SE510284C2 - Invändigt kylbart skär för spånavskiljande bearbetning - Google Patents

Description

W U 20 25 35 510 284 2 farande föreligger därför uppenbar risk för plasticering av skäret på grund av alltför hög temperatur. Genom ökning av kyl- vätsketrycket till mycket höga nivåer, t ex 250-300 Mpa, kan visserligen kylningseffekten väsentligt ökas, men utrustningen för att höja kylvätsketrycket till denna nivå är mycket kompli- cerad och kostnadskrävande. Att arbeta med extremt höga vätske- tryck är dessutom i praktiken förknippat med avsevärda säker- hetsrisker.

I syfte att komma till rätta med ovan antydda problem har på senare tid föreslagits att kyla själva skäret inifrån i det yttersta syftet att hålla temperaturen i skäret på en så låg nivå att risken för plastisk deformation i allt väsentligt elimineras. Patentlitteraturen på området redovisar ett flertal olika lösningar pà problemet att kyla skär invändigt. Sålunda beskriver SE 467 649 ett skär som sätts samman av två iden- tiska, sammansintrade delkroppar i vilka låter sig utbildas öppna kanaler genom SE 429 spår som tillsammans bildar invändiga, vilka kylmedium kan bringas att strömma. 934 beskriver ett skär med ett genomgående hål genom vilket kylmedium kan passera från en underliggande underläggsplatta i riktning mot en separat täckplatta på skärets ovansida för att slutligen riktas mot skärets egg. FR 2 244 590 beskriver ett skär med en genomgående kylmediumkanal som sträcker sig från skärets under- sida till dess ovansida där den mynnar i omedelbar närhet av skärets egg. EP 0 534 450 beskriver ett avstickningsskär med ett i skärets släppningsyta utformat öppet spår för transport av kylmedium från en kanal i tillhörande skärhållare i riktning mot skärets egg. US 5 237 894 beskriver ett skär med en genom- gående, öppen kylvätskekanal som mynnar i skärets ovansida.

Gemensamt för ovan angivna problemlösningar, vilka grun- dar sig pä användningen av genomgående eller öppna kanaler resp. spår för frammatning av kylmedium, är att kanalerna för- svagar skäret i området av eggen och att de riskerar att täppas igen genom att det varma spånmaterialet häftar fast. Dessutom begränsar förekomsten av kanalerna resp. spåren möjligheterna att utforma skäret med optimal spånbrytargeometri.

Det må även nämnas att SE 377 290 beskriver ett skär med ett invändigt hålrum i vilket kylmedium kan cirkulera. Detta hålrum försvagar emellertid skäret i så stor utsträckning att 10 15 20 25 30 35 510 284 skäret ej blir praktiskt användbart då det utsätts för påtag- liga skärkrafter.

E.. E 1-: Föreliggande uppfinning tar sikte på att undanröja ovan- nämnda nackdelar hos invändigt kylbara skär för spånavskiljande bearbetning och skapa ett förbättrat skär. Ett grundläggande syfte med uppfinningen är sålunda att skapa ett skär som låter sig effektivt kylas utan hjälp av öppna kanaler eller spår som riskerar att täppas till av spånor. Ett annat syfte är att 3 skapa ett skär som låter sig effektivt kylas genom invändig tillförsel av kylmedium utan att skärets mekaniska styrka nämn- värt reduceras och utan att skärets utvändiga geometri, t ex spänbrytargeometri, begränsas på grund av de medel som krävs för kylmediumtillförseln. Ytterligare ett syfte är att skapa ett skär vilket medger en effektivt styrd tillförsel av kylme- dium till eggens omedelbara närhet utan att för den skull den yta som utsätts för direkta mekaniska påfrestningar från spån- orna försvagas eller försämras i jämförelse med konventionella, utvändigt kylda skär. Ännu ett syfte är att skapa ett skär som trots effektiv kylning av skärets eggparti icke kräver annat än begränsade mängder kylmedium.

Enligt uppfinningen nås åtminstone det grundläggande syftet medelst de särdrag som är angivna i patentkravets l kän- netecknande del. Föredragna utföranden av det uppfinningsenliga skäret är vidare angivna i de osjälvständiga kraven.

Kort beskrivning av bifgg§d§_;itningar På ritningarna är: en schematisk perspektivisk sprängvy visande ett enligt uppfinningen förfärdigat skär i ett utförande vid vilket skäret låter sig monteras på en skärhållare med hjälp av Fig 1 en skruv, en förstorad sektion genom enbart skäret enligt fig 1, en sektion visande skäret i monterat tillstånd, varvid Fig 2 Fig 3 endast ett främre parti av skärhållaren visas och varvid fästskruven visas delvis i vy, delvis i sektion, en perspektivisk sprängvy visande ett enligt uppfinning- en utfört skär som är monterbart med hjälp av en s.k.

Fig 4 10 15 20 25 30 35 4 spännklamp, varvid under skäret är placerad en under- läggsplatta, Fig 5 en förstorad sektion genom det främre partiet av skär- hållaren enligt fig 4, varvid såväl skäret som under- läggsplattan hålls fastspända med hjälp av spánnklampen, Fig 6 en sektion visande ett alternativt utförande av skäret och underläggsplattan, och Fig 7 en vy av skäret och underläggsplattan enligt fig 6 i átsàrat tillstånd.

Detalierad beskrivning av föredragna utföranden av upnfinningen I fig 1 betecknar 1 generellt ett i enlighet med uppfin- ningen utfört skär vilket låter sig monteras på en i sin helhet med 2 betecknad hållare. I det visade exemplet sker detta med hjälp av en fästskruv 3. Skärhållaren 2, av vilken endast en främre del illustreras i fig 1, har formen av ett skaft som har cylindrisk grundform med undantag för en plan yta. Vid skaftets främre ände är urtaget ett säte 4 vilket avgränsas av en bot- tenyta 4' och två vinkelställda sidoytor 4". Skäret 1 uppvisar ett centralt, genomgående hål 10 för fästskruven 3, vilken är anordnad att dras fast i ett gängat hål 5 som mynnar i sätets bottenyta 4'.

Generellt avgränsas skäret 1 av en ovansida 6, en under- sida 7 (se fig 2) samt ett flertal, närmare bestämt fyra sido- ytor 8 vilka sträcker sig mellan ovansidan och undersidan. I det exemplifierade utförandet tänkes skäret ha positiv geome- tri, varvid åtminstone en egg 9 är utbildad mellan ovansidan 6 och en snedställd sidoyta 8 som bildar en släppningsyta.

Nu hänvisas till fig 2 och 3 som åskådliggör det för uppfinningen nya och karakteristiska hos skäret 1. Karakteris- tiskt är sålunda att skäret inbegriper åtminstone en bärkropp 11 med porös materialstruktur genom vilkens porer ett kylmedium kan strömma, och att denna bärkropp 11 är åtminstone delvis omsluten av ett tunt ytskikt 12 med tät, icke-porös material- struktur genom vilken samma kylmedium ej över huvud taget eller endast med svårighet kan passera. I det visade exemplet inbe- griper skäret en enda sammanhängande, porös bârkropp 11, vilken upptar större delen av skärets totala volym. I skäret ingår även en slitkropp 13 vilken i likhet med ytskiktet 12 har kom- 15 20 35 5 510 284 icke-porös materialstruktur. Dock är slitkroppen 13 I praktiken kan sålunda pakt, betydligt tjockare än ytskiktet 12. ytskiktet 12 ha en tjocklek av endast några få eller nägra tio- tal mikron, medan slitkroppen 13, som ansluter sig till skärets ovansida, kan ha en tjocklek inom området 0,5-1,5 mm, lämpligen omkring 1 mm (under antagande av att skäret har en total tjock- lek av storleksordningen 3-7 mm). Av fig 2 framgår tydligt hurusom förutnämnda egg 9 är utformad på den i jämförelse med ytskiktet 12 tjocka slitkroppen 13. I det visade exemplet utbreder sig den i huvudsak platta slitkroppen 13 utmed skärets hela ovansida för att fullständigt täcka denna. Det är emel- lertid även tänkbart att utforma en tjock slitkropp enbart i omedelbar anslutning till eggen 9, medan övriga delar av skä- rets ovansida täcks av ett tunnare ytskikt.

Själva bärkroppen 11 kan principiellt förfärdigas genom sintring av samma slags pulvermaterial som används för till- verkning av konventionella hårdmetall- eller hàrdmaterialskär metallnit- med kompakt materialstruktur, såsom metallkarbider, rider, keramik eller liknande. Närmare bestämt utväljs pulver- material med jämförelsevis stor kornstorlek, t ex inom omrâdet 20-100 ym, och kombineras med ett fyllmedel som låter sig för- brännas och/eller förgasas i samband med sintring. Efter sed- vanlig kompaktering av en blandning av pulver och fyllmedel (eventuellt tillsammans med särskilda bindemedel) under bildan- de av en skärkropp med nominell form, sintras kroppen vid hög t ex av storleksordningen 1200°C. Härvid sintras de punkt- eller fläck- temperatur, enskilda pulverkornen samman via atomära, visa bindningar på kornens ytor samtidigt som fyllmedlet i de mikroskopiska utrymmena mellan pulverkornen förbränns och för- gasas. På så sätt utbildas i den färdiga bärkroppen en mikropo- rös materialstruktur igenom vilken åtminstone gasformiga kylme- dia kan strömma utan att behöva underkastas annat än moderata tryck.

Motsättningsvis till den sålunda mikroporösa bärkroppen 11 förfärdigas icke blott det tunna ytskiktet 12, utan även den tjockare slitkroppen 13 på skärets ovansida förmedelst pulver- blandningar som ger en tät, icke-porös materialstruktur.

Sålunda kan i synnerhet slitkroppen 13, ha samma kompakta materialstruktur som konventionella hårdme- men även ytskiktet 12, 10 20 25 30 35 510 284 6 taller eller hårdmaterial. dvs den tjocka och mekaniskt mycket hàllfasta För att integrera skärets kompakta komponenter, rösa bärkroppen ll föreligger två huvudsakliga tillverkningsal- ternativ. 13) som omsluter den porösa bärkroppen ll skall finnas åtmins- I det I det i fig 2 och 3 visade utförandet, vid vilket skäret fästs i skärhållaren med hjälp av en skruv och därför har ett centralt hål 10, 10 15 20 25 30 35 7 570 284 Vid praktisk tillverkning av det uppfinningsenliga skä- ret torde det bli nödvändigt att i ett första steg fullständigt innesluta den mikroporösa bärkroppen i ett omgivande, tätt skal (bestående antingen av enbart ett tunt ytskikt eller, såsom visas i fig 2 och 3, av en kombination av ett tunt ytskikt och en tjockare slitkropp) och att därefter på lämpligt sätt uppta ovannämnda inlopps- resp. utloppsöppningar genom särskilda bearbetningsoperationer. Dylik bearbetning kan till exempel utgöras av etsning, blästring, slipning eller gnistning.

Såsom kylmedium för det uppfinningsenliga skäret används _ fördelaktigast ett gasformigt medium, t ex kryogen gas, såsom nitrogen (Ng som underkastas ett förhöjt, ehuru måttligt tryck (t ex inom området 20-25 bar).

Tillförseln av kylmediet till själva skäret sker vid det i fig 1-3 visade, föredragna utförandet med hjälp av gänghàlet 5 och skruven 3. Närmare bestämt är i skärhâllaren 2 urtagen en ledningskanal 16 vars ena ände kan mynna i ett bakre, icke visat parti av skärhâllaren, medan den andra änden mynnar i gänghàlet 5. I fig 3 är denna ände av kanalen betecknad 16'. Av fig 3 framgår tydligt hurusom denna kanalände mynnar i gäng- hålets 5 botten. Av fig 1 framgår vidare att fästskruven 3 upp- visar ett axiellt spår 17, vilket sträcker sig utmed skruvens gångade parti fram till skruvens skalle. Detta spår har ett djup som är åtminstone något större än gängkammarnas höjd; något som innebär att spárets bottenparti bildar en fri kanal eller passage även då skruvens hangänga dras fast i hålets hongänga. Med andra ord kan kylmedium från ledningskanalen 16 matas genom kanalspåret 17 i skruven till det ringformiga utrymme 18 som förefinns mellan skruvens utsida och hålets 10 insida till följd av att hålet har större diameter än skruvens gängade del. Uppåt avgränsas detta ringformiga utrymme 18 av skruvens skalle 3', vilken med fördel kan ha konisk form för att effektivt täta mot ett uppåt sig vidgande övre hålparti 10' med svagt välvd form.

Det beskrivna skäret fungerar på följande sätt. Då skä- ret fixerats i hållarens 2 säte 4 genom att skruven 3 dragits fast i gänghàlet 5 kan kylmedium matas fram i kanalen 16 i skärhâllaren. Via kanalspåret 17 och ringutrymmet 18 når detta kylmedium fram till den ringformiga inloppsöppningen 14 i skä- 10 15 20 25 30 35 510 284 8 rets täta ytterskal, varvid kylmediet pressas in i bärkroppens 11 mikroporösa inre. Via porerna i denna struktur leds kylme- diet tvångsvis vidare mot utloppen 15, 15' i anslutning till eggarna 9, 9', i och med att bärkroppens utsida är täckt av det skal som samfâllt bildas av den övre slitkroppen 13 samt ytskiktet 12 pà kroppens undersida och sidoytor. I och med att den utloppsöppning 15' som samverkar med den för tillfället inaktiva eggen 9' är vänd och anlagd mot den sidoyta 4" som avgränsar skärsätet 4 hämmas eller stoppas kylmediumflödet genom denna utloppsöppning. Med andra ord kommer väsentligen allt kylmedium att strömma ut ur skäret genom den utloppsöpp- ning 15 som förefinns i omedelbar närhet av den aktivt arbetan- de skäreggen 9.

I fig 4 och 5 visas ett alternativt utförande vid vilket skäret 1' hålls fixerat på skärhàllaren 2' med hjälp av en kon- ventionell spännklamp 19 i stället för med en genomgående skruv. I det visade exemplet är dessutom mellan skäret 1' och sätesbottnen 4' anordnad en särskild underläggsplatta 20. I detta fall saknar sätesbottnen varje gängat hål, varför en kanal 16 för kylmedium mynnar direkt i sätesbottnen.

Såsom framgår av fig 5 inbegriper skäret l', förutom en och en övre, relativt tjock slitkropp mikroporös bärkropp 11 13, ett ytskikt 12 som endast sträcker sig utmed skärets sidoytor (med undantag för en eller flera utloppsöppningar där ytskiktet är avlägsnat och bärkroppens porstruktur frilagd).

Däremot saknas helt eller delvis ytskikt på skärets undersida.

Detta innebär att bärkroppens porstruktur är öppen och expone- rad i riktning nedåt, varigenom hela eller delar av skärets undersida bildar en inloppsöppning 14 för kylmediet.

Underläggsplattan 20 består i likhet med skäret av en skärkropp med mikroporös materialstruktur, varvid endast plat- tans sidoytor är täckta av ett ytskikt 12 med tät, icke-porös struktur. Med andra ord är kroppens porösa struktur exponerad såväl uppåt som nedåt. Plattans ovansida bildar sålunda en utloppsöppning för kylmedium, medan undersidan bildar en inloppsöppning. Via denna inloppsöppning kan kylmedium från kanalen 16 föras in i plattan och vidare upp genom skärets bär- kropp 11 för att slutligen strömma ut genom ifràgakommande utloppsöppning 15 i detta.

W U 20 25 35 9 510 284 I fig 6 och 7 illustreras ett ytterligare alternativt utförande vid vilket skäret fixeras med hjälp av en skruv sam- tidigt som en underläggsplatta är införd mellan skäret och I analogi med utförandet enligt fig 4 och 5 är varjâmte underläggsplattans ovan- och sätesbottnen. skärets undersida öppen, undersidor är öppna samtidigt som sidoytorna på underläggsplat- tan och skäret är täckta av tätande ytskikt 12 (sidoytskikten pä själva skäret uppvisar givetvis åtminstone en utloppsöppning 15). För skruven 3 är urtagna centrala häl i såväl skäret som underläggsplattan. Karakteristiskt för det visasde utförande- exemplet är att de rotationssymmetriska väggar som avgränsar dessa hål är täckta av ytskikt 12 som hindrar att kylmedium leds in i det ringformiga utrymmet mellan skruvens utsida och I likhet med utförandet enligt fig 4-5 leds kylme- diet in i underläggsplattans undersida via en kanal 16. Denna kanal är fjärmad från det gängade häl 5 i skärhällaren som tar hålväggarna. emot skruven 3.

Uppfinningens fördelar En fördel med skäret enligt uppfinningen är att detsamma möjliggör effektiv kylning av just det parti av skäret som är mest beroende av att kylas, nämligen eggpartiet. Denna fördel- aktiga effekt ernás genom att kylmediet tvångsmässigt styrs till en utloppsöppning belägen i omedelbar närhet av skäreggen.

I de visade utförandeformerna är ifrågakommande utloppsöppning lokaliserad i skärets släppningsyta, varigenom dessutom vinnes den fördelen att kylmediet även kommer att verka omedelbart mot arbetsstycket. Genom att även arbetsstycket kyles pä ett effek- tivt sätt förbättras måttnoggrannheten hos detta i och med att plasticering av själva arbetsstycket undviks. En ytterligare fördel är att kylningen sker utan hjälp av några som helst öppna kanaler eller spår. Detta innebär att skäret kan utan hinder av dylika kanaler utformas med optimal geometri. Genom förekomsten av den med kompakt materialstruktur utformade och därmed särskilt tåliga slitkroppen i skärets ovansida låter sig skäret dessutom utsättas för avsevärda mekaniska pákänningar från spånorna utan att ta skada. 10 15 20 284 C lo Att framställa sintrade metallkroppar med mikroporös inre materialstruktur är i och för sig tidigare känt genom SE 454 247 och EP O 574 475. I detta fall utnyttjas emellertid metallkroppen såsom en form för gjutning av exempelvis plastde- taljer, varvid porerna i formkroppen har till uppgift att till- fälligt ta upp sådana gaser som under pressning avges från presslingen.

Iänkbara modifikationer av uppfinningen Uppfinningen är ej begränsad blott till de beskrivna och pà ritningarna visade utförandena. I stället för den visade, kvadratiska eller fyrkantiga formen kan skäret sålunda ha annan godtycklig grundform, t ex triangulär eller pá annat sätt poly- gonal form såväl som cirkelrund eller rotationssymmetrisk form (i det sistnämnda fallet inbegriper skäret blott en enda sam- manhängande sidoyta). I stället för den visade positiva skär- geometrin kan skäret även ha neutral eller negativ skärgeome- tri. Vidare kan den särskilda, tjocka slitkroppen i skärets varvid den mikroporösa bärkroppens ovanyta skyddande ytskikt med ovansida avvaras, enbart täcks av ett jämförelsevis tunt, tät materialstruktur.

Claims (3)

1. E 20 25 30 35 510 284 H 1. Invändigt kylbart skär för spånavskiljande bearbetning, vil- ket är avgränsat av en ovansida (6), en undersida (7) och en eller flera mellan dessa sig sträckande sidoytor (8), och vil- ket innefattar dels åtminstone en egg (9) i området av sagda ovansida jämte en till eggen ansluten släppningsyta som åtmins- tone partiellt bildar en sidoyta (8), dels medel för att leda kylmedium i riktning mot eggen (9) i syfte att kyla denna, k ä n n e t e c k n a t därav, att såsom medel för att leda fram kylmedium tjänar åtminstone en bärkropp (11) med porös materialstruktur genom vilkens porer kylmediet kan strömma, att (11) är åtminstone delvis omsluten av ett ytskal och att i detta bärkroppen (12, 13) med tät, icke-porös materialstruktur, ytskal finns åtminstone två öppningar (14, 15) som exponerar bärkroppens porstruktur mot det fria, nämligen en första, på avstånd från eggen lokaliserad öppning (14) vilken tjänar såsom ett inlopp för tillförsel av kylmediet till bärkroppens inre, och en andra, såsom utlopp för kylmedium från den porösa bärkroppens inre tjänande öppning (15) vilken är belägen nära eggen (9).

2. Skär enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att den porösa bärkroppen (11) upptar större delen av skärets (1) totala volym.

3. Skär enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att eggen (9) är utformad på en av kompakt, icke-poröst mate- rial förfärdigad slitkropp (13), vilken är tjockare än ett tunt ytskikt (12) och sträcker sig från sagda släppningsyta (8) utmed åtminstone ett stycke av skärets ovansida. därav, att 4. Skär enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t slitkroppen (13) utbreder sig utmed skärets (1) hela ovansida för att fullständigt täcka denna. 5. Skär enligt krav 3 eller 4, k ä n n e t e c k n a t därav, (12) utbreder sig utmed skärets hela (8) med undantag för åtminstone en utloppsöpp- att sagda ytskikt sidoyta/sidoytor 10 15 20 25 510 284 n ning (15) vilken är placerad i omedelbar anslutning till eggen (9) eller den slitkropp (13) på vilken denna är utformad. 6. Skär enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k- n a t därav, att inloppsöppningen (14) för kylmediet till bär- kroppens (ll) inre mynnar i skärets undersida. tillförsel av kylmedel från ovansidan av en underliggande underläggsplatta (20) som i likhet med skärets bärkropp uppvi- sar porös materialstruktur och som därför tillåter passage av kylmedium via porerna däri. 8. Skär enligt något av kraven 1-5, innefattande ett genomgå- ende hál (10) för en fästskruv (3), att den såsom inlopp för kylmediet tjänande öppningen (12) är lokaliserad i anslutning till hålet k ä n n e t e o k n a t därav, (14) (10) till bärkroppens (11) porösa inre. i ytskalet för att medge transport av kylmedium från själva hålet innefattande ett genomgå- ende hål för en fästskruv, att det täta ytskalet (12) täcker den vägg som avgränsar hålet (10) och att inloppsöppningen (14) för kylmediet mynnar i skärets 9. Skär enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k n a t därav, undersida eller i en från en egg fjärmad sidoyta.