DE102011054677B4

DE102011054677B4 - Milling tool

Info

Publication number: DE102011054677B4
Application number: DE102011054677.4A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Volz; Benjamin Prescher
Original assignee: Guehring KG
Current assignee: Guehring KG
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2023-11-16
Anticipated expiration: 2031-10-21
Also published as: WO2013057237A1; DE102011054677A1

Abstract

Fräswerkzeug zum Fräsen faserverstärkter Kunststoffe, mit einem Schaft (12) und einem Schneidteil (14) mit einer Vielzahl von am Umfang ausgebildeten Hauptschneiden und dazwischen liegenden Spannuten (18A, 18G), wobei die Hauptschneiden von leistenartigen Schneideinsätzen (16A, 16G) gebildet sind, die aus einem Hartstoff, wie z.B. Vollhartmetall oder PKD bestehen, wobei zumindest zwei Hauptschneiden (16A) zueinander gegensinnig zur Werkzeugachse bzw. Drehachse (24) angestellt und jeweils über ihre gesamte Länge (LG, LA) im Wesentlichen vollflächig vom Schneidteil (14) abgestützt sind,dadurch gekennzeichnet, dassdie Hauptschneiden abwechselnd achsparallel und zur Werkzeugachse (24) gegensinnig angestellt verlaufen,die zueinander gegensinnig zur Drehachse angestellten Hauptschneiden (16a) wendelförmig verlaufen,die achsparallel verlaufenden Hauptschneiden (16G) im Wesentlichen diametral zueinander versetzt sind, wobei die zur Werkzeugachse (24) gegensinnig angestellten Hauptschneiden (16A) im Wesentlichen mittig dazwischen liegen, unddie gegensinnig zueinander verlaufenden Schneideinsätze (16A) in einem unterschiedlichen Abstand (A) von einer Stirnseite des Werkzeugs enden.Milling tool for milling fiber-reinforced plastics, with a shaft (12) and a cutting part (14) with a plurality of main cutting edges formed on the circumference and chip grooves (18A, 18G) in between, the main cutting edges being formed by strip-like cutting inserts (16A, 16G), which consist of a hard material, such as solid carbide or PCD, with at least two main cutting edges (16A) positioned in opposite directions to one another to the tool axis or rotation axis (24) and each supported over their entire length (LG, LA) by the cutting part (14). are, characterized in that the main cutting edges alternately run axially parallel and in opposite directions to the tool axis (24), the main cutting edges (16a), which are set in opposite directions to the axis of rotation, run helically, the axially parallel main cutting edges (16G) are essentially diametrically offset from one another, with the main cutting edges (16G) running opposite to the tool axis (24) main cutting edges (16A) set in opposite directions lie essentially in the middle between them, and the cutting inserts (16A) running in opposite directions end at a different distance (A) from an end face of the tool.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug zum Fräsen faserverstärkter Kunststoffe, insbesondere zum Fräsen von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK), das heißt von Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff, bei dem in eine Matrix (z. B. aus Kunststoff) Kohlenstofffasern, zumeist in mehreren Lagen, als Verstärkung eingebettet sind. Solche Werkstoffe sind allgemein bekannt und finden dann Anwendung, wenn es darum geht, Bauteile mit geringem Gewicht und hoher Festigkeit bereitzustellen. Unter dem Begriff CFK sollen auch keramische Faserverbundwerkstoffe und kurzfaserverstärkte Metalle, sogenannte Metall Matrix Composites (MMC) verstanden werden.The invention relates to a milling tool for milling fiber-reinforced plastics, in particular for milling carbon fiber-reinforced plastic (CFRP), that is, fiber-plastic composite material, in which carbon fibers, usually in several layers, are inserted into a matrix (e.g. made of plastic). Reinforcement is embedded. Such materials are well known and are used when it comes to providing components with low weight and high strength. The term CFRP should also be understood to mean ceramic fiber composite materials and short fiber-reinforced metals, so-called metal matrix composites (MMC).

Derartige Materialien lassen sich nicht so leicht bearbeiten. Beim Einsatz herkömmlicher Fräswerkzeuge kommt es häufig zu einer Ausfransung, Auswerfung und/oder Delamination der Deckschichten oder zu einer Temperaturschädigung der Verbundwerkstoffe.Such materials are not so easy to process. When using conventional milling tools, fraying, ejection and/or delamination of the cover layers or temperature damage to the composite materials often occur.

Es sind unterschiedlichste Ansätze bekannt, bei mehrschneidigen Fräswerkzeugen durch bestimmte Abstimmung von Schneidenverläufen die Spanbildung positiv zu beeinflussen. So ist aus dem Dokument WO 2011 / 122 457 A1 ein Fräswerkzeug bekannt, bei dem vier durch Einschleifen von Spannuten entstehende Hauptschneiden vorgesehen sind, von denen zwei achsparallel angeordnet sind und die dazwischen liegenden Schneiden zur Werkzeugachse bzw. Drehachse gleichsinnig angestellt sind.A wide variety of approaches are known for positively influencing chip formation in multi-cutting milling tools through specific coordination of cutting edges. That's what the document says WO 2011 / 122 457 A1 a milling tool is known in which four main cutting edges created by grinding in flutes are provided, two of which are arranged axially parallel and the cutting edges in between are set in the same direction to the tool axis or axis of rotation.

DE 20 2011 001 512 U1 zeigt ein Fräswerkzeug, bei dem die axial verlaufenden Schneidkanten zunächst in einem ersten Bereich mit einem ersten Richtungssinn und anschließend in einen zweiten Bereich mit einem dem ersten Richtungssinn entgegen gerichteten Richtungssinn verlaufen. Ein ähnliches Konzept liegt dem Werkzeug gemäß US 3 913 196 A zugrunde. DE 20 2011 001 512 U1 shows a milling tool in which the axially extending cutting edges initially run in a first area with a first sense of direction and then in a second area with a direction opposite to the first sense of direction. A similar concept lies in the tool US 3,913,196 A underlying.

Das Werkzeug gemäß JP S64 - 20 913 A zeigt zwar die gegensinnige Anstellung von Hauptschneiden. Allerdings hat es keine Schneiden, die von leistenartigen Schneideinsätzen gebildet sind.The tool according to JP S64 - 20 913 A shows the opposite positioning of the main cutting edges. However, it does not have any cutting edges, which are formed by strip-like cutting inserts.

Auch der Stirnfräser gemäß DE 11 2009 000 013 T5 hat keine leistenartigen Schneideinsätze. Allerdings sind zur Vermeidung von Graten bei der Bearbeitung von faserverstärkten Verbundmaterialien zumindest zwei Hauptschneiden zueinander gegensinnig zur Werkzeugachse bzw. Drehachse angestellt.Also the face mill according to DE 11 2009 000 013 T5 has no bar-like cutting inserts. However, to avoid burrs when machining fiber-reinforced composite materials, at least two main cutting edges are positioned in opposite directions to the tool axis or axis of rotation.

Bei dem Werkzeug gemäß JP H06 - 64 805 U sind drei Hauptschneiden vorgesehen, die unter einem gleichen Winkel zur Achse angestellt sind. Diese Schneiden sind durch wendelförmige Nuten, die mit gegensinnigen Winkeln zur Achse verlaufen, unterbrochen.With the tool according to JP H06 - 64 805 U There are three main cutting edges, which are set at the same angle to the axis. These cutting edges are interrupted by helical grooves that run at opposite angles to the axis.

Bei dem Fräswerkzeug gemäß US 7 284 935 B2 sind die vier am Umfang ausgebildeten Hauptschneiden so angeordnet, dass jeweils zwei Hauptschneiden einen gleichbleibenden Winkel zur Achse haben, während die dazwischen liegenden Schneiden einen sich über den axialen Verlauf ändernden Anstellwinkel haben.With the milling tool according to US 7,284,935 B2 The four main cutting edges formed on the circumference are arranged in such a way that two main cutting edges have a constant angle to the axis, while the cutting edges in between have an angle of attack that changes over the axial course.

Es sind verschiedene weitere Ansätze bekannt, Fräswerkzeuge gezielt zur Bearbeitung dieser Verbundwerkstoffe zu modifizieren. Solche Ansätze sind beispielsweise in den Dokumenten DE 10 2008 034 784 A1 , WO 2008 / 128 035 A1 , WO 2009 / 122 937 A1 bekannt. Ein Fräswerkzeug zum Fräsen faserverstärkter Kunststoffe, mit einem Schaft und einem Schneidteil mit einer Vielzahl von am Umfang ausgebildeten Hauptschneiden und dazwischen liegenden Spannuten, wobei die Hauptschneiden von leistenartigen Schneideinsätzen gebildet sind, die aus einem Hartstoff, wie z.B. Vollhartmetall oder PKD bestehen, ist aus dem Dokument DE 20 2010 015 446 U1 bekannt.Various other approaches are known for specifically modifying milling tools for machining these composite materials. Such approaches are, for example, in the documents DE 10 2008 034 784 A1 , WO 2008/128 035 A1 , WO 2009/122 937 A1 known. A milling tool for milling fiber-reinforced plastics, with a shaft and a cutting part with a plurality of main cutting edges formed on the circumference and chip grooves in between, the main cutting edges being formed by strip-like cutting inserts which consist of a hard material, such as solid carbide or PCD, is made from the document DE 20 2010 015 446 U1 known.

Ein gattungsbildendes Fräswerkzeug ist aus dem Dokument US 2005 / 0 031 421 A1 bekannt. Dieses Werkzeug hat drei Hauptschneiden, die von Schneideinsätzen gebildet sind. Zwei dieser Schneiden sind gegensinnig zur Werkzeugachse bzw. Drehachse angestellt. Auf diese Weise wird eine verbesserte Laufruhe erzielt, wobei sich aufgrund der zueinander gegensinnig angestellten Hauptschneiden jeweils ein ziehender Schnitt realisieren lässt, der dafür sorgt, dass die aus der Schnittfläche herausragenden Fasern einer oben liegenden Faserschicht nach unten und einer unten liegenden Faserschicht nach oben gezogen werden. PKD-Schneideinsätze sind hochfest, jedoch nicht besonders duktil. Deshalb werden die Schneideinsätze jeweils über ihre gesamte Länge im Wesentlichen vollflächig am Schneidteil abgestützt.A generic milling tool is from the document US 2005 / 0 031 421 A1 known. This tool has three main cutting edges formed by cutting inserts. Two of these cutting edges are positioned in opposite directions to the tool axis or axis of rotation. In this way, improved smooth running is achieved, whereby a pulling cut can be implemented due to the main cutting edges positioned in opposite directions, which ensures that the fibers of an upper fiber layer protruding from the cutting surface are pulled downwards and of a lower fiber layer are pulled upwards . PCD cutting inserts are high-strength but not particularly ductile. Therefore, the cutting inserts are essentially supported over their entire length on the cutting part.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein gattungsgemäßes Fräswerkzeug zu schaffen, das sich dadurch auszeichnet, dass faserverstärkte Verbundwerkstoffe noch wirtschaftlicher und sauberer einer Fräsbearbeitung unterzogen werden können.The invention is based on the object of creating a generic milling tool which is characterized in that fiber-reinforced composite materials can be milled even more economically and cleanly.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This task is solved by the features of claim 1.

Erfindungsgemäß trägt der Schneidteil des als Schaftfräser ausgebildeten Fräswerkzeugs weiterhin zumindest zwei Hauptschneiden, die zur Drehachse und zueinander gegensinnig angestellt sind. Ein besonders einfacher Aufbau ergibt dadurch, dass die Hauptschneiden abwechselnd achsparallel und zur Werkzeugachse gegensinnig angestellt verlaufen. Es hat sich gezeigt, dass es mit dem erfindungsgemäßen Aufbau bereits mit vier Schneideinsätzen gelingt, höchste Zerspanungsleistungen bereitzustellen. Dabei hat sich herausgestellt, dass sich nicht nur über die Verteilung der Schneideinsätze über den Umfang, sondern über die Auswahl der axialen Länge der gegensinnig angestellten Hauptschneiden die Laufruhe des Fräswerkzeugs positiv beeinflussen lässt. Da sich erfindungsgemäß eine gerade Spannut mit einer zur Werkzeugachse schräg bzw. angestellt verlaufenden Spannut abwechselt ergibt sich der positive Effekt, dass die zur Werkzeugachse angestellten Schneideinsätze in unterschiedlichem Abstand zur Stirnseite des Fräswerkzeugs enden.According to the invention, the cutting part of the milling tool designed as an end mill also carries at least two main cutting edges, which are positioned in opposite directions to the axis of rotation and to each other. This results in a particularly simple structure, that the main cutting edges alternately run parallel to the axis and in opposite directions to the tool axis. It has been shown that with the structure according to the invention it is possible to provide the highest cutting performance with just four cutting inserts. It turned out that the smooth running of the milling tool can be positively influenced not only by the distribution of the cutting inserts over the circumference, but also by selecting the axial length of the main cutting edges positioned in opposite directions. Since, according to the invention, a straight flute alternates with a flute that runs obliquely or at an angle to the tool axis, the positive effect is that the cutting inserts set to the tool axis end at different distances from the end face of the milling tool.

Über eine ungleiche Hauptschneidenteilung kann noch effektiver verhindert werden, dass das Fräswerkzeug zu Eigenschwingungen neigt.An unequal main cutting edge pitch can be used even more effectively to prevent the milling tool from having a tendency to vibrate naturally.

Besonders saubere Bearbeitungsflächen lassen sich dann erzielen, wenn das Fräswerkzeug insgesamt, zumindest aber der Schneidteil aus besonders biegefestem Material, wie zum Beispiel Vollhartmetall gefertigt ist.Particularly clean machining surfaces can be achieved if the milling tool as a whole, or at least the cutting part, is made of particularly rigid material, such as solid carbide.

Nachstehend wird anhand schematischer Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht des Fräswerkzeugs leicht schräg von vorne; und
2 eine perspektivische Ansicht des Fräswerkzeugs gemäß 1 bei einer Blickrichtung von der anderen Seite.

An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below using schematic drawings. Show it:

1 a perspective view of the milling tool at a slight angle from the front; and
2 a perspective view of the milling tool according to 1 when looking from the other side.

In den Figuren ist mit dem Bezugszeichen 10 ein Fräswerkzeug zum Fräsen faserverstärkter Kunststoffe bezeichnet, wobei der Schaft mit dem Bezugszeichen 12 und der Schneidteil mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet ist. Der Schneidteil 14, der aus einem hochfesten Werkstoff, wie zum Beispiel HSS, HSSE oder Hartmetall besteht, trägt eine Vielzahl, nämlich vier, von am Umfang liegenden Hauptschneiden, die von leistenartigen Schneideinsätzen 16G und 16A gebildet sind. Zwischen den Schneideinsätzen, das heißt in Drehrichtung jeweils vor den Schneideinsätzen sind Spannuten 18G und 18A ausgebildet.In the figures, reference number 10 denotes a milling tool for milling fiber-reinforced plastics, the shaft being designated by reference number 12 and the cutting part with reference number 14. The cutting part 14, which is made of a high-strength material such as HSS, HSSE or hard metal, carries a plurality, namely four, of circumferential main cutting edges, which are formed by strip-like cutting inserts 16G and 16A. Chip grooves 18G and 18A are formed between the cutting inserts, that is to say in front of the cutting inserts in the direction of rotation.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Schneideinsätze 16G und 16A von sogenannten PKD-Schneideinsätzen gebildet, bei denen eine dünne Schicht (dunklere Deckschicht 20) aus Polykristallinem Diamant (PKD) auf einem Grundkörper 22 befestigt, beispielsweise festgeklebt oder laserverschweißt oder festgesintert ist.In the exemplary embodiment shown, the cutting inserts 16G and 16A are formed by so-called PCD cutting inserts, in which a thin layer (darker cover layer 20) made of polycrystalline diamond (PCD) is attached to a base body 22, for example glued or laser welded or sintered.

Man erkennt, dass die einzelnen Schneideinsätze 16G, 16A über ihre gesamte Länge LG bzw. LA im Wesentlichen vollflächig auf dem Schneidteil 14 abgestützt sind, sodass Biegebeanspruchungen der Schneideinsätze minimiert werden. Die Abstützung des in 1 sichtbaren wendelförmigen Schneideinsatzes 16A wird von dem Materialblock 28 gebildet, die Abstützung für den in 2 sichtbaren wendelförmigen bzw. zur Werkzeugachse 24 angestellten Schneideinsatzes 16A von dem Schneidteilblock 30. It can be seen that the individual cutting inserts 16G, 16A are supported over their entire length LG or LA essentially over the entire surface of the cutting part 14, so that bending stresses on the cutting inserts are minimized. The support of the in 1 Visible helical cutting insert 16A is formed by the material block 28, the support for the in 2 Visible helical cutting insert 16A, which is positioned relative to the tool axis 24, from the cutting part block 30.

Während die Spannuten 18G, die parallel zur Achse 24 verlaufen und durch eine axiale lineare Bewegung einer Schleifscheibe hergestellt werden können, werden die den Schneideinsätzen 16A zugeordneten Spannuten 18A dadurch gebildet, dass eine parallel zum Schneideinsatz 18A verlaufende wendelförmige Nut in den Schneidteil 14 eingefräst wird. Dadurch, dass die einander im Wesentlichen diametral gegenüberliegenden Spannuten 18A zueinander gegensinnig zur Achse 24 des Werkzeugs angestellt sind, endet der in 2 gezeigte Schneideinsatz 16A in einem größeren Abstand A von der Stirnseite des Werkzeugs als der diametral gegenüberliegende, in 1 sichtbare Schneideinsatz 16A.While the flutes 18G, which run parallel to the axis 24 and can be produced by an axial linear movement of a grinding wheel, the flutes 18A assigned to the cutting inserts 16A are formed by milling a helical groove running parallel to the cutting insert 18A into the cutting part 14. Because the flutes 18A, which are essentially diametrically opposed to one another, are positioned in opposite directions to the axis 24 of the tool, the in 2 cutting insert 16A shown at a greater distance A from the face of the tool than the diametrically opposite one, in 1 visible cutting insert 16A.

Der Anstellwinkel der Schneideinsätze 16A zu einer durch Achse 24 und durch den Schneideinsatz 16A verlaufenden Ebene kann in weiten Grenzen variiert werden. Er liegt beispielsweise im Bereich zwischen 10 und 15°. Die Schneideinsätze 16A können - ebenso wie die zugeordneten Spannuten 18A - wendelförmig verlaufen. Es ist gleichermaßen möglich die Schneideinsätze als ebene Körper auszubilden.The angle of attack of the cutting inserts 16A to a plane running through the axis 24 and through the cutting insert 16A can be varied within wide limits. For example, it is in the range between 10 and 15°. The cutting inserts 16A can - like the associated flutes 18A - run helically. It is equally possible to design the cutting inserts as flat bodies.

Während der in 1 sichtbare, zur Werkzeugachse 24 angestellte Schneideinsatz 16A eine Nebenschneide 26A ausbildet, die auf gleicher Höhe mit den Nebenschneiden 26G der Schneideinsätze 16G liegt, trifft dies für den axial verkürzten Schneideinsatz 16A gemäß 2 nicht zu.During the in 1 Visible cutting insert 16A set to the tool axis 24 forms a secondary cutting edge 26A, which is at the same height as the secondary cutting edges 26G of the cutting inserts 16G, this applies accordingly to the axially shortened cutting insert 16A 2 not to.

Abweichend von dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann das gesamte Werkzeug, das heißt der Schaft, der Schneidteil und die Schneiden aus Vollhartmetall bestehen.Deviating from the exemplary embodiment shown, the entire tool, i.e. the shaft, the cutting part and the cutting edges, can be made of solid carbide.

Die Anzahl der Schneideinsätze und auch die Teilung kann beliebig variiert werden, solange zumindest zwei Hauptschneiden vorhanden sind, die zur Drehachse und zueinander gegensinnig angestellt sind.The number of cutting inserts and also the pitch can be varied as desired, as long as there are at least two main cutting edges that are positioned in opposite directions to the axis of rotation and to each other.

Die Erfindung schafft somit ein Fräswerkzeug zum Fräsen faserverstärkter Kunststoffe, mit einem Schaft und einem Schneidteil mit einer Vielzahl von am Umfang ausgebildeten Hauptschneiden und dazwischen liegenden Spannuten. Die Hauptschneiden sind von leistenartigen Schneideinsätzen gebildet, die aus einem Hartstoff, wie z.B. Vollhartmetall oder PKD bestehen, wobei zumindest zwei Hauptschneiden zueinander gegensinnig zur Drehachse angestellt sind.The invention thus creates a milling tool for milling fiber-reinforced plastics, with a shaft and a cutting part with a plurality of main cutting edges formed on the circumference and flutes in between. The main Cutting edges are formed by strip-like cutting inserts which consist of a hard material, such as solid carbide or PCD, with at least two main cutting edges being positioned in opposite directions to the axis of rotation.

Claims

Milling tool for milling fiber-reinforced plastics, with a shaft (12) and a cutting part (14) with a plurality of main cutting edges formed on the circumference and chip grooves (18A, 18G) in between, the main cutting edges being formed by strip-like cutting inserts (16A, 16G), which consist of a hard material, such as solid carbide or PCD, with at least two main cutting edges (16A) positioned in opposite directions to one another to the tool axis or rotation axis (24) and each supported over their entire length (LG, LA) by the cutting part (14). are, characterized in that the main cutting edges alternately run axially parallel and in opposite directions to the tool axis (24), the main cutting edges (16a) which are set in opposite directions to the axis of rotation run helically, the axially parallel main cutting edges (16G) are essentially diametrically offset from one another, the Tool axis (24) main cutting edges (16A) set in opposite directions lie essentially in the middle between them, and the cutting inserts (16A) running in opposite directions end at a different distance (A) from an end face of the tool.

milling tool Claim 1 , characterized by an unequal main cutting edge pitch.

milling tool Claim 1 or 2 , characterized in that at least the cutting part (14) of the milling tool is made of solid carbide.

Milling tool (10) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized by a shaft (12) that is larger in diameter than the cutting part (14).

Milling tool according to one of the Claims 1 until 4 , characterized by secondary cutting edges (26A, 26G) formed on the front side of the cutting part (14).

Milling tool according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the main cutting edges (16A) set to the axis of rotation (24) are set at an angle to a plane running through the milling tool axis (24) which is between 10 and 50 °.