WO2003051566A1

WO2003051566A1 - Schneidplatte

Info

Publication number: WO2003051566A1
Application number: PCT/EP2002/013697
Authority: WO
Inventors: Rudi HARTLÖHNER; Georg Wellein
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2004-06-18
Also published as: DE10162132B4; DE10162132A1; AU2002358595A1

Abstract

Eine Schneidplatte (1) mit einer mehreckigen Grundform zur spanabhebenden Werkstückbearbeitung weist eine Anzahl am Umfang (4) verteilt angeordneter Schneiden (5a-5h), eine eine Spanfläche bildende Deckfläche (2), eine Mittelachse (M) sowie mehrere jeweils einer Schneide (5a-5h) zugeordnete Freiflächen (6a-6h) auf. Mindestens eine in einer zur Deckfläche (2) parallelen Ebene liegende Schneide (5a-5h) ist über zumindest einen Teil deren gesamter Länge (L) bezüglich der Mittelachse (M) konvex nach Aussen gekrümmt. Zwischen dieser Schneide (5a-5h) und der dieser zugehörigen Freifläche (6a-6h) erstreckt sich eine Übergangsfreifläche (7a-7h), die auf der der Mittelachse (M) gegenüber liegenden Seite der durch die Freifläche (6a-6h) definierten Freiflächenebene (FEa-FEh) liegt.

Description

Beschreibung Schneidplatte

Die Erfindung betrifft eine Schneidplatte mit einer mehreckigen Grundform zur spanab- hebenden Bearbeitung mit einer Anzahl am Umfang verteilt angeordneter Schneiden, einer eine Spanfläche bildenden Deckfläche, einer Mittelachse sowie mehreren jeweils einer Schneide zugeordneten Freiflächen.

Eine derartige Schneidplatte ist z.B. aus der DE 197 03 569 A1 bekannt. Diese Schneidplatte ist als sechseckige Wendeschneidplatte ausgebildet, die eine untere und eine obere Spanfläche aufweist, die jeweils durch drei Haupt- und drei Nebenschneiden begrenzt sind. An jede zum Schruppen vorgesehene Hauptschneide schließt sich eine zum Schlichten vorgesehene Nebenschneide an. Die Nebenschneide ist konvex gewölbt, wodurch eine hohe Oberflächengüte eines zu bearbeitenden Werkstücks erreicht werden soll. Die Wölbung der Nebenschneide liegt in der Ebene der Freifläche, die unter einem 0°-Freiwinkel angeordnet ist. Dadurch liegt die Nebenschneide, bei Anordnung der Schneidplatte gegenüber einem zu bearbeitenden Werkstück mit einem Freiwinkel von 0°, vollständig in einer zur Werkstückoberfläche parallelen Ebene. Der mit der Nebenschneide erzeugte Span unterscheidet sich damit praktisch nicht von ei- nem Span, den eine in der Ebene der Freifläche liegende gerade Schneidkante vom Werkstück abheben würde. Auch mit geringfügig gegenüber dem Werkstück gekippter Wendeschneidplatte führt die in der Ebene der Freifläche liegende Nebenschneide lediglich in einem äußerst geringen Ausmaß zu einem gewünschten gekrümmten Spanquerschnitt. Eine effektivere Nutzung der Krümmung der Nebenschneide ließe sich durch eine ausgeprägtere Schrägstellung der Schneidplatte gegenüber dem Werkstück erreichen, jedoch wäre damit insbesondere eine ungünstigere Schnittgeometrie an der Hauptschneide verbunden.

Eine weitere derartige Schneidplatte ist z.B. aus der EP 0 257 002 A2 bekannt. Diese Schneidplatte mit angenähert dreieckiger Grundform weist an deren Spanflächen jeweils eine Mehrzahl an Vertiefungen zur Spanformung auf. Durch diese Vertiefungen entsteht in den betreffenden Bereichen der Schneide eine Krümmung, die bei der Bearbeitung eines Werkstücks zu einer unerwünschten stegförmigen Erhebung auf des- sen Oberfläche führen würde. Um eine solche stegförmige Erhebung auf der Werkstückoberfläche zu vermeiden, ist auf der Freifläche jeweils ein zu jeder Vertiefung gehörender und wie dieser an die Schneide grenzender rückenförmiger Vorsprung vorgesehen. Der rückenförmige Vorsprung gleicht die von der Vertiefung auf der Spanfläche herrührende Krümmung der Schneide derart aus, dass die Schneide zumindest annähernd in einer zur Werkstückoberfläche parallelen Ebene liegt. Dadurch soll ein gerader Schnitt ermöglicht werden. Die Schneidplatte ist jedoch nicht für eine kombinierte Schrupp- und Schlichtbearbeitung geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schneidplatte zur spanabhebenden Werkstückbearbeitung mit einer Anzahl am Umfang verteilt angeordneter Schneiden anzugeben, die aufgrund der Schneidengeometrie eine Zerspanung mit einer besonders hohen Oberflächengüte ermöglicht und zur gleichzeitigen Schrupp- und Schlichtbearbeitung geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schneidplatte mit einer mehreckigen Grundform mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Hierbei weist die Schneidplatte mit einer eine Spanfläche bildenden Deckfläche und einer zu dieser senkrechten Mittelachse mehrere am Umfang verteilt angeordnete Schneiden auf, wobei minde- stens eine Schneide in einer zur Deckfläche parallelen Ebene liegt und derart bezüglich der Mittelachse konvex nach außen gekrümmt ist, dass sich zwischen der Schneide und der dieser zugehörigen Freifläche eine Übergangsfreifläche erstreckt, die auf der der Mittelachse gegenüber liegenden Seite der durch die Freifläche definierten Freiflächenebene liegt. Die Schneide weist vorzugsweise nur eine einzige konvexe Krüm- mung auf, die sich bevorzugt über deren gesamte Länge erstreckt, wobei die Krümmung verschiedene Radienbereiche aufweisen kann, jedoch nicht durch konkav gekrümmte Bereiche unterbrochen ist.

Aufgrund dieser geometrischen Gestaltung der Schneidplatte ist im Zerspanungsbe- trieb, in dem die Spanfläche zumindest annähernd senkrecht auf der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche steht, die in der Spanfläche liegende Krümmung der Schneide zumindest nahezu voll zur Erzeugung eines entsprechend gekrümmten Spanes nutz- bar. Insbesondere ergibt sich auch dann ein gekrümmter Spanquerschnitt, wenn die Spanfläche exakt senkrecht auf der Werkstückoberfläche steht.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass zur Erzeugung einer hohen Oberflä- chenqualität ein Zerspanungswerkzeug mit einer im Nebenschneidenbereich eine definierte Krümmung aufweisende Schneide besser geeignet sein kann als ein Werkzeug mit einer vollständig geraden Schneide. Der Grund hierfür besteht darin, dass im Fall einer über deren gesamte Länge geraden Schneide durch eine Schneidenecke von der Spanungsdicke sowie von der Vorschubgeschwindigkeit abhängige Rillen erzeugt wer- den, die die Oberflächenqualität eines Werkstücks erheblich beeinträchtigen. Dies gilt in besonderem Maße dann, wenn, wie dies in der Praxis häufig der Fall ist, das Zerspanungswerkzeug nicht exakt in der vorgesehenen Winkelrelation zur zu bearbeitenden Werkstückoberfläche eingesetzt wird. Der Effekt der Rillenbildung kann gemindert werden, indem die Schneidenecke sowie ein angrenzender Teilbereich der Schneide definiert gerundet sind.

Die erzeugte Werkstückoberfläche ist um so glatter, je häufiger ein Oberflächenabschnitt während des Vorschubs vom Werkzeug bearbeitet wird. In herkömmlicher Weise wird daher zur Erzielung einer hohen Oberflächenqualität mit einem besonders ge- ringen Vorschub gearbeitet. Ein hiervon abweichender Ansatz zur Erzielung einer hohen Oberflächenqualität besteht darin, den Kontaktbereich zwischen der Schneide des Werkzeugs und der Werkstückoberfläche möglichst breit auszubilden. Wird das Werkstück beispielsweise durch Drehen zerspant, so sollte der Kontaktbereich zwischen Werkzeug und Werkstückoberfläche derart gestaltet werden, dass die Schneide des Werkzeugs mehrfach den selben Oberflächenabschnitt des Werkstücks bearbeitet, wobei bei mehreren aufeinander folgenden Umdrehungen jeweils ein Span von diesem Oberflächenabschnitt abgehoben wird. Um einen insgesamt gleichmäßigen Materialabtrag von der Werkstückoberfläche und damit eine geringe Rauhigkeit zu gewährleisten, sollte die Summe der Dicke der an einer Stelle der Oberfläche abgehobenen Späne in Vorschubrichtung möglichst wenig variieren. Des Weiteren trägt zur Erzeugung einer besonders glatten Oberfläche eine Schneidengestaltung bei, durch die beim mehrmaligen Materialabtrag von dem selben Oberflächenabschnitt des Werkstücks Spanquerschnitte abnehmender Dicke abgetragen werden, wobei gleichzeitig der Winkel zwi- sehen der Vorschubrichtung und dem Abschnitt der Schneide, der den Span an dieser Stelle abhebt, abnimmt. Dies ist durch die insgesamt konvex nach außen gekrümmte Schneide der Schneidplatte erreicht. Zudem beeinflusst eine geringfügige Verdrehung der Schneidplatte um die Mittelachse kaum die erzielbare Oberflächenqualität.

Bevorzugt wird die konvex nach außen gekrümmte Schneide als Nebenschneide eingesetzt. Dabei kann diese Nebenschneide als Schlichtschneide fungieren, während eine an diese anschließende Hauptschneide eine Schruppschneide ist. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind beide Schneiden gleichartig ausgebildet, so dass jede Schneide sowohl als Neben- oder Schlichtschneide als auch als Haupt- oder Schruppschneide einsetzbar ist. Des Weiteren ist es vorteilhaft, mehrere Schneiden rotationssymmetrisch um die Mittelachse anzuordnen. Die Schneidplatte ist hierbei bevorzugt als Wendeschneidplatte ausgebildet.

Die Schneidplatte wird an deren Deckfläche, der gegenüber liegenden Grundfläche, und/oder an einer oder mehreren Seitenflächen in einem Zerspanungswerkzeug gehalten. Um eine stabile Halterung an einer Seitenfläche zu ermöglichen, erstreckt sich die gekrümmte Übergangsfreifläche nach einer bevorzugten Ausgestaltung nur über einen Teil der Höhe der Freifläche, während die an die Übergangsfreifläche anschließende Freifläche eben ist.

Die Schneide weist eine Krümmung mit einer einzigen Krümmungsrichtung auf, wobei sich diese Krümmung vorzugsweise über die gesamte Länge der Schneide erstreckt. Hierbei kann die Schneide verschiedene Krümmungsradien aufweisen, wobei der Krümmungsradius zu den beiden Ecken der Schneide hin abnehmen kann. Der größte Krümmungsradius der Schneide ist bevorzugt größer als der Abstand zwischen der Schneide und der Mittelachse. Durch diese Ausbildung der Schneide ist insbesondere bei Nutzung der Schneide als Nebenschneide eine hohe Oberflächengüte erzeugbar. Die Kontaktlänge zwischen der Schneide und dem Werkstück ist dabei bevorzugt größer die Hälfte der Länge der Schneide.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen: Fig. 1a eine Schneidplatte mit konvex nach außen gekrümmten Schneiden in perspektivischer Ansicht,

Fig. 1b eine Einzelheit der Schneidplatte nach Fig. 1 a,

Fig. 2a eine Draufsicht auf die Schneidplatte nach Fig. 1a,

Fig. 2b eine Einzelheit der Schneidplatte nach Fig. 2a,

Fig. 3a einen Querschnitt der Schneidplatte nach Fig. 1a,

Fig. 3b ein Detail der Schneidplatte nach Fig. 3a,

Fig. 4a eine Schneidplatte mit Spanformstufe und mit konvex nach außen gekrümmten Schneiden in perspektivischer Ansicht,

Fig. 4b eine Einzelheit der Schneidplatte nach Fig. 4a,

Fig. 5a eine Draufsicht auf die Schneidplatte nach Fig. 4a,

Fig. 5b eine Einzelheit der Schneidplatte nach Fig. 5a,

Fig. 6a einen Querschnitt der Schneidplatte nach Fig. 4a, π Figg.. Ό 6Üb ein Detail der Schneidplatte nach Fig. 6a.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Figuren 1a, 1 b, 2a, 2b, 3a, 3b zeigen eine als achteckige Wendeschneidplatte ausgebildete Schneidplatte 1. Die Schneidplatte 1 weist eine Deckfläche 2, eine dieser parallel gegenüberliegende Grundfläche 3 sowie einen Umfang 4 auf. Der Umfang 4 ist von 8 identischen Schneiden 5a bis 5h begrenzt. Die Schneiden 5a bis 5h liegen in der Ebene der Deckfläche 2 und sind symmetrisch um eine Mittelachse M angeordnet, die senkrecht zur Deckfläche 2 ist, die eine Spanfläche bildet. Ebenfalls rotationssymmetrisch um die Mittelachse M sind 8 Freiflächen 6a bis 6h angeordnet, die den jeweiligen Schneiden 5a bis 5h zugeordnet sind. Jede der Freiflächen 6a bis 6h definiert eine Freiflächenebene FEa bis FEh. Die Schneiden 5a bis 5h befinden sich, von der Mittelachse M aus betrachtet, jeweils außerhalb der jeweiligen Freiflächenebene FEa bis FEh. In der jeweiligen Mitte der Schneide 5a bis 5h beträgt der Abstand a zwischen dieser und der zugehörigen Freiflächenebene FEa bis Feh vorzugsweise weniger als 0,1 mm, beispielsweise 0,08 mm. Zwischen jeder Schneide 5a bis 5h und der zugehörigen Freifläche 6a bis 6h erstreckt sich jeweils eine Übergangsfreifläche 7a bis 7h. Die Übergangsfreifläche 7a bis 7h grenzt an die zugehörige Freifläche 6a bis 6h an einer gebogenen Freiflächenübergangslinie 8a bis 8h. Die Übergangsfreifläche 7a bis 7h schließt mit einer zur Deckfläche 2 senkrechten Bezugsebene BE einen Übergangsfreiwinkel α ein. Die Freifläche 6a bis 6h schließt mit der Bezugsebene BE einen Winkel ß ein, der geringer als der Übergangsfreiwinkel ist. Der Winkel ß ist ein Haupt- oder Nebenschneidenfreiwinkel, je nachdem ob die Schneide 5a bis 5h als Haupt- oder Nebenschneide eingesetzt wird. Die Übergangsfreifläche 7a bis 7h erstreckt sich von der Deckfläche 2 aus über eine Breite b in Richtung der Grundfläche 3. Hierbei nimmt die Übergangsfreifläche 7a bis 7h nur einen kleineren Teil der Höhe H der Freifläche 6a bis 6h, die mit der Höhe der Schneidplatte 1 identisch ist, ein. Die Freifläche 6a bis 6h steht damit als ebene Fläche zur Anlage auf einer nicht dargestellten Anlagefläche eines Werkzeugskörpers zur Verfügung.

Zentral um die Mittelachse M weist die Schneidplatte 1 eine Bohrung 9 auf, wodurch auf einfache Weise eine Lochklemmung der Schneidplatte 1 an einem nicht dargestellten Werkzeugkörper eines Zerspanungswerkzeuges, beispielsweise eines Fräsers, ermöglicht ist. Alternativ kann die Schneidplatte 1 auch ohne Bohrung ausgeführt und beispielsweise für eine Pratzenklemmung oder ein Kniehebelklemmung vorgesehen sein.

Im Zerspanungsbetrieb wird beispielsweise die Schneide 5b als Haupt- oder Schruppschneide eingesetzt, während die benachbarte Schneide 5a als Schlicht- oder Neben- schneide eingesetzt wird. Die mit V bezeichnete Vorschubrichtung, die beispielsweise beim Drehen eines rotationssymmetrischen Werkstücks mit dessen Rotationsachse zusammenfällt, ist zumindest annähernd senkrecht zur Mittelachse M der Schneidplatte 1. Die Schneidplatte 1 hebt in diesem Fall am Umfang des Werkstücks einen Span ab, wobei die Schneidrichtung zumindest angenähert mit der Mittelachse M zusammenfällt und etwa senkrecht zur Vorschubrichtung V verläuft. Während die Hauptschneide 5b vom Werkstück einen relativ dicken Span abhebt, dessen Breite sich jedoch nur über einen Teil der Länge L der Schneide 5b erstrecken kann, ist die Nebenschneide 5a mit dem Werkstück auf einer Kontaktlänge KL in Kontakt, die sich über mehr als die Hälfte der Länge L der Schneide 5a erstreckt. Durch die Nebenschneide 5a wird nur ein sehr dünner Span vom Werkstück abgehoben. Die Vorschubgeschwindigkeit des Zerspanungswerkzeugs, auf dem die Schneidplatte 1 montiert ist, ist so bemessen, dass ein und derselbe Oberflächenabschnitt des Werkstücks mehrfach von der Nebenschneide 5a bearbeitet wird.

Die Krümmung der Schneide 5a bis 5h geht von einem kleineren Eckenradius R1 an deren Rändern in einen größeren Krümmungsradius R2 in deren Mitte über. Die erzielbare Oberflächenrauhigkeit des Werkstücks wird durch den größeren Krümmungsradi- us R2 bestimmt, der größer ist als der Abstand A von der Schneide 5a bis 5h zur Mittelachse M. Jede Schneide 5a bis 5h wird an deren Übergang zur nächst gelegenen Schneide 5b bis 5a jeweils von einer Ecke 10a bis 10h mit dem Eckenradius R1 begrenzt. Befindet sich bei der Zerspanung ein Teil der Schneide 5a, die daran grenzende Ecke 10a sowie ein Teil der Schneide 5b in Kontakt mit dem Werkstück, so hat die Ek- ke 10h keinen Kontakt zum Werkstück. Die Kontaktlänge KL ist somit geringer als die Länge L der Schneide 5a. Die Ausbildung der an die Schneide 5a grenzenden Ecke 10h ist somit für die Erzielung einer hohen Oberflächengüte nicht relevant. Auch ein kleiner Eckenradius R1 wirkt sich damit nicht negativ auf die erzielbare Oberflächenqualität aus.

In den Figuren 4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b ist in Darstellungen entsprechend den Figuren 1a, 1 b, 2a, 2b, 3a, 3b eine alternative Ausführungsform einer Schneidplatte 1 abgebildet. In dieser Ausführungsform weist die Schneidplatte 1 auf deren Deckfläche 2 jeweils in mehrere Winkelbereiche aufgeteilte Spanformstufen 11a bis 11 h auf. Die Schneiden 5a bis 5h sind in diesem Fall geringfügig von der Deckfläche 2 aus in Richtung der Grundfläche 3 versetzt. Die konvex nach außen gekrümmte Form der Schneiden 5a bis 5h stimmt mit der Schneidenform gemäß den Figuren 1 a, 1 b, 2a, 2b, 3a, 3b überein.

Claims

Ansprüche

1. Schneidplatte (1 ) mit einer mehreckigen Grundform zur spanabhebenden Bear- s beitung, mit einer Anzahl am Umfang (4) verteilt angeordneter Schneiden (5a-

5h), einer eine Spanfläche bildenden Deckfläche (2), einer dieser parallel gegenüberliegenden Grundfläche (3), einer Mittelachse (M) sowie mehreren jeweils einer Schneide (5a-5h) zugeordneten, an die Grundfläche (3) grenzenden Freiflächen (6a-6h), 0 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine in einer zur Deckfläche (2) parallelen Ebene liegende Schneide (5a-5h) über zumindest einen Teil deren gesamter Länge (L) bezüglich der Mittelachse (M) konvex nach außen gekrümmt ist und sich zwischen dieser Schneide (5a-5h) und der dieser zugehörigen Freifläche (6a-6h) eine Über- s gangsfreifläche (7a-7h) erstreckt, die auf der der Mittelachse (M) gegenüber liegenden Seite der durch die Freifläche (6a-6h) definierten Freiflächenebene (FEa-FEh) liegt.

2. Schneidplatte nach Anspruch 1 , 0 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der konvex nach außen gekrümmten Schneiden (5a-5h) über deren gesamte Länge (L) gleichsinnig gekrümmt ist.

3. Schneidplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (ß), welchen die Freifläche (6a-6h) mit einer zur Deckfläche (2) senkrechten Bezugsebene (BE) einschließt, kleiner ist als der Übergangsfreiwinkel (α), welchen die an die Freifläche (6a-6h) anschließende Übergangsfreifläche (7a-7h) mit der Bezugsebene (BE) einschließt.

4. Schneidplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der konvex nach außen gekrümmten Schneiden (5a-5h) eine Nebenschneide ist.

5. Schneidplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an die Nebenschneide (5a-5h) eine gleichartig ausgebildete Hauptschneide (5a-5h) grenzt.

6. Schneidplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schneiden (5a-5h) rotationssymmetrisch um die Mittelachse (M) angeordnet sind.

7. Schneidplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Übergangsfreifläche (7a-7h) nur über einen Teil der Höhe (H) der zugehörigen Freifläche (6a-6h) erstreckt.

8. Schneidplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein größter Krümmungsradius (R2) der konvex nach außen gekrümmten Schneide (5a-5h) größer ist als der Abstand (A) zwischen der Schneide (5a-5h) und der Mittelachse (M).

9. Schneidplatte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneide (5a-5h) eine Kontaktlänge (KL) zur Bearbeitung aufweist, die größer als die Hälfte deren Länge (L) ist.

10. Zerspanungswerkzeug mit einer Schneidplatte (1 ) nach einem der Ansprüche 1