DE19903037A1 - Schneidwerkzeug mit Mitteln zur Spankontrolle - Google Patents

Abstract

Ein Schneidwerkzeug (10, 14) besitzt im Bereich der Spanfläche angeordnete Mittel (22) zur Verhinderung unkontrollierter Spanbildung. Diese Mittel (22) sind in bestimmtem Abstand zur Schneidkante (26) an einer Diamantschicht (24) angeordnet, die auf einem Trägerkörper aufgebracht ist. Bei bisherigen Lösungen verblieb zwischen den Kontrollmitteln (22) und der Diamantschicht (24) eine Fuge, in die Späne eindringen und sich festsetzen konnten. Zur Vermeidung wird vorgeschlagen, die Diamantschicht (24) im Bereich der Kontrollmittel (22) bis auf den Trägerkörper (20) auszusparen und die Kontrollmittel (22) dort unmittelbar auf dem Trägerkörper (20) aufzubringen. Auf diese Weise läßt sich beispielsweise ein Spanbrecher (22) mit gutem Halt ohne Festigkeitseinbußen der Schneidschicht in der Nähe der Schneidkanten (26) anordnen.

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Schneidwerkzeug mit im Bereich der Spanfläche angeordneten Mitteln zur Verhinde­ rung unkontrollierter Spanbildung, die in einem bestimmten Abstand zu einer Schneidkante an einer Schicht aus polykri­ stallinem Diamant (PKD) oder polykristallinem Bornitrid (PKB) angeordnet sind, die auf einem Trägerkörper aufge­ bracht ist.

Bei der spangebenden Bearbeitung von insbesondere zähen Werkstoffen, wie z. B. Nichteisenmetallen oder Kunststof­ fen, ist man bestrebt, die unkontrollierte Bildung langer Späne zu unterbinden, da diese u. a. die bearbeiteten Ober­ flächen beschädigen können. Hierzu sind sog. Spanbrecher, welche die Späne auf kurze Länge brechen, und Spanleitstu­ fen bekannt, welche die langen Späne gezielt von dem Ar­ beitsbereich wegleiten. Da derartige Mittel zur Verhinde­ rung unkontrollierter Spanbildung möglichst nahe an der Schneidkante angeordnet sein sollten, um effektiv arbeiten zu können, ergibt sich bei Schneidwerkzeugen mit Schneid­ werkstoffen aus polykristallinem Diamant (PKD) oder poly­ kristallinem Bornitrid (PKB) das Problem, daß die aus die­ sen Werkstoffen bestehende Schicht die Spanfläche bildet und auf dieser Schicht keine separaten Mittel zuverlässig befestigt werden können. Man behilft sich daher damit, die Schneidwerkzeuge in einem Schlitz eines Werkzeughalters einzulöten, wobei jedoch lediglich eine Lötverbindung zwi­ schen dem Trägerkörper und dem Schlitz möglich ist und zwi­ schen der Oberfläche der Schicht aus PKD bzw. PKB und den Mitteln zur Spankontrolle eine schmale Fuge verbleibt. Es hat sich gezeigt, daß sich Späne in dieser Fuge festsetzen können, wodurch einerseits der Werkzeugträger schnell ver­ schleißt und andererseits Beschädigungen der Werkstoffober­ fläche auftreten können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Schneidwerk­ zeug mit einem Schneidwerkstoff aus PKD bzw. PKB zu schaf­ fen, der Mittel zur Spankontrolle ohne Fuge zur Spanfläche in der Nähe der Schneidkante ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Schicht aus PKD bzw. PKB im Bereich der Mittel zur Verhin­ derung unkontrollierter Spanbildung bis auf den Trägerkör­ per ausgespart und die Mittel zur Verhinderung unkontrol­ lierter Spanbildung dort unmittelbar auf dem Trägerkörper aufgebracht sind.

Das nachträgliche Abtragen der Schicht aus PKD bzw. PKB im Bereich der Aussparung beispielsweise im Wege der Elektro­ erosion erlaubt eine präzise Annäherung an die Schneidkante auf einen Abstand, der bei der Herstellung der Schicht nicht erreichbar wäre. Die präzise Einhaltung des Abstandes der Mittel zur Verhinderung unkontrollierter Spanbildung von vorzugsweise ungefähr 0,3 bis 1,5 mm führt nicht zu ei­ ner Erhöhung der Gefahr von Sprödbrüchen der sehr empfind­ lichen Schneidwerkstoffe.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sich das erfindungsgemäße Schneidwerkzeug auf sehr wirtschaftli­ che Weise herstellen läßt und auf dem Trägerkörper von der Form her praktisch beliebige Mittel zur Spankontrolle auf­ gebracht werden können. Da diese in der Nähe der Schneid­ kante an dem Trägerkörper verankert sind, ergibt sich auch ein sehr fester Halt dieser Mittel, da im Vergleich zu den bisher üblichen Lösungen nur ein sehr geringer Hebelweg zwischen dem Angriffspunkt der Späne und dem Verankerungs­ punkt der Mittel zur Spankontrollierung an dem Trägerkörper vorliegt. Die Nähe des Verankerungspunktes an der Schneid­ kante erlaubt daher auch die Ausbildung relativ hoher Span­ brech- oder Spanleitmittel, falls dies gewünscht sein soll­ te.

Die Stärke der Schicht aus PKD bzw. PKB beträgt vorzugs­ weise ungefähr 0,3 bis 1,5 mm. Derartige Schichtdicken las­ sen sich mit den bekannten Herstellungsverfahren für Schneidwerkzeuge erzielen, wobei dünne Schichtdicken den Vorteil bieten, daß der Elektroerosionsvorgang weniger zeitaufwendig ist und damit geringere Kosten verursacht. Besonders günstig für die Ausbildung der Aussparung ist es dabei, wenn die Schicht aus PKD bzw. PKB durch Abscheiden des Schneidwerkstoffes in der Dampfphase auf den Trägerkör­ per aufgebracht ist, da die auf diese Weise herstellbaren Überzüge, beispielsweise aus Diamant, nur eine geringe Schichtdicke besitzen und daher bei der Bearbeitung elek­ troerosiv besonders leicht zu durchdringen sind.

Das erfindungsgemäß Schneidwerkzeug kann als Einsatz für einen Halter oder als Wendeschneidplatte mit mehreren Schneidkanten ausgebildet sein.

Die Mittel zur Verhinderung unkontrollierter Spanbildung können allseitig von einem verbleibenden Steg der Schicht aus PKD bzw. PKB umgeben sein. In diesem Fall sind die Kon­ trollmittel ausschließlich am Trägerkörper des Schneidwerk­ zeuges befestigt. Je nach Einsatzart kann es auch zweckmäs­ sig sein, die Schicht aus PKD bzw. PKB zu einem Rand eines Halters hin vollständig zu entfernen, so daß die Kontroll­ mittel sowohl mit dem Trägerkörper des Schneidwerkzeuges als auch mit dessen Halter verlötet werden können, um eine zusätzliche Stabilität zu erzeugen.

Vorzugsweise bestehen die Mittel zur Verhinderung unkon­ trollierter Spanbildung und/oder der Trägerkörper aus Hart­ metall. Besonders ideal ist es, beide Teile aus Hartmetall herzustellen, da dieses gegen Beschädigungen durch die Spä­ ne besonders resistent ist und eine gute Verbindung zwi­ schen den Kontrollmitteln und dem Trägerkörper beispiels­ weise durch Verlöten ermöglichen.

Je nach Einsatzgebiet des Schneidwerkzeuges und des zu zer­ spanenden Werkstoffes können die Mittel zur Verhinderung unkontrollierter Spanbildung als Spanleitstufe zum Wegfüh­ ren sich bildender Späne oder als Spanbrecher zum Verkürzen der Späne auf eine unschädliche Länge ausgebildet sein.

Bei der Ausbildung als Spanbrecher steht dieser zweckmäßi­ gerweise 0,5 bis 3,0 mm über die Schicht aus PKD bzw. PKB über und ist an seiner der Schneidkante zugewandten Flanke um ungefähr 40 bis 50° abgeschrägt. Alternativ oder ergän­ zend zu der Abschrägung kann die der Schneidkante zugewand­ te Oberkante des Spanbrechers mit einem Radius, beispiels­ weise von 0,5 mm abgerundet sein.

Es versteht sich, daß das erfindungsgemäße Schneidwerkzeug in allen seinen möglichen Ausführungsformen als Bohr-, Fräs- oder Drehwerkzeug ausgebildet sein kann.

Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf Ausführungsbeispiele der Erfindung eingegangen. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine Draufsicht eines Werkzeuges;

Fig. 2 einen Längsschnitt des Werkzeuges nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein weiteres Werk­ zeug mit unterschiedlich ausgebildetem Spanbrecher;

Fig. 4 einen Längsschnitt des Werkzeuges nach Fig. 3;

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine weitere Aus­ führungsform eines Werkzeuges mit Span­ brecher;

Fig. 6 einen Längsschnitt des Werkzeuges nach Fig. 5.

In Fig. 1 ist ein Werkzeug 10 dargestellt, das im wesentli­ chen aus einem Halter 12 und einem Schneidwerkzeugeinsatz 14 besteht. Der Schneidwerkzeugeinsatz 14 sitzt in einer entsprechend geformten Aussparung 16 an einem Ende des Hal­ ters 12, der mittig mit einer Befestigungsbohrung 18 verse­ hen ist, die eine präzise Befestigung des Werkzeuges 10 an einem weiteren Halter (nicht gezeigt) ermöglicht.

Der Schneidwerkzeugeinsatz 14 besteht im wesentlichen aus einem Trägerkörper 20, einem auf diesen aufgelöteten Span­ brecher 22 und einer auf dem Trägerkörper 20 aufgebrachten Schicht 24 aus polykristallinem Diamant (PKD), die sich an­ schmiegend um den Spanbrecher 22 erstreckt. Sowohl der Trä­ gerkörper 20 als auch der Spanbrecher 22 bestehen aus Hart­ metall. Der Trägerkörper 20 ist mit der Aussparung 16 ver­ lötet, so daß der Schneidwerkzeugeinsatz 14 materialschlüs­ sig fest mit dem Halter 12 verbunden ist.

Die Herstellung des Schneidwerkzeugeinsatzes 14 erfolgt in der Weise, daß zunächst auf dem Trägerkörper 20 eine Schicht aus PKD von einer Dicke im vorliegenden Fall von 0,3 mm aufgebracht wird. Neben den herkömmlichen Verfahren ist es auch denkbar, den Diamantwerkstoff durch Abscheidung aus der Dampfphase aufzubringen.

Anschließend wird im Wege des Profilsenkerodierens die Schicht im mittleren Bereich bis auf den Trägerkörper 16 wegerodiert, so daß zwischen dem Spanbrecher 22 und den Schneidkanten 26 des Schneidwerkzeugeinsatzes 14 nur ein Steg von ungefähr 0,3 bis 1,5 mm Breite verbleibt. Auch in dem an der Aussparung 16 anliegenden Bereich verbleibt bei dem Schneidwerkzeugeinsatz 14 ein Steg von 0,4 mm Breite. Anschließend wird der Spanbrecher 22, dessen den Schneid­ kanten zugewandte Flanken 28 um ungefähr 45° abgeschrägt sind, unmittelbar auf dem Trägerkörper 20 aufgelötet. Das Elektroerodieren erlaubt ein derart präzises Aussparen der PKD-Schicht 24, daß es nicht zu einer wesentlichen Schwä­ chung des Schneidwerkstoffes kommt, so daß keine Gefahr von Sprödbrüchen besteht.

Die Aussparung 16 ist im gezeigten Beispiel so tief ausge­ bildet, daß die Oberkante der PKD-Schicht 24 bündig mit der Oberfläche des Halters 12 abschließt.

Während des Zerspanungsvorgangs sorgen die in unmittelbarer Nähe der Schnittfläche liegenden Flanken 28 des Spanbre­ chers 22 dafür, daß sich bildende Späne frühzeitig gebro­ chen werden und so keine langen Späne entstehen können. Die großflächige Befestigung des Spanbrechers 22 auf dem Trä­ gerkörper 20, die bis in die Nähe der Schneidkanten 26 reicht, sorgt auch für eine gute Krafteinleitung in den Trägerkörper 20 ohne wesentliche Biegemomente. Da die Fuge zwischen dem Spanbrecher 22 und dem verbleibenden PKD-Mate­ rial nicht in der Bewegungsrichtung der sich bildenden Spä­ ne liegt, ist die Gefahr eines Eindringens von Spänen in diese Fuge ausgeschlossen.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Werkzeug 30, dessen Halter 12 dem Halter des in Fig. 1 und 2 dargestellten Werkzeuges 10 ent­ spricht. In der Aussparung 16 ist jedoch ein Schneidwerk­ zeugeinsatz 42 eingelötet, bei welchem ein Spanbrecher 44 auf dem Trägerkörper 46 aufgelötet ist, dessen Oberkanten mit einem Radius von ungefähr 0,5 mm abgerundet sind. Die PKD-Schicht 48 entspricht in ihren Abmessungen derjenigen des Schneidwerkzeugeinsatzes 14 aus Fig. 1 und 2. Die abge­ rundeten Kanten des Spanbrechers, der sich ebenso wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel zwischen unge­ fähr 0,5 bis 1,5 mm über die PKD-Schicht 48 hinaus er­ streckt, stellen eine Alternative zu den geneigten Flanken 28 des in Fig. 1 und 2 dargestellten Schneidwerkzeugein­ satzes 14 dar. Trägerkörper 42 und Spanbrecher 44 bestehen wiederum beide aus Hartmetall, um eine gute materialschlüs­ sige Verbindung zwischen den beiden Teilen durch Löten zu erreichen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Werkzeuges 50 ist in Fig. 5 dargestellt. Dieses Werkzeug 50 besteht aus einem Halter 52 und einem Schneidwerkzeugeinsatz 54, die sich in der Geometrie von den beiden zuvor beschriebenen Werkzeugen 10, 30 unterscheiden. So laufen bei dem Schneidwerkzeugein­ satz 54 die Schneidkanten 56 der PKD-Schicht 58 nicht in einem Winkel von 35° bei einem Spitzenradius von 0,8 mm, sondern unter einem Winkel von 55° mit einem Spitzenradius von 0,4 mm zusammen. Ein weiterer Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen besteht darin, daß der Schneidwerkzeugeinsatz in einer stufenförmigen Aussparung 60 in dem Halter 52 eingelötet ist. Die stufenförmige Aus­ sparung 60 ermöglicht es, einen über den Trägerkörper 62 des Schneidwerkzeuges 54 auf der den Schneidkanten 56 abge­ wandten Seite überstehenden Spanbrecher 64 vorzusehen, der sowohl mit der Aussparung 60 als auch mit dem Trägerkörper 62 verlötet ist. Die besondere Ausbildung des Spanbrechers 64 erfordert es, die PKD-Schicht 58 nach dem Aufbringen auf den Trägerkörper 62 bis auf einen verbleibenden V-förmigen Winkel 66 im Bereich der Schneidkanten 56 auszusparen. Der Spanbrecher 64 verfügt wiederum über um etwa 45° abge­ schrägte Flanken 70, die den Schneidkanten 56 zum Brechen sich bildender Späne zugewandt sind.

Statt der bei den gezeigten Ausführungsbeispielen vorgese­ henen Spanbrecher ist auch das Aufbringen von Spanleitstu­ fen auf den Trägerkörpern der Schneidwerkzeugeinsätze denk­ bar, deren Aufgabe nicht in einem Brechen der Späne auf kurze Länge, sondern in einem gezielten Ableiten entstehen­ der Späne besteht.

Je nach Anwendungsfall, z. B. insbesondere zum Bearbeiten festerer Werkstoffe, können die auf den Trägerkörpern auf­ gebrachten Schichten zur Bildung der Schneidkanten auch aus polykristallinem PKB bestehen, das auch als CBN bezeichnet wird.

Selbstverständlich ist es denkbar, die erfindungsgemäße An­ ordnung von Mitteln zur Kontrollierung der Spanbildung auch auf Vollschichtplatten, wie z. B. Wendeschneidplatten, auf­ zubringen, bei welchen die separaten Halter entfallen kön­ nen.

Die Span- und Freiwinkel können unabhängig von der Anord­ nung der Spanbrecher der jeweilige Einsatzart des Schneid­ werkzeuges angepaßt sein. Entsprechend modifizierte Schneidwerkzeugeinsätze eignen sich sowohl zum Einsatz in Bohr-, Fräs- als auch Drehwerkzeugen.

Claims (15)

1. Schneidwerkzeug mit im Bereich der Spanfläche angeord­ neten Mitteln (22; 44; 64) zur Verhinderung unkontrol­ lierter Spanbildung, die in einem bestimmten Abstand zu einer Schneidkante (26; 56) an einer Schicht (24; 48; 58) aus polykristallinem Diamant (PKD) oder polykri­ stallinem Bornitrid (PKB) angeordnet sind, die auf ei­ nem Trägerkörper (20; 46; 62) aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (24; 46; 58) aus PKD bzw. PKB im Bereich der Mittel (22; 44; 64) zur Verhin­ derung unkontrollierter Spanbildung bis auf den Träger­ körper (20; 46; 62) ausgespart und die Mittel (22; 44; 64) zur Verhinderung unkontrollierter Spanbildung dort unmittelbar auf dem Trägerkörper (20; 46; 62) aufge­ bracht sind.

2. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Abstand der Mittel (22; 44; 64) zur Ver­ hinderung unkontrollierter Spanbildung zu den Schneid­ kanten (26; 56) ungefähr 0,3 bis 1,5 mm beträgt.

3. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stärke der Schicht (24; 48; 58) aus PKD bzw. PKB ungefähr 0,3 bis 1,5 mm beträgt.

4. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Aussparung in der Schicht (24; 48; 58) aus PKD bzw. PKB durch Elektroerosion her­ gestellt ist.

5. Schneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus PKD bzw. PKB durch Abscheiden des Schneidwerkstoffes in der Dampfphase auf den Trägerkörper aufgebracht ist.

6. Schneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (22; 44) zur Verhinderung unkontrollierter Spanbildung allseitig von einem verbleibenden Steg der Schicht (24; 58) aus PKD bzw. PKB umgeben sind.

7. Schneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (22; 44; 64) zur Verhinderung unkontrollierter Spanbildung und/­ oder der Trägerkörper (20; 46; 62) aus Hartmetall be­ stehen.

8. Schneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (22; 44; 64) zur Verhinderung unkontrollierter Spanbildung auf den Trägerkörper (20; 46; 62) aufgelötet sind.

9. Schneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Verhin­ derung unkontrollierter Spanbildung als Spanleitstufe ausgebildet sind.

10. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Verhinderung unkontrollierter Spanbildung als Spanbrecher (22; 44; 64) ausgebildet sind.

11. Schneidwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß der Spanbrecher (22; 44; 64) 0,5 bis 3,0 mm über die Schicht (24; 48; 58) aus PKD bzw. PKB über­ steht.

12. Schneidwerkzeug nach Anspruch 10 oder 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die der Schneidkante (26) zugewandte Flanke (28) des Spanbrechers (22) um ungefähr 40 bis 50° abgeschrägt ist.

13. Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß wenigstens die der Schneid­ kante zugewandte Oberkante des Spanbrechers (44) mit einem Radius abgerundet ist.

14. Schneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß es als Bohr-, Fräs- oder Drehwerkzeug ausgebildet ist.

15. Schneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß es als Einsatz (14; 42; 54) für einen Halter (12; 52) oder als Wende­ schneidplatte mit mehreren Schnittkanten ausgebildet ist.