DE102014010922A1

DE102014010922A1 - Gelöteter Konturbohrer für bleifreie und bleiarme Werkstoffe

Info

Publication number: DE102014010922A1
Application number: DE102014010922.4A
Authority: DE
Inventors: Adrian Pazur
Original assignee: Sundwiger Drehtechnik GmbH
Current assignee: Sundwiger Drehtechnik GmbH
Priority date: 2014-07-28
Filing date: 2014-07-28
Publication date: 2016-01-28
Anticipated expiration: 2034-07-29
Also published as: DE202014010622U1; DE102014010922B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Konturbohrer mit einem Grundkörper und einem Bohrerschaft (9, 109). Der Grundkörper ist in Form eines Schneidteils (3, 103), ausgebildet, das zumindest einen eingelöteten Schneideinsatz aufweist. Das Schneidteil (3, 103) ist mit zumindest einer an dem Grundkörper angebrachten Spannut (7, 107) versehen. Die zumindest eine Spannut (7, 107) erstreckt sich spiralförmig um die Längsachse des Bohrers (1, 101), so daß das zumindest eine Schneidteil (3, 103) insgesamt in Form einer Spirale ausgebildet ist. Die jeweilige Nut weist einen Span- oder Drallwinkel α auf, der in Abhängigkeit von dem Durchmesser des Grundkörpers ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft außerdem Verwendung dieses Konturbohrers zur spanenden Bearbeitung von im wesentlichen oder vollständig bleifreien Werkstoffen, die ausgewählt sind aus Kupfer-Zink-Legierungen und Aluminium-Legierungen, Kupfer-Aluminium-Legierungen darin eingeschlossen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der spanenden Bearbeitung von im wesentlichen oder vollständig bleifreien Werkstoffen, insbesondere, aber nicht ausschließlich von Kupfer-Zinklegierungen, Aluminium-Legierungen, Kupfer-Aluminium-Legierungen darin eingeschlossen, mittels gelöteter Konturbohrer. Ein solcher Konturbohrer weist einen Grundkörper in Form eines Schneidteils mit Schneideinsätzen auf, die eingelötet sind. Dies wird verkürzt durch den Begriff des gelöteten Konturbohrers zum Ausdruck gebracht. Das Schneidteil ist mit zumindest einer an dem Grundkörper angebrachten Spannut versehen und weist einen Bohrerschaft auf.
Kupferlegierungen, für deren spanende Bearbeitung solche Konturbohrer eingesetzt werden, sind grundsätzlich mit unterschiedlichen weiteren Metallen oder auch Halbmetallen bekannt. Bedingt durch ihren Kupferanteil zeichnen sich solche Legierungen durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit aus. Eine Legierung von Kupfer in Verbindung mit Zink wird als Messing bezeichnet. Über lange Zeit wurde eine Guß-Legierung aus 60,5–58% Kupfer, 39% Zink und 0,5–3% Blei für Sanitärinstallationen, wie Armaturen und sonstigen Formstücken, verwendet. Daher ist diese Legierungszusammensetzung auch als Armaturenmessing bekannt. Der Bleizusatz dient dabei als spanbrechender Bestandteil, der zu den an sich erwünschten kurzen, homogenen Späneformen führt. Dadurch wird eine gute Zerspanbarkeit der Legierung erreicht, und sie wird daher auch als Automaten- oder Zerspanungsmessing bezeichnet.
Der Bleigehalt dieses Automatenmessings wird aufgrund einer schleichenden Belastung durch die regelmäßige Aufnahme kleiner Bleimengen zunehmend als problematisch angesehen und ist insbesondere für trinkwasserführende Armaturen in zunehmendem Maße unerwünscht. Dies hat bereits zu einer Änderung gesetzlichen Rahmenbedingungen geführt, z. B. durch die Novellierung nationaler Trinkwasserverordnungen. Auf der Ebene der europäischen Gemeinschaft gibt es eine Richtlinie über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch (Richt98).
Auf dieser Grundlage wurden inzwischen entzinkungsbeständige Kupfer-Zink-Legierungen entwickelt, die einen Bleigehalt unter 2% und teilweise sogar unter 0,09% aufweisen. Kupfer-Zink-Legierungen unter der Markenbezeichnung „Bluewave^®”, die als U38A (CW511L, CuZnAs) im Handel erhältlich sind, nehmen für sich in Anspruch, bleifrei zu sein.
Obwohl sich Kupfer-Zink-Legierungen (Messing) u. a. bedingt durch ihre im Vergleich zu Stahl geringere Festigkeit im allgemeinen gut zerspanen lassen, besteht durch die Minimierung oder den vollständigen Wegfall des Bleizusatzes insbesondere bei der automatischen Verarbeitung mit einem kontinuierlichen Schnitt, wie beispielsweise bei dem Drehen oder Bohren, das Problem der Bildung langer Späne. Solche Bandspäne sind zum einen schwer aus dem Bohrloch zu entfernen und zum anderen können sie sich bei Drehprozessen um das Bauteil wickeln. Prozeß- und Qualitätsparameter bei der automatisierten Bearbeitung von Werkstoffen, wie Schnittleistungen, notwendige Antriebskräfte und Standzeiten sowie zu erreichende Oberflächengüten werden derzeit im Stand der Technik nur unzureichend erfüllt, da die bisher bekannten Werkzeuge nicht oder nur bedingt für die Bearbeitung der genannten bleiarmen oder bleifreien Messingsorten geeignet sind.
Das Deutsche Kupferinstitut hat auf seiner Homepage eine Arbeit mit dem Titel: „Entwicklung von Lösungen für die spanende Bearbeitung einer entzinkungsbeständigen, bleifreien Kupfer-Zink-Legierung” veröffentlicht. Im Rahmen dieses Projektes wurden verschiedene Untersuchungen durchgeführt und insbesondere Problemstellungen in bezug auf die Bearbeitung der neuen Werkstoffe herausgestellt. Dabei werden Empfehlungen für Standardwerkzeuge ausgesprochen. Konkrete Lösungsansätze für die bearbeitende Industrie werden jedoch keine angegeben.
Kupfer-Aluminium-Legierungen haben praktisch bis zu einem Gehalt von 8 Gew.-% Aluminium ein homogenes Gefüge. Das Gefüge binärer homogener Kupfer-Aluminium-Legierungen besteht aus relativ weichen α-Mischkristallen. Diese Legierungen sind schwer zerspanbar. Sie ergeben lange, zähe Späne. Etwas besser zerspanbar sind die heterogenen Kupfer-Aluminium-Legierungen und die Mehrstoff-Kupfer-Aluminium-Legierungen. Wegen ihrer hohen Zugfestigkeit und Härte wirken sie auf die Werkzeuge stark verschleißend. Verglichen mit Kupfer-Zinn-Gußlegierungen muß bei CuAl₁₀Fe₅Ni₅-C bei gleicher Werkzeugstandzeit die Schnittgeschwindigkeit erheblich herabgesetzt werden. Siliziumhaltige Kupfer-Aluminium-Legierungen, z. B. CuAl₇Si, können infolge von Eisenverunreinigungen harte Einschlüsse (Eisensilizide) aufweisen. (Siehe Deutsches Kupferinstitut, Richtwerte für die spanende Bearbeitung von Kupfer und Kupferlegierungen, Seite 27, rechte Spalte).
Aluminium-Legierungen sind beispielsweise von großem Interesse für den zunehmenden Leichtbau von Fahrzeugen. Um Personenkraftwagen leichter zu machen und dadurch den Spritverbrauch und den CO₂-Ausstoß zu senken, werden immer mehr Teile nicht aus Stahlblech gebaut, sondern aus leichteren Materialien, u. a. aus Aluminium. Aluminium läßt sich jedoch im Hinblick auf die „spanende” Bearbeitung schwerer verarbeiten als Stahl. Deshalb war in den Aluminiumlegierung ein geringer Gehalt an Blei enthalten. Das Schwermetall begünstigt vor allem die Bildung kurzer Späne.
Die europäische Umweltpolitik hat allerdings eine sogenannte „Altfahrzeuge-Verordnung” erlassen, die den Einsatz von gefährlichen Stoffen, u. a. Blei, einschränkt. Bis 2015 dürfen beispielsweise keine neu anfallenden Reststoffe mehr deponiert werden, sie müssen einer Wiederverwertung zugeführt werden. Bereits seit Juli 2008 ist ein Bleianteil von mehr als 0,4 Gew.-% in zerspanbaren Aluminiumlegierungen verboten. Bei der Bearbeitung bleifreier Aluminium-Legierungen müssen die Schnittgeschwindigkeit und die Vorschübe reduziert werden und der Verschleiß der verwendeten Werkzeuge steigt.
Davon ausgehend lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug in Form eines gelöteten Konturbohrers bereitzustellen, mit dem ein zerspanendes Bearbeiten von im wesentlichen oder vollständig bleifreien Werkstoffen, insbesondere, aber nicht ausschließlich von Kupfer-Zinklegierungen, Aluminium-Legierungen, Kupfer-Aluminium-Legierungen darin eingeschlossen, unter möglichst umfassendem Einhalten und Erreichen der weiter oben erläuterten, gängigen Prozeß- und Qualitätsparameter ermöglicht wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Konturbohrer mit einem Grundkörper und einem Bohrerschaft, wobei der Grundkörper in Form eines Schneidteils ausgebildet ist, mit zumindest einem Schneideinsatz, wobei jeder der Schneideinsätze eingelötet ist, und wobei das Schneidteil zumindest eine an dem Grundkörper angebrachte Spannut aufweist. Dabei erstreckt sich die zumindest eine Spannut spiralförmig um die Längsachse des Bohrers, so daß das zumindest eine Schneidteil insgesamt in Form einer Spirale ausgebildet ist, wobei die jeweilige Nut einen Span-/Drallwinkel α aufweist, der in Abhängigkeit von dem Durchmesser des Grundkörpers ausgebildet ist. Dadurch, daß der erfindungsgemäße Konturbohrer zumindest eine sich spiralförmig um die Längsachse des Bohrers erstreckende Spannut aufweist, unterscheidet sich dieser wesentlich von dem auf diesem Gebiet bekannten Stand der Technik. Herkömmlich werden in den Grundkörper des Konturbohrers gerade Nuten eingebracht. Dabei weist der herkömmliche Konturbohrer in der Regel mehrere Durchmesser auf, welche dann die in dem Bohrer verkörperten Konturabschnitte mit einem konstanten Spanwinkel aller Schneiden bilden. Die Herstellung eines solchen bekannten, gerade genuteten Konturbohrers ist konstruktiv relativ einfach umsetzbar, während demgegenüber die Herstellung des spiralisierten, also spiralig aufgebauten Grundkörpers des erfindungsgemäßen Konturbohrers konstruktiv aufwendiger umzusetzen ist. Die dadurch erreichten Vorteile rechtfertigen diesen Aufwand.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Konturbohrers weist der Grundkörper unterschiedliche Durchmesser auf, so daß der Span- oder Drallwinkel α für jeden dieser Durchmesser unterschiedlich und jeweils konstant ausgebildet ist. D. h. der Konturbohrer wurde in der Weise entwickelt, daß jeweils für einen bestimmten Durchmesser des Konturbohrers ein konstanter Drallwinkel entsteht. Bei anderen Durchmessern an demselben Konturbohrer ergibt sich bei dieser Konstruktionsweise jeweils ein anderer, dort wiederum konstanter Span- oder Drallwinkel α.
Dadurch, daß die jeweilige, sich spiralförmig um die Längsachse des Bohrers erstreckt Spannut einen Span- oder Drallwinkel α aufweist, der in Abhängigkeit von dem Durchmesser des Grundkörpers ausgebildet ist, wurde erfindungsgemäß eine variable Nut entwickelt, und es ergibt sich daraus sozusagen ein variabler Drall. D. h. der Drallwinkel α ist nicht mehr für die verschiedenen Durchmesser des jeweiligen Konturbohrers konstant, sondern ändert sich in Abhängigkeit von dessen Durchmesser. Auf diese Weise kann der Drallwinkel α optimal an den jeweiligen Durchmesserbereich angepaßt werden. Dies ist u. a. deshalb von Vorteil, weil der Drallwinkel α einen Einfluß auf den Abtransport der gebildeten Späne hat.
Gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Konturbohrer weist der Grundkörper unterschiedliche Durchmesser auf, so daß der Span- oder Drallwinkel α unabhängig von den unterschiedlichen Durchmessern konstant ausgebildet ist.
D. h. bei dieser Variante wurde ein Konturbohrer mit einem konstanten Span- oder Drallwinkel α entwickelt, der auch bei wechselnden Durchmessern des Grundkörpers unverändert beibehalten wird. Diese Variante ist besonders vorteilhaft, da der Keilwinkel nicht durch einen überhöhten Spanwinkel geschwächt werden kann.
Als ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Konturbohrers gemäß einer dieser Varianten ist zu nennen, daß durch den genannten Drall ein hoher positiver Spanwinkel erzeugt wird, durch den letztlich die Zerspanungskräfte und die Wärmeentwicklung reduziert werden. Der erfindungsgemäße Konturbohrer schneidet den jeweiligen Werkstoff leichter.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Weiterbildung weist der Konturbohrer zumindest einen sich innerhalb des Konturbohrers in dessen Längsrichtung erstreckenden Kanal für die Zuführung eines Kühlmittels auf. Die Kühlmittelzufuhr über den Konturbohrer ist jedoch optional und muß nicht verwendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der zumindest eine Schneideinsatz als eine eingelötete Schneidplatte ausgebildet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß der erfindungsgemäße Konturbohrer über die Spirale des Schneidteils verteilte eingelötete Schneideinsätze in Form von Schneidplatten mit einer geschwungenen Form aufweist, um sich an den Drall der zumindest einen Nut in der jeweils entsprechenden Höhe an dem Grundkörper des Konturbohrers anzupassen. Der Drall wird vorzugsweise in die jeweilige Schneidplatte eingeschliffen. Dabei ergibt es sich als besonders vorteilhaft, daß der schon genannte sogenannte variable Drall einen gleichbleibenden Spanwinkel der durch die Schneideinsätze vorgegebenen einzelnen Abstufungen an dem formgebundenen Konturbohrer ermöglicht. Die einzelnen Keilwinkel bleiben konstant und werden somit nicht mehr durch einen überhöhten Drallwinkel geschwächt. Die Schneiden bleiben auf diese Weise stabiler. Die Zerspanungskräfte und die bei dem Konturbohren aufgebauten Temperaturen werden vorteilhaft reduziert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des Konturbohrers sind in die jeweilige Schneidplatte Spanleitstufen eingebracht. Auf diese Weise kann ein kontrollierter Spanabbruch erreicht werden. Diese Spanleitstufen werden vorzugsweise mittels einem 3-D-Laser eingearbeitet.
Weiterhin bevorzugt weist die jeweilige Schneidplatte eine Beschichtung in Form von einer weichen Schicht und einer harten Schneidschicht auf, wobei die harte Schneidschicht über der weichen Schicht angebracht ist und nach außen weist. Dadurch weist die jeweilige Schneidplatte einen speziellen Schliff auf, der dem Verschleiß der Schneidplatte entgegenwirkt.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf die Verwendung des Konturbohrers nach einer seiner vorgenannten Ausgestaltungen zur spanenden Bearbeitung von im wesentlichen oder vollständig bleifreien Werkstoffen.
Solche Werkstoffe sind insbesondere, aber nicht ausschließlich, bleifreie Kupfer-Zink-Legierungen. Als in Frage kommende Werkstoffe sind außerdem noch Aluminium-Legierungen, Kupfer-Aluminium-Legierungen darin eingeschlossen, hervorzuheben. Die Aufzählung dieser Werkstoffe ist jedoch exemplarisch und nicht abschließend aufzufassen.
Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.
Es zeigen:
1a: eine schematische Konturansicht eines gelöteten spiralisierten Konturbohrers, mit einem durchmesserabhängigen konstanten Drallwinkel, bezogen auf den jeweiligen Konturbohrer,
1b: eine schematische Konturansicht nach 1a, um 90° gedreht,
2a: eine schematische Konturansicht eines gelöteten spiralisierten Konturbohrers, mit einem durchmesserunabhängigen konstanten Drallwinkel, bezogen auf den jeweiligen Konturbohrer,
2b: eine schematische Konturansicht nach 2a, um 90° gedreht,
3a: eine schematische Ansicht eines formgebundenen, gelöteten Konturbohrers, gerade genutet, nach dem Stand der Technik,
3b: eine schematische Ansicht nach 3a als schematische Konturansicht,
3c: eine schematische Ansicht nach 3b mit einem zu bearbeitenden Werkstück,
4: eine schematische Konturansicht mit verdeckten Linien eines erfindungsgemäßen gelöteten spiralisierten Konturbohrers mit Kühlmittelzufuhr, und
5: eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen gelöteten spiralisierten Konturbohrers.
1. Ausführungsbeispiel: Gelöteter Konturbohrer gemäß Variante A, mit einem durchmesserabhängigen konstanten Drallwinkel ohne Kühlmittelzufuhr
In den 1a und 1b ist ein erfindungsgemäßer gelöteter Konturbohrer dargestellt und insgesamt mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet. Dieser weist einen Grundkörper in Form eines Schneidteils 3 auf, mit Schneideinsätzen in Form von Schneidplatten 5, die eingelötet sind. Aufgrunddessen wird der Konturbohrer insgesamt als gelöteter Konturbohrer 1 bezeichnet. Das Schneidteil 3 weist eine Spannut 7 auf, die spiralförmig um die Längsachse des Konturbohrers 1 verläuft. Dadurch ist das Schneidteil 3 im wesentlichen als Spirale gebildet, mit den über diese Spirale verteilten, jeweils eingelöteten Schneidplatten 5. Im übrigen weist der Konturbohrer 1 einen Bohrerschaft 9 auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist keine Zuführung eines Kühlmittels über den Konturbohrer 1 vorgesehen.
Die Tatsache, daß die Spannut 7 spiralförmig um die Längsachse des Konturbohrers 1 verläuft, wobei grundsätzlich auch mehr als eine Spannut 7 vorgesehen sein kann, welche dann ebenfalls spiralförmig um die Längsachse des Konturbohrers 1 verlaufen, ergibt sich in diesem technischen Umfeld nicht aus dem Stand der Technik. Der Aufbau solcher herkömmlichen gelöteten Konturbohrer 1' wird exemplarisch in den 3a–3c dargestellt, wobei vergleichbare technische Merkmale dieselben Bezugsziffern zeigen, wie sie die erfindungsgemäße Konstruktion aufweist, jedoch zusätzlich mit einem hochgestellten Strich versehen sind. Wie aus diesen Fig. ersichtlich, werden bei den bisher bekannten gelöteten Konturbohrern 1' in das den Grundkörper bildende Schneidteil 3' gerade verlaufende Spannuten 7' eingebracht. Diese herkömmlichen Konturbohrer 1' haben daher keinen Drall. 3a zeigt den herkömmlichen gelöteten Konturbohrer 1' mit einem Spanwinkel aller Schneiden bei 0°.
Demgegenüber werden nun wesentliche Grundzüge der erfindungsgemäßen Konstruktion des gelöteten Konturbohrers 1 anhand der 1a und 1b dargestellt. Grundsätzlich zeigen diese 1a und 1b für die Zwecke der Erläuterung dieses exemplarischen Ausführungsbeispiels einen Konturbohrer 1 mit zwei Spannuten 7, bezogen auf einen jeweiligen Durchmesser. Im Gegensatz zu dem bisher bekannten Stand der Technik weist der gelötete erfindungsgemäße Konturbohrer 1 auch in seinem als Schneidteil 3 ausgebildeten Grundkörper einen Drallwinkel auf.
In den 1a und 1b sind verschiedene Drallwinkel α1, α2 und α3 bezeichnet. Der mit α1 bezeichnete Drallwinkel weist im Ausführungsbeispiel 40° auf, bei einem Durchmesser des Schneidteils 3 von 53 mm. Demgegenüber beträgt der Drallwinkel α2 in diesem Ausführungsbeispiel 20° und der Durchmesser des Schneidteils 3 kann hier mit 21 mm angegeben werden. In der in 1b dargestellten, gegenüber 1 um 90° gedrehten Ansicht, beträgt der Drallwinkel α3 32°, bei einem Durchmesser des Schneidteils 3 von 44 mm. Es ist somit ersichtlich, daß sich die jeweiligen Drallwinkel α1, α2 und α3 der Spannut 7 in Abhängigkeit von dem Durchmesser des Schneidteils 3 voneinander unterscheiden. Dies wird für die Zwecke dieser Erfindung als ein „konstanter Drall, bezogen auf einen jeweiligen Durchmesser” bezeichnet. Das bedeutet, daß der Drallwinkel, bezogen auf den einen jeweiligen Durchmesser, konstant ist. Dabei ist zu beachten, daß mit steigender Durchmesserdifferenz auch die Drallwinkeldifferenz steigt.
2. Ausführungsbeispiel: Gelöteter Konturbohrer gemäß Variante B, mit einem durchmesserunabhängigen konstanten Drallwinkel ohne Kühlmittelzufuhr
Der in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene gelötete Konturbohrer stellt eine Variante des in dem 1. Ausführungsbeispiel erläuterten Konturbohrers 1 dar, dessen wesentliche Merkmale dem Konturbohrer 1, wie er im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben entsprechen ist. Für die Erläuterung des gelöteten Konturbohrers gemäß dieser Variante werden entsprechend gleiche, jedoch um 100 erweiterte Bezugsziffern verwendet, so daß der gelötete Konturbohrer gemäß dieser Ausführungsform insgesamt mit der Bezugsziffer 101 bezeichnet und in den 2a und 2b dargestellt ist.
Der in den 2a und 2b dargestellte erfindungsgemäße gelötete Konturbohrer 101 gemäß einer Variante B weist wieder einen Grundkörper in Form eines Schneidteils 103 auf, mit Schneideinsätzen in Form von Schneidplatten 105, die eingelötet sind. Aufgrunddessen ist auch dieser Konturbohrer insgesamt als gelöteter Konturbohrer 101 zu bezeichnen. Das Schneidteil 103 weist eine Spannut 107 auf, die spiralförmig um die Längsachse des Konturbohrers 101 verläuft. Dadurch ist das Schneidteil 103 im wesentlichen als Spirale gebildet, mit den über diese Spirale verteilten, jeweils eingelöteten Schneidplatten 105. Im übrigen weist der Konturbohrer 101 einen Bohrerschaft 109 auf. Auch in diesem Ausführungsbeispiel der Variante B ist keine Zuführung eines Kühlmittels über den Konturbohrer 101 vorgesehen.
Im Unterschied zu der erfindungsgemäßen Konstruktion des gelöteten Konturbohrers 1 der Variante A weist diese in den 2a und 2b dargestellte Variante B zwei Spannuten 107 auf, wobei der Drallwinkel α der unabhängig von dem jeweiligen Durchmesser des Schneidteils 103 30° beträgt. In den 2a und 2b ist dieser für alle Durchmesser des Schneidteils 103 konstante Span- oder Drallwinkel mit α bezeichnet. Somit unterscheidet sich der Drallwinkel α nicht in Abhängigkeit von dem jeweiligen Durchmesser des Schneidteils 103. Dies wird für die Zwecke dieser Erfindung als ein „konstanter Drall, unabhängig von den unterschiedlichen Durchmessern des als Schneidteil 103 ausgebildeten Grundkörpers” des erfindungsgemäßen Konturbohrers 101 bezeichnet.
Vorsorglich wird an dieser Stelle noch darauf hingewiesen, daß die zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Konturbohrers in den 1a und 2a erläuterten Ausführungsbeispiele mit den Varianten A und B und den dort angegebenen konkreten Werten, z. B. für den Durchmesser des Schneidteils 3, 103 und des Drallwinkels, rein exemplarischer Natur sind und die Erfindung nicht auf Konturbohrer dieser Dimensionierung beschränken.
3. Ausführungsbeispiel: Gelöteter Konturbohrer nach Variante A oder B mit Kühlmittelzufuhr
Der in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene gelötete Konturbohrer mit Kühlmittelzufuhr entspricht in seinen wesentlichen Merkmalen dem Konturbohrer 1, wie er im ersten Ausführungsbeispiel in seiner Variante A beschrieben worden ist oder gleichwertig dem Konturbohrer 101, wie er im zweiten Ausführungsbeispiel in seiner Variante B beschrieben wurde. In bezug auf erfindungsgemäße Details wird insofern auf die Ausführungen in dem ersten und zweiten Beispiel verwiesen. Für die Erläuterung des gelöteten Konturbohrers mit Kühlmittelzufuhr werden entsprechend gleiche, jedoch um 200 erweiterte Bezugsziffern verwendet, so daß der gelötete Konturbohrer gemäß dieser Ausführungsform insgesamt mit der Bezugsziffer 201 bezeichnet und in den 4 und 5 dargestellt ist. Er weist wieder einen Grundkörper in Form eines Schneidteils 203 auf, mit Schneideinsätzen in Form von Schneidplatten 205, die eingelötet sind. Das Schneidteil 203 weist eine Spannut 207 auf, die spiralförmig um die Längsachse des Konturbohrers 201 verläuft. Dadurch ist das Schneidteil 203 im wesentlichen als Spirale gebildet, mit den über diese Spirale verteilten, jeweils eingelöteten Schneidplatten 205. Im übrigen weist der Konturbohrer 201 noch einen Bohrerschaft 209 auf.
Auf die anhand des ersten Ausführungsbeispiels erläuterten verschiedene Drallwinkel α1, α2 und α3 und entsprechend auf den für alle Durchmesser des Schneidteils 103 konstanten Drallwinkel α, wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben, wird hier nicht noch einmal eingegangen, sondern vielmehr auf die bisherigen Erläuterungen weiter oben verwiesen. Die dort genannten beispielhaften Werte für die Drallwinkel α1, α2 und α3, und entsprechend für den Drallwinkel α, ändern sich hier nicht.
Wie 4 zeigt, erfolgt die in diesem Ausführungsbeispiel vorgesehene Zuführung eines Kühlmittels in dem als Schneidteil 203 ausgebildeten Grundkörper über einen Kanal 211 in Form einer zentralen Kühlmittelbohrung. Das Kühlmittel wird dann in an sich bekannter Weise unter Einstellung des jeweils gewünschten Leitungsdrucks zugeführt.
Wie ebenfalls aus 4 näher ersichtlich ist, weist das Schneidteil 203 an verschiedenen geeigneten Stellen Kühlmittelbohrungen 212 auf, die den Austritt des Kühlmittels in der Weise ermöglichen, daß es direkt auf die an den Schneidplatten 205 ausgebildeten Schneiden gerichtet ist.
5 zeigt den Konturbohrer 201 mit seinen Bohrungen 212 für das Kühlmittel noch einmal insgesamt. Diese Ansicht unterscheidet sich von derjenigen des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels gemäß den 1a und 2a äußerlich nur durch die zusätzlich vorhandenen Kühlmittelbohrungen 212 als Austrittsöffnungen für das Kühlwasser.
4. Ausführungsbeispiel: Konturbohrer mit neuer Schneidplattengeometrie
Für die Erläuterung der neuen Schneidplattengeometrie wird Bezug genommen auf den erfindungsgemäßen Konturbohrer 1, 101, 201, wie er in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bereits umfassend beschrieben worden ist. Wieder wird die erfindungsgemäße, spiralförmige, damit gegenüber dem Stand der Technik neuartig ”spiralisierte” Ausführung des Schneidteils 3, 103, 203 des Konturbohrers 1, 101, 201 konstruktiv durch Löten erreicht.
In diesem Ausführungsbeispiel wird lediglich noch eine weitere Entwicklung beschrieben, welche die Schneidplatten 5, 105, 205 betrifft. Beide bisher beschriebenen Ausführungsformen, d. h. der gelötete Konturbohrer 1, 101 ohne Kühlmittelzufuhr und der Konturbohrer 201 mit Kühlmittelzufuhr in beiden Varianten A und B, können die nachfolgend erläuterte Geometrie der Schneidplatten 205 aufweisen. Daher wird der dort beschriebene Aufbau des Konturbohrers 1, 101, 201 hier in seinen Einzelheiten nicht noch einmal gesondert erläutert.
Die über das spiralförmig ausgebildete Schneidteil 3, 103, 203 definiert verteilten Schneidplatten 205 weisen gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine dem spiralförmig ausgebildeten Schneidteil 3, 103, 203 entsprechende, geschwungene Form auf.
Im Hinblick auf die Schneidplatten 205 ist dargestellte, neuartige Geometrie in Form der geschwungenen Form der Schneidplatten 205 vorteilhaft, damit sie an den Drall bei der jeweiligen Höhe des Schneidteils 3, 103, 203 angepaßt werden können.
Fakultativ kann zusätzlich noch eine weitere Veränderung der Geometrie der Schneidplatten 205 vorgesehen werden, die hier ebenfalls noch erläutert werden soll. Dabei wird dem bereits weiter oben angesprochenen Problem noch weiter Rechnung getragen, dass durch die Minimierung oder den vollständigen Wegfall des Bleizusatzes, insbesondere bei der automatischen Verarbeitung mit einem kontinuierlichen Schnitt, wie beispielsweise bei dem Drehen oder Bohren, ein langer Span entsteht. Dies führt bei herkömmlicher Bohrerausführung zu erheblich höheren Stillstandzeiten in den eingesetzten Anlagen. So führen die langen Späne zu einer Umwicklung am Werkzeug, was einen Maschinenstillstand verursacht, und/oder zu einem Kratzen auf dem Werkstück, was zu der Beschädigung seiner Oberfläche führt. Die Folge ist eine aufwendige Nachbearbeitung. Es ist im Stand der Technik auch zu beobachten, daß die Späne durch eine übliche Kühlmittelzuführung nicht oder nicht ausreichend weggespült werden, so daß diese bei einem Werkstückwechsel stören und dieses nicht ordnungsgemäß eingespannt werden kann.
Die erfindungsgemäß neue Geometrie der Schneideinsätze in Form der Schneidplatten 205 umfaßt daher bei dieser weiteren Ausgestaltung neben der geschwungenen Form eine weitere konstruktive Maßnahme, die einen kontrollierten Spanabbruch ermöglicht, indem die jeweilige Schneidplatte mit Spanleitstufen versehen ist. Diese Spanleitstufen werden in diesem Ausführungsbeispiel definiert durch einen 3-D-Laser in die Schneidplatten 205 geschnitten und bewirken ein deutliches Verkürzen des langen Spans, so daß die oben geschilderten Nachteile den Verarbeitungsprozeß nicht mehr oder zumindest nicht wesentlich stören. Auch hier ist vorsorglich darauf hinzuweisen, daß diese weitere Ausgestaltung der neuartigen Geometrie der Schneidplatten 205 zwar sehr vorteilhaft, jedoch nicht zwangsläufig für die Ausbildung der Schneidplatten 205 gemäß dem 1. bis 3. Ausführungsbeispiel erforderlich ist.
5. Ausführungsbeispiel: Konturbohrer mit neuem Schneidenaufbau
Neben dem im Hinblick auf das 4. Ausführungsbeispiel erläuterten Problem des dort genannten langen Spans, welches durch den gezielten Spanbruch aufgrund der vorgesehenen Anbringung einer optimalen Spanleitstufe gelöst werden kann, ist für eine noch weiter verbesserte Prozeßführung bei dem Konturbohren noch das Problem einer hohen Temperaturentwicklung zu berücksichtigen. Diese ist bedingt dadurch, daß sich bei der Zerspanung von bleifreien oder nahezu bleifreien Werkstoffen die Schnittkraft in etwa verdoppelt. Dies führt nicht nur zu einem erheblichen Temperaturanstieg, sondern auch zu einem schnelleren Abbau der Schneiden der Schneidplatten.
Daher sind die bei dem erfindungsgemäßen Konturbohrer 1, 101, 201 eingesetzten Schneidplatten mit einer besonders ausgebildeten Schneide versehen, was hier erläutert, jedoch nicht anhand einer weiteren Abbildung dargestellt wird.
In bezug auf die Erläuterung des Schneidplattenaufbaus wird wieder Bezug genommen auf den erfindungsgemäßen Konturbohrer 1, 101, 201, wie er in dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel bereits umfassend beschrieben worden ist.
Fakultativ kann der Konturbohrer ebenso die in dem vorhergehenden 4. Ausführungsbeispiel beschriebene Entwicklung der neuen Schneidplattengeometrie aufweisen. D. h. der Schneidplattenaufbau kann bei dem Konturbohrer in Form der bisher beschriebenen Ausführungsformen, dem gelöteten Konturbohrer 1, 101 ohne Kühlmittelzufuhr und dem Konturbohrer 201 mit Kühlmittelzufuhr verwendet werden, und diese können die unter 3. erläuterte Geometrie der Schneidplatten 205 aufweisen. Es wird daher der jeweils bereits beschriebene Aufbau des Konturbohrers 1, 101, 201 und die neuartige Schneidplattengeometrie hier nicht noch einmal gesondert erläutert.
Die Schneide der im Rahmen dieses weiteren Ausführungsbeispiels eingesetzten jeweiligen Schneidplatte 5, 105, 205 weist eine Beschichtung auf. Diese Beschichtung ist zweilagig ausgeführt, wobei auf der Schneidplatte 5, 105, 205 bzw. auf deren Schneide, zunächst eine weiche, abrasive Schicht aufgebracht wird. Darauf wird dann eine harte Schicht als Schneidschicht aufgebracht, so daß die harte Schneidschicht über der weichen Schicht angebracht ist, nach außen weist und das Werkstück schneidet. Bei einem Verschleiß der Kante der Schneide wird das Material der abrasiven Schicht abgetragen und die Kante der Schneide auf diese Weise geschärft.
In einer Weiterbildung der Schneide der im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels eingesetzten jeweiligen Schneidplatte 5, 105, 205 weist diese nicht nur die zuvor erläuterte zweilagige Beschichtung auf. Die Beschichtung gemäß dieser Weiterbildung ist nach denselben zuvor erläuterten Kriterien, jedoch mehrlagig, d. h. mehr als zweilagig, aufgebaut.
Für den Fachmann ist in diesem Zusammenhang ersichtlich, daß der erfindungsgemäße, gelötete Konturbohrer gemäß einer seiner Ausgestaltungen, wie in den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 beschreiben, auch ohne jegliche Beschichtung oder mit solchen Beschichtungen versehen eingesetzt werden kann, die bereits im Markt bekannt sind. Im Rahmen des 4. Ausführungsbeispiels wird somit lediglich eine besondere, zusätzlich mögliche Ausführungsform beschrieben. Darauf soll hier ausdrücklich hingewiesen werden.

Claims

Konturbohrer mit einem Grundkörper und einem Bohrerschaft (9, 109), wobei der Grundkörper in Form eines Schneidteils (3, 103) ausgebildet ist, mit zumindest einem Schneideinsatz, wobei jeder der Schneideinsätze eingelötet ist, und wobei das Schneidteil (3, 103) zumindest eine an dem Grundkörper angebrachte Spannut (7, 107) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zumindest eine Spannut (7, 107) spiralförmig um die Längsachse des Bohrers (1, 101) erstreckt, so daß das zumindest eine Schneidteil (3, 103) insgesamt in Form einer Spirale ausgebildet ist, und daß die jeweilige Nut einen Span- oder Drallwinkel α aufweist, der in Abhängigkeit von dem Durchmesser des Grundkörpers ausgebildet ist.
Konturbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper unterschiedliche Durchmesser aufweist, und daß der Span- oder Drallwinkel α für jeden dieser Durchmesser unterschiedlich und jeweils konstant ausgebildet ist.
Konturbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper unterschiedliche Durchmesser aufweist, und daß der Span- oder Drallwinkel α unabhängig von den unterschiedlichen Durchmessern konstant ausgebildet ist.
Konturbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch zumindest einen sich innerhalb des Konturbohrers (201) in dessen Längsrichtung erstreckenden Kanals (211) für die Zuführung eines Kühlmittels.
Konturbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Schneideinsatz als eine eingelötete Schneidplatte (5, 105, 205) ausgebildet ist.
Konturbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch über die Spirale des Schneidteils verteilte, eingelötete Schneideinsätze in Form von Schneidplatten (5, 105, 205), die in Anpassung an den Drall der zumindest einen Nut eine geschwungene Form aufweisen.
Konturbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die jeweilige Schneidplatte (5, 105, 205) Spanleitstufen eingebracht sind.
Konturbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Schneidplatte (5, 105, 205) eine Beschichtung in Form von einer weichen Schicht und einer harten Schneidschicht aufweist, wobei die harte Schneidschicht über der weichen Schicht angebracht ist und nach außen weist.
Verwendung des Konturbohrers nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur spanenden Bearbeitung von im wesentlichen oder vollständig bleifreien Werkstoffen.
Verwendung nach Anspruch 9, bei welcher der Werkstoff ausgewählt ist aus Kupfer-Zink-Legierungen und Aluminium-Legierungen, Kupfer-Aluminium-Legierungen darin eingeschlossen.