Fräs Werkzeug

Die Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug zum Fräsen faserverstärkter Kunststoffe, insbesondere zum Fräsen von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK), das heißt von Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff, bei dem in eine Matrix (z. B. aus Kunststoff) Kohlenstofffasern, zumeist in mehreren Lagen, als Verstärkung eingebettet sind. Solche Werkstoffe sind allgemein bekannt und finden dann Anwendung, wenn es darum geht, Bauteile mit geringem Gewicht und hoher Festigkeit bereitzustellen. Unter dem Begriff CFK sollen auch keramische Faserverbundwerkstoffe und kurzfaserverstärkte Metalle, sogenannte Metall Matrix Composites (MMC) verstanden werden.

Derartige Materialien lassen sich nicht so leicht bearbeiten. Beim Einsatz

herkömmlicher Fräswerkzeuge kommt es häufig zu einer Ausfransung, Auswerfung und/oder Delamination der Deckschichten oder zu einer Temperaturschädigung der Verbundwerkstoffe.

Es sind verschiedene Ansätze bekannt, Fräswerkzeuge gezielt zur Bearbeitung dieser Verbundwerkstoffe zu modifizieren. Solche Ansätze sind beispielsweise in den

Dokumenten DE 10 2008 034 784 A1 , WO 2008/128035 A1 , WO 2009/122937 A1 bekannt. Ein gattungsbildendes Fräswerkzeug, bei dem die Hauptschneiden von leistenförmigen Schneideinsätzen gebildet sind, ist aus dem Dokument

DE 20 2010 015 446 U1 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein gattungsgemäßes Fräswerkzeug zu schaffen, das sich dadurch auszeichnet, dass faserverstärkte Verbundwerkstoffe wirtschaftlicher und sauberer einer Fräsbearbeitung unterzogen werden können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß trägt der Schneidteil des als Schaftfräser ausgebildeten Fräswerkzeugs zumindest zwei Hauptschneiden, die zur Drehachse und zueinander gegensinnig angestellt sind. Auf diese Weise ergibt sich nicht nur eine verbesserte Laufruhe, sondern darüber hinaus der besondere Vorteil, dass sich aufgrund der zueinander gegensinnig angestellten Hauptschneiden jeweils ein ziehender Schnitt realisieren lässt, der dafür sorgt, dass die aus der Schnittfläche herausragenden Fasern einer oben liegenden Faserschicht nach unten und einer unten liegenden Faserschicht nach oben gezogen werden. Es hat sich herausgestellt, dass die erfindungsgemäße Gestaltung des Fräswerkzeugs

insbesondere dann in der Lage ist die gestellte Aufgabe zu lösen, wenn die

Hauptschneiden von Schneideinsätzen gebildet sind, die aus einem Hartstoff, wie zum Beispiel Feinkorn-Vollhartmetall (VHM) oder Polykristallinem Diamant (PKD) bestehen, da in diesem Fall die Schneiden besonders stabil sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich mit der Weiterbildung des Anspruchs 2, wonach die Hauptschneiden abwechselnd achsparallel und zur Werkzeugachse gegensinnig angestellt verlaufen. Es hat sich gezeigt, dass es bereits mit vier

Schneideinsätzen gelingt, höchste Zerspanungsleistungen bereitzustellen.

Über die Verteilung der Schneideinsätze über den Umfang lässt sich die Laufruhe des Fräswerkzeugs beeinflussen. Gleiches gilt für die Auswahl der axialen Länge der gegensinnig angestellten Hauptschneiden. Über eine ungleiche Hauptschneidenteilung kann verhindert werden, dass das Fräswerkzeug zu Eigenschwingungen neigt.

Besonders saubere Bearbeitungsflächen lassen sich dann erzielen, wenn das

Fräswerkzeug insgesamt, zumindest aber der Schneidteil aus besonders biegefestem Material, wie zum Beispiel Vollhartmetall gefertigt ist.

PKD-Schneideinsätze sind hochfest, jedoch nicht besonders duktil. Deshalb ist es von Vorteil, die Schneideinsätze jeweils über ihre gesamte Länge im Wesentlichen vollflächig am Schneidteil abzustützen. Da sich erfindungsgemäß eine gerade Spannut mit einer zur Werkzeugachse schräg bzw. angestellt verlaufenden Spannut abwechselt ergibt sich durch diese Maßnahme der Effekt, dass die zur Werkzeugachse angestellten Schneideinsätze in unterschiedlichem Abstand zur Stirnseite des Fräswerkzeugs enden. Über die Größe des Anstellungswinkels und/oder die Breite der Spannut lässt sich das Maß des axialen Versatzes der stirnseitigen Nebenschneiden der gegensinnig angestellten Schneideinsätze steuern. Dieser axiale Versatz kann - je nach

Durchmesser des Fräsers und in Abhängigkeit von den Zerspanungsparametern (Schnittgeschwindigkeit, Vorschub, Werkstoff) - in der Größenordnung von 5 bis 70%, vorzugsweise von 10 bis 50%, besonders bevorzugt von 30 bis 50% der axialen Länge des Schneidteils bzw. der achsparallel ausgerichteten Schneidkanten liegen.

Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.

Nachstehend wird anhand schematischer Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Fräswerkzeugs leicht schräg von vorne; und

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Fräswerkzeugs gemäß Fig. 1 bei einer

Blickrichtung von der anderen Seite.

In den Figuren ist mit dem Bezugszeichen 10 ein Fräswerkzeug zum Fräsen

faserverstärkter Kunststoffe bezeichnet, wobei der Schaft mit dem Bezugszeichen 12 und der Schneidteil mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet ist. Der Schneidteil 14, der aus einem hochfesten Werkstoff, wie zum Beispiel HSS, HSSE oder Hartmetall besteht, trägt eine Vielzahl, nämlich vier, von am Umfang liegenden Hauptschneiden, die von leistenartigen Schneideinsätzen 16G und 16A gebildet sind. Zwischen den

Schneideinsätzen, das heißt in Drehrichtung jeweils vor den Schneideinsätzen sind Spannuten 18G und 18A ausgebildet.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Schneideinsätze 16G und 16A von sogenannten PKD-Schneideinsätzen gebildet, bei denen eine dünne Schicht (dunklere Deckschicht 20) aus Polykristallinem Diamant (PKD) auf einem Grundkörper 22 befestigt, beispielsweise festgeklebt oder laserverschweißt oder festgesintert ist. Man erkennt, dass die einzelnen Schneideinsätze 16G, 16A über ihre gesamte Länge LG bzw. LA im Wesentlichen vollflächig auf dem Schneidteil 14 abgestützt sind, sodass Biegebeanspruchungen der Schneideinsätze minimiert werden. Die Abstützung des in Figur 1 sichtbaren wendeiförmigen Schneideinsatzes 16A wird von dem Materialblock 28 gebildet, die Abstützung für den in Figur 2 sichtbaren wendeiförmigen bzw. zur Werkzeugachse 24 angestellten Schneideinsatzes 16A von dem Schneidteilblock 30.

Während die Spannuten 18G, die parallel zur Achse 24 verlaufen und durch eine axiale lineare Bewegung einer Schleifscheibe hergestellt werden können, werden die den Schneideinsätzen 16A zugeordneten Spannuten 18A dadurch gebildet, dass eine parallel zum Schneideinsatz 18A verlaufende wendeiförmige Nut in den Schneidteil 14 eingefräst wird. Dadurch, dass die einander im Wesentlichen diametral

gegenüberliegenden Spannuten 18A zueinander gegensinnig zur Achse 24 des

Werkzeugs angestellt sind, endet der in Figur 2 gezeigte Schneideinsatz 16A in einem größeren Abstand A von der Stirnseite des Werkzeugs als der diametral

gegenüberliegende, in Figur 1 sichtbare Schneideinsatz 16A.

Der Anstellwinkel der Schneideinsätze 16A zu einer durch Achse 24 und durch den Schneideinsatz 16A verlaufenden Ebene kann in weiten Grenzen variiert werden. Er liegt beispielsweise im Bereich zwischen 5 und 25°, vorzugsweise zwischen 10 und 15°. Die Schneideinsätze 16A können - ebenso wie die zugeordneten Spannuten 18A - wendeiförmig verlaufen. Es ist gleichermaßen möglich die Schneideinsätze als ebene Körper auszubilden.

Über die Größe des Anstellwinkels ALPHA und/oder die Breite B18 der Spannut 18A (siehe Figur 2) lässt sich das Maß A des axialen Versatzes der stirnseitigen

Nebenschneiden 26A der gegensinnig angestellten Schneideinsätze 16A steuern.

Dieser axiale Versatz A kann- je nach Durchmesser D des Fräsers und in Abhängigkeit von den Zerspanungsparametern, wie Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Werkstoff in der Größenordnung von 5 bis 70%, vorzugsweise von 10 bis 50%, besonders bevorzugt von 30 bis 50% der axialen Länge LG der achsparallel ausgerichteten

Schneidkanten 18G liegen. Bei der in den Figuren gezeigten Ausführungsform beträgt das Maß des axialen Versatzes A etwa 50% des Maßes LG. Bei der gezeigten Ausführungsform liegt das Maß A gleichzeitig in einem Bereich, der im Wesentlichen dem Durchmesser D des Fräswerkzeugs entspricht.

Während der in Figur 1 sichtbare, zur Werkzeugachse 24 angestellte Schneideinsatz 16A eine Nebenschneide 26A ausbildet, die auf gleicher Höhe mit den Nebenschneiden 26G der Schneideinsätze 16G liegt, trifft dies für den axial verkürzten Schneideinsatz 16A gemäß Fig. 2 nicht zu.

Abweichend von dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann das gesamte Werkzeug, das heißt der Schaft, der Schneidteil und die Schneiden aus Vollhartmetall bestehen.

Die Anzahl der Schneideinsätze und auch die Teilung kann beliebig variiert werden, solange zumindest zwei Hauptschneiden vorhanden sind, die zur Drehachse und zueinander gegensinnig angestellt sind.

Die Erfindung schafft somit ein Fräswerkzeug zum Fräsen faserverstärkter Kunststoffe, mit einem Schaft und einem Schneidteil mit einer Vielzahl von am Umfang

ausgebildeten Hauptschneiden und dazwischen liegenden Spannuten. Die

Hauptschneiden sind von leistenartigen Schneideinsätzen gebildet, die aus einem Hartstoff, wie z.B. Vollhartmetall oder PKD bestehen, wobei zumindest zwei

Hauptschneiden zueinander gegensinnig zur Drehachse angestellt sind.