DE1602864C3 - Schneideinsatz für ein Schneidwerkzeug der spanabhebenden Bearbeitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen polygonalen Schneidein-' satz aus Hartmetall für ein Schneidwerkzeug der spanabhebenden Bearbeitung, der in einer zur Haupt- und Nebenschneide hin geneigten Ausnehmung des Werkzeugschaftes festklemmbar ist und der mit einer parallel zu den Schneidkanten angeordneten, durchlaufenden Spanbrechernut versehen ist, deren äußere Flanke mit der die Freiläufe bildenden Umfangsfläche des Schneideinsatzes einen spitzen Winkel einschließt.

Ein solcher Schneideinsatz ist aus der FR-PS 14 04 946 bekannt. Indem dabei die Ausnehmung am Werkzeugschaft, in welcher der Schneideinsatz fcstklemmbar ist, zur Haupt- und Nebenschneide geneigt ist, erhält man — bei dem erforderlichen Freiwinkel an Haupt- und Nebenschneide — auch einen positiven Spanwinkel an Haupt- und Nebenschneide. Und zwar kann ein solcher Schneideinsatz wahlweise in einen Halter für negative Spanwinkel wie in einen Halter für positive Spanwinkel eingesetzt werden, man braucht also nicht extra einen gesonderten Halter für positive Spanwinkel neben einem Halter für negative Spanwinkel.

Dank der durchlaufenden, also um die Ecken umlaufenden Spanbrechernut kann der Schneideinsatz gleich gut rechtsgängig und linksgängig eingesetzt werden.

Jedoch ist bei dem bekannten Schneideinsatz dieser Art die Spanbrechernut über ihre gesamte Länge mit gleichbleibendem Querschnitt ausgebildet; die Schneidkanten erscheinen also in Draufsicht auf die Freiflächen als gerade Linien. Bei dieser Form der Spanbrechernut mag zwar ein relativ leichter, dünner Span ausreichend beeinflußt und gebrochen werden, diese über ihre ganze Länge gleichbleibende Spanbrechernut ist aber nicht an dickere Späne angepaßt und vermag diese nicht ausreichend zu führen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Schneideinsatz dieser Art zu schaffen, bei dem eine bessere Führung und Brechung des ablaufenden Spans über einen größeren Zerspanungsbereich erzielt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß die Schneidkanten an der Freifläche zwischen den Schneidecken in einem konkaven Bogen verlaufen und daß die innere Flanke der Spanbrechernut steil zu der jeweiligen Auflage-Deckfläche des Schneideinsatzes ansteigt.

Dank dieser Ausbildung werden — außer den eingangs genannten Vorteilen des bekannten Schneideinsatzes — gleichzeitig die verbesserte Führung und Brechung des Spans über einen größeren Zerspanungsbereich erzielt. Bei der erfindungsgemäßen Formgebung verlaufen die Schneidkanten — in Draufsicht auf die Freiflächen gesehen — nicht mehr wie bisher geradlinig, sondern sie fallen von den Schneidecken zum mittleren Bereich der Schneidkante nach unten hin ab; diesen so konkav gewölbten Schneidkanten liegt jeweils eine zu den Auflage-Deckflächen hin steil ansteigende innere Spanbrecherflanke gegenüber. Dabei nimmt also von den Ecken zum mittleren Bereich hin die Tiefe der Spanbrechernut und demzufolge die Höhe der Spanbrecherflanke zu. Ein dickerer Span trifft bei dem erfindungsgemäßen Schneideinsatz also auf eine insgesamt breitere bzw. größere Spanbrechernut, wobei insbesondere die innere, die Spanbrecherflanke von den Ecken zum mittleren Bereich hin zunehmend größer wird. Daher werden dickere wie dünnere Späne gleich gut geführt und gebrochen.

Vorteilhaft ist der konkave Bogen, in welchem die Schneidkanten verlaufen, ein Kreisbogen. Die Schneidkanten sind also von den Verschneidungslinien zwischen jeweils einer Freifläche und einer Kugelfläche gebildet. Zweckmäßig sind dabei alle Schneidkanten jeweils an der Oberseite bzw. Unterseite des Schneideinsatzes von den Verschneidungslinien mit ein und derselben Kugel ι gebildet. Die Kugel- bzw. Kreisbogenform ist geometrisch am einfachsten und diese Form läßt sich an dem Preßwerkzeug zur Herstellung der Schneideinsätze am leichtesten ausbilden, auch können die Schneidkanten in dieser Form gegebenenfalls am leichtesten nachbearbeitet werden. Die innere Flanke jeder Spanbrechernut kann im Querschnitt gesehen konkav oder aber auch geradlinig sein.

Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.

Es zeigt i

F i g. 1 perspektivisch einen rechteckigen Schneidein- | satz gemäß der Erfindung, eingesetzt in die Ausnehmung des Werkzeugschaftes,
F i g. 2 in gleichartiger, perspektivischer Darstellung einen dreiseitigen Schneideinsatz,

F i g. 3 einen Schneideinsatz und Werkzeugschaft in \ Seitenansicht in Arbeitsstellung am Werkstück, '

Fig.3a in entsprechender Darstellungsweise einen Querschnitt durch den Werkzeugschaft bzw. eine j Draufsicht auf das Werkstück,

Fig.4 eine Draufsicht auf eine Auflage-Deckfläche eines quadratischen Schneideinsatzes,'
F i g. 5 eine Seitenansicht des Schneideinsatzes nach

•ig. 4,

F i g. 6 einen diagonalen Schnitt nach der Linie VI-VI η F i g. 4,

F i g. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII in F i g. 4,

Fig.8 einen Ausschnitt nach der Linie VIII-VIII in ^:; i g. 4,

Fig.9 bis 12 einen gleichseitig dreieckigen Schneideinsatz, und zwar

F i g. 9 in Draufsicht,

F i g. 10 im Schnitt nach der Linie X-X,

F i g. 11 in größerem Maßstab den Bereich einer jchneidecke im Schnitt und

F i g. 12 eine Schneidecke in Draufsicht,

Fig. 13 eine Draufsicht auf einen rhombischen Jchneideinsatz gemäß der Erfindung,

Fig. 14 einen Schnitt nach der Linie XIV-XIV in -ig. 13.

Weitere Ausführungsbeispiele sind in den folgenden figuren dargestellt, jeweils in Draufsicht und im Schnitt, ind zwar zeigen

Fig. 15 und 16 einen abgewandelten dreiseitigen schneideinsatz mit konvexen Umfangsflächen,

Fig. 17, 18 eine weitere Ausführung eines quadratichen Schneideinsatzes,

Fig. 19, 20 einen weiteren dreiseitigen Schneidein-,atz,

Fig.21, 22 einen weiteren rhombischen Schneidein-,atz und

Fig.23, 24 einen weiteren Schneideinsatz mit -.onvexen Umfangsflächen, wobei die Schneideinsätze iemäß Fig. 17 bis 24 relativ tiefe Spanbrechernuten, ind zwar nur auf einer Auflage-Deckfläche haben,

Fig.25, 26 in Drauf- und Seitenansicht einen 'weiseitigen, kreisförmigen Schneideinsatz und

F i g. 27, 28 ebenfalls in Draufsicht und Seitenansicht ■inen einseitigen, kreisförmigen Schneideinsatz.

Gemäß Fig. 1 hat der Werkzeugschaft 10 an einem linde eine Ausnehmung 12 zur Aufnahme eines Schneideinsatzes 14, der auf einer Unterlegscheibe 16 in ler Ausnehmung ruht. Einsatz und Unterlegscheibe sind lurch bekannte Mittel befestigt, sie können eine 'entrale Bohrung zur Aufnahme einer Klemmschraube laben. In Fig. 1 ist eine solche Bohrung mit 18 gezeichnet. Es kann dabei ein Spannbolzen vorgesehen .ein, der sich in die Bohrung 18 hineinerstreckt und den •Ichneideinsatz gegen die rückwärtigen Wände der Ausnehmung drückt und festhält. Der Schneideinsatz <ann aber auch (bzw. zusätzlich) mit der in Fig.3 iestrichelt angedeuteten Klemmpratze 17 befestigt werden.

Gemäß Fig.2 ist ein Werkzeugschaft 20 mit einer \usnehmung 22 an seinem vorderen Ende gezeigt, die ■lur eine einzige rückwärtige Wandung hat. In der \usnehmung 22 ruht auf einer Unterlegscheibe 26 ein lreiseitiger Schneideinsatz 24.

Gemäß Fig.3 wird ein Werkstück 30 durch ein Werkzeug mit Schneideinsatz 32 abgedreht. Die Freifläche 34 des Schneideinsatzes hat einen Freiwinkel Λ gegenüber dem Werkstück. Der Freiwinkel A kann 5 !5IS 10° betragen. Die Schneidkante 36 ist gebildet durch lie Kante zwischen der oberen Auflage-Deckfläche und der Freifläche 34.

Durch die in der Schneidkante auslaufende Spanbre-.'hernut wird ein positiver Spanwinkel B bestimmt, der ie nach den Umständen 5 bis 15° oder mehr beträgt (bei !linsatz eines Schneideinsatzes ohne Spanbrechernut lagegen würde sich ein sog. »negativer« Spanwinkel C orgeben, der im wesentlichen so groß wie der Freiwinkel A wäre).

Die der Fig.3 entsprechende Fig.3a zeigt den Freiwinkel E sowie den Spanwinkel D an der jeweils anderen in je einer Schneidecke zusammenstoßenden Schneide (Haupt- bzw. Nebenschneide) des Schneideinsatzes.

Die besondere Gestaltung der Spanbrechernut gemäß der Erfindung ist im einzelnen aus den im größeren Maßstab gezeichneten folgenden Figuren besser ersichtlich.

F i g. 4 bis 8 zeigen einen quadratischen Schneideinsatz. Der Schneideinsatz 40, beispielsweise aus Wolframkarbid, hat eine zentrale Bohrung 42 zur Befestigung. Der Grundform nach besteht der Schneideinsatz aus einem rechteckkantigen — in Draufsicht quadratischen — Plättchen. Die Ecken (in Draufsicht gesehen) sind abgerundet. Die Freifläche 44 wird von der Umfangsfläche, also den Schmalseiten, gebildet. Auf der Oberseite bzw. Unterseite ist je eine an den Ecken durchlaufende bzw. umlaufende Spanbrechernut 50 vorgesehen. Die äußere Flanke 52 der Spanbrechernut 50 läuft in der Schneidkante aus. Und zwar verläuft dabei die Schneidkante 36 zwischen je zwei Schneidekken 200 in einem konkaven Bogen. Die innere Flanke 54 dagegen steigt steil zu der Auflage-Deckfläche 56 des Schneideinsatzes an. Die äußere Flanke 52 der Spanbrechernut ist sphärisch geformt.

Alle vier äußere Flanken 52 sind vorzugsweise Teil einer einzigen (gedachten) Kugel, deren Mittelpunkt senkrecht über dem Mittelpunkt des Schneideinsatzes liegt (Fig.4, 5 und 7). Radius und Mittelpunkt dieser (gedachten) Kugel sind so gewählt und angeordnet, daß die Schneidecken 200 in einer Ebene mit der Auflage-Deckfläche 56 liegen, während die Schneidkante zwischen den Schneidecken wie erläutert in einem konkaven Bogen verlaufen.

F i g. 8 zeigt in größerem Maßstab die Anordnung und Ausbildung der Spanbrechernut 50 im Querschnitt. Die äußere Flanke 52 ist in beiden Richtungen gebogen, während die innere, steil ansteigende Flanke 54 im Querschnitt im wesentlichen gerade ist Die innere Flanke 54 kann aber auch kurvenförmig sein.

Die Spanbrechernut 50 ist also am engsten und am flachsten an den Ecken und nimmt von den Ecken zur Mitte jeder Schneidkante allmählich an Weite und Tiefe zu. Von den Schneidecken zum mittleren Bereich jeder Schneidkante hin ragt die innere Flanke 54, also die eigentliche Spanbrecherflanke, mehr und mehr über die nach unten abfallende Schneidkante hervor; ein dickerer Span trifft also auf eine zunehmend stärkere Spanbrecherflanke.

In einer mittleren, abgerundeten Region 62 von verhältnismäßig kleinem Radius gehen äußere 52 und innere 54 Flanken ineinander über.

Bei den dreiseitigen Schneideinsätzen gemäß F i g. 9 bis 12 ist die Spanbrechernut 64 im wesentlichen wie gemäß F i g. 4 bis 8 ausgebildet Jedoch ist die äußere Flanke 66 dabei nicht wie bei Fig.4 bis 8 sphärisch ausgebildet, sondern zylindrisch. Statt von einer einzigen (gedachten) Kugel sind die äußeren Flanken 66 von drei (gedachten) Zylindern gebildet, deren Achsen über je einer Winkelhalbierenden liegen und zu der jeweils gegenüberliegenden Schneidecke geneigt sind.

Wie F i g. 12 zeigt, gehen je zwei benachbarte äußere Flanken 66/1, 66B an den Ecken mit passendem Radius 70 ineinander über, während die zugehörigen inneren Flanken 68a, 686 mit kleinerem Radius 74 ineinander übergehen.

Wie gemäß F i g. 4 bis 8 steigt die innere Flanke 68 relativ steil an zu der Auflage-Deckfläche 72.

Die Schneideinsätze nach F i g. 4 bis 8 wie nach 9 bis 12 sind beidseitig, d. h. auf beiden Auflage-Deckflächen mit den beschriebenen Spanbrechernuten versehen, sie können also umgewendet werden. Die Auflage-Deckfläche 56 bzw. 72 ist dabei für eine sichere Auflage groß genug.

Fig. 13 und 14 zeigen einen Schneideinsatz in rhombischer Form. Die Spanbrechernut 82 hat eine konkave äußere Flanke 84 und eine abrupt nach innen ansteigende innere Flanke 86 parallel zu jeder Schneidkante 80. Die äußere Flanke 84 ist wie bei F i g. 9 bis 12 von je einer Zylinderfläche gebildet.

Bei dem Schneideinsatz nach Fig. 15 und 16 weicht der Grundkörper 88 etwas von der Dreieckform ab. Und zwar sind sozusagen die Dreieckseiten nach außen gewölbt (in Draufsicht gem. Fig. 15 gesehen). Die Spanbrechernut 90 erstreckt sich wiederum umlaufend um den ganzen Schneideinsatz herum; ihre äußere Flanke 92 ist sphärisch, die innere Flanke 94 steigt wiederum abrupt zur Auflage-Deckfläche % an.

Die vorbeschriebenen Schneideinsätze haben Spanbrechernuten und Schneidkanten auf beiden Seiten, sie sind »zweiseitig« bzw. »umkehrbar«. Dabei muß die Auflage-Deckfläche groß genug sein, um eine sichere, stabile Auflage zu gewährleisten. Zu diesem Zweck sind die Radien der Kugeln bzw. Zylinder, nach denen die äußeren Flanken der Spanbrechernut geformt sind, relativ groß, so daß die zugehörigen Spanbrechernuten entsprechend flach sind, so daß also die Spanbrechernut selbst insgesamt relativ weit außen, randlich ausgebildet ist und dementsprechend eine entsprechend große Auflage-Deckfläche freiläßt.

Diese zweiseitigen Schneideinsätze haben einen relativ kleinen Freiwinkel, er kann bei Fig.4 bis 6 ungefähr 10° betragen. Für den steilen Anstieg der inneren Nutflanke kann ein Winkel von 100 bis 120° angegeben werden, gemessen im Querschnitt zwischen äußerer und innerer Nutflanke. Die äußere Flanke 52, 66,84,92 der Nut mißt dabei im Querschnitt etwa 1 mm bis 2,5 mm; die innere Flanke 54, 68, 86, 94 ist entsprechend schmaler, so daß, wie gesagt, eine relativ große Auflage-Deckfläche verbleibt.

Schneideinsätze gemäß der Erfindung können aber auch »einseitig« ausgebildet sein, also nur auf einer Seite eine umlaufende Spanbrechernut und dementsprechend Schneidkanten aufweisen. Solche Schneideinsätze sind in Fig. 17 bis 24 gezeigt. Und zwar wird man die Schneideinsätze dann einseitig ausbilden, wenn man tiefere, stärkere Spanbrechernuten haben will, die also eine relativ größere Fläche einnehmen, so daß eine zu kleine Auflage-Deckfläche übrigbleiben würde. Diese Einsätze sind wie diejenigen nach Fig.4 bis 16 ausgebildet, jedoch sind die Radien der die äußere Nutflanke bestimmenden Kugeln oder Zylinder entsprechend klein, so daß die Spanbrechernut tief und weit eingeschnitten wird (und also nur eine kleine Deckfläche verbleibt). Allerdings können auch Schneideinsätze mit diesen tiefen, großen Spanbrechernuten zweiseitig ausgebildet und auf entsprechend geformte Unterlegscheiben aufgelagert werden, insbesondere, wenn ein verhältnismäßig leichter Schnitt ausgeübt werden soll.

In Fig. 17 und 18 ist der Grundkörper mit 108, die Spanbrechernut mit 102, die sphärische äußere Flanke mit 104, und die steil ansteigende innere Flanke mit 106 bezeichnet. Der Freiwinkel beträgt hierbei 20 bis 30°. Der relativ kleine mittlere Bereich ist mit 110 bezeichnet.

Die Fig. 19 und 20 zeigen einen einseitigen dreieckigen Schneideinsatz 112 mit Nut 114. Die an die Freifläche 118 anstoßende äußere Flanke 116 der Nut ist zylindrisch; der Freiwinkel beträgt etwa 20 bis 30°. Die innere Flanke 120 ist gegenüber der äußeren Flanke mit ungefähr 110° geneigt.

Bei dem rhombischen einseitigen Schneideinsatz 122 nach Fig.21 und 22 ist die Freifläche mit 124, die Spanbrechernut mit 126, die äußere Nutflanke mit 128, die innere Nutflanke mit 130 bezeichnet. Der Winkel zwischen innerer und äußerer Nutflanke beträgt 130 bis 125°, es verbleibt nur eine relativ kleine mittlere Fläche 132.

Der einseitige von der Dreiecksform etwas abweichende Schneideinsatz 134 nach F i g. 23 und 24 weist die Spanbrechernut 136 mit äußerer Flanke 138 und innerer Flanke 142 auf, wobei zwischen beiden Nutflanken ein Winkel von ca. 115° eingeschlossen wird. Der zentrale Bereich ist mit 143 bezeichnet.

Die Fig.25 und 26 zeigen einen kreisförmigen Schneideinsatz 150 mit äußerer Umfangswandung 152 (Freifläche). Die umlaufende Spanbrechernut 154 weist eine· von einer einzigen Kugel dargestellte äußere Flanke 156 und eine abrupt ansteigende innere Flanke 158 auf; die zentrale innere Fläche ist mit 160 bezeichnet. Die verbleibende zentrale Fläche ist relativ groß, so daß dieser Schneideinsatz zweiseitig, also umkehrbar ist.

Der Schneideinsatz 162 gemäß F i g. 27, 28 dagegen ist einseitig ausgebildet, da der Radius der Kugel, welche die äußere Flanke 166 der Spanbrechernut 164 bestimmt, klein ist und die steil ansteigende innere Flanke 168 nur eine relativ kleine innere Fläche 170 übrigläßt.

Bezüglich der Bezeichnung »klein« oder »groß« der Kurvenradien der äußeren Flanken der Spanbrechernuten sei folgendes bemerkt: Bei einem zweiseitigen, quadratischen Schneideinsatz mit einer Kantenlänge von ungefähr 13 mm gilt ein Kurvenradius für die äußere Flanke von ca. 40 mm als »groß«. Ein gleich großer, aber nur einseitiger Schneideinsatz dagegen mag einen Kurvenradius von nur 16 bis 17 mm haben. Bei einem dreiseitigen Schneideinsatz, dessen drei Seiten einen eingeschriebenen Kreis von ca. 13 mm tangieren, mag ein Kurvenradius der äußeren Nutflanke von ungefähr 60 mm als »groß« gelten, wogegen ein Kurvenradius von 16 bis 25 mm »klein« wäre. Diese Beispiele dienen nur zur Illustration, die Ausführung der Erfindung ist darauf nicht beschränkt.

Ein mit der Erfindung erreichter Vorteil besteht darin, daß die Neigung des Schneideinsatzes, Späne unbestimmter Länge vom Werkstück abzuheben, weitgehend reduziert wird.

Die von einem erfindungsgemäßen Schneideinsatz abgeschnittenen Späne sind im Querschnitt etwas gebogen, so daß sie wenigstens bei bestimmten Materialien leichter abbrechen, wenn sie an der inneren Flanke der Spanbrechernut abgebogen werden; dieses Abbrechen wird eher erreicht als bei mehr oder weniger rechteckigen Spänen, wie sie bei herkömmlichen Schneideinsätzen anfallen. Der kurvenförmige Querschnitt der Späne resultiert daraus, daß die Spanbrechernut sowie auch die Schneidkante kurvenförmig ausgebildet sind.

Die erfindungsgemäßen Schneideinsätze können mit eingen Toleranzen nach herkömmlichen Verfahren hergestellt werden, wobei sie leicht einstellbar, umkehr-

bar und auswechselbar sind, ohne daß dadurch die Genauigkeit der Schneidarbeit beeinträchtigt wird. Wegen des spitzen Schneidwinkels der Schneidkanten werden die erfindungsgemäßen Schneideinsätze bei der Herstellung beispielsweise in ein abrasives Bad gegeben, um jeder Schneidkante eine gleichmäßige Umrißform mit einem Radius von ungefähr 0,025 mm zu geben.

Es sei bemerkt, daß — außer bei den kreisförmigen Schneideinsätzen, die innere Nutflanke — in Draufsicht

auf den Schneideinsatz gesehen — nach innen gebogen verläuft Hierdurch wird das gleichmäßige Brechen des Schneideinsatzes und überhaupt die Spankontrolle verbessert Der Schneideinsatz gemäß der Erfindung ist in Draufsicht 3seitig bzw. polygonal. Mit zunehmender Anzahl der Ecken des polygonalen Schneideinsatzes werden die abgerundeten Ecken natürlich immer flacher und man gelangt schließlich zu einem kreisförmigen Schneideinsatz.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

709 510/8

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Polygonaler Schneideinsatz aus Hartmetall für ein Schneidwerkzeug der spanabhebenden Bearbeitung, der in einer zur Haupt- und Nebenschneide hin geneigten Ausnehmung des Werkzeugschaftes festklemmbar ist und der mit einer parallel zu den Schneidkanten angeordneten, durchlaufenden Spanbrechernut versehen ist, deren äußere Flanke mit der die Freifläche bildenden Umfangsfläche des Schneideinsatzes einen spitzen Winkel einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkanten (36; 58; 80) an der Freifläche zwischen den Schneidecken (200) in einem konkaven Bogen verlaufen und daß die innere Flanke (54; 68; 86) der Spanbrechernut (50; 64; 82) steil zu der jeweiligen Auflage-Deckfläche (56; 72; 96) des Schneideinsatzes ansteigt.

2. Schneideinsatz nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der konkave Bogen, in welchem die Schneidkanten (36; 58; 80) verlaufen, ein Kreisbogen ist.

3. Schneideinsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Flanke (54; 68; 86) jeder Spanbrechernut im Querschnitt gesehen konkav oder geradlinig ist.

4. Schneideinsatz nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschneidungslinie zwischen der inneren Flanke (54; 68; 86) der Spanbrechernut und der Auflage-Deckfläche (56; 72; 96) nach innen zum Zentrum der Auflage-Deckfläche geschwungen verläuft.