axiale Neigung derart bewirkt werden, daß sie um etwa weitere 0,07 mm im Vergleich zu dem Schneideinsatz, wie er in der US-A-5,199,827 beschrieben ist, hervorsteht. Dies trägt zu einem weiteren Spiel zwischen der erzeugten Oberfläche und der Hauptschneidkante 5A bei, was in Fig. 4 zwischen der Schneidkante 5A und dem Werkstück 25 in dem keilförmigen Spiel gesehen werden kann.
Entsprechend kann die parallele Fasenschneidkante 16B um eine negative, radiale Neigung des Schneideinsatzes einwärts so gekippt sein, daß diese parallele Fasenschneidkante mit der vertikalen Oberfläche des Werkstücks nicht in Berührung kommt, wodurch in dem Werkstück keine Nut hervorgerufen wird. Im Gegensatz, die Hauptschneidkante 5B befindet sich längs ihrer gesamten Länge in Eingriff, und dies ist auch der Zweck.
Im Rahmen der Erfindung kann die parallele Fasenschneidkante 16 eine Vielzahl von Ausführungsformen haben. Sie kann also im wesentlichen gerade sein und eine Radiusfortsetzung 23 zur Eckenschneidkante 6 haben, wie man in den Fig. 6 und 8 sehen kann, wobei die Radiusfortsetzung wie eine abgesenkte Kurve gebildet ist. Ferner kann die parallele Fasenschneidkante gerade sein und eine im wesentlichen gerade Anschnitt- bzw. Rillenfortsetzung 24 zu dem Eckenradius gemäß Fig. 7 haben. Ferner kann die parallele Fasenschneidkante leicht gekrümmt oder gerundet sein, wie in Fig. 9 durch die Schneidkante 16' veranschaulicht ist.
Ferner kann die parallele Fasenschneidkante entsprechend den Fig. 10 und 11 gestaltet sein. In gleicher Weise wie bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 8 gibt es einen ersten, relativ scharfen Übergang 26 zwischen der Hauptschneidkante 5 und der parallelen Fase 16". Im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen gibt es jedoch einen stufenlosen und kontinuierlichen Übergang zu der Eckenschneidkante 6", der im Vergleich zu den Hauptschneidkanten 5 auch tiefliegend bzw. abgesenkt ist. Von einem untersten Punkt neben der parallelen Fasenschneidkante 16" steigt die Eckenschneidkante 6" in einer Richtung zu der nächsten Hauptschneidkante an. Auch ein Abschnitt dieser Hauptschneidkante 5 läuft etwas schräg, nämlich der Abschnitt 5". Somit beginnt das Aufwärtsgefälle vertikal an der parallelen Fasenschneidkante 16", dann verläuft sie kontinuierlich und im wesentlichen gleichförmig längs der Eckenschneidkante 6" und endet erst am Übergang zwischen den Schneidkanten 5" und 5. In zweckmäßiger Weise ist der Schneidkantenabschnitt 5" < 3 mm. Die parallele Fasenschneidkante ist in zweckmäßiger Weise 2 mm.
Durch diesen Aufbau mit einer abgesenkten Eckenschneidkante wurde der Schneideinsatz noch leichter schneidend (geringer Schneidkräfte), er erzeugt sehr glatte Oberflächen und ruft nicht die Erzeugung von Körnungen bzw. Narben hervor. Ferner erhielt die Eckenschneidkante ein zwischen 1 und 2º größeres Spiet im Vergleich zu Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 9.

Claims

1. Frässchneideinsatz für die spanabhebende Bearbeitung einer inneren, rechtwinkligen Ecke in einem Werkstück (25) mit Spanbrechen, wobei der Schneideinsatz eine obere Seite (2), eine Bodenseite (3) und Flankenflächen (4) aufweist, die sich an diese zwei Seiten anschließen, wobei vorzugsweise gerundete Eckenabschnitte (14, 15) zwischen den Flankenflächen vorgesehen sind, die obere Seite (2) sich an die Flankenflächen (4) längs der Hauptschneidkanten (5) und an die Eckenabschnitte längs Eckenschneidkanten (6) anschließt, wobei in Verbindung mit jedem wirkenden Eckenabschnitt ein herausragender Abschnitt oder ein Vorsprung (17) vorgesehen ist, dessen vordere Oberkante mindestens teilweise eine Planschneide (16) für das Erzeugen der Oberfläche auf dem Werkstück bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Seite des herausragenden Abschnittes oder des Vorsprunges (17) relativ zu der benachbarten Hauptschneidkante abgesenkt ist.

2. Frässchneideinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Planschneide (16) außerhalb der benachbarten Hauptschneidkante (5), genau von oben gesehen, angeordnet ist.

3. Frässchneideinsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Seite des Vorsprungs durch eine Ausnehmung in der oberen Seite des Schneideinsatzes abgesenkt ist.

4. Frässchneideinsatz nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Seite des hervorstehenden Abschnittes oder des Vorsprunges (17) auch relativ zu der benachbarten Eckenschneidkante (6, 6') abgesenkt ist.

5. Frässchneideinsatz nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Eckenschneidkante (6") relativ zu den Hauptschneidkanten abgesenkt ist, wobei der unterste Punkt der Eckenschneidkante (6") sich an die Planschneide (16") anschließt und dann schräg nach oben in der Richtung zu der nächsten Hauptschneidkante (5) hin anläuft.

6. Frässchneideinsatz nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen (4) mit der oberen Seite (2) einen spitzen Winkel und mit der Bodenseite (3) einen stumpfen Winkel bilden.

7. Frässchneideinsatz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Freifläche (19), die unter dem Vorsprung (17) angeordnet ist, einen spitzen Winkel (a) mit derjenigen Ebene bildet, welche durch die Bodenseite des Schneideinsatzes definiert ist.

8. Frässchneideinsatz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Freiseite des Vorsprunges (17) einen spitzen Winkel (β) mit derjenigen Ebene bildet, welche durch die Bodenseite des Schneideinsatzes definiert ist, wobei dieser Winkel kleiner oder gleich groß ist als oder wie der entsprechende Winkel (a), welcher durch die zweite Freifläche (19) gebildet wird.

9. Frässchneideinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er eine quadratische Grundform hat und vier Planschneiden (16) aufweist, die jede auf ihrem entsprechenden Vorsprung (17) angeordnet ist.

10. Frässchneideinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Planschneide (16, 16') gekrümmt oder im wesentlichen gerade ist.

11. Frässchneidkörper für die spanabhebende Bearbeitung einer inneren, rechtwinkligen Ecke in einem Werkstück unter Spanbrechen, wobei der Frässchneidkörper um eine mittige, axiale Drehachse drehbar ist und der Einsatz Sitze aufweist für das abnehmbare Aufnehmen von Wendefrässchneideinsätzen, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens einen Frässchneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.

12. Frässchneidkörper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze derart angeordnet sind, daß die Hauptschneidkantenabschnitte mit einem positiven, axialen Spanwinkel und einem negativen radialen Spanwinkel derart erscheinen, daß die Schneidkantenabschnitte an einer betreffenden Ecke eine 90º-Schulter in einem Werkstück schneiden.