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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft im Allgemeinen einen Schneideinsatz, der lösbar an einem Werkzeughalter zum Schneiden eines Werkzeugs angebracht werden kann, und insbesondere einen indexierbaren Schneideinsatz mit positiven und negativen Achsenspanschneidkanten zum maschinellen Bearbeiten von Verbundmaterialien und dergleichen.
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Verbundmaterialien wie faserverstärkte Kunststoffmaterialien (FRP-Materialien) und dergleichen werden umfassend in der Luftfahrtindustrie eingesetzt, weil sie eine hohe spezifische Stärke und hohe spezifische Steifigkeit aufweisen. FRP-Materialien sind Verbundmaterialien, die aus einer weichen Harzmatrix und einer Faserverstärkung hoher Stärke bestehen. Typische Faserverstärkungen schließen Kohlefasern (CFRP), Glasfasern (GFRP), Kevlarfasern und dergleichen ein. FRP-Materialien werden oft zu einer laminierten Struktur verarbeitet. FRP-Materialien weisen eine ausgezeichnete ebeneninterne Stärke aber geringe interlaminare Stärke auf. Unglücklicherweise hat sich herausgestellt, dass während der maschinellen Bearbeitung mit Schneideinsätzen FRP-Materialien zum Delaminieren tendieren, wenn der Schneideinsatz nur eine positive Achsenspanschneidkante aufweist.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Das Problem der Delaminierung während der maschinellen Bearbeitung von Verbundmaterialien wurde durch das Bereitstellen eines indexierbaren Schneideinsatzes mit mehreren Schneidkanten gelöst, wobei jede Schneidkante mehrere Kerbverzahnungen aufweist, die den Schneidkanten sowohl positive als auch negative Achsenspanwinkel bereitstellen.
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In einem Aspekt der Erfindung umfasst ein indexierbarer Schneideinsatz für die maschinelle Bearbeitung von Verbundmaterialien eine obere Oberfläche, eine untere Oberfläche und mehrere Umfangsseitenoberflächen, wobei die oberen und unteren Oberflächen und die Umfangsseitenoberflächen zum Bilden von Schneiden verbunden sind, wobei die obere Oberfläche eine Spanoberfläche und eine zentrale Ebene aufweist; wobei mehrere Schneidkanten an einem Schnittpunkt zwischen den oberen Oberflächen und den mehreren Seitenoberflächen ausgebildet sind; und wobei mehrere dreieckige Kerbverzahnungen entlang der Schneidkanten angeordnet sind, wobei jede Kerbverzahnung eine Spitze und ein Paar Seitenoberflächen aufweist, die an einem Scheitelpunkt zusammentreffen, wobei die Schneidkante eine Basis jeder dreieckigen Kerbverzahnung umfasst und die Kerbverzahnungen an dem Schneideinsatz Schneidkanten sowohl mit positivem Achsenspanwinkel als auch negativem Achsenspanwinkel bereitstellen, wodurch die Delaminierung beim maschinellen Bearbeiten eines Verbundmaterials reduziert wird.
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In einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein indexierbarer Schneideinsatz für die maschinelle Bearbeitung von Verbundmaterialien eine obere Oberfläche, eine untere Oberfläche und mehrere Umfangsseitenoberflächen, wobei die oberen und unteren Oberflächen und die Umfangsseitenoberflächen zum Bilden von Schneiden verbunden sind, wobei die obere Oberfläche eine Spanoberfläche und eine zentrale Ebene aufweist; wobei mehrere Schneidkanten an einem Schnittpunkt zwischen der oberen Oberfläche und den mehreren Seitenoberflächen ausgebildet sind; und wobei mehrere dreieckige Kerbverzahnungen entlang der Schneidkanten angeordnet sind, wobei jede Kerbverzahnung eine Spitze und ein Paar Seitenoberflächen aufweist, die an einem Scheitelpunkt zusammentreffen, wobei die Schneidkante eine Basis jeder dreieckigen Kerbverzahnung umfasst, wobei jede Kerbverzahnung die gleiche Anzahl von Kerbverzahnungen aufweist und wobei jede Kerbverzahnung im Wesentlichen identisch ist, und wobei die Kerbverzahnungen an dem Schneideinsatz Schneidkanten mit sowohl positivem Achsenspanwinkel als auch negativem Achsenspanwinkel bereitstellen, wodurch die Delaminierung beim maschinellen Bearbeiten eines Verbundmaterials reduziert wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser durch Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen verständlich, bei denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in den Zeichnungen repräsentieren. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines indexierbaren Schneideinsatzes mit Kerbverzahnungen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine Draufsicht des indexierbaren Schneideinsatzes aus 1;
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3 eine Draufsicht des indexierbaren Schneideinsatzes aus 1;
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4 eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Kerbverzahnung entlang der Schneidkante des Schneideinsatzes aus 1;
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5 eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Kerbverzahnungen in der Nähe der Schneide des Schneideinsatzes aus 1;
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6 eine weitere vergrößerte Draufsicht der Kerbverzahnungen entlang der Schneidkante des Schneideinsatzes aus 1;
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7 eine vergrößerte Seitenansicht der Kerbverzahnungen entlang der Schneidkante des Schneideinsatzes aus 1;
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8 eine Querschnittsansicht des Schneideinsatzes entlang der Linie 8-8 aus 2;
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9 eine Querschnittsansicht des Schneideinsatzes entlang der Linie 9-9 aus 2;
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10 eine perspektivische Ansicht des Schneideinsatzes aus 1, der in einem Fräser angebracht ist;
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11 eine Seitenansicht des Schneideinsatzes aus 1, der in dem Fräser aus 10 angebracht ist; und
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12 ein Schema der Kerbverzahnungen des Schneideinsatzes aus 1 ”in Phase” nach Anbringen in dem Fräser aus 10.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In Bezug auf 1 bis 9 ist ein indexierbarer Schneideinsatz 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Normalerweise weist der Schneideinsatz 10 im Allgemeinen eine quadratische Form (wenn von oben betrachtet) und eine X- und Y-Achsensymmetrie auf. Daher kann der Schneideinsatz 10 durch Drehen des Schneideinsatzes 10 um 90 Grad um die Z-Achse zum Präsentieren einer anderen Schneidkante für das Werkstück (nicht dargestellt) indexiert werden. Man wird zu schätzen wissen, dass ein im Allgemeinen quadratischer Schneideinsatz dargestellt ist, dass die Prinzipien der unten beschriebenen Erfindung aber auch für einen Schneideinsatz mit einer beliebigen polygonalen Form wie Triagon, Diamant, Fünfeck, Hexagon und dergleichen angewandt werden können.
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Der Schneideinsatz 10 weist im Wesentlichen parallele obere bzw. untere Oberflächen 12, 14 und Umfangsseitenoberflächen 16, 18, 20, 22 auf. Die Seitenoberflächen 16, 18, 20, 22 sind mit einem Freiwinkel 23 in Bezug auf eine Ebene ausgebildet, die senkrecht zu den oberen und unteren Seitenoberflächen 12, 14 verläuft, wie in 3 dargestellt. In einer Ausführungsform kann der Freiwinkel 23 zwischen etwa 0 Grad und etwa 30 Grad betragen. Zum Beispiel kann der Freiwinkel 23 etwa 15 Grad betragen.
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Der Schneideinsatz 10 weist auch vier Schneiden 24, 26, 28, 30 auf, die an dem Schnittpunkt der einzelnen Seitenoberflächen 16, 18, 20, 22 mit der oberen Oberfläche 12 ausgebildet sind. In einer Ausführungsform können eine oder mehrere Schneiden 24, 26, 28 30, zum Beispiel die Schneiden 24, 26, 28, mit einem Werkzeugspitzenradius mit einem Krümmungsradius R von etwa zwischen 0,016 inch (0,4 mm) bis etwa 0,047 inch (1,2 mm), zum Beispiel etwa 0,0315 inch (0,8 mm) ausgebildet sein, wie in 5 dargestellt. In einer anderen Ausführungsform können eine oder mehrere der Schneiden 24, 26, 28, 30, zum Beispiel die Schneide 30, mit einer 45°-Fase anstelle eines Spitzenradius ausgebildet sein, wie in 2 dargestellt.
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Mehrere Schneidkanten 32, 34, 36, 38 sind an dem Schnittpunkt zwischen der oberen Oberfläche 12 und den Seitenoberflächen 16, 18, 20, 22 ausgebildet. In der dargestellten Ausführungsform verlaufen die Schneidkanten 32, 36 im Wesentlichen parallel zueinander, während die Schneidkanten 34, 38 im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Außerdem weist die obere Oberfläche 12 eine Spanoberfläche 40 auf, die sich vollständig um den Umfang des Schneideinsatzes 10 erstreckt. Die Spanoberfläche 40 erstreckt sich nach innen und nach unten von den Ecken 24, 26, 28, 30 und den Schneidkanten 32, 34, 36, 38 zu einer im Wesentlichen ebenen zentralen Ebene 42 mit einem Winkel 44 in Bezug auf die Ebene 46, die parallel zu der oberen Oberfläche 12 verläuft, wie in 9 dargestellt. In einer Ausführungsform liegt der Winkel 44 in dem Bereich zwischen etwa 5 Grad bis etwa 25 Grad. Zum Beispiel kann der Winkel 44 etwa 15 Grad betragen. Ein Elevationsunterschied zwischen der zentralen Ebene 42 und der Schneidkante 32, 34, 36, 38 definiert eine Tiefe 48 zwischen der Schneidkante 32, 34, 36, 38 und der zentralen Ebene 42. In einer Ausführungsform liegt die Tiefe 48 in einem Bereich zwischen etwa 0,011 inch (0,28 mm) bis etwa 0,019 inch (0,49 mm).
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Ein Aspekt der Erfindung ist, dass der Schneideinsatz 10 mehrere Kerbverzahnungen aufweist, die im Allgemeinen bei 50 dargestellt sind, die in der Spanoberfläche 42 ausgebildet sind und sich radial nach innen von jeder Schneidkante 32, 34, 36, 38 des Schneideinsatzes 10 erstrecken. Es wird versucht, dass die Kerbverzahnungen 50 identisch ausgebildet sind, und der Beschreibung einer einzelnen Kerbverzahnung 50 folgend, kann diese auf die Bildung mehrerer Bogenkanten angewandt werden.
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Jede Kerbverzahnung 50 ist im Allgemeinen dreieckig und weist eine Spitze 50a und ein Paar Seitenoberflächen 50b, 50c auf, die an einem Scheitelpunkt 50d zusammentreffen, wie in 6 dargestellt. In der dargestellten Ausführungsform weist jede Kerbverzahnung 50 die Form eines gleichschenkeligen Dreiecks mit der Schneidkante 32, 34, 26, 28 auf, welche die Basis der Kerbverzahnung 50 umfasst. Man wird zu schätzen wissen, dass die Erfindung nicht auf eine spezifische Form des Dreiecks beschränkt ist und dass die Erfindung mit jeder gewünschten dreieckigen Form ausgeführt werden kann, wie mit einem gleichseitigen Dreieck, einem schiefwinkligen Dreieck, einem spitzwinkligen Dreieck, einem stumpfwinkligen Dreieck und dergleichen. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, kann die Höhe jeder Kerbverzahnung 50 eine gerade Linie durch den Scheitelpunkt sein und senkrecht zu der Basis verlaufen (bzw. Schneidkante 32, 34, 36, 38). Die Seitenoberflächen 50b, 50c sind mit einem Winkel 62 zueinander ausgebildet, wie in 7 dargestellt. Der Winkel 62 liegt in dem Bereich zwischen etwa 110 Grad bis etwa 160 Grad. In einer Ausführungsform beträgt der Winkel 62 etwa 132 Grad. Der Scheitelpunkt 50d kann zur Erleichterung der Anfertigung mit einem Radius ausgebildet sein.
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In der dargestellten Ausführungsform weist jede Schneidkante 32, 34, 36, 38 eine gleiche Anzahl von Kerbverzahnungen 50 auf. Da die Kerbverzahnungen 50 im Wesentlichen identisch sind, verläuft ein Doppelabschnitt 52, 54, der durch eine zentrale Achse 56 verläuft und die Schneidkanten 32, 34, 36, 38 gleich gliedert, zwischen zwei Kerbverzahnungen 50 und unterteilt auf diese Weise die Schneidkanten 32, 34, 36, 38 in zwei gleiche Anzahlen von Kerbverzahnungen 50, wie in 2 dargestellt. Zum Beispiel teilen sechs Kerbverzahnungen 50 auf jeder Seite des Doppelabschnitts 52 die Schneidkanten 32, 36 und sechs Kerbverzahnungen 50 auf jeder Seite des Doppelabschnitts 54 teilen die Schneidkanten 34, 38.
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Man wird zu schätzen wissen, dass die Erfindung nicht von der Gesamtzahl von Kerbverzahnungen 50 entlang jeder Schneidkante 32, 34, 36, 38 eingeschränkt wird und dass die Erfindung mit jeder gewünschten Anzahl von Kerbverzahnungen entlang jeder Schneidkante ausgeführt werden kann, solange jede Schneidkante 32, 34, 36, 38 die gleiche Anzahl von Kerbverzahnungen 50 aufweist. Zum Beispiel kann der Schneideinsatz 10 zehn Kerbverzahnungen entlang jeder Schneidkante 32, 34, 36, 38 anstelle von zwölf Kerbverzahnungen aufweisen, wie in der dargestellten Ausführungsform dargestellt.
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Der Scheitelpunkt 50d jeder Kerbverzahnung 50 erstreckt sich nach innen und unten von den Schneidkanten 32, 34, 36, 38 zu der zentralen Ebene 42 mit einem Winkel 58 in Bezug auf die Ebene 46, die parallel zu der oberen Oberfläche 12 verläuft, wie in 8 dargestellt. In einer Ausführungsform beträgt der Winkel 58 in einem Bereich zwischen etwa 1 Grad bis etwa 10 Grad. Zum Beispiel kann der Winkel 58 etwa 5 Grad betragen. Ein Elevationsunterschied zwischen der Spitze und dem Tal jeder Kerbverzahnung 50 definiert eine Tiefe 60. In einer Ausführungsform liegt die Tiefe 60 in einem Bereich zwischen etwa 0,007 inch (0,19 mm) bis etwa 0,017 inch (0,25 mm). Zum Beispiel kann die Tiefe 60 etwa 0,012 inch (0,3 mm) betragen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Tiefe 60 der Kerbverzahnung 50 geringer als die Tiefe 48 der Spanoberfläche 42 ist.
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Man wird auch zu schätzen wissen, dass die Erfindung nicht auf die Tiefe 60 jeder Kerbverzahnung 50 und den Winkel 62 der Seitenwände 50b, 50c beschränkt ist und dass die Erfindung mit jedem gewünschten Winkel und mit jeder gewünschten Tiefe ausgeführt werden kann, je nach Anzahl von Kerbverzahnungen 50 entlang der Schneidkante 32, 34, 36, 38. Die Tiefe 60 und der Winkel 62 der Kerbverzahnungen 50 kann auf zwei Arten gesteuert werden. Zunächst variiert der Winkel 62, wenn die Tiefe 60 der Kerbverzahnung 50 konstant gehalten wird, je nach Anzahl von Kerbverzahnungen (der Winkel 62 wird geringer bei mehr Kerbverzahnungen). Zweitens variiert, wenn der Winkel 62 konstant gehalten wird, die Tiefe 60 je nach Anzahl von Kerbverzahnungen (die Tiefe 60 nimmt bei mehr Kerbverzahnungen ab).
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In Bezug auf 10 und 11 wird ein Fräser im Allgemeinen mit 100 dargestellt. Der Fräser 100 weist einen Fräserkörper 102 mit einer oder mehreren Taschen 104 darin auf. Die Taschen 104 in dem dargestellten Fräser 102 sind axial und an dem Umfang in einer Winkelabstandsbeziehung zueinander angeordnet. Jede Tasche 104 kann den Schneideinsatz 10 der Erfindung aufnehmen. Jede Tasche 104 umfasst einen im Wesentlichen ebenen Sitz oder Basis 106 und zwei Schultern 108, 110. Die relativen Winkel, die von den Schultern 108, 110 in Bezug auf die Basis 106 und zueinander ausgebildet sind, sind für die Erfindung unwichtig und können mit jedem gewünschten relativen Winkel ausgebildet sein. Jede Schulter 108, 110 stellt eine Oberfläche bereit, die an der entsprechenden Seitenoberfläche 16, 18, 20, 22 des Schneideinsatzes 10 anliegt. Der Schneideinsatz 10 ist in jeder Tasche 104 mittels einer Befestigungsschraube 112 gesichert. Die Befestigungsschraube 112 drängt mithilfe des Kopfes der Befestigungsschraube 112 den Schneideinsatz 10 in Richtung der Basis 106 und der Schultern 108, 110 der Tasche 104. Entsprechend ist der Schneideinsatz 10 an dem Schneidkörper 102 auf lösbare oder entfernbare Weise angebracht.
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In der dargestellten Ausführungsform ist der Schneidkörper 102 zum Befestigen an der Spindel einer Fräsmaschine (nicht dargestellt) über einen Werkzeughalteradapter 114 ausgelegt. Der Schneidkörper 102 weist ein Maschineneingriffsende auf, das sich gegenüberliegende Antriebstaster 116 aufweist. Der Schneidkörper 102 wird um eine Drehachse A gegen den Uhrzeigersinn gedreht, wie von dem Richtungspfeil CW aus 10 zum Schneiden des Werkstücks (nicht dargestellt) dargestellt. Man wird zu schätzen wissen, dass der dargestellte Werkzeughalteradapter 114 nur aus illustrativen Gründen bereitgestellt wird. Der Werkzeughalteradapter 114 kann jeder geeignete Werkzeughalteradapter sein.
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Mit Bezug auf 11 ist ein Aspekt der Erfindung, dass die Kerbverzahnungen 50 eines der Schneideinsätze 10 ”in Phase” mit den Kerbverzahnungen 50 des benachbarten Schneideinsatzes 10 sind, wenn die Schneideinsätze 10 in dem Fräser 100 angeordnet werden. Wie hierin definiert, sind die Kerbverzahnungen 50 von zwei benachbarten Schneideinsätzen 10 ”in Phase”, wenn die Spitze 50a der Kerbverzahnungen 50 eines der Schneideinsätze 10 mit einer Ebene 64 ausgerichtet ist, die im Wesentlichen senkrecht zu der Drehachse A verläuft und in die gleiche Richtung wie die Drehrichtung CW in Bezug auf die Spitze 50a der Kerbverzahnungen 50 des benachbarten Schneideinsatzes 10 zeigt. Die ”in Phase”-Ausrichtung der Kerbverzahnungen 50 von zwei benachbarten Schneideinsätzen 10 ist schematisch in 12 dargestellt. Als Ergebnis stellen die Kerbverzahnungen 50 den Schneidkanten 32, 34, 36, 38 sowohl einen positiven Achsenspanwinkel als auch einen negativen Achsenspanwinkel bereit und reduzieren so die Wahrscheinlichkeit einer Delaminierung beim maschinellen Bearbeiten eines Verbundstoffmaterials.
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Die hierin genannten Dokumente, Patente und Patentanmeldungen werden hiermit durch Bezugnahme hierin aufgenommen.
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Während die Erfindung spezifisch in Verbindung mit bestimmten spezifischen Ausführungsformen davon beschrieben wurde, wird man verstehen, dass diese darstellend und nicht einschränkend zu verstehen sind und dass der Schutzbereich der angefügten Ansprüche so umfassend ist, wie der Stand der Technik dies zulässt.