Bohrer
Die Erfindung betrifft einen Bohrer, insbesondere Spiralbohrer, mit einem zylindrischen Schaftteil, einer Drehachse, die zum Schaftteil konzentrisch ist, und am Ende des Schaftes angeordneten Schneidlippen.
Die herkömmlichen, mit zwei Dralinuten versehenen handelsüblichen Spiralbohrer weisen einen Schaftteil und einen mit Drallnuten versehenen Teil auf. Das Ende des mit Drallnuten versehenen Teils bildet den Schneidkopf des Bohrers und ist gewöhnlich mit einer Spitze und unter einem Winkel zueinander angeordneten geradlinigen Schneidlippen versehen, die mit einer scharfen Ecke in den Bohreraussendurchmesser übergehen.
Die allgemein übliche Praxis ist, diesen ganzen Spitzenwinkel entsprechend dem speziellen zu bohrenden Material zu ändern. Diese Spitzenwinkel für einen optimalen Bohrvorgang wurden für die meisten Materialien bestimmt und zur Benützung in Tabellen eingetragen.
Während diese tabellierten Spitzenwinkel im allgemeinen als die optimalsten Werte zum Bohren eines speziellen Materials verwendet werden, bestehen mindestens drei prinzipielle Nachteile bei dieser Art von Spitzengeometrie, nämlich:
1. Die scharfen Übergänge, wo die Schneidlippen in den Bohreraussendurchmesser übergehen, bewegen sich schneller als jeder andere Abschnitt der Schneidkanten und entfernen mehr Material. Dementsprechend sind diese scharfen Übergänge einer grösseren Abnützung unterworfen. Dadurch sind diese scharften Übergänge schneller stumpf und verhindern ein Bohren.
2. Beim Durchbruch wird die grösste Materialmenge mit den letzten Umdrehungen des Bohrers entfernt, so dass eine stark erhöhte Spannung auf den Bohrer ausgeübt oder der letzetre abrupt blockiert wird. Dies gilt speziell für die stumpfen Spitzen die zum Bohren der härtesten Materialien verwendet werden. Dieser Schlag beim Durchbruch richtet die grösste Spannung auf die schwächsten Stellen des Bohrers, d. h. die scharfen Übergänge wo die Schneidlippen in den Bohreraussendurchmesser übergehen, so dass Ausfälle häufig sind und schlechte Bohrungen mit rauhen Kanten resultieren. In vielen Fällen, wenn der Bohrer angehalten und eine übermässige Spannung auf die Anordnung wirkt oder das Werkstück nicht genügend stark festgeklemmt ist, dreht sich das Werkstück um den Bohrer oder schraubt sich um den letzteren hoch, wodurch sehr oft die Bedienungsperson verletzt wird.
3. Die scharfen Übergänge wo die Schneidlippen in den Aussendurchmesser des Bohrers übergehen, neigen ebenfalls dazu, die Seitenflächen der Bohrung zu kerben oder rauhe Furchen zu erzeugen, so dass die Bohrung nachher zur Erzielung einer glatten Oberfläche ausgerieben werden muss. Demzufolge sind zur Erzielung einer Bohrung mit glatten Seitenflächen zwei Arbeitsoperationen notwendig.
Es wurden schon unzählige Versuche unternommen, um diese allen gegenwärtig erhältlichen handelsüblichen Spiralbohrern anhaftenden Nachteile zu eliminieren, jedoch war bis heute kein Versuch erfolgreich. Die die Industrie piagenden Probleme wurden bereits studiert und verschiedene Publikationen auf diesem Gebiet geschrieben, so zum Beispiel:
An Investigation of Twist Drills, Bruce W. Benedict und W. Penn Lukens, Vol. XV, Nr. 13, Universität Illinois, Urbana, 1917, und
An Investigation of Twist Drllls, Bruce W. Benedict und Albert E. Hershey, Vol.XXIV, Nr. 11, Universität Illinois, Urbana, 1926.
Es wurden auch bereits verschiedene US-Patente für verbesserte Bohrer erteilt. So z. B. die US-Patente Nrn. 1 309 706, 1 887 374, 3 106 112, 3 199 381 und das britische Patent Nr. 2674 (1904). Es wurde bereits vorgeschlagen, einige der oben erwähnten Nachteile dadurch zu eliminieren, dass man dem Schneidkopf des Bohrers eine bestimmte neuartige Form gibt. Diese Form ist eindeutig bestimmt und obwohl nicht gänzlich verschieden von der vorliegenden erfindungsgemässen Ausbildung, ergibt sie keine Lösung, die sich in der Praxis bewährte. Zum Beispiel liegt der Mittelpunkt des Radius der die Schneidlippen definierenden Kurve direkt auf der Mittellinie des Bohrers, wobei der Radius grösser als die Hälfte des Bohrerdurchmessers ist.
Auf diese Weise laufen die Schneidlippen nicht tangential in den Aussendurchmessers des Bohrers aus, was wie nachstehend näher beschrieben, zur gleichmässigen Kraftverteilung und zur Erzielung von optimalen Schneidzuständen am Aussendurchmessers des Bohrers beim Durchbruch und während des Bohrens einer Bohrung notwendig ist. Ferner ist ein beinahe tangentiales konisches Schleifen der unwirksamen Mittelfläche notwendig. Die Notwendigkeit des Eindringens der unwirsamen Mittelfläche in das zu bohrende Material ist beachtet, jedoch ist der wohlbekannten Tatsache, dass ein spezieller eingeschlossener Spitzenwinkel an der Mittelfläche besser arbeitet als ein anderer in einem speziellen Werkstoff, keine Beachtung geschenkt worden. Aus diesem Grund fand dieser bekannte Bohrer keinen Eingang in der Industrie.
Weiter ist eine Bohrerspitze bekannt, die gekrümmte Schneidlippen aufweist, die derart geformt sind, dass der eingeschlossene Winkel zwischen den Schneidlippen allmählich abnimmt, so dass sie tangential in die Bohreraussenhüllfläche auslaufen. Während diese Ausbildung der Bohrerspitze sich für bestimmte Anwendungszwecke als sehr befriedigend erwies, wurde gefunden, dass sie noch weiter verbessert werden kann.
Der erfindungsgemässe Bohrer, inbesondere Spiralbohrer ist dadurch gekennzeichnet, dass jede Schneidlippe wenigstens über einen Teil ihrer Länge die Form einer kontinuierlichen Kurve aufweist, und dass diese Kurven im Bereich der Bohrerspitze so enden, dass ihre Tangenten in diesen Endpunkten denselben, vom zu bearbeitenden Material abhängigen Spitzenwinkel einschliessen, der bei Bohrern mit geraden Schneidlippen für das betreffende Material vorgesehen ist. Für die meisten Verwendungszwecke ist dabei der Bohrer vorzugsweise so ausgebildet, dass die kontinuierlichen Kurven tangential in die Peripherie des Bohrerschaftes auslaufen. Ebenso ist der Bohrer zweckmässigerweise so gestaltet, dass die Schneidlippen sich über die gesamte Länge der kontinuierlichen Kurve erstrecken.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines herkömmlichen Bohrers,
Fig. 2 eine Seitenansicht einer ersten beispielsweisen Ausführungsform eines erfindungsgemässen Bohrers,
Fig. 3, 4 und 5 das Vorgehen zur Bestimmung der Bohrerspitzen von erfindungsgemässen Bohrern, und zwar Bohrern die herkömmlichen Bohrern mit Spitzen winkeln von 130, 1180 und 900 entsprechen,
Fig. 6 eine Draufsicht auf den in Fig. 2 dargestellten Bohrer,
Fig. 7 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels als Spatenbohrer,
Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 in Fig. 7,
Fig.
9, 10 und 11 die Spannungsverteilung an der Bohrerspitze, von der Mittelachse der Bohrers zu dessen Aussendurchmesser, für herkömmliche Spiralbohrer mit einem Spitzenwinkel von 1300, 1180 und 900 und gleichzeitig für erfindungsgemäss ausgebildete Spiralbohrer,
Fig. 12, 13 und 14 die Späneform für die obigen Bohrer,
Fig. 15 eine Seitenansicht eines beispielsweisen erfindungsgemässen Bohrers mit Hinterschliff-Flächen hinter den Schneidkanten,
Fig. 16 eine Draufsicht auf den in Fig. 15 dargestellten Bohrer,
Fig. 17 eine um 900 gedrehte Seitenansicht des in Fig. 15 dargestellten Bohrers,
Fig. 18 eine Seitenansicht des in den Fig. 15 und 17 dargestellten Bohrers in vergrössertem Massstab,
Fig. 19 eine Draufsicht auf den in Fig. 18 dargestellten Bohrer zur Darstellung der Beziehung zwischen der Querschneide und der Schneidkante in einer von der in Fig.
16 dargestellten Anordnung abweichenden Form und
Fig. 20 eine Draufsicht auf die Querschneide des in Fig. 19 dargestellten Bohrers.
Gleiche Bezugszeichen entsprechen gleichen Teilen in allen Ansichten der Zeichnung.
In Fig. 1 ist ein herkömmlicher Spiralbohrer 10 mit einem Schaft 12 und einem mit zwei Spiralnuten 16 und 18 versehenen Spiralteil 14 dargestellt. Der Spiralteil 14 weist einen Schneidkopf 20 mit zwei gradlinig verlaufenden Schneidlippen 22 und 24 auf, die von einer Bohrerspitze 26 kegelförmig nach oben verlaufen und mit scharfen eckigen Übergängen 28 bzw. 30 in die Bohrerumfangfläche übergehen. Der Spitzenwinkel a zwischen den Schneidlippen 22 und 24 ist der eingeschlossene Winkel des Bohrerschneidkopfes 20 und ist zur Erzielung der bestmöglichen Resultate vom zu bohrenden Material abhängig. Normalerweise wird ein grö sserer Spitzenwinkel a zum Bohren von harten Materialien und ein kleinerer oder spitzerer Winkel zum Bohren von weicherem Material verwendet.
In Fig. 2 ist ein Spiralbohrer 32 mit einem erfindungsgemäss ausgebildeten Schneidkopf 33 dargestellt.
Normalerweise ist der Schneidkopf 33 durch allmähliche Verkleinerung des bei herkömmlichen Spiralbohrern vorgesehenon Spitzenwinkels a geformt, so dass zwei Schneidlippen 34 und 36 gebildet werden, die längs einer kontinuierlichen regelmässigen Kurve von der Bohrerspitze 38 aus sich erstrecken und tangential in die Bohrerumfangsfläche übergehen. Durch diese Ausbildung wird die Abnützung am Schneidkopf gLiehmä(3ig über die ganze Länge der Schneidlippen 34 und 36 verteilt. Die weiter oben erwähnten Nachteile der her kömmiichen Spiralbohrer werden dadurch zum grössten Teil, wenn auch nicht vollständig, eliminiert.
Nachstehend wird die Ausbildung des Schneidkopfes 33 des Spiralbohrers 32 näher erläutert. Zuerst wird der Spitzenwinkel a, der zum wirkungsvollsten Bohren eines bestimmten Materials zwischen den geradlinig verlaufenden Schneidlippen eines herkömmlichen Bohrers vorgesehen wird, bestimmt. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, werden die geradlinigen Schneidlippen durch die Linien 40 und 41 (nachstehend als die Schneidlippen 40 und 41) dargestellt und der Spitzenwinkel a zwisehen ihnen beispielsweise mit 1300 angenommen. Die Schneidlippen 40 und 41 schneiden den Bohrerdurchmesser oder die Bohrerumfangsfläche, dargestellt durch die Linien 42 und 43 (nachstehend als Bohrerdurchmesser 42 und 43 bezeichnet) in scharfen Ecken A.
Nachher wird der Winkel e an der scharfen Ecke A, zwischen dem Bohrerdurehmesser 42 und der Schneidlippe 40 halbiert und eine winkelhalbierende Linie gezogen. Ein Radius R, welcher gleich gross wie die Strecke AB ist (Punkt B ist um gleich weit von der Rotationsachse des Bohrers versetzt wie die Hälfte der Distanz zwischen den einander entgegengesetzten Enden der Querschneide beträgt, und wie aus Fig. 6 ersichtlich) wird unter Verwendung der Ecke A als Zentrum gezogen, um den Bohrerdurchmesser 42 an einer Stelle C zu schneiden. Darauf wird eine im Punkt C senkrecht auf dem Bohrerdurchmesser 42 stehende Linie gezogen und mit der Winkelhalbierenden im Punkt D geschnitten. Nachher wird ein Radius R1 mit einer Länge, die der Strecke CD entspricht und den Punkt D als Zentrum benutzt, gezogen.
Die gekrümmte Linie CB bildet die Schneidlippe 34, und es sei bemerkt, dass sie den Bohrerdurchmesser 42 und die Schneidlippe 40, die normalerweise bei einem herkömmlichen Spiralbohrer am Bohrerschneidkopf 33 oder am Punkt B vorgesehen ist, tangiert. Die Schneidlippe 36 des Spiralbohrers 30 wird auf die gleiche Weise gezogen.
In den Fig. 4 und 5 ist gezeigt, wie die Schneidlippen 34 und 36 bzw. 56 und 58 bei Bohrern mit Spitzenwinkeln von 1180 und 900 konstruiert werden.
Bei beiden wird das gleiche Verfahren wie vorangehend beschrieben angewendet.
Es sollte aus der obigen Beschreibung ersichtlich sein, dass man bei der Festlegung des Schneidkopfes eines erfindungsgemässen Bohrers zum Bohren eines bestimmten Materials zuerst den für herkömmliche Spiralbohrer allgemein empfohlenen Spitzenwinkel für dieses Material bestimmt. Nachher werden die Schneidlippen als kontinuierliche Kurve, die den Bohrerdurchmesser und die geradlinige Schneidlippe mit dem empfohlenen Spitzenwinkel tangieren, konstruiert.
Es sei bemerkt, dass die Schneidlippen 34 und 36 des Spiralbohrers 32 kreisförmig sind und ferner die Schneidlippe eines herkömmlichen Spiralbohrers mit einem vorbestimmten Spitzenwinkel an der weiter oben definierten Stelle B des Bohrerschneidkopfes 33 tangieren. In einigen Fällen kann eine verbesserte Wirkung erreicht werden, indem die Schneidlippen 34 und 36 an einer von einem Punkt B entfernten Stelle des Schneidkopfes die herkömmlichen geradlinigen Schneidlippen tangieren. Zusätzlich oder alternativ kann die Krümmung der Schneidlippen 34 und 36 auch ellipsoidenförmig sein.
Auf jeden Fall muss jedoch ungeachtet der Krümmung der Schneidlippen 34 und 36 mindestens ein Abschnitt der Schneidlippen längs gekrümmter Linien, welche die Bohrerdurchmesser 42 und 43 und die herkömmlichen geradlinigen Schneidlippen tangieren, verlaufen, und für optimale Ergebnisse sollten sich die Schneidlippen vollständig längs dieser Linien erstrecken.
Dies ist anhand der Fig. 9, 10 und 11 besser verständlich, in denen graphisch die Beanspruchung pro Längeneinheit (Q) über dem Abstand von der Mittelachse eines Bohrers dargestellt ist, und zwar für her kömmliche Bohrer (1) und erfindungsgemäss ausgebildete Bohrer (11) mit Spitzenwinkeln von 1300, 1180 bzw. 900. Alle Kurven gelten für gleiche Belastung, so dass ein Vergleich möglich ist. Es ist ersichtlich, dass bei Spiralbohrern die Beanspruchung der Schneidlippen mit zunehmendem Abstand von der Bohrerachse ebenfalls zunimmt. Die entsprechende resultierende Spannungsverteilung in einem Werkstück ist in Fig. 1 mit dem punktierten Bereich 50 angedeutet.
Es ist ersichtlich, dass eine hohe Spannungskonzentration an den äusseren Ecken (an den scharfen Ecken 28 und 30), ein relativ geringer Spannungsaufbau im Mittelbereich der Schneidlippenlänge und ein sehr hoher Spannungsaufbau an der Bohrerspitze 26 stattfindet. Aus diesen Gründen, wie weiter oben dargelegt, sind herkömmliche Spiralbohrer unerwünscht.
Bei Verwendung von erfindungsgemäss augebildeten Bohrern ist es ersichtlich, dass die Beanspruchung der Schneidlippen bis zu einem gewissen Abstand von der Mittelachse des Bohrers zunimmt und gegen den Bohrerdurchmesser zu abnimmt. Die entsprechende resultierende Spannungsverteilung in einem Werkstück ist in Fig. 2 durch den punktierten Bereich 52 dargestellt. Die Beanspruchung an den kritischen Aussenecken ist in diesem Fall beträchtlich verringert. Die Benspruehung an der Bohrerspitze 38 ist ebenfalls beträchtlich reduziert. Die Beanspruchung ist auf den mittleren Bereich der Schneidlippen konzentriert, wo sie durch den Bohrer am besten bewältigt werden kann.
In den Fig. 12, 13 und 14 ist die tatsächliche Spanform für jeden der Bohrer der Fig. 9, 10 und 11 dargestellt. Die Spanform der herkömmlichen Spiralbohrer ist mit voll ausgezogenen Linien dargestellt und es ist ersichtlich, dass in allen Fällen die Fläche des entfernten Spanes pro Längeneinheit der Schneidlippen praktisch gleich gross ist. Dies entspricht in Anbetracht der Spannungsverteilungskurven dieser Bohrer den zu erwartenden Resuftaten.
Die Spanform der erfindungsgemässen Bohrer ist den anderen Spanformen überlagert und schraffiert dargestellt. Es ist ersichtlich, dass die Fläche der entfernten Späne längs der Schneidlippenlänge, von der Bohrerachse weg abnimmt. Diese Resultate sind in Anbetracht der entsprechenden Spannungsverteilungskurven ebenfalls zu erwarten.
Durch Studium der' Spannungsverteilungskurve für jeden einzelnen Bohrer, die resultierende Spanform, die einem Werkstück überlagerte Beanspruchung (durch Verwendung einer besonderen photographischen Technik) und die Abnützung am Bohrerschneidkopf, kann die Lage der Spannung und Erwärmung, und daraus folgend die Abnützung am Bohrersehneidkopf durch Modifizieren der Krümmung der Schneidlippen gesteuert und dadurch Bohrer hergestellt werden, die weit besser als die bisher erhältlichen Bohrer sind.
Wie schon weiter oben angedeutet, kann in manchen Fällen eine verbesserte Wirksamkeit erzielt werden, wenn die Schneidlippen 34 und 36 des Spiral bohrers 32 die herkömmlichen geradlinigen Schneidlippen 40 und 41 an einer vom Punkt B entfernten Stelle tangieren, wie dies in Fig. 4 mit den gestrichelten Linien 56 und 58 angedeutet ist. Der bevorzugte Abstand von der Bohrerspitze liegt innerhalb einem Bereich von 10-30 %/ und vorzugsweise innerhalb dem Bereich von 20-25 % des Bohrerdurchmessers. Es sei bemerkt, dass nur ein sehr geringer Unterschied in der Krümmung der beiden resultierenden Schneidlippen besteht, dass jedoch dieser geringe Unterschied eine verbesserte Wirksamkeit ergibt.
Bei der Bildung der Schneidlippen 34 und 36 ergibt sich auf beiden eine gerundete äussere Kante 25 (Fig. 6), weiche während dem Bohren einer Beschädigung infolge Bruch ausgesetzt ist. Daher wird zweckmässig ein durch die äussere Kante 25 und eine Linie 29 definierter Bereich 27 entfernt, zur Bildung einer flachen Stützfläche (definiert durch die Linie 29), welche die Schneidkante des Bohrers halbwegs stützt, um eine Beschädigung der Schneidlippen zu verhindern. Praktisch die gleichen Resultate können durch Veränderung des Profils der Bohrernuten erreicht werden.
In den Fig. 7 und 8 ist ein besonderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Bohrers dargestellt. Dieser Bohrer weist keine spiralförmigen Nuten auf, wie die in den andern Figuren dargestellten Bohrer, sondern der Bohrschaft 62 ist geschlitzt, und in diesen Schlitz ist ein Plättchen 70 diametral zum Bohrschaft 62 eingesetzt, dessen grösste Breite den Schaftdurch messer übersteigt. Solche Bohrer werden als Spatenbohrer bezeichnet. Das Plättchen 64, das aus Karbid, Stahl oder anderem gehärteten Material besteht, weist zwei Schneidlippen 68 und 66 auf, die kontinuierlich gekrümmt sind und von einer Spitze 72 ausgehen. Die Krümmung ist in gleicher Weise, wie in den Fig. 3-5 erläutert, ausgebildet.
Während die Erfindung nur anhand von Spiralbohrern und Spatenbohrern beschrieben wird, ist es selbstverständlich, dass der erfindungsgemäss ausgebildete Schneidkopf ebenso gut auch bei anderen Bohrerarten verwendet werden kann, gleichgültig ob sie einen runden, quadratischen, mit Nuten versehenen oder anders ausgebildeten Bohrerkörper aufweisen.
Die Wirksamkeit des Spatenbohrers 60 kann insbesondere zum Bohren von solch harten Materialien wie rostfreiem Stahl, Titan oder dergleichen, oder solch weichen Materialien wie z. B. Lucite, bei dem er durch den Bohrvorgang erwärmt wird, weiter verbessert werden. Dies erreicht man durch Vorsehen einer kleinen gekrümmten Ausnehmung 70 längs jeder der Schneidlippen 66 und 68. Die Form jeder Ausnehmung ist vor allem aus Fig. 8 ersichtlich und erfasst sowohl einen Teil des Bohrschaftes 62 wie das eigentliche Schneidplättchen 64, so dass sich, im Querschnitt des Bohrers gesehen, eine Kurve ergibt, die an einem Punkt am Umfang des Bohrschaftes 62 beginnt, in den Schaft eintritt und sich dann kontinuierlich in den den Bohrschaft überragenden Teil des Plättchens 64 fortsetzt.
Die beiden Ausnehmungen 70 liegen einander diametral gegenüber, und erfassen den gesamten Längenbereich des plättchens 64 von der Spitze 72 bis zu je einer Schulter 78, die am Bohrschaft 62 endet. Dies ergibt längs der ganzen Schneidlippen des Bohrers einen positiven Schneidwinkel, wodurch die Wärmeerzeugung und das zum Bohren erforderliche Drehmoment auf ein absolutes Minimum reduziert werden. Auch wird dadurch an den Schneidlippen 66 und 68 bis zu einer genügenden Höhe 74 hinauf eine positive Schnittwirkung erreicht, um den Schneidvorgang beim Durchbruch der Spitze durch das zu bohrende Material genug lange fortzusetzen und dadurch die Möglichkeit von übermässiger Beanspruchung, abruptem Anhalten oder einem Hinaufschrauben des Werkstückes zu vermeiden.
Die erwähnte Ausdehnung der Ausnehmung 70 über den ganzen Längenbereich des Plättchens ist besonders beim Bohren von gewissen Kunststoffen wie z. B. Nylon, das sich kontrahiert, besonders wichtig, wo der Bohrer rotierend aus dem soeben gebohrten Loch zurückgezogen werden muss.
Durch die Ausbildung der Schneidlippen eines Bohrers auf die weiter oben beschriebene Weise ist es möglich, die Beanspruchung auf die Schneidlippen vom Aussendurchmesser des Bohrers zu seiner Rohrmitte zu verlagern. Durch diese Verlagerung der Beanspruchung ist es möglich, die Stelle der höchsten Beanspruchung derart zu kontrollieren, dass die Schneidlippen über ihre ganze Länge gleichmässig abgenützt werden.
Im normalen Gebrauch wird ein Bohrer entweder an der Stelle des Aussendurchmessers oder in der Mitte der Bohrerspitze stumpf. Die Abstumpfung der auf dem Aussendurchmesser sich befindenden Stelle ist eine Funktion der Bohrerdrehzahl und die Abstumpfung der Bohrerspitzenmitte ist vom Vorschub oder einer Kombination von Bohrerdrehzahl und Vorschub abhängig.
Durch Verlagerung der Beanspruchung ist es möglich, die Drehzahl zu erhöhen ohne ein vorzeitiges Versagen der auf dem Aussendurchmesser liegenden Stelle der Schneidleante, und durch Einhaltung eines für ein bestimmtes zu bohrendes Material optimalen Vorschubes ergibt sich ein Bohrer mit dem 4 bis 10 mal so viele Bohrungen als mit einem herkömmlichen Bohrer hergestellt werden können und dies erst noch schneller durch eine Kombination von Drehzahlerhöhung und Vergrösserung des Vorschubes pro Umdrehung. Eine mengen- und lagemässig richtige Kühlung erhöht die Wirkung des Bohrers in der gleichen Grössenordnung wie bei herkömmlichen Bohrern.
Der tangentiale Auslauf der Schneidlippen des Bohrers an den Aussendurchmesser des letzteren verursacht eine Ausreibwirkung in der Bohrung, wie dies aus dem gegen den Bohreraussendurchmesser abnehmenden Spanquerschnitt ersichtlich ist. Die Oberflächenbeschaffenheit eines mit einem herkömmlichen Bohrer gebohrten Loches neigt zur Rauheit infolge der scharfen Ecken auf dem Aussendurchmesser des Bohrers. Beim Durchbruch hat ein herkömmlicher Bohrer plötzlich einen relativ sehr grossen Durchtrittsquerschnitt zu schneiden, während ein erfindungsgemässer Bohrer einen extrem kleinen Durchtritts-Querschnitt aufweist. Die resultierenden Bohrungen neigen dazu, weniger Kerben zu haben und die Tendenz des Bohrers zu verhaken und zu brechen oder zu klemmen, ist praktisch eliminiert.
Dieser Vorteil ist besonders wichtig bei Materialien, die nicht die Fähigkeit aufweisen, der Axialbelastung von den Schneidlippen zu widerstehen wenn die Spitze des Bohrers aus dem Werkstück austritt.
Bei Verwendung der oben definierten Bohrergeometrie können bei den meisten bohrbaren Materialien sehr gute Bohrergebnisse erzielt werden. Zum Bohren einer 2,54 cm dicken Platte mit hohem Magnesiumund Kohlenstoffgehalt, einer neuentwickelten Panzerplatte die früher nicht gebohrt werden konnte, sind zusätzliche Modifikationen der Schneidkante notwendig.
Zylinder mit einem Durchmesser von 7,6 cm aus rostfreiem Stahl sowie Materialien mit einer Härte bis zu 83 Rockwell wurden mit einem nachstehend beschriebenen, an mehreren Stellen hintersehliffenen Bohrer wirkungsvoll gebohrt.
Die verbesserte Ausgestaltung stammt von der Entdeckung, dass merkatorähnliche Flächen in das Material der Schneidflächen eines Bohrers geschliffen werden können zur Bildung von Hinterschliff-Flächen, die von der Schneidkante ausgehen. Dadurch wird das Nachschleifen (heel dragging) und Erwärmen einer der Schneidkante nachfolgenden Stelle der Schneidfläche wirkungsvoll verhindert. Es können auch zweite, dritte und zusätzliche Hinterschliff-Flächen in die Schnittfläche eingeschliffen werden, in Abhängigkeit von der Bohrergrösse, dem zu bohrenden Material und den Bohrervariablen wie Fasenbreite, Nutenform usw.
Wie aus den Fig. 15 bis 17 ersichtlich, weist der Spiralbohrer 80 einen herkömmlichen Spiralteil 81 mit einander gegenüberliegenden Nuten 82, 84 auf. Die Schneidlippen 85, 86 erstrecken sich auf einer radialen Krümmung die unter Beachtung der zu bohrenden Materialart entsprechend der Beschreibung zu den Fig. 1 bis 14 bestimmt wird. Die äusseren Enden der Schneidkanten schneiden die Nutenkanten 88, 89 tangential wie bereits weiter vorn beschrieben.
Die erste Fläche 90, 91 folgt der Schneidkante 85, 86 und ist mit der ersten Ilinterschlift-Eläche versehen.
Die Fläche 90, 91 ist in Übereinstimmung mit dem Verfahren und der Ausbildung gemäss der Beschreibung zu den Fig. 2 bis 14 geschliffen.
Nachher wird die zweite Fläche 92, 94 hinterschliffen und unter einen Winkel von 10 bis 300 gegen über der ersten Fläche 90, 91 angeordnet. Die Grösse der Hinterschleifung und der eingeschlossene Winkel können normalen Handbüchern entnommen werden als Schneidflächenhinterschliff, wobei als Variablen, die Grösse der Bohrung, die beabsichtigte Bohrerdrehzahl und der Bohrervorschub zu beachten sind. Beispiele für solche Handbücher sind: a) Machining Data for Numerical Control, Air Force Machineability Data Center, b) Machinery Handbook, Industrial Press, c) Machining Data for Cold Finished Bars, Republic Steel Corporation, d) Machinist's Practical Guide, Morse Twist Drill & BR< Machine Company, und e) Tool and Engineers' Handbook, A. S. T. M. E.
Eine zusätzliche dritte Fläche 95, 96 wird hinter den zweiten Hinterschliff-Flächen 92, 94 eingeschliffen.
Die Wahl der Anzahl von Hinterschliff-Flächen wird zweckmässig in Abhängigkeit vom zu bohrenden Material, dem Bohreraufbau und den Schneidbedingungen getroffen. Die meisten gebräuchlichen Bohrer weisen drei oder vier merkatorähnliche Flächen, wie in den Fig. 15 bis 17 dargestellt, auf. Als Daumenregel werden bei Spiralbohrern mit 13 mm oder weniger Durchmesser drei merkatorähnliche Hinterschliff-Flächen vorg & sehen. Für grössere Durchmesser werden normalerweise vier merkatorähnliche Hinterschliff-Flächen vorgesehen.
Für viele Verwendungen ist die Ausbildung gemäss den Fig. 15 bis 17 befriedigend, obwohl die Querschneide 100 und die Enden der Schneidlippen 101,102 einen stumpfen Winkel einschliessen. In einigen Fällen kann dies ein Wackeln, Rattern oder Unrundbohren bewirken.
Eine bemerkenswerte Abkehr von angenommenen stumpfen eingeschlossenen Winkel zwischen der Querschneide und den Enden der Schneidlippen ist in Fig. 19 dargestellt. Dort ist ersichtlich, dass, wenn parallele Ebenen durch die Querschneideenden 104, 105 gezogen werden, diese die Schneidlippenenden 101, 102 schneiden. Diese Beziehung von einem eingeschlossenen Winkel von 900 zwischen der Querschneide 100 und den Enden der Schneidlippen 101, 102 scheint für die meisten Materialien bei 2 30' kritisch zu sein. Eine Abweichung von plus oder minus 1 30' scheint am annehmbarsten. Wenn die Winkelabweichung mehr als 2 30' beträgt, entsteht in vielen Materialien ein Rattern oder Klemmen und die dabei entstehende Bohrung wird entweder zu gross oder unrund. Zusätzlich wird die Lebensdauer des Bohrers verringert.
Es scheint, dass diese Regel ohne Rücksicht auf die Bohrerfasen breite oder andere Manipulationen des Bohrermittelteils gelten. Die Winkelbeziehung scheint nicht durch die Nutenform oder den Steigungswinkel beeinflusst zu werden. Ferner gilt diese Rechtwinkelebenenbeziehung sowohl für Bohrer gemäss den Fig. 2 bis 14 wie auch für Bohrer gemäss den Fig. 15 bis 19. Jedoch gilt die Regel nicht für herkömmliche Bohrer mit geradlinigen Schneidkanten.
Wie in Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 17 erläutert, ist eine tangentiale Beziehung der Grenze zwischen der Schneidkante und der Bohrerfase erwünscht.
Es sei angenommen, dass, wenn die Schneidlippe tangential zur Bohrerfase im Profil ist, die gleiche tangentiale Beziehung nicht erscheinen muss, wenn die Betrachtung in Richtung der Bohrerachse vorgenommen wird, oder umgekehrt. Ferner kann die Durchdringung der hinterschliffenen, merkatorähnlichen Flächen nicht in allen Projektionen gleich tangential sein. Daher werden zur Ausschliessung eines Schleifens über den Punkt der Tangente hinaus alle Schleifoperationen bei einer positiven Toleranz gestoppt.
Fernern verlaufen die Bohrerabnützungsstellen und die Erhitzungsfarbstellen derart, dass sich ein Erhitzungsfarbverlauf wie in Fig. 19 dargestellt, entwickelt, welcher eine annähernd sinusförmige Form aufweist und die Querschneide 100 in ihrem geometrischen Mittelpunkt schneidet und in Drehrichtung hinter der Schneidkante sich in die Hinterschliff-Fläche der Schneidkante erstreckt. Die Betrachtung der Erhitzungsfarbstelle 106 bestätigt die Theorie, dass die Grösse des Nachschleifens (heel dragging) der hinterschliffenen Flächen bedeutend geringer ist, und dass der Bereich des plastischen Fliessens, erzeugt durch die Reibung des Bohrers hinter der letzten hinterschliffenen Fläche bleibt und entsprechend einen Bereich von weicherem, plastifiziertem Material für den Eingriff durch die folgende führende Kante bildet, wodurch der Bohrer selbstzentriert wird.
Ferner wird durch die Konzentration des plastischen Fliessens am Schneidkopf und die Kombination der radialen Anordnung der Schneidlippen zur gleichmässigen Belastung durch den Ausgleich der Schabwirkung des Bohrers eine selbstzentrierende Wirkung erreicht. Es wurde ferner beobachtet, dass nachdem die Erhitzungsfarbstellc sich entsprechend der Bohrerform und den Sehneidbedingungen entwickelte, und die Ecke mit der Farbstelle zusätzlich hinterschliffen wurde, entsprechend den strichpunktierten Linien in Fig. 20, eine weitere Verfärbung vermieden und die Wirkung des Bohrers verbessert wurde. Bei Bohrern ohne diese zusätzliche Hinterschliff-Fläche wird die Wärme und der plastische Fluss oft ungleichmässig über die gesamte Länge der vorderen Schneidlippe verteilt und dadurch ein Rattern und ein ungleichmässiges Bohren erzeugt.