DE102005009030A1 - Chipping tool for micro-precision work has shaft region with narrow part adjacent to cutting region - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein spanendes Werkzeug insbesondere für den Mikro- und Präzisionsformenbau nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung die Mikrozerspanung mit Schaftfräsern, Stirnradiusfräsern oder Schleifstiften kleinster Durchmesser im Bereich zwischen 0.1 und 1 mm.The The invention relates to a cutting tool, in particular for the micromachining and precision mold construction The preamble of claim 1. In particular, the invention relates micro-machining with end mills, Nose end mills or grinding pins smallest diameter in the range between 0.1 and 1 mm.
Hintergrund der Erfindungbackground the invention
Es ist bekannt, zur Hochpräzisionsfertigung von komplexen Kavitäten und funktionalen Oberflächen im Mikro- und Präzisionsformenbau spanende Verfahren wie Fräsen und Schleifen einzusetzen. Solche Verfahren stellen neben der direkten Fertigung von Mikrobauteilen ein wichtiges Glied in der Prozesskette zur Massenfertigung von Mikro- und Präzisionskomponenten dar und bieten in Bezug auf die Einsetzbarkeit und Wirtschaftlichkeit entscheidende Vorteile. Mit spanenden Verfahren kann in Abhängigkeit von der Bearbeitungstechnologie eine hohe Geometriekomplexität und Flexibilität hinsichtlich des zu bearbeitenden Werkstoffspektrums erreicht werden. Für den Einsatz der spanenden und abtragenden Hochpräzisionsfertigung haben die folgenden mikrotechnischen Anwendungsfelder eine große wirtschaftliche Relevanz:
- • die hochpräzise Mikrostrukturierung makroskopischer Bauteile (z. B. Ferrules, opto-elektronische Kopplungsbausteine) und Komponenten komplexer Mikrosysteme,
- • die Herstellung von Abformwerkzeugen für die Massenfertigung mikrotechnischer Produkte (z. B. mikrostrukturierte Formnester von Mikrospritzgießwerkzeugen für die Massenfertigung mikrofluidischer Systeme, Mikroprägestempel),
- • die direkte Herstellung mikro- und feinwerktechnischer Produkte als Prototypen oder in Klein- und Mittelserien (z. B. mikromechanische Komponenten der minimal-invasiven Chirurgie) und Komponenten komplexer Mikrosysteme (wie z. B. Mikroreaktoren, Mikromischer, Mikroantriebe oder bio-analytische Mikrochips),
- • die Oberflächenfeinbearbeitung von funktionalen Flächenelementen von Kleinstbauteilen (z. B. optoelektronische Kopplungsbausteine, Gehäuse für hybride Mikrosensoren),
- • die hochpräzise Mikrostrukturierung von komplexen Feinbauteilen mit erforderlicher Komplettbearbeitung in einer Aufspannung (z. B. Stents).
- • the high-precision microstructuring of macroscopic components (eg ferrules, optoelectronic coupling components) and components of complex microsystems,
- The production of impression tools for the mass production of microtechnical products (eg microstructured mold cavities of micro injection molding tools for mass production of microfluidic systems, micro stamping dies),
- • the direct production of micro and precision engineering products as prototypes or in small and medium series (eg micromechanical components of minimally invasive surgery) and components of complex microsystems (such as microreactors, micromixers, microdrives or bio-analytical microchips )
- The surface finishing of functional surface elements of very small components (eg optoelectronic coupling modules, housing for hybrid microsensors),
- • The high-precision microstructuring of complex fine components with complete machining required in one set-up (eg stents).
Als mikrozerspanbare Materialien kommen insbesondere NE-Metalle, Kunststoffe, Graphit und Stahlwerkstoffe mit einer Härte bis 58 HRC zum Einsatz. Die derzeitigen Verfahrensgrenzen werden von der Qualität der Fräs- und Bohrwerkzeuge sowie den maschinenseitigen Restriktionen bestimmt. Es sind beschichtete (TiN-, TiAlN-, TiCN-) Hartmetall-Fräswerkzeuge mit einem Durchmesser bis minimal 0,1 mm sowie Bohrwerkzeuge mit Durchmesser bis minimal 0,07 mm bekannt.When Microzerspanbare materials come in particular non-ferrous metals, plastics, Graphite and steel materials with a hardness up to 58 HRC are used. The current process limits are based on the quality of the milling and drilling tools and the machine-side restrictions. They are coated (TiN, TiAlN, TiCN) carbide milling tools with a diameter of at least 0.1 mm as well as drilling tools with Diameter to a minimum of 0.07 mm known.
Die Hochpräzisionsfräsbearbeitung gerade von Mikrostrukturen ist abhängig von einer Vielzahl von Prozesseingangsparametern. Besondere Relevanz besitzen die Bearbeitungsparameter der Schnittgeschwindigkeit vc und des Zahnvorschubs fz sowie die Zustellgrößen Schnitttiefe ap und Eingriffsbreite ae. Ferner gehören auch die Eigenschaften des herzustellenden Werkstücks wie die Komplexität der Geometrie oder die mechanischen Eigenschaften des Werkstückwerkstoffes zu den Prozesseingangsparametern. Eine bedeutende Einflussgröße ist des weiteren die Konfiguration der Werkzeugmaschine und inwieweit diese den Anforderungen zur Herstellung kleinster Strukturen gerecht wird. Die Gesamtheit dieser Faktoren spiegelt sich in der Bauteilqualität wieder.The high-precision milling of microstructures in particular depends on a large number of process input parameters. The machining parameters of the cutting speed v c and of the tooth feed f z and the infeed variables cutting depth a p and engagement width a e are of particular relevance. Furthermore, the properties of the workpiece to be produced, such as the complexity of the geometry or the mechanical properties of the workpiece material, also belong to the process input parameters. An important influencing factor is the configuration of the machine tool and to what extent it meets the requirements for the production of very small structures. The totality of these factors is reflected in the component quality.
Limitierend für die breite Anwendung der Hochpräzisionsfräsbearbeitung im Bereich der Mikrotechnik ist neben der Maschinentechnik insbesondere die Qualität und Standzeit der verfügbaren Fräswerkzeuge. Es hat sich gezeigt, dass die Bearbeitungsprozesse nicht in dem Maße beherrschbar sind, wie es Qualitäts-, Genauigkeits- und Kostenbedingungen erfordern. Die Hochpräzisionsfräsbearbeitung für die Fertigung von Mikroprodukten wird daher zur Zeit noch zurückhaltend eingesetzt.limiting for the Wide application of high precision milling in the field of microtechnology is in addition to the machine technology in particular the quality and lifetime of available Milling tools. It has been shown that the machining processes are not in the Dimensions manageable are, as it is quality, Precision and cost conditions require. The high-precision milling machining for the Manufacture of micro products is therefore currently still restrained used.
Eine Analyse des Standes der Technik der Technologie der Hochpräzisionsfräsbearbeitung zeigt insbesondere, dass sowohl das Design als auch die Herstellung von Mikrofräswerkzeugen im Durchmesserbereich von 0,1 mm bis 1 mm auf der Skalierung von konventionellen Werkzeugen in den miniaturisierten Bereich basiert. Die derzeit verfügbaren Schaftfräser bestehen in der Regel aus einem gesinterten Feinstkorn-Hartmetall-Rohling. Bei Bedarf werden die Werkzeuge darüber hinaus mit einer keramischen Multilayer-Hartstoffschicht aus TiN, TiCN oder TiAlN oberflächenveredelt. Die Herstellung der Flächen und Kanten der mit wenigen Ausnahmen als Zweischneider konzipierten Werkzeuge erfolgt durch eine Schleifbearbeitung. Dabei ergeben sich drei wesentliche Schwachstellen:
- • die Schneidkanten weisen Verrundungen mit einem Radius von 2 μm bis 5 μm auf und sind teilweise durch mikroskopische Ausbrüche gekennzeichnet,
- • die Beschichtungen weisen inhomogene Bereiche auf, die einen adhäsiven Verschleiß des Werkzeugs unterstützen,
- • die makroskopische Gestalt bewirkt einen Rundlauffehler, der in Abhängigkeit vom Werkzeug-hersteller zwischen 1 μm und etwa 10 μm betragen kann.
- • The cutting edges have fillets with a radius of 2 μm to 5 μm and are partially pierced characterized by microscopic outbreaks,
- The coatings have inhomogeneous regions which promote adhesive wear of the tool,
- • The macroscopic shape causes a concentricity error, which can be between 1 .mu.m and about 10 .mu.m, depending on the tool manufacturer.
Es hat sich somit gezeigt, dass eine reine Skalierung bekannter Werkzeuggeometrien in den miniaturisierten Bereich nicht ausreicht, um den Erfordernissen des Mikrozerspanungsprozesses gerecht werden.It has thus shown that a pure scaling of known tool geometries in the miniaturized area is insufficient to meet the requirements of the micromachining process.
Aufgabe der ErfindungTask of invention
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein spanendes Werkzeug insbesondere für den Mikro- und Präzisionsformenbau zur Verfügung zu stellen, das sich durch eine neuartige Geometrie auszeichnet, die die Nachteile und Beschränkungen des Standes der Technik weitgehend beseitigt.Of the present invention is based on the object, a machining Tool especially for the Micro and precision mold making to disposal to provide, which is characterized by a novel geometry, the the disadvantages and limitations of the prior art largely eliminated.
Zusammenfassung der ErfindungSummary the invention
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein spanendes Werkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.These Task is achieved by a cutting tool with the features of claim 1 solved. preferred and advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Die erfindungsgemäße Lösung beruht danach auf dem Gedanken, dass der Schaftbereich eines spanenden Werkzeugs angrenzend an den Schneidenbereich eine Verjüngung ausbildet, wobei der Schaftbereich sich zu einem Punkt oder Bereich minimalen Durchmessers hin verjüngt, d.h. allmählich und stetig schmaler wird.The solution according to the invention is based after that on the thought that the shank area of a chipping Tool forms a taper adjacent to the cutting area, wherein the shaft area is minimized to a point or area Tapered diameter, i.e. gradually and is getting narrower.
Dies ermöglicht es, die Schneidenlänge auf die werkstoffabhängige typische Schnitttiefe zuzüglich einer Sicherheit gegen Verschleiß zu reduzieren. Die Ausbildung des Schaftbereiches mit einer Verjüngung verhindert oder reduziert darüber hinaus den Kontakt des Schaftbereichs mit einem zu bearbeitenden Werkstück und damit eine zusätzliche Belastung durch Reibkräfte. Die erfindungsgemäße Lösung stellt ein spanendes Werkzeug zur Verfügung, dass sich durch eine hohe Belastbarkeit, lange Standzeiten sowie eine prozesssichere Einsatzfähigkeit in der spanenden Präzisionsbearbeitung auszeichnet.This allows it, the cutting length on the material-dependent typical depth of cut plus to reduce safety against wear. Training prevents or reduces the shaft area with a taper about that In addition, the contact of the shaft portion with a machined Workpiece and thus an additional Stress due to frictional forces. The solution according to the invention provides a cutting tool available that is characterized by a high load capacity, long service life as well a process-safe operational capability in precision machining distinguished.
Durch die Reduzierung des Schneidenbereichs auf die Werkzeugspitze und die Verjüngung des Schaftes wird als weiterer Vorteil der Einfluss des Drallwinkels auf die Werkzeugstabilität – anders als bei herkömmlichen Mikrofräsern – eliminiert. Es sind Drallwinkel in einem weiten Winkelbereich insbesondere zwischen 15° und 45° problemlos realisierbar.By the reduction of the cutting area on the tool tip and the rejuvenation of the shaft is another advantage of the influence of the helix angle on tool stability - different as with conventional Micro mills - eliminated. There are twist angles in a wide angle range in particular between 15 ° and 45 ° without problems realizable.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Schaftbereich angrenzend an den Schneidenbereich einen Nenndurchmesser auf, die gleich dem Nenndurchmesser des Schneidenbereichs ist. Dabei verjüngt sich der Schaftbereich ausgehend von diesem Nenndurchmesser zu dem Punkt oder Bereich minimalen Durchmessers hin. Der Durchmesser des Schaftes ist also angrenzend an den Schneidenbereich zunächst im wesentlichen identisch mit dem Durchmesser des Schneidenbereichs.In In a preferred embodiment, the shaft region is adjacent at the cutting area a nominal diameter equal to the Nominal diameter of the cutting area is. It rejuvenates the Shank area from this nominal diameter to the point or area of minimum diameter. The diameter of the shaft Thus, adjacent to the cutting area, it is initially substantially identical with the diameter of the cutting area.
Der minimale Durchmesser des Schneidenbereichs ist bevorzugt gleich dem Kerndurchmesser des Werkzeugs. Der Kerndurchmesser d unterscheidet sich von dem Nenndurchmesser D, der auch als Fräserdurchmesser bezeichnet wird, durch die Tiefe der Schneide bzw. die Tiefe der Drallnut, die an die Schneide angrenzt.Of the Minimum diameter of the cutting area is preferably the same the core diameter of the tool. The core diameter d is different of the nominal diameter D, also referred to as cutter diameter, by the depth of the cutting edge or the depth of the spiral groove, the on the cutting edge is adjacent.
Der Kerndurchmesser d ist für die Stabilität des Werkzeugs maßgeblich. Sein Minimum wird durch die werkstoffabhängige Mikroschneidengeometrie und durch die Tiefe der Drallnut eingegrenzt. Die Geometrie der Drallnut bestimmt sich wiederum aus dem Spanwinkel γ, dem Freiwinkel α, dem Keilwinkel β sowie aus dem vom Zahnvorschub fz und der Schnitttiefe ap abhängigen Spanraum. Wie noch erläutert werden wird, existiert dabei ein theoretisches Optimum des Kerndurchmessers bei einem vorgegebenen Nenndurchmesser.The core diameter d is decisive for the stability of the tool. Its minimum is limited by the material-dependent micro-cutting geometry and by the depth of the spiral groove. The geometry of the swirl groove is in turn determined from the rake angle γ, the clearance angle α, the wedge angle β and from the chip space dependent on the tooth advance f z and the cutting depth a p . As will be explained, there is a theoretical optimum of the core diameter for a given nominal diameter.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die Drallnut des Werkzeugs von dem Schneidenbereich bis in den Schaftbereich. Dabei weist die Schneide im Schneidenbereich, der der spanenden Bearbeitung eines Werkstücks dient, eine maximale. Tiefe der Drallnut auf. Die Tiefe der Drallnut reduziert sich im Schaftbereich bis zu dem Punkt minimaler Tiefe auf Null. Die Verjüngung des Schaftbereichs geht bei dieser Ausgestaltung somit mit einer Reduktion der Tiefe der Drallnut einher, während der Kerndurchmesser des Schaftbereichs von der Verjüngung unbeeinflusst bleibt.In a preferred embodiment of the invention, the swirl groove of the tool extends from the Cutting area up to the shaft area. In this case, the cutting edge in the cutting area, which serves for the machining of a workpiece, a maximum. Depth of the swirl groove. The depth of the spiral groove is reduced to zero in the shaft area up to the point of minimum depth. The tapering of the shaft region in this embodiment is thus associated with a reduction in the depth of the swirl groove, while the core diameter of the shaft region remains unaffected by the taper.
Bevorzugt nimmt der Durchmesser des Schaftbereichs hinter dem Punkt oder Bereich minimalen Durchmessers wieder zu. Der Schaft bildet dabei in dem Bereich zunehmenden Durchmessers keine Schneide mehr aus. Es ergibt sich zumindest in einem lokalen Bereich angrenzend an den Schneidenbereich eine bogenförmige Verjüngung und eine anschließende Durchmesserzunahme des Schaftbereichs.Prefers the diameter of the shaft area decreases behind the point or area minimum diameter again. The shaft forms in the Area of increasing diameter no longer cutting out. It results at least in a local area adjacent to the cutting area an arcuate rejuvenation and a subsequent one Diameter increase of the shaft area.
Die Werkzeugschneide kann grundsätzlich eine beliebige Form besitzen.The Tool cutting can basically have any shape.
Der Schaftbereich kann in bevorzugten Ausgestaltungen der Form eines Kreisbogens, einer Hyperbel oder eines anderen Kegelschnittes folgen. Besonders bevorzugt folgt die Verjüngung des Schaftbereichs der Form eines Kreisbogens, da eine solche Form in einer Werkzeugmaschine einfach zu programmieren und herzustellen ist. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass der Kreisbogen erstens den Umfangspunkt minimalen Durchmessers des Schaftbereichs tangential berührt. Zweitens berührt der Kreisbogen einen Konus des Schaftbereichs, den dieser an seinem dem Schneidenbereich abgewandten Ende und angrenzend an den kreisförmigen Bereich ausbildet. Drittens schneidet der Kreisbogen den Punkt des Schaftbereiches, in dem unmittelbar angrenzend an den Schneidenbereich die Verjüngung in Richtung des minimalen Durchmessers beginnt. Durch diese drei Bedingungen ist der Radius geometrisch eindeutig bestimmt. Er hängt ab von der effektiven Werkzeuglänge l, dem Kerndurchmesser d des Schaftes sowie dem Nenndurchmesser des Schneidenbereiches D.Of the Shank region may in preferred embodiments of the form of a Arc, a hyperbola or other conic. Particularly preferably, the taper of the shank region follows the shape of a circular arc, because such a form in a machine tool easy to program and manufacture. It is preferred provided that the circular arc firstly the circumferential point of minimum diameter of the shaft portion tangentially touched. Second, the touches Arc a cone of the shaft area, this on his the end portion facing away from the cutting area and adjacent to the circular area formed. Third, the circular arc intersects the point of the shaft region, in the immediately adjacent to the cutting area, the taper in Direction of the minimum diameter begins. Through these three conditions the radius is geometrically uniquely determined. He depends on the effective tool length l, the core diameter d of the shank and the nominal diameter of the cutting area D.
Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Werkzeug in einem weiten Winkelbereich unterschiedliche Drallwinkel realisieren kann. Der Drallwinkel gewährleistet einen sanften Werkzeugeintritt in der Bearbeitung. Sein Minimum resultiert aus Sanktionen des Werkzeugherstellungsverfahrens. Beispielsweise kann bei einem durch Schleifen hergestelltem erfindungsgemäßen Werkzeug mit einem Nenndurchmesser D von 0,5 mm und einer effektiven Werkzeuglänge l von 2,5 mm ein minimaler Drallwinkel von 15° realisiert werden. Bevorzugt kann das Werkzeug einen Drallwinkel zwischen 15° und 45° realisieren.It It has already been pointed out that the tool according to the invention realize different helix angles in a wide angular range can. The helix angle ensures a gentle tool entry during machining. Its minimum results from sanctions of the tool manufacturing process. For example can in a tool according to the invention produced by grinding with a nominal diameter D of 0.5 mm and an effective tool length l of 2.5 mm, a minimum helix angle of 15 ° can be realized. Prefers The tool can realize a helix angle between 15 ° and 45 °.
Der Nenndurchmesser des Schneidenbereichs liegt beispielsweise im Bereich zwischen 0,05 und 2,0 mm, die effektive Werkzeuglänge liegt beispielsweise zwischen 0,25 und 10 mm. Das Verhältnis von Nenndurchmesser zu effektiver Werkzeuglänge, auch als Aspektverhältnis bezeichnet, liegt bevorzugt zwischen 1:2 und 1:7. Die Realisierung großer Aspektverhältnisse ist wegen der auftretenden Biegemomente zunehmend schwierig. Das erfindungsgemäße spanende Werkzeug und die durch diese bereitgestellte beanspruchsgünstige Geometrie ermöglichen die Realisierung eines großen Aspektverhältnisses.Of the Nominal diameter of the cutting area is for example in the range between 0.05 and 2.0 mm, the effective tool length is for example, between 0.25 and 10 mm. The ratio of nominal diameter to effective tool length, also as an aspect ratio is preferably between 1: 2 and 1: 7. The realization greater aspect ratios is increasingly difficult because of the bending moments that occur. The inventive cutting Tool and provided by this entitlement favorable geometry enable the realization of a big one Aspect ratio.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Werkzeug einstückig aus dem Schneidenbereich und dem Schaftbereich gebildet. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Werkzeug kleine, für den Mikro- und Präzisionsformenbau geeignete Abmessungen aufweist. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Werkzeuggeometrie auch an größeren Werkzeugen realisiert werden kann. Insbesondere für diesen Fall kann es vorgesehen sein, den Schneidenbereich und den Schaftbereich getrennt herzustellen und dann miteinander zu verbinden oder das Werkzeug in anderer Weise mehrteilig auszubilden. Bei größeren Abmessungen des Werkzeugs ist es des weiteren möglich, dass der Schneidenbereich und der Schaftbereich aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Auch können der Schneidenbereich und/oder der Schaftbereich für sich genommen mehrteilig sein und/oder aus mehreren Materialien bestehen.In In a preferred embodiment, the tool is made in one piece formed the cutting area and the shaft area. This is special then the case when the tool is small, for micro and precision mold making having suitable dimensions. It is noted, however, that the tool geometry according to the invention also on larger tools can be realized. In particular, it can be provided for this case be made separately, the cutting area and the shaft area and then connect with each other or the tool in a different way to train in several parts. For larger dimensions of the tool, it is also possible that the cutting area and the shaft portion are made of different materials. Also can the cutting area and / or the shaft area taken alone be multi-part and / or consist of several materials.
Das erfindungsgemäße Werkzeug ist bevorzugt als Mikroschaftfräser oder als Stirnradiusfräser (Werkzeuge mit geometrisch bestimmter Schneide) oder als Schleifstift (Werkzeuge mit geometrisch unbestimmter Schneide) ausgebildet.The inventive tool is preferred as a micro end mill or as a face radius cutter (tools with a geometrically determined cutting edge) or as a grinding pin (tools with a geometrically indefinite edge).
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindungdescription preferred embodiments the invention
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the figures an embodiment explained in more detail. It demonstrate:
Die
Der
Schneidenbereich
Der
Schneidenbereich
Die
Der
Schaftbereich
Im
Bereich der effektive Länge
b des Schaftbereichs
Mit den benannten Größen berechnet sich der Radius r und dessen Mittelpunktslage Mr mit den Koordinaten xr und yr wie folgt: With the named quantities, the radius r and its center position M r are calculated with the coordinates dinates x r and y r as follows:
Die
Es
wird darauf hingewiesen, dass der in der
Die
Besonders
problematisch hinsichtlich der Gefahr eines Brechens des Werkzeuges
ist der Bereich des Werkzeugs, der bei gegenüber anderen Bereichen gleichem
oder verringertem Durchmesser das größte Biegemoment aufnehmen muss.
Dieser Bereich liegt bei dem Werkzeug der
Die
Im
Punkt
Es
ist nun zu erkennen, dass der Punkt
Daraus ergibt sich ein wesentlicher Vorteil der neuartigen Werkzeuggeometrie. Durch die Verschiebung des minimalen, kreisförmigen Querschnitts näher in Richtung der Werkzeugspitze werden an dem minimalen Querschnitt angreifende Biegemomente reduziert und besser aufgefangen. Darüberhinaus werden durch den tangentialen Übergang zwischen Schneidebereich und Schaftbereich geometrisch bedingte Spannungsspitzen im hochbelasteten Übergangsbereich ausgeschlossen.from that results in a significant advantage of the novel tool geometry. By moving the minimum, circular cross-section closer towards the tool tip will attack at the minimum cross section Bending moments reduced and better absorbed. Furthermore be through the tangential transition between cutting area and shaft area geometrically caused Voltage peaks in the heavily loaded transition area excluded.
Die
Dabei gilt allgemein, dass durch Simulationsstudien alle parametrisch festgelegten Geometriemerkmale des jeweiligen Werkzeugmodells variiert und in gegenseitiger Abhängigkeit optimiert werden können.there is generally true that simulation studies all parametric specified geometry features of each tool model varies and in interdependence can be optimized.
Die
Eine Versuchsserie mit Mikrofräsern herkömmlicher Geometrie und einer effektiven Werkzeuglänge von l = 1,5 mm wurde in einem Referenzversuch eingesetzt. Als Standkriterium wurde eine gemittelte Rautiefe von Rz = 5 μm definiert und die Versuche wurden nach Werkzeugbruch oder deutlicher Verschlechterung der Werkstückoberfläche beendet.A Pilot series with microfrots conventional Geometry and an effective tool length of l = 1.5 mm was in used a reference experiment. The standard criterion was a average roughness depth of Rz = 5 μm defined and the experiments were broken or broken tool Deterioration of the workpiece surface finished.
Es konnte zum Einen eine deutliche Verringerung der Werkzeugbruchgefahr durch die neuartige Werkzeuggeometrie nachgewiesen werden. Das Werkzeugversagen beschränkt sich nunmehr auf Verschleißerscheinungen an den Schneiden. Diesem Phänomen kann nur noch durch angepasste Schneidstoffe und/oder Beschichtungssysteme entgegengewirkt werden. Zum Anderen wurde eine prozesssichere Erhöhung der Standzeiten um fast 30% erzielt.It On the one hand, it was possible to significantly reduce the risk of tool breakage be detected by the novel tool geometry. The tool failure limited now on signs of wear at the cutting edges. This phenomenon can only through adapted cutting materials and / or coating systems be counteracted. On the other hand, a process-reliable increase of the Longevity achieved by almost 30%.
Deutlich
wird des weiteren, dass eine Vergrößerung des Kerndurchmessers
d nicht zwangläufig
zu einer Erhöhung
der Stabilität
des Mikrofräsers
und damit zu einer Verbesserung des Arbeitsergebnisses beiträgt. Diese
Verschlechterung der Oberfläche
resultiert aus der geringeren Stabilität des Werkzeugs mit höherem Kerndurchmesser
d, wie es bereits die Werkzeugdeformationen in der Parameterstudie
zum Kerndurchmesser d gemäß der
Über die Standzeituntersuchungen hinaus wurden nach stufenweiser Aufhärtung des Versuchswerkstoffes PM X190CrVMo 20 Referenzstrukturen gefräst. Die Prozessparameter waren identisch mit denen der Standversuche. Es konnte nun mit einem Mikrofräser mit d = 0,5 mm bei einer Härte von 62 HRC ein Aspektverhältnis der Nut von 5:1 erreicht werden. Ferner ist es möglich, Mikrostege nahezu gradfrei in unterschiedlichen Formen zu erzeugen. Mit diesen Bearbeitungsergebnissen wurde nachgewiesen, dass die im Stand der Technik bekannten Grenzen der Mikrozerspanung mit Schaftfräsern aus Hartmetall deutlich überschritten werden können.About the Life examinations were after gradual hardening of the Test material PM X190CrVMo 20 Reference structures milled. The Process parameters were identical to those of the bench tests. It could now with a micromillers with d = 0.5 mm at a hardness of 62 HRC an aspect ratio the groove of 5: 1 can be achieved. Furthermore, it is possible microstege almost gradfrei to produce in different forms. With these editing results has been demonstrated that the limits known in the art micro-machining with end mills made of carbide clearly exceeded can be.
Durch die vorliegenden Erfindung ist es möglich, mit der Mikrozerspanung mit Hartmetallwerkzeugen gerade für Anwendungsgebiete wie z. B. den Werkzeug- und Formenbau für die Massenproduktion von Kleinstteilen für Konsumerprodukte oder die direkte Herstellung mikromechanischer Komponenten aus Stahl zu erschließen.By The present invention, it is possible with the Mikrozerspanung with carbide tools just for applications such. As the tool and mold for the mass production of micro parts for consumer products or the Direct production of micromechanical components made of steel.
Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf die beschriebenen Ausführungsvarianten, die lediglich beispielhaft zu verstehen sind. Insbesondere ist eine Realisierung der Erfindung bei Schaftfräsern, Stirnradiusfräsern und Schleif stiften, bei der Mikrozerspanung unterschiedlichster Werkstoffe (wie Kunststoffe, Graphit, unlegierte Stähle, rostfreie Stähle, andere Werkzeugstähle, Verbundwerkstoffe) sowie für verschiedenste Schneidstoffe (wie HSS, HM, PKD, Cermet) möglich.The present invention limited not on the described embodiments, the only to be understood by way of example. In particular, an implementation the invention in end mills, Stirnradiusfräsern and Grinding, micro-machining of a wide variety of materials (such as plastics, graphite, unalloyed steels, stainless steels, others Tool steels, Composites) as well as for Various cutting materials (such as HSS, HM, PCD, cermet) possible.
Claims (19)
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