DE69100149T2 - Fräswerkzeug mit Schaft und Kopf hergestellt aus verschiedenen Materialien und Verfahren zur Herstellung. - Google Patents
Fräswerkzeug mit Schaft und Kopf hergestellt aus verschiedenen Materialien und Verfahren zur Herstellung.Info
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Description
- Fräswerkzeuge mit einem von dem Bearbeitungskopf getrennten Werzeugschaft sind bereits bekannt. In FR-A-2 61 3 648 ist ein solches Werkzeug beschrieben.
- Um eine zufriedenstellende Lebensdauer des Werkzeugs und einen niedrigen Herstellungspreis zu erreichen, schlägt die Erfindung eine sorgfältige Auswahl der Materialien für den Bearbeitungskopf und den Werzeugschaft vor, damit einerseits ein Bearbeitungskopf und damit ein Werkzeug mit hervorragenden Bearbeitungsleistungen entsteht und andererseits ein Werzeugschaft, der wenig zerbrechlich ist. Außerdem soll ein diesen Bedingungen entsprechendes Herstellungsverfahren angewendet werden.
- Durch DE-A-3 703 900 ist bereits die Ausbildung eines Schneidwerkzeugs bekannt, bei dem ein Bearbeitungskopf und ein Werzeughalterschaft, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen, durch eine mechanische Steckverbindung miteinander verbunden sind, wobei die beiden Teile miteinander verlötet werden können.
- Durch US-A-4 543 345 ist außerdem ein keramischer Verbundwerkstoff an sich bekannt, der in einer Matrix faserförmige monokristalline Verstärkungselemente aufweist, die in einer Vorzugsrichtung verlaufen.
- Der Zweck der Erfindung wird dadurch erreicht, daß der ein Endstück des Werkzeugs bildende Bearbeitungskopf aus einem keramischen Material hergestellt und an dem Werzeugschaft befestigt wird, wobei der Werzeugschaft seinerseits aus einem Material, z.B. aus einem Werkzeugstahl oder aus Wolframkarbid, hergestellt ist, das größere Elastizität besitzt als das keramische Material und wobei die beiden Teile des Werkzeugs, nämlich der Werzeugschaft und der Bearbeitungskopf, jeweils eine im wesentlichen zylindrische Form haben und einzig durch Löten entlang einer nicht unterbrochenen Verbindungsebene miteinander verbunden sind.
- Außerdem sind vorzugsweise folgende vorteilhaften Anordnungen getroffen:
- - das keramische Material ist ein Verbundwerkstoff mit einer Matrix und faserförmigen Verstärkungselementen, wobei die Orientierungen der faserförmigen Elemente überwiegend in Ebenen enthalten sind, die senkrecht zu einer Längsachse des Werzeugschafts verlaufen,
- Das Verfahren zur Herstellung des Fräswerkzeugs umfaßt folgende Verfahrensschritte:
- a) ein zur Bildung des Bearbeitungskopfes bestimmtes zylindrisches Endstück aus einem keramischen Verbundwerkstoff, bestehend aus einer Matrix und faserförmigen Verstärkungselementen, die hauptsächlich in Ebenen ausgerichtet sind, die senkrecht zu einer Längsachse des Werkzeugschafts verlaufen, wird an einem zylindrischen Werkzeugschaft (aus Wolframkarbid durch Löten gemäß folgenden Angaben angebracht:
- - die Verbindungsstelle ist eine nicht unterbrochene ebene Fläche,
- - das verwendete Hartlot wird zu einem Band mit einer Dicke von etwa 0,05 mm ausgeformt, das etwa 63 Gewichtsprozent Silber, 35,25 Gewichtsprozent Kupfer, 1,75 Gewichtsprozent Titan enthält, wobei das eigentliche Löten unter Vakuum bei 880ºC während etwa 15 Minuten erfolgt.
- Der Hauptvorteil eines erfindungsgemäß hergestellten Werkzeugs besteht darin, daß der Fräskopf aus einem Material besteht, das als das für diesen Zweck am besten geeignete bekannt ist, jedoch relativ teuer und zerbrechlich ist, und daß die Verwendung dieses Materials auf den Fräskopf allein beschränkt wird, während zur Herstellung des Werkzeugschafts ein weniger teures und weniger zerbrechliches Material gewählt wird, so daß die Herstellung des Werkzeugs insgesamt optimiert wird.
- Zum besseren Verständnis der Erfindung und ihrer weiteren Merkmale und Vorteile sei im folgenden ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Beschreibung und die Zeichnungen dienen natürlich nur als Beispiele und stellen keine Einschränkung der Erfindung dar.
- Die Beschreibung nimmt auf die anliegenden Zeichnungen Bezug. Hierin zeigen
- Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäß hergestellten Werkzeugs und
- Fig. 2 einen in der Ebene P von Fig. 1 verlaufenden Schnitt durch den Fräskopf des Werkzeugs
- Das in den Zeichnungen dargestellte Fräswerkzeug besitzt
- - einen zylindrischen Werzeugschaft 1 mit einer Längsachse 5 und
- - einen Bearbeitungskopf 2, der durch eine Lötverbindung 3 an einem Ende des Werzeugschafts 1 befestigt ist und der die Schneidkanten 4 trägt.
- Der Bearbeitungskopf und der Werzeugschaft sind zunächst beide zylindrisch. Der Bearbeitungskopf und der Endbereich des Werzeugschafts werden nach der Herstellung der Lötverbindung zusammen bearbeitet.
- Ein Schnitt durch den Bearbeitungskopf in einer senkrecht zur Achse 5 (Fig. 2) verlaufenden Ebene P zeigt das Vorhandensein zahlreicher Haarkristalle (englisch "Whiskers"), die faserförmige Monokristalle bilden und einen Durchmesser in der Größenordnung von 0,001 mm haben.
- Erfindungsgemäß enthält ein solcher Schnitt faserförmige Elemente, z.B. Fasern mit einem Durchmesser von 0,01 mm, oder auch die genannten Haarkristalle.
- Die Wahl der Materialien ist wichtig.
- Der Werzeugschaft 1 wird aus einem Material hergestellt, das gute Elastizität besitzt und jedenfalls weniger zerbrechlich ist als der Bearbeitungskopf 2. Zur Herstellung des Werzeugschafts 1 eignen sich Wolframkarbid und Werkzeugstähle.
- Der Bearbeitungskopf wird aus einem keramischen Material hergestellt, bestehend aus einer Matrix 7, in der die Faserförmigen Elemente oder die Haarkristalle 6 eingebettet sind. Die bevorzugten prozentualen Anteile sind folgende:
- - die Matrix macht 60 bis 85 Volumenprozent des Bearbeitungskopfes aus und
- - die faserförmigen Elemente oder die Haarkristalle machen den Rest des Volumens aus, d.h. 40 bis 15%.
- Eine leistungsfähige Komposition besteht darin, daß man die Matrix zu etwa 70 Volumenprozent des Bearbeitungskopfes aus Aluminiumoxid herstellt und die Haarkristalle für den Rest des Volumen, d.h. etwa 30%, aus Siliziumkarbid.
- Alternativ kann die Matrix aus Siliziumnitrid oder Aluminiumoxid hergestellt werden und faserförmige Elemente, gegebenenfalls in Form von Haarkristallen, enthalten, die ihrerseits aus Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid hergestellt sind.
- Die Lötverbindung 3 zur Befestigung des Bearbeitungskopfes 3 an dem Endbereich des Werzeugschafts 1 stellt ein Element dar, das zu dem guten Gesamtverhalten des Werkzeugs im Betrieb beiträgt.
- Für die erzielte gute Qualität der Befestigung wurde die folgende Lötung herausgefunden und eingesetzt:
- - das verwendete Hartlot stammt von einem Band mit einer Dicke von etwa 0,05 mm,
- - Zusammensetzung des Bandes besteht aus etwa 63 Gewichtsprozent Silber, 35,25 Gewichtsprozent Kupfer und 1,75 Gewichtsprozent Titan,
- - die Lötung erfolgte unter Vakuum in einem Ofen, der während etwa 15 Minuten auf einer Temperatur von annähernd bei 880ºC gehalten wurde.
- Fräswerkzeuge, die nach dem vorangehend beschriebenen Angaben hergestellt sind, machen es möglich, das keramische Material ausschließlich dort einzusetzen, wo es von ausschlaggebender Bedeutung ist, nämlich zur Bildung des Bearbeitungskopfes 2. Dies verleiht dem Werkzeug eine Effizienz, die anders nicht erreichbar wäre, wobei die Zerbrechlichkeit durch die Wahl des Materials für den Werzeugschaft 1 sehr gering ist. Das Vorhandensein der Haarkristalle 6, die Wahl ihrer Vorzugsrichtung senkrecht zur Achse 5 sowie die für ihre Zusammensetzung gewählten prozentualen Anteile tragen zusammen zu der optimalen Ausbildung des Bearbeitungskopfes bei.
- Ein Werkzeug wie das vorangehend beschriebene ermöglicht Fräsarbeiten mit hohen Geschwindigkeiten. Dies ist besonders nützlich für die Bearbeitung von Werktücken aus Verbundwerkstoffen oder von Teilen, die aus bestimmten Superlegierungen hergestellt sind.
Claims (1)
- Verfahren zur Herstellung eines Fräswerkzeugs, das einen von dem Bearbeitungskopf getrennten Werkzeugschaft besitzt,gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:a) ein zur Bildung des Bearbeitungskopfes (2) bestimmtes zylindrisches Endstück aus einem keramischen Verbundwerkstoff, bestehend aus einer Matrix (7) und faserförmigen Verstärkungselementen (6), die hauptsächlich in Ebenen (P) ausgerichtet sind, die senkrecht zu einer Längsachse (5) des Werkzeugschafts (1) verlaufen, wird an einem zylindrischen VVerkzeugschaft (2) aus Wolframkarbid durch Löten gemäß folgenden Angaben angebracht:- die Verbindungsstelle ist eine nicht unterbrochene ebene Fläche,- das verwendete Hartlot wird zu einem Band mit einer Dicke von etwa 0,05 mm ausgeformt, das etwa 63 Gewichtsprozent Silber, 35,25 Gewichtsprozent Kupfer, 1,75 Gewichtsprozent Titan enthält, wobei das eigentliche Löten unter Vakuum bei 880ºC während etwa 15 Minuten erfolgt,b) zur Ausformung der Schneidkanten des Werkzeugs und der zugehörigen Werkzeugflächen werden der Bearbeitungskopf (2) und der Endbereich des Werkzeugschafts (1) gemeinsam bearbeitet.
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