DE102016221363A1

DE102016221363A1 - Bohrwerkzeug und Verfahren zum Herstellen von Bohrungen

Info

Publication number: DE102016221363A1
Application number: DE102016221363.6A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Mapal Fabrik fuer Praezisionswerkzeuge Dr Kress KG
Current assignee: Mapal Fabrik fuer Praezisionswerkzeuge Dr Kress KG
Priority date: 2016-09-09
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2018-03-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug (1) zur vorzugsweise trockenen Herstellung von Bohrungen insbesondere in Leichtmetall-Materialien, mit einer Spitze (3), an der wenigstens zwei geometrisch definierte Hauptschneiden (5, 7) angeordnet sind, wobei jeder Hauptschneide (5, 7) jeweils eine Nebenschneide (9, 11) und jeweils eine erste Hauptfreifläche (13, 15) zugeordnet sind, wobei a) die Spitze (3) in einem radial äußeren Bereich einen Spitzenwinkel (α) von mindestens 125° bis höchstens 180° aufweist, und/oder wobei b) ein Seitenspanwinkel (γ) des Bohrwerkzeugs (1) mindestens 15° bis höchstens 40° beträgt, und/oder wobei c) wenigstens eine erste Hauptfreifläche (13, 15) der wenigstens zwei ersten Hauptfreiflächen (13, 15) eine Breite (B) von mindestens 3% bis höchstens 10% eines Bearbeitungsdurchmessers des Bohrwerkzeugs (1) im Bereich der Spitze (3) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug sowie ein Verfahren zum Herstellen von Bohrungen. Bei der Fertigung von insbesondere großen Leichtmetall-Bauteilen, wie sie beispielsweise in der Flugzeugindustrie typisch sind, und die insbesondere auch verschiedene Schichten mit verschiedenen Materialeigenschaften aufweisen können, ist eine Reinigung solcher Bauteile nach einer mechanischen Bearbeitung sehr aufwändig, teuer und zeitintensiv. Die Anforderung einer Reinigung ergibt sich insbesondere aus der Verwendung von Kühl- und/oder Schmiermitteln bei der mechanischen Bearbeitung. Herkömmlich zur Herstellung von Bohrungen verwendete Bohrer haben eine hohe Reibung zwischen ihrem Schneidstoff und dem bearbeiteten Werkstückmaterial, wobei insbesondere Leichtmetallwerkstoffe schon bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen sehr zäh werden können. Sie fließen dann nicht mehr als gleichmäßiger Span von Schneiden eines Bohrers ab, sondern verschweißen regelrecht mit diesen, wobei dem Werkzeug die Schärfe genommen wird. Letzteres führt zwangsläufig zu einer noch höheren Wärmeentwicklung und im Ergebnis zu einem raschen Versagen des Bohrwerkzeugs. Es ist daher bei der Verwendung herkömmlicher Bohrwerkzeuge unerlässlich, Kühl- und Schmiermittel anzuwenden, woraus sich dann wiederum die Anforderung einer Reinigung nach der mechanischen Bearbeitung ergibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrwerkzeug sowie ein Verfahren zum Herstellen von Bohrungen insbesondere in Leichtmetall-Materialien zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Bohrwerkzeug, insbesondere ein Bohrer, zur vorzugsweise trockenen Herstellung von Bohrungen insbesondere in Leichtmetall-Materialien geschaffen wird. Das Bohrwerkzeug weist eine Spitze auf, an der wenigstens zwei geometrisch definierte Hauptschneiden angeordnet sind, wobei jeder Hauptschneide jeweils eine Nebenschneide und jeweils eine erste Hauptfreifläche zugeordnet sind. Das Bohrwerkzeug ist insbesondere so ausgestaltet, dass eine mechanische Bearbeitung insbesondere von Leichtmetall-Materialien unter deutlich reduziertem Einsatz von Kühl-/Schmiermedium, vorzugsweise trocken, das heißt vollkommen unter Verzicht auf jegliches Kühl-/Schmiermedium, erfolgen kann, ohne dass sich negative Auswirkungen auf die Standzeit des Bohrwerkzeugs ergeben. Hierzu ist insbesondere die Geometrie des Bohrwerkzeugs so ausgestaltet, dass ein Wärmeübergang von einer heißen Scherzone an der Spitze in das Bohrwerkzeug begrenzt wird.
Hierzu ist bevorzugt vorgesehen, dass die Spitze in einem radial äußeren Bereich einen Spitzenwinkel von mindestens 125° bis höchstens 180° aufweist. Der Spitzenwinkel des Bohrwerkzeugs wird dann zumindest in dem äußeren, von der Längsachse des Bohrwerkzeugs entfernten Bereich flach gehalten, sodass die entstehenden Späne quasi auf direktem Weg weitgehend parallel zur Längsachse des Bohrwerkzeugs abfließen können.
Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass ein Seitenspanwinkel des Bohrwerkzeugs mindestens 15° bis höchstens 40° beträgt. Auf diese Weise können beim Bohren entstehende, heiße Späne sehr rasch von Schneidecken des Bohrwerkzeugs, die den Hauptschneiden jeweils zugeordnet sind und die im Bereich eines – gegebenenfalls gedachten – Schnittpunkts jeweils einer Hauptschneide mit der ihr zugeordneten Nebenschneide ausgebildet sind, abfließen. Durch die erhöhte Spanabflussgeschwindigkeit wird weniger Wärme in die Schneiden, insbesondere in die Hauptschneiden, eingetragen.
Alternativ oder zusätzlich weist bevorzugt wenigstens eine erste Hauptfreifläche der wenigstens zwei ersten Hauptfreiflächen eine Breite von mindestens 3 % bis höchstens 10 % eines Bearbeitungsdurchmessers des Bohrwerkzeugs im Bereich der Spitze auf. Der Bearbeitungsdurchmesser des Bohrers ist dabei insbesondere der größte Durchmesser im Bereich der Spitze, wobei er ganz besonders bevorzugt als Durchmesser eines Flugkreises der Schneidecken der Spitze des Bohrwerkzeugs definiert ist. Die erste Hauptfreifläche ist somit sehr schmal ausgelegt, wodurch die dort auftretende Reibung und damit zum einen die Wärmeentstehung und zum anderen auch die Wärmeeinleitung in das Bohrwerkzeug deutlich reduziert ist.
Insbesondere die hier genannten Merkmale des Bohrwerkzeugs führen – einzeln oder in Kombination miteinander – dazu, dass die Kontaktflächen des Bohrwerkzeugs mit einer bearbeiteten Bohrungswandung – sowohl an einem Boden der Bohrung als auch im Bereich von deren Umfangsfläche – erheblich reduziert sind, wobei zugleich die Spanflächen des Bohrwerkzeugs aggressiver gestaltet sind, als dies herkömmlicherweise bekannt ist. Insbesondere auf diese Weise kann der Wärmeübergang von der heißen Scherzone in das Bohrwerkzeug begrenzt werden. Der Bohrer ist somit geeignet, Bohrungen in Leichtmetall-Materialien trocken, das heißt ohne jegliche Verwendung von Kühl- und/oder Schmiermitteln, herzustellen. Somit entfällt die Anforderung einer Reinigung nach der mechanischen Bearbeitung, sodass insgesamt die Herstellung solcher Leichtmetall-Materialien weniger aufwändig, kostengünstiger und zeitsparender wird.
Unter Leichtmetall-Materialien werden insbesondere Materialien verstanden, welche wenigstens ein Leichtmetall, insbesondere Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, aufweisen oder aus einem Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, bestehen. Insbesondere werden darunter Materialien verstanden, welche einen Schichtaufbau aus wenigstens zwei Schichten aufweisen, die sich in Hinblick auf ihre Materialeigenschaften unterscheiden. Dabei können die Materialien insbesondere eine untere Schicht aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung mit einer höheren Festigkeit, und eine darauf angeordnete, obere Schicht aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung mit einer geringeren Festigkeit, mithin eine weichere Schicht, aufweisen, wobei das Bohrwerkzeug zunächst in die obere, weichere Schicht und anschließend in die untere, härtere Schicht eindringt. Es ist möglich, dass die Leichtmetall-Materialien wenigstens eine Schicht aus einem Faser-Matrix-Verbundwerkstoff, insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff, aufweisen. Insbesondere können solche Leichtmetall-Materialien auch als Sandwich-Materialien ausgebildet sein.
Unter einer ersten Hauptfreifläche wird insbesondere diejenige einer Hauptschneide zugeordnete Freifläche verstanden, welche unmittelbar an die ihr zugeordnete Hauptschneide angrenzt. Typischerweise sind die Hauptfreiflächen der Hauptschneiden eines Bohrwerkzeugs geteilt und weisen zumindest zwei Hauptfreiflächenbereiche, nämlich die erste Hauptfreifläche und eine sich an diese anschließende, zweite Hauptfreifläche, auf, wobei die zweite Hauptfreifläche mit der ersten Hauptfreifläche einen Winkel einschließt, wobei die beiden Hauptfreiflächen im Bereich einer Kante ineinander übergehen.
Unter einem radial äußeren Bereich der Spitze wird ein Bereich verstanden, welcher unmittelbar an eine äußere Umfangslinie des Bohrwerkzeugs, insbesondere an eine Schneidecke, angrenzt. Entsprechend wird unter einem radial inneren Bereich ein Bereich verstanden, welcher einem Zentrum der Spitze zugeordnet ist und bevorzugt eine Querschneide des Bohrwerkzeugs umfasst oder unmittelbar an die Querschneide angrenzt und sich ausgehend von dieser radial nach außen erstreckt. Der Begriff „radial“ bezieht sich dabei auf eine Richtung, die senkrecht auf einer Längsachse des Bohrwerkzeugs steht. Dieses wird zum Herstellen einer Bohrung relativ zu einem Werkstück, in welchem die Bohrung ausgebildet werden soll, um die Längsachse gedreht, wobei es hier nur auf die Relativbewegung zwischen dem Bohrwerkzeug einerseits und dem Werkstück andererseits ankommt. Es ist also möglich, dass das Bohrwerkzeug gedreht wird, wobei das Werkstück raumfest gehalten wird. Es ist auch möglich, dass das Werkstück gedreht wird, wobei das Bohrwerkzeug raumfest gehalten wird. Es ist schließlich auch möglich, dass sowohl das Bohrwerkzeug als auch das Werkstück gedreht werden. Eine Umfangsrichtung erstreckt sich konzentrisch um die Längsachse des Bohrwerkzeugs. Die Längsachse wiederum definiert eine Axialrichtung.
Unter einem Seitenspanwinkel wird insbesondere ein Winkel verstanden, der manchmal auch als Drallwinkel bezeichnet wird. Das Bohrwerkzeug ist dann insbesondere als Spiralbohrer ausgebildet.
Bevorzugt weisen beide erste Hauptfreiflächen der wenigstens zwei ersten Hauptfreiflächen eine Breite von mindestens 3 % bis höchstens 10 % des Bearbeitungsmessers des Bohrwerkzeugs auf.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Spitze in einem radial inneren Bereich einen Spitzenwinkel von mindestens 110° bis höchstens 150° aufweist. Der Spitzenwinkel ist somit im zentrumsnahen Bereich des Bohrwerkzeugs spitzer als in dem radial äußeren Bereich, wodurch trotz des radial außen sehr flachen Spitzenwinkels noch eine gute Selbstzentrierung des Bohrwerkzeugs erreicht werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens zwei Hauptschneiden jeweils einen ersten Hauptschneidenbereich in dem radial äußeren Bereich der Spitze und jeweils einen zweiten Hauptschneidenbereich in dem radial inneren Bereich der Spitze aufweisen, wobei die ersten Hauptschneidenbereiche einen Spitzenwinkel von mindestens 125° bis höchstens 180° aufweisen, wobei die zweiten Hauptschneidenbereiche einen Spitzenwinkel von mindestens 110° bis höchstens 150° aufweisen. Dabei grenzt jeweils der zweite Hauptschneidenbereich unmittelbar an den ersten Hauptschneidenbereich. Es ergeben sich auf diese Weise bevorzugt zwei lineare Hauptschneidenbereiche pro Hauptschneide, die in einem Winkel zueinander angeordnet sind, wobei sich im Zentrum des Bohrwerkzeugs eine Erhebung, insbesondere nach Art einer Ausspitzung, bevorzugt eine Zentrierspitze, ergibt.
Alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass sich der Spitzenwinkel kontinuierlich ausgehend von einem Zentrum der Spitze bis zu den Schneidecken, die den Hauptschneiden jeweils zugeordnet sind, vergrößert. Insbesondere vergrößert sich der Spitzenwinkel ausgehend von einer Querschneide in Richtung zu den Schneidecken kontinuierlich. Auch in diesem Fall ergibt sich eine Art Zentriererhebung im Zentrum des Bohrwerkzeugs, allerdings ohne eine scharfe, nicht differenzierbare Änderung im Verlauf der Hauptschneiden. Vielmehr weisen die Hauptschneiden bevorzugt einen gekrümmten Verlauf – in Axialrichtung gesehen – auf.
In dem Fall, wo der Spitzenwinkel sich kontinuierlich ausgehend von einem Zentrum der Spitze bis zu den Schneidecken vergrößert, stellen die für den Spitzenwinkel in den verschiedenen Bereichen genannten Werte insbesondere Grenzwerte dar, die einerseits im äußersten Auslaufbereich des radial äußeren Bereichs und andererseits im innersten Auslaufbereich des radial inneren Bereichs angenommen werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bohrwerkzeug einen radialen Spanwinkel von mindestens 10° bis höchstens 20° aufweist. Der radiale Spanwinkel wird bevorzugt an den Schneidecken gemessen. Er ergibt sich bevorzugt daraus, dass die Hauptschneiden in ihrem radial äußeren, den Schneidecken zugewandten Bereich – in radialer Richtung gesehen – eine Krümmung aufweisen, wobei sie insbesondere entgegen einer Drehrichtung des Bohrwerkzeugs bei der Bearbeitung eines Werkstücks eine Ausbuchtung oder Mulde – insbesondere einen Hohlschliff – aufweisen. Hierdurch werden entstehende Späne beim Bohren sehr stark von der Scherzone weggezogen, und es wird besonders wenig Wärme in die Schneiden eingeleitet. Die Ausbuchtung der Hauptschneiden bildet dabei quasi eine Art Rutsche, welche das bearbeitete Material, mithin die Späne, von der Bohrungswandung wegzieht.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Spitzenwinkel in dem radial äußeren Bereich mindestens 140° bis höchstens 180° beträgt.
Alternativ oder zusätzlich beträgt der Spitzenwinkel in dem radial inneren Bereich bevorzugt mindestens 135° bis höchstens 145°, besonders bevorzugt 140°.
Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass der Seitenspanwinkel mindestens 25° bis höchstens 35° beträgt.
Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Breite der wenigstens einen ersten Hauptfreifläche der wenigstens zwei ersten Hauptfreiflächen, vorzugsweise die Breite der wenigstens zwei ersten Hauptfreiflächen, höchstens 5 %, vorzugsweise mindestens 4 % bis höchstens 5 %, des Bearbeitungsdurchmessers im Bereich der Spitze beträgt.
Bei den zuletzt genannten, eingeschränkten Werten ergeben sich die bereits zuvor für die breiteren Bereiche erläuterten Vorteile in ganz besonderer Weise.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich an jede der wenigstens zwei Nebenschneiden – in Umfangsrichtung gesehen – jeweils eine Nebenfreifläche anschließt. Den Nebenfreiflächen ist im Bereich der Spitze jeweils eine Rundschlifffase zugeordnet, die eine Breite von mindestens 0 % bis höchstens 5 % des Bearbeitungsdurchmessers des Bohrwerkzeugs im Bereich der Spitze, bevorzugt von mindestens 1 % bis höchstens 5 %, bevorzugt von mindestens 2,5 % bis höchstens 3,5 %, insbesondere von mindestens 0 mm bis höchstens 0,2 mm, aufweist. Weist die Rundschlifffase eine Breite von 0 % oder 0 mm auf, bedeutet dies, dass keine Rundschlifffase mehr vorhanden ist, sondern dass sich vielmehr die Nebenfreifläche – ohne Fase – unmittelbar an die Nebenschneide anschließt. Dies entspricht einem Scharfschliff der Nebenschneide, die dann bereits direkt an der Schneidkante einen endlichen, von Null verschiedenen Freiwinkel aufweist. Ist dagegen eine Rundschlifffase mit endlicher, von Null verschiedener Breite vorgesehen, stützt sich der Bohrer mit der Rundschlifffase an einer Bohrungswandung ab, sodass hier unmittelbar im Bereich der Nebenschneide kein Freiwinkel beziehungsweise ein Freiwinkel von 0° ausgebildet ist. Die Rundschliff- oder Führungsfasen sind in dem hier angegebenen Bereich deutlich schmaler gehalten, als dies bei herkömmlichen Spiralbohrern üblich ist. Im Idealfall weist das Bohrwerkzeug gar keine Rundschlifffase mehr an seinem Umfang auf, sondern auch der Umfang ist – wie bereits erläutert – mit einem Freiwinkel versehen. Auf diese Weise kann zum einen das Schneidverhalten des Bohrwerkzeugs sehr aggressiv ausgestaltet und zum anderen ein Wärmeeintrag in das Bohrwerkzeug deutlich reduziert werden.
Vorzugsweise weisen die Rundschlifffasen eine Breite von mindestens 0,01 mm bis höchstens 0,1 mm, besonders bevorzugt von 0,05 mm, auf.
Generell können die Rundschlifffasen bei labilen Einsatzbedingungen eher breit, das heißt insbesondere im Bereich von 5 % des Bearbeitungsdurchmessers gewählt werden, während sie bei stabilen Einsatzbedingungen eher schmal oder sogar verschwindend ausgestaltet oder ganz entfallen können. Bevorzugt wird die Breite der Rundschlifffasen so schmal wie möglich und so breit wie nötig gewählt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bohrwerkzeug zumindest bereichsweise eine Beschichtung aufweist. Hierdurch kann die Reibung beim Bohren weiter reduziert werden, und ein Verschweißen des bearbeiteten Werkstoffs mit dem Schneidstoff des Bohrwerkzeugs kann vermieden werden. Die Beschichtung weist vorzugsweis amorphen Kohlenstoff auf oder besteht aus amorphem Kohlenstoff. Dieses Material wird auch als diamantähnlicher Kohlenstoff (diamond-like carbon, DLC) bezeichnet. Es hat sich als besonders geeignet erwiesen, da es einen besonders geeigneten Reibwert und eine sehr geringe Affinität zu Leichtmetall-Werkstoffen, insbesondere zu Aluminium, aufweist. Darüber hinaus weist dieses Material eine Härte auf, die noch deutlich über derjenigen typischer Schneidstoffe für Bohrwerkzeuge liegt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bohrwerkzeug einen Grundkörper aufweist, der vorzugsweise ein Hartmetall aufweist oder aus einem Hartmetall besteht. Das Hartmetall ist vorzugsweise Wolframcarbid-Cobalt oder ein anderes geeignetes Hartmetall.
Auf den Grundkörper ist bevorzugt zumindest bereichsweise eine mehrschichtige Beschichtung aufgebracht. Dabei ist vorzugsweise zwischen dem Grundkörper und einer äußeren Schicht, die amorphen Kohlenstoff aufweist oder aus amorphem Kohlenstoff besteht, eine innere Schicht angeordnet, die ein keramisches Material, vorzugsweise Chromnitrid aufweist, oder die aus einem keramischen Material, vorzugsweise aus Chromnitrid, besteht. Es ergibt sich also ein Schichtaufbau, wobei bevorzugt auf dem Grundkörper eine keramische Schicht angeordnet ist, auf welcher dann wiederum die Schicht aus amorphem Kohlenstoff angeordnet ist.
Besonders bevorzugt ist zwischen dem Grundkörper und der inneren Schicht eine innerste Schicht angeordnet, welche ein metallisches Material, vorzugsweise Chrom, aufweist, oder die aus einem metallischen Material, vorzugsweise aus Chrom, besteht. Diese innerste Schicht kann dabei zur Verbesserung einer Haftung des Schichtverbundes auf dem Grundkörper dienen. Die Schichtfolge ist dann insbesondere folgende: Auf dem Grundkörper ist die innerste Schicht aus einem metallischen Material aufgebracht, auf dieser ist wiederum die keramische Schicht aufgebracht, wobei auf dieser wiederum die äußere, amorphen Kohlenstoff aufweisende Schicht aufgebracht ist. Die innerste Schicht ist vorzugsweise dünn ausgebildet, insbesondere dünner als die äußere Schicht, dünner als die innere Schicht, oder sowohl dünner als die äußere Schicht als auch dünner als die innere Schicht.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bohrwerkzeug eine Reibstufe mit wenigstens zwei Reibschneiden aufweist, die – in Längsrichtung des Bohrwerkzeugs gesehen – in einem endlichen Abstand von einem äußersten Punkt der Spitze von vorzugsweise mindestens 50 % bis höchstens 100 % des Bearbeitungsdurchmessers des Bohrwerkzeugs im Bereich der Spitze, oder in einem Abstand von mindestens 40 % bis höchstens 90 % des Bearbeitungsdurchmessers von den Schneidecken, angeordnet ist. Insbesondere beträgt also der Abstand des axial äußersten Punkts Spitze von der Reibstufe, insbesondere von den Reibschneiden, – in axialer Richtung gesehen – mindestens 50 % bis höchstens 100 % des Bearbeitungsdurchmessers im Bereich der Spitze. Die Reibstufe ermöglicht eine Hochpräzisionsbearbeitung von Werkstücken, insbesondere von Leichtmetall-Materialien, die einen mehrschichtigen Aufbau aufweisen. Die Reibschneiden sind bevorzugt als radialer Vorsprung der Nebenschneiden ausgebildet. Dabei weist ein Flugkreis der Reibschneiden einen Durchmesser auf, der vorzugsweise wenigstens 0,05 mm bis höchstens 0,2 mm größer ist als der Flugkreis der Schneidecken an der Spitze, mithin der Bearbeitungsdurchmesser im Bereich der Spitze.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder Reibschneide eine Führungsfase zugeordnet ist, welche der zugeordneten Reibschneide – in Umfangsrichtung gesehen – mit einem endlichen Abstand, das heißt insbesondere mit einem von Null verschiedenen Abstand, nacheilt. Hierdurch kann die Führung des Bohrwerkzeugs in einer Bohrung und damit auch die Bohrungsqualität verbessert werden. Typischerweise ist jeder Hauptschneide, damit auch jeder Nebenschneide und hier insbesondere jeder Reibschneide ein Stollen des Bohrers zugeordnet, wobei die einzelnen Stollen insbesondere durch die Spannuten der ihnen zugeordneten Hauptschneiden voneinander getrennt sind. In Umfangsrichtung gesehen weist jeder Stollen ein erstes Ende auf, an welchem die ihm zugeordnete Reibschneide angeordnet ist. Die der Reibschneide zugeordnete Führungsfase ist dann bevorzugt an dem anderen, der Reibschneide abgewandten Ende des Stollens angeordnet und eilt somit der Reibschneide nach.
Vorzugsweise ist der Außendurchmesser des Bohrwerkzeugs axial unmittelbar vor der Reibstufe reduziert, sodass hier kein Kontakt mit der Wandung einer bearbeiteten Bohrung gegeben ist. Der Außendurchmesser des Bohrwerkzeugs springt also unmittelbar axial vor der Reibstufe zurück, sodass hier eine Freistellung verwirklicht ist. Auf diese Weise kann die Reibung des Bohrwerkzeugs in der Bohrung reduziert und zugleich die Effizienz der Bearbeitung der Bohrungswandung durch die Reibstufe verbessert werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bohrwerkzeug eine Senkstufe mit wenigstens zwei Senkschneiden aufweist, die – in Längsrichtung gesehen – in einem endlichen, das heißt insbesondere von Null verschiedenen, Abstand von den Schneidecken der Spitze angeordnet ist. Dabei ist die Senkstufe bevorzugt axial hinter der Reibstufe – das heißt der Spitze abgewandt – angeordnet. Beim Einfahren des Bohrwerkzeugs in ein bearbeitetes Werkstück tritt also zunächst die Spitze in Kontakt mit dem Material des Werkstücks, danach bevorzugt – wenn sie vorgesehen ist – die Reibstufe, und dann anschließend die Senkstufe. Die Senkschneiden weisen insbesondere einen Flugkreis auf, dessen Durchmesser größer ist als der Bearbeitungsdurchmesser im Bereich der Spitze und vorzugsweise größer als der Durchmesser des Flugkreises der Reibstufe, sodass mittels der Senkstufe eine Senkung an der hergestellten Bohrung erzeugt werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bohrwerkzeug axial vor der Senkstufe und axial hinter der Spitze einen Führungsbereich aufweist, der eingerichtet ist zur Führung des Bohrwerkzeugs in einer Bohrung. Der Führungsbereich ist also insbesondere zwischen der Spitze und der Senkstufe – in axialer Richtung – angeordnet, bevorzugt zwischen der Reibstufe und der Senkstufe. Es ist möglich, dass axial vor dem Führungsbereich, besonders bevorzugt unmittelbar vor dem Führungsbereich eine zweite Reibstufe angeordnet ist. In diesem Fall ergibt sich folgende axiale Reihenfolge der verschiedenen Geometrien aus Sicht eines bearbeiteten Werkstücks: Zunächst kommt die Spitze, dann folgt bevorzugt die erste Reibstufe, danach folgt bevorzugt die zweite Reibstufe, an diese schließt sich der Führungsbereich an, an den sich wiederum die Senkstufe anschließt. Der Führungsbereich ist bevorzugt als eine Art Führungszapfen ausgebildet, der sich in dem von der Bohrerspitze und/oder von den Reibschneiden erzeugten Bohrung abstützt. Der Durchmesser des Bohrwerkzeugs in dem Führungsbereich ist bevorzugt minimal kleiner als derjenige der Reibstufe, insbesondere der ersten und/oder der zweiten Reibstufe, wobei er bevorzugt von mindestens 5 µm bis höchstens 10 µm, vorzugsweise 8 µm kleiner ist als der Durchmesser des Flugkreises der größten vorhandenen Reibstufe, oder – wenn keine Reibstufe vorhanden ist – des Flugkreises der Schneidecken an der Spitze. Der Führungsbereich weist also einen Außendurchmesser auf, der minimal kleiner ist als ein größter Bearbeitungsdurchmesser des Bohrwerkzeugs axial vor dem Führungsbereich. Vorzugsweise ist der Außendurchmesser des Führungsbereichs über einen Bereich endlicher axialer Erstreckung des Bohrwerkzeugs konstant, sodass in dem Führungsbereich eine besonders verlässliche und sichere Führung des Bohrwerkzeugs erreicht wird.
Generell zeigt sich, dass bei dem hier vorgeschlagenen Bohrwerkzeug Kontaktflächen im Bereich der Spitze minimiert sind, wobei axial hinter der Spitze zusätzliche Führungsflächen vorgesehen sein können. Auf diese Weise wird insbesondere der Wärmeeintrag im Bereich der Spitze des Bohrwerkzeugs minimiert, wobei aber zugleich an Stellen, die bezüglich des Wärmeeintrags weniger kritisch sind als die Spitze, eine sichere und stabile Führung erreicht wird. Insgesamt stellt dies einen Kompromiss aus dem Erfordernis einer guten Führung des Bohrwerkzeugs in einer Bohrung einerseits und einer verminderten Reibung sowie eines verminderten Wärmeeintrags in das Bohrwerkzeug andererseits dar.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Außendurchmesser des Bohrwerkzeugs zwischen dem Führungsbereich und der Senkstufe verringert ist. Besonders bevorzugt verjüngt sich der Außendurchmesser des Bohrwerkzeug in Richtung von dem Führungsbereich zu der Senkstufe hin. Hierdurch wird eine Freistellung von der Bohrungswandung zwischen dem Führungsbereich und der Senkstufe geschaffen. Dies ist besonders vorteilhaft bei der Bearbeitung mehrschichtiger Materialien, wobei das Bohrwerkzeug insbesondere zuerst in eine weichere Schicht eindringt und anschließend eine härtere Schicht bearbeitet. Das weiche Material, insbesondere weicheres Aluminium oder eine weichere Aluminiumlegierung, neigt zum Schmieren, wodurch es zu einer Abstützung des Bohrwerkzeugs wenig geeignet ist. Das Bohrwerkzeug kann sich nun mit dem Führungsbereich in dem festeren Werkstoff, insbesondere in festerem Aluminium oder einer festeren Aluminiumlegierung abstützen, während die Senkstufe das weichere Material bearbeitet, wobei aufgrund der Freistellung zwischen dem Führungsbereich und der Senkstufe keine Abstützung des Bohrwerkzeugs an dem weicheren Material gegeben ist, sodass hier kein Schmieren auftritt.
Es ist möglich, dass das Bohrwerkzeug mehr als zwei Hauptschneiden, vorzugsweise drei Hauptschneiden aufweist. Entsprechend ist es zusätzlich oder alternativ möglich, dass das Bohrwerkzeug mehr als zwei Reibschneiden, insbesondere drei Reibschneiden, und/oder mehr als zwei Senkschneiden, insbesondere drei Senkschneiden, aufweist.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Verfahren zum Herstellen einer Bohrung insbesondere in einem Leichtmetall-Material geschaffen wird. Dabei wird eine Bohrung mit einem Bohrwerkzeug nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele hergestellt, wobei die Bohrung mit diesem Bohrwerkzeug trocken hergestellt wird. Bei der Herstellung der Bohrung wird demnach insbesondere keinerlei Kühl- und/oder Schmiermittel verwendet. Wie bereits angedeutet, ist hierzu das zuvor beschriebene Bohrwerkzeug in besonderer Weise ausgestaltet und geeignet. In Zusammenhang mit dem Verfahren ergeben sich daher insbesondere auch die Vorteile, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem Bohrwerkzeug erläutert wurden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine erste Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Bohrwerkzeugs;
2 eine zweite, gegenüber der ersten Seitenansicht um die Längsachse des Bohrwerkzeugs gedrehte Seitenansicht des Bohrwerkzeugs gemäß 1;
3 eine erste Detailansicht des Bohrwerkzeugs gemäß den 1 und 2;
4 eine zweite, gegenüber der ersten Detailansicht um die Längsachse des Bohrwerkzeugs gedrehte Detailansicht des Bohrwerkzeugs gemäß den 1 bis 3, und
5 eine stirnseitige Draufsicht auf das Ausführungsbeispiels des Bohrwerkzeugs gemäß den 1 bis 4.
1 zeigt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Bohrwerkzeugs 1, insbesondere eines Spiralbohrers, welches eingerichtet ist zur insbesondere trockenen Herstellung von Bohrungen in Leichtmetall-Materialien. Das Bohrwerkzeug 1 weist eine Spitze 3 auf, an der wenigstens zwei, hier genau zwei, geometrisch definierte Hauptschneiden, nämlich eine erste Hauptschneide 5 sowie eine zweite Hauptschneide 7 angeordnet sind. Jeder der Hauptschneiden 5, 7 ist jeweils eine Nebenschneide 9, 11 sowie jeweils eine erste Hauptfreifläche 13, 15 zugeordnet.
An jede der zwei Nebenschneiden 9, 11 schließt sich – in Umfangsrichtung gesehen – jeweils eine Nebenfreifläche 17, 19 an, wobei den Nebenfreiflächen 17, 19 im Bereich der Spitze 3 jeweils eine Rundschlifffase mit einer Breite von mindestens 0 % bis höchstens 5 % des Bearbeitungsdurchmessers des Bohrwerkzeugs 1 im Bereich der Spitze 3, bevorzugt von mindestens 1 % bis höchstens 5 %, bevorzugt von mindestens 2,5 % bis höchstens 3,5 %, insbesondere von mindestens 0 mm bis höchstens 0,2 mm, zugeordnet ist. Eine der Rundschlifffasen 21 ist in 2 dargestellt.
Das Bohrwerkzeug 1 weist zumindest bereichsweise eine Beschichtung auf, wobei die Beschichtung vorzugsweise amorphen Kohlenstoff aufweist oder aus amorphem Kohlenstoff besteht. Insbesondere ist die Beschichtung bevorzugt im Bereich der Spitze 3 vorgesehen, ganz besonders im Bereich der Hauptschneiden 5, 7. Es ist aber auch möglich, dass das Bohrwerkzeug 1 insgesamt, zumindest in einem Bearbeitungsabschnitt 23 beschichtet ist. Der Bearbeitungsabschnitt 23 erstreckt sich insbesondere bis zu einem Einspannschaft 25, mit dem das Bohrwerkzeug 1 in für sich genommen bekannter Weise in ein Spannfutter eingespannt werden kann.
Das Bohrwerkzeug 1 weist einen Grundkörper 27 auf, der bevorzugt ein Hartmetall aufweist oder aus einem Hartmetall besteht, wobei als Hartmetall insbesondere Wolframcarbid-Cobalt infrage kommt. Auf den Grundkörper 27 ist bevorzugt zumindest bereichsweise eine mehrschichtige Beschichtung aufgebracht. Insbesondere ist vorzugsweise zwischen dem Grundkörper 27 und einer äußeren Schicht, die amorphen Kohlenstoff aufweist oder aus amorphem Kohlenstoff besteht, eine innere Schicht angeordnet, die ein keramisches Material, vorzugsweise Chromnitrid aufweist oder aus einem keramischen Material wie Chromnitrid besteht. Besonders bevorzugt ist zwischen dem Grundkörper und der inneren Schicht eine innerste Schicht angeordnet, welche ein metallisches Material, vorzugsweise Chrom, aufweist, oder aus einem metallischen Material wie beispielsweise Chrom besteht.
Das Bohrwerkzeug 1 weist eine Reibstufe 29 mit wenigstens zwei, hier genau zwei Reibschneiden 31, 33 auf, wobei die Reibstufe 29 und insbesondere die Reibschneiden 31, 33 – in Richtung einer Längsachse L des Bohrwerkzeugs 1 gesehen – in einem Abstand von einem axial äußersten Punkt der Spitze 3 von mindestens 50 % bis höchstens 100 % des Bearbeitungsdurchmessers des Bohrwerkzeugs 1 im Bereich der Spitze 3, insbesondere in einem Abstand von mindestens 40 % bis höchstens 90 % des Bearbeitungsdurchmessers von den Schneidecken 35, 37 aus gemessen, angeordnet ist/sind. Die Schneidecken 35, 37 werden dabei gebildet von den Hauptschneiden 5, 7 einerseits und den Nebenschneiden 9, 11 andererseits, wobei die Schneidecken 35, 37 insbesondere im Bereich gegebenenfalls gedachter Schnittpunkte zwischen den einander zugeordneten Hauptschneiden 5, 7 und den Nebenschneiden 9, 11 angeordnet sind beziehungsweise einen Übergangsort zwischen den Hauptschneiden 5, 7 und den ihnen jeweils zugeordneten Nebenschneiden 9, 11 bilden. Der axial äußerste Punkt der Spitze 3 ist insbesondere im Bereich einer Querschneide des Bohrwerkzeugs 1 angeordnet.
Jeder Reibschneide 31, 33 ist eine Führungsfase zugeordnet, wobei in 2 eine der ersten Reibschneide 31 zugeordnete, erste Führungsfase 39 und in 1 eine der zweiten Reibschneide 31 zugeordnete, zweite Führungsfase 41 dargestellt ist. Die Führungsfasen 39, 41 eilen der ihnen jeweils zugeordneten Reibschneide 31, 33 – in Umfangsrichtung gesehen – mit einem endlichen, das heißt von Null verschiedenen Abstand nach. Insbesondere ist hier beispielsweise die zweite Reibschneide 33 an einem Stollen 43 des Bohrwerkzeugs 1 an einem ersten Ende 45 angeordnet, wobei die zweite Führungsfase 41 an einem zweiten, dem ersten Ende 45 – in Umfangsrichtung gesehen – abgewandten Ende 47 des Stollens 43 angeordnet ist. Entsprechendes gilt analog für die erste Reibschneide 31 und die erste Führungsfase 39, die an einem anderen Stollen von zwei Stollen des Bohrwerkzeugs 1 angeordnet sind.
Das Bohrwerkzeug 1 weist auch eine Senkstufe 49 mit wenigstens zwei, hier genau zwei Senkschneiden auf, wobei in 1 eine erste Senkschneide 51 und in 2 zusätzlich eine zweite Senkschneide 53 dargestellt sind. Die Senkstufe 49 ist – in Längsrichtung des Bohrwerkzeugs 1 gesehen – von den Schneidecken 35, 37 beabstandet und hier insbesondere axial hinter der Reibstufe 29 – das heißt entgegen einer Vorschubrichtung des Bohrwerkzeugs 1 ausgehend von der Reibstufe 29 nach hinten versetzt – angeordnet.
Das Bohrwerkzeug 1 weist axial vor der Senkstufe 49 und axial hinter der Spitze 3, vorzugsweise zwischen der Spitze 3 und der Senkstufe 49 und insbesondere zwischen der Reibstufe 29 und der Senkstufe 49 einen Führungsbereich 55 auf, der eingerichtet ist zur Führung des Bohrwerkzeugs 1 in einer mittels dem Bohrwerkzeug 1 bearbeiteten Bohrung. Bevorzugt ist axial vor dem Führungsbereich 55 und insbesondere axial hinter der Reibstufe 29 noch eine zusätzliche Reibstufe 57 angeordnet.
Das Bohrwerkzeug 1 weist in dem Führungsbereich 55 bevorzugt einen Außendurchmesser auf, der nur minimal kleiner ist als ein größter Außendurchmesser des Bohrwerkzeugs 1 axial vor dem Führungsbereich 55, insbesondere also minimal kleiner als der größte Flugkreisdurchmesser von axial vor dem Führungsbereich 55 angeordneten Schneiden, wobei dieser größte Außendurchmesser insbesondere ausgewählt ist aus dem Bearbeitungsdurchmesser im Bereich der Spitze 3, dem Flugkreisdurchmesser der Reibstufe 29 oder dem Flugkreisdurchmesser der zusätzlichen Reibstufe 57. Der Außendurchmesser 55 ist insbesondere von 5 µm bis höchstens 10 µm, vorzugsweise 8 µm kleiner als der größte Außendurchmesser axial vor dem Führungsbereich 55. Der Führungsbereich 55 ist insbesondere als eine Art Führungszapfen ausgebildet, wobei der Außendurchmesser des Bohrwerkzeugs 1 bevorzugt über einen bestimmten axialen Bereich des Bohrwerkzeugs 1 in dem Führungsbereich 55 konstant ist.
Zwischen dem Führungsbereich 55 und der Senkstufe 49 verringert sich der Außendurchmesser des Bohrwerkzeugs 1, wobei er insbesondere in Richtung von dem Führungsbereich 55 zu der Senkstufe 49 hin gesehen verjüngt ist, hier nämlich in einem Verjüngungsbereich 59.
2 zeigt eine zweite, im Vergleich zu der Darstellung gemäß 1 um die Längsachse L gedrehte Darstellung des Ausführungsbeispiels des Bohrwerkzeugs 1 gemäß 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Besonders deutlich erkennbar ist hier insbesondere die der zweiten Nebenfreifläche 19 zugeordnete Rundschlifffase 21, die der ersten Reibschneide 31 zugeordnete, erste Führungsfase 39 sowie die zweite Senkschneide 53.
3 zeigt eine erste Detaildarstellung des Ausführungsbeispiels des Bohrwerkzeugs 1 gemäß den 1 und 2. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Hier wird insbesondere deutlich, dass die Spitze 3 in einem radial äußeren, den Schneidecken 35, 37 zugewandten Bereich einen ersten Spitzenwinkel α von mindestens 125° bis höchstens 180°, vorzugsweise von mindestens 140° bis höchstens 180° aufweist. Bevorzugt ist weiter vorgesehen, dass das Bohrwerkzeug 1 in einem radial inneren Bereich zu einem Zentrum 61 der Spitze 3 hin einen zweiten Spitzenwinkel β von mindestens 110° bis höchstens 150° aufweist.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die wenigstens zwei Hauptschneiden 5, 7 jeweils einen ersten Hauptschneidenbereich 63, 65 in dem radial äußeren Bereich der Spitze 3 und jeweils einen zweiten Hauptschneidenbereich 67, 69 in dem radial inneren Bereich der Spitze 3 auf, wobei die ersten Hauptschneidenbereiche 63, 65 den ersten Spitzenwinkel α von mindestens 125° bis höchsten 180° aufweisen, wobei die zweiten Hauptschneidenbereiche 67, 69 den zweiten Spitzenwinkel β von mindestens 110° bis höchstens 150° aufweisen. Die Hauptschneiden 5, 7 weisen also jeweils zwei sich in axialer Richtung linear erstreckende Hauptschneidenbereiche 63, 67, 65, 69 auf, die verschiedene Steigungen aufweisen und einen Winkel miteinander einschließen. Dabei ist im Bereich des Zentrums 61 des Bohrwerkzeugs 1 quasi eine Zentrierspitze ausgebildet.
Alternativ zu der hier dargestellten Ausgestaltung ist es möglich, dass sich der Spitzenwinkel kontinuierlich ausgehend von dem Zentrum 61 bis zu den Schneidecken 35, 37 vergrößert. Die hier angegebenen Werte für den ersten Spitzenwinkel α und den zweiten Spitzenwinkel β sind dann insbesondere Grenzwerte, die in dem äußeren und dem inneren Randbereich der Hauptschneiden 5, 7 erreicht werden. Die Hauptschneiden 5, 7 weisen dann – in axialer Richtung gesehen – einen gekrümmten Verlauf auf.
Bevorzugt beträgt der erste Spitzenwinkel α mindestens 140° bis höchstens 180°. Der zweite Spitzenwinkel β beträgt bevorzugt mindestens 135° bis 145°, besonders bevorzugt 140°.
4 zeigt eine zweite Detaildarstellung des Ausführungsbeispiels des Bohrwerkzeugs 1 gemäß den 1 bis 3. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. In 4 ist dargestellt, dass das Bohrwerkzeug 1 bevorzugt einen Seitenspanwinkel γ aufweist, der mindestens 15° bis höchstens 40° beträgt. Bevorzugt beträgt der Seitenspanwinkel γ mindestens 25° bis höchstens 35°. Bei der Herstellung einer Bohrung können heiße Späne somit schnell von den Schneidecken 35, 37 abfließen.
5 zeigt eine stirnseitige Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel des Bohrwerkzeugs 1 gemäß den 1 bis 4. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei wird hier insbesondere deutlich, dass bevorzugt die ersten Hauptfreiflächen 13, 15 eine Breite B von mindestens 3 % bis höchstens 10 %, vorzugsweise von höchstens 5 %, besonders bevorzugt von mindestens 4 % bis höchstens 5 %, des Bearbeitungsdurchmessers des Bohrwerkzeugs 1 im Bereich der Spitze 3 aufweisen, wobei der Bearbeitungsdurchmesser durch den Flugkreis der Schneidecken 35, 37 definiert ist. Somit entsteht bereits beim Schneidvorgang, mithin beim Bohren, vergleichsweise wenig Wärme im Bereich der ersten Freiflächen 13, 15, wobei zugleich der Wärmeübergang in das Bohrwerkzeug 1 verringert ist, weil die ersten Hauptfreiflächen 13, 15 sehr schmal ausgebildet sind.
Anhand von 5 zeigt sich auch noch, dass das Bohrwerkzeug 1 bevorzugt einen radialen Spanwinkel δ von mindestens 10° bis höchstens 20° aufweist. Dieser wird insbesondere dadurch erzielt, dass die Hauptschneiden 5, 7 insbesondere in den ersten Hauptschneidenbereichen 63, 65 eine entgegen einer in 5 durch einen Pfeil P dargestellten, bestimmungsgemäßen Drehrichtung des Bohrwerkzeugs 1 beim Herstellen einer Bohrung ausgerichtete Ausbuchtung 71, 73 aufweisen. Aufgrund des radialen Spanwinkels δ und insbesondere der Ausbuchtungen 71, 73 werden die an den Hauptschneiden 5, 7 gebildeten Späne sehr stark von der Scherzone weggezogen, sodass weniger Wärme in die Schneiden 5, 7 eingeleitet wird.
Aufgrund der hier dargelegten Merkmale – einzeln, aber insbesondere auch in Kombination miteinander – ist das Bohrwerkzeug 1 in besonderer Weise eingerichtet zur trockenen Herstellung einer Bohrung in Leichtmetall-Materialien. Insbesondere ist vorgesehen, beim Herstellen einer Bohrung mit dem Bohrwerkzeug 1 trocken zu arbeiten, wobei keinerlei Kühl- und/oder Schmiermittel verwendet wird.
Insbesondere in 5 zeigt sich zwar noch, dass das hier dargestellte Ausführungsbeispiel des Bohrwerkzeugs 1 Kühl-/Schmiermittelkanäle 75, 77 aufweisen kann, sodass es gegebenenfalls auch zum Bohren unter Verwendung von Kühl-/Schmiermittel eingesetzt werden kann. Dies ist aber keinesfalls nötig. Vielmehr wird das Bohrwerkzeug 1 besonders bevorzugt zur trockenen Herstellung von Bohrungen, insbesondere in Leichtmetall-Materialien, eingesetzt. Es wird daher auch ein Ausführungsbeispiel des Bohrwerkzeugs 1 bevorzugt, welches keine Kühl-/Schmiermittelkanäle aufweist, mithin frei von Kühl-/Schmiermittelkanälen ist.
Insgesamt zeigt sich, dass mit dem hier vorgeschlagenen Bohrwerkzeug 1 eine vollständig trockene Herstellung von Bohrungen insbesondere in Leichtmetall-Materialien möglich ist, sodass deren Reinigung nach der mechanischen Bearbeitung entfallen kann. Hierdurch kann die Herstellung auch großer Leichtmetall-Bauteile, wie sie beispielsweise in der Flugzeugindustrie typisch sind, weniger aufwändig, kostengünstiger und weniger zeitintensiv erfolgen.

Claims

Bohrwerkzeug (1) zur vorzugsweise trockenen Herstellung von Bohrungen insbesondere in Leichtmetall-Materialien, mit – einer Spitze (3), an der wenigstens zwei geometrisch definierte Hauptschneiden (5, 7) angeordnet sind, wobei – jeder Hauptschneide (5, 7) jeweils eine Nebenschneide (9, 11) und jeweils eine erste Hauptfreifläche (13, 15) zugeordnet sind, wobei a) die Spitze (3) in einem radial äußeren Bereich einen Spitzenwinkel (α) von mindestens 125° bis höchstens 180° aufweist, und/oder wobei b) ein Seitenspanwinkel (γ) des Bohrwerkzeugs (1) mindestens 15° bis höchstens 40° beträgt, und/oder wobei c) wenigstens eine erste Hauptfreifläche (13, 15) der wenigstens zwei ersten Hauptfreiflächen (13, 15) eine Breite (B) von mindestens 3% bis höchstens 10% eines Bearbeitungsdurchmessers des Bohrwerkzeugs (1) im Bereich der Spitze (3) aufweist.
Bohrwerkzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (3) in einem radial inneren Bereich einen Spitzenwinkel (β) von mindestens 110° bis höchstens 150° aufweist.
Bohrwerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) die wenigstens zwei Hauptschneiden (5, 7) jeweils einen ersten Hauptschneidenbereich (63, 65) in dem radial äußeren Bereich der Spitze (3) und jeweils einen zweiten Hauptschneidenbereich (67, 69) in dem radial inneren Bereich der Spitze (3) aufweisen, wobei die ersten Hauptschneidenbereiche (63, 65) einen Spitzenwinkel (α) von mindestens 125° bis höchstens 180° aufweisen, wobei die zweiten Hauptschneidenbereiche (67, 69) einen Spitzenwinkel (β) von mindestens 110° bis höchstens 150° aufweisen, oder dass b) der Spitzenwinkel (α, β) sich kontinuierlich ausgehend von einem Zentrum (61) der Spitze (3) bis zu den Hauptschneiden (5, 7) jeweils zugeordneten Schneidecken (35, 37) vergrößert.
Bohrwerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrwerkzeug (1) einen radialen Spanwinkel (δ) von mindestens 10° bis höchstens 20° aufweist.
Bohrwerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Spitzenwinkel (α) in dem radial äußeren Bereich mindestens 140° bis höchstens 180° beträgt, und/oder dass b) der Spitzenwinkel (β) in dem radial inneren Bereich mindestens 135° bis höchstens 145°, vorzugsweise 140°, beträgt, und/oder dass c) der Seitenspanwinkel (γ) mindestens 25° bis höchstens 35° beträgt, und/oder dass d) die Breite (B) der wenigstens einen ersten Hauptfreifläche (13, 15) der wenigstens zwei ersten Hauptfreiflächen (13, 15) höchstens 5%, vorzugsweise mindestens 4% bis höchstens 5%, des Bearbeitungsdurchmessers des Bohrwerkzeugs (1) im Bereich der Spitze (3) beträgt.
Bohrwerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an jede der wenigstens zwei Nebenschneiden (9, 11) – in Umfangsrichtung gesehen – jeweils eine Nebenfreifläche (17, 19) anschließt, wobei den Nebenfreiflächen (17, 19) im Bereich der Spitze (3) jeweils eine Rundschlifffase (21) mit einer Breite von mindestens 0 % bis höchstens 5 % des Bearbeitungsdurchmessers des Bohrwerkzeugs im Bereich der Spitze, bevorzugt von mindestens 1 % bis höchstens 5 %, bevorzugt von mindestens 2,5 % bis höchstens 3,5 %, insbesondere von mindestens 0 mm bis höchstens 0,2 mm, zugeordnet ist.
Bohrwerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrwerkzeug (1) zumindest bereichsweise eine Beschichtung aufweist, wobei die Beschichtung vorzugsweise amorphen Kohlenstoff aufweist oder aus amorphem Kohlenstoff besteht.
Bohrwerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrwerkzeug (1) einen Grundkörper (27) aufweist, der vorzugsweise ein Hartmetall aufweist oder aus einem Hartmetall besteht, wobei auf den Grundkörper (27) zumindest bereichsweise eine mehrschichtige Beschichtung aufgebracht ist, wobei bevorzugt zwischen dem Grundkörper (27) und einer äußeren Schicht, die amorphen Kohlenstoff aufweist oder aus amorphem Kohlenstoff besteht, eine innere Schicht angeordnet ist, die ein keramisches Material, vorzugsweise Chromnitrid, aufweist, oder aus einem keramischen Material besteht, wobei besonders bevorzugt zwischen dem Grundkörper (27) und der inneren Schicht eine innerste Schicht angeordnet ist, welche ein metallisches Material, vorzugsweise Chrom, aufweist, oder aus einem metallischen Material besteht.
Bohrwerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrwerkzeug (1) eine Reibstufe (29) mit wenigstens zwei Reibschneiden (31, 33) aufweist, die – in Längsrichtung des Bohrwerkzeugs (1) gesehen – in einem endlichen Abstand von vorzugsweise mindestens 50% bis höchstens 100% des Bearbeitungsdurchmessers des Bohrwerkzeugs (1) im Bereich der Spitze (3) von einem axial äußersten Punkt der Spitze (3) angeordnet ist.
Bohrwerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Reibschneide (31, 33) eine Führungsfase (39, 41) zugeordnet ist, welche der zugeordneten Reibschneide (31, 33) – in Umfangsrichtung gesehen – mit einem endlichen Abstand nacheilt.
Bohrwerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrwerkzeug (1) eine Senkstufe (49) mit wenigstens zwei Senkschneiden (51, 53) aufweist, die – in Längsrichtung gesehen – in einem endlichen Abstand von den Hauptschneiden (5, 7) zugeordneten Schneidecken (35, 37) der Spitze (3) und vorzugsweise axial hinter der Reibstufe (29) angeordnet ist.
Bohrwerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrwerkzeug (1) axial vor der Senkstufe (49) und axial hinter der Spitze (3) einen Führungsbereich (55) aufweist, der eingerichtet ist zur Führung des Bohrwerkzeugs (1) in einer Bohrung.
Bohrwerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außendurchmesser des Bohrwerkzeugs (1) zwischen dem Führungsbereich (55) und der Senkstufe (49) verringert, insbesondere in Richtung von dem Führungsbereich (55) zu der Senkstufe (49) hin gesehen verjüngt ist.
Verfahren zum Herstellen einer Bohrung, insbesondere in einem Leichtmetall-Material, dadurch gekennzeichnet, dass – zum Herstellen der Bohrung ein Bohrwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 verwendet wird, und dass – die Bohrung mit dem Bohrwerkzeug (1) trocken hergestellt wird.