DE2615589C2 - Schneideinsatz für die spanabhebende Metallbearbeitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen drei- oder viereckigen Schneideinsatz für die spanabhebende Metallbearbeitung mit wenigstens einer von gekrümmten und zusammenlaufenden Schneidkanten gebildeten abgerundeten Schneidkantenecke, mit entlang den Schneidkanten verlaufenden, aus Spanfläche und Spanformfläche gebildeten, in der Winkelhalbierenden der Schneidkantenecke aneinandergrenzenden Spanbrechernuten und mit positivem, mit fortschreitender Annäherung an die Schneidkantenecke abnehmendem Spanwinkel. Ein solcher Schneideinsatz ist bekannt (DE-OS 23 16 884).

Schon seit langem werden Schneidwerkzeuge mit immer stärker verfeinerter geometrischer Gestaltung der Spanflächen und Spanformflächen hergestellt, um den bestmöglichen Angriff am Werkstück und eine geeignete Form des abgenommenen Spans zu erzielen, damit dieser sich einrollt, in kleine Stücke bricht und daher problemlos abgeführt werden kann. Dabei wurde von den zunächst verwendeten aus einem Stück gefertigten Schneidwerkzeugen abgegangen, bei denen die Herstellung komplizierter Spanflächen und Spanformflächen sowie auch das Nachschleifen Schwierigkeiten machte, und zu pulvermetallurgisch, beispielsweise durch Sintern, hergestellten Schneideinsätzen übergegangen, die auf einen Werkzeuggrundkörper aufgespannt werden. Auf diesem Wege lassen sich plattenförmige Schneideinsätze mit guter Reproduzierbarkeit herstellen.

Bei einem ersten derartigen Schneideinsatz von prismatischer Form mit einer gerundeten Schneidkantenecke ist die in der oberen Schneideinsatzfläche ausgebildete Spanbrechernut von zwei konkaven konischen Flachen gleichachsiger Kegelstumpf gebildet, die mit ihren großen Basen aneinanderstoßen, so daß die Kegelstumpfachse parallel zur oberen Schneideinsatzfläche über dieser liegt. Dabei bildet die eine konische Fläche die Spanfläche und die andere konische Flache die Spanformfläche. Da die Spanfläche und die Snanformfläche als Rotationsflächen im Bereich der gerundeten Schneidkantenecke nicht unterbrochen sind, fehlt an dieser Stelle eine die Bewegungsbahn des Spans ändernde Vorrichtung, die den Span zu einem guten Einrollen zwingen würde. Daher ist ein solcher Schneideinsatz für geringe Schnittiefen bzw. das Abheben eines dünnen Spans nicht geeignet und somit nicht universell verwendbar.

Des weiteren wurden Schneideinsätze mit positivem Spanwinkel entwickelt, die durch Verdichten bzw. Verpressen von pulverformigen Werkstoffen hergestellt sind und sphärische oder zylindrische Spanflächen aufweisen. Bei sphärischen Spanflächen liegt der Kugelmittelpunkt an einer dem Radius entsprechenden Stelle auf einer Senkrechten im Zentrum der entsprechenden Schneideinsatzfläche. Bei zylindrischen Spanflächen liegt die Zylinderachse in einer zur Schneidkante des Schneideinsatzes senkrechten Ebene und ist gegen den Schwerpunkt geneigt. Um einen Schneideinsatz mit mehreren Schneidkantenecken herzustellen, werden somit die Spanflächen von einer der Zahl der Schneidkantenecken entsprechenden Zahl von Zylindern gleicher Abmessung gebildet. Da diese Spanfläche parallele Erzeugende haben, begünstigen sie den Spanablauf in einer zur Erzeugenden parallelen und damit zur Schneidkante senkrechten Richtung. Folglich wird hauptsächlich bei Schneideinsätzen mit zwei Schnittrichtungen - beim Arbeiten mit geringer Schnittiefe der ablaufende Span in eine bevorzugte Richtung gedrängt, wodurch der Span von den Spanformflächen weggeführt wird. Das bedeutet eine schlechte Spanausbildung.

Bei einem anderen Schneideinsatz von dreieckiger, quadratischer oder sechseckiger Form wird die Spanfläche mit einer Schleifscheibe erzeugt, die unter einem gegebenen Winkel so an den Schneidansatz angesetzt wird, daß die Hauptfläche von der Schneidkante aus zum Inneren des Schneidansatzes hin ansteigt und sich ein stumpfer Schneidenwinkel ergibt. Somit sind die Spanfläche und die entsprechende Schneidkante zwisehen zwei Schneidenecken gekrümmt und konvex, so daß bei einer Berührung zwischen dem Schneideinsatz und dem Werkstück der anfängliche Berührungspunkt an einer von den Schneidkantenecken entfernten Stelle auf der Schneidkante liegt und die Schneidkantenkrümmung ein Rattern und Vibrieren und damit den Verschleiß verringert. Trotz dieser Qualitäten sind Nachteile vorhanden, welche die universelle Verwendung eines solchen Schneideinsatzes verhindern. Zudem bedeutet die obligatorische Schleifbearbeitung einen zusätzlichen Aufwand. Im übrigen gilt auch hier generell, daß ins Negative gehende Neigungswinkel und Spanwinkel den Spanablauf nachteilig beeinflussen.

Auch für den eingangs beschriebenen bekannten Schneideinsatz, bei dem die Spanflächen weder von konischen Flächen noch von Rotationsflächen mit zur in die Schneidkantenecke enthaltenden Ebene senkrechter Achse gebildet sind, gehen die Spanbrechernuten im Bereich der Schneidkantenecke glatt ineinander über, so daß im Bereich der Winkelhalbierenden der Schneidkantenecke kontinuierlich verlaufende Höhenlinien vorhanden sind. Daher wird der Span nicht in den unterschiedlichen Anwendungsfällen von der Grobbearbeitung mit dickem Span bis zur Feinbearbeitung mit dünnem Span gleich gut eingerollt und gebrochen.

Daher fehlt es an einer universellen Verwendbarkeit dieses bekannten Schneideinsatzes. Im übrigen ist die fortschreitende Abnahme des Spanwinkels bei Annäherung an die Schneidkantenecke nicht über die ganze

Schneidkantenlänge vorhanden, und die Breite der Spanbrechernuten nimmt im Bereich der abgerundeten Schneidkantenecke mit Annäherung an diese Ecke ab.

Ein Schneideinsatz mit Spanflächen ic Form von Konusteilflächen ist auch aus der DE-OS 23 38 726 bekannt. Hier verlaufen jedoch die zugehörigen Konusachsen parallel zur die Schneidkantenecken verbindenden Ebene, und es fehlt auch hier an einer Diskontfruität der Höhenlinien im Bereich der Schneidenecken, in denen jeweils nur eine einzige Konusteilfläche vorhanden ist, welche die Spanfläche bildet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten Schneideinsatz der eingangs genannten Art zu einem universell verwendbaren Schneideinsatz zu verbessern, der sich für alle Anwendungsfalle von der Grobbearbeitung bis zur Feinbearbeitung eignet, da er den Span stets in der gewünschten Weise einrollt und bricht

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß daciurch gelöst, daß jede Spanfläche über ihre Längserstreckung durch mindestens eine Mantelteilfläche eines Kreishohlkegels mit zur Auflagefläche des Schneideinsatzes senkrecht stehender Achse gebildet ist und daß sich die Spanflächen in der Winkelhalbierenden der Schneidkantenecke derart schneiden, daß der eine Kante bildende Winkel zwischen den Spänflächen Weiner als 180° ist.

Es hat sich gezeigt, daß bei Beachtung dieser Merkmale auch dünne Späne im Bereich der Schneidkantenecke in der gewünschten Richtung ablaufen und infolge der Diskontinuität im Bereich der Schneidkantenecke gebrochen werden. Ebenso werden dicke Späne aufgrund der Formgebung der Spanfläche und der Spanformfläche einwandfrei eingerollt und gebrochen. Dementsprechend ist der ohne übermäßigen Aufwand herstellbare erfindungsgemäße Schneideinsatz universell verwendbar.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

F i g. 1 einen dreieckigen Schneideinsatz in perspektivischer Darstellung;

F i g. 2 den Bereich einer Schneidkantenecke in vergrößerter perspektivischer Darstellung;

F i g. 3 eine Draufsicht auf eine Schneidkantenecke mit eingezeichneten Höhenlinien innerhalb der beiden zusammentreffenden Spanbrechernuten, wobei durch Einzelschnitte die Änderung des Spanwinkels bei Annäherung an die Schneidkantenecke deutlich gemacht ist;

Fig. 4 bis 6 die geometrischen Verhältnisse bei einem dreieckigen Schneideinsatz, dessen Schneidkanten jeweils von einem einzigen ununterbrochenen Krümmungsbogen gebildet sind; und

Fig. 7 bis 9 die geometrischen Verhältnisse bei einem dreieckigen Schneideinsatz, bei dem die Schneidkanten jeweils von zwei unterschiedlichen Krümmungsbogen gebildet sind, wobei F i g. 8 eine Ansicht in Richtung des Pfeils VIII in Fi g. 7 ist.

Gemäß Fig. 1 ist ein Schneideinsatz 1 vorgesehen, der drei Schneidkanten 2, 3 und 4 sowie drei abgerundete Schneidkantenecken 5, 6 und 7 aufweist. In die zur nicht dargestellten unteren Auflagefläche des Schneideinsatzes 1 parallele obere Fläche 8 sind drei längs der Schneidkanten 2, 3 und 4 verlaufende Spanbrechernuten 10,11 und 12 eingearbeitet. Jede SpanbrechernutJO, 11, 12 weist eine der Schneidkante 2. 3, 4 benachbarte Snanlläche 14 und eine Snanformfläche 15 auf.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 sind die Schneidkanten 2,3 und 4 ebenso wie die Spanbrechernuten 10,11 und 12 in zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Krümmungsbögen unterteilt, die sich jeweils von der Mitte zwischen zwei Schneidkantenecken bis zu diesen erstrecken. Einer solchen Ausbildung entspricht die Darstellung gemäß F i g. 7 bis 9, während die Darstellung in F i g. 4 bis 6 einer Ausführung mit zwischen den Schneidkanten glatt durchlaufenden Spanbrechernuten

ι» entspricht.

Aus F i g. 2 ist zu ersehen, daß sich im Bereich einer jeden Schneidkantenecke die beiden dort aufeinandertreffenden Spanflächen 14 in einer Kante 16 schneiden, weil die beiden Spanflächen 14 in der Winkelhalbierenden der Schneidkantenecke unter einem Winkel von weniger als 180° zusammentreffen.

In F i g. 3 sind die Höhenlinien 17 für die eine Spanfläche 14 sowie die Höhenlinien 18 für die andere Spanfläche 14 eingezeichnet, die in der Schneidkantenecke zusammentreffen. Wie aus F i g. 3 zu ersehen gehen die Höhenlinien 17 und 18 in der Kante 16 mit einer Diskontinuität ineinander über.

In F i g. 3 sind mit gleichmässigen Abständen zueinander Punkte ΛΊ bis N₄ der einen Schneidkante 2 eingezeichnet, durch die rechtwinklig zur Schneidkante 2 verlaufende Schnittebenen ΛΌ, bis No₄ gelegt sind. Wie aus den der F i g. 3 zugeordneten vier Schnittdarstellungen zu ersehen werden die eingezeichneten Spanwinkel p\ bis p₄ mit zunehmendem Abstand zur Schneidkantenecke größer.

Die Spanflächen 14 sind über ihre Längserstreckung durch mindestens eine Mantelteilfläche eines Kreishohlkegels mit zur Auflagefläche des Schneideinsatzes senkrecht stehender Achse gebildet. Unter Bezugnahme auf die F i g. 4 bis 7 lassen sich die Spanflächen in einfacher Weise definieren, indem man von einer Schneidkante, beispielsweise der Kante A], A₂ ausgeht, welche die Schnittstelle der Ebene Q, mit einer Folge von Rotationskegeln ist, deren Achsen zur Ebene Q_r senkrecht

stehen. Diese Schnittstellen bilden eine Folge von gekrümmten Schneidkanten Co (F i g. 5), deren Bogen und Sehnen in ihren Abmessungen gleich oder verschieden sein können, wobei jeder dieser Bogen zu einem anderen Kegel gehört.

Im speziellen Fall eines dreieckigen Schneideinsatzes, dessen Spanflächen von drei verschiedenen Elementen gebildet sind, die zu ein und demselben Kegel mit dem Öffnungswinkel β (Spitzenwinkel) und der Achse Ω Ω ' gehören (Fig. 4, 5 und 6), bilden die resultierenden Schneidkanten somit ununterbrochene Krümmungsbogen mit den Sehnen AiA₂, A] Aj bzw. AjAy Diese drei Flächen werden in den Winkelhalbierenden Ebenen der Schneidkantenecken miteinander verbunden, wobei der diesen drei Flächen nach dem Zusammenfügen gemeinsame Punkt mit O]O₂, ^a₃, O₂O₁ definiert ist.

Im häufigsten Fall, wo der Schneideinsatz die Form eines gleichseitigen Dreiecks hat, werden die Sehnen A\A₂, A]Aj und A₂Ai von O]O₂, a<aj und 0203 aus unter einem Winkel von 120° gesehen.

Dieselben Sehnen AiA₂, A]Aj und A₂Aj werden von Ω O ' (F i g. 4) aus unter einem Winkel φι = φ\ + φ"] gesehen. Wenn die Punkte A₁, A₂ und Ay auf gleichem Niveau liegen, und dies ist allgemein der Fall, dann sind die Winkel φ\ und φ'Ί gleich und die Ebene, wie die durch Ω Ω ' und αιο₂ definierte, halbiert den Winkel φι. Das bedeutet eine symmetrische Ausbildung der (abgerundeten) Schneidkantenecken.

Die vom Winkel Θ (F i g. 5) beeinflußte Krümmung

einer Schneidkante Co und der Spanwinkel ρ in der Nähe der Schneidkantenecke können sich gemäß den für den Schneideinsatz angestrebten Merkmalen allein durch die für φΊ,φ'Ί und β gewählten Werte verändern. Daraus ergeben sich eine Vielzahl von Kombinationsmöglichkeiten zwischen den beiden Winkeln.

Bei einem bestimmten Wert von β und bei Lage der Punkte A] und A₂ in der Ebene Q_r, ist es möglich, den Winkel φ_] und folglich den Betrag des Verhältnissesp/Θ zu verändern, wobei <p\ gleich 1ψ\ oder Ύφ'Ί ist.

Wenn also <o, = 90°, dann ist ρ/Θ = 1,
wenn φ_] > 90°, dann ist ρ/Θ < 1,
wenn φ, < 90°, dann ist ρ/Θ > 1.

Ebenso ergibt sich bei einem bestimmten Wert von ψ] und somit von ρ/Θ der absolute Wert dieser Winkel aus der Wahl von ß.

Schließlich gilt gemäß F i g. 6 für die dargestellte Schneidplatte, bei der der Winkel <p, kleiner ist als 120°, daß die in einem Punkt P der Verbindungskrümmungskante A\ (a^an die Höhenlinien L\ bzw. L₂ derbeiden zusammenstoßenden Spanflächen angelegten Tangenten wie dargestellt nicht miteinander zusammenfallen. Die Spanflächen verlaufen hier unter einem Winkel zueinander und gehen mit einer Diskontinuität ineinander über.

Bei der dreieckigen Schneidplatte gemäß Fig. 7, 8 und 9 sind die drei Spanflächen von jeweils zwei verschiedenen Spanflächenelementen gebildet, zu denen sechs Kegel mit gleichem Öffnungswinkel β und, auf Q_y bezogen, gleicher Höhe gehören. Die Spanflächenelemente stoßen außer in den Schneidkantenecken Ai, Ai und A) auch in den Punkten Bi, B₂ und Bj in der Mitte zwischen den Schneidkantenecken aneinander.

Betrachtet man ein einzelnes Spanflächenelement, dann wird eine Schneidkante, beispielsweise AiBi, von der Kegelachse Ω ιΩ Ί aus unter einem Winkel φι = φ\ + ψ'\ gesehen. Das Zusammenfügen von zwei symmetrischen Elementen ergibt eine Kante Ai A₂, die von zwei Krümmungsbogen A]B] und BiA₂ gebildet ist (F i g. 8).

Wenn die Punkte Au A₂ und B₁ auf gleichem Niveau liegen, dann sind die Winkel φι und φ₂ gleich. Dasselbe gut für die Winkel φ\ und φ'Ί sowie φ'₂ und φ"₂. Liegt der Punkt Bi auf einem niedrigeren Niveau als Ai und A₂, dann ist φΊ < φ'Ί und φ'₂ < φ"₂. Liegt dagegen B] auf einem höheren Niveau als Ai und A₂, dann ist φΊ > φ"; und auch φ'₂ > φ"₂.

Da es notwendig ist, daß Ai und A₂ auf gleichem Niveau sind, muß φΊ gleich φ'₂ und φ'Ί und <p"₂ gemacht werden. Wenn sich B] auf einem anderen Niveau als Ai und A₂ befindet, dann sind zwar die Winkel φι und φ₂ identisch, jedoch ist φΊ von φ'Ί und ebenfalls φ'₂ von φ"₂ verschieden.

Auch hier ergeben sich aus der Wahl der Winkel φι = φ₂ und β die Verhältnisse ρ/Θ sowie die exakten Werte dieser beiden Winkel.

Eine Ausbildung gemäß F i g. 7 und 9, die beispielsweise zu einer Ausführungsform gemäß F i g. 1 führt, hat den großen Vorteil, daß sich sehr stabile Wendeschneideinsätze herstellen lassen. Verallgemeinert kann die an eine Schneidkante des erfindungsgemäßen Schneideinsatzes sich anschließende Spanfläche aus η Spanflächenelementen zusammengesetzt sein, die zu η Kegeln mit identischem oder auch verschiedenem Öffnungswinkel gehören und eine

ίο Schneidkante erzeugen, die von η Krümmungsbogen des Typs Co gebildet ist, welche Verbindungspunkte des Typs B] in der Ebene Q_Y oder auf einem niedrigeren oder auch auf einem höheren Niveau als Q_y haben. Wenn die Verbindungspunkte des Typs B_x in der Ebene Qy liegen, dann sind die Winkel φΊ = φ'Ί und φ'_η =■ φ'\ Befinden sich die Verbindungspunkle des Typs B) auf einem Niveau unterhalb der Ebene Q_r, dann sind die Winkel φΊ und «p'„ kleiner als die Winkel φ"₂ und φ'\ Liegen die Verbindungspunkte des Typs 5, auf

einem Niveau oberhalb der Ebene Q₁, dann sind die Winkel φΊ und φ'„ größer als der Winkel φ'Ί und φ" „.

Für η = 1 ist der Krümmungsbogen zwischen A_x und

A₂ nicht unterbrochen (F i g. 4 bis 6), während bei η = 2

(Fi g. 7, 8 und 9) ein einziger Verbindungspunkt ß,

besteht, der sich in, oberhalb oder unterhalb der Ebene Qy befinden kann.

Für η = 3 gibt es zwei Verbindungspunkte, die sich entweder in, oberhalb oder unterihalb der Ebene Q befinden. Es gilt:

bei Lage in der Ebene Q_r: φΊ = φ'Ί

φ'ι - φ'Ί φ'} - φ"ϊ

bei Lage oberhalb der Ebene (X: φΊ > φ'Ί

φΊ = φ'Ί φ'} > φ'Ί bei Lage unterhalb der Ebene Q₁: φΊ < φ'Ί

φΊ = φ'Ί φΊ < φ'Ί

Gemäß F i g. 2 und 3, welche die Ausbildung in den Schneidkantenecken zeigen, wird deutlich, daß dem längs der Spanfläche 14 ablaufenden Span zu Beginn eine Torsion aufgezwungen wird und daß der ablaufende Span dann nach Erreichen der Ebene der Winkel-

halbierenden, in der sich die Kante 16 befindet, durch die Veränderung der Neigung der zur Ebene der Winkelhalbierenden symmetrischen Spanflächen einen Richtungswechsel erfährt. Die Kombination dieser beiden Einwirkungen zwingt den Span dazu, in Richtung

so auf die Spanformfläche 15 zu laufen und sich somit außerhalb der Schneidzone einzurollen, was zum Brechen des Spans führt. Diese Wirkung tritt insbesondere auch bei geringen Schnittiefen auf und sichert die universelle Verwendbarkeit des erfindungsgemäßen Schneideinsatzes.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Drei- oder viereckiger Schneideinsatz für die spanabhebende Metallbearbeitung mit wenigstens einer von gekrümmten und zusammenlaufenden Schneidkanten (2, 3, 4) gebildeten abgerundeten Schneidkantenecken (5, 6, 7), mit entlang den Schneidkanten (2, 3, 4) verlaufenden, aus Spanflächen (14) und Spanformfläche (15) gebildeten, in der Winkelhalbierenden der Schneitikantenecke (5, 6, 7) aneinandergrenzenden Spanbrechernuten (10,11,12) und mit positivem, mit fortschreitender Annäherung an die Schneidkantenecke (5, 6, 7) abnehmenden Spanwinkel (p), dadurch gekennzeichnet, daß jede Spanfläche (14) über ihre Längserstreckung durch mindestens eine Mantelteilfläche eines Kreishohlkegels mit zur Auflagefläche des Schneideinsatzes (1) senkrecht stehender Achse (Q-Q') gebildet ist und daß die Spanfläche (14) in der Winkelhalbierenden der Schneidkantenecke (5, 6, 7) derart schneiden, daß sich der eine Kante (16) bildende Winkel zwischen den Spanflächen (14) kleiner als 180° ist.