DE3301302C2 - Schneidelement eines Rotationsmeißels - Google Patents

Schneidelement eines Rotationsmeißels

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DE3301302C2 DE19833301302 DE3301302A DE3301302C2 DE 3301302 C2 DE3301302 C2 DE 3301302C2 DE 19833301302 DE19833301302 DE 19833301302 DE 3301302 A DE3301302 A DE 3301302A DE 3301302 C2 DE3301302 C2 DE 3301302C2
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Abstract

Das Schneidelement hat die Form eines Rings, der über seinem gesamten Umfang eine veränderliche radiale Steifigkeit aufweist. Das Schneidelement wird insbesondere bei der Bearbeitung von Papierwalzen von Superkalandern verwendet.

Description

33 Ol
Ringstärke als die angegebene genommen, wird das Schneidelement unter der Wirkung der Schnittkraft zerstört. Wenn die Ringstärke das erwähnte Maß übersteigt, führt dies keinesfalls zur Erhöhung der Lebensdauer des Schneidelements, sondern bedeutet einen Mehraufwand an Metall, Bearbeitung und Nachschleifen.
Wenn nach Anspruch 4 die Innenfläche des Rings exzentrisch in bezug auf die Außenfläche in der Versetzungsrichtung der Exzentrizität ist, läßt sich eine minimale Ringstärke erreichen. Dabei ist die Ringstärke in der zur Exzentrität entgegengesetzten Richtung am größten. Der Übergang von der kleinsten zur größten Ringstärke erfolgt stetig stufenlos. Bei der Bearbeitung mit diesem Schneidelement ändert sich die elastische Verformung des Ringes ebenfalls stetig. Die größte elastische Verformung erfolgt an der Stelle seiner kleinsten Steifigkeit, und umgekehrt. Dies bewirkt die Entstehung von erzwungenen Schwingungen, also Eigenschwingungen des Rings unterschiedlicher Frequenz, wodurch ein Zusammentreffen der Eigenschwingungsfrequenzen des Rings ausgeschlossen ist, so daß die Lebensdauer des Schneidelements erhöht ist, und sein Metallvolumen verringert werden kann.
Bei der Ausgestaltung des Schneidelements nach Ansprach 3 sind zwei Abschnitte mit der kleinsten radialen Steifigkeit vorhanden, die symmetrisch zueinander in einer Ebene liegen, die durch die Hauptachse der Ellipse geht Die zwei Abschnitte mit der größten radialen Steifigkeit liegen ebenfalls symmetrisch zueinander in einer Ebene, die durch die Nebenachse der Ellipse geht Die größte Verformung des Schneidelements stellt sich während der Rotation um seine Achse in den zwei Abschnitten mit der kleinsten Steifigkeit ein, die geringste Verformung in den zwei Abschnitten mit größter radialer Steifigkeit Die Zeit für die Änderung und die gegenseitige Schwächung der Frequenz der erzwungenen Schwingungen des Schneidelements ist pro Umdrehung gegenüber dem Schneidelement, dessen Außen- und Innenflächen exzentrisch zueinander sind, um das Zweifaehe verringert Ein solcher Aufbau des Schneidelements erhöht ferner seine Lebensdauer. Die Frequenzen der erzwungenen Schwingungen, d. h. Eigenschwingungen, des Rings während der Bearbeitung verändern sich und schwächen einander größenmäßig nach '/.»-Umdrehung. 4j Die Zeit die für die Veränderung und gegenseitige Schwächung der Frequenzen der erzwungenen Schwingungen dieses Schneidelements während einer Umdrehung erforderlich ist, wird gegenüber dem Schneidelement, das nur je einen Abschnitt mit kleinster und großter Steifigkeit aufweist, um das Zweifache verkürzt So gebaute Schneidelemente werden zweckmäßigerweise bei der Bearbeitung von Oberflächen mit ungleichem Übermaß verwendet
Die elastische Verformung des Schneidelements in der axialen Richtung ist wegen seiner veränderlichen radialen Steifigkeit ebenfalls ungleich. An den Stellen der größten radialen Steifigkeit ist sie am kleinsten, und umgekehrt Da die; elastische Verformung des Rings im Einsatz unter der Wirkung der axialen Schnittkraft von der Schneidkante zur Aufnahmefläche, d. h. längs der Ringachse, gerichtet ist, bewirkt dies bei Schlagbeanspruchungen die Entstehung von erzwungenen axialen Schwingungen, d.h. axüMen Eigenschwingungen des Rings, deren Frequenz a:J»h über dem Umfang der Aufnahmefläche ungleich ist. Daher ist auch die axiale Kraft die zur Befestigung des Schneidelements an der Meißelachse angelegt wiH, im Einsatz über dem Umfang der Aufnahmefläche ungleich. Um den negativer· Einfluß der ungleichen erzwungenen axialen Schwingungen bzw. der axialen Eigenschwingungen des Rings auf seine Aufnahmefläche zu verringern bzw. zu beseitigen, ist an der Innenfläche des Rings der radiale Ringvorsprung nach Anspruch 5 vorgesehen. Der Ring besitzt an der Stelle des radialen Ringvorsprungs eine Stärke, die die Ringstärke übersteigt Folglich ist dort auch seine radiale Steifigkeit höher. Daher nimmt die elastische Verformung des Ringes unter der Wirkung der axialen Schnittkraft an der Aufnahmefläche erheblich ab, so daß die erzwungenen axialen Schwingungen bzw. die axialen Eigenschwingungen des Rings über dem Umfang erheblich abgeschwächt werden. Dies erhöht die Befestigungssicherheit des Rings und seine Lebensdauer.
Dabei haben sich die Abmessungsbereiche gemäß Anspruch 6- als besonders vorteilhaft erwiesen. Liegt nämlich das Verhältnis zwischen den·. Innendurchmesser des radialen Ringvorsprungs und dem Außendurchmesser des Schneidelements außerhalb der genannten Grenzen, so führt dies im Einsatz zu einer radialen Verformung der ebenen Aufnahmefläche, die die Befestigung dej Schneidelements auf der Meißelachse erschwert Liegt aber das Verhältnis des Innendurchmessers des radialen Ringvorsprungs zum Außendurchmesser des Schneidelements in engeren Grenzen als den angegebenen, so führt dies zu einer Erhöhung des Metallvolumens des Schneidelements ohne Verbesserung seiner Betriebsdaten.
Mit zunehmendem Durchmesser des Schneidelements nimmt die axiale Schnittkraftkomponente zu. Daher muß bei der Bestimmung der Höhe des radialen Ringvorsprungs der Außendurchmesser des Schneidelements berücksichtigt werden, der durch das obenangeführte Verhältnis festgelegt ist Wenn eine geringere Größe als empfohlen gewählt wird, so schwächt die« die negative Einwirkung der axialen erzwungenen Schwingungen bzw. der axialen Eigenschwingungen des Rings nicht ab. Wird die Höhe des radialen Ringvorsprungs größer als durch das Verhältnis bestimmt, gewählt, so führt dies nur zur Erhöhung des Metallvolumens des Schneidelements ohne Verbesserung seiner Betriebsdaten.
Beim Einsatz eines Schneidelements, dessen Außenfläche kegelig mit einem Kegelwinkel von 15" bis 45° ausgeführt ist, wird der Angriffsarm der axialen Kraft an der Schneidkante des Rings in bezug auf die Befestigungsfläche größer. Das auf den Ring wirkende Biegemoment nimmt dabei gleichfalls zu. Daher wird zur Vermeidung einer Zerstörung des Rings an seiner Verbindungsstelle mit dem radialen Ringvorsprung die Höhe des radialen Ringvorsprungs nach Anspruch 6 ausgebildet
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:
F i g. 1 einen Axialschnitt einer ersten Ausführungsform eines Schneidelements,
F i g. 2 eine Draufsicht auf das Schneidelement von Fig. 1.
F i g. 3 einen Axialschnitt einer zweiten Ausführungsform eines Schneidelements,
Fig.4 eine Draufsbht auf das Schneidelement von Fig. 3.
F i g. 5 einen Axialschnitt einer dritten Ausführungsform eines Schneidelements und
Fig.6 eine Draufsicht auf das Schneidelement von Fig. 5.
33 Ol 302
Das in F i g. 1 gezeigte Schneidelement eines Rotationsmeißels ist ein Ring 1, der eine Außenfläche 2 in Form eines Kegels, sowie Stirnflächen 3 und 4 besitzt, von denen die eine Stirnfläche 3 eine Aufnahmefläche, und die gegenüberliegende Stirnfläche 4 eine Schneidkante S bildet Die Rotationssymmetrieachse 8 der Innenfläche 6 des Rings 1 ist zur Rotationssymmetrieachse 7 (F i g. 2) der Außenfläche 2 um die Exzentrizität e versetzt Infolgedessen ist die Stärke a des Rings 1 ungleich. Die kleinste Stärke amm des Rings 1 liegt auf der Symmetrieachse 9 des Rings 1. Die größte Stärke awa, des Rings 1 liegt ebenfalls auf der Symmetrieachse 9. In den durch Pfeile A angedeuteten Richtungen nimmt die Stärke a des Rings 1 monoton zu. Also ist auch die radiale Steifigkeit dieses Schneidelements über dem Ringumfang ungleich.
Hierbei wird die kleinste Stärke am,„ des Rings 1 aus
der Beziehung ciTOiUcii:
radialer Ringvorsprung 24 mit einer Höhe Λ24 und einem Innendurchmesser cfe« vorhanden, der es erlaubt, die Differenz der Beträge der axialen elastischen Verformungen und die von ihnen veranlaßten erzwungenen axialen Schwingungen bzw. axialen Eigenschwingungen des Ringes 18 zu vermindern.
Das Verhältnis des Innendurchmessers du des radialen Ringvorsprungs 24 zum Außendurchmesser Dig des Rings 18 liegt in folgenden Grenzen:
= 0,2 bis 0,8,
wobei die Höhe Λ24 des radialen Ringvorsprungs 24 aus der Beziehung ermittelt wird:
amtn - (1 bis 5)
mm,
wobei D den Außendurchmesser des Rings in mm bedeutet
Für Schneidelemente, deren Außendurchmesser 30 mm nicht übersteigt, wird die kleinste Ringstärke aus der Beziehung ermittelt:
amin = (1 bis 2,5) V(OJW mm.
Wenn der Außendurchmesser des Rings 50 mm nicht übersteigt, gilt:
(2,5 bis 3,5)
Λ24 = (0,05 bis 2) V(0,1 DitY mm.
Ein ähnlicher radialer Ringvorsprung kann am in Fig.3 und 4 dargestellten Schneidelement ausgeführt sein.
Für eine Werkstoffbearbeitung unter Schlagbeanspruchungen gilt zweckmäßigerweise für das Verhältnis
- und die Höhe h des Schneidelements: D
-j- = 0,2 bis 0,4,
Λ = (1 bis ?.) V(0,l Df ium.
Für die Vorbearbeitung von Werkstoffen gilt:
mm.
in allen anderen Fällen wird die kleinste Ringstärke aus der Beziehung ermittelt:
amin = (34 bis 5) V(JOJW mm.
Das in F i g. 3 dargestellte Schneidelement eines Rotationsmeißels ist ein Ring 10, der eine Außenfläche 11 in Form eines Zylinders, sowie Stirnflächen 12 und 13 besitzt, von denen die eine Stirnfläche 12 die Funktion der Aufnahmefläche erfüllt, während die andere gegenüberliegende Stirnfläche 13 eine Schneidkante 14 bildet Die Innenfläche 15 des Rings 10 hat die Form einer Ellipse (F i g. 4). Dieses Schneidelement weist zwei gleiche Abschnitte minimaler Steifigkeit mit einer Stärke am,„ auf, die auf der Hauptachse 16 der Ellipse liegen. Zwei Abschnittt maximaler Steifigkeit mit der Stärke anux liegen auf der Nebenachse 17 der Ellipse. In den durch Pfeile B und C angedeuteten Richtungen nimmt die Stärke a des Rings 10 vom kleinsten auf den größten Wert zu, d h. von amin bis S011x. Die radiale Steifigkeit des Rings 10 verändert sich in diesen Richtungen ebenfalls von ihrem kleinsten Wert an den Stellen mit der minimalen Stärke a,^ des Rings 10 bis zum größten Wert an den Stellen mit der maximalen Stärke a^« des Rings 10.
Das in F i g. 5 dargestellte Schneidelement eines Rotationsmeißels ist ein Ring 18, der eine Außenfläche 19, die einen Kegelmantel mit einem Kegelwinkel α von 15° bis 45° hat, sowie Stirnflächen 20 und 21 besitzt Die eine Stirnfläche 20 erfüllt die Funktion einer Aufnahmefläche, die andere gegenüberliegende Stirnfläche 21 bildet eine Schneidekante 22. Die Innenfläche 23 des Rings 18 ist in bezug auf die Außenfläche 19 um einen Betrag d (F i g. 6) versetzt An der Innenfläche 23 ist an der Ringstirnfläche 20, die die Aufnahmefläche darstellt, ein
-j- = 0,4 bis 0,6,
A = (0,5 bis 1) V(JOJW mm.
Für die Fertigbearbeitung gilt:
4r = 0,6 bis 0,8,
(0,05
mm.
Bei der Ausführung der äußeren Kegelfläche 19 mit einem Kegelwinkel oc von 15° bis 45° ist die Höhe Λ24 des radialen Ringvorsprungs 24 im wesentlichen gleich der minimalen Stärke des Rings 18.
Das in Fig. 1, 2 dargestellte und erfindungsgemäß ausgeführte Schneidelement eines Rotationsmeißeis arbeitet folgendermaßen:
Infolge der Rotation des zu bearbeitenden Werkstükkes und des Längsvorschubs des Supports der Werk- zeugmaschine dreht sich das Schneidelement des Rotationsmeißels, das als Ring 1 ausgeführt ist, um die Rotationssymmetrieachse 7 der Außenfläche Z Die Schnittkraft, hauptsächlich ihre radiale Komponente, bewirkt eine radiale elastische Verformung des Rings 1, die sich nach den beiden Seiten von der Berührungsstelle des Rings 1 mit dem Werkstück verteilt Wenn das Schneidelement mit der Werkstückoberfläche an der Stelle seiner minimalen radialen Steifigkeit in Kontakt kommt, die durch die kleinste Stärke awm des Rings 1 bestimmt ist, breiten sich die elastischen Verformungen des Rings 1 in den durch die Pfeile A angedeuteten Richtungen nach den beiden Seiten von der minimalen Stärke amm des Rings 1 aus. Die erzwungenen Schwingungen (Ei-
33 Ol 302
genschwingungen) des Rings 1, die durch seine elastischen Verformungen bewirkt werden, breiten sich ebenfalls in diesen Richtungen aus. Im nächsten Moment verformt infolge der Drehung des Schneidelements die radiale Schnittkraftkomponente den Ring 1 an der Stel- s Ie seiner maximalen Stärke amix, d. h. an der Stelle seiner t.ößten radialen Steifigkeit, elastisch. Die elastischen Verformungen an dieser Stelle und die von ihnen bewirkten erzwungenen Schwingungen (Eigenschwingungen) des Rings 1 breiten sich ebenfalls über den Umfang des Rings 1 zueinander entgegengesetzt aus. Jedoch ist die Frequenz der erzwungenen Schwingungen (Eigenschwingungen) des Rings 1 an dieser Stelle von der Schwingungsfrequenz des Rings 1 an der Stelle seiner minimalen Stärke amm d. h. an der Stelle seiner gerings- is ten radialen Steifigkeit, verschieden, weil die Größe der elastischen Verformungen an diesen Stellen verschieden ist.
Bei diesem Schneidelement ist aufgrund der vorhandenen veränderlichen radialen Steifigkeit über dem Ringumfang im Einsatz das Zusammenfallen der Frequenzen der erzwungenen Schwingungen (Eigenschwingungen) der verformbaren Teile, d. h. die Resonanzerscheinung, bei der die Zerstörung des Rings 1 eintritt, ausgeschlossen.
In ähnlicher Weise arbeiten alle anderen Ausfü'nrungsforrrien der Schneidelemente des Rotationsmeißels.
Die erfindungsgemäße Bauart des Schneidelements eines Rotationsmeißels gibt ihm eine höhere Lebensdauer, weil die Arbeitsbedingungen günstiger als bei den bisher bekannten Konstruktionen sind. Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen der Schneidelemente für Rotationsmeißel sind fertigungsgerecht und einfach auszuführen. Das angegebene Verhältnis der 3s MaSe der einzelnen Teile des Schneidelements gewährleistet eine optimale Lebensdauer, ein minimales Metallvolumen, und einen reduzierten Werkzeugeinsatz bei der Herstellung.
40
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
45
5C
55

Claims (3)

33 Ol 302 1 . ■ 2 Schneidkante nicht in einer Ebene verläuft, sondern Patentansprüche: ebenfalls eine in sich geschlossene wellenförmige linie bildet Dem bekannten sich drehenden Werkzeug wird
1. Schneidelement eines Rotationsmeißels in Form neben einer Vorschubbewegung eine auf seine Dreheines Rings (t) mit einer eine Drehkörperfläche bil- 5 achse bezogene exzentrische Bewegung vermittelt denden Außenfläche (2) sowie Stirnflächen (3,4), von Mit dem bekannten Werkzeug nach der DE-OS denen die eine (3) eine Aufnahmefläche und die ge- 29 37 513 soll die Aufgabe gelöst werden, die Schnittgegenüberliegende (4) eine Schneidkante (5) bildet, schwindigkeit durch Verminderung der Scmieidkräfte dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (1) bei kleinerem Reibungskoeffizienten zu erhöhen, wobei über seinen Umfang eine veränderliche radiale Stei- io das hydrodynamische Verhalten des Schmiermittels befigkeit aufweist einflußt wird.
2. Schneidelement nach Anspruch 1, dadurch ge- Außerdem ist ein Drehmeißel mit einem drehbaren kennzeichnet daß zur Erzielung der veränderlichen ringförmigen Schneidelement bekannt (FR-PS 33 11 70, radialen Steifigkeit über dem Umfang der (1) eine SU-PS 42 88 64). Das Schneidelement hat die Form e.:- sich ändernde Stärke (a) aufweist für deren minima- 15 nes zylindrischen oder eines kegeligen Ringes. Eine seile Größe ner Stirnflächen bildet mit der Mantelfläche die
3 Schneidkante. Mit der gegenüberliegenden Stirnfläche
"miit = O bis 5) V'(0,1 DY (mm) stützt sich das Schneidelement z. B. am Schaft des Drehmeißels ab.
gilt, wenn ßderAußcndurchnjcssc- des Ringes (i) in 20 Dieses bekannte Schneidelement hat den Nachteil,
mm ist daß die resultierende Schnittkraft, hauptsächlich deren
3. Schneidelement nach Anspruch 2, dadurch ge- radiale Komponente, das Schneidelement radial elakennzeichnet daß zur Erzielung der veränderlichen stisch nach beiden Seiten an der Berührungsstelle des radialen Steifigkeit über dem Umfang der Ring (10) Schneidelements mit dem Werkstück aus verformt Da eine Innenfläche (15) in Form einer Ellipse aufweist 25 die radiale Steifigkeit des Schneidelements, die von der
4. Schneidelement nach Anspruch 2, dadurch ge- Ringstärke bestimmt ist, über dem Umfang gleich bleibt kennzeichnet, daß zur Erzielung der veränderlichen verteilen sich die elastischen Verformungen symmeradialen Steifigkeit über dem Umfang die Außenflä- trisch zur Berührungsstelle des Schneidelements mit ehe (19) und die Innenfläche (23) des Rings (18) ex- dem Werkstück und sind über den Ringumfang gegenzentrisch ζ !-einander sind. 30 einander gerichtet Dabei ist die Ringstärke die Diffe-
5. Schneidelement nach Anspruch 4, dadurch ge- renz zwischen dem Außen- und dem Innendurchmesser kennzeichnet daß an der Stirnfläche (20) des Rings des Ringes. Wegen der Rotation des Schneidelements (18) an seiner Innenfläche (23> ein radialer Ringvor- und der ständig wirkenden Schnittkraft wird das sprung (24) vorgesehen ist Schneidelement dauernd verformt, wodurch erzwunge-
6. Schneidelement nach Anspruch 5, dadurch ge- 35 ne Schwingungen, d. h. Eigenschwingungen des kennzeichnet daß das Verhältnis zwischen dem In- Schneidelements, entstehen, die gleichfalls über den nendurchmesser (#24) des radialen Ringvorsprungs Ringumfang gegeneinander gerichtet sind. Die Fre-(24) und dem Außendurchmesser (Di8) des Rings (18) quenz der erzwungenen Schwingt ,igen des Schneidele-0,2 bis 0,8 beträgt, wobei die Höhe β2*) des radialen ments ist infolge der gleichen radialen Steifigkeit des Ringvorsprungs (24) 40 Rings ebenfalls gleich, was zur Zerstörung des Schneid-
3 elements führt, weil die Frequenzen der erzwungenen
Λ24 = (0,05 bis 2) t/(0,1 D18)2 mm Schwingungen übereinstimmen, d. h. eine Resonanz auftritt. Um einer Zerstörung zu begegnen, muß aber die
beträgt. Stärke des Schneidelements vergrößert werden, was JJs 7. Schneidelement nach Anspruch 6, dadurch ge- 45 mehr Metall und mehr Bearbeitung erfordert gj kennzeichnet, daß bei einer Neigung der Außenflä- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ehe (23) des Rings (18) mit einem Kegelwinkel von Schneidelement zu schaffen, dessen Lebensdauer bei 15° bis 45° die Höhe (Λ24) des radialen Ringvor- verringertem Metallvolumen erhöht ist if Sprungs (24) der minimalen Stärke des Rings (18) im Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des im Pa-H wesentlichen entspricht. 50 tentanspruch 1 beschriebenen Schneidelements gelöst Jj Bei dem erfindungsgemäßen Schneidelement verteilt len sich infolge seiner ungleichmäßigen radialen Steifig-
i·:· keit die elastischen Verformungen über seinem Umfang
■ asymmetrisch in bezug auf die Berührungsstelle zwi-Die Erfindung betrifft ein Schneidelement eines Rota- 55 sehen Schneidelement und Werkstück. Die Frequenz
■ tionsmeißels in Form eines Rings nach dem Oberbegriff der dabei erzeugten erzwungenen Schwingungen ist un- :| des Patentanspruches 1. gleich, so daß sie sich bei ihrer Ausbreitung über dem y Es ist bekannt (DE-OS 29 37 513), ein sich um seine Ringumfang gegenseitig schwächen, wodurch die Resona Achse drehendes Werkzeug in Form eines Zylinders nanz und damit die Zerstörung des Schneidelements A oder eines Kegels mit einer an den Rand dieses Zylin- 60 verhindert wird. Durch die Ausschaltung der Resonanz ί| ders oder Kegels angrenzenden Mantelfläche eines In- wird die Lebensdauer des Schneidelements erhöht, wo-H nenkegels zu verwenden. Die äußere Mantelfläche des bei sein Metallvolumen aber geringer ist.
in Werkzeugkörpers bildet mit der sie schneidenden Basis- Wenn die Ringstärke gemäß Anspruch 2 vergrößert
§ kante des inneren Kegels die Schneidkante des um seine bzw. verringert wird, ergibt sich eine Erhöhung bzw.
ψ- Achse rotierenden Schneidwerkzeugs. Die äußere Man- 65 Verminderung der radialen Steifigkeit. Die angeführte
ί'ί telfläche des Werkzeugkörpers oder die innere Kegel- Abhängigkeit der minimalen Ringstärke vom Außen-
ξ fläche sind bei diesem bekannten Werkzeug entlang durchmesser des Schneidelements gestattet es, die noch
/j Mantellinien wellenförmig ausgebildet, so daß die mögliche Schnittkraft zu bestimmen. Wird eine kleinere
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