Nur teilweise geschliffener Werkzeugstab aus Sintermaterial
Patentansprüche
1. Herstellungsverfahren für einen aus gesintertem Material bestehenden Werkzeugstab (1), mit folgenden, in der angegebenen Reihenfolge ausgeführten Schritten: - Aus dem zu sinternden Material wird ein Formung hergestellt, der eine Längsachse (3) aufweist.
- In den Formung wird mindestens eine von der Längsachse (3) beabstandete, entlang der Längsachse (3) verlaufende Spankammer (4) eingebracht. - Durch Sintern des Formlings wird der Werkzeugstab (1) hergestellt .
- Durch Schleifen wird in den Werkzeugstab (1) mindestens eine an die Spankammer (4) angrenzende Schneidkante (8, 10) eingebracht und der Werkzeugstab (1) durch Schleifen weiter bearbeitet, wobei jedoch die Spankammer (4) nur teilweise geschliffen wird und im übrigen ungeschliffen bleibt.
2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spankammer (4) ausschließlich in einem Bereich (9) geschliffen wird, der an mindestens eine der Schneidkanten (8, 10) angrenzt.
3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine (8) der Schneidkanten (8, 10) stirnseitig des Werkzeugstabes (1) verläuft und dass die Spankammer (4), soweit sie an diese Schneidkante (8) angrenzt, in Richtung der Längsachse (3) gesehen über eine Länge geschliffen wird, die zwischen der Hälfte und dem Doppelten des Durchmessers des Werkzeugstabes (1) liegt, insbesondere zwischen dem 0,8-fachen und dem 1,2-fachen des Durchmessers des Werkzeugstabes (1) .
4. Herstellungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugstab (1) als Bohrer ausgebildet ist und dass die stirnseitige Schneidkante (8) an der Bohrerspitze (7) angeordnet ist.
5. Herstellungsverfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schneidkanten (8, 10) entlang der Längsachse (3) des Werkzeugstabes (1) verläuft und dass die Spankammer (4), soweit sie an diese Schneidkante (8) an- grenzt, nur in einem an diese Schneidkante (8, 10) unmittelbar angrenzenden Bereich geschliffen wird.
6. Herstellungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die entlang der Längsachse (3) des Werkzeugstabes (1) verlaufende Schneidkante (8, 10) von zwei Grenzflächen (11, 12) begrenzt ist, dass die eine Grenzfläche (11) zugleich die Spankammer (4) begrenzt und die andere Grenzfläche (12) die Spankammer (4) nicht begrenzt und dass die andere Grenzfläche (12) zumindest teilweise nicht geschliffen wird.
7. Aus gesintertem Material bestehender gebrauchsfertiger Werkzeugstab,
- wobei der Werkzeugstab eine Längsachse (3) aufweist und in den Werkzeugstab mindestens eine von der Längsachse (3) beabstandete, entlang der Längsachse (3) verlaufende Spankammer (4) eingebracht ist,
- wobei der Werkzeugstab mindestens eine an die Spankammer
(4) angrenzende, durch Schleifen des bereits gesinterten Werkzeugstabes in den Werkzeugstab eingebrachte Schneidkante (8, 10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spankammer (4) nur teilweise geschliffen und im übrigen ungeschliffen ist.
8. Werkzeugstab nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spankammer (4) ausschließlich in einem Bereich (9) geschliffen ist, der an mindestens eine der Schneidkanten (8, 10) angrenzt.
9. Werkzeugstab nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine (8) der Schneidkanten (8, 10) stirnseitig des Werkzeugstabes verläuft und dass die Spankammer (4), soweit sie an diese Schneidkante (8) angrenzt, in Richtung der Längsachse (3) gesehen über eine Länge geschliffen ist, die zwischen der Hälfte und dem Doppelten des Durchmessers des Werkzeugstabes liegt, insbesondere zwischen dem 0,8-fachen und dem 1,2-fachen des Durchmessers des Werkzeugstabes.
10. Werkzeugstab nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugstab als Bohrer ausgebildet ist und dass die stirnseitige Schneidkante (8) an der Bohrerspitze (7) ange- ordnet ist.
11. Werkzeugstab nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Schneidkanten (8, 10) entlang der Längsachse (3) des Werkzeugstabes verläuft und dass die Spankammer (4), soweit sie an diese Schneidkante (8) angrenzt, nur in einem an diese Schneidkante (8, 10) unmittelbar angrenzenden Bereich geschliffen ist.
12. Werkzeugstab nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die entlang der Längsachse (3) des Werkzeugstabes ver- laufende Schneidkante (8, 10) von zwei Grenzflächen (11, 12) begrenzt ist, dass die eine Grenzfläche (11) zugleich die Spankammer (4) begrenzt und die andere Grenzfläche (12) die Spankammer (4) nicht begrenzt und dass die andere Grenzfläche (12) zumindest teilweise nicht geschliffen ist.
13. Werkzeugstab nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Material Metall oder eine Metall-Keramik-Mischung ist.
14. Verwendung eines Werkzeugstabes (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 13 zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks (2) . |
Nur teilweise geschliffener Werkzeugstab aus Sintermaterial
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für einen aus gesintertem Material bestehenden gebrauchsfertigen Werkzeugstab. Die vorliegende Erfindung betrifft wei- terhin einen derartigen Werkzeugstab sowie eine Verwendung für einen derartigen Werkzeugstab.
Werkzeugstäbe aus Sintermaterial sind allgemein bekannt. Sie werden in der Regel wie folgt hergestellt:
- Aus dem zu sinternden Material wird ein Formung hergestellt, der eine Längsachse aufweist.
- In den Formung wird mindestens eine von der Längsachse beabstandete, entlang der Längsachse verlaufende Spankammer eingebracht.
- Durch Sintern des Formlings wird der Werkzeugstab hergestellt.
- Durch Schleifen wird in den Werkzeugstab mindestens eine an die Spankammer angrenzende Schneidkante eingebracht und der Werkzeugstab durch Schleifen weiter bearbeitet.
Ein derartiges Herstellungsverfahren und der hiermit korrespondierende Werkzeugstab ist beispielsweise aus der DE 101 42 265 Al bzw. der korrespondierenden US 7,226,254 B2 bekannt.
Bei dem bekannten Herstellungsverfahren sollen in den Werkzeugstab Kanäle eingebracht werden, die im Spankammerbereich helixartig um die Längsachse des Werkzeugstabes umlaufen. Die Kanäle können beispielsweise zum Zuführen eines Schmier- und/oder Kühlmediums zur Bohrerspitze eines Bohrers verwendet werden. Eine derartige Ausgestaltung ist auch im Rahmen der
vorliegenden Erfindung möglich. Sie ist jedoch nicht erforderlich.
Während des Sintervorgangs schrumpft der Formung, wobei das exakte Ausmaß der Schrumpfung schwer vorhersagbar ist. Aus diesem Grund wird der Formung derart dimensioniert, dass der gesinterte Werkzeugstab ein übermaß aufweist. Das übermaß wird durch den SchleifVorgang abgetragen.
Nach dem Sintern ist der Werkzeugstab sehr hart und nur schwer bearbeitbar. Die Bearbeitung ist daher aufwändig.
Aus der DE 36 36 798 C2 ist ein Werkzeugstab bekannt, bei dem die Spankammern überhaupt nicht bearbeitet werden.
Aus der EP 0 950 125 Bl ist ein gesinterter Werkzeugstab bekannt, bei dem nach einem Vorsintervorgang von ausgewählten Bereichen Material abgeschliffen wird. Die ausgewählten Bereiche umfassen unter anderem die Spannuten des Werkzeugsta- bes.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Herstellungsverfahren für einen aus Sintermaterial bestehenden Werkzeugstab und den hiermit korrespondierenden Werkzeug- Stab zu schaffen, bei denen der Aufwand zur Herstellung des Werkzeugstabes reduziert ist. Weiterhin soll eine geeignete Verwendung für diesen Werkzeugstab angegeben werden.
Die Aufgabe wird durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Werkzeugstab mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und eine Verwendung gemäß Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Herstellungsverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Werkzeugstabes sind Gegenstand der ab- hängigen Ansprüche 8 bis 13.
Erfindungsgemäß wird die Spankammer des Werkzeugstabes nur teilweise geschliffen und bleibt im übrigen ungeschliffen. Durch diese Maßnahme kann der Fertigungsaufwand zur Herstellung des Werkzeugstabes reduziert werden, ohne dessen Gebrauchseigenschaften negativ zu beeinflussen.
Es ist möglich, dass die Spankammer über einen nennenswerten Teilbereich geschliffen wird und nur im übrigen ungeschliffen bleibt. Vorzugsweise jedoch wird die Spankammer ausschließ- lieh in einem Bereich geschliffen, der an mindestens eine der Schneidkanten angrenzt.
Beispielsweise kann mindestens eine der Schneidkanten stirnseitig des Werkzeugstabes verlaufen. In diesem Fall wird die Spankammer 4, soweit sie an diese Schneidkante angrenzt, in Richtung der Längsachse gesehen vorzugsweise über eine Länge geschliffen, die zwischen der Hälfte und dem Doppelten des Durchmessers des Werkzeugstabes liegt. Die Länge kann insbesondere zwischen dem 0,8-fachen und dem 1,2-fachen des Durch- messers des Werkzeugstabes liegen. Der Werkzeugstab kann bei dieser Ausgestaltung insbesondere als Bohrer ausgebildet sein. Die stirnseitige Schneidkante ist in diesem Fall an der Bohrerspitze angeordnet.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass mindestens einer der Schneidkanten entlang der Längsachse des Werkzeugstabes verläuft. In diesem Fall wird die Spankammer, soweit sie an diese Schneidkante angrenzt, vorzugsweise nur in einem an diese Schneidkante unmittelbar angrenzenden Bereich ge- schliffen.
Die entlang der Längsachse verlaufende Schneidkante ist von zwei Grenzflächen begrenzt. Die eine der Grenzflächen begrenzt zugleich die Spankammer, die andere der Grenzflächen begrenzt die Spankammer nicht. Im Regelfall wird die andere Grenzfläche geschliffen. In manchen Ausgestaltungen ist es
jedoch möglich, dass (auch) die andere Grenzfläche zumindest teilweise nicht geschliffen wird.
Als Sintermaterial wird in der Regel ein Metall verwendet, insbesondere ein Hartmetall. Alternativ ist die Verwendung einer Metall-Keramik-Mischung möglich. Derartige Materialien sind unter dem Begriff „Cermet" bekannt.
Wie bereits erwähnt, ist der Werkzeugstab, bei dem die Span- kammer nur teilweise geschliffen und im übrigen ungeschliffen ist, vollständig gebrauchsfertig. Die typische Verwendung dieses Werkzeugstabes besteht darin, mit ihm eine spanende Bearbeitung eines Werkstücks vorzunehmen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei zeigen in Prinzipdarstellung:
Figur 1 schematisch ein Herstellungsverfahren zum
Herstellen eines erfindungsgemäßen Werkzeugstabes,
Figur 2 schematisch einen spanenden Bearbeitungs- Vorgang,
Figuren 3 bis 7 verschiedene Ansichten eines als Bohrer ausgebildeten Werkzeugstabes und
Figuren 8 bis 10 zwei verschiedene Ausgestaltungen eines als
Fräskopf ausgebildeten Werkzeugstabes.
Zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Werkzeugstabes wird gemäß Figur 1 zunächst in einem Schritt Sl ein stabförmiger Formung erzeugt, der in etwa die Länge und den Durchmesser des herzustellenden Werkzeugstabes aufweist. Der Formung wird hierbei - beispielsweise durch Extrudieren - aus einer
pastösen Masse erzeugt, die aus einem noch zu sinternden Material besteht, das mit einem Bindemittel vermischt ist. Das zu sinternde Material kann beispielsweise ein Metallpulver sein, insbesondere ein Hartmetallpulver. Alternativ kann das zu sinternde Material eine Mischung eines Metallpulvers mit einem Keramikpulver sein.
Nach dem Herstellen des Formlings wird der Formung in einem Schritt S2 getrocknet. Das Bindemittel verdunstet oder ver- dampft hierbei. Der getrocknete Formung ist spröde, aber noch relativ leicht zu bearbeiten. Es wird in einem Schritt S3 Material von dem Formung abgetragen, so dass er einen Schaft und einen Spankammerbereich aufweist. Der Schaft ist dadurch charakterisiert, dass er quer zur Längsachse gesehen einen konvexen (in der Regel runden) Querschnitt aufweist. Der Spankammerbereich ist dadurch charakterisiert, dass er mindestens eine Spankammer aufweist. Auf Grund des Vorhandenseins der Spankammer weist der Spankammerbereich quer zur Längsachse gesehen einen Querschnitt auf, der stellenweise konvex und stellenweise konkav ist.
In einem Schritt S4 wird der im Schritt S3 hergestellte Formung gesintert und so ein Werkzeugstab hergestellt. Der Formung schrumpft während des Sinterns. Das exakte Ausmaß, um das der Formung beim Sintern schrumpft, ist Schwankungen unterworfen .
Auf Grund der Schwankungen des Schrumpfungsvorgangs muss der Formung derart dimensioniert werden, dass er nach dem Sin- tern ein übermaß aufweist. Somit ist nach dem Sintern eine
Nachbearbeitung des Werkzeugstabes erforderlich. Diese Nachbearbeitung erfolgt in Schritten S5 und S6. Die Reihenfolge der Schritte S5 und S6 ist beliebig.
Gemäß Figur 1 werden in den Werkzeugstab im Schritt S5 Schneidkanten eingebracht. Die Anzahl an eingebrachten Schneidkanten ist nach Bedarf wählbar. Pro Spankammer wird
mindestens eine Schneidkante eingebracht. Jede Schneidkante grenzt an eine Spankammer an. Das Einbringen der Schneidkanten in den Werkzeugstab erfolgt durch Schleifen.
Im Schritt S6 wird der Werkzeugstab durch Schleifen weiter bearbeitet. Insbesondere wird ein übermaß des Werkzeugstabes abgetragen. Die Spankammer wird jedoch nur teilweise geschliffen. Im übrigen bleibt sie ungeschliffen. Diese Vorgehensweise steht im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem in der Regel die gesamte Spankammer geschliffen wird.
Nach Beenden des Schrittes S6 ist der so hergestellte Werkzeugstab gebrauchsfertig. Insbesondere kann mittels des so hergestellten Werkzeugstabes gemäß Figur 2 eine spanende Be- arbeitung eines Werkstücks erfolgen. Der Werkzeugstab ist in Figur 2 mit dem Bezugszeichen 1 versehen, das Werkstück mit dem Bezugszeichen 2. Das Werkstück 2 besteht beispielsweise aus einem Holzwerkstoff oder aus Metall.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Werkzeugstabes 1 wird nachfolgend in Verbindung mit den Figuren 3 bis 7 für einen als Bohrer ausgebildeten Werkzeugstab 1 nochmals erläutert. Figur 3 zeigt eine Gesamtansicht des Werkzeugstabes 1, Figur 4 einen Querschnitt durch den Werkzeugstab 1 im Spankammerbe- reich, Figur 5 eine Gestaltung der Bohrerspitze des Werkzeugstabes 1, Figur 6 eine vergrößerte Darstellung des Spankammerbereichs des Werkzeugstabes von Figur 3 und Figur 7 einen Ausschnitt von Figur 6.
Gemäß den Figuren 3 bis 7 weist der Werkzeugstab 1 eine
Längsachse 3 auf. Von der Längsachse 3 beabstandet verläuft mindestens eine Spankammer 4. Gemäß den Figuren 3 bis 7 sind zwei Spankammern 4 vorhanden, die einander bezüglich der Längsachse 3 diametral gegenüber liegen. Weder die Anzahl der Spankammern 4 noch deren Anordnung bezüglich der Längsachse 3 ist jedoch zwingend. Entscheidend ist nur, dass mindestens eine Spankammer 4 vorhanden ist. Weiterhin sind in der Regel
die Spankammern 4 gleich ausgebildet. Zwingend ist dies jedoch nicht erforderlich.
Auf Grund der Ausbildung des Werkzeugstabes 1 der Figuren 3 bis 7 als Bohrer verlaufen die Spankammern 4 spiralförmig um die Längsachse 3 herum. Dies ist jedoch nicht zwingend. Die Spankammern 4 könnten alternativ einen nur leichten Drall aufweisen oder vollständig parallel zur Längsachse 3 verlaufen. Entscheidend ist lediglich, dass sie von der Längsachse 3 beabstandet sind und entlang der Längsachse 3 verlaufen.
Die Spankammern 4 erstrecken sich ersichtlich nicht über die gesamte Länge des Werkzeugstabes 1. Der Bereich, über den die Spankammern 4 sich in Richtung der Längsachse 3 gesehen erstrecken, bildet einen Spankammerbereich 5, der übrige Bereich des Werkzeugstabes 1 einen Schaft 6.
Auf Grund der Ausbildung des Werkzeugstabes 1 der Figuren 3 bis 7 als Bohrer weist der Werkzeugstab 1 eine Bohrerspitze 7 auf. Die Bohrerspitze 7 ist in der Regel kegelförmig ausgestaltet.
An der Bohrerspitze 7 sind in den Werkzeugstab 1 Hauptschneidkanten 8 (Hauptschneiden 8) eingebracht. Die Haupt- Schneidkanten 8 grenzen an die Stirnseiten der Spankammern 4 an. Das Einbringen der Hauptschneidkanten 8 in den Werkzeugstab 1 erfolgt hierbei auf die gleiche Weise wie auch im Stand der Technik. Im Gegensatz zum Stand der Technik sind die Spankammern 4 an der Bohrerspitze 7 nur so weit geschlif- fen, wie dies zum Einbringen der Hauptschneidkanten 8 erforderlich ist. Der nicht an die Hauptschneidkanten 8 angrenzende Teil der Spankammern 4 ist an der Bohrerspitze 7 nicht geschliffen .
Wie aus Figur 3 und besonders deutlich aus den Figuren 6 und 7 hervorgeht, sind die Spankammern 4 im Bereich der Bohrerspitze 7 parallel zur Längsachse 3 gesehen ein Stück 9 ge-
schliffen. Die Länge dieses Stücks 9 liegt vorzugsweise zwischen der Hälfte und dem Doppelten des Durchmessers des Werkzeugstabes 1. Insbesondere kann die Länge des Stücks 9 zwischen dem 0,8-fachen und dem 1,2-fachen des Durchmessers des Werkzeugstabes 1 liegen.
Wie weiterhin aus den Figuren 3 bis 7 ersichtlich ist, sind in den Werkzeugstab 1 Zusatzschneidkanten 10 (Nebenschneiden 10) eingebracht, welche ebenfalls an die Spankammern 4 an- grenzen. Auch das Einbringen der Zusatzschneidkanten 10 erfolgt - wie auch im Stand der Technik - in den bereits gesinterten Werkzeugstab 1. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist bei den Zusatzschneidkanten 10 jedoch ebenfalls der Spankammerbereich 4 teilweise ungeschliffen. Insbesondere erfolgt gemäß den Figuren 3 bis 7 das Schleifen der Spankammern 4 nur in der unmittelbaren Nähe der Zusatzschneidkanten 10. Der übrige Bereich der Spankammern 4 bleibt ungeschliffen. Außer in der Nähe der Bohrerspitze 7 (Stichwort: Stück 9) sind die Spankammern 4 daher ausschließlich im Bereich der Zusatz- Schneidkanten 10 geschliffen.
Wie besonders deutlich aus Figur 4 hervorgeht, sind die Zusatzschneidkanten 10 von je zwei Grenzflächen 11, 12 begrenzt. Die Grenzflächen 11 begrenzen hierbei zugleich die Spankammern 4. Die Grenzflächen 12 begrenzen die Spankammern 4 nicht. Die Grenzflächen 12 können alternativ geschliffen oder zumindest teilweise ungeschliffen sein. Insbesondere ist es möglich, bei dem Formung vor dem Sintern im Bereich der Grenzflächen 12 einen Materialabtrag vorzunehmen, so dass der Werkzeugstab 1 nach dem Sintern im Bereich der Grenzflächen
12 einen Durchmesser aufweist, der kleiner als ein Nenndurchmesser ist, welchen die Zusatzschneidkanten 10 von der Längsachse 3 aufweisen. In diesem Fall müssen die Grenzflächen 12 nur im Bereich der Zusatzschneidkanten 10 (und im Bereich der Bohrerspitze 7) geschliffen werden. Der Durchmesser im Bereich der Grenzflächen 12 kann beispielsweise zwischen dem 0,9-fachen und dem 0,95-fachen des Nenndurchmessers liegen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Werkzeugstäbe 1 beschränkt, die als Bohrer ausgebildet sind. Alternativ kann der Werkzeugstab 1 beispielsweise als Fräskopf ausgebildet sein. Dies wird nachfolgend in Verbindung mit den Figuren 8, 9 und 10 kurz erläutert.
Gemäß Figur 8 weist der Fräskopf 1 ebenfalls den Schaft 6 und den Spankammerbereich 5 auf. Im Spankammerbereich 5 sind in den Werkzeugstab 1 Spankammern 4 eingebracht. Die Haupt- Schneidkanten 8 grenzen weiterhin an die Spankammern 4 an, verlaufen jedoch ebenso wie die Spankammern 4 beispielsweise spiralförmig um die Längsachse 3 herum. Die Spankammern 4 sind - analog zu der Ausgestaltung des Werkzeugstabes 1 als Bohrer - nur teilweise geschliffen und im übrigen ungeschlif- fen.
Wenn der Fräskopf 1 entsprechend Figur 8 eine im Wesentlichen zylindrische Kontur aufweist, muss eine Stirnseite 13 des Fräskopfs 1 in der Regel ebenfalls geschliffen sein. Alterna- tiv ist es gemäß den Figuren 9 und 10 jedoch denkbar, dass der Fräskopf 1 an seinen Stirnseiten 13 nach innen gewölbt ist. In diesem Fall ist es möglich, die Stirnseiten 13 ebenfalls nur im Bereich der Hauptschneidkanten 8 zu schleifen und im übrigen ungeschliffen zu lassen.
Die obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll hingegen ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche bestimmt sein.
Bezugszeichenliste
1 Werkzeugstab
2 Werkstück
3 Längsachse
4 Spankammern
5 Spankammerbereich
6 Schaft
7 Bohrerspitze
8 HauptSchneidkanten
9 Stück
10 ZusatzSchneidkanten
11, 12 Grenzflächen
13 Stirnseiten
Sl - S6 Schritte
Next Patent: SPRAY HEAD FOR A FLUID SUBSTANCE