SE511223C2 - Verktyg för skärande bearbetning - Google Patents

Description

lO 15 20 25 511 223 2 Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är anordna ett stabilt verktyg företrädesvis för borrning eller fräsning där verktygsspetsen lätt kan bytas.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att anordna ett verktyg och en verktygsspets i formsprutad hàrdmetall.

Ytterligare ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att anvisa en metod för att tillverka en verktygsspets varigenom frihetsgraden för geometriskt utseende är i huvudsak obegränsad.

Dessa och andra syften har uppnåtts genom ett verktyg, en verktygsspets och en metod att tillverka en verktygsspets sàsom de definieras i efterföljande patentkrav med hänvisning till ritningarna.

Figurfgjfieçkning Fig. 1 visar ett borrverktyg enligt föreliggande uppfinning, i perspektivvy delvis sektionerad. Fig. 2 visar en verktygsspets enligt föreliggande uppfinning i perspektivvy. Fig. 3 visar verktygsspetsen i en sidovy. Fig. 4 visar verktygsspetsen i toppvy. Fig. 5 visar verktygsspetsen i bottenvy. Fig. 6 och 7 visar tvärsnitt enligt linjerna A-A och B-B i Fig. 4. Fig. 8 visar borrspetsen enligt Fig. 1 i förstoring. Fig. 9, 10 och 11 visar förstorade tvärsnitt av samverkande stödytor i Fig. 8. Fig. 12 och 13 visar ett alternativt utföringsexempel av ett verktyg enligt uppfinningen.

D l' r krivnin v finnin n Det i Fig. 1 visade utföringsexemplet av ett verktyg enligt uppfinningen är en så kallad spiralborr, vilken innefattar en verktygsspets 10, en dragstàng 1 1, en borrkropp 12 samt en mutter 13. 10 15 20 25 511 223 3 Verktygsspetsen 10 är vid sin från borrkroppen 12 vända ände försedd med åtminstone en skärande egg 19, vilken ges olika utformning alltefter användningsområde. Sålunda är skäreggen eller skäreggarna i huvudsak raka och parallella med verktygsspetsens längsgående centrumaxel när det är fråga om en pi nnfräs medan skäreggarna är cirkelformiga när det är fråga om en radiefräs. Verktygsspetsens 10 främre ände visar i figurerna en egg 19 för borrning. Utseendet och användningsomràdet för verktyget kan variera på mångahanda sätt.

Verktygsspetsen 10 är utförd i hårdmaterial, företrädesvis hàrdmetall och helst i formsprutad hàrdmetall och innefattar två övre släppningsytor 15, en stödyta 16 samt dem förenande första 17 och andra 18 krökta ytor. Samtliga dessa ytor och tillhörande eggar är utförda i samma material, d v s företrädesvis i formsprutad hàrdmetall. Skärningslinjer mellan de andra krökta ytorna eller spànkanalerna 18 och släppningsytorna 15 bildar huvudskäreggar 19, företrädesvis via, ej visade, förstärkningsfaser.

Skärningslinjer mellan de första krökta ytorna 17 och spånkanalerna 18 bildar biskäreggar 20. Spànkanalen kan altemativt vara anpassade för en borrkropp med raka spånkanaler. Verktygsspetsen innefattar företrädesvis även en urspetsningsyta 21, vilken når verktygsspetsens centrum och vilken bildar en vinkel d, Fig. 6, med verktygets rotationsaxel 22. Vinkeln d ligger i intervallet 40 till 50°, företrädesvis 45°. Verktygsspetsens största diameter utgörs av det diametrala avståndet D mellan bieggamas 20 radiellt yttersta punkter.

Verktygsspetsens höjd Y är i huvudsak lika med avståndet D, för att minimera slitaget från spánor på skarven mellan verktygsspetsen och borrkroppen.

Stödytans 16 största diameter d är företrädesvis mindre än diametern D, för att släppning skall ernàs vid bearbetning. Spolhàl 23, i huvudsak parallella med rotationsaxeln 22, genomlöper verktygsspetsen från stödytan 16 till lO 15 20 25 511 2,23 4 mynningen i respektive övre släppningsyta 15. Spolhálen är anordnade pà en linje l, pà ömse sidor om axeln 22.

Stödytan 16 är utformad med ett antal fràn varandra skilda, i huvudsak identiska och parallella räfflor eller àsar 30. Åsarna bildar en i huvudsak sinusformad kurva i tvärsnittet enligt Fig. 8, vilken svänger kring en linje som i huvudsak ligger i de plana ytorna 29A, 298, beskrivna nedan med hänvisning till Fig. 9. Åsarna är avlånga och har utsträckning längs stödytan 16. Åsen 30 har vidare två flanker 32A, 32B, vilka tangerande ansluter till bottnen 31. Bottnen kan beskrivas med en radie om cirka 0,2 till 0,4 mm.

Flankerna bildar en spetsig vinkel e med varandra. Vinkeln e ligger i intervallet 40° till 80°, företrädesvis mellan 55° och 60°. Ett krön eller en krökt yta 33A, 33B är anordnad pà ömse sidor pà àsen 30. Varje yta ansluter tangerande till samhörande flank via en mjuk övergång. Varje às kan vara i huvudsak parallell med linjen l eller bilda en spetsig vinkel med linjen l.

Varje às bildar en vinkel f med en linje K, som skär spánkanalernas radiellt yttersta punkter pà skäreggssidan i stödytan 16. Vinkeln fär cirka 0° till 90°, företrädesvis 30° till 60°. Åsen har en höjd h och en största bredd w. Antalet àsar 30 beror indirekt av verktygsspetsens diameter D, varvid antalet varierar mellan 2 till 20 àsar och som exempel kan nämnas att cirka 9 àsar anordnas pá en borrdiameter om 18 mm.

Vid sin mot borrkroppen 12 vända ände är verktygsspetsen försedd med stödytan 16, vilken är försedd med ett första ingreppsorgan 14, vilket i det visade utföringsexemplet innefattar en gängad urtagning 34 samt en stympat konisk styryta 35.

Dragstängen 11 uppvisar vid sin mot verktygsspetsen vända ände ett andra gängat parti 36, vilket följs axiellt bakàt av en konisk utvidgning 37, vilka är 10 15 20 25 511 223 »- D avsedda att samverka med det första ingreppsorganet 14. l verksamt läge samverkar den gängade urtagningen 34 med det andra gängade partiet 36.

I dragstångens 11 andra ände är ytterligare ett utvändigt gängat parti anordnat, vilket samverkar med en cylindrisk mutter 13 försedd med ett nyckelgrepp 38. Muttern är införd i en urborrning 39 i borrkroppens skaftdel 40, varvid muttern och skaftdelen uppvisar samverkande, radiella kontaktytor vid 41. Kontaktytan 41 ger axiellt mothåll för muttern vid åtdragning. Urborrning ansluter koncentriskt till en central, mindre kanal i borrkroppen, varvid nämnda kanal har utsträckning fram till och mynnar centralt i borrkroppens frontyta 24. Borrkroppen är försedd med spolkanaler 23A, vilka följer borrens bommar längs en skruvformig bana på i huvudsak konstant avstånd från rotationsaxeln 22. Borrkroppen har skruvformiga spånkanaler 18A eller raka spånkanaler och dessa kan sträcka sig genom hela kroppen eller genom en del därav.

Borrkroppen 12 är vid sin mot verktygsspetsen 10 vända ände försedd med en frontyta 24, vilken är anordnad att anligga mot verktygsspetsens 10 stödyta. Frontytans största diameter är mindre än verktygsspetsens största diameter D men företrädesvis lika som verktygsspetsens minsta diameter d.

Frontytan är utformad med ett antal från varandra skilda, identiska räfflor eller spår 26, vilka i tvärsnitt beskriver en i huvudsak trapetsformad bana.

Spåren är avlånga och har utsträckning längs väsentligen hela frontytan.

Varje spår kan vara i huvudsak parallell med linjen l eller bilda en spetsig vinkel med linjen l. Varje spår bildar en vinkel f med en linje K, som skär spånkanalernas radiellt yttersta punkter på skäreggssidan i frontytan 24.

Vinkeln fär cirka 0° till 90° företrädesvis 30° till 60°. Varje spår 26 har två flanker 28A, 28B, vilka, via en skarp eller avrundad övergång, ansluter till 10 2G 25 511 223 6 bottnen 27. Flankerna bildar en spetsig vinkel a med varandra. Vinkeln a ligger i intervallet 40° till 80°, företrädesvis 55° till 60°. En plan yta 29A, 29B är anordnad på ömse sidor om spåret 26. Varje yta är företrädesvis plant utformad och ansluter till samhörande flank via en trubbvinklig inre, mjuk eller skarp, övergång. Antalet spår 26, vilket beror av hur verktygsspetsens stödyta är utformad, är sàledes lika det antal åsar som stödytan har, varför antalet väljs i intervallet 2 till 20 spår. Spåret har ett djup d, och en största bredd z. Bottnen kan alternativt beskrivas med en radie om cirka 0,2 till 0,4 mm. Äsens höjd är 50 % till 95 % av spårets 26 djup och àsens största bredd w är större än spårets största bredd z. Detta innebär vid montering att ett spel p uppkommer mellan krönet 33A och bottnen 27 vid montering av skäret i hållaren. Spelet säkerställer att flankerna kommer i kontakt med varandra och att bottnen ej stödjer skäret, varför vickning undvikes. Ett motsvarande spel uppstår därmed också ovan de plana ytorna 29A, 29B. Åsarna och spåren bildar, i monterat skick, en fog med ett flertal kilverkande anslutningar vilka medför en ökning av friktionskraften med ökande matningskraft. En annan fördel med nämnda kilverkan är att den tillåter en viss snedställning av åsar och spår relativt varandra i samband med monteringens inledning, varvid dessa styrs rätt av sin geometri vid fortsatt sammantryckning. Fogen är placerad så att den oftast kommer att befinna sig i borrhàlet under borrningen. Åsarna och spàren bör vara placerade på respektive yta så att de blir så många långa som möjligt. Ändarna på en ås eller ett spår bör vara så långt ifrån varandra som möjligt för bästa momentöverföring.

Montering av verktygsspetsen 10 på borrkroppen 12 sker på följande sätt.

Dragstången förs in i urborrningen 39 och genom borrkroppens 12 centrala hål till dess att muttern 13, som är förbunden med dragstàngen axiellt bakre 10 15 20 25 511 223 7 ände, anslår mot kontaktytan 41. Dragstångens främre parti 36 och den koniska utvidgningen 37 sticker därmed ut centralt frán frontytan 24. Därefter förs det gängade partiet 36 in i urtagningen 14 varvid verktygsspetsen roteras och gängas pà dragstången till dess att ytorna 35 och 37 anslår mot varandra.

Sedan förs verktygsspetsens stödyta 16 för hand i kontakt med frontytan. Vid rotation av muttern 13 via en nyckel som är i ingrepp med nyckelgreppet 38, kommer verktygsspetsen 10 att dras fast mot frontytan, dvs läget enligt Fig. 1 har uppnåtts. Verktygsspetsen 10 är nu på ett fullgott sätt förankrad i borrkroppen 12. Dragstàngen är i denna position i huvudsak avsedd att kvarhålla verktygsspetsen vid utdragning av verktyget ur det bearbetade hålet medan ásarna och spåren tar upp de krafter och moment som uppstår vid skärande bearbetning. Dock är kraften fràn dragstången så pass stor att fogen mellan verktygsspetsen och kroppen ej tillåts glappa vid utdragning. Åsarna och spåren skär spånkanalerna 18, 18A i ett väsentligen gemensamt radialsegment eller radialplan och spånkanalerna har utsträckning axiellt på båda sidor om nämnda radialsegment.

I detta sammanhang skall påpekas att gängförbandet mellan verktygsspetsen och dragstången tjänar två syften, nämligen dels att placera verktygsspetsen 10 i ett fixerat läge i borrkroppen vid montering, dels att vid användningen av det skärande verktyget alltid säkerställa att verktygsspetsen 10 hålls kvar i sitt fixerade läge.

Genom de samverkande ásarna och spåren kan härledas ett kraftspel vid varje kontaktyta eller kontaktlinje, där flanksamverkan sker, enligt T' = P/n[sin(a/2)/m - cos(a/2)] 10 15 20 511 223 8 där T' är skjuvkraften verkande pà ena flanken 28A eller 28B av n stycken spàr, m är friktionskoefficienten och P är en kraft som uppkommer av mätningen. Av sambandet kan uttolkas att mindre flankvinkel ger högre skjuvkraft T' som motverkar "överkuggning" orsakad av borrmomentet.

En borr enligt föreliggande uppfinning blir statiskt bestämd och innehåller mycket hárdmetall samt avlastar dragstàngen bàde radiellt och axiellt.

I och med att skärkrafterna är utspridda pà en större yta minskas risken för klyvning av verktygsspetsens stödyta 16. Efter monteringen kommer ásarna 30 och spåren 26 att bilda kontaktytor, vilka skär radialplanet R, Fig. 11, ett flertal gånger, företrädesvis minst fyra gånger, radiellt utanför dragstàngens ände 36. Äsarnas och spàrens kontaktytor ligger i huvudsak i radialplanet R, d v s de svänger kring radialplanet R med en amplitud om maximalt halva profilhöjden h. Profilhöjden är maximalt 20 % av verktygsspetsens höjd Y.

Den totala kontaktytan blir 5 till 10 °/0 större än konventionella plana kontaktytor. Verktygsspetsen 10 kan således lösbart sammankopplas eller avlägsnas frán frontytan 24 när dragstàngens 11 ände 36 utskruvas, dvs aktiveras fràn ett första axiellt främre läge till ett andra axiellt bakre läge.

När verktygsspetsen 10 skall bytas ut förfares pà omvänt sätt som vid monteringen, varvid verktygsspetsen 10 kan avlägsnas från borrkroppen 12 och bytas. l Fig. 12 och 13 visas ett alternativt utföringsexempel av ett verktyg enligt uppfinningen innefattar en verktygsspets 10', en dragstàng 11', en borrkropp 12', en ställskruv 50', en fjäder 51' samt en stoppskruv 52'. Vid detta verktyg är det möjligt att lossa och byta verktygsspetsen fastän borrkroppen är inspänd i maskinen. 10 15 20 25 511 223 9 Verktygsspetsen 10' och borrkroppen 12' är i huvudsak likadana såsom beskrivits ovan. Dock har borrkroppen, i övergången mellan infästningsänden och spånkanalerna, en snett inåt och bakåt riktad, gängad urborrning 53' samt en axiellt bakre gänga 54' i urborrningen 39'.

Dragstångens 1 l' axiellt främre ände innefattar en koncentrisk utvidgad styryta 55' samt de tidigare i samband med Fig. 8 beskrivna delarna 36' och 37'. Dragstångens axiellt bakre ände har en konisk utvidgning 56', vilken bakåt övergår i en cylindrisk styryta 57', varvid styrytans diameter är något mindre än urborrningens 39' diameter.

Borrverktyget monteras genom att dragstàngen förs in i urborrningen 39' och genom borrkroppens 12' centrala hål. Sedan införs fjädern 51' i urborrningen 39' varefter den utvändigt gängade stoppskruven 52' skruvas in i gängan 54' och därmed komprimeras fjädern och trycker dragstàngen framåt till stopp.

Därmed får dragstàngen en axiellt främre position, varvid gängorna i verktygsspetsen och på dragstàngen kan samverka och verktygsspetsen kan skruvas fast på dragstàngen så att ställskruven 50' via gängan 53' kan pressa mot utvidgningen 56' och trycka dragstàngen bakåt. Byte av verktygsspets går till på följande sätt. Först lossas ställskruven 52' på sidan av borrskaftet, varvid dragstàngen 1 l' skjuts framåt, cirka 2 mm, på grund av den i fjädern 51 ' upplagrade elastiska energin. Den förbrukade verktygsspetsen gängas av, företrädesvis för hand, och en ny verktygsspets gängas fast på dragstàngen till dess att urtagningens koniska del anslår mot dragstàngen främre koniska parti. Därefter kan man gå till väga på två olika sätt. Antingen förs verktygsspetsen mot borrkroppens frontyta för hand så att åsar och spår kommer i ingrepp med varandra, varefter ställskruven 52' åtdrages och verktygsspetsen fixeras i verksamt läge. Det andra sättet är att låta skruven 52' ensam trycka upp dragstàngen inklusive verktygsspetsen så att åsar och 10 20 25 511 2.23 10 spår kommer i ingrepp med varandra, varvid verktygsspetsen fixeras i verksamt läge. Den koniska ytan 56' kan anslå mot en motsvarande yta i urborrningens 39' främre ände när skruven 50' är utskruvad. Därmed motverkar friktionen mellan de koniska ytorna rotation av dragstången vid loss-skruvning av Verktygsspetsen. Om friktionen är för låg kan skruven 50' inskruvas mot den cylindriska ytan 56' och därmed ytterligare låsa dragstången mot rotation.

För de båda ovan angivna utföringsformerna gäller att verktygsspetsen har kilsamverkan med verktygskroppen så att fastklämningskraften eller friktionskraften, d v s motståndet mot radiell rörelse av delen relativt kroppen, ökar med ökande matningskraft. Dessutom är fästorganen anordnade att påverka Verktygsspetsen i samma riktning som matningskraften under borrning, d v s dragstången drar verktygsspetsen axiellt bakåt i huvudsak i samma riktning som matningskraften verkar.

Det är underförstått att geometrierna för de samverkande åsarna och spåren kan varieras inom ramen för föreliggande uppfinning utan att avvika från uppfinningstanken. Således kan geometrierna anta de flesta av gängors tvärsnitt (dock med en täckningsgrad om max 95%), t.ex. trapetsform på båda samverkande ytorna. Uppfinningen är användbar även för fräsar. Verktygsspetsen är företrädesvis belagt med skikt av t.ex.

Al2O3,TiN och/eller TiCN. l vissa fall kan det vara befogat med pålödda superhårda material såsom CBN eller PCD på skäreggarna.

Likaså är det möjligt att utnyttja andra fasthållningsorgan än en central dragstång; exempelvis är det möjligt att fasthålla Verktygsspetsen medelst en, vinkelrätt mot rotationsaxeln rörlig, kil. 10 15 20 25 511 223 11 Dessutom skall påpekas att de ovan beskrivna utföringsformerna hänför sig till verktyg som roterar relativt sin längsgående eller arbetsstyckets centrumaxel och att fasthållningsorganet roterar med verktyget.

Utföringsformerna kan nyttjas även som stillastående men då i kombination med ett roterande arbetsstycke.

Ett oberoende patentkrav avser en verktygsspets, vilken i sin helhet består av formsprutad hárdmetall, varvid det är möjligt att nyttja uppfinningen vid fräs-, borr- eller brotschskär för metallbearbetning. Vid utnyttjande av uppfinningen för metallbearbetning innefattar verktygsspetsen en central, ej genomgående urtagning 14 för en fästanordning, varvid urtagningen har en gänga 34 integrerad med skäret i övrigt. Med detta avses skär vilka kan fastspännas från verktygsspetsens undersida medelst t.ex. en skruv, så att en stor övre yta blir tillgänglig för skäreggar eller spånformare, vilka tidigare ej kunnat nyttjas. Gängan väljs då så att den ej lossar under bearbetning.

Verktygsspetsen tillverkas på följande sätt. Hàrdmetall och en bärare, till exempel plast, blandas och formas till pellets eller granulat varefter blandningen införs i en sprutmaskin varefter förvärmning sker till en för blandningen lämplig temperatur varefter blandningen under högt tryck och hög temperatur, cirka 180 °C, sprutas in i en form anordnad med en viss konfiguration för att motsvara verktygsspetsens utformning. Därför innehåller formen partier för att direkt eller indirekt skapa förutsättningar för minst en skäregg och minst en släppningsyta samt en eller flera kärnor för gänga och spolkanaler i avsikt att bibringa Verktygsspetsen dess utformning varefter den formsprutade hårdmetallspetsen får stelna i formen för att sedan plockas ut därur. Sedan sintras spetsen och eventuell efterföljande bearbetning såsom slipning kan utföras på släppningsytorna. Med hjälp av denna metod kan spetsens geometri väljas oberoende av den konventionella 511 223 12 formpressningsmetodens begränsningar. Exempelvis kan spànbrytare formas pà ytor som hittills bara kunnat slipas in.

Uppfinningen är pà intet sätt begränsad till de ovan beskrivna utföringsformerna utan kan fritt varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven.

Claims (7)

15 20 25 30 511 223 13 Patentkrav

1. Verktygsspets för roterande, spånavskiljande bearbetning innefattande minst en skäregg (19), vilken är integrerad med verktygsspetsen (10;10'), varvid verktygsspetsen är avsedd att lösbart fästas i en verktygskropp, k ä n n e t e c k n a d a v att verktygsspetsen i sin helhet består av formsprutad hårdmetall och att den innefattar en central urtagning (14) utformad som ett bottenhål, vilken innefattar en, med verktygsspetsen i övrigt integrerad, invändig gänga (34).

2. Verktygsspets enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att spetsen (10;10') innefattar spolhål (23;23'), i huvudsak parallella med rotationsaxeln (22;22'), vilka genomlöper verktygsspetsen från stödytan (16;16') till respektive övre släppningsyta (15).

3. Verktygsspets enligt något av kraven 1 eller 2, k ä n n e t e c k n at ia v att verktygsspetsen innefattar en icke-plan stödyta (16;16') i vilken urtagningen (14) mynnar.

4. Verktyg för relativt ett arbetsstycke, roterande skärande bearbetning, innefattande en verktygskropp (12;12'), en Verktygsspets (10;10') och fästorgan (11,36;11',36'), varvid verktygskroppen har en frontyta (24;24') och verktygsspetsen innefattar minst en skäregg (19), vilken är integrerad med verktygsspetsen (10;10') samt har en stödyta (16;16') anordnad att lösbart anligga mot frontytan, varvid kroppen har en skaftdel (40;40'), kännetecknat av att verktygsspetsen i sin helhet består av formsprutad hårdmetall och att den innefattar en central urtagning (14) utformad som ett bottenhål, vilken innefattar en, med verktygsspetsen i övrigt integrerad, invändig gänga (34) och att fästorganet (11,36;11',36') är anordnat att påverka 10 15 20 511 223 14 verktygsspetsen i riktning mot frontytan med hjälp av en komplementär utvändig gänga (36;36')

5. Verktyg enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d a v att spetsen (10;10') innefattar spolhål (23;23'), i huvudsak parallella med rotationsaxeln (22;22'), vilka genomlöper verktygsspetsen från stödytan (16;16') till respektive övre släppningsyta (15).

6. Verktyg enligt något av kraven 4 eller 5, k ä n n e t e c k n at a v att verktygsspetsen innefattar en icke-plan stödyta (16;16') i vilken urtagningen (14) mynnar.

7. Metod att tillverka en eggförsedd verktygsspets (10;10') avsedd att Iösbart fästas i en verktygskropp för att bilda ett verktyg för roterande skärande bearbetning, k ä n n e t e c k n a d a v att hårdmetall och en bärare blandas varefter blandningen införs i en sprutmaskin och värmes till en för blandningen lämplig temperatur varefter blandningen under högt tryck och vid cirka 180 °C sprutas in i en form anordnad med detaljer, såsom partier formande direkt eller indirekt minst en skäregg och minst en släppningsyta, och en eller flera kärnor i avsikt att bibringa verktygsspetsen dess utformning, varav åtminstone en kärna har en utvändig gänga, varefter blandningen stelnar i formen, varefter verktygsspetsen plockas ur formen och sintras och eventuell efterföljande bearbetning såsom slipning utföres.