-
Hintergrund der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit zumindest einer Schneide versehenen Werkzeuges zur spanenden Werkstückbearbeitung, insbesondere zur Herstellung eines Reibwerkzeuges und vorzugsweise zur Herstellung eines Bohr–Reibwerkzeuges. Die Erfindung betrifft weiterhin ein insbesondere nach diesem Verfahren hergestelltes Werkzeug, insbesondere ein Bohr-Reibwerkzeug.
-
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Weiterbildung des Bohr-Reib-Werkzeuges wie es in der
deutschen Patentanmeldung 10 2011 106 416 1 der Anmelderin beschrieben ist. Auf diese zum Anmeldezeitpunkt der vorliegenden Anmeldung noch nicht veröffentlichte Anmeldung wird insoweit vollumfänglich verwiesen.
-
Ein Bohr-Reibwerkzeug ist beispielsweise zu entnehmen aus der
DE 101 44 241 B4 . Das darin beschriebene Bohr-Reibwerkzeug weist zwei (Bohr-)Hauptschneiden auf, denen jeweils eine gewendelte Hauptspannut zugeordnet ist, die in einen Grundkörper des Werkzeugs eingearbeitet ist. Umfangsseitig sind ergänzend drei in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Reibschneiden vorgesehen, die in radialer Richtung etwas über die Hauptschneiden hervorstehen. Die Reibschneiden schließen sich dabei unmittelbar an die Hauptschneiden an. Jeder Reibschneide ist eine Reibnut zugeordnet, die ebenfalls wendelförmig verlaufend in einem Rücken des Grundkörpers zwischen den beiden Hauptspannuten ausgebildet ist.
-
Derartige Bohr-Reib-Werkzeuge dienen zur Erzeugung eines Bohrlochs und zur gleichzeitigen Finishing-Operation der Bohrungswand mit Hilfe der Reibschneiden. Hierbei kommt es auf eine möglichst hochgenaue Bearbeitung an, um die gewünschte Oberflächenqualität der Bohrungswand zu erreichen. Dabei ist unter anderem auch ein effektiver Spanabtransport entscheidend. Hierbei ist insbesondere zu vermeiden, dass ein Span zwischen der Bohrungswand und dem Werkzeug geklemmt wird, was zu einer Beschädigung der bearbeiteten Bohrungswand führen würde. Der Spanabtransport gestaltet sich dabei mit zunehmender Tiefe des Bohrlochs schwieriger.
-
Schneidwerkzeuge, wie Bohrer, Fräser oder auch Reibwerkzeuge sowie Teile hiervon wie beispielsweise Schneideinsätze werden – je nach Anwendungszweck und Anforderung – oftmals mit Beschichtungen beispielsweise zur Erhöhung der Verschleißbeständigkeit und/oder zur Verbesserung der Gleiteigenschaften versehen.
-
Aus der
US 5,354,155 ist ein Bohr-Reibwerkzeug zu entnehmen, welches einen konisch zulaufenden Bohrerbereich sowie einen sich daran anschließenden Reibbereich aufweist. Ein Grundkörper ist dabei im Bohrerbereich mit einer Diamantbeschichtung versehen, an die sich eine zweite, hiervon verschiedene, feinere Diamantbeschichtung im Reibbereich anschließt. Die Beschichtungen sind dabei mittels eines Platierverfahrens aufgebracht.
-
Aus der
US 2009/0116913 A1 ist ein Reibwerkzeug zu entnehmen, welches PCD-Schneideinsätze (Polykristalliner Diamant) aufweist und zusätzlich mit einer Diamant-artigen Kohlenstoff-Beschichtung (DLC-Beschichtung) versehen ist.
-
Aus der
US 2007/0298280 A1 ist ein Schneidwerkzeug mit einem Mehrschichtaufbau zu entnehmen.
-
Für Schneidwerkzeuge zur Grobbearbeitung, wie Bohrer oder Fräser, werden oftmals Beschichtungen mit einer großen Schichtdicke im Bereich von 10 µm oder mehr aufgebracht, um eine möglichst große Verschleißbeständigkeit zu erreichen.
-
Dies führt im Bereich der Schneiden zu einer Verrundung an den Schneidkanten. Zum Teil bilden sich dort auch nasenartige Verdickungen aus. Derartige Verrundungen sind bei Feinbearbeitungswerkzeugen, wie beispielsweise Reibwerkzeugen nachteilig und wirken sich auf die Oberflächenqualität des bearbeiteten Werkstückes ungünstig aus und es besteht zudem die Gefahr, dass eine derartige Dickbeschichtung im Bereich der Schneidkante beim Schneidvorgang beschädigt wird und abplatzt.
-
Aufgabe der Erfindung
-
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfach und wirtschaftlich herzustellendes Werkzeug zu ermöglichen, insbesondere ein Feinbearbeitungswerkzeug und bevorzugt ein kombiniertes Werkzeug, wie ein Bohr-Reib-Werkzeug, welches sich durch eine gute Verschleißbeständigkeit und eine hohe Standzeit ohne die Gefahr einer abplatzenden Beschichtung auszeichnet.
-
Lösung der Aufgabe
-
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren mit dem Merkmal des Anspruchs 1 sowie durch ein Werkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Weiterbildungen sind jeweils in den abhängigen Ansprüchen enthalten.
-
Zur Herstellung des Werkzeuges ist danach vorgesehen, dass zunächst ein Grundkörper des Werkzeuges mit einer insbesondere als Dickbeschichtung ausgebildeten Grundbeschichtung versehen wird, wobei anschließend im Bereich einer Schneide des Werkzeuges, insbesondere einer Schneide für eine Feinbearbeitung, ein Schleifen der Schneide erfolgt, wodurch die im Bereich der Schneide aufgebrachte Grundbeschichtung wieder entfernt wird. Anschließend wird auf diese geschliffene Schneide in einem zweiten Beschichtungsverfahren eine insbesondere als Dünnbeschichtung ausgebildete Feinbeschichtung aufgebracht.
-
In entsprechender Weise ist auch ein erfindungsgemäßes Werkzeug ausgebildet, das einen Grundkörper mit einer darauf aufgebrachten Grundbeschichtung aufweist, wobei im Bereich der Schneide die Grundbeschichtung entfernt und durch eine Feinbeschichtung ersetzt ist.
-
Durch diese Maßnahme wird der besondere Vorteil erzielt, dass durch die Grundbeschichtung zum Einen eine hohe Verschleißbeständigkeit erreicht ist, gleichzeitig jedoch im Bereich der Schneide lediglich eine Feinbeschichtung aufgebracht ist, so dass die Gefahr einer Abplatzung der Beschichtung vermieden ist.
-
Durch das speziell gewählte Herstellungsverfahren, wonach zunächst der gesamte Grundkörper mit der Grundbeschichtung versehen wird, anschließend im zweiten Schritt partiell im Bereich der relevanten Schneiden für die Feinbearbeitung wieder durch einen Schleifvorgang entfernt wird und anschließend im dritten Schritt die Feinbeschichtung wieder aufgebracht wird, ist ein insgesamt einfaches Herstellungsverfahren ermöglicht.
-
In zweckdienlicher Ausbildung ist dabei vorgesehen, dass die Schneide im Grundkörper erst nach Aufbringung der Grundbeschichtung eingearbeitet, insbesondere eingeschliffen wird. Dies bedeutet, dass die am Ende mit der Feinbeschichtung versehene Schneide lediglich einmal und zwar nach Aufbringung der Grundbeschichtung geschliffen und damit erstmalig ausgebildet wird, wodurch der Herstellungsaufwand gering gehalten ist.
-
Zweckdienlicherweise weist dabei die Feinbeschichtung eine geringere Schichtdicke als die Grundbeschichtung auf, insbesondere eine um den Faktor 2 bis 10 geringer Schichtdicke. Die Schichtdicke der Feinbeschichtung beträgt dabei vorzugsweise etwa 1 bis 2 µm. Damit ist die Gefahr einer Nasenbildung im Bereich der Schneidkante der Schneide und damit die Gefahr eines Abplatzens der Beschichtung im Betrieb zumindest weitgehend vermieden.
-
Die Feinbeschichtung und vorzugsweise ergänzend auch die Grundbeschichtung sind zweckdienlicherweise mit Hilfe eines Aufdampfverfahrens aufgebracht, also durch Abscheidung aus einer Gasphase. Insbesondere wird die Feinbeschichtung mittels des sogenannten PVD-Verfahrens (Physical Vapour Deposition) aufgebracht. Die Grundbeschichtung wird bevorzugt ebenfalls mittels des PVD-Verfahrens aufgebracht.
-
Im Hinblick auf ein möglichst einfaches Herstellungsverfahren wird auf das Abdecken von Teilbereichen des Grundkörpers beim Aufbringen der Beschichtungen verzichtet. Dies äußert sich beim fertigen Werkzeug darin, dass die Feinbeschichtung sich auch zumindest in Teilbereichen über die Grundbeschichtung erstreckt und diese überlappt. Üblicherweise wird der gesamte Grundkörper – vollständig beschichtet bis auf einen Spanschaft, mit dem das Werkzeug in einer Werkzeugaufnahme einer Bearbeitungsmaschine aufgenommen wird – vollständig beschichtet. Die Feinbeschichtung erstreckt sich daher über den gesamten Grundkörper ggf. mit Ausnahme des Spanschaftes. Die Grundbeschichtung erstreckt sich ebenfalls über den gesamten Grundkörper mit Ausnahme des Spanschafts sowie mit Ausnahme der Bereiche, die nach dem Aufbringen der Grundbeschichtung nochmals geschliffen wurden.
-
Zweckdienlicherweise ist dabei vorgesehen, dass die Grundbeschichtung und die Feinbeschichtung aus dem gleichen Material bestehen. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, unterschiedliche Materialzusammensetzungen für die Grundbeschichtung und die Feinbeschichtung zu wählen.
-
Das hier beschriebene Verfahren wird insbesondere bei kombinierten Werkzeugen eingesetzt, die zumindest eine Schneide zur Grobbearbeitung sowie zumindest eine Schneide zur Feinbearbeitung aufweisen. Bei derartigen Kombinationswerkzeugen werden dabei zweckdienlicherweise ausschließlich die Schneiden zur Feinbearbeitung nach Aufbringen der Grundbeschichtung geschliffen und dann mit der Feinbeschichtung versehen. Bei dem Werkzeug handelt es sich dabei allgemein um ein Rotationswerkzeug, also ein sich entlang einer Rotationsachse erstreckendes Werkzeug, welches im Betrieb um die Rotationsachse rotierbar ist. Der Grundkörper wird hierbei vor dem Aufbringen der Grundschicht auf ein Sollmaß geschliffen.
-
Insbesondere handelt es sich bei dem Werkzeug um ein Bohr-Reibwerkzeug, an dem stirnseitig eine Bohrerspitze mit zumindest einer Bohr-Hauptschneide ausgebildet ist. Weiterhin ist umfangseitig zumindest eine Reibschneide ausgebildet. Nach dem Aufbringen der Grundbeschichtung wird lediglich die Reibschneide geschliffen. Zweckdienlicherweise sind dabei einer jeweiligen Bohrschneide mehrere Reibschneiden zugeordnet. Die Reibschneiden stehen in radialer Richtung über die Bohrschneide über und definieren somit den Bohrenddurchmesser im Werkstück.
-
Dabei ist üblicherweise jeder Bohrschneide eine Hauptspannut und jeder Reibschneide eine Reibnut zugeordnet. Die Hauptspannuten weisen im Vergleich zu den Reibnuten eine deutliche vergrößerte Nutquerschnittsfläche auf, sind daher für den Abtransport eines deutlich größeren Spanvolumens ausgebildet. Die Hauptzerspanungsleistung wird von den Bohrschneiden erbracht.
-
Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung schließt sich an die Bohrerspitze möglichst unmittelbar ein Reibkopf mit einer Anzahl an Reibschneiden und zugeordneten Reibnuten an. Zweckdienlicherweise wird der gesamte Reibkopf erst nach Aufbringung der Grundschicht, insbesondere durch Schleifen ausgebildet.
-
Bei dem Werkzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Vollmetall-Werkzeug, insbesondere um ein Vollhartmetall-Werkzeug, welches aus dem vollen, also aus einem Rohling durch Schleifen herausgearbeitet ist. Grundsätzlich kann alternativ hierzu vorgesehen sein, dass die Bohrschneiden und/oder die Reibschneiden durch Schneideinsätze gebildet sind. Sowohl bei der Grundbeschichtung als auch bei der Feinbeschichtung handelt es sich um eine Verschleißschutzschicht, also im Wesentlichen um eine Hartbeschichtung mit einer im Vergleich zu dem Grundkörper höheren Härte.
-
Zusammenfassend kennzeichnet sich das spezielle Herstellverfahren durch die Abfolge insbesondere folgender Schritte:
- a) Schleifen eines Rohlings (Rundstab) insbesondere aus Vollhartmetall auf ein Sollmaß,
- b) Schleifen einer Bohrspitze mit zumindest einer Bohr-Hauptschneide sowie Einschleifen der den Bohr-Hauptschneiden jeweils zugeordneten Hauptspannuten,
- c) Aufbringen der Grundbeschichtung auf den derart ausgebildeten Roh-Grundkörper
- d) Ausbilden des Reibkopfes durch Schleifen der Reibschneiden sowie der Reibnuten, wodurch im Bereich des Reibkopfes zumindest im Bereich der Reibschneiden die Grundbeschichtung wieder zerstört wird,
- e) Aufbringen der Feinbeschichtung zumindest im Bereich des Reibkopfes, vorzugsweise über den gesamten Grundkörper.
-
Dieses Herstellverfahren bietet sich insbesondere bei Werkzeugen mit größeren Bohr-Nenndurchmessern beispielsweise ≥ 10 mm an.
-
Die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Verfahrensschritte spiegeln sich in bevorzugter Weise am fertigen Werkzeug selbst wieder. So weist die Hauptschneide aufgrund der dort weiterhin bestehenden Grundbeschichtung, sowie ggf. der zusätzlichen Feinbeschichtung eine Verrundung auf, deren Radius größer ist als eine Verrundung aufgrund der Feinbeschichtung an der jeweiligen Reibschneide.
-
Bei dem Bohr-Reibwerkzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Bohr-Reibwerkzeug, wie es – bis auf die spezielle Ausgestaltung der Beschichtung – in der deutschen Anmeldung
DE 10 2011 106 416.1 der Anmelderin beschrieben ist. Auf diese Anmeldung wird insoweit vollumfänglich Bezug genommen und durch diese Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen. Dies betrifft insbesondere die geometrische Ausgestaltung des Bohr-Reibwerkzeuges mit den Merkmalen und bevorzugten Weiterbildungen, wie sie in den Ansprüchen der DE 10 2011 106 416.1 zu entnehmen ist.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Nachfolgenden anhand der Fig. näher erläutert. Diese zeigen teilweise in vereinfachter Darstellung:
-
1 eine ausschnittsweise Seitenansicht auf ein Bohr-Reib-Werkzeug;
-
2 eine ausschnittsweise perspektivische Darstellung eines Bohr-Reib-Werkzeugs;
-
3 eine Stirnansicht auf ein Bohr-Reib-Werkzeug,
-
4 eine ausschnittsweise Seitenansicht auf eine zweite Ausführungsvariante eines Bohr-Reib-Werkzeugs
-
5 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsvariante
-
6 eine schematische Schnittansicht im Bereich einer Bohrschneide mit aufgebrachter Grund- und Feinbeschichtung sowie
-
7 eine schematische Schnittansicht im Bereich einer Reibschneide mit aufgebrachter Feinbeschichtung.
-
In den Figuren sind gleichwirkende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
-
Ein sich in Längsrichtung 2 erstreckendes Bohr-Reib-Werkzeug 4, nachfolgend kurz Werkzeug, weist einen sich in Längsrichtung 2 erstreckenden Grundkörper 6 auf, in den im Ausführungsbeispiel zwei unter einen ersten Drallwinkel α1 gewendelte Hauptspannuten 8 eingebracht sind. Im vorderen Bereich weist das Werkzeug 4 einen Reibkopf 10 auf. An seiner Stirnseite ist der Reibkopf 10 als Bohrspitze 12 ausgebildet, die im Ausführungsbeispiel zwei Hauptschneiden 14 aufweist (vgl. 3), die im Bohrzentrum über eine Querschneide 16 miteinander verbunden sind. In Umfangsrichtung schließt sich an die jeweilige Hauptschneide 14 eine Freifläche 18 an, die im Ausführungsbeispiel kegelmantelförmig ausgebildet ist, die sich jeweils bis zur Hauptspannut 8 erstreckt, die der nachfolgenden Hauptschneide 14 zugeordnet ist. An den genuteten Bereich des Grundkörpers 6 schließt sich ergänzend ein nicht dargestellter Schaft an, mit dem das Werkzeug 4 in eine Werkzeugaufnahme einer Bearbeitungsmaschine eingespannt wird.
-
Zwischen den Hauptspannuten 8 ist ein Rücken 20 definiert, in dem im Bereich des Reibkopfes 10 umfangsseitig im vordersten Bereich unmittelbar an die Bohrspitze 12 anschließend mehrere Reibschneiden 22 ausgebildet sind. Wie insbesondere aus den 1 und 2 zu erkennen ist, sind die Reibschneiden 22 in Längsrichtung 2 von der kegelmantelförmigen Freifläche 18 etwas zurückversetzt angeordnet. Der axiale Versatz x1 zwischen dem radial äußersten Ende der Hauptschneide 14 und der ersten Reibschneide 22 liegt dabei im Bereich von nur wenigen mm, also einem Bruchteil (kleiner 20%) eines Nenndurchmessers D des Werkzeugs 4.
-
Die Reibschneiden 22 erstrecken sich jeweils im Wesentlichen annähernd in radialer Richtung und sind etwa senkrecht zur Längsrichtung 2 orientiert. Die Reibschneiden 22 definieren hierbei den Nenndurchmesser D des Werkzeugs 4. Sämtliche Reibschneiden 22 liegen dabei auf dem gleichen Nenndurchmesser D. Demgegenüber erreichen die Hauptschneiden 14 der Bohrspitze 12 lediglich bis zu einem Bohrdurchmesser d, der geringfügig kleiner ist als der Nenndurchmesser D. Der Nenndurchmesser D ist dabei typischerweise etwa 0,2 bis 1mm größer als der Bohrdurchmesser d.
-
Jeder Reibschneide 22 ist eine Reibnut 24 zugeordnet, die in den Grundkörper 6 eingebracht und unter einem zweiten Drallwinkel α2 gewendelt ausgeführt ist. An eine jeweilige Reibschneide 22 schließt sich jeweils eine Reibnebenschneide 26 an, die entlang der jeweiligen Reibnut 24 verläuft ist. Entsprechend ist auch eine hier nicht näher dargestellte Hauptnebenschneide im Anschluss an eine jeweilige Hauptschneide 14 vorgesehen.
-
Wie insbesondere aus 1 zu erkennen ist, sind die beiden Drallwinkel α1, α2 verschieden ausgebildet, die Spannuten 8, 24 laufen also nicht parallel zueinander. Im Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 ist dabei vorgesehen, dass der erste Drallwinkel α1 der Hauptspannuten 8 deutlich größer als der zweite Drallwinkel α2 der Reibnuten 24 ist. Im Ausführungsbeispiel liegt der erste Drallwinkel α1 etwa im Bereich von 30° und der zweite Drallwinkel α2 etwa im Bereich von etwa 10°. Allgemein unterscheiden sich die beiden Drallwinkel etwa um den Faktor 2–4.
-
Durch diese Maßnahme ist beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 eine Ausgestaltung erreicht, bei der die einzelnen Reibnuten 24 in die jeweilige Hauptspannut 8 münden, diese also quasi schneiden. Aufgrund der Wendelung erfolgt dies bei unterschiedlichen axialen Längen. Die axiale Länge L des Reibkopfs 10 ist dabei definiert durch den vordersten Bereich der Bohrspitze 12, im Ausführungsbeispiel also der Querschneide 16 und im rückwärtigen Teil durch das Ende der längsten Reibnut 24, wenn also diese in die Hauptspannut 8 übergeht. Die axiale Länge L des Reibkopfs 10 liegt dabei bevorzugt im Bereich des 2- bis 3-fachen Nenndurchmessers D.
-
Im Unterschied zu dem einstückigen Werkzeug 4 gemäß den 1 bis 3 ist die zweite Ausführungsvariante gemäß der 4 insbesondere auch für modulare Werkzeuge 4 ausgebildet bei denen der Reibkopf 10 beispielsweise als austauschbares Verschleißteil in den Grundkörper 6 eingesetzt werden kann. Alternativ ist der Reibkopf 10 im Grundkörper 6 irreversibel, beispielsweise durch Löten, befestigt. Bei dieser Ausführungsvariante enden die Reibnuten 24 alle auf einer gleichen axialen Länge, die zugleich die axiale Länge L des Reibkopfs 10 definiert.
-
Wie aus 4 erkenntlich ist, weist der Reibkopf 10 einen größeren Durchmesser als ein sich an den Reibkopf 10 anschließender rückwärtiger Teil des Grundkörpers 6 auf. Zwischen dem Reibkopf 10 und diesem rückwärtigen Teil ist daher ein rückspringender Absatz 28 ausgebildet. Die radiale Tiefe t des Absatzes 28 ist dabei größer gleich der radialen Tiefe der jeweiligen Reibnuten 24. Insbesondere liegt die radiale Tiefe t etwa im Bereich von 0,3 bis 2 mm und beträgt allgemein ein Bruchteil des Nenndurchmessers (beispielsweise etwa 2–6% des Nenndurchmessers D).
-
Im Ausführungsbeispiel der 4 ist ergänzend vorgesehen, dass der zweite Drallwinkel α2 größer als der erste Drallwinkel α1 ist, die Reibnuten 24 laufen daher nicht auf die Hauptspannuten 8 zu und schneiden diese daher auch nicht.
-
Beiden Ausführungsvarianten ist gemeinsam, dass im Betrieb, bei dem das Werkzeug 4 um die Längsrichtung 2 rotiert, von den Reibschneiden 22 erzeugte Reibspäne in den Reibnuten 24 abgeführt und in die Hauptspannuten 8 überführt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 erfolgt dies durch das unmittelbare Einmünden der Reibnuten 24 in die Hauptspannuten 8. Beim Ausführungsbeispiel der 4 erfolgt dies mittelbar über den durch den Absatz 28 definierten Freiraum 30, der beim Betrieb einen Ringraum zu einer Bohrlochwand bildet. In diesen Ringraum gelangen die Reibspäne am Ende des Reibkopfes 10, wenn sie aus der Reibnut 24 austreten. Durch die weitergehende Rotation des Werkzeugs 4 gelangen sie anschließend in die jeweilige Hauptspannut, werden also von dieser zur weiteren Spanabfuhr mitgenommen.
-
Der besondere Vorteil der hier beschriebenen Ausgestaltung ist darin zu sehen, dass die Reibspäne, die im Vergleich zu den von den (Bohr-)Hauptschneiden 14 erzeugten Hauptspänen deutlich kleiner sind, nur über eine sehr kurze achsiale Länge in den Reibnuten 24 geführt werden und anschließend in den deutlich größeren Hauptspannuten 8 gemeinsam mit den Hauptspänen weiter abgeführt werden. Hierdurch wird ein effektiver Spanabtransport erreicht. Insbesondere bei großen axialen Längen des Werkzeuges, beispielsweise bei Werkzeugen mit einer axialen Länge größer dem 4- bis 5-fachen Nenndurchmesser D ist die Gefahr eines Spänestaus in den Reibnuten 24 vermieden. Insbesondere ist auch die Gefahr vermieden, dass sich die Reibspäne zwischen den Reibnebenschneiden 22 und der Bohrungswand einklemmen und damit die bearbeitete Bohrungswand beschädigen.
-
Insbesondere derartige lange Werkzeuge 4 neigen oftmals zum sogenannten Rattern, d.h. das Werkzeug schwingt sich ungewollt beim Betrieb auf, was zu unerwünschten Rattermarken in der Bohrungswand führt.
-
Um diese Ratterneigung möglichst gering zu halten, ist eine Ungleichteilung der Reibschneiden 22 vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel ist hierzu sowohl die Anzahl der Reibschneiden an den beiden Rücken 20 verschieden, was durch unterschiedliche Längen (in Umfangsrichtung) der Rücken 20 unterstützt ist. Der Winkelabstand zwischen aufeinanderfolgenden Reibschneiden 22 ist vorzugsweise unterschiedlich zueinander und einander zugeordnete Reibschneiden 22, also beispielsweise die jeweils ersten auf die jeweilige Hauptschneide 14 folgenden Reibschneiden 22 sind nicht exakt gegenüberliegend (unter einem Winkel von 180°) zueinander angeordnet. Ergänzend ist weiterhin im Ausführungsbeispiel auch eine Ungleichteilung der Hauptschneiden 14 vorgesehen, d.h. auch diese sind zueinander unter einem von 180° verschiedenen Drehwinkel zueinander angeordnet.
-
Im Ausführungsbeispiel der 3 erstrecken sich die Rücken beginnend von der jeweiligen Hauptschneide 14 bis zum Beginn der Spannut über einen Winkelabschnitt δ. Im Ausführungsbeispiel liegt der Winkel δ für den größeren Rücken 20 bei etwa 115° und der des kleinere Rückens bei etwa 85° Am längeren Rücken sind vier und am kürzeren Rücken sind drei Reibschneiden 22 vorgesehen sind.
-
Um eine gleichmäßige Belastung der Reibschneiden 22 zu erzielen ist weiterhin vorgesehen, dass die der jeweiligen Hauptschneide 14 nachfolgende erste Reibschneide 22 bezüglich der zweiten Reibschneide 22 um einen axialen Versatz x2 (vgl. 1) rückwärtig versetzt angeordnet ist. Dieser Versatz x2 bezogen auf die axiale Höhe der nachfolgenden Reibschneide 22 liegt dabei etwa im Bereich von 0,005 bis 2 mm. In der 1 ist dieser Absatz nur angedeutet und nicht maßstabsgetreu. Dadurch wird die im bestimmungsgemäßen Einsatz von der ersten Reibschneide 22 zu erbringende Zerspanungsleistung reduziert und an die der nachfolgenden Reibschneide 22 angepasst. Aufgrund der der ersten Reibschneide 22 vorlaufenden Hauptspannut 8 müsste ansonsten die Reibschneide 22 eine deutlich größere Zerspanungsleistung bei definiertem Vorschub leisten. Der axiale Versatz x2 ist dabei insbesondere derart gewählt, dass bei einem bestimmungsgemäßen Vorschub, für den das Werkzeug 4 ausgelegt ist, die Zerspanungsleistungen der Reibschneiden 22 weitgehend identisch sind. Die nachfolgenden Reibschneiden 22 befinden sich vorzugsweise auf einer gleichen axialen Höhe.
-
Für eine hohe Zerspanungsleistung ist im Ausführungsbeispiel weiterhin eine Kühlung vorgesehen. Hierzu sind im Grundkörper 6 Kühlkanäle 31 eingearbeitet, die im Vollmaterial des jeweiligen Rückens 20 verlaufen. Die Kühlkanäle treten an stirnseitigen ersten Öffnungen 32 an der Stirnseite der Bohrerspitze 12 aus. Von den Kühlkanälen führen im Bereich des Reibkopfs 10 nicht näher dargestellte Stichkanäle oder Bohrungen in die jeweiligen Reibnuten 24 und treten dort an zweiten Öffnungen 34 im Nutgrund der jeweiligen Reibnut 24 aus (vgl. 2).
-
In 5 ist eine weitere Ausführungsvariante schematisch dargestellt, bei der die Hauptspannut 8 und die Reibnuten 24 gegenläufig zueinander orientiert sind, d.h. die Hauptspannut 8 ist unter einem positiven ersten Drallwinkel α1 und die Reibnuten 24 sind unter einem negativem zweiten Drallwinkel α2 orientiert. Eine derartige Ausführungsvariante wird für Werkstücke mit beispielsweise vorgegossenen Durchgangsbohrungen verwendet. Im Betrieb werden die Reibspäne nach vorne zur Bohrerspitze hin gefördert, wohingegen die Bohrspäne in der Hauptspannut 8 nach hinten abgeführt werden.
-
Die in den 1 bis 5 dargestellten Werkzeuge 4 sind vorzugsweise mit einer Verschleißbeschichtung versehen. Durch ein spezielles Verfahren ist dabei im Bereich der Bohrspitze 12 die Verschleißbeschichtung anders ausgebildet als im Bereich des Reibkopfes 10 zumindest im Bereich der Reibschneiden 22. Dies wird nachfolgend im Zusammenhang mit den 6 und 7 näher erläutert. 6 zeigt hierbei eine schematische Schnittdarstellung im Bereich einer Hauptschneide 14, wobei die Schnittebene aufgespannt wird durch eine erste Gerade, die parallel zur Längsachse 2 verläuft und die Hauptschneide 14 schneidet (Mittenachse) sowie durch eine zweite Gerade, die senkrecht zur ersten Geraden und senkrecht zur der Hauptschneide 14 orientiert ist. Die 7 zeigt eine vergleichbare Schnittdarstellung im Bereich einer Reibschneide 22. Ähnlich wie bei 6 ist die Schnittebene aufgespannt durch eine erste Gerade, die parallel zur Längsachse 2 verläuft und die Reibschneide 22 schneidet sowie durch eine zweite Gerade, die zur ersten Geraden sowie zur Reibschneide 22 senkrecht verläuft.
-
Beide 6, 7 zeigen einen an der jeweiligen Schneide 14, 22 ausgebildeten Schneidkeil 36 des Grundkörpers 6. Der in den Figuren dargestellte Bereich dient lediglich zur Illustration der Verschleißbeschichtung und ist keine maßstabsgetreue Darstellung des Keilwinkels.
-
Wie aus den 6, 7 zu entnehmen ist, ist die Hauptschneide 14 mit einem zweilagigen Schichtaufbau versehen, aufgebaut bestehend aus einer Grundbeschichtung 38 sowie einer aussenseitigen Feinbeschichtung 40. Demgegenüber ist im Bereich der Reibschneide 22 lediglich die Feinbeschichtung 40 angebracht. Die Grundbeschichtung 38 weist dabei eine erste Schichtdicke g auf, die vorzugsweise im Bereich von 5 bis 15 µm liegt. Die Feinbeschichtung 40 weist demgegenüber eine deutlich geringere Schichtdicke f auf, die lediglich im Bereich von 1 bis 2 µm liegt. Im Bereich der Hauptschneide 14 weist der gesamte Schichtaufbau daher eine Schichtdicke auf, die sich aus den beiden Schichtdicken g, f zusammensetzt.
-
Aufgrund der größeren Schichtdicke g im Bereich der Hauptschneide 14 weist eine durch die Beschichtung 38, 40 ausgebildete Verrundung einen größeren Radius R1 auf als der entsprechende Radius R2 der Verrundung bei der Reibschneide 22. Üblicherweise bildet sich bei der dickeren Beschichtung ergänzend noch eine Verdickung nach Art einer Nase aus, die bei höherer Beanspruchung zum Abplatzen neigt. Diese Gefahr würde insbesondere im Bereich der Reibschneiden 22 bestehen.
-
Zum Ausbilden der unterschiedlichen Schichten wird bei der Herstellung vorzugsweise wie folgt vorgegangen:
Zunächst wird der Grundkörper 6 mit den Hauptspannuten 8 sowie mit der Bohrspitze 12, also mit den Hauptschneiden 14 und der Querschneide 16 sowie den Freiflächen 18 ausgebildet. Die Bohrspitze 12 wird dabei durch Schleifen aus dem Vollen erzeugt. Im zweiten Schritt wird mit Hilfe insbesondere eines PVD-Verfahrens als Grundbeschichtung 38 eine Hartstoffbeschichtung aufgebracht. Diese Grundbeschichtung 38 weist daher – ebenso wie die Feinbeschichtung 40 – eine im Vergleich zu dem Material des Grundkörpers 6 höhere Härte auf. Der Grundkörper 6 besteht vorzugsweise aus Vollhartmetall.
-
Im anschließenden Verfahrensschritt wird der gesamte Bereich des Reibkopfes 10 durch Schleifen ausgebildet. Es werden also sowohl die Reibschneiden 22 als auch die Reibnuten 24 sowie die zugeordneten Reibnebenschneiden 26 ausgebildet. Im Bereich der jeweiligen Reibschneiden 22 wird bei dem Schleifvorgang daher insbesondere auch sowohl eine Reibnutwand 42 als auch eine zugeordnete Reib-Freifläche 44 geschliffen (vgl. 7).
-
Durch das Schleifen des kompletten Reibkopfes 10 wird die Grundbeschichtung 38 wieder entfernt. Auch umfangsseitig im Bereich der Rücken zwischen den einzelnen Reibennuten 24 wird die Grundbeschichtung 38 abgeschliffen. Die Grundbeschichtung 38 bleibt in den übrigen Bereichen erhalten, wie dies anhand der Schraffur in 2 angedeutet ist. Die Schraffur gibt also insbesondere die Bereiche mit der Gesamtbeschichtung an, zusammengesetzt aus der Grundbeschichtung 38 und der Feinbeschichtung 40. Die Grundbeschichtung 38 bleibt daher im Bereich der Hauptschneide14, der sich daran anschließenden Hauptnebenschneide, der Hauptspannut 8, des Rückens 20, und der Freifläche 18 erhalten. Im Bereich des Schneidecks, in dem die Hauptschneide 14 endet und sich die Hauptnebenschneide anschließt, bleibt die Grundbeschichtung 38 ebenfalls noch im Umfangsbereich (Rücken) bis zu der ersten Reibnut 24 erhalten.
-
Im nächsten Schritt wird wiederum mit Hilfe eines PVD-Verfahrens die Feinbeschichtung 40 aufgebracht, so dass die freigeschliffenen Flächen des Reibkopfes 10, insbesondere im Bereich der Reibschneide 22 lediglich mit der Feinbeschichtung 40 versehen sind. Bei dem PVD-Auftragsverfahren wird vorzugsweise der gesamte mit den Hauptspannuten 8 versehene Grundkörper 6 beschichtet, so dass sich – abseits der freigeschliffenen Flächen im Bereich des Reibkopfes 10 – überall der in der 6 dargestellte Schichtaufbau bestehend aus der Grundbeschichtung 38 und der Feinbeschichtung 40 ausbildet, wie dies durch die Schraffur in 2 dargestellt ist. Die Beschichtungsmaterialien dieser beiden Beschichtungen können sowohl identisch als auch unterschiedlich sein. Bei identischen Material ist eine Unterscheidung zwischen den beiden Schichten üblicherweise nicht oder zumindest nur schwer zu erkennen. Aufgrund des Herstellungsverfahrens zeigt sich im Übergangsbereich zwischen den freigeschliffenen Flächen zu den angrenzenden Flächen eine Zunahme der Schichtdicke von der Schichtdicke f auf die kombinierte Schichtdicke f + g. Die Zunahme der Schichtdicke erfolgt dabei innerhalb eines eng begrenzten Bereichs üblicherweise kontinuierlich.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102011106416 [0002, 0030]
- DE 10144241 B4 [0003]
- US 5354155 [0006]
- US 2009/0116913 A1 [0007]
- US 2007/0298280 A1 [0008]
