AT500865B1 - Schneidplatte mit strukturierten flächen - Google Patents

Description

2 AT 500 865 B1

Die Erfindung betrifft eine Schneidplatte, insbesondere eine Wendeschneidplatte für Werkzeuge zur spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken oder Gegenständen mit zumindest einer Schneidkante mit Freifläche(n) und/oder Seitenfläche(n) und mindestens einer Spanfläche.

Bei einer modernen spanenden Bearbeitung bzw. in einer modernen Abspantechnik mit hoher Leistung von Werkstücken aus Metall, Legierungen oder Mehrphasenwerkstoffen werden Werkzeuge mit Schneidkomponenten aus gesinterten Hartstoffen, insbesondere aus gesinterten Karbidphasen, eingesetzt. Diese Schneidkomponenten sind als Platten oder Wendeschneidplatten ausgeführt, in einem Klemmhalter oder Werkzeugteil festgelegt und tragen zumeist eine Oberflächenbeschichtung aus Hartstoff(en), die ein- oder mehrlagig ausgebildet und nach dem CVD- oder PVD-Verfahren aufgebracht sein kann.

Eine verbesserte Haftung der Oberflächenbeschichtung auf der Schneidplatte kann gemäß US 5 722 803 durch eine Oberflächenrauhigkeit Ra des Substrates in einem Ausmaß von Ra zwischen 15 und 125 microinches erreicht werden.

Vom Oberflächenbereich des Werkstückes wird mittels der Werkzeuge jeweils ein Span abgenommen, der zumeist spiralig anfällt und sich gegebenenfalls ungebrochen in dieser Form ausbildet.

Lange Spiralspäne können jedoch die Bearbeitung des Werkstückes in den maschinellen Einrichtungen, wie Drehmaschinen und dgl. stark behindern, weswegen kurzbrechende Späne, die leicht gesammelt werden können und einfach austragbar sind, bevorzugt werden.

Legierungstechnisch kann ein früher Spanbruch bzw. eine Kurzspanbildung bei der Bearbeitung beispielsweise durch einen erhöhten Schwefel- und Mangangehalt des Werkstückes gefördert werden, weil Mangansulfide zu Bruchinitiationen im entstehenden Span führen können.

Es ist auch bekannt, und wird bei Schneidplatten für eine Spanung von zähen und/oder duktilen Werkstoffen fast ausschließlich eingesetzt, die Spanfläche mit Spanleitstufen zu versehen. Die Geometrie dieser Spanleitstufen, die zum Bruch der Späne und zu einer möglichst kleinstückigen Spanform beim Werkzeugeingriff führen soll, ist jedoch in ihrer Effizienz mit dem Vorschub, der Schrittgeschwindigkeit und der Spantiefe bzw. Spandicke verknüpft und nur für bestimmte Bearbeitungskriterien zufriedenstellend.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung eine Schneidplatte, insbesondere eine Wendeschneidplatte der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher bei üblicherweise langspanenden Werkstoffen eine Kurzspanbildung bei einer Bearbeitung erreicht wird. Weiters soll eine Kurzspanbildung weitgehend unabhängig von bzw. in weiten Bereichen der Bearbeitungskriterien erfolgen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einer gattungsgemäßen Schneidplatte die Spanfläche und gegebenenfalls die Freifläche(n) zumindest teilweise eine Feinstruktur mit konvexen und konkaven Bereichen aufweist (aufweisen), wobei die vor- und rückragenden Bereiche der Feinstruktur einen Abstand voneinander von größer 0,1 mm und von kleiner 1,0 mm sowie eine Tiefe T von weniger als 1 mm besitzen.

Die mit der Erfindung erreichten Vorteile sind im Wesentlichen darin zu sehen, dass weitgehend unabhängig von der Form der Spanfläche die Feinstruktur derselben ein oftmaliges Brechen des vom Werkstück abgenommenen Spanes bewirkt. Die Ursache dafür ist wissenschaftlich noch nicht in ausreichendem Maße geklärt, es kann jedoch angenommen werden, dass die Spanflächen-Feinstruktur zu Druckspannungen und Verformungen im sich bildenden Span führt, wodurch es auch bei zähem Material des Werkstückes zu Span-Bruchinitiationen kommt. Für den Fachmann vollkommen überraschend wurde dabei festgestellt, dass im harten Einsatz einer erfindungsgemäßen Schneidplatte die neue Oberflächenstruktur keinen vermehrten, in 3 AT 500 865 B1 den meisten Fällen sogar einen erniedrigten Kolkverschleiß bewirkt.

Weiters wurde gefunden, dass mit Vorteil der Wärmeübergang in die Schneidplatte verringert ist und auch die Standzeit einer Beschichtung erhöht und die Abrasion im schneidkantennahen 5 Bereich der Spanfläche reduziert sind.

Mit einer Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die konkaven und konvexen Bereiche der Feinstruktur einen Abstand voneinander von kleiner 0,6 mm, insbesondere von kleiner 0,4 mm besitzen, kann eine besonders vorteilhafte Kurzspanbildung erreicht werden. 10

Wenn weiters die Tiefe der Feinstruktur bzw. der senkrechte Abstand zwischen konkaven und konvexen Bereichen der Oberflächenstruktur weniger als 1,0 mm, vorzugsweise weniger als 0,6 mm, insbesondere weniger als 0,4 mm beträgt, sind nicht nur eine Abrasion und ein Kolk der Spanfläche minimiert, sondern es fallen auch in günstigerWeise gleichmäßig kurze Späne, 15 die leicht aus dem Bearbeitungsbereich der Maschine entfernbar sind, an.

Mit Vorteil kann die Feinstrukur der Spanfläche als gleichmäßige Struktur ausgebildet sein und weist in günstiger Weise eine Tiefe von mindestens 0,02 mm, vorzugsweise von mindestens 0,04 mm auf. Dadurch können eine Herstellung der Schneidplatte mit Feinstrukturierung der 20 Spanfläche beim Pressen des Grünlings vereinfacht und die Haltbarkeit einer Beschichtung und folglich die Funktionsfähigkeit der Schneidplatte bei einer Hochleistungsabspanung verlängert werden, wobei ein Kurzspananfall nicht nachteilig beeinflusst ist.

Wenn die Feinstruktur, bei Draufsicht auf die Platte, im Wesentlichen linienförmig oder mit 25 gekrümmter Linienform ausgebildet ist und bis zur Schneidkante reicht, kann zusätzlich zur Kurzspanbildung eine wirksame, gegebenenfalls gerichtete Spanleitung erreicht werden.

Eine Feinstruktur der Spanfläche einer Schneidplatte, die im Wesentlichen durch sich schneidende jeweils linienförmige konkave und konvexe Bereiche gebildet ist, stellt eine weitestge-30 hend homogene Strukturierung mit einer günstigen Spanbruchwirkung aus allen Beaufschlagungsrichtungen dar und kann universell verwendet werden.

In Hinblick auf eine hohe Qualität der bearbeiteten Oberfläche und einer Kurzspanbildung kann von Vorteil sein, wenn die Feinstruktur auf der Spanfläche mit einem Abstand von der Schneid-35 kante von weniger als 1,0 mm, vorzugsweise weniger als 0,6 mm, insbesondere weniger als 0,4 mm gebildet und auf dieser weitergeführt ist. Für besonders duktile Werkstoffe kann es bei einer Abspanung von besonderem Vorteil sein, wenn die Feinstrukur als Überstruktur auf der mit Spanleitstufen oder Spanbrech-Erhebungen 40 gebildeten Spanfläche einer Schneidplatte gebildet ist. Dadurch können Überlagerungseffekte bei der mechanischen Beaufschlagung des sich bildenden Spanes gegeben sein, die trotz ungünstiger Materialvoraussetzungen eine Kurzspanbildung fördern.

An Hand von schematischen Zeichnungen von Schneidplattenbildern und von Ergebnissen von 45 Spanungsversuchen, die jeweils nur einen Ausführungsweg darstellen, soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt: so Fig. 1 eine Draufsicht Fig- 2 eine Ansicht Fig. 3 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Schneidplatte, schematisch bzw. in einer Prinzipdarstellung Fig. 4 eine Draufsicht 55 Fig. 5 einen Querschnitt 4 AT 500 865 B1 einer erfindungsgemäßen Versuchs-Schneidplatte

Fig. 6 Spanformen bei einer Werkstückbearbeitung mit einer herkömmlichen Schneidplatte Fig. 7 Spanformen bei einer Werkstückbearbeitung mit einer erfindungsgemäßen Schneidplatte 5 Fig. 1 zeigt in einer Prinzipdarstellung eine erfindungsgemäße Wendeschneidplatte 1, die von oben durch eine Bohrung 5 auf einem Klemmhalter festlegbar ist. In Fig. 2 ist in Ansicht die Wendeschneidplatte 1 mit Schneidkanten 11, Freiflächen 3 und einer Spanfläche 2 dargestellt.

Aus Fig. 1 sind erfindungsgemäße Feinstrukturierungen 4, 4' der Spanfläche 2 der Wende-io schneidplatte 1 in schematischer Darstellung entnehmbar. Am rechten Teil der Spanfläche 2 reicht eine im Wesentlichen linienförmige oder wellige Feinstruktur 4 bis zu einer Schneidkante 11. Aus Fig. 3 ist in einer Teil-Schnittdarstellung AA von einer Schneidecke zur Befestigungsbohrung 5 hin ersichtlich, dass die Feinstruktur 4 konvexe Bereiche 41 und konkave Bereiche 42 aufweist, welche Bereiche jeweils einen Abstand A voneinander besitzen. Eine Tiefe der 15 Feinstruktur T ist durch den senkrechten Abstand T zwischen höchster Erhebung des konvexen Bereichs 41 und dem Grund des konkaven Bereichs 42 gekennzeichnet.

Am linken Teil der Spanfläche 2 einer Wendeschneidplatte 1 gemäß Fig. 1 ist eine durch sich schneidende, jeweils linienförmige konkave 42 und konvexe 41 Bereiche gebildete Feinstruktur 20 4' ersichtlich. Diese Feinstruktur 4' ist von den Schneidkanten beabstandet auf der Spanfläche 2 ausgebildet, das bedeutet, dass in einem Abstand S von der Schneidkante 11 die Spanfläche 2 strukturfrei vorliegt.

In Fig. 4 ist in Draufsicht eine Spanfläche einer Versuchs-Wendeschneidplatte gezeigt, welche 25 durch im Prinzip pyramidenförmige Erhebungen mit einem Abstand A von 0,4 mm und einer Tiefe T von 0,15 mm strukturiert ist.

Fig. 5 zeigt die Versuchs-Wendeschneidplatte von Fig. 4 im Schnitt. 30 Fig. 6 zeigt von einem Werkstück aus einem Werkstoff der Stahlsorte 34CrNiMo6 abgenommene Drehspäne, wobei eine Schneidplatte mit einer ebenflächigen, nicht strukturierten Spanfläche eingesetzt wurde. Im linken Teilbild 6/1 ist die Spanform bei einem Vorschub von 0,1 mm je Werkstückumdrehung zu ersehen, im mittleren Teilbild 6/2 war der Vorschub 0,2 mm, wobei, wie auch aus dem rechten Teilbild 6/3 (Vorschub 0,3 mm) ersichtlich, jeweils ein weitestgehend 35 ungebrochener spiraliger Span anfiel.

Aus Fig. 7 sind Formen von Drehspänen zu entnehmen, die bei einer Bearbeitung eines gleichartigen Werkstückes (Stahlsorte 34CrNiMo6) mit erfindungsgemäßen Wendeschneidplatten mit strukturierter Spanfläche anfielen. 40

Die Teilbilder 7/1, 7/2, 7/3 zeigen Späne, die jeweils mit einem Vorschub je Werkstückumdrehung von 0,1 mm, 0,2 mm und 0,3 mm gebildet wurden. Die Bezeichnung WSP1, WSP2, WSP3 und WSP4 steht für Wendeschneidplatten nach der Erfindung mit versuchsweise unterschiedlicher Feinstruktur der Spanfläche. 45

Die Spanfläche der Wendeschneidplatten WSP1 und WSP2 hatte eine durch sich schneidende, linienfömige konkave und konvexe Bereiche (WSP1) und eine durch im Prinzip gleichmäßig verteilte pyramidenförmige Erhebungen (WSP2) gebildete Feinstruktur. 50 Eine Linienform der Struktur wies jeweils die Spanfläche der Wendeschneidplatte WSP3 und WSP4 auf.

Aus den Spanformen, dargestellt in Fig. 6, welche bei einer Verwendung einer Wendeschneidplatte nach dem Stand der Technik erhalten wurden und jenen, die dargestellt in Fig. 7, bei 55 einem Einsatz von erfindungsgemäßen Wendeschneidplatten mit strukturierter Spanfläche

Claims (8)

1. 5 AT 500 865 B1 anfielen, sind im Vergleich die durch die Erfindung erreichten Vorteile einer durch das Werkszeug bewirkten Kurzspanbildung bei einer Drehbearbeitung eines Zylinders verdeutlicht. Patentansprüche: 1. Schneidplatte (1), insbesondere Wendeschneidplatte für Werkzeuge zur spanabhebenden Bearbeitung von Werkstücken oder Gegenständen mit zumindest einer Schneidkante mit Freifläche(n) und/oder Seitenfläche(n) und mindestens einer Spanfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanfläche (2) und/gegebenenfalls die Freifläche(n) (3) zumindest teilweise eine Feinstruktur (4) mit konvexen (41) und konkaven (42) Bereichen aufweist (aufweisen), wobei die vor- und rückragenden Bereiche der Feinstruktur einen Abstand (A) voneinander von größer 0,1 mm und von kleiner 1,0 mm sowie eine Tiefe (T) von weniger als 1,0 mm besitzen.
2. 2. Schneidplatte (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (41, 42) der Feinstruktur (4) einen Abstand (A) voneinander von kleiner 0,6 mm, insbesondere von kleiner 0,4 mm besitzen.
3. 3. Schneidplatte (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (T) der Feinstruktur (4) bzw. der senkrechte Abstand zwischen konkaven (42) und konvexen (41) Bereichen der Oberflächenstruktur (4) weniger als 0,6 mm, insbesondere weniger als 0,4 mm beträgt.
4. 4. Schneidplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinstruktur (4) als gleichmäßige Struktur ausgebildet ist und/oder eine Tiefe (T) von mindestens 0,02 mm, vorzugsweise von mindestens 0,04 mm aufweist.
5. 5. Schneidplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinstruktur (4) bei Draufsicht auf die Platte im Wesentlichen linienförmig oder mit gekrümmter Linienform ausgebildet ist und bis zur Schneidkante reicht.
6. 6. Schneidplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinstruktur (4) im Wesentlichen durch sich schneidende jeweils linienförmige konkave (42) bzw. konvexe (41) Bereiche gebildet ist.
7. 7. Schneidplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinstruktur (4) auf der Spanfläche (2) mit einem Abstand (S) von der Schneidkante (11) von weniger als 1,0 mm, vorzugsweise weniger als 0,6 mm, insbesondere weniger als 0,4 mm gebildet und auf dieser weitergeführt ist.
8. 8. Schneidplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinstruktur (4) als Überstruktur auf der mit Spanleit- oder Spanbrech-Stufen bzw. -Erhebungen gebildeten Spanfläche (2) gebildet ist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen