NO822139L - Ringformet hullskjaereverktoey - Google Patents

Description

Il'

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et ring-iformet hullskjæreverktøy. i

j i Når man skjærer et hull ved hjelp av et ring-j j

formet skjæreverktøy skjærer skjæretennene et sirkulært spor ^arbeidsstykket, hvorved det dannes et se"ntralt, sylindrisk! skrapstykke i skjæreverktøyet. For å forhindre av skrapstykket setter seg fast i skjæreverktøyet, og for å tilyeie-j bringe en kanal for kjølemiddel i skjæreverktøyet, hvilken<1>strekker seg ned til skjæretennene, er skjæreverktøyené ofte j slik utformet at der dannes en klaring mellom innerperi-j

i ferien av skjæreverktøyets sidevegg og ytterperiferien av det sentrale skrapstykke. Ved skjæreverktøy i form av tynne, sirkulære sagblad kan denne klaring oppnås på den måte som er vist i US-PS 3 559 513, ifølge hvilket utvalgte tenner rundt mindre enn halvparten av skjæreverktøyets periferi er litt innadbøyet. Skjæreverktøy som benyttes til å skjære hull i tykke metallstykker, til forskjell fra metall-,

i blikk, har imidlertid ikke form av sagblad som er bøyet til sirkelform, men er fremstilt av et stangemne og har en

forholdsvis tykk sidevegg. Ved skjæreverktøy av denne sistnevnte type tilveiebringes klaringen mellom innerperiferien av skjæreverktøyets sidevegg og det sentrale skrapstykke vanligvis ved at'innerperiferien av skjæreverktøyets sidevegg avsmalnes aksialt ved sliping. Denne avsmalning er omtrent 0,2 mm langs lengden av sideveggen.

Et ringformet skjæreverktøys styrke bestemmes

i almindelighet primært av tykkelsen av dets riflede sidevegg. Effektiviteten av skjærevirkningen reduseres imidlertid vanligvis med tiltagende veggtykkelse, idet bredden av det skårne spor varierer i overensstemmelse med sidevegg-tykkelsen. Når et bearbeidet ringformet skjæreverktøy er forsynt med en aksial avsmalning på sin indre periferi, bestemmes dets styrke av sideveggens tynneste parti. I et innvendig avsmalnende skjæreverktøy har derfor skjæreverk-. tøyets sidevegg en,på forhånd bestemt tykkelse ved skjæré-tennene og sideveggens tykkelse reduseres progressivt mot skjæreverktøyets skaftende. Derav følger at for et skjære-yerktøy som er bestemt for å skjære gjennom et forholdsvis tykt emne, er det upraktisk å anordne den nødvendige klaring

mellom skjæreverktøyet og skrapstykket ved å avsmalne • skjæreverktøyet innvendig ved slipning.

; j Selv ved skjæreverktøy med innvendig avsmalning elimineres imidlertid ikke problemet med et skrapstykke som setter seg fast i skjæreverktøyet helt. Dette beror på at skrapstykket oppvarmes og ekspanderer når skjæreverktøyet ;beveger seg inn i arbeidsstykkets Derfor er skrapstykkets i diameter ved slutten av en skjæréoperasjon normalt noe

i større enn sideveggens innvendige diameter ved dennes

tannende. Dette resulterer i at skrapstykket setter seg fast i skjæreverktøyet, og ofte oppstår det også tannbrudd..

Hovedformålet med den foreliggende oppfinnelse

er å tilveiebringe et bearbeidet, ringformet skjæreverktøy som tilveiebringer den ønskede klaring mellom skjæreverk-tøyets sidevegg og det sentrale skrapstykke, langs hele disses lengdesten i nevneverdig grad å redusere skjære-. verktøyets sidevéggtykkelse.

Et mer spesielt formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et bearbeidet, ringformet skjæreverktøy hvor den ønskede klaring mellom skjæreverktøyet og det sentrale skrapstykke fås ved at skjæreverktøyet utformes slik at sideveggens ytre periferi er konsentrisk med den sentrale akse om hvilken skjæreverktøyet roterer, og sideveggens indre periferi er ekssentrisk med hensyn på denne akse. Fordi skjæreverktøyets ytre periferi er konsentrisk med skjæreverktøyets sentrale akse, skjæres et jevnt, nøyaktig hull, men fordi den indre periferi er ekssentrisk med hensyn oå aksen, om hvilken skjæreverktøyet roterer, er det sentrale skrapstykkes diameter mindre, enn den indre diameter av skjæreverktøyets sidevegg, med en verdi svarende til<*>to ganger den nevnte ekssentrisitet.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en anordning for å bestemme den grad av ekssentrisitet som er nødvendig for skjæreverktøyets sidevegg for å muliggjøre at hullskjæreverktøyet tilveiebringer den nødvendige klaring mellom skjæreverktøyets indre periferi og det sentrale skrapstykkes ytre periferi.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet nærmere under henvisning til de vedføyede tegninger, som

viser utførelseseksempler.

Fig. 1 viser perspektivisk et ringformet skjære-. verktøy av den type til hvilken oppfinnelsen refererer seg. Fig. 2 viser skjæreverktøyet ifølge oppfinnelsen'i snitt og anskueliggjør skjæreverktøyet når det trenger '.. gjennom et arbeidsstykke. ; .Fig. 3 viser snitt etter linjen 3 - 3 på fig. ' 2. Fig. 4 - 10 viser skjematisk skjærevirkningen'• for hver tann av skjæreverktøyet på fig. 3 når den trenger inn i arbeidsstykket. Fig. 11 viser skjematisk en sammenligning med hensyn til sponstørrelse og -form ved to skjæreverktøy med

forskjellig antall tenner med samme ekssentrisitet, og

fig. 12 viser et parti av en modifisert utførelse

av skjæreverktøyet.

På fig. 1 har'et skjæreverktøy, som generelt er betegnet med 10, et skaft 12 og, en skjærstammé 14. Stammen 14 har form av en omvendt skål, som vist på fig. 2, og be-grenses av en øvre vegg 16 og en ringformet sidevegg 18.

Den nedre ende av sideveggen 18 av skjæreverktøyet på fig.

1 - 3 har seks periferisk adskilte skjæretenner 20. Sideveggens 18 ytre periferi er utført med en flerhet av rifler 22 som strekker seg oppad fra mellomrommene mellom på

hverandre følgende tenner 20. Det viste skjæreverktøy har tenner 20 med hovedsakelig samme form som tennene ifølge US Reissue patent 28 416. Mer spesielt er hver tann 20 forsynt med en i radial retning indre skjæreegg 24 og en i radial retning ytre skjæreegg 26. Den indre skjæreegg 24 på hver tann er forskjøvet fremover i skjæreverktøyets rotasjonsretning i forhold til den ytre skjæreegg 26 . Skjære-eggen 24 danner den nedre ende av en indre tannluke 28 for å føre spon som er skåret av den indre skjæreegg 24 utad til en rifle 22.

Den ytre periferi av skaftet 12 er slipt slik

at den er konsentrisk med skjæreverktøyets sentralakse med en høy grad av nøyaktighet. Fortrinnsvis er skaftet 12 utformet med en sentral gjennomgående boring 3 0 ved hvis hjelp kjølemiddel,som tilføres den,dor som skaftet fast-holdes i, kan føres direkte nedad i skjæreverktøyet til

tennene 20'.

Ifølge fig. 3, som viser de viktigste særtrekk ,ved oppfinnelsen, er den ytre periferi av skjæreverktøyets sidevegg, som dannes av uriflede partier 25, slipt konsen- j trisk med aksen A, med stor nøyaktighet, fortrinnsvis med en toleranse på 0,05 mm. Den indre periferi av skjæreT anordningens sidevegg 18. er slipt konsentrisk med aksen A2med høy grad av nøyaktighet, dvs., innenfor de samme tole-ransegrenser som skjæreverktøyets ytre periferi. Aksen A2er imidlertid noe radialt forskjøvet fra aksen A^. Prøver I har vist at et skjæreverktøy som har omtrent 5-8 tenner fungerer godt når aksen er forskjøvet fra aksen A^i det minste omtrent 0,127 mm. På tegningen betegnes denne radiale forskyvning av aksen A^fra aksen A^med e. Prøver har vist at med hensyn til overflatejevnthet, urundhet og dimensjonsnøyaktighet av det skårne hull, tilveiebringer 5-8 tenner det beste resultat i. mykt stål om dimensjonen av e ikke underskrider omtrent 0,127 mm.

På fig. 2 og 3 er aksen A_ vist forskjøvet til høyre i forhold til aksen A^. Riflene 22 er alle slipt til samme dybde og følgelig er tannen 20a til venstre på fig. 3 den bredeste tann og den diametralt motsatte tann • 20d den smaleste. Tennene 20b og 20c er progressivt smalere, enn tannen 20a og tennene 20e og 2.0f ér progressivt bredere enn tannen 20b. • Av dette følger' at med hensyn til det sentrale skrapstykke 32, som dannes når skjæreverktøyet trenger gjennom arbeidsstykket, tilveiebringes den sluttelige ytterflate av dette bare av tannen 20a, som har den i radial retning innerste skjæreegg. De indre ender-av de gjenværende skjæreegger befinner seg samtlige på avstand radialt utad fra den sluttelige ytterflate av skrapstykket 32, som vist på fig. 3. Den bueformede klaring 33, som er et resultat av forskyvningen av aksen fra aksen A-^tilveiebringer en utmerket aksial kjølemiddelkanal fra boringen 30 i skaftet 12 nedad til skjæreverktøyets skjæretenner. Dessuten vil det sentrale skrapstykke 32, så snart tennene trenger gjennom underflaten av arbeidsstykket W, falle fritt fra klaringen i skjæreverktøyet idet dets ytre diameter er mindre enn veggens 18 indre diameter med en verdi som .sr lik to ganger

dimensjonen e.

Ved det beskrevne skjæreverktøy kommer innerflaten av skjæreverktøyets vegg 18 til teoretisk å berøre den sluttelige ytterflate av skrapstykket 12 langs en linje som er aksialt innrettet med den i radial retning indre ende av tannen 20a. For å redusere friksjonskontakten mellom skjæreverktøyet og skrapstykket 3 2 til et absolutt minimum, er det funnet ønskelig å slipe innerflaten av veggen 18 med en svak avsmalning. Denne avsmalning er imidlertid forholdsvis kort sammenlignet med lengden av veggen 18. Avsmalningen,' som på fig. 2 er betegnet med 34, slutter f.eks. i det parti som er betegnet med 36 og har en aksial utstrekning på bare ca. 6,3 - .12,6 mm. Størrelsen av denne avsmalning er slik at diameteren av veggens 18 indre periferi i seksjonen 3'6 er ca. 0,10 - 0,15 mm større enn ved skjæreverktøyets nedre ende. Den totale avsmalning er m.a.o. av størrelsesordenen ca. 0,05 - .0,07 mm.

Når skjæreverktøyet på fig. 3 med seks skjæretenner har en ekssentrisitet på ca. 0,127 mm og en matehastighet på ca. 0,30 mm/r (0,05 mm/tann) oppnås en skjære-virkning, som skjer under hver omdreining av skjæreverk-tøyet, når det trenger inn i arbeidsstykket, som skjematisk vist på fig. 4 - 10. På. disse figurer betegnes matehastig-heten pr. tann med f og den radial tykkelse av den spon som skjæres av fra den ytre periferiflate av det sentrale skrapstykke 32 med t. Den aktuelle spon. som skjæres ved hjelp av hver tann er vist skjematisk som en fortykket heltrukkén linje nedentil på hver figur, og den spon som er skåret ved hjelp av den foregående tann er vist ved en tynnere streket linje ovenfor den heltrukne linje på hver figur.

Når skjæreverktøyet påbegynner skjæringen (fig. 4), vil tannen 20a skjære den bredeste spon og den diametralt motsatte tann 20d vil påbegynne skjæringen med et spor med samme dybde, men med den minste bredde. Tannen 20b-vil øke sporets dybde med samme matehastighet f, men med mindre bredde enn tannen 20a. Samtidig vil tannen 20e, som ligger diametralt motsatt tannen 20b, skjære et spor med samme dybde, men noe bredere enn det spor som er skåret ved hjelp av tannen 20d. Når skjæreverktøyet fortsetter å rotere under innmatning i arbeidsstykket oppnås et punkt hvor de indre egger av tennene 20e, 20f og 20a begynner å fjerne metall fra periferien av det sentrale skrapstykke.som er dannet ved hjelp av de foregående smalere tenner og således tilveiebringer en klaring 33. Som vist til venstre på

fig. 8, 9 og 10 har de i vertikal retning indre vertikale partier av de spon som er skåret fra det sentrale skrap- : stykkes ytre periferi ved hjelp av på hverandre følgende tenner 20e, 20f og 20a progressivt tiltagende høyde. En lignende virkning fås når disse tenner inntar en diametralt motsatt stilling, som- vist til høyre på fig. 5,6 og 7.

Som påpekt tidligere, tilveiebringes den sluttelige flate på det sentrale skrapstykke 3 2 av den bredeste tann 20a.

Basert på hva som er forklart ovenfor er det klart at følgende forhold foreligger:

der n er antall tenner, og

h = nf ,

der h er høyden av det vertikale parti av sponen som er skåret fra det sentrale skrapstykkes periferiske flate.

Når det gjelder et skjæreverktøy, såsom det som

er vist på fig. 3, som har seks tenner, er den aksiale tykkelse av hver spon, ved en ekssentrisitet på ca. 0,127 mm og én. matehastighet på ca. 0,05 mm/tann, omtrent 0,05 mm og den radi-' ale tykkelse av de opprettstående spon som skjæres ved hjelp av hver av tennene 20e, 20f og 20a omtrent 0,04 mm, idet disse sistnevnte spon suksessivt øker i høyde fra ca. 0,10 mm til ca. 0,30 mm. Dimensjonsforholdene anskueliggjøres på

den spon som er vist i større målestokk til venstre på fig.

11. Et forholdsvis skarpt skjæreverktøy'kan uten særlig vanskelighet skjære spon i dette størrelsesområde når arbeidsstykket er et medium carbonstål.. Av de angitte relasjoner følger at under bibehold av allé' de øvrige parametre, vil sponens radiale tykkelse avta mens dens høyde øker når tannantallet øker. Hvis skjæreverktøyet f.eks. har tyve tenner istedenfor seks, reduseres sponens radiale tykkelse til 0,013 mm og dens maksimale høyde øker til 1,0 mm. Av sammenligningsgrunner er en slik spon vist i større måle-

stokk til høyre på fig. 11.

Forsøk har vist at når tannantallet øker mens de øvrige parametre bibeholdes konstant, nås et punkt hvor det økede radiale trykk på skjæreverktøyet som'et resultat av en spon med forholdsvis stor høyde og det større' antall skjæretenner på det sentrale skrapstykkes periferi, kombineres negativt vanskeligheten med å skjære en spon som er ekstremt tynn i radial retning, hvorved skjæreverk-tøyet som helhet avbøyes radialt. Dette fenomen forekommer spesielt ved mindre verktøy (f.eks. en bærbar bormaskin-

med magnetisk bunnplate e.l.) og er mindre fremtredende ved mer stive og ikke ettergivende maskinverktøy (såsom søylebormaskiner, dreiebenker, fresemaskiner etc). Når skjæreverktøyet avbøyes radialt, styrer imidlertid skjære-verktøyets boring dette på det sentrale skrapstykke i stedet for å bearbeide skrapstykket til dets ønskede mindre endelige diameter og tvinger den ytre periferi av skjære-verktøyet til å rotere om den ekssentriske akse A^i stedet for om den sentrale akse A^ . Dette resulterer i et overdimensjonert hull i arbeidsstykket og medfører at det sentrale skrapstykke kiler seg fast i skjæreverktøyets boring. En matehastighet som underskrider 0,05 mm/tann er upraktisk og ineffektiv. Samtidig kreves en.ekstremt skarp skjæreegg for å skjære en spon fra periferien av det sentrale skrapstykke, hvilken egg har en radial tykkelse som underskrider' omtrent 0,025 mm ved skjæring i metall, såsom mykt stål. Skjæreeggene hos selv et ekstremt skarpt skjæreverktøy blir tilstrekkelig sløve også i mykt stål etter skjæring gjennom 50 eller 75 mm, og kan ikke skjære en spon som har betydelig høyde og en radial tykkelse som underskrider ca. 0,025 mm. Ved skjæring av hårde metaller, som - f.eks. rustfritt stål, kreves en enda høyere indre sponbelastning på den bredere tann. Med tanke på det ovenstående,må skjæreverktøyet i praksis være utformet slik at den radiale tykkelse av sponen som er skåret fra periferien av det sentrale skrapstykke ikke skal underskride omtrent 0,025 mm. Da det halve antall tenner skjærer spon fra den ytre periferi av det sentrale skrapstykke (tennene 20e, 20f og 20a på fig. 3) og ekssentrisiteten er ca. 0,127 mm, må derfor antallet av tenner for

skjæreverktøyet ikke overstige omtrent åtte. Hvis på den annen side, skjæreverktøyet har så mange som tyve tenner og er slipt ekssentrisk, slik at halvparten av tennene tilveiebringer en rille på periferien av det sentrale skrapstykke, må ekssentrisiteten ikke underskride ca. 0,25 mm.

Den nødvendige ekssentrisitet kan holdes på et minimum under bibehold av den nødvendige, radiale indre sponbelastning på ca. 0,025 mm/tann ved radial bakdreining av den indre skjæreegg på et antall bredere tenner. Ved skjæreverktøyet på fig. 3 vil, f.eks. hvis ekssentrisiteten er ca. 0,127 og tannens 20f indre ende er radialt avfaset slik at bare tennene 20e og 20a skjærer på periferien av det sentrale skrapstykke, de spon som skjæres ved hjelp av disse to tenner ha en radial tykkelse på ca- 0,06 mm.

Hvis på samme måte et skjæreverktøy med tyve tenner har

dén indre egg.på annenhver tann radialt avfaset slik at bare fem av de tyve tenner skjærer på periferiflaten av det sentrale skrapstykke, vil- hver av disse fem tenner tilveiebringe en spon som har en radial tykkelse på ca. 0,025 mm. hvis ekssentrisiteten er ca. 0,127 mm. Med samme ekssentrisitet vil den radiale avfasning av annenhver tann fordoble den radiale indre sponlast, mens en avfasning av hver tredje tann tredobler den radiale indre sponlast.

I praksis er det lettere, ved slipning av et skjæreverktøy

i en produksjonsmaskin, radialt å avfase de indre ender av.regelmessig adskilte tenner rundt hele periferien av hele skjæreren.i stedet for å bestemme hvilken halvdel av tennene som er bredere og deretter avfase utvalgte tenner av disse bredere tenner.

Det er funnet at hvis skjæreverktøyet benyttes uten kjølemiddel, må de i radial retning indre ender av i det minste disse bredere tenner, som skjærer mot den ytre periferiflate av det sentrale skrapstykke, være radialt avfaset like bak de indre ender av disse tenners skjæreegger, som angitt i US.patentsøknad 303 917. Mer spesielt må disse tenner, som vist på fig. 12, være radialt avfaset utad, hvilket er indikert ved 38, for således å levne et smalt kantparti 40 som strekker seg periferisk bakover fra den indre ende av den indre skjæreegg 24. Den periferiske utstrekning av kantpartiene 40 er mellom 0,25 mm og 1,5 mm, og fortrinnsvis ca. 0,38 mm. Det avfasede parti 38 skal' strekke seg bakover inn i den påfølgende tannluke 28 og skal ha en høyde som er lik i det minste høyden av tann-, luken 28.

Det er også funnet at enhver tendens til at skjære-verktøyet skal tilveiebringe et overdimensjonert hull kan reduseres ved slipning av de indre skjæreegger 24 med positiv slippvinkel i forhold til den ytre periferi av ' det sentrale skrapstykke, og de ytre skjæreegger 2 6. med ingen eller negativ slippvinkel i forhold til sideveggen av det hull som skjæres. Når disse to egger er slipt på denne måte, forbedres de bredere indre skjæreeggers evne til å skære en smal spon fra periferien av skrapstykket og samtidig reduseres tendensen til at de ytre ender av de ytre skjæreegger 26 skjærer radialt utad inn i hullets sidevegg. På fig. 12 har de ytre skjæreegger 26 negativ slippvinkel og de indre skjæreegger 24 positiv slippvinkel..

Claims (5)

1. Ringformet hullskjæreverktøy med et skaft som er bestemt til å kurine føres til inngrep med en holder f or • - rotasjon om skaftets sentrale akse, og som har et omvendt skålformet stammeparti ved sin nedre ende, hvilket stammeparti har en ringformet sidevegg som er forsynt med flere sirkulært arrangerte skjæretenner, som er periferisk adskilt^ rundt dens nedre ende, slik at tennene, når skjæreverktøyet . roteres og forskyves inn•i et arbeidsstykke, skjærer et ringformet spor som strekker seg rundt et sentralt skrapstykke i boringen i skjæreverktøyets sidevegg, idet skaftets ytre periferi og den sirkel som dannes av tennenes ytre periferi er konsentriske med aksen med en høy grad av nøyaktighet, og den sirkel som dannes av den indre periferi av tennene med høy grad av nøyaktighet er konsentrisk med en akse som strekker seg parallelt med og er noe radialt forskjøvet en på forhånd bestemt strekning fra den sentrale akse, og idet tennene rundt halvparten av sideveggens periferi er progressivt bredere enn de resterende tenner rundt den andre halvparten av sideveggens periferi, karakterisert ved at den andre akse er radialt forskjøvet fra den sentrale akse en slik strekning at den radiale tykkelse av de spon som skjæres fra periferiflaten av det sentrale skrapstykke av de i radial retning indre egger på de bredere tenner er omtrent i det minste 0,025 mm.

2. Hullskjæreverktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at de nevnte akser er radialt adskilt slik at den radiale tykkelse av de spon som skjæres av den 2e bredere tann fås av ligningen t = — , hvor t er sponens radiale tykkelse, n er.-skjæreverktøyets tannantall og e er størrelsen av forskyvningen.

3. Skjæreverktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at de i radial retning indre ender av i det minste de bredere tenner som skjærer spon fra den periferiske flate av det sentrale skrapstykke., er radialt avfaset for å danne et smalt kantparti som strekker seg periferisk bakover fra de indre ender av deres skjæreegger.

4. Skjæreverktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at de i radial retning indre ender av skjæreeggene på enkelte av de bredere tenner er radialt avfaset . tilstrekkelig til å hindre dem i å skjære spon fra den ytre periferi av det sentrale skrapstykke.

5. Skjæreverktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at de i radial retning indre endepartier av skjæreeggene på de bredere tenner er utformet med en positiv slippvinkel, og.de i radial retning ytre endepartier av skjæreeggene på tennene er utformet med ingen eller negativ slippvinkel.