EP2059362A1 - Beschichteter spiralbohrer - Google Patents

Beschichteter spiralbohrer

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EP2059362A1
EP2059362A1 EP07802855A EP07802855A EP2059362A1 EP 2059362 A1 EP2059362 A1 EP 2059362A1 EP 07802855 A EP07802855 A EP 07802855A EP 07802855 A EP07802855 A EP 07802855A EP 2059362 A1 EP2059362 A1 EP 2059362A1
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EP
European Patent Office
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drill
layer
tip
coating
flutes
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07802855A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Schneider
Peter Müller
Thomas Heil
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Walter AG
Original Assignee
Walter AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Walter AG filed Critical Walter AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
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    • Y10T408/9095—Having peripherally spaced cutting edges with axially extending relief channel
    • Y10T408/9097—Spiral channel

Definitions

  • the present invention relates to a twist drill having a shank and a cutting section defined by the axial extent of flutes, which is at least partially coated.
  • the present invention relates to a method for producing a corresponding twist drill.
  • Coated twist drills have been known for a long time.
  • the coating can serve very different purposes. In general, an attempt is made to increase the wear resistance of the drill, in particular in the region of the drill tip, by means of a corresponding coating. Moreover, if due to the drill geometry or the special applications also the round bevels or the guide surfaces or the peripheral surfaces of the drill are claimed, these can be protected by a complete coating of the cutting section against premature wear.
  • Other coatings which are usually limited to the area of the tip of a drill, in addition to an increase in wear resistance in particular also affect the chip shape and produce either fast breaking or very tight roll chip, which are easily transported by the spirally rotating flutes can be considered long, less curved chips.
  • the chip removal is particularly important for drills whose cutting sections are relatively large in comparison to the diameter (nominal diameter of the cutting section), z. B. is more than six times the nominal diameter.
  • the coating of the chip flutes the chip removal is even worse than an uncoated drill, but this depends at least partially on whether the layer is a surface treatment, for. B. by grinding, polishing or smoothing or not.
  • a coating of the flutes can additionally improve chip removal.
  • the drills in question are metal drills, ie drills intended for the machining of metallic workpieces, although different metallic materials may also exhibit a very different stress behavior. The emphasis of the coatings in the past was clearly on an improvement of the wear behavior and the production of easily transportable chips.
  • TiN titanium nitrite
  • TiN titanium nitrite
  • numerous other layers which in addition, for example, still contain carbon or aluminum, such as.
  • Some of the titanium has been replaced by chromium (as in (CrAI) N) and coatings based on tungsten carbide (WC / C) have also been developed.
  • the cutting corner is undefined and the drill is only partially usable, wears faster or has to be shortened until randomly on both sides on the opposite round bevels a position is reached, which is not affected by the pitting. Of course, this also reduces the useful life of the drill.
  • the present invention seeks to provide a twist drill with the features mentioned above and a method for its production, which ensure on the one hand very good properties in terms of life and chip or chip removal, on the other hand for a Reprocessing including post-coating are well suited.
  • the cutting section has a first coating over substantially its entire usable length, wherein a second, different from the first coating coating is provided only at the tip of the drill and there includes an area measured from the drill tip of at most twice the nominal diameter of the drill corresponds.
  • a high-performance layer over their entire length which may not yet be optimal in terms of wear resistance, but is also not exposed to the danger of pilling or flaking off of the layers.
  • a high-performance layer should offer less friction against the chips.
  • an additional, particularly hard and wear-resistant layer can be applied, which is limited to the tip of the drill and thus for this reason is not or only slightly affected by the pitting and not because of their shortness and the chip removal negatively influenced.
  • Pitting is avoided not only by the second layer extending beyond the cutting edge over a relatively short distance but also by the second layer being proximate the cutting corners to the first layer rather than directly to the base material of the drill however, even if the second layer peels off from the first layer in this area, at least the first layer itself is not affected by this chipping.
  • the tip of the drill When refurbishing and regrinding worn drills, the tip of the drill is effectively shortened by a certain amount and removed to such an extent that all of the heavily worn areas concentrating around the main cutting edges disappear.
  • the second layer typically has its greatest thickness at the face of the drill and / or around the major cutting edges and then becomes thinner and thinner towards the stem end until it is reduced to zero no later than about twice the diameter measured from the drill tip. With the removal of the drill tip, the thicker areas of the second layer are accordingly removed at the same time, so that the subsequent recoating of the new tip with the second layer to possibly remaining remnants of the second layer and the adjacent, possibly not yet covered by the original second layer Areas are made so that the result is a coated drill bit that fully coincides with the original bit.
  • the second layer is selected so that it can be restored without great effort and without complex process control.
  • the first layer which extends from the tip to the shank end of the cutting part, remains largely preserved during the work-up, since the drill is essentially cut or removed only at the particularly heavily wearing tip with the main cutting edges, so that the positive Properties of the first layer with regard to the chip transport, the avoidance of welds and the protection of the guide bevels preserved.
  • the present invention applies to twist drills whose cutting section has an axial length of at least four times the diameter.
  • the chip forming and the chip transport play a minor role, so that you can concentrate on the wear protection, which is mostly done with a single layer, although for special applications, the inventive double coating can still be useful in short drills ,
  • a twist drill according to the invention in which the cutting section is at least six times its diameter.
  • the cutting portion is defined by the axial length of the flutes or those usable part that can be lowered into a borehole without blocking the chip removal.
  • the second coating is limited in its axial extent to 0.3 to 1.5 times, in particular 0.3 to 1.2 times the nominal diameter, measured in each case from the tip of the drill .
  • the first coating On the open surfaces of the main cutting edges on the front side of the drill, it is possible to completely dispense with the first coating, especially since the reworking of a worn drill completely scraps away this tip area anyway, so that only the tool will be used during regrinding and subsequent recoating with the second layer second layer is applied to the frontal open spaces.
  • a twist drill according to the invention in which at least the cutting section, but preferably the entire drill including shank made of solid carbide is made.
  • solid carbide drills which typically consist of a tungsten carbide-cobalt composite, are relatively wear-resistant in their own right, coatings, even with solid carbide drills, can still considerably improve the properties with regard to wear resistance as well as chip shaping and chip removal.
  • the first layer may be beneficial, but not only, to solid carbide drills in terms of a variety of properties.
  • many of the metallic elements from which the materials to be processed can diffuse into the likewise essentially metallic WC-Co composite of a solid carbide drill.
  • elements of the solid carbide can also diffuse out, which in each case results in corresponding, disadvantageous aging effects.
  • Ceramic layers have thermally insulating properties and they eventually contribute to a further wear resistance, as they are usually even harder than the base material of the drill, even if the drill is in turn made of solid carbide.
  • thermal insulation and resistance to welding are particularly important near the cutting edge, but other properties are also important for the chip removal and load capacity and crush resistance of the drill, and are therefore important to the entire cutting edge of the drill.
  • first and the second coating are made of an identical material, but with respect to layer thickness, variation of the layer thickness depending on the axial position and surface condition, i. smoothed or not smoothed, can still distinguish. It should be noted in particular that in a grinding or smoothing in principle, the cutting edges are affected, so that it may be useful, the second layer in the vicinity of the main cutting edges only after a smoothing or grinding of the first layer and after grinding Apply drill tip.
  • first and second layers have different colors.
  • the color of the first, complete layer differs from the color of the base material. This also facilitates the recognition of any errors or possible signs of wear of the first layer.
  • the first layer is smoothed at least in the region of the flutes and in these flutes at least outside the region of the tip which is covered by the second layer.
  • the coated on the round bevels and on the subsequent, reworked peripheral surfaces of the drill bits coating can be smoothed.
  • the drill tip can be recessed in order not to cause wear of the main cutting edges from the outset by smoothing.
  • the point sharpening and the coating with the second layer can take place only after the smoothing of the part provided with the first layer and in particular of the flutes.
  • a method according to the invention for producing corresponding twist drills has the features:
  • steps (c) and (d) could also be reversed, although the order given above is preferred.
  • the first layer is smoothed at least in the flutes and thereby at least outside the area covered by the second layer.
  • the guide bevels and circumferential surfaces of the drill webs are also smoothed after the application of the first layer.
  • the smoothing may be restricted to an area away from the main cutting edges, or the smoothing may be done between the above steps (c) and (d).
  • Figure 1 shows the side view of a twist drill according to the invention
  • Figure 2 shows a section through the drill of Figure 1 along the line N-II in
  • Figure 1 shows a view along the axis 12 on the front side or tip 3 of the drill and
  • Figure 4 shows an enlarged side view of the tip and adjacent portion of the drill.
  • a drill designated overall by 100 which has a shank 10 and a cutting section 1.
  • the cutting section 1 is characterized by flutes 2, which extend from the drill bit 3 to close to the shaft 10 zoom.
  • the flutes extend helically at a certain helix angle or helix angle about the axis 12 of the drill, the helix angle of the flutes 2, or more precisely, the helix angle of the minor cutting edges formed at the transition of the flutes 2 to the guide chamfers 6, relative to the axis 12 must be chosen sufficiently large to effect effective chip removal from the tip 3 of the drill towards the shaft and out of the flutes out.
  • this so-called "helix angle” is in the range between 20 ° and 40 ° relative to the axis 12.
  • the drill according to the embodiment shown here at its tip on two slightly convex curved cutting edges 5 and the two main cutting edges 5 bridging transverse cutting edge is largely pointed.
  • An open surface adjoins the main cutting edges 5 on the end face of the drill, which consists of a first, phase-like section 4a and a section 4b which is bent in the opposite direction and at a larger fall angle.
  • coolant holes 1 1 can be seen on the front side according to FIG. 3 of the drill (and also in FIGS. 2 and 4).
  • the diameter of the drill is defined by two opposite cutting corners 13 which are defined by the transition between the main cutting edges 5 and the secondary cutting edges 8 are formed, which extend helically around the drill along the circumference of the cutting portion.
  • the secondary cutting edges 8 are adjoined by so-called “guide bevels” or “round bevels”, which are effectively free surfaces of the secondary cutting edges 8 lying on a cylindrical surface and contribute to the stabilization and guidance of the drill in a borehole.
  • the peripheral surfaces 9 of the drill (see FIGS. 2 to 4) adjoining the guide bevels 6 are undercut relative to the round bevels 6 or reduced to a smaller diameter in order to reduce the friction of the drill in the borehole.
  • FIG. 2 shows the drill in section along the line N-II in FIG. 1, and here too the coolant bores 11 and the flutes 2 and the base 2a of the flutes 2 provided with the first layer can be seen.
  • the entire cutting section 1, i. the section from the drill tip 3 to the end of the flutes 2 is coated with a first layer of a wear-resistant and chip-transport-promoting material.
  • Only a front end section 7 at the tip 3 of the drill has, in addition to the first coating, a second layer applied to the first layer and consisting of a particularly wear-resistant material.
  • the frontal open spaces 4a, b are recessed by the first layer, so that they are occupied only with the second layer.
  • the axial length d of the section 7 is preferably in the range of 0.3 to 1, 2 times the diameter and in the illustrated embodiment corresponds approximately to the diameter.
  • the first coating is smoothed above the region 7 of the second coating at least within the flutes. This can be z. For example, by wet or dry blasting, by brushing or by magnetic abrasive Abtragen done. - -
  • the first and the second layer of a different material are preferably of a different material, so that the principle slightly different requirements can be optimized according to their properties accordingly.
  • aspects of the manufacturability of the coatings also play a role.
  • the two coatings can also be made of the same material.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spiralbohrer mit einem Schaft (10) und einem durch die axiale Länge der Spannuten (2) definierten Schneidabschnitt (1), welcher mindestens teilweise beschichtet ist. Um einen Spiralbohrer mit den eingangs genannten Merkmalen sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, welche zum einen sehr gute Eigenschaften hinsichtlich Standzeit und Spanbildung bzw. Spantransport aufweisen, zum anderen aber auch für ein Wiederaufarbeiten einschließlich Beschichtung gut geeignet sind, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Schneidabschnitt (1) im wesentlichen über seine nutzbare Länge hinweg eine erste Beschichtung aufweist, wobei eine zweite, von der ersten verschiedene Beschichtung nur im Bereich der Spitze (3) des Bohrers vorgesehen ist und sich über eine axiale Länge erstreckt, die maximal dem Zweifachen des Nenndurchmessers des Bohrers (100) entspricht.

Description

Beschichteter Spiralbohrer
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spiralbohrer mit einem Schaft und einem durch die axiale Erstreckung von Spannuten definierten Schneidabschnitt, der mindestens teilweise beschichtet ist.
Ebenso betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Spiralbohrers.
Beschichtete Spiralbohrer sind seit langem bekannt. Dabei kann die Beschichtung sehr unterschiedlichen Zwecken dienen. Im allgemeinen versucht man, durch eine entsprechende Be- Schichtung die Verschleißfestigkeit des Bohrers insbesondere im Bereich der Bohrerspitze zu erhöhen. Wenn darüber hinaus aufgrund der Bohrergeometrie oder der speziellen Anwendungen auch die Rundfasen bzw. Führungsfasen oder die Umfangsflächen des Bohrers beansprucht werden, können auch diese durch eine vollständige Beschichtung des Schneidabschnittes gegen vorzeitigen Verschleiß geschützt werden. Andere Beschichtungen, die sich in der Regel auf den Bereich der Spitze eines Bohrers beschränken, sollen neben einer Erhöhung der Verschleißfestigkeit insbesondere auch die Spanform beeinflussen und einen entweder schnell brechenden oder sich sehr eng aufrollenden Span erzeugen, der durch die spiralförmig umlaufenden Spannuten leichter transportiert werden kann als lange, weniger stark gekrümmte Späne. Der Spantransport ist insbesondere bei Bohrern wichtig, deren Schneidabschnitte im Ver- gleich zum Durchmesser (Nenndurchmesser des Schneidabschnittes) relativ groß ist, z. B. mehr als das Sechsfache des Nenndurchmessers beträgt.
Häufig kann es jedoch geschehen, daß durch die Beschichtung der Spannuten der Spantransport gegenüber einem unbeschichteten Bohrer sogar verschlechtert wird, was allerdings zumin- dest teilweise davon abhängt, ob die Schicht eine Oberflächenbehandlung, z. B. durch Schleifen, Polieren bzw. Glätten erhält oder nicht. Je nach Bearbeitungszustand oder Bearbeitbarkeit und Verschleißverhalten der Nutoberfläche kann jedoch eine Beschichtung der Spannuten den Spantransport zusätzlich verbessern. Es versteht sich, daß es sich bei den hier in Rede stehenden Bohrern um Metallbohrer handelt, d.h. um Bohrer, die für die Bearbeitung von metallischen Werkstücken vorgesehen sind, wobei unterschiedliche metallische Werkstoffe jedoch auch ein sehr unterschiedliches Spanungsverhalten zeigen können. Der Schwerpunkt der Beschichtungen lag dabei in der Vergangenheit eindeutig auf einer Verbesserung des Verschleißverhaltens und des Erzeugens leicht zu transportierender Späne. Beides bezieht sich im wesentlichen auf den Bereich der Spitze des Bohrers, insbesondere auf den Bereich der Hauptschneidkanten und der unmittelbar daran angrenzenden Spannutenab- schnitte, d.h. der Spanfläche. Dennoch wurden Bohrer nach dem Stand der Technik bisher ü- berwiegend entlang des gesamten Schneidabschnittes beschichtet, weil eine Begrenzung einer Beschichtung auf den Spitzenbereich in herkömmlichen Beschichtungsanlagen aufwendiger ist als eine Komplettbeschichtung.
Zur Optimierung des Verschleiß- und Spanungsverhaltens sind inzwischen zahlreiche unterschiedliche Beschichtungen entwickelt worden, wobei die wohl bekannteste und am meisten verbreitete Beschichtung Titannitrit ist (TiN). Aufbauend auf dieser Schicht sind zahlreiche weitere Schichten entwickelt worden, die zusätzlich beispielsweise noch Kohlenstoff oder Aluminium enthalten, wie z. B. (AITi)N, (TiAI)N oder Ti(CN). Teilweise wurde das Titan auch durch Chrom ersetzt (wie z. B. bei (CrAI)N) und es sind auch Beschichtungen auf der Basis von WoIf- ramcarbid (WC/C) entwickelt worden.
Einige dieser Beschichtungen sind nur sehr aufwendig und unter Einhaltung komplexer Prozeßparameter möglich. Wegen der Komplexität hoch entwickelter Beschichtungsverfahren und wegen der speziellen Zusammensetzung von Hochleistungsbeschichtungen ist eine derartige Beschichtung nur in sehr wenigen, spezialisierten Betrieben überhaupt möglich. Andererseits besteht aber der Bedarf, entsprechende Bohrer, die im Bereich ihrer Hauptschnittkanten verschlissen sind, nachzuschleifen, wobei auch die Beschichtung im Bereich der Bohrerspitze wieder erneuert werden muß. Die Erneuerung einer entsprechenden Hochleistungsbeschichtung ist jedoch für einzelne Bohrer oder für kleinere Stückzahlen, wie sie typischerweise in einem Industriebetrieb, der entsprechende Bohrer verwendet, für das Nachschleifen anfallen, unwirtschaftlich. Hingegen sind einfache Beschichtungen, wie sie schon seit längerem bekannt sind, relativ leicht und ohne großen Aufwand verfügbar.
Unabhängig von den vorgenannten Problemen gibt es ein weiteres Problem, welches speziell solche Bohrer betrifft, die an ihrer Peripherie, d.h. insbesondere entlang der Rundfasen oder Führungsfasen und der Außenflächen der Bohrerstege beschichtet sind. Dieses Problem wird mit dem Fachbegriff „Pitting" oder „Pitting-Bildung" beschrieben und besteht in einem Abplatzen der verschleißfesten Schicht von den Führungsfasen, und zwar typischerweise in einem Be- reich, der von der Bohrerspitze bzw. von der Schneidenecke, die durch den Übergang von der Hauptschneidkante zur Nebenschneidkante definiert wird, beabstandet ist. Bei der Pitting- Bildung platzt oftmals nicht nur die aufgebrachte Schicht, sondern auch ein Teil des darunter liegenden, mit der aufgebrachten Schicht fest verbundenen Grundmaterials von der Führungsfase oder Rundfase des Bohrers ab. Bei einem Ersteinsatz des Bohrers wirkt sich dieses noch nicht nachteilig aus, weil die Hauptschneidkante und die Spanfläche von dem Pitting nicht be- troffen sind, da, wie bereits erwähnt, dieses Abplatzen der Schicht an den Führungsfasen nur in einem gewissen Abstand von der Schneidenecke bzw. von der Hauptschneidkante auftritt. Allerdings werden diese abgeplatzten Bereiche beim Nachschleifen des Bohrers zu einem Problem, wenn nämlich die verschlissene Spitze des Bohrers so weit abgetragen wird, daß die Hauptschneidkante in Richtung des Schaftes weiter zurück verlegt wird und dann die neu er- zeugte Schneidenecke (am Übergang von Hauptschneidkante zu Nebenschneidkante) sehr wohl in den Bereich gelangen kann, der von dem Pitting betroffen ist. Damit wird die Schneidenecke Undefiniert und der Bohrer ist nur noch eingeschränkt brauchbar, verschleißt schneller oder muß soweit gekürzt werden, bis zufällig beidseitig auf den gegenüberliegenden Rundfasen eine Position erreicht wird, die nicht vom Pitting betroffen ist. Auch dies setzt selbstverständlich die nutzbare Lebensdauer des Bohrers herab.
Es hat sich herausgestellt, daß ausgerechnet neuere Typen sehr harter und spröder Schichten, die sich insbesondere für den Verschleißschutz an den Hauptschneiden und den Spanflächen besonders eignen, sehr stark zu einer solchen Pitting-Bildung neigen.
Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Spiralbohrer mit den eingangs genannten Merkmalen sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, welche zum einen sehr gute Eigenschaften hinsichtlich Standzeit und Spanbildung bzw. Spantransport gewährleisten, zum anderen aber auch für ein Wiederaufarbei- ten einschließlich Nachbeschichten gut geeignet sind.
Hinsichtlich des Spiralbohrers selbst wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Schneidabschnitt im wesentlichen über seine gesamte nutzbare Länge hinweg eine erste Beschichtung aufweist, wobei eine zweite, von der ersten Beschichtung verschiedene Beschichtung nur an der Spitze des Bohrers vorgesehen ist und dort einen Bereich umfaßt, der von der Bohrerspitze aus gemessen maximal dem Zweifachen des Nenndurchmessers des Bohrers entspricht.
Dies ermöglicht es, die einander teilweise widersprechenden Forderungen einerseits nach einer sehr haltbaren, aber den Spantransport nicht beeinträchtigenden Schicht und andererseits nach besonderer Verschleißfestigkeit, aber auch Wiederaufbereitbarkeit der Bohrerspitze zu erfüllen.
Beispielsweise kann bei der erstmaligen Herstellung des Bohrers der Schneidabschnitt im we- - -
sentlichen über seine gesamte Länge hinweg mit einer Hochleistungsschicht versehen werden, die möglicherweise hinsichtlich der Verschleißfestigkeit noch nicht optimal ist, dafür aber auch nicht der Gefahr des Pitting bzw. Abplatzens der Schichten ausgesetzt ist. Vorzugsweise sollte eine solche Hochleistungsschicht eine geringere Reibung gegenüber den Spänen bieten. Auf diese Schicht kann dann ggf. eine zusätzliche, besonders harte und verschleißfeste Schicht aufgebracht werden, die aber auf die Spitze des Bohrers beschränkt wird und somit schon aus diesem Grund nicht oder nur unwesentlich vom Pitting betroffen ist und die wegen ihrer Kürze auch den Spantransport nicht negativ beeinflußt. Das Pitting wird nicht nur dadurch vermieden, daß sich die zweite Schicht nur über einen relativ kurzen Abstand über die Schneidecke hinaus erstreckt, sondern auch dadurch, daß in der Nähe der Schneidecken die zweite Schicht auf die erste Schicht und nicht direkt auf das Grundmaterial des Bohrers aufgebracht wird, wobei, selbst wenn die zweite Schicht von der ersten Schicht in diesem Bereich abplatzt, jedenfalls die erste Schicht selbst nicht von diesem Abplatzen betroffen ist.
Beim Aufarbeiten und Nachschleifen verschlissener Bohrer wird die Bohrerspitze effektiv um einen gewissen Betrag gekürzt und soweit abgetragen, daß alle stark verschlissenen Bereiche, die sich vor allem um die Hauptschneidkanten herum konzentrieren, verschwinden. Die zweite Schicht hat typischerweise an der Stirnseite des Bohrers und/oder um die Hauptschneidkanten herum ihre größte Dicke und wird dann zum Schaftende hin immer dünner, bis sie spätestens etwa beim Zweifachen des Durchmessers, von der Bohrerspitze aus gemessen, auf Null reduziert ist. Mit dem Abtragen der Bohrerspitze werden dementsprechend primär die dickeren Bereiche der zweiten Schicht gleichzeitig abgetragen, so daß die anschließende Neubeschichtung der neuen Spitze mit der zweiten Schicht auf möglicherweise noch vorhandene Reste der zweiten Schicht und die angrenzenden, womöglich noch nicht von der ursprünglichen zweiten Schicht erfasste Bereiche erfolgt, so daß sich Ergebnis eine beschichtete Bohrerspitze ergibt, die vollständig mit der ursprünglichen Bohrerspitze übereinstimmt.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn die zweite Schicht so ausgewählt wird, daß sie ohne großen Aufwand und ohne komplexe Prozeßsteuerung wiederhergestellt werden kann.
Die erste Schicht, die sich von der Spitze bis zum schaftseitigen Ende des Schneidteils erstreckt, bleibt bei der Aufarbeitung weitgehend erhalten, da der Bohrer im Wesentlichen nur an der besonders stark verschleißenden Spitze mit den Hauptschneidkanten gekürzt bzw. abgetragen wird, so daß auch die positiven Eigenschaften der ersten Schicht hinsichtlich des Span- transports, der Vermeidung von Aufschweißungen und des Schutzes der Führungsfasen erhalten bleiben. - -
Bevorzugt findet die vorliegende Erfindung Anwendung auf Spiralbohrer, deren Schneidabschnitt eine axiale Länge von mindestens dem Vierfachen des Durchmessers hat. Bei kürzeren Bohrern spielen die Spanformung und der Spantransport eine geringere Rolle, so daß man sich im wesentlichen auf den Verschleißschutz konzentrieren kann, wofür man zumeist mit einer einzigen Schicht auskommt, obwohl für besondere Anwendungsfälle dennoch auch die erfindungsgemäße zweifache Beschichtung bei kurzen Bohrern sinnvoll sein kann.
Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Spiralbohrer, bei welchem der Schneidab- schnitt mindestens das Sechsfache seines Durchmessers beträgt. Der Schneidabschnitt wird dabei definiert durch die axiale Länge der Spannuten bzw. denjenigen nutzbaren Teil, der in ein Bohrloch abgesenkt werden kann, ohne die Spanabfuhr zu blockieren.
Die zweite Beschichtung ist in der bevorzugten Ausführungsform hinsichtlich ihrer axialen Erstreckung auf das 0,3- bis 1 ,5-fache, insbesondere auf das 0,3- bis 1 ,2-fache des Nenndurchmessers, jeweils gemessen von der Spitze des Bohrers, beschränkt. Auf den Freiflächen der Hauptschneidkanten an der Stirnseite des Bohrers kann man ggf. auf die erste Beschichtung vollständig verzichten, zumal beim Wiederaufarbeiten eines verschlissenen Bohrers dieser Spitzenbereich ohnehin vollständig weggeschliffen wird, so daß beim Nachschleifen und an- schließendem Neubeschichten mit der zweiten Schicht ohnehin nur die zweite Schicht auf die stirnseitigen Freiflächen aufgebracht wird.
Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßer Spiralbohrer, bei welchem mindestens der Schneidabschnitt, vorzugsweise aber der gesamte Bohrer einschließlich Schaft aus Vollhartme- tall hergestellt ist. Obwohl Vollhartmetallbohrer, die typischerweise aus einem Wolframcarbid- Kobalt-Verbund bestehen, an sich schon relativ verschleißfest sind, kann man aber dennoch durch Beschichtungen auch bei Vollhartmetallbohrern die Eigenschaften sowohl hinsichtlich Verschleißfestigkeit als auch hinsichtlich Spanformung und Spantransport noch beträchtlich verbessern.
Die erste Schicht kann sich vor allem, aber nicht nur, bei Vollhartmetallbohrern in Bezug auf eine ganze Reihe von Eigenschaften vorteilhaft auswirken. Zum einen können viele der metallischen Elemente, aus welchen die zu bearbeitenden Werkstoffe bestehen, in den ebenfalls im wesentlichen metallischen WC-Co-Verbund eines Vollhartmetallbohrers eindiffundieren. Umge- kehrt können auch Elemente aus dem Vollhartmetall ausdiffundieren, was sich jeweils in entsprechenden, nachteiligen Alterungseffekten niederschlägt. Des weiteren gibt es insbesondere in der Nähe der Schneidkanten bei der Bearbeitung mancher metallischer Werkstoffe eine starke Tendenz zum Aufschweißen der Späne.
Viele moderne Beschichtungen haben hingegen einen mehr oder weniger keramischen Charak- ter, d.h. sie sind nicht metallisch, wirken als Diffusionssperrschicht für Metalle und unterliegen auch nicht der Gefahr eines Aufschweißens der Späne. Darüber hinaus haben derartige keramische Schichten thermisch isolierende Eigenschaften und sie tragen schließlich noch zu einer weiteren Verschleißfestigkeit bei, da sie in der Regel noch härter sind als das Grundmaterial des Bohrers, selbst dann, wenn der Bohrer seinerseits aus Vollhartmetall besteht.
Manche dieser Eigenschaften, wie z. B. die thermische Isolierung und die Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Aufschweißen, sind besonders wichtig in der Nähe der Schneidkante, andere Eigenschaften haben aber auch für den Spantransport und die Belastbarkeit und Bruchfestigkeit des Bohrers Bedeutung und sind deshalb für den gesamten Schneidenteil des Bohrers wichtig. Mit den erfindungsgemäßen zwei Beschichtungen kann man die unterschiedlichen Anforderungen an die Beschichtungen in der Nähe der Schneidkante und in weiter zurückliegenden Bereichen optimal erfüllen und kombinieren.
Darüber hinaus ist aber auch nicht ausgeschlossen, daß die erste und die zweite Beschichtung aus einem identischen Material bestehen, wobei sie sich allerdings hinsichtlich Schichtdicke, Variation der Schichtdicke in Abhängigkeit von der Axialposition und Oberflächenbeschaffenheit, d.h. geglättet oder nicht geglättet, durchaus noch unterscheiden können. Dabei ist insbesondere zu berücksichtigen, daß bei einem Schleifen oder Glätten grundsätzlich auch die Schneidkanten in Mitleidenschaft gezogen werden, so daß es sinnvoll sein kann, die zweite Schicht in der Nähe der Hauptschneidkanten erst nach einem Glätten oder Schleifen der ersten Schicht und nach dem Schleifen der Bohrerspitze aufzubringen.
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, bei welcher die aufgebrachten ersten und zweiten Schichten unterschiedliche Farben aufweisen. Auf diese Weise erkennt man deutlich, wie weit sich die zweite Schicht über die Spitze des Bohrers erstreckt, wie weit welche Schicht verschlissen ist und welchen Typ von Bohrer man vor sich hat, da Bohrer mit unterschiedlichen Beschichtungen durchaus an spezielle, unterschiedliche Bearbeitungsvorgänge oder Werkstoffe angepasst sein können. Darüber hinaus ist es zweckmäßig, wenn auch die Farbe der ersten, vollständigen Schicht sich von der Farbe des Grundmaterials unterscheidet. Auch dies erleichtert das Erkennen etwaiger Fehler oder etwaiger Verschleißerscheinungen der ersten Schicht.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die erste Schicht mindestens im Bereich der Spannuten und in diesen Spannuten mindestens außerhalb des Bereichs der Spitze, der von der zweiten Schicht bedeckt ist, geglättet ist. Wahlweise kann auch die auf den Rundfasen und auf den anschließenden, hinterarbeiteten Umfangsflächen der Bohrerstege aufgebrachte Beschichtung geglättet sein. Dabei kann insbesondere die Bohrerspitze ausgespart werden, um nicht durch das Glätten von vornherein einen Verschleiß der Hauptschneidkanten zu verursachen. Alternativ kann jedoch der Spitzenanschliff und die Beschichtung mit der zweiten Schicht erst nach dem Glätten des mit der ersten Schicht versehenen Schneidenteils und insbesondere der Spannuten erfolgen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen entsprechender Spiralbohrer weist die Merkmale auf:
a) Bereitstellen eines i. A. zylindrischen Bohrerrohlings mit einem Schaft und einem gegebenenfalls vorgeformte Spannuten aufweisenden Schneidabschnitt sowie einer Bohrer- spitze, die mit Hauptschneiden zu versehen ist b) Herstellen der Spannuten, der Rundfasen und der an die Rundfasen angrenzenden Hin- terarbeitung auf Endmaß, abgesehen von noch aufzubringenden Beschichtungen. c) Vollständiges Beschichten mindestens der Spannuten der Rundfasen und der die Peripherie der Bohrerstege bildenden Umfangsflächen mit einer ersten Schicht, d) Schleifen der Bohrerspitze einschließlich Entfernen einer etwaigen, auch auf den stirnseitigen Freiflächen aufgebrachten ersten Schicht, e) Beschichten der Bohrerspitze mit einer zweiten Schicht, wobei sich die zweite Schicht, von der Spitze des Bohrers aus gemessen, axial über einen Bereich erstreckt, welcher maximal dem Zweifachen des Nenndurchmessers des Bohrers entspricht.
Dabei könnte die Reihenfolge der Schritte (c) und (d) auch umgekehrt werden, obwohl die vorstehend angegebene Reihenfolge bevorzugt ist.
Bei dieser Reihenfolge der Verfahrensschritte wird effektiv schon bei der Neuherstellung des Bohrers eine Vorgehensweise verwendet, wie sie auch beim Nacharbeiten der Bohrerspitze abläuft. Damit entspricht ein wiederaufbereiteter Bohrer in all seinen Eigenschaften praktisch vollständig einem neuen Bohrer, abgesehen davon, daß er durch das Nachschleifen geringfügig kürzer geworden ist.
Des weiteren ist ein Verfahren bevorzugt, bei welchem die erste Schicht mindestens in den Spannuten und dabei mindestens außerhalb des von der zweiten Schicht erfaßten Bereiches geglättet wird. Zusätzlich kann es vorteilhaft sein, wenn auch die Führungsfasen und Umfangs- flächen der Bohrerstege nach dem Aufbringen der ersten Schicht geglättet werden. Dieses
Glätten soll Reibungen mit den Bohrlochwänden und/oder durch die Bohrerspitze erzeugten
Spänen herabsenken und insbesondere den Spantransport fördern. Wie bereits erwähnt, kann allerdings das Glätten auf einen Bereich im Abstand von den Hauptschneidkanten beschränkt werden, oder das Glätten kann zwischen den obigen Schritten (c) und (d) erfolgen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der da- zugehörigen Figuren.
Figur 1 zeigt die Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Spiralbohrers und
Figur 2 zeigt einen Schnitt durch den Bohrer nach Figur 1 entsprechend der Linie N-Il in
Figur 1 , Figur 3 zeigt eine Ansicht entlang der Achse 12 auf die Stirnseite bzw. Spitze 3 des Bohrers und
Figur 4 zeigt eine vergrößerte Seitenansicht der Spitze und des angrenzenden Bereichs des Bohrers.
Man erkennt in Figur 1 einen insgesamt mit 100 bezeichneten Bohrer, welcher einen Schaft 10 und einen Schneidabschnitt 1 aufweist. Der Schneidabschnitt 1 ist gekennzeichnet durch Spannuten 2, die sich von der Bohrerspitze 3 bis nahe an den Schaft 10 heran erstrecken. Die Spannuten verlaufen spiralförmig unter einem gewissen Schraubenwinkel bzw Drallwinkel um die Achse 12 des Bohrers herum, wobei der Drallwinkel der Spannuten 2, oder genauer gesagt der Drallwinkel der Nebenschneidkanten, die am Übergang der Spannuten 2 zu den Führungsfasen 6 gebildet werden, relativ zu der Achse 12 hinreichend groß gewählt werden muß, um einen effektiven Spantransport von der Spitze 3 des Bohrers hin zum Schaft und aus den Spannuten heraus zu bewirken. Typischerweise liegt dieser sogenannte „Drallwinkel" im Bereich zwischen 20° und 40° relativ zur Achse 12. Wie man anhand der Figuren 1 bis 4 im einzelnen nachvollziehen kann, weist der Bohrer gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel an seiner Spitze zwei leicht konvex gewölbte Schneidkanten 5 auf und die die beiden Hauptschneiden 5 überbrückende Querschneide ist weitgehend ausgespitzt. An die Hauptschneidkanten 5 schließt sich an der Stirnseite des Boh- rers eine Freifläche an, die aus einem ersten, phasenartigen Abschnitt 4a und einem demgegenüber und in einem größeren Fallwinkel abgewinkelten Abschnitt 4b besteht. An der Stirnseite gemäß Figur 3 des Bohrers (und auch in den Figuren 2 und 4) erkennt man Kühlmittelbohrungen 1 1. Der Durchmesser des Bohrers wird definiert durch zwei gegenüberliegende Schneidecken 13, die durch den Übergang zwischen den Hauptschneidkanten 5 und den Ne- benschneidkanten 8 gebildet werden, welche sich entlang des Umfangs des Schneidabschnittes wendeiförmig um den Bohrer herum erstrecken. An die Nebenschneidkanten 8 schließen sich sogenannte "Führungsfasen" oder auch "Rundfasen" an, welche effektiv auf einer Zylinderfläche liegende Freiflächen der Nebenschneidkanten 8 sind und zur Stabilisierung und Führung des Bohrers in einem Bohrloch beitragen. Die an die Führungsfasen 6 anschließenden Um- fangsflächen 9 des Bohrers (siehe Figuren 2 bis 4) sind gegenüber den Rundfasen 6 hinterschnitten bzw. auf einen kleineren Durchmesser reduziert, um die Reibung des Bohrers in dem Bohrloch zu reduzieren.
Figur 2 zeigt den Bohrer im Schnitt entlang der Linie N-Il in Figur 1 und auch hier erkennt man die Kühlmittelbohrungen 1 1 sowie die Spannuten 2 und den mit der ersten Schicht versehenen Grund 2a der Spannuten 2.
Der gesamte Schneidabschnitt 1 , d.h. der Abschnitt von der Bohrerspitze 3 bis zum Ende der Spannuten 2, ist mit einer ersten Schicht aus einem verschleißfesten und den Spantransport begünstigenden Material beschichtet. Lediglich ein vorderer Endabschnitt 7 an der Spitze 3 des Bohrers weist zusätzlich zu der ersten Beschichtung eine auf die erste Schicht aufgebrachte zweite Schicht auf, die aus einem besonders verschleißfesten Material besteht. Dabei können die stirnseitigen Freiflächen 4a, b durch die erste Schicht ausgespart werden, so daß sie nur mit der zweiten Schicht belegt sind. Die axiale Länge d des Abschnittes 7 liegt vorzugsweise im Bereich des 0,3- bis 1 ,2-fachen des Durchmessers und entspricht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in etwa dem Durchmesser.
Die erste Beschichtung ist oberhalb des Bereiches 7 der zweiten Beschichtung mindestens innerhalb der Spannuten geglättet. Dies kann z. B. durch Naß- oder Trockenstrahlen, durch Bürs- ten oder durch magnet-abrasives Abtragen geschehen. - -
Beim Nachschleifen einer entsprechenden Bohrerspitze wird im wesentlichen das Material auf den Freiflächen 4a, b abgetragen, wobei ggf. auch die Schneidspitze im Zentrum des Bohrers bzw. deren Übergang zu den Spannuten nachgeschliffen werden muß. Dadurch wird auch ein erheblicher Teil des mit der zweiten Schicht versehenen Bereiches 7 entfernt. Nachdem die Hauptschneide einschließlich der Schneidecken, d.h. der Übergänge zu den an den Rundfasen 6 ausgebildeten Nebenschneiden fertig geschliffen sind, erfolgt wieder eine Beschichtung über einen entsprechenden neuen Bereich 7, ausschließlich mit dem Material der zweiten Schicht, wobei die erste Schicht ohnehin erhalten bleibt. Auf diese Weise muß die Nachbeschichtung nur mit dem Material der zweiten Schicht erfolgen. Ein etwaiger Rest der zweiten Schicht, der noch von dem vorherigen Bereich 7 an der Spitze des Bohrers verblieben ist, wirkt sich dabei nicht störend aus, zumal die Schichtdicke der zweiten Schicht vorzugsweise von der Bohrerspitze in Richtung Schaft kontinuierlich abnimmt.
Vorzugsweise bestehen die erste und die zweite Schicht aus einem unterschiedlichen Material, damit auch die prinzipiell etwas unterschiedlichen Anforderungen an ihre Eigenschaften entsprechend optimiert werden können. Daneben spielen aber auch Aspekte der Herstellbarkeit der Beschichtungen eine Rolle. Falls gewünscht, können die beiden Beschichtungen auch aus dem gleichen Material bestehen.
Als besonders günstig haben sich die folgenden Beschichtungen erwiesen, wobei die linke Hälfte der Tabelle bevorzugte erste Schichten angibt und die rechte Hälfte die bevorzugten zweiten Schichten angibt, die im Prinzip beliebig miteinander kombiniert werden können:
- -
^wesentlicher Bestandteil; auch Multilayerschichten mit anders zusammengesetzten oder anders aufgebauten Zwischenschichten

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Spiralbohrer mit einem Schaft (10) und einem durch die axiale Länge der Spannuten (2) definierten Schneidabschnitt (1 ), welcher mindestens teilweise beschichtet ist, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Schneidabschnitt (1 ) im wesentlichen über seine nutzbare Länge hinweg eine erste Beschichtung aufweist, wobei zusätzlich eine zweite nur in einem Bereich (7) an der Spitze (3) des Bohrers aufgebracht ist, der sich über eine axiale Länge erstreckt, die maximal dem Zweifachen des Nenndurchmessers des Bohrers (100) entspricht.
2. Spiralbohrer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidabschnitt (1 ) eine axiale Länge hat, die mindestens das Vierfache des Nenndurchmessers beträgt.
3. Spiralbohrer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge des Schneidabschnitts (1 ) mindestens das Sechsfache des Nenndurchmessers beträgt.
4. Spiralbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Beschichtung auf einen Bereich der Spitze des Bohrers beschränkt ist, welcher zwischen dem 0,3-fachen und dem 1 ,5-fachen, vorzugsweise zwischen dem 0,3-fachen und dem 1 ,2- fachen des Nenndurchmessers liegt.
5. Spiralbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht über die gesamte nutzbare Länge des Schneidteils (1 ) mit Ausnahme der stirnseitigen Freiflächen (4) aufgebracht ist, wobei die stirnseitigen Freiflächen (4) nur mit der zweiten Beschichtung versehen sind.
6. Spiralbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Schneidteil des Bohrers und vorzugsweise der gesamte Bohrer aus Vollhartmetall besteht.
7. Spiralbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die beiden Schichten mindestens durch ihre Farbe unterscheiden.
8. Spiralbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich mindestens die Farbe der ersten Schicht von der Grundfarbe des Bohrers unterscheidet.
9. Spiralbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht in den Spannuten (2) mindestens außerhalb des Bereiches der zweiten Schicht geglättet ist.
10. Spiralbohrer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich auch die Um- fangsflächen (5) der Bohrerstege und/oder die Rundfasen (6) des Schneidteils geglättet sind.
1 1. Verfahren zum Herstellen eines Spiralbohrers mit den folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Bohrerrohlings mit einem Schaft (10) und einem gegebenen- falls vorgeformte Spannuten (2) aufweisenden Schneidabschnitt (1 ) sowie einer Bohrerspitze
(3), die mit Hauptschneiden zu versehen ist, b) Schleifen der Spannuten, der Rundfasen (6) und der an die Rundfasen angrenzenden Umfangsflächen (5), c) Vollständiges Beschichten mindestens der Spannuten (2) der Rundfasen (6) und der die Peripherie der Bohrerstege bildenden Umfangsflächen (5) mit einer ersten Schicht, d) Schleifen der Bohrerspitze einschließlich Entfernen einer etwaigen, auch auf den stirnseitigen Freiflächen (4) aufgebrachten ersten Schicht, e) Beschichten der Bohrerspitze mit einer zweiten, von der ersten Schicht verschiedenen Schicht, wobei sich die zweite Schicht, von der Spitze des Bohrers aus gemessen, über einen Bereich (7) erstreckt, welcher maximal dem Zweifachen des Nenndurchmessers des Bohrers entspricht, wobei die Reihenfolge der Schritte c) und d) umkehrbar ist
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die stirnseitigen Freiflächen (4) des Bohrers vor Schritt (d) nicht mit der ersten Schicht und anschließend nur mit der zwei- ten Schicht belegt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht mindestens im Bereich der Spannuten außerhalb des mit der zweiten Schicht versehenen Spitzenabschnittes geglättet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht zusätzlich im Bereich der Rundfasen und der hinterarbeiteten Umfangsflächen (5) geglättet ist.
15. Verfahren nach einem der Anspruch 1 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Schicht aus dem gleichen Material bestehen.
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