SE528016C2 - Svarvskär med en skarp övergång mellan en första och en andra egg - Google Patents

Description

00 Û 000 0 0 00 0 0000 0 I a u 000 angg 0000 0 0 000 00 0 00 0 I Il I I 0 u 0 0 000 0000 10 U 20 25, UJ Ö 35 528 016 2 ret har en uttalad nos med påtaglig radie, eller då den ytav- strykande eggen, t ex på ett kvadratiskt skär, endast utgörs av ett rundat hörnparti mellan två raka huvudskäreggar, verk- 'ställs ytavstrykningen - efter det att spånan avskilts av huvudskäreggen - endast utmed ett väsentligen infinitisimalt parti av den runda eggen, nämligen i den tangeringspunkt på eggen som är närmast den geometriska rotationsaxeln för det roterande arbetsstycket. I synnerhet i det sistnämnda fallet, dvs. skär med jämförelsevis små, ytavstrykande hörneggar, kom- mer större delen av spånan, förutsatt att skärdjupet är stort och ställvinkeln konventionell, dvs. 45°, att erhålla tvärs- nittsvis rak form, dock med undantag för den kant på spånan, som förefinns närmast den ytavstrykande tangeringspunkten på hörneggen. Vid små skärdjup av det slag som är karakteristiska för bearbetning av hårda material ökas dock den del av spånan, som är välvd i proportion till minskningen av skärdjupet.

Svarvskär av ovan allmänt beskrivet slag är tidigare kända genom bl.a. US 5 226 761 och US 6 612 786 Bl.

I syfte att förbättra tidigare kända svarvskär, i syn- nerhet med avseende på ökad livslängd genom reducerad grop- eller hörnförslitning, men även i syfte att reducera mängden kvarblivande material i hålkälet efter avslutad bearbetning, har utvecklats ett skär, som är föremål för den svenska (icke_ publicerade) patentansökningen SE 0301323-2. Emellertid har även detta skär den ofullkomligheten att det enskilda hörnet i 'anslutning till den spånavskiljande huvudskäreggen har gene- rellt rund form, närmare bestämt genom att vara utförd i s.k. wiper-teknologi, dvs. övergången mellan den enskilda huvud- skäreggen och en släppningskant utgörs av två eller flera cir- kelsegment med olika krökningsradier. Med andra ord erhåller även i detta fall den avskilda spånan i omedelbar närhet av det ytavstrykande eggsegmentet en krökt form, som ger förhöjd värmeutveckling och därmed gropförslitning i omedelbar närhet av det ytavstrykande eggsegmentet. Medan den kant på spånan, som är fjärmad från det ytavstrykande eggsegmentet, får full tjocklek, kommer den motsatta kanten att icke blott erhålla krökt form, utan även en successivt.reducerad tjocklek, som resulterar i att det allra yttersta kantpartiet, som alstras i det_ytavstrykande eggsegmentets omedelbara närhet, blir såg- OI c too o nu I Il 0 Docu Id u n n u o o I o oc. nu..

C c o cool o IC Ica call s nu; 10 15 20 25 30 35 --I-nnIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII 528 016 3 tandformat. Dylika sågtandformationer i nämnda spànkant är menliga i flera avseenden, bl.a. genom att bidra till förslit- ning av skäret, och att göra spànorna extra vassa och rispiga (innebärande att spánorna kan ge upphov till skador i omgiv- iningen i samband med efterhanteringen).

Uppfinningens syfte och särdrag Föreliggande uppfinning tar sikte på att undanröja ofullkomligheterna hos svarvskäret enligt SE 0301323-2 och skapa ett förbättrat svarvskär. Ett primärt syfte med uppfin- ningen är därför att skapa ett i synnerhet för bearbetning av hårda material avsett skär, som förmår alstra en spána, som är i huvudsak rak utmed hela sin bredd, och som därför kräver minimal energiátgång och därmed ger minimal värmeutveckling, närmare bestämt i det yttersta syftet att öka skärets livs- längd. Ett ytterligare syfte är att skapa ett skär, vars even- tuella förslitning sker på ett så stort avstånd som möjligt från den ytavstrykande eggen för att långvarigt säkerställa goda prestanda med avseende på slätheten hos den bearbetade ytan.

Enligt uppfinningen nås åtminstone det primära syftet medelst de särdrag,,som är angivna i patentkravets 1 känne- tecknande del. Fördelaktiga utföranden av det uppfinningsen- liga skäret är vidare definierade i de osjälvständiga kraven 2-9.

Sammanfattning av uppfinningen .

Uppfinningen bygger på tanken att utföra den spånavskil- jande eggen eller huvudskäreggen rak utmed hela dess längd, och forma övergången till en anslutande, ytavstrykande egg i form av en skarp övergång. Med fördel är även den ytavstrykan- de eggen rak, åtminstone i anslutning till den skarpa över- gången. Vid slipade skär åstadkoms den skarpa övergången eller det skarpa hörnet genom att släppningsytorna i anslutning till- respektive eggar slipas i plan, som utbreder sig i trubbig vinkel med varandra (innebärande att övergången mellan de båda släppningsytorna kommer att utgöras av en rak, je)- skarp brytlin- Vid direktpressade skär tillses att de båda ytor i formen nu I ola 0 0 nu I call I O 0 One nina OI 0 I con U tunna 0 n .III . O Oøuo Ino 0 I 0 I QOO 10 H 20 25 30 35 528 016 4 som skall avgränsa de båda släppningsytorna löper samman i ett rakt eller linjärt hörn.

"Kort beskrivning av bifogade ritningar På ritningarna är: Fig 1 en schematisk vy visande dels ett i ett svarvverktyg applicerat skär enligt uppfinningen, dels ett roterande arbetsstycke under bearbetning, _Eig 2 en förstorad, schematisk perspektivvy visande skäret enligt uppfinningen, Fig 3 en planvy av skäret illustrerande olika geometriska data hos detta, Fig 4 en ändvy av skäret enligt fig 3, Fig 5 en ytterligare förstorad, partiell planvy av ett verk- samt hörnparti av skäret under bearbetning av arbets- stycket, _ Fig 6 och 7 ytterligare partiella planvyer av skärets ena hörnparti.

Detaljerad beskrivning av ett föredraget utförande av uppfin- ningen I fig l betecknar 1 generellt ett i enlighet med uppfin- ningen utfört skär, som tillsammans med en bom eller ett skaft' 2 bildar ett svarvverktyg. Ett med 3 betecknat arbetsstycke, t ex en axel eller liknande, är roterbart kring en centrumaxel C, närmare bestämt i riktning av pilen R. Vanligast är arbets- stycket fastspänt i roterbara chuckar, medan verktyget är rör- ligt utmed arbetsstycket, t ex parallellt med centrumaxeln C.

Den relativa matningsriktningen mellan verktyget och arbets- stycket indikeras av pilen P. I skäret ingår en spånavskil- jande, verksam huvudskäregg 4, vars vinkel mot matningsrikt- ningen P (som i och för sig skulle kunna bilda vinkel med den geometriska centrumaxeln C) utgör eggens s.k. ställvinkel k°.

Verktygets matning betecknas f, medan skärdjupet är betecknat ap. ' Nu hänvisas till fig 2, som i perspektiv visar skärets utformning. Ehuru uppfinningen är tillämpbar även på skär med endast en enkel huvudskäregg jämte en samverkande, ytavstry- kande egg, exemplifieras densamma i samband med ett skär, som annu o: o 1 o o u o n :nu neon an; 0 o .oo g.

IQ g I :I 0 c IC 0 0 o n on un: n 10 15 20 25 30 35 528 016 5 vid två diametralt motsatta hörn 5 uppvisar par av identiska huvudskäreggar 4 jämte ytavstrykningseggar 6. Med andra ord inbegriper skäret enligt exemplet inalles fyra huvudskäreggar '4. Generellt har skäret polygonal, primatisk grundform, och innefattar en ovansida 7, som är parallell med en undersida 8.

Mellan ovan- och undersidan sträcker sig en runtomgående sido- yta generellt betecknad 9. I denna runtomgàende sidoyta ingår ett antal delytor betecknade 10, ll, 12, 13 och 14, av vilka delytorna ll och 12 bildar släppningsytor i anslutning till eggarna 4, 6. På gängse sätt utgörs eggarna 4, 6 av kanter mellan skärets ovansida och släppningsytorna.

I exemplet är ovansidan 7, som utgör skärets spànbry- tande del, endast schematiskt visad. Med andra ord gör skärets ovansida ej anspråk på att bilda en färdigutvecklad skärgeome- triyta. Dock illustreras i anslutning till ytans periferi en rännliknande fördjupning S, avsedd att tjäna såsom spànbry- tare. Med andra ord skall skäret i praktiken inbegripa medel för att snarast möjligt efter avskiljning av en spàna från arbetsstycket, tvinga densamma ur kontakt med skäret.

I exemplet har skäret neutral eller negativ geometri, såtillvida att samtliga delytor ingående i sidoytan 9 sträcker sig i rät vinkel mot ovan- och undersidorna 7, 8. Skäret skulle dock lika väl kunna ha positiv skärgeometri, dvs. vara utformat med en sidoyta, som utbreder sig i spetsig vinkel mot ovansidan. I detta sammanhang må även nämnas att skäret kan vara dubbelsidigt, dvs. vara utformat med en spànbrytande skärgeometri även på sin undersida 8. 4 Så långt det visade skäret hittills beskrivits är det- samma i allt väsentligt tidigare känt.

A Nu hänvisas till fig 3-7, som i förstorad skala illust- rerar det för uppfinningen nya och karakteristiska.

I fig 3 betecknar B en diagonallinje mellan hörnen 5, vilken bildar en bisektris för paren av huvudskäreggar 4. En andra bisektris Ba sträcker sig mellan de båda övriga, sins- emellan diametralt motsatta hörnen Sa på skäret. Förutom huvudskäreggen 4 och den ytavstrykande eggen 6 inbegrips i skäret fyra i anslutning till delytorna 13 utformade släpp- ningskanter 15, som sträcker sig utmed större delen av varje sida av skäret, närmare bestämt från den enskilda eggen 6 till OO 0 00 0 0000 I I oo o I o q 0 I t o o o n Ino 0090 non c c o a anno I I oo oc: unna o non o n 0 0 oo o 0 I O O I 10 15 20 25 30 35 528 016 6 en bàgformig kant 16 i anslutning till den konvext välvda hörnkantytan 14. Dessutom förefinns i anslutning till delytan 10 en ändkant 17, som sträcker sig mellan närbelägna huvud- skäreggar Ã'vid vart och ett av hörnen 5 (se ävenffig il.

Vinkeln d mellan släppningskanterna 15 i anslutning till det enskilda hörnet 5 är med fördel spetsig och uppgår i det visade exemplet till 80°. Vinkeln dl mellan den enskilda släpp- ningskanten 15 och bisektrisen B är sålunda 40°. Härav följer att vinkeln B är trubbig och uppgår till l00°, varvid vinkeln &_mellan bisektrisen Ba och den enskilda släppningskanten 15 uppgår till 50°. Radien för hörnkanterna 16 saknar betydelse. vinkeln 2 mellan den enskilda eggen 6 och bisektrisen B är större än vinkeln dl och uppgår i exemplet till 45°. Vinkeln V mellan huvudskäreggen 4 och bisektrisen B är ännu större och uppgår i exemplet till 55”. Den under normala omständigheter overksamma ändkanten 17 kan med fördel vara rak och sträcka sig i rät vinkel Å mot bisektrisen B.

Huvudskäreggens 4 längd L4 kan variera högst avsevärt i beroende av skärets storlek, önskat skärdjup och mängden mate- rial, som kan tillåtas kvarbli i ett hålkäl. I praktiken kan dock måttet L4 ligga inom spannet 0,5 - 2 mm, lämpligen 0,8 - 1,5 mm. Eggen 6 är däremot betydligt kortare och kan ha en längd L6, av omkring 0,3 mm. Detta mått kan emellertid varie- ras såväl uppåt som nedåt. Ändkantens 17 längd Ll7 har under- ordnad betydelse i funktionellt hänseende, men kan i praktiken ha ungefär.samma värde som egglängden L4.

Såsom inledningsvis pàtalats baserar sig uppfinningen på tanken att icke blott utföra huvudskäreggen 4 rak, utan fram- förallt låta densamma övergå i den ytavstrykande eggen 6 via en skarp övergång, som i de förstorade ritningsfigurerna 5-7 är betecknad 18. Begreppet ”skarp övergång” skall tolkas såsom frånvaron av varje form av medvetet åstadkommen bågform hos eggen i den punkt där huvudskäreggen 4 övergår i den ytavstry- kande eggen 6. Därest skäret slipas åstadkoms den skarpa över- gången 18 genom att släppningsytorna 11, 12 slipas i plan som utbreder sig i en trubbig vinkel (i exemplet l70°) mot varand- ra, varvid ytorna övergàr i varandra via en rak brytlinje 19.

Med andra ord definieras övergången 18 av den skarpa eller prismatiska punkt, där eggarna 4 och 6 möter brytlinjen 19. l QnOOI 0 o Own I I 10 15 20 25 30 35 528 016 7 Såsom tidigare nämnts kan den ytavstrykande eggen 6, i likhet med huvudskäreggen 4, vara rak, åtminstone i anslutning till den skarpa övergången 18. Med fördel är eggen 6 rak utmed "hela sin längd L6, varefter den övergår i en släppningskant 15 via en övergång 20. Formen hos denna övergång 20 är av under- ordnad betydelse, såtillvida att den kan vara antingen skarp eller mjukt rundad.

Därest tillverkningen sker genom direktpressning utan slipning) bildas den skarpa övergången 18 på enahanda sätt, dvs. genom en strävan att låta eggarna 4, 6 mötas i en punkt, som korsas av en brytlinje 19 mellan släppningsytorna 11, 12. I detta fall kan emellertid övergången erhålla en svag rundning på grund av formpressningsoperationen. För att över- gången fortfarande skall vara att betrakta sàsom skarp bör (dvs. ~eventuella, oavsiktliga rundheter dock ej ha en radie som överskrider 0,1 mm. Lämpligen bör den maximala rundhetens radie ej överskrida 0,05 mm. Eventuella övergångar med rundhe~ ter under detta värde, t ex 0,03 mm, är dock att betrakta »såsom skarpa. Övergången 21 mellan ändkanten 17 och den enskilda huvudskäreggen 4 (se fig 6) är i exemplet visad såsom en skarp övergång av samma slag som övergången 18. Med andra ord är övergången skapad genom att delytan 10 är plan och övergår i den plana delytan 11 via en rak brytlinje 22 (se fig 2), som sträcker sig genom skärningspunkten mellan eggen 4 och ändkan- ten 17. 1 detta sammanhang skall dock påpekas att det även är tänkbart att utföra övergången 21 såsom en radieövergàng.

Nu hänvisas till fig 5 som i mycket förstorad skala visar huvudskäreggens 4 ingrepp med arbetsstycket 3. Under normala omständigheter vid bearbetning av hårda material är skärdjupet ap begränsat till området 0,05 - 0,3 mm och uppgår vanligen till ca 0,15 mm. I verksamt tillstånd enligt fig 3 är den ytavstrykande, raka eggen 6 parallell med matningsrikt- ningen P (och i exemplet parallell med arbetsstyckets geomet- riska rotationsaxel C). I beroende av ställvinkeln K kommer huvudskäreggen 4 att utmed en större eller mindre del av sin längd i anslutning till övergången 18 att avskilja spånor (ej visade) från arbetsstycket. I och med att eggen 4 är rak hela vägen fram till övergången 18, kommer spånan ~ oavsett aktuell 10 15 20 25 30 35 528 016 8 bredd - att vara rak och jämntjock utmed hela sin bredd, var- vid spànan i sin helhet avskiljs i riktning vinkelrätt mot eggen. Detta innebär för det första att spånavskiljningen sker 'under minimal värmeutveckling, och för det andra att spånan träffar skärets spånbrytande ovansida i en punkt som är opti- malt fjärmad från den ytavstrykande egg 6, som bestämmer slät- heten hos den bearbetade mantelytan 23 på arbetsstycket. Med andra ord motverkas gropförslitning i omedelbar anslutning till den ytavstrykande eggen 6, vars funktionsduglighet säker- ställs under en lång, effektiv driftstid. Med andra ord för- längs skärets livslängd i jämförelse med svarvskär, vilka i det kritiska området mellan den spânavskiljande eggen och den ytavstrykande eggen inbegriper rundade eggpartier, t ex av wiper-typ. v I praktiken kan det uppfinningsenliga skäret förfärdigas av allehanda hårda material, såsom kubisk bornitrid, hårdme- tall, keramik, diamant, etc. Dock förutses i första hand en tillverkning baserad på kubisk bornitrid (CBN). Skäret är sär- skilt lämpat för bearbetning av hårda material, såsom härdat stål, varvid svarvningen genomförs under tillämpning av små skärdjup ap. I samband med dylik bearbetning erbjuder skäret ett flertal fördelar, såsom ökad livslängd (genom reducering av värmeutvecklingen), optimerad spànform, förbättrade skär- kraftsriktningar och en reduktion av restspänningarna i det bearbetade arbetsstycket.

Det skall påpekas att begreppet ”ställvinkel” i grunden relaterar till det sammansatta svarvverktyget och dettas för- flyttning relativt arbetsstycket, snarare än till ett enskilt skär som sådant. I och med att den ytavstrykande, raka eggen 6 i verksamt tillstånd inställs parallellt med matningsriktning- en, varvid den spånavskiljande eggen 4 bildar en viss vinkel mot en tänkt linje i förlängning av avstrykareggen är dock begreppet ställvinkel att betrakta som relevant, såväl i före- gående beskrivning som i efterföljande patentkrav. -_Ovannämnda ställvinkel K utgör skillnaden mellan huvud- skäreggens 4 bisektrisvinkel y och den ytavstrykande eggens 6 bisektrisvinkel s. I exemplet uppgår denna skillnad till l0°.

Ehuru just lO° utgör en föredragen ställvinkel kan ställvin- keln varieras såväl uppåt som nedåt. Dock bör ställvinkeln ej l 0 I 0000 I C 0 0 000 III! 0000 0 0. 000 0 00 00 0 0 0 0 0 I 000 0000 10 15 528 016 9 överskrida 30° och med fördel ligga under 20°. Å andra sidan bör ställvinkeln ej underskrida 3°, företrädesvis 5°. I prak- tiken torde ställvinkeln för flertalet skär tillverkade i enlighet med uppfinningen ligga inom området 5-15, lämpligen 8-l2°.

I detta sammanhang må nämnas att bisektrisvinklarna du ßl, s och y kan variera högst avsevärt, såväl uppåt som nedåt frán de tidigare exemplifierade värdena, alldeles oavsett vil- ken ställvinkel K som väljs.

Det må även nämnas att endast huvudskäreggen 4 under normala omständigheter är verksam för att avskilja spànan. Med andra ord sväljer huvudskäreggen normalt hela skärdjupet ap.

Emellertid kan arbetsstycket ha ojämnheter som innebär att även den del av ändkanten 17, som ansluter sig till huvudskär- eggen 4, tillfälligt kommer att delta i den spànavskiljande operationen. Med andra ord kan även ändkanten l7 momentant verka såsom en spánavskiljande egg.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 528 016 10' Patentkrav

1. Svarvskär, innefattande ett hörn (5) med två mellan en spånbrytande yta (7) och släppningsytor (11, 12) utformade eggar (4, 6), av vilka en första (4) är spânavskiljande och en. andra (6) ytavstrykande, k ä n n e t e c k n a t därav, att den första eggen (4) är rak och övergår i den andra eggen (6) via en skarp övergång (18).

2. Svarvskär enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att även den andra, ytavstrykande eggen (6) är rak.

3. Svarvskär enligt krav 1 och 2, k ä n n e t e c k - n a t därav, att den skarpa övergången (18) mellan sagda första.och andra eggar (4, 6) är prismatisk och åstadkommen genom att släppningsytorna (11, 12) i anslutning till desamma är formade i plan, som utbreder sig i en trubbig vinkel mot varandra och övergår i varandra via en brytlinje (19), som korsar mötespunkten mellan eggarna.

4. Svarvskär enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t därav, att den första eggen (4) har en ställvinkel (K), sådan denna definieras såsom vinkeln mellan nämnda egg och en tänkt rät linje i förlängning av den andra eggen (6), som uppgår till högst 30°.

5. , Svarvskär enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t därav, att den första eggen (4) har en ställ~ vinkel (K), sådan denna definieras såsom vinkeln mellan nämnda egg och en tänkt rät linje i förlängning av den andra eggen (6), som uppgår till minst 3°.

6. Svarvskär enligt något av föregående krav, k"ä n n e - t e c k n a t därav, att detsamma innefattar två diametralt motsatta hörn (5), som var för sig inbegriper ett par identiska första eggar (4) jämte samverkande andra eggar (6), varvid de andra eggarna (6) bildar en spetsig vinkel (e) med en bisektris (B) för desamma, medan var och en av de båda 10 ß 528 016 N första eggarna (4) med sama bisektris (B) bildar en vinkel (Y), som är större än den förstnämnda vinkeln (s).r k ä n n e t e c k n a t därav, sträcker sig en ändkant

7. ) Svàrvskär enligt krav 6, att mellan de båda första eggarna (4) (17), som är åtminstone partiellt rak. k ä n n e t e c k n a t därav, och varje första

8. Svarvskär enligt krav 7, att en övergång (21) mellan ändkanten (17) egg (4) är skarp.

9. Svarvskär enligt något av kraven 6-8, k ä n n e t e c k - att vid sin från den första eggen (4) fjärmade som n a t därav, ände övergår den andra eggen (6) i en släppningskant (15), är rak och som med sagda bisektris (B) bildar en vinkel (afl som är mindre än de andra eggarnas (6) bisektrisvinkel (2).