CH658421A5 - Bohrwerkzeug. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bohrwerkzeug der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Bei einem bekannten Bohrwerkzeug dieser Art (DE-GM 77 10 873) besitzt jede Hauptschneide und zugeordnete Zentrumschneide einen 0°-Spanwinkel. Dabei verläuft jede Hauptschneide mit zugeordneter Zentrumschneide innerhalb einer mit der Werkzeugmitte zusammenfallenden Diametralen. Die Spannuten sind als geradlinige Kanäle gestaltet, die parallel zur Mittelachse bis hin zum Schaft des Bohrwerkzeuges laufen. Ein derartiges Bohrwerkzeug eignet sich ausnahmslos zur Bearbeitung kurzspanender Materialien, also Gussmaterialien. Bei anderen Materialien grösserer Zähigkeit geht das Werkzeug wegen mangelhafter Spanbildung und Spanabfuhr zu Bruch. Als vorteilhaft hat sich allerdings bei einem derartigen Werkzeug gezeigt, dass aufgrund der Schneidenspitzen ohne besondere Hilfsmittel oder Zentrierbohrung ein Bohren direkt in das volle Material möglich ist, und dies ohne Gefahr des Verlaufens und/oder Schneidenbruches; denn bei der Vorschubbewegung des Bohrwerkzeuges auf ein Werkstück gelangen gleichzeitig alle Schneidenspitzen in Berührung mit dem Werkstück, so dass bereits in der Anfangsphase beim Bohren eine symmetrische Schneidenbelastung in radialer Richtung vorhanden ist, weil jede in das Werkstück eingreifende Schneidenspitze eine Abstüt-zung für die andere Schneidenspitze bildet. In der Anfangsphase des Bohrvorgangs wird mittels aller Schneidenspitzen eine der Schneidengeometrie im Bereich der Schneidenspitzen entsprechende, im Querschnitt etwa V-förmige Ringnut in das Werkstück eingearbeitet, die konzentrisch zur Mittelachse verläuft. Erst bei fortschreitendem Eingreifen der Schneidenspitzen in das Werkstück wird die Ringnut immer breiter bis hin zum Nenndurchmessermass. Da die Zentrumschneiden von den Hauptschneiden etwas abgesetzt sind, ergibt sich in diesem Bereich eine Spanteilung, so dass sich nicht allzu breite Bohrspäne ergeben. Wie gesagt, ist ein derartiges Bohrwerkzeug mit den geschilderten Vorzügen, vor allem auch grossen Rundlaufgenauigkeit und Genauigkeit hinsichtlich Masshaltigkeit und Form sowie Lage der herzustellenden Bohrung, ausnahmslos für kurzspanende Werkstoffe geeignet. Es hat sich gezeigt, dass hingegen eine Bearbeitung von zäheren Materialien, insbesondere Stahl, zum Bruch des Bohrwerkzeuges führt und scheitert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrwerkzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, das unter Beibehaltung der geschilderten Vorzüge ein wesentlich breiteres Einsatzfeld erschliesst und bei gleichen Vorteilen, auch grosser Standfestigkeit, nicht nur für kurzspanende Werkstoffe, sondern auch andere bis hin zu langspanenden Materialien geeignet ist.

Die Aufgabe ist bei einem Bohrwerkzeug der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass zumindest ein sich zumindest im wesentlichen in Radialrichtung erstreckender Teil der Zentrumschneide und/oder der Hauptschneide in Schneidrichtung, das heisst in Umlaufrichtung des Werkzeuges, vor der Mitte des Kopfes angeordnet ist und dass jede Spannut als Drallnut ausgebildet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2—6.

Drallnuten als Spannuten sind an sich bekannt, z.B. bei Spiralbohrern. Man weiss, dass bei Spiralbohrern an der Querschneide ungünstigste Verhältnisse auftreten. Der Schnittwinkel ist hier grösser als 90°, so dass man hier nicht von Schneiden sprechen kann, sondern vielmehr von Quetschen oder ähnlichem. Sobald die Querschneide beim Austreten des Bohrers aus dem Bohrloch nicht mehr gegen das Material drückt, federt die den Bohrer haltende Spindel in ihre ursprüngliche Lage zurück. Der Vorschub verändert sich sprunghaft. Der Bohrer kann einhaken und infolge Überbeanspruchung brechen. Auch dann, wenn bei zähen Werkstoffen die Querschneide des Spiralbohrers durch Ausspitzen verkürzt wird, sind diese Probleme nicht beseitigt. Bekanntermassen sind diese Zusammenhänge die Ursache dafür, dass mittels Spiralbohrern keine Bohrungen grosser Qualität und Güte herstellbar sind. Es ist in jedem Fall eine Zentrierung nötig. Ab bestimmten Bohrlochdurchmessern ist ausserdem eine Vorzentrierung durch kleinere Bohrungen erforderlich.

Das erfindungsgemässe Bohrwerkzeug vereinigt in sich die Vorzüge eines mittels der Zentrumschneiden, insbesondere der Schneidenspitzen dieser, selbstzentrierten Werkzeuges mit einem Spiralbohrer, soweit es um die verbesserte Spanführung und Spanabfuhr aufgrund der als Drallnuten ausgebildeten Spannuten geht. Ausserdem wird dank der Schneidengeometrie der Hauptschneiden und zugeordneten Zentrumschneiden eine besondere Spanbildung und Spanform erzielt. So entsteht im Bereich jeder Zentrumschneide ein Span eigener Geometrie und Form. Ferner entsteht im Bereich jeder Hauptschneide, die sich an die zugeordnete Zentrumschneide aussen anschliesst, ein eigener, ebenfalls

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entsprechend geformter Span, wobei dieser Span einer Verformung unterworfen ist mit Verdichtung, wodurch der Span kleiner wird als die Spannut und sich dadurch ein guter Spanfluss und eine gute Spanabfuhr ergibt. Aufgrund dieser besonderen Spanbildung und Spanabfuhr ist das Bohrwerkzeug, unter Beibehaltung aller sonstigen, eingangs geschilderten Vorteile, zur Zerspanung auch zäher Materialien und Stahl geeignet, also solcher Materialien, die nicht nur kurze und mittlere Späne bilden, sondern auch langspanend sind.

Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht des unteren Teiles eines dreischneidigen Bohrwerkzeuges, bei dem zur Vereinfachung zwei Schneiden in die Zeichenebene geklappt dargestellt sind,

Fig. 2 eine stirnseitige Ansicht auf den Kopf des Bohrwerkzeuges am unteren Ende,

Fig. 3 eine schematische Ansicht etwa derjenigen gemäss Fig. 2 lediglich eines Schneidenteiles eines Bohrwerkzeuges in abgewandelter Ausführungsform.

Das Bohrwerkzeug 10 gemäss erstem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 und 2 weist in üblicher Weise einen Schaft 11, der glatt zylindrisch ist und zum Einspannen dient, und einen Bohrerkörper 12 auf, dessen stirnseitiges, unteres Ende hier als Kopf 13 bezeichnet ist. Der Kopf 13 weist drei in etwa gleichem Umfangswinkelabständen von 120° voneinander angeordnete, radial aussen sitzende Hauptschneiden 14, 15 und 16 und jeweils zugeordnete Zentrumschneiden 24,25,

26 auf, die bis zur Mittelachse 27 reichen.

Jede Zentrumschneide 24 — 26 ist aus einer in Seitenansicht (Fig. 1) zur Mittelachse 27 stumpfwinklig verlaufenden Innenschneide 34 bzw. 35 bzw. 36 und einer zur Mittelachse

27 spitzwinklig verlaufenden Aussenschneide 44 bzw. 45 bzw. 46 gebildet, die jeweils in axialen, nach unten überstehenden Schneidenspitzen 28 bzw. 29 bzw. 30 zusammenlaufen. Die Schneidenspitzen 28,29, 30 stellen sich in der Unteransicht gemäss Fig. 2, bedingt durch den Materialquerschnitt und den Freischliff, jeweils als Abschnitt einer inneren Kreislinie dar.

Alle Schneidenspitzen 28,29 und 30 haben den gleichen radialen Abstand von der Mittelachse 27 und sind, in axialer Richtung, auf gleicher Höhe angeordnet, so dass beim Aufsetzen auf eine Fläche eines Werkstücks alle Schneidenspitzen 28,29 und 30 gleichzeitig aufsitzen.

Vom Kopf 13 gehen drei Spannuten 17,18 und 19 aus.

Jede Spannut 17,18 und 19 ist in besonderer Weise als Drallnut ausgebildet, wie sie grundsätzlich von Spiralbohrern her bekannt sind. Der Drallwinkel liegt in üblicher Weise zwischen 25° und 35°, hängt jedoch vom Werkstoff des jeweiligen, zu bearbeitenden Werkstücks ab.

Zumindest ein sich in Radialrichtung erstreckender Teil jeder Zentrumschneide 24,25 und 26 und/oder jeder Hauptschneide 14,15 und 16 ist, in Schneidrichtung gemäss Pfeil 20 betrachtet, vor der Mitte des Kopfes 13 angeordnet. Diese Mitte fällt bei der Darstellung gemäss Fig. 2 zufallig mit der Kante zusammen, die, rückseitig der Hauptschneiden und Zentrumschneiden, dort die Freifläche begrenzt. Diese Kante kann hier mithin als Bezugslinie dienen.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 und 2 ist zum einen jede Hauptschneide 14,15 und 16 vor der Mitte angeordnet, wobei der Abstand von einer durch die Mitte gehenden Diametralebene in der Grössenordnung zwischen 0,4 bis 1,2 mm liegt. Der mittlere Abstand ist in Fig. 2 lediglich bei der Hauptschneide 14 mit d eingezeichnet.

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Ausserdem ist beim ersten Ausführungsbeispiel hinsichtlich der Zentrumschneiden 24,25 und 26 die Anordnung so getroffen, dass bei diesen die jeweilige Innenschneide 34 bis 36 und die jeweils zugeordnete Aussenschneide 44 bis 46 auf 5 einer Radialen verläuft und dabei ebenfalls vor der Mitte angeordnet ist. Jede Zentrumschneide 24,25 und 26 schliesst mit einer durch die Mitte gehenden Diametralen einen Winkel in der Grössenordnung von 27° bis 32° ein. Dieser Winkel ist in Fig. 2 hinsichtlich der Zentrumschneide 24 mit a io eingezeichnet. Er beträgt z. B. 28°. Wie man erkennt, geht jede Zentrumschneide 24,25,26 am radial äusseren Ende ihrer Aussenschneide 44,45,46 etwa bogenförmig in die zugeordnete, radial weiter aussen liegende Hauptschneide 14 bzw. 15 bzw. 16 über.

15 Aufgrund dieser besonderen Gestaltung kann das Bohrwerkzeug 10 zum Bohren in praktisch alle Materialien verwendet werden, also nicht nur kurzspanende Materialien, z.B. Guss, sondern auch langspanende Materialien, mithin also auch Stahl. Dabei ist das Bohrwerkzeug dank der zen-20 trierenden Schneidenspitzen 28,29 und 30 für Bohroperationen ins Volle geeignet. Vorbohren ist nicht notwendig. Beim Schneidvorgang dienen die Schneidenspitzen 28,29 und 30 zur Selbstzentrierung des Bohrwerkzeuges. Es ergibt sich eine ausserordentlich grosse Mass- und Formgenauigkeit.der 25 Bohrung, also Stichmassgenauigkeit, hohe Genauigkeit bezüglich der Rundung sowie der Geradlinigkeit der Bohrung und auch gute Oberflächenbeschaffenheit der Bohrlochwandung. Einen wesentlichen Anteil daran haben die besonders gestalteten Hauptschneiden 14 bis 16 und Zentrumschneiden 30 24 bis 26, denen dabei unterschiedliche Funktion zukommt. Die Zentrumschneiden 24 bis 26 erzeugen beim Schneidvorgang jeweils einen Span mit demgemässer Form und Breite. Die jeweils zugeordneten Hauptschneiden 14,15 und 16 dagegen erzeugen einen jeweils eigenen Span anderer Form 35 und Breite, wobei die jeweilige Spanform von der Schneidengeometrie bestimmt ist. Im Bereich der Hauptschneiden 14, 15 und 16 ergibt sich für den dort anfallenden Span eine Spanverformung, und zwar eine Spanverdichtung. Die dort anfallenden Späne werden also kleiner als es dem Quer-40 schnitt der jeweiligen Spannut 17,18 und 19 entspricht. Dies hat den Vorteil, dass der dort anfallende Span problemlos über die Spannut 17,18 und 19 abgeführt wird. Nicht zuletzt die besondere Art der Bildung verschiedener Späne und die erzielte gute Spanabfuhr sind mit dafür verantwortlich, dass, 45 unterstützt durch die Gestaltung der Zentrumschneiden 24, 25 und 26 mit den Schneidenspitzen 28,29 und 30, mittels dieses Bohrwerkzeuges 10 ausserordentlich grosse Genauigkeiten erzielbar sind, also Rundlaufgenauigkeiten maschi-nenseitig sowie hohe Genauigkeiten bezüglich der hergestell-50 ten Bohrungen, und zwar hinsichtlich Form und Masshaltig-keit. Zugleich gewährleistet dieses Bohrwerkzeug 10 eine grosse Standfestigkeit und Einsatzdauer ohne Gefahr einer Beschädigung oder gar einer Zerstörung.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind 55 zwei verschiedene Varianten in einer Darstellung enthalten. So ist mit gestrichelten Linien eine Variante gezeigt, bei der die Aussenschneide 144 nicht in radialer Verlängerung der Innenschneide 134, gleichwohl aber ebenfalls vor der durch die Mitte gehenden Diametralebene verläuft. Die Innen-60 schneide 134 und Aussenschneide 144 bilden dort, wo sie aufeinandertreffen, eine Spitze. Diese liegt dann z.B. auf der durch die Schneidenspitze gehenden Radialen. Die Hauptschneide 114 schliesst sich, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, etwa bogenartig unter Bildung einer Höhlung aussen 65 an die Aussenschneide 144 an.

Bei der in Fig. 3 mit durchgezogenen Linien gezeigten Variante ist die Zentrumschneide 224 genauso beschaffen wie beim ersten Ausführungsbeispiel in Fig. 1, d.h. die Aus

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senschneide verläuft in radialer Verlängerung der Innenschneide und dabei mit Winkel a vor der Mitte. Die Hauptschneide 214 dagegen schliesst sich aussen an die Zentrumschneide 224 an und verläuft dabei ohne Bogen geradlinig und etwa parallel zur durch die Mitte gehenden Diametralen.

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1 Blatt Zeichnungen

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658421 PATENTANSPRÜCHE

1. Bohrwerkzeug, das am Kopf (13) zumindest drei in etwa gleichen Umfangswinkelwinkelabständen voneinander angeordnete Hauptschneiden (14,15,16) und jeweils zugeordnete, bis zur Mittelachse (27) reichende Zentrumschneiden (24,25,26) aufweist, wobei jede Zentrumschneide (24, 25,26) aus einer zur Mittelachse (27) stumpfwinklig verlaufenden Innenschneide (34,35,36) und einer zur Mittelachse (27) spitzwinklig verlaufenden Aussenschneide (44,45,46) gebildet ist, die jeweils in axialen, überstehenden Schneidenspitzen (28,29,30) zusammenlaufen, die alle in gleichen radialen Abständen von der Mittelachse (27) und in axialer Richtung auf gleicher Höhe angeordnet sind, und das vom Kopf (13) ausgehende Spannuten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein sich zumindest im wesentlichen in Radialrichtung erstreckender Teil der Zentrumschneide (24,25,26) und/oder der Hauptschneide (14,15,16) in Schneidrichtung (Pfeil 20) vor der Mitte des Kopfes (13) angeordnet ist und dass jede Spannut (17,18,19) als Drallnut ausgebildet ist.

2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Innenschneide (34,35, 36) jeder Zentrumschneide (24,25,26) vor der Mitte angeordnet ist.

3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschneiden (34,35,36) und zugeordneten Aussenschneiden (44,45,46) auf einer Radialen verlaufen und vor der Mitte angeordnet sind.

4. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, dass auch die Hauptschneiden (14, 15,16) vor der Mitte angeordnet sind und von einer durch die Mitte gehenden Diametralebene einen mittleren Abstand (d) in der Grössenordnung von 0,4 bis 1,2 mm aufweist.

5. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, dass der vor der Mitte angeordnete Teil jeder Zentrumschneide (24,25,26), insbesondere der Innenschneide (34,35,36) und auf der gleichen Radialen verlaufenden Aussenschneide (44,45,46), mit einer durch die Mitte gehenden Diametralen einen Winkel (a) in der Grössenordnung von 27° bis 32° einschliesst.

6. Bohrwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (a) 28° beträgt.