CN106794530B - 钻孔工具、尤其是铰刀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钻孔工具，尤其是铰刀，用于借助于构造在钻体(9)上的主切削刃(19)将工件芯孔(3)扩孔至额定直径(dN)，该主切削刃具有在径向位于外部的切削边棱(35)，该切削边棱沿钻体纵轴线(L)延伸至布置在钻头尖部(11)上的刀尖(37)，其中在扩孔过程中钻孔工具能够在旋转运动(R)和进刀运动(V)的情况下被驱动进入工件芯孔(3)中。根据本发明钻孔工具具有至少一个槽切削刃(21)，该槽切削刃沿工具旋转方向(R)位于主切削刃(19)的刀尖(37)之前。在扩孔过程中槽切削刃(21)在芯孔(3)的内壁(1)中产生槽(43)，在该槽中以至少降低的切削负荷引导主切削刃(19)的刀尖(37)。

Description

钻孔工具、尤其是铰刀
技术领域
本发明涉及一种钻孔工具、尤其是铰刀以及一种用于对预先钻孔的工件芯孔的内壁进行表面加工的方法。
背景技术
从文献DE 10 2013 004 105 A1中已知一种铰刀，该铰刀例如可以在汽车制造中用于对汽缸头孔的内壁进行精加工，以便改善孔的表面质量以及形状和尺寸精确性。该铰刀在外周部上具有主切削刃，该主切削刃具有在在径向位于外部的切削边棱，这些位于外部的切削边棱沿着钻体纵轴线盘旋延伸至布置在钻头尖部上的刀尖处。该主刀刃在刀尖的端侧过渡到沿横向于钻体纵轴线的方向取向的槽切削刃。
通过上述铰刀两步式地以如下加工步骤实现芯孔的表面加工：在第一加工步骤中铰刀首先以小的转速以及与之协调的进刀速度移入芯孔中，由此槽切削刃在芯孔内壁中产生螺旋形的槽。在完全移入的状态下与槽切削刃的连接的主切削刃已经完全与螺旋形的槽接合。在随后的第二加工步骤中，铰刀的主切削刃在旋转、然而没有轴向进刀的情况下进行圆周侧的材料切削。
这两个加工步骤耗时地依次实施。此外，在第二加工步骤中利用主切削刃完成的圆周侧的材料切削与高的切削负荷相关联。因此，为了避免过早的工具折断，上述的铰刀优选可以在加工时用于较软的材料，例如铝。
发明内容
本发明的目的是，提供一种钻孔工具、尤其是铰刀，其中在与现有技术相比更高的加工速度的情况下降低钻孔工具的切削负荷。
上述目的通过一种根据本发明的钻孔工具以及一种根据本发明的用于借助于所述的钻孔工具将预先钻孔的工件芯孔扩孔至额定直径的方法实现，该钻孔工具用于借助于构造在钻体上的主切削刃将工件芯孔扩孔至额定直径，该主切削刃具有在径向位于外部的切削边棱，该切削边棱沿着钻体纵轴线延伸至布置在钻头尖部上的刀尖，其中，在扩孔过程中钻孔工具能够在旋转运动和进刀运动的情况下被驱动进入到工件芯孔中，其中，钻孔工具包括至少一个槽切削刃，该槽切削刃沿工具旋转方向位于主切削刃的刀尖之前，其中，为了产生槽，槽切削刃在钻头尖部上具有横向于钻体纵轴线延伸的端面切削边棱，该端面切削边棱在刀尖处过渡到沿钻体纵轴线延伸的槽底切削边棱，该槽底切削边棱在背离钻头尖部的刀尖处过渡到横向于钻体纵轴线延伸的槽侧壁切削边棱，槽—切削面和构造在钻头尖部上的主后面汇合为端面切削边棱，其中，旋转运动和进刀运动这样设计，使得在扩孔过程中槽切削刃在芯孔的内壁中产生槽，在该槽中以至少降低的切削负荷引导主切削刃的刀尖，切削面在背离钻头尖部的槽侧壁切削边棱处和在槽底切削边棱处过渡到径向向外朝向的另一自由面，该另一自由面沿旋转方向以后角连接至切削棱，主切削刃的刀尖与槽切削刃间隔纵向偏移量。
本发明基于这样的事实，通过上述的、由现有技术已知的铰刀仅能实现耗时的、两步式的加工。在这个背景下，根据本发明一个方面的钻孔工具包括至少一个槽切削刃，该槽切削刃沿工具旋转方向被置于主切削刃的面对钻头尖部/钻尖的刀尖之前。在扩孔过程中，位于前方的槽切削刃产生槽，该槽产生于主切削刃的刀尖之前。在产生于前方的槽中引导主切削刃的刀尖，而且基本上没有切削负荷。以这种方式也可以将钻孔工具应用于较硬的材料，而不会导致过早的工具折断。
反之，在传统的铰刀中，主切削刃的刀尖在钻头尖部受到非常高的切削负荷。在这种常见的钻孔工具中，侧面的主切削刃在其端侧的刀尖上过渡到端侧的横向切削刃，利用该横向切削刃在芯孔内壁上实现附加的材料切削。相反，根据本发明主切削刃不设置这种端侧的横向切削刃。
由槽切削刃在扩孔过程中产生的螺旋形的槽具有在槽深度上径向向外后缩的槽底，该槽底通过侧面升起的槽侧壁过渡到芯孔内壁。为了产生槽，槽切削刃可以在端侧具有在钻头尖部上横向于钻体纵轴线延伸的端面切削边棱。该端面切削边棱可以在端侧的刀尖上过渡到沿钻体纵轴线延伸的、在径向位于外部的槽底切削边棱。该槽底切削边棱可以延伸到背离钻头尖部的另一刀尖，横向于钻体纵轴线延伸的、另一槽侧壁切削边棱连接在该另一刀尖上。
利用根据本发明的钻孔工具扩孔过程不再两步式地实现，而是以一次性加工(Einschussbearbeitung)实现。该钻孔工具在此可以尤其在用于制造高精度的孔的表面处理或精刨加工的方法中应用。在扩孔过程中，钻孔工具以旋转运动和进刀运动的组合方式进入芯孔中。该旋转运动和进刀运动在此如此彼此协调，即主切削刃的端侧的刀尖在没有切削负荷的情况下在螺旋形的槽中被引导，借助于先行的槽切削刃在芯孔内壁中产生该槽。因此，主切削刃在扩孔过程中仅产生在径向位于外部的刮削加工，而槽切削刃既沿径向又沿轴向从芯孔内壁处去除材料。
下面详细描述钻孔工具的切削刃几何形状：槽切削面/槽切屑面/槽主面和构造在钻头尖部的主后面可以在端侧的槽侧壁切削边棱处汇合。该槽切削面和端侧的主后面限定一楔角。对于沿轴向方向的进刀速度的设计方面后角是重要的，该后角通过主后面限定。在增大进刀速度时也增大后角。然而这也伴随着端面切削刃的楔角的减小，由此增大了过早磨损以及工具折断的危险。
在背离钻头尖部的槽侧壁切削边棱上以及在槽底切削边棱上，切削面过渡到其它的、在径向位于外部的自由面，该自由面以虚构的圆圈限定一后角，槽侧壁切削边棱和槽底切削边棱沿着该圆圈运动。
主切削刃的刀尖可以与槽切削刃间隔纵向的偏移量。该纵向偏移量如此设置，即与轴向进刀和旋转运动相协调的方式在产生于前方的槽中引导主切削刃的刀尖。
在芯孔内壁中螺旋形延伸的槽的槽深度优选可以与由主切削刃待去除的材料厚度相同或设计得较小。槽底切削边棱相应地可以位于如下的切削直径上，该切削直径小于或等于主切削刃的切削边棱的切削直径。
此外优选的是，沿工具旋转方向跟随的主切削刃与进刀方向反向地以预定的突出部重叠于先行的槽切削刃。由此在产生螺旋形的槽之后可以由跟随的主切削刃将未加工的、残余的材料部分切削至额定直径。
主切削刃的端侧的刀尖优选以完全地没有材料接合的方式在螺旋形的槽中被引导。对此，主切削刃的端侧的刀尖可以与沿进刀方向位于前方的槽的槽侧壁隔开净空间/间隙。
主切削刃以及槽切削刃共同形成切削刃组。优选可以在钻孔工具上以周向分布的方式布置两个、三个或更多个切削刃组。在一实施形式中，切削刃组可以不仅具有唯一的主切削刃，而是沿旋转方向观察可以具有至少两个前后相继地布置的主切削刃，这两个切削刃沿旋转方向跟随在前方的槽切削刃之后。由槽切削刃产生的槽深度可以优选已经相当于孔的额定直径或另选比额定直径小出加工余量。
附图说明
上面描述的和/或在从属权利要求中示出的本发明的有利的设计方案和/或改进方案——除了例如在明显相关或不相容的另选的情况——可以单独地或以彼此任意组合的方式应用。
附图示出：
图1示出设计为铰刀的钻孔工具的立体视图；
图2示出钻孔工具的工具尖部的细节图；
图3示出钻孔工具的钻头尖部的前视图；
图4示出透视的、大量简化的局部视图，该局部视图示出扩孔过程；
图5示出对应于图4的视图，然而具有以展开方式示出的芯孔内壁；
图6和图7示出钻孔工具的另一实施例。
具体实施方式
在图1和图2中示出设计为铰刀的钻孔工具用于对下面借助突图3和图4示出的工件5的芯孔3的内壁1进行表面处理。该钻孔工具具有夹紧柄7以及与夹紧柄连接的钻体9，该夹紧柄用于夹紧在未示出的钻孔装置的钻夹头中。根据图3的两个钻头齿(Bohrersteg)13沿着纵轴线L在扁平的钻头尖部11和夹紧柄7之间延伸并围绕纵轴线L盘旋。在两个钻头齿13之间布置容屑槽15。
在钻头齿13的每个中都形成切削刃组17(图5)，该切削刃组分别包括主切削刃19和槽切削刃21。这两个切削刃组17关于纵轴线L对称地布置，以便保证钻孔工具均匀的切削负荷。
如从图1中可知，切削刃19和槽切削刃21设计为独立的嵌入部件，该嵌入部件通过例如未示出的螺纹连接紧固在钻体9上。布置在相应的切削刃组17中的槽切削刃21具有径向向外伸出的槽底切削边棱23。该槽底切削边棱根据图2或图4沿着纵轴线L在端侧的刀尖25和与之远离的刀尖27之间延伸。该槽底切削边棱23在端侧的刀尖25处过渡到端面切削边棱29，该端面切削边棱在钻头尖部11上横向于纵轴线L延伸，该钻头端侧12高出突出距离a(图2)。在与此远离的刀尖27上连接同样横向于钻体纵轴线L延伸的槽侧壁切削边棱31(图2或图4)。切削面33与槽切削刃21的自由面22、24在上述的刀尖23、29、31处相交，该槽底切削边棱以一后角连接至相应的切削边棱上。
如从附图中进一步可知，主切削刃19与相应的切削刃组17的沿旋转方向R位于前方的槽切削刃21间隔纵向偏移量Δx(图2)。主切削刃19设计有在径向位于外部的切削边棱35，该切削边棱沿纵轴线L延伸至面对钻头尖部11的刀尖37。该切削刃35在刀尖37处过渡到横向于钻体纵轴线L延伸的钻体边棱39(图2或图4)。钻体边棱39和刀尖37在扩孔过程中都不与芯孔内部1产生材料接合。另一自由面36(图2)沿反向于工具旋转方向R的方向连接在主切削刃19的切削边棱35上。
在图3中，槽底切削边棱23位于切削直径dNut上，该切削直径比主切削刃19的在径向位于外部的切削边棱35的限定孔3的额定直径的切削直径dN小出差值。该差值例如可以是50μm或更小。这两个切削直径也可以另选地设计为相同的。
根据图4和图5示出用于芯孔内壁1的表面处理的方法。为了更易于理解，在图4和图5中相应仅示出单一的切削刃组17的槽切削刃19和主切削刃21，而且在省略钻体9的情况下。在图5中以水平线表明内壁1的已经加工处理过的表面，该内壁被扩孔至额定直径dN(图4)。由此以旋转运动R和进刀运动V的组合方式将钻孔工具驱动至工件芯孔3中，该芯孔在扩孔过程之前具有芯孔直径dKern(图4)。如此设计钻孔工具的旋转运动R以及轴向进刀V，使得槽切削刃21在芯孔内壁1上产生螺旋形延伸的槽43，该槽根据图4具有在径向位于外部的槽底45以及侧面的槽侧壁47、49。借助于槽切削刃21的在径向位于外部的槽底切削边棱23、在图3和图4中位于上方的槽侧壁切削边棱31以及端面切削边棱29产生槽43。为了将槽切削刃21的切削负荷保持在小的程度，产生的槽43的槽宽度也相应设计得小。槽43的槽深度Δt(图4)例如与由跟随的主切削刃19削除的材料厚度相同。
在图4或图5中，在位于与直线的进刀方向V相反的方向上的、上方的槽侧壁上还残留未加工的材料带51，该材料带被跟随的主切削刃19削除，而且直至工件孔的预先规定的额定直径dN。
此外在图4和图5中，主切削刃19的刀尖37在前面已经产生的槽43中被引导，而且以间隙f(图3或图4)与在进刀方向V位于前方的槽侧壁49隔开。刀尖37和与其相连的钻体边棱39因此基本不受到切削负荷，由此可以可靠地防止铰刀的过早的磨损以及工具折断。
在图6和图7中示出钻孔工具的另一实施例。基本的结构以及工作原理与先前的实施例的钻孔工具相同。如在先前的附图中，在图6和图7中切削组17也相应设置了槽切削刃21以及相应的主切削刃19，该主切削刃沿工具旋转方向连接在槽切削刃21之后。与先前的实施例不同是，槽底切削边棱23具有相对小的尺寸，从而产生的槽相对于先前的实施例具有减小的槽宽度。以这种方式可以进一步防止槽切削刃21的切削负荷。

Claims (9)

1.一种钻孔工具，用于借助于构造在钻体(9)上的主切削刃(19)将工件芯孔(3)扩孔至额定直径(dN)，该主切削刃具有在径向位于外部的切削边棱(35)，该切削边棱沿着钻体纵轴线(L)延伸至布置在钻头尖部(11)上的刀尖(37)，其中，在扩孔过程中钻孔工具能够在旋转运动(R)和进刀运动(V)的情况下被驱动进入到工件芯孔(3)中，其中，钻孔工具包括至少一个槽切削刃(21)，该槽切削刃沿工具旋转方向(R)位于主切削刃(19)的刀尖(37)之前，其中，为了产生槽(43)，槽切削刃(21)在钻头尖部(11)上具有横向于钻体纵轴线(L)延伸的端面切削边棱(29)，该端面切削边棱在刀尖(25)处过渡到沿钻体纵轴线(L)延伸的槽底切削边棱(23)，该槽底切削边棱在背离钻头尖部(11)的刀尖(27)处过渡到横向于钻体纵轴线(L)延伸的槽侧壁切削边棱(31)，槽—切削面(33)和构造在钻头尖部(11)上的主后面(22)汇合为端面切削边棱(29)，其中，旋转运动(R)和进刀运动(V)这样设计，使得在扩孔过程中槽切削刃(21)在芯孔(3)的内壁(1)中产生槽(43)，在该槽中以至少降低的切削负荷引导主切削刃(19)的刀尖(37)，其特征在于，切削面(33)在背离钻头尖部(11)的槽侧壁切削边棱(31)处和在槽底切削边棱(23)处过渡到径向向外朝向的另一自由面(24)，该另一自由面沿旋转方向(R)以后角连接至切削棱(31、23),主切削刃(19)的刀尖(37)与槽切削刃(21)间隔纵向偏移量(Δx)。
2.根据权利要求1所述的钻孔工具，其特征在于，槽底切削边棱(23)位于切削直径(dNut)上，该切削直径小于或等于主切削刃(19)在径向位于外部的切削边棱(35)的切削直径(dHaupt)。
3.根据权利要求1或2所述的钻孔工具，其特征在于，主切削刃(19)在径向位于外部的切削边棱(35)在面对钻头尖部(11)的刀尖(37)处过渡到钻体边棱(39)，该钻体边棱基本上没有由于去除材料而导致的切削负荷。
4.根据权利要求1或2所述的钻孔工具，其特征在于，沿旋转方向(R)观察设置有至少两个前后相继地布置的槽切削刃(21)，该槽切削刃位于主切削刃—刀尖(37)之前。
5.根据权利要求1或2所述的钻孔工具，其特征在于，至少一个主切削刃(19)和至少一个槽切削刃(21)形成一切削刃组(17)。
6.根据权利要求1或2所述的钻孔工具，其特征在于，主切削刃(19)和槽切削刃(21)是两个彼此独立的构件，或包括在共同的切削元件中。
7.根据权利要求1所述的钻孔工具，其特征在于，所述钻孔工具是铰刀。
8.根据权利要求5所述的钻孔工具，其特征在于，在钻体上构造至少一个或多个切削刃组(17)。
9.一种用于借助于根据前述权利要求中任一项所述的钻孔工具将预先钻孔的工件芯孔(3)扩孔至额定直径(dN)的方法，其中钻孔工具包括至少一个槽切削刃(21)，该槽切削刃沿工具—旋转方向(R)位于主切削刃(19)的刀尖(37)之前，旋转运动(R)和进刀运动(V)设计成使得在扩孔过程中，槽切削刃(21)在芯孔(3)的内壁(1)中产生槽(43)，在该槽中以至少降低的切削负荷引导主切削刃(19)的刀尖(37)，主切削刃(19)的端侧的刀尖(37)在不与材料接合的情况下在槽(43)中被引导，并与沿进刀方向(V)位于前方的槽(43)的槽侧壁(49)间隔净间隙(f)，在借助于槽切削刃(21)产生槽(43)之后，位于与进刀方向(V)相反的方向上的槽侧面(47)残留未加工的材料带(51)，该材料带能够由主切削刃(19)去除。
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