DE102023003720B3

DE102023003720B3 - tool for surface treatment of workpieces

Info

Publication number: DE102023003720B3
Application number: DE102023003720.6A
Authority: DE
Inventors: Stephan Alexander Miese
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2023-09-14
Filing date: 2023-09-14
Publication date: 2025-02-20
Anticipated expiration: 2043-09-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug (1) zur Oberflächenbearbeitung von Werkstücken, wobei eine Oberfläche (2) mit einer bestimmten Rauheit hergestellt werden kann.Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Schneiden (3) vorgesehen sind, die derart hintereinander angeordnet sind, dass bei einem Defekt einer ersten Schneide (3a) eine zweite Schneide (3b) die Funktion der ersten Schneide (3a) übernehmen kann.The invention relates to a tool (1) for surface machining of workpieces, whereby a surface (2) with a certain roughness can be produced. The invention is characterized in that at least two cutting edges (3) are provided, which are arranged one behind the other in such a way that in the event of a defect in a first cutting edge (3a), a second cutting edge (3b) can take over the function of the first cutting edge (3a).

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Oberflächenbearbeitung von Werkstücken.The invention relates to a tool for surface treatment of workpieces.

Je nach Anforderungen bzw. Einsatz von Werkstücken gibt es Rauheitsanforderungen an Oberflächen der Werkstücke. In manchen Fällen müssen die Oberflächen möglichst glatt ausgebildet sein, und dürfen dabei nur einen definierten Rauheitswert aufweisen bzw. einen definierten Rauheitswert nicht überschreiten.Depending on the requirements or use of the workpieces, there are roughness requirements for the surfaces of the workpieces. In some cases, the surfaces must be as smooth as possible and may only have a defined roughness value or not exceed a defined roughness value.

Bei manchen Anforderungen dürfen die Oberfläche nicht zu glatt ausgebildet sein, und müssen hingegen eine Mindestrauheit aufweisen. Es kann ebenso vorkommen, dass eine Mindestrauheit sowie eine definierte Rauheit für bestimmte Werkstückoberflächenbereiche gefordert wird.For some requirements, the surface must not be too smooth and must have a minimum roughness. It can also happen that a minimum roughness as well as a defined roughness is required for certain workpiece surface areas.

Aus der DE 10 2008 058 452 A1 ist ein Verfahren zur Erzeugung einer zylindrischen Oberfläche bekannt, die eine für das Auftragen von Material durch thermisches Spritzen geeignete Oberflächenstruktur vorbestimmte Geometrie aufweist. Dabei wird eine geometrisch bestimmte Rillenstruktur auf die Oberfläche eingebracht, wobei ein Rillenquerschnitt sukzessive auf ein Endmaß bearbeitet wird. Die Rillen werden dabei parallel zueinander in der Oberfläche durch eine Mehrzahl von Schneiden eingearbeitet. Dabei bringen die unterschiedlichen Schneiden jeweils unterschiedliche Rillen in die Struktur ein.From the DE 10 2008 058 452 A1 A method is known for producing a cylindrical surface that has a predetermined geometry suitable for the application of material by thermal spraying. A geometrically determined groove structure is introduced into the surface, with a groove cross-section being successively machined to a final size. The grooves are machined parallel to one another into the surface by a plurality of cutting edges. The different cutting edges each introduce different grooves into the structure.

Die DE 10 2012 021 089 A1 beschreibt ein Bauteil mit einer aufgerauten Oberfläche, die zur Beschichtung mittels thermischem Spritzen ausgebildet ist. In der Oberfläche sind nebeneinander angeordnete Nuten vorgesehen, wobei in jeder Nut zwei Hinterschnitte vorgesehen sind. Auf dem Grund der Nut wird dabei eine Erhebung zwischen den zwei Hinterschnitten ausgebildet. Unterschiedliche Schneiden sind dafür vorgesehen, die unterschiedlichen Hinterschnitte bzw. die Erhebung auszubilden. Dabei kann mit einer ersten Schneide ein erster Hinterschnitt ausgebildet werden, wobei bei Fortschreiten des Werkzeugs in Vorschubrichtung durch eine zweite Schneide ein zweiter Hinterschnitt in der Nut ausgeformt werden kann.The DE 10 2012 021 089 A1 describes a component with a roughened surface that is designed for coating by means of thermal spraying. Grooves arranged next to one another are provided in the surface, with two undercuts provided in each groove. A raised area is formed between the two undercuts on the bottom of the groove. Different cutting edges are provided to form the different undercuts or the raised area. A first undercut can be formed with a first cutting edge, and as the tool advances in the feed direction, a second undercut can be formed in the groove by a second cutting edge.

In der DE 10 2012 025 725 B3 ist ein weiteres Werkzeug beschrieben, das zum Aufrauen einer Oberfläche als Vorbereitung für eine Beschichtung mittels thermischem Spritzen ausgebildet ist. Wie in der DE 10 2012 021 089 A1 beschrieben, kann mit diesem Werkzeug eine gewünschte Nutgeometrie erzeugt werden.In the DE 10 2012 025 725 B3 describes another tool designed to roughen a surface in preparation for a thermal spray coating. As described in the DE 10 2012 021 089 A1 As described, this tool can be used to create a desired groove geometry.

Zum weiteren Stand der Technik kann außerdem auf die DE 10 2019 205 260 A1 verwiesen werden, welche eine Reibahle zeigt. Am Werkzeugkopf ist eine Messerplatte vorgesehen, wobei in einem Abstand zum Werkzeugkopf eine Aufrauhstufe vorgesehen ist. An der Aufrauhstufe weist das Werkzeug eine Rillenstruktur auf. Bei Rotation der Reibahle kann dabei die Oberfläche durch mehrere entlang des Umfangs der Reibahle angeordnete Messerplatten mit derartigen Aufrauhstufen bearbeitet werden. Des Weiteren kann auf die DE 10 2016 216 926 A1 , DE 10 2014 119 514 A1 und DE 10 2018 132 063 A1 verwiesen werden, welche drehangetriebene Werkzeuge mit unterschiedlichen Schneiden aufzeigen, die zur Erzeugung einer wendelförmigen Rille in einer Bohrung ausgebildet sind.For further information on the state of the art, please refer to DE 10 2019 205 260 A1 which shows a reamer. A knife plate is provided on the tool head, with a roughening step being provided at a distance from the tool head. The tool has a groove structure on the roughening step. When the reamer rotates, the surface can be machined by several knife plates with such roughening steps arranged along the circumference of the reamer. Furthermore, the DE 10 2016 216 926 A1 , DE 10 2014 119 514 A1 and DE 10 2018 132 063 A1 which show rotary-driven tools with different cutting edges designed to produce a helical groove in a bore.

Im Stand der Technik werden bei Drehbearbeitungen bzw. Fräsbearbeitungen Werkzeuge mit kleinen Schneiden eingesetzt, um die geforderten Rauheitswerte der Oberflächen zu erreichen. Es können beispielsweise PKD-Werkzeuge (polykristalline Diamantreibwerkzeuge) mit einer definierten Schneide eingesetzt werden.In the current state of the art, tools with small cutting edges are used for turning or milling operations in order to achieve the required surface roughness values. For example, PCD tools (polycrystalline diamond grinding tools) with a defined cutting edge can be used.

Nachteilig sind kleine Schneidenrelativ empfindlich, sodass eine Beschädigung der Schneide meist nicht bzw. zu spät bemerkt wird. Meist kann ein Defekt in der Schneide nur dann festgestellt werden, wenn die Oberflächenrauheit überprüft wird. Ein Messen der Oberfläche, d. h. der Oberflächenrauheit, kann aber in den seltensten Fällen zu 100 % umgesetzt werden und ist insbesondere sehr aufwendig.The disadvantage is that small cutting edges are relatively sensitive, so that damage to the cutting edge is usually not noticed or is noticed too late. A defect in the cutting edge can usually only be identified by checking the surface roughness. However, measuring the surface, i.e. the surface roughness, can only be implemented 100% in very rare cases and is particularly time-consuming.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Werkzeug zur Oberflächenbearbeitung von Werkstücken anzugeben, welches die vorgenannten Nachteile überwindet.The object of the present invention is to provide a tool for surface treatment of workpieces which overcomes the aforementioned disadvantages.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Werkzeug mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.According to the invention, this object is achieved by a tool having the features in claim 1, and here in particular in the characterizing part of claim 1. Advantageous embodiments and further developments emerge from the dependent subclaims.

Im Kern des erfindungsgemäßen Werkzeugs sind zumindest zwei Schneiden vorgesehen, die de in einer Vorschubrichtung des Werkzeugs, die keine Rotation aufweist, hintereinander angeordnet sind, dass bei einem Defekt einer ersten Schneide eine zweite Schneide die Funktion der ersten Schneide übernehmen kann, wobei die Schneiden alle auf derselben Ebene liegen, sodass durch die Schneiden derselbe Oberflächenbereich auf der Oberfläche bearbeitbar ist, wobei eine Bearbeitungstiefe bei einem Defekt einer Schneide unverändert verbleibt. Die Schneiden sind insbesondere gleich tief ausgebildet, sodass die Bearbeitungstiefe bei einem Defekt der ersten Schneide unverändert verbleibt. Dadurch kann der Prozess abgesichert werden, wobei die Standzeiten der Werkzeuge erhöht werden können. Das Werkzeug ist daher insbesondere redundant ausgeführt. Des Weiteren kann eine Überprüfung der Oberfläche bzw. der Oberflächenrauheit entfallen, wodurch Kosten und Zeit eingespart werden können.At least two cutting edges are provided in the core of the tool according to the invention, which are arranged one behind the other in a feed direction of the tool that does not have any rotation, so that if a first cutting edge is defective, a second cutting edge can take over the function of the first cutting edge, with the cutting edges all lying on the same plane, so that the same surface area on the surface can be machined by the cutting edges, with a machining depth remaining unchanged if a cutting edge is defective. The cutting edges are in particular designed to be the same depth, so that the machining depth remains unchanged if the first cutting edge is defective. This makes it possible to secure the process, whereby the service life of the tools can be increased. The tool is therefore particularly redundant. Furthermore, checking the surface or surface roughness can be omitted, which can save costs and time.

Das Werkzeug ist zur Oberflächenbearbeitung von Werkstücken ausgelegt, wobei eine Oberfläche mit einer bestimmten Rauheit hergestellt werden kann. Dabei kann insbesondere eine Mindestrauheit umgesetzt werden. Des Weiteren kann eine Oberfläche mit einem definierten Ziel-Rauheitswert hergestellt werden.The tool is designed for surface machining of workpieces, whereby a surface with a certain roughness can be produced. In particular, a minimum roughness can be implemented. Furthermore, a surface with a defined target roughness value can be produced.

Die Schneiden sind hintereinander angeordnet, wobei die Schneiden alle auf derselben Ebene liegen. Auf derselben Ebene bedeutet insbesondere, dass bei einer Vorschubrichtung, welche insbesondere keine Rotation aufweist, die Schneiden denselben Oberflächenbereich auf der Oberfläche bearbeiten können. Derselbe Oberflächenbereich kann dabei als „Rille“ bezeichnet werden, wobei jede der Schneiden in dieser Rille läuft. Jede der Schneiden kann folglich die jeweils andere Schneide ersetzen. Es können insbesondere ebene Oberflächen mit dem Werkzeug bearbeitet werden.The cutting edges are arranged one behind the other, with the cutting edges all lying on the same plane. On the same plane means in particular that with a feed direction that in particular does not involve rotation, the cutting edges can machine the same surface area on the surface. The same surface area can be referred to as a "groove", with each of the cutting edges running in this groove. Each of the cutting edges can therefore replace the other cutting edge. Flat surfaces in particular can be machined with the tool.

Bevorzugt können zumindest drei Schneiden umfasst sein. Weist eine erste Schneide einen Defekt auf, so kann eine zweite Schneide dafür eingesetzt werden, die gewünschte Oberfläche entsprechend zu bearbeiten. Liegt ebenso an der zweiten Schneide ein Defekt vor, so existiert eine weitere, dritte Schneide, durch welche die gewünschte Oberfläche gezielt hergestellt werden kann. Der Prozess bis zum Austausch des Werkzeugs kann dadurch hinausgezögert werden, wodurch die Standzeit des Werkzeugs erhöht, und die Bearbeitungszeit verkürzt werden kann.Preferably, at least three cutting edges can be included. If a first cutting edge has a defect, a second cutting edge can be used to machine the desired surface accordingly. If there is also a defect on the second cutting edge, there is a further, third cutting edge with which the desired surface can be specifically produced. The process until the tool has to be replaced can thus be delayed, which increases the service life of the tool and shortens the processing time.

Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee kann es dabei vorgesehen sein, dass alle Schneiden bei einem definierten Vorschub in einem identischen Bearbeitungsbereich laufen. Mit anderen Worten kann bei dem definierten Vorschub jede der Schneiden in der „Rille“ der ersten Schneide laufen. Ein Bearbeitungsschritt der ersten Schneide kann dabei ebenso durch die zweite Schneide, die dritte Schneide, oder eventuell weitere Schneiden umgesetzt werden. Es können daher ebenso mehr als drei Schneiden angeordnet sein.According to a very advantageous development of the idea, it can be provided that all cutting edges run in an identical machining area at a defined feed. In other words, at the defined feed, each of the cutting edges can run in the "groove" of the first cutting edge. A machining step of the first cutting edge can also be implemented by the second cutting edge, the third cutting edge, or possibly other cutting edges. Therefore, more than three cutting edges can also be arranged.

Das Werkzeug ist dabei insbesondere nicht vergleichbar mit einer Reibahle, an welcher über den Umfang gleichbeabstandet zueinander Messerplatten angeordnet sind. Bei einer derartigen Reibahle sind die Werkzeuge ebenso dazu vorgesehen, dass die Reibahle zentriert in einer Bohrung läuft. Hingegen ist bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug eine redundante Anordnung der Schneiden vorgesehen, wobei eine erste Schneide sozusagen Ersatzschneiden aufweist, welche genau die Funktion der ersten Schneide übernehmen können.The tool is in particular not comparable to a reamer, on which knife plates are arranged at equal distances from one another around the circumference. In such a reamer, the tools are also designed so that the reamer runs centered in a bore. In contrast, in the tool according to the invention, a redundant arrangement of the cutting edges is provided, with a first cutting edge having replacement cutting edges, so to speak, which can take over exactly the function of the first cutting edge.

Dabei kann es gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Schneiden parallel zueinander angeordnet sind. Folglich kann bei einem Vorschub des Werkzeugs jede der nachfolgenden Schneiden die Funktion der ersten Schneide übernehmen. Die Schneiden können dabei dieselbe Breite aufweisen. Des Weiteren können die Schneiden beispielsweise hintereinander gleichbeabstandet zueinander angeordnet sein. Die Schneiden können beispielsweise identisch zueinander ausgeführt sein.According to an advantageous embodiment, it can be provided that the cutting edges are arranged parallel to one another. Consequently, when the tool is advanced, each of the subsequent cutting edges can take over the function of the first cutting edge. The cutting edges can have the same width. Furthermore, the cutting edges can be arranged one behind the other at the same distance from one another, for example. The cutting edges can be designed to be identical to one another, for example.

Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee kann es dabei vorgesehen sein, dass es sich um ein PKD-Werkzeug handelt. Derartige Werkzeuge sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn kleine Schneiden eingesetzt werden sollen.According to a very advantageous development of the idea, it can be provided that this is a PCD tool. Such tools are particularly advantageous when small cutting edges are to be used.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Werkzeugs ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt ist.Further advantageous embodiments of the tool according to the invention also emerge from the embodiment, which is shown in more detail below with reference to the figures.

Dabei zeigen:

1 eine Schnittdarstellung durch eine Ausführungsform eines Werkzeugs;
2 eine Draufsicht auf einen Bearbeitungsbereich.

The following show:

1 a sectional view through an embodiment of a tool;
2 a top view of a processing area.

In der Darstellung der 1 ist eine mögliche Ausführungsform des Werkzeugs 1 in einer Schnittdarstellung dargestellt. Das Werkzeug 1 weist in dieser Ausführungsform 3 Schneiden 3a, 3b, 3c auf. Die Schneiden sind parallel zueinander sowie hintereinander angeordnet. Mit anderen Worten sind die Schneiden hintereinander in einer geschnittenen Rille angeordnet. Insbesondere sind die Schneiden 3a, 3b, 3c gleich beanstandet zueinander am Werkzeug 1 angeordnet. Die Vorschubrichtung auf der ebenen Oberfläche 2 ist mit dem Pfeil dargestellt. Wird das Werkzeug 1 nun über die Oberfläche 2 entlang der Vorschubrichtung bewegt, so sind die Schneiden 3a, 3b, 3c derart hintereinander angeordnet, dass diese denselben Bereich der Oberfläche 2 bearbeiten können.In the presentation of the 1 a possible embodiment of the tool 1 is shown in a sectional view. In this embodiment, the tool 1 has 3 cutting edges 3a, 3b, 3c. The cutting edges are arranged parallel to one another and one behind the other. In other words, the cutting edges are arranged one behind the other in a cut groove. In particular, the cutting edges 3a, 3b, 3c are arranged at equal distances from one another on the tool 1. The feed direction on the flat surface 2 is shown with the arrow. If the tool 1 is now moved over the surface 2 along the feed direction, the cutting edges 3a, 3b, 3c are arranged one behind the other in such a way that they can machine the same area of the surface 2.

2 zeigt einen Bearbeitungsbereich 4 auf der Oberfläche 2. In der Darstellung ist ebenso die Vorschubrichtung durch den Pfeil dargestellt. Der Bearbeitungsbereich 4 entspricht dem Bereich, über welchen die drei Schneiden 3a, 3b, 3c aus 1 bei einem Bearbeitungsschritt geführt werden können. Die drei Schneiden 3a, 3b, 3c verlaufen in derselben „Rille“, wobei insbesondere die hinteren Schneiden 3b, 3c in der „Rille“ der ersten Schneide 3a laufen. Die Schneiden sind dabei redundant hintereinander am Werkzeug 2 angeordnet, wobei ein Defekt der ersten Schneide 3a durch die zweite Schneide 3b kompensiert werden kann. Ein Defekt der zweiten Schneide 3b kann dabei weiterhin durch die Schneide 3c kompensiert werden. Dadurch kann der gesamte Prozess abgesichert werden und insbesondere die Standzeit des Werkzeugs erhöht werden. 2 shows a machining area 4 on the surface 2. The feed direction is also shown in the illustration by the arrow. The machining area 4 corresponds to the area over which the three cutting edges 3a, 3b, 3c from 1 can be guided during a machining step. The three cutting edges 3a, 3b, 3c run in the same "Groove", whereby in particular the rear cutting edges 3b, 3c run in the "groove" of the first cutting edge 3a. The cutting edges are arranged redundantly one behind the other on the tool 2, whereby a defect in the first cutting edge 3a can be compensated by the second cutting edge 3b. A defect in the second cutting edge 3b can also be compensated by the cutting edge 3c. This makes it possible to safeguard the entire process and in particular to increase the service life of the tool.

Claims

Tool (1) for surface machining of workpieces, whereby a surface (2) with a certain roughness can be produced, characterized in that at least two cutting edges (3) are provided which are arranged one behind the other in a feed direction of the tool (1) which does not involve rotation, such that in the event of a defect in a first cutting edge (3a), a second cutting edge (3b) can take over the function of the first cutting edge (3a), wherein the cutting edges (3a, 3b) lie on the same plane so that the same surface area on the surface (2) can be machined by the cutting edges, wherein a machining depth remains unchanged in the event of a defect in a cutting edge.

tool (1) after claim 1 , characterized in that at least three cutting edges (3a, 3b, 3c) are included.

tool (1) after claim 1 or 2 , characterized in that all cutting edges (3a, 3b, 3c) run in an identical machining area (4) at a defined feed.

Tool (1) after claim 1 , 2 or 3 , characterized in that the cutting edges (3a, 3b, 3c) are arranged parallel to one another.

Tool (1) according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that it is a PCD tool.