DE102020120922B4

DE102020120922B4 - Drehschneidwerkzeug mit verbesserter Fluidabgabe

Info

Publication number: DE102020120922B4
Application number: DE102020120922.3A
Authority: DE
Inventors: Ruy Frota de Souza Filho; Xiangdong D. Fang; Iranna Shidrameshetra
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2020-08-07
Publication date: 2023-10-12
Anticipated expiration: 2040-08-08
Also published as: US20210316376A1; US20210053128A1; DE102020120922A1; CN112404526A

Abstract

Drehschneidwerkzeug, umfassend:einen Hauptkörper (17);einen Schaftabschnitt (14) mit einem hinteren Ende (15);einen Nutenabschnitt (16) mit einem vorderen Ende (13) mit einer oder mehreren Flanken (30, 32, 34), wobei der Nutenabschnitt (16) eine Vielzahl von durch Nocken (20) getrennten Nuten (18) aufweist, wobei der Nutenabschnitt (16) einstückig und in axialer Richtung des Hauptkörpers (17) an den Schaftabschnitt (14) angrenzend ist;eine zentrale Fluidbohrung (26), die sich entlang einer zentralen Rotationsachse (RA) vom hinteren Ende (15) durch den Schaftabschnitt (14), teilweise in den Nutenabschnitt (16) erstreckt und in einem vorbestimmten Abstand(DT) vom vorderen Ende (13) endet;eine oder mehrere verbindende Fluidbohrung(en) (26a, 26b, 26c), die in Fluidverbindung mit der zentralen Fluidbohrung (26) stehen und an einer Flanke (30, 32, 34) am vorderen Ende (13) des Nutenabschnitts (16) enden, um einer oder mehreren Schneidkanten (12) des Nutenabschnitts (16) Fluid zuzuführen, undeine oder mehrere verdrillte Fluidbohrung(en) (27, 28, 29), die sich vom hinteren Ende (15) durch den Schaftabschnitt (14) und durch einen Nocken (20) im Nutenabschnitt (16) erstrecken und in einer Flanke am vorderen Ende (13) des Nutenabschnitts (16) enden, um einer oder mehreren Schneidkanten (12) des Nutenabschnitts (16) Fluid zuzuführen,wobei eine Querschnittsfläche der zentralen Kühlmittelfluidbohrung größer ist als eine Querschnittsfläche von einer oder mehreren der verdrillten Fluidbohrungen (27, 28, 29);wobei die zentrale Kühlmittelfluidbohrung eine nicht-kreisförmige Querschnittsform aufweist; undwobei jede der verdrillten Fluidbohrungen (27, 28, 29) eine nicht-kreisförmige Querschnittsform aufweist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Im Allgemeinen bezieht sich die Erfindung auf ein Drehschneidwerkzeug und im Besonderen auf ein Drehschneidwerkzeug mit einer primären, zentralen Fluidbohrung und einer sekundären Fluidbohrung für jede Nut, wobei jede Bohrung eine Querschnittsform aufweist, die so gewählt ist, dass sie eine verbesserte Fluidabgabe ermöglicht.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Materialabtragungsoperationen können Wärme an der Schnittstelle zwischen dem Schneideinsatz und dem Werkstück erzeugen. Typischerweise ist es vorteilhaft, Kühlmittel in der Nähe der Schnittstelle zwischen Schneideinsatz und Werkstück bereitzustellen. Auch wenn einige bekannte Anordnungen Kühlmittel liefern, ist es nach wie vor höchst wünschenswert, ein Drehschneidwerkzeug, wie z. B. einen Bohrer und dergleichen, bereitzustellen, das auf effiziente Weise Fluid an die Schnittstelle zwischen Schneidwerkzeug und Werkstück liefert, ohne die Leistung und Eigenschaften, wie z. B. die Torsionssteifigkeit und dergleichen, des Schneidwerkzeugs wesentlich zu verändern. Daher besteht die Notwendigkeit, einen verbesserten Fluidfluss bereitzustellen, ohne die Leistung und die Eigenschaften des Drehschneidwerkzeugs wesentlich zu verändern. Aus der DE 202 19 824 U1 ist ein drehangetriebenes Zerspanungswerkzeug bekannt, dessen Stege mit einer Hauptschneide und einem Innenkühlkanal ausgebildet sind, der sich durch das Werkzeug erstreckt, wobei eine Mindestwanddicke zwischen Innenkühlkanal und Bohreraußenumfang, zwischen Innenkühlkanal und Spanfläche und zwischen Innenkühlkanal und Spanfreifläche vorgesehen ist.
Aus der DE 20 2009 002 995 U1 ist ein maschinelles Schneidwerkzeug, mit Kühlmittelkanälen bekannt, die sich in Längsrichtung durch das Schneidwerkzeug hindurch bis zur Stirnseite eines Schneidbereichs erstrecken, wobei jeder Schneide wenigstens zwei Kühlmittelkanäle zugeordnet sind.
Aus der DE 20 2018 104 291 U1 ist ein Bohrwerkzeug bekannt, welches mit einer an der Rotationsachse verlaufenden Fluidleitung versehen ist, von der sich ein Auslasskanal mit einem bestimmten Winkel zur Rotationsachse weg erstreckt.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Das Problem der Verbesserung der Fluidabgabe in einem Drehschneidwerkzeug wird gelöst, indem eine zentrale Fluidbohrung und eine zusätzliche Fluidbohrung für jede Nut vorgesehen werden, wobei die zentrale Fluidbohrung eine größere Querschnittsfläche als die verdrillte Fluidbohrung in jeder Nut aufweist.
Die Fluiddurchflussrate kann erheblich verbessert werden, wenn Fluidbohrungen strategisch in Bereichen mit geringer Belastung platziert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, die zentrale Bohrungsgröße und -form (rund, länglich, dreilappig) zu definieren und dann ein oder mehrere Bohrungen für jede Nut hinzuzufügen, die sich in ihrer Form an belastungsarme Bereiche des Bohrers anpassen. Die Prinzipien der Erfindung können auf modulare oder indexierbare Bohrer angewandt werden, indem die zentrale Hauptfluidbohrung mit den peripheren durch Querbohrungen oder 3D-Druck verbunden wird. Eine additive Fertigung würde es auch ermöglichen, die Prinzipien der Erfindung auf Hartmetallbohrer anzuwenden.
In einem Aspekt umfasst ein Drehschneidwerkzeug einen Hauptkörper, einen Schaftabschnitt mit einem hinteren Ende und einen Nutenabschnitt mit einem vorderen Ende mit einer oder mehreren Flanken. Der Nutenabschnitt hat eine Vielzahl von Nuten, die durch Nocken getrennt sind. Der Nutenabschnitt ist einstückig und grenzt in axialer Richtung des Hauptkörpers an den Schaftabschnitt. Eine zentrale Fluidbohrung erstreckt sich entlang einer zentralen Rotationsachse, RA, vom hinteren Ende durch den Schaftabschnitt, teilweise in den Nutenabschnitt und endet in einem vorbestimmten Abstand, DT, vom vorderen Ende. Eine oder mehrere verbindende Fluidbohrung(en) stehen in Fluidverbindung mit der zentralen Fluidbohrung und enden an einer Flanke am vorderen Ende des Nutenabschnitts, um eine oder mehrere Schneidkanten des Nutenabschnitts mit Fluid zu versorgen. Eine oder mehrere verdrillte Fluidbohrung(en) erstrecken sich vom hinteren Ende durch den Schaftabschnitt durch einen Nocken im Nutenabschnitt und enden an einer Flanke am vorderen Ende des Nutenabschnitts zur Zufuhr von Fluid zu einer oder mehreren Schneidkanten des Nutenabschnitts. Eine Querschnittsfläche der zentralen Kühlmittelfluidbohrung ist größer als eine Querschnittsfläche einer oder mehrerer der verdrillten Fluidbohrungen. Die zentrale Kühlmittelfluidbohrung hat eine nicht-kreisförmige Querschnittsform; und jede der verdrillten Fluidbohrungen hat eine nicht-kreisförmige Querschnittsform.
Unter einem anderen Aspekt umfasst ein Drehschneidwerkzeug einen Hauptkörper, einen Schaftabschnitt mit einem hinteren Ende und einen Nutenabschnitt mit einem vorderen Ende mit einer oder mehreren Flanken. Der Nutenabschnitt hat eine oder mehrere Nuten, die durch Nocken getrennt sind. Der Nutenabschnitt ist einstückig und grenzt in axialer Richtung des Hauptkörpers an den Schaftabschnitt. Der Nutenabschnitt beinhaltet einen Taschenabschnitt zur Aufnahme eines Schneideinsatzes. Eine zentrale Fluidbohrung erstreckt sich entlang einer zentralen Rotationsachse, RA, vom hinteren Ende durch den Schaftabschnitt, teilweise in den Nutenabschnitt und endet in einem vorbestimmten Abstand, DC, von einer Grundfläche des Schneideinsatzes. Eine oder mehrere verbindende Fluidbohrungen stehen in Fluidverbindung mit der zentralen Fluidbohrung und enden an einer Flanke des Schneideinsatzes, um einer oder mehreren Schneidkanten des Schneideinsatzes Fluid zuzuführen. Eine oder mehrere verdrillte Fluidbohrung(en) erstrecken sich vom hinteren Ende durch den Schaftabschnitt, durch einen Nocken im Nutenabschnitt und enden an einer Flanke des Schneideinsatzes, um einer oder mehreren Schneidkanten des Schneideinsatzes Fluid zuzuführen. Eine Querschnittsfläche der zentralen Kühlmittelfluidbohrung ist größer als eine Querschnittsfläche einer oder mehrerer der verdrillten Fluidbohrungen. Die zentrale Kühlmittelfluidbohrung hat eine nicht-kreisförmige Querschnittsform; und jede der verdrillten Fluidbohrungen hat eine nicht-kreisförmige Querschnittsform.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Während verschiedene Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht sind, sollten die bestimmten gezeigten Ausführungsformen nicht derart ausgelegt werden, dass sie die Ansprüche begrenzen. Es wird antizipiert, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen ausgeführt werden können, ohne vom Umfang dieser Erfindung abzuweichen.

1 ist eine Vorderansicht eines Drehschneidwerkzeugs, wie z. B. eines Bohrers mit drei Nuten, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ist eine Draufsicht auf den in 1 dargestellten Dreiweg-Nutenbohrer;
3 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht eines Nutenabschnitts des in 1 dargestellten Dreiweg-Nutenbohrers mit insgesamt sechs Öffnungen in den drei Flankenflächen;
4 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht eines weiteren Nutenabschnitts des in 1 dargestellten Dreiweg-Nutenbohrers mit insgesamt drei Öffnungen in den drei Flankenflächen;
5 ist eine Querschnittsansicht eines Dreiweg-Nutenbohrers entlang der Linie X-X von
1, die die Querschnittsform der Variante A mit einer zentralen Fluidbohrung mit einer kreisförmigen Querschnittsform und drei verdrillten Fluidbohrungen mit einer kreisförmigen Querschnittsform gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
6 ist eine Querschnittsansicht eines Dreiweg-Nutenbohrers entlang der Linie X-X von
1, die die Querschnittsform der Variante B mit einer zentralen Fluidbohrung mit einer dreieckigen Querschnittsform und drei verdrillten Fluidbohrungen mit einer länglichen (d. h. nicht-kreisförmigen) Querschnittsform gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung darstellt;
7 ist eine Querschnittsansicht eines Dreiweg-Nutenbohrers entlang der Linie X-X von
1, die die Querschnittsform der Variante C mit einer zentralen Fluidbohrung und drei verdrillten Fluidbohrungen darstellt, wobei alle Bohrungen eine kreisförmige Querschnittsform haben und die zentrale Fluidbohrung einen größeren Durchmesser als die verdrillten Fluidbohrungen gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung aufweist;
8 ist eine Querschnittsansicht eines Dreiweg-Nutenbohrers entlang der Linie X-X von
1, die die Querschnittsform der Variante D mit einer zentralen Fluidbohrung und drei verdrillten Fluidbohrungen darstellt, wobei alle Bohrungen gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung eine kreisförmige Querschnittsform und den gleichen Durchmesser aufweisen;
9 ist eine Querschnittsansicht eines Dreiweg-Nutenbohrers entlang der Linie X-X von
1, die die Querschnittsform der Variante E mit einer zentralen Fluidbohrung mit dreieckiger Querschnittsform und drei verdrillten Fluidbohrungen mit einer „D-förmigen“ (d. h. nicht-kreisförmigen) Querschnittsform gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung darstellt;
10 ist eine Querschnittsansicht eines Dreiweg-Nutenbohrers entlang der Linie X-X von 1, die die Querschnittsform der zentralen Fluidbohrung und der verdrillten Fluidbohrungen des erfindungsgemäßen Bohrers darstellt;
11 ist eine Querschnittsansicht eines Dreiweg-Nutenbohrers entlang der Linie X-X von 1, die die Querschnittsform der zentralen Fluidbohrung und der verdrillten Fluidbohrungen des erfindungsgemäßen Bohrers darstellt;
12 ist eine Querschnittsansicht eines Dreiweg-Nutenbohrers entlang der Linie X-X von 1, die die Querschnittsform der zentralen Fluidbohrung und der verdrillten Fluidbohrungen des erfindungsgemäßen Bohrers darstellt;
13 ist eine Seitenansicht eines Drehschneidwerkzeugs, wie z. B. eines modularen Bohrers mit zwei Nuten, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
14 ist eine Seitenansicht eines Schneideinsatzes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
15 ist eine Unteransicht des Schneideinsatzes von 14;
16 ist eine Querschnittsansicht des Schneideinsatzes entlang der Linie 16-16 von 15.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf 1-4 wird nun ein Drehschneidwerkzeug 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst das Drehschneidwerkzeug 10 einen Bohrer 10, der mit drei Schneidkanten 12 und drei Nuten 18 versehen ist. Der Bohrer 10 beinhaltet zudem einen Schaftabschnitt 14 mit einem hinteren Ende 15 und einen Nutenabschnitt 16 mit einem vorderen Ende 13, die einstückig und in axialer Richtung eines Hauptkörpers 17 nebeneinander angeordnet sind. Das vordere Ende 13 des Bohrers 10 hat eine Schneidspitze 24.
Obwohl das Drehschneidwerkzeug 10 einen Bohrer in der veranschaulichten Ausführungsform umfasst, versteht es sich jedoch, dass die Prinzipien der Erfindung auf jedes beliebige Drehschneidwerkzeug angewendet werden können, bei dem Fluid zwischen der Schnittstelle Schneidwerkzeug/Werkstück zugeführt wird.
Die Beschreibung spezifischer Anwendungen hierin sollte keine Beschränkung des Umfangs und Ausmaßes des Gebrauchs des Schneidwerkzeugs sein.
Die hierin verwendeten Richtungsausdrücke, wie beispielsweise links, rechts, vorne, hinten, oben, unten und Ableitungen davon, beziehen sich auf die Ausrichtung der in den Zeichnungen gezeigten Elemente und schränken die Ansprüche nicht ein, es sei denn, es ist darin ausdrücklich angegeben. Identische Teile sind in allen Zeichnungen mit der gleichen Bezugsnummer versehen.
Die Annäherungssprache, wie sie hierin überall in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, kann angewendet werden, um irgendeine quantitative Darstellung zu modifizieren, die zulässig variieren könnte, ohne in einer Änderung der grundlegenden Funktion zu resultieren, auf die sie sich bezieht. Dementsprechend soll ein Wert, der durch einen Begriff oder Begriffe wie „etwa“, „annähernd“ und „im Wesentlichen“ modifiziert ist, nicht auf den exakten angegebenen Wert begrenzt werden. Zumindest bei einigen Fällen kann die Annäherungssprache der Präzision eines Instruments zum Messen des Werts entsprechen. Hier und in der gesamten Patentschrift und den Ansprüchen können Bereichsgrenzen kombiniert und/oder untereinander ausgetauscht werden und solche Bereiche werden identifiziert und umfassen alle Unterbereiche, die darin enthalten sind, es sei denn, dass Kontext oder Sprache es anderweitig angeben.
Im gesamten Text und den Ansprüchen soll der Gebrauch des Wortes „etwa“ in Bezug auf einen Wertebereich (z. B. „etwa 22 bis 35 Gew.-%“) sowohl die angegebenen hohen als auch niedrigen Werte modifizieren und reflektiert die Penumbra der Variation, die mit Messung, bedeutsamen Stellen und Austauschbarkeit verbunden ist, alles, wie es von einem Durchschnittsfachmann verstanden wird, den diese Erfindung betrifft.
Zum Zwecke dieser Patentschrift (außer in den Betriebsbeispielen) sollen, sofern nicht anders angegeben, alle Zahlen, die Quantitäten und Bereiche von Bestandteilen, Prozessbedingungen usw. ausdrücken, in allen Fällen als durch den Begriff „etwa“ modifiziert verstanden werden. Dementsprechend sind die in dieser Spezifikation und den beigefügten Ansprüchen angegebenen numerischen Parameter Annäherungen, die abhängig von den gewünschten Resultaten variieren können, die mit der vorliegenden Erfindung erlangt werden sollen. Zumindest, und nicht als ein Versuch, die Anwendung der Äquivalenzlehre auf den Umfang der Ansprüche zu begrenzen, sollte jeder numerische Parameter zumindest angesichts der Anzahl an angegebenen signifikanten Stellen und durch Anwenden gewöhnlicher Rundungstechniken ausgelegt werden. Wie in dieser Spezifikation und den angefügten Ansprüchen verwendet, sollen ferner die Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ die Pluralformen einschließen, soweit sie nicht ausdrücklich und eindeutig auf eine Form begrenzt sind.
Ungeachtet dessen, dass die numerischen Bereiche und Parameter, die den breiten Umfang der Erfindung darlegen, Annäherungen sind, werden die in den spezifischen Beispielen dargelegten numerischen Werte so präzise wie möglich berichtet. Jeder numerische Wert enthält jedoch grundsätzlich bestimmte Fehler, die sich zwangsläufig aus der Standardabweichung ergeben, die in den jeweiligen entsprechenden Testmessungen gefunden werden, einschließlich der in dem Messinstrument gefundenen. Es versteht sich außerdem, dass jeder hierin aufgeführte numerische Bereich alle darin zusammengefassten Unterbereiche umfassen soll. Ein Bereich von „1 bis 10“ soll beispielsweise alle Unterbereiche dazwischen einschließlich des aufgeführten Minimalwerts von 1 und des aufgeführten Maximalwerts von 10 umfassen, d. h., ein Bereich mit einem Minimalwert gleich oder größer als 1 und einem Maximalwert gleich oder kleiner als 10. Da die offenbarten numerischen Bereiche kontinuierlich sind, umfassen sie jeden Wert zwischen den Minimal- und Maximalwerten. Soweit es nicht ausdrücklich anders angegeben ist, sind die verschiedenen in dieser Anwendung spezifizierten numerischen Bereiche Annäherungen.
In der folgenden Patentschrift und den Ansprüchen wird auf eine Anzahl an Begriffen Bezug genommen, welche die folgenden Bedeutungen aufweisen.
Die Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ umfassen den Plural es sei denn, dass der Kontext eindeutig etwas anderes diktiert.
„Optional“ bedeutet, dass das anschließend beschriebene Ereignis oder der Umstand erfolgen kann oder auch nicht, und dass die Beschreibung Beispiele umfasst, bei denen das Ereignis erfolgt und Beispiele, bei denen es nicht erfolgt.
Der Begriff „länglich“, wie er hierin verwendet wird, ist definiert als etwas, das länger als breit ist. Mit anderen Worten, die Breite ist kleiner als ihre Länge.
Der Begriff „Dreieck“, wie er hierin verwendet wird, ist definiert als ein Objekt, das die Form eines Dreiecks hat, d. h. ein Polygon mit drei Seiten und drei Ecken.
Der Begriff „kreisförmig“, wie er hierin verwendet wird, ist definiert als ein Objekt mit der Form eines Kreises, d. h. ein Objekt mit einer einfachen geschlossenen Form. Es ist die Menge von Punkten in einer Ebene, die sich in einem bestimmten Abstand von einem bestimmten Punkt, dem Zentrum, befinden; gleichbedeutend ist es die Kurve, die von einem Punkt gezeichnet wird, der sich in einer Ebene so bewegt, dass sein Abstand von einem bestimmten Punkt konstant ist. Der Abstand zwischen einem der Punkte und dem Mittelpunkt wird als Radius bezeichnet.
Der Begriff „Fluid“, wie er hierin verwendet wird, ist definiert als eine Substanz, die keine feste Form hat und bei äußerem Druck leicht nachgibt, wie z. B. ein Gas oder eine Flüssigkeit.
Der Begriff „schraubenlinienförmig“, wie er hierin verwendet wird, ist als die Form einer Schraubenlinie oder Spirale betreffend oder diese aufweisend definiert. Eine „Schraubenlinie“ oder „Spirale“ ist als eine Kurve im dreidimensionalen Raum definiert, die durch eine gerade Linie gebildet ist, die auf einer Ebene gezeichnet wird, wenn diese Ebene um eine zylindrische Fläche jeglicher Art und insbesondere einen geraden Kreiszylinder als die Kurve einer Schraube gehüllt wird. Eine Kreisspirale mit einem Radius a und einer Steigung b/a (oder Teilung 2πb) wird durch die folgende Parametrisierung beschrieben: $x (θ) = a s i n θ,$
$y (θ) = a c o s θ,$
$z (θ) = b θ .$
Der Begriff „Schrägungswinkel“, wie er hierin verwendet wird, ist definiert als der Winkel zwischen irgendeiner Schraubenlinie und einer axialen Linie an ihrem geraden Kreiszylinder oder Kegel. Der Schrägungswinkel bezieht sich auf die Achse des Zylinders und unterscheidet sich von dem Steigungswinkel, der sich auf eine senkrecht zur Achse verlaufende Linie bezieht. Der Schrägungswinkel ist daher das geometrische Komplement des Steigungswinkels. Der Schrägungswinkel wird in Grad gemessen.
Der Begriff „3D-Drucken“, wie er hierin verwendet wird, ist einer von verschiedenen Prozessen, in denen Material unter Computersteuerung zusammengefügt oder verfestigt wird, um ein dreidimensionales Objekt zu erzeugen, wobei Material, wie beispielsweise flüssige Moleküle oder Pulverkörner, die miteinander verschmolzen werden, üblicherweise Schicht für Schicht zusammengefügt wird. In den 1990er Jahren wurden 3D-Drucktechniken nur zur Herstellung funktioneller oder ästhetischer Prototypen als geeignet betrachtet, und damals war Rapid Prototyping ein umfassenderer Begriff für 3D-Drucken. Heute haben sich die Präzision, die Wiederholbarkeit und das Materialspektrum so weit verbessert, dass der 3D-Druck als industrielle Produktionstechnologie betrachtet wird mit dem offiziellen Begriff „additive Fertigung“.
Wie hierin verwendet, kann sich die Schraubenlinie einer Nut in zwei mögliche Richtungen drehen, was als Händigkeit bekannt ist. Die meisten Nuten sind derart ausgerichtet, dass sich das Schneidwerkzeug von einem Punkt auf die Achse durch die Mitte der Schraubenlinie gesehen von dem Betrachter wegbewegt, wenn es im Uhrzeigersinn gedreht wird, und sich auf den Betrachter zubewegt, wenn es gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird. Dies ist als rechtsgängige (RH) Nutengeometrie bekannt, da sie der Rechte-Hand-Griffregel folgt. Nuten, die in die entgegengesetzte Richtung ausgerichtet sind, werden als linksgängig (LH) bezeichnet.
Der Begriff „Bohrung“, wie er hierin verwendet wird, ist definiert als eine Öffnung durch etwas; ein Spalt; ein Hohlraum oder eine Öffnung, die jede beliebige Querschnittsform haben kann.
Der Begriff „Dreieck“, wie er hierin verwendet wird, ist als ein Polygon mit drei Seiten und drei Scheitelpunkten definiert. Ein „gleichseitiges“ Dreieck ist als ein Dreieck definiert, bei dem alle drei Seiten gleich lang sind.
Unter Bezugnahme auf 1-3 wird der Bohrer 10 aus Vollhartmetall im 3D-Druckverfahren hergestellt. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung mit einem Bohrer aus jedem wünschenswerten Material und mit jedem wünschenswerten Herstellungsverfahren ausgeführt werden kann. Zum Beispiel kann der Bohrer 10 aus einem Substrat aus einem superharten Werkzeugmaterial, wie z. B. Sinterkarbid und Ähnlichem, hergestellt werden, und zwar in einem Sinterverfahren. Darüber hinaus können intermetallische Verbindungen, ein Diamantfilm und Ähnliches als Hartfilm auf dem Substrat aufgebracht werden, um die Schnitthaltigkeit zu erhöhen. Geeignete intermetallische Verbindungen sind z. B. Metalle der Gruppen Mb, IVa, Va und VIa des Periodensystems der Elemente, z. B. Karbide, Nitride und Karbonitride von Al, Ti, V, Cr usw., oder deren gegenseitige Mischkristalle, wobei insbesondere TiAlN-Legierung, TiCN-Legierung, TiCrN-Legierung, TiN-Legierung und dergleichen verwendet werden können. Obwohl ein Hartfilm aus einer solchen intermetallischen Verbindung durch ein PVD-Verfahren, wie z. B. eine Lichtbogen-Ionenplattierung, Sputtern und Ähnliches, abgeschieden werden kann, kann der Hartfilm durch ein anderes Schichtbildungsverfahren, wie z. B. eine Plasma-CVD und dergleichen, abgeschieden werden. Andere geeignete Materialien und Herstellungsverfahren werden von den Prinzipien der Erfindung erfasst. Der Nutenabschnitt 16 ist mit einer Vielzahl von Nuten 18 versehen, die durch Nocken 20 getrennt sind, um die von jeder der Schneidkanten 12 erzeugten Späne abzuführen. Mit anderen Worten, der Bohrer 10 wird trilobiert. Die im Nutenabschnitt 16 vorgesehenen Nuten 18 sind spiralförmig, die sich im Uhrzeigersinn um eine zentrale Rotationsachse, RA, mit einem vorbestimmten Schrägungswinkel, HA, von etwa 30° drehen und an Positionen ausgebildet sind, die in Bezug auf die zentrale Rotationsachse, RA, punktsymmetrisch sind. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht durch die Größe des Schrägungswinkels, HA, begrenzt ist und dass die Erfindung mit jedem gewünschten Schrägungswinkel, HA, in einem Bereich zwischen etwa größer als 0 Grad und etwa 75 Grad ausgeführt werden kann.
Obwohl in der veranschaulichten Ausführungsform ein Dreiweg-Nutenbohrer dargestellt ist, versteht es sich jedoch, dass die Erfindung nicht durch die Anzahl der Nuten und Nocken begrenzt ist und dass die Prinzipien der Erfindung in einem Bohrer mit einer beliebigen Anzahl von Nuten, wie z. B. zwei, vier, fünf, sechs und dergleichen, ausgeführt werden können. Obwohl der Dreiweg-Nutenbohrer 10 in der veranschaulichten Ausführungsform einen Bohrerdurchmesser D von etwa 16 mm hat, kann der Bohrer 10 einen Bohrerdurchmesser von bis zu etwa 56 mm oder zweistufige Außendurchmesser (Bearbeitungsdurchmesser) haben.
Ein Aspekt der Erfindung ist, dass der Bohrer 10 eine erhöhte Menge an Fluidfluss durch den Bohrer 10 an die Schnittstelle zwischen dem Bohrer 10 und dem Werkstück abgeben kann (nicht dargestellt). Bezug nehmend auf 2 kann das Fluid durch eine innere zentrale Fluidbohrung 26 und eine oder mehrere verdrillte Fluidbohrungen 27, 28, 29 zugeführt werden. Jede verdrillte Fluidbohrung 27, 28, 29 hat eine Spiralform, die der Bahn der Nuten 18 entsprechen kann. Darüber hinaus mündet jede verdrillte Fluidbohrung 27, 28, 29 in einer Öffnung (nicht dargestellt) im hinteren Ende 15 des Bohrers 10 in Fluidverbindung mit einer unter Druck stehenden Fluidquelle (nicht dargestellt).
Wie in 2 dargestellt, erstreckt sich die zentrale Fluidbohrung 26 des Bohrers 10 entlang der Rotationsachse, RA, vom hinteren Ende 15 des Bohrers 10 durch den gesamten Schaftabschnitt 14, teilweise in den Nutenabschnitt 16, und endet in einigem Abstand, DT, vom vorderen Ende 13 des Bohrers 10. In dem Abstand, DT, verzweigt sich die zentrale Fluidbohrung 26 oder teilt sich in eine oder mehrere verbindende Fluidbohrungen 26a, 26b, 26c, die in Fluidverbindung mit der zentralen Fluidbohrung 26 stehen. Die zentrale Fluidbohrung 26 und die verbindenden Fluidbohrungen 26a, 26b, 26c können jede gewünschte Querschnittsform haben, wie z. B. kreisförmig, nicht-kreisförmig, polygonal und dergleichen. Zum Beispiel kann die zentrale Fluidbohrung 26 konzentrisch mit der Rotationsachse, RA, sein und eine kreisförmige Querschnittsform im Schaftabschnitt 14 und eine andere Querschnittsform, wie z. B. nicht-kreisförmig, polygonal und dergleichen, im Nutenabschnitt 16 des Bohrers 10 haben.
In einer Ausführungsform gibt es eine Eins-zu-Eins-Entsprechung zwischen der Gesamtzahl der verbindenden Fluidbohrungen 26a, 26b, 26c und der Gesamtzahl der Nuten 18. So gibt es in der veranschaulichten Ausführungsform insgesamt drei verbindende Fluidbohrungen 26a, 26b, 26c; eine verbindende Fluidbohrung 26a, 26b, 26c in jeder Nut 18.
Darüber hinaus gibt es eine Eins-zu-Eins-Entsprechung zwischen der Gesamtzahl der verdrillten Fluidbohrungen 27, 28, 29 und der Gesamtzahl der Nuten 18. So gibt es in der veranschaulichten Ausführungsform insgesamt drei verdrillte Fluidbohrungen 27, 28, 29; eine verdrillte Fluidbohrung 27, 28, 29 in jeder Nut 18, ähnlich wie die verbindenden Fluidbohrungen 26a, 26b, 26c. Es sei darauf hingewiesen, dass in allen Ausführungsformen der Erfindung die verbindenden Fluidbohrungen 26a, 26b, 26c und die verdrillten Fluidbohrungen 27, 28, 29 eine kleinere Querschnittsfläche als die zentrale Fluidbohrung 26 aufweisen.
Wie in 2 und 3 dargestellt, beinhaltet das vordere Ende 13 des Bohrers 10 die drei Flanken 30, 32 und 34. In dieser veranschaulichten Ausführungsform mündet jede der verbindenden Fluidbohrungen 26a, 26b, 26c und jede der verdrillten Fluidbohrungen 27, 28, 29 in einer Öffnung in jeder Flanke 30, 32, 34. Konkret münden die verdrillten Fluidbohrungen 27, 28, 29 in die Öffnungen 30a, 32a, 34a in den Flanken 30, 32, 34. In ähnlicher Weise münden die verbindenden Fluidbohrungen 26a, 26b, 26c in die Öffnungen 30b, 32b, 34b in den Flanken 30, 32, 34.
Jede verbindende Fluidbohrung 26a, 26, 26c kann sich linear oder gekrümmt von der zentralen Fluidbohrung 26 bis zu ihrer jeweiligen Öffnung 30b, 32b, 34b erstrecken. Alternativ können die verbindenden Fluidbohrungen 26a, 26b, 26c eine Spiralform haben, die der Bahn der Nuten 18 entsprechen kann, ähnlich wie die verdrillten Fluidbohrungen 27, 28, 29.
In der in 2 und 3 dargestellten Ausführungsform gibt es insgesamt sechs Öffnungen 30a, 30b, 32a, 32b, 34a, 34b, die in den drei Flanken 30, 32, 34 am vorderen Ende 13 des Bohrers 10 ausgebildet sind. Mit anderen Worten, jede verbindende Fluidbohrung 26a, 26b, 26c und jede verdrillte Fluidbohrung 27, 28, 29 mündet in ihre jeweilige Öffnung. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht durch die Anzahl der Öffnungen in den Flanken begrenzt ist und dass die Erfindung mit einer unterschiedlichen Anzahl von Öffnungen in den Flanken ausgeführt werden kann.
Unter Bezugnahme auf 4 wird nun eine alternative Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die drei Flanken insgesamt drei Öffnungen 30c, 32c, 34c aufweisen. Konkret geht die verbindende Fluidbohrung 26a in die verdrillte Fluidbohrung 27 über und mündet in die Öffnung 30c in der Flanke 30. In ähnlicher Weise geht die verbindende Fluidbohrung 26b in die verdrillte Fluidbohrung 28 über, um in die Öffnung 32c in der Flanke 32 zu münden. Ebenso geht die verbindende Fluidbohrung 26c in die verdrillte Fluidbohrung 29 über und mündet in die Öffnung 34c in der Flanke 34.
CAE-Analyse der Fluid-Durchflussrate

Es wurde eine CAE-Analyse mehrerer Varianten eines Dreiweg-Nutenbohrers mit einem Bohrerdurchmesser D von etwa 16 mm durchgeführt. Jede Variante ist in Tabelle I unten beschrieben. 5-9 sind Querschnittsansichten verschiedener Varianten des Dreiweg-Nutenbohrers entlang einer Ebene X-X (1) senkrecht zur Rotationsachse, RA, um eine Querschnittsform der zentralen Fluidbohrung 26 und/oder der verdrillten Fluidohrungen 27, 28, 29 im Nutenabschnitt 16 der Nut des Bohrers 10 bereitzustellen. Die Variationen A-E des Bohrers 10 der Erfindung sind in 5-9 dargestellt.

Variation	Figur Nr.	Beschreibung
A	5	Eine zentrale kreisförmige Bohrung mit einem Durchmesser von 3,1 mm und einer länglichen Bohrung in jeder Nut
B	6	Eine zentrale dreieckförmige Bohrung und ein längliches Loch in jeder Nut
C	7	Eine zentrale kreisförmige Bohrung mit einem Durchmesser von 3,1 mm und eine kreisförmige Bohrung in jeder Nut mit einem Durchmesser von 2,0 mm
D	8	Eine zentrale Bohrung mit einem Durchmesser von 2,205 mm und eine Bohrung mit einem Durchmesser von 2,205 mm in jeder Nut
E	9	Eine zentrale dreiecksförmige Bohrung und eine halbkreisförmige Bohrung in jeder Nut

TABELLE I - Beschreibung von Variationen Die Ergebnisse der CAE-Analyse sind in Tabelle II unten dargestellt.

Variation	Kühlmittelbereich (mm²)	%A	Körpervolumen (mm³)	%V	Durchflussrate @ 20 bar (kg/s)	% Durchfluss
Nachschlagewerke	13,63	100,0%	4715,8	100,0%	0,567	100%
A	16,86	123,7%	4554.2	96,6%	0,725	128%
B	17,24	126,5%	4534,8	96,2%	0,751	132%
C	16,97	124,5%	4548,3	96,4%	0,712	125%
D	16,12	118,3%	4591,5	97,4%	0,666	117%
E	17,34	127,2%	4531,9	96,1 %	0,754	133%

TABELLE II - Ergebnisse
Es sei darauf hingewiesen, dass das Referenzschneidwerkzeug (nicht dargestellt) eine kreisförmige Bohrung in jeder Nut mit einem Durchmesser von 2,405 mm hat, die eine Durchflussrate von 0,576 kg/s bei einem Druck von 20 bar erzeugt und als Standarddurchflussrate von 100 % zum Vergleich mit den Varianten A-E der Erfindung verwendet wurde. Wie oben erwähnt, hatte die zentrale Fluidbohrung 26 der Bohrung 10 der Erfindung in allen Varianten A, B, C und E eine größere Querschnittsfläche als die verdrillten Fluidbohrungen 27, 28, 29 in jedem Nocken 20, mit Ausnahme der Variante D, bei der alle Kühlmittelbohrungen (Haupt-, Zentral- und Nebenbohrungen) im Querschnitt kreisförmig waren und den gleichen Durchmesser von etwa 2,265 mm hatten.
Wie in 5 dargestellt, hat der Dreiweg-Nutenbohrer 10 der Variante A eine zentrale Fluidbohrung 26 mit einer kreisförmigen Querschnittsform und einem Durchmesser von etwa 3,1 mm sowie drei länglich geformte (d. h. nicht-kreisförmige), verdrillte Fluidbohrungen 27, 28, 29. Es sei darauf hingewiesen, dass die zentrale Fluidbohrung 26 konzentrisch mit der Rotationsachse, RA, ist. In diesem Beispiel produzierte der Bohrer 10 eine Durchflussrate von etwa 0,725 kg/s, was im Vergleich zur Durchflussrate des Referenzschneidwerkzeugs eine Steigerung von etwa 128 % bedeutet.
Wie in 6 dargestellt, hat der Dreiweg-Nutenbohrer 10 der Variante B eine zentrale Fluidbohrung 26, die von einer im Wesentlichen kreisförmigen Querschnittsform in eine dreieckige Querschnittsform übergeht, sowie drei länglich geformte (d. h. nicht-kreisförmige) verdrillte Fluidbohrungen 27, 28, 29. Die zentrale Fluidbohrung 26 weist eine größere Querschnittsfläche auf als jede der verdrillten Fluidbohrungen 27, 28, 29. Es sei darauf hingewiesen, dass die zentrale Fluidbohrung 26 konzentrisch mit der Rotationsachse, RA, ist. In diesem Beispiel produzierte der Bohrer 10 eine Durchflussrate von etwa 0,751 kg/s, was im Vergleich zur Durchflussrate des Referenzschneidewerkzeugs eine Steigerung von etwa 132 % bedeutet, während das Volumen des Hauptkörpers 17 um etwa 4 % reduziert wurde.
Wie in 7 dargestellt, hat der Dreiweg-Nutenbohrer 10 der Variante C eine zentrale Fluidbohrung 26 mit einer kreisförmigen Querschnittsform und drei verdrillte Fluidbohrungen 27, 28, 29 mit einer kreisförmigen Querschnittsform. Die zentrale Fluidbohrung 26 weist eine größere Querschnittsfläche auf als jede der verdrillten Fluidbohrungen 27, 28, 29. Es sei darauf hingewiesen, dass die zentrale Fluidbohrung 26 konzentrisch mit der Rotationsachse, RA, ist. In diesem Beispiel produzierte der Bohrer 10 eine Durchflussrate von etwa 0,712 kg/s, was im Vergleich zu einem Referenzschneidwerkzeug einer Erhöhung der Durchflussrate um etwa 125 % entspricht. Wie in 8 dargestellt, hat der Dreiweg-Nutenbohrer 10 der Variante D eine zentrale Fluidbohrung 26 mit einer kreisförmigen Querschnittsform und drei verdrillte Fluidbohrungen 27, 28, 29 mit einer kreisförmigen Querschnittsform. Die zentrale Fluidbohrung 26 hat die gleiche Querschnittsfläche wie jede der verdrillten Fluidbohrungen 27, 28, 29. Es sei darauf hingewiesen, dass die zentrale Fluidbohrung 26 konzentrisch mit der Rotationsachse, RA, ist. In diesem Beispiel produzierte der Bohrer 10 eine Durchflussrate von etwa 0,666 kg/s, was im Vergleich zu einem Referenzschneidwerkzeug einer Erhöhung der Durchflussrate um etwa 117 % entspricht. Wie in 9 dargestellt, hat der Dreiweg-Nutenbohrer 10 der Variante E eine zentrale Fluidbohrung 26, die von einer im Wesentlichen kreisförmigen Querschnittsform in eine dreieckige Querschnittsform übergeht, und drei verdrillte Fluidbohrungen 27, 28, 29 mit einer nicht-kreisförmigen Querschnittsform. Im Besonderen ist jede verdrillte Fluidbohrung 27, 28, 29 im Allgemeinen „D-förmig“ mit einem im Wesentlichen ebenen Wandabschnitt 27a, 28a, 29a und einem gekrümmten Wandabschnitt 27b, 28b, 29b. In dieser Ausführungsform ist jeder ebene Wandabschnitt 27a, 28a, 29a in Bezug auf jeden gekrümmten Wandabschnitt 27b, 28b, 29b radial nach innen gerichtet (d. h. näher an der Rotationsachse, RA). Ähnlich wie bei anderen Varianten weist die zentrale Fluidbohrung 26 eine größere Querschnittsfläche auf als jede der verdrillten Fluidbohrungen 27, 28, 29. Es sei darauf hingewiesen, dass die zentrale Fluidbohrung 26 konzentrisch mit der Rotationsachse, RA, ist. In diesem Beispiel produzierte der Bohrer 10 eine Durchflussrate von etwa 0,754 kg/s, was einer Steigerung der Durchflussrate um 133 % im Vergleich zum Referenzschneidwerkzeug entspricht. Es sei darauf hingewiesen, dass die höchste Durchflussrate durch den Dreiweg-Nutenbohrer 10 der Variation E produziert wurde. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass alle Variationen A-E des Dreiweg-Nutenbohrers 10 der Erfindung im Vergleich zum Referenzschneidwerkzeug eine deutlich erhöhte Durchflussrate produzierten.
Es versteht sich, dass die Prinzipien der Erfindung nicht auf die oben diskutierten Querschnittsformvariationen beschränkt sind, und dass die Erfindung mit der zentralen Fluidbohrung 26 und den verdrillten Fluidbohrungen 27, 28, 29 mit anderen Variationen der Querschnittsformen ausgeführt werden kann.
Unter Bezugnahme auf 10 ist der erfindungsgemäße Dreiweg-Nutenbohrer 10 identisch mit dem in 9 dargestellten Dreiweg-Nutenbohrer 10, außer dass die verdrillten Fluidbohrungen 27, 28, 29 gegenüber den verdrillten Fluidbohrungen 27, 28, 29 des in 9 dargestellten Dreiweg-Nutenbohrers 10 um 180 Grad gedreht sind.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Finite-Elemente-Analyse (FEA) ergab, dass insgesamt die maximale Gesamtverformung in dem in 9 dargestellten Dreiweg-Nutenbohrer 10 kleiner ist (d. h. die Torsionssteifigkeit ist größer) als die in dem in 10 dargestellten Dreiweg-Nutenbohrer 10, bei dem die im Wesentlichen ebenen Wandabschnitte 27a, 28a, 29a radial nach außen (d. h. weiter von der Rotationsachse, RA, entfernt) liegen als die gekrümmten Wandabschnitte 27b, 28b, 29b.
Unter Bezugnahme auf 11 kann der Dreiweg-Nutenbohrer 10 der Erfindung eine zentrale Fluidbohrung 26, die von einer im Wesentlichen kreisförmigen Querschnittsform in eine dreieckige Querschnittsform übergeht, und drei verdrillte Fluidbohrungen 27, 28, 29 mit einem im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt aufweisen. Konkret wird jede dreiecksförmige, verdrillte Fluidbohrung 27, 28, 29 durch drei Seitenwände 27c, 28c, 29c und drei Scheitelpunkte 27d, 28d, 29d definiert. In dieser Ausführungsform ist eine der Seitenwände 27c, 28c, 29c in Bezug auf jeden Scheitelpunkt 27d, 28d, 29d radial nach innen gerichtet (d. h. näher an der Rotationsachse, RA). Ähnlich wie bei anderen Varianten weist die zentrale Fluidbohrung 26 eine größere Querschnittsfläche auf als jede der verdrillten Fluidbohrungen 27, 28, 29. Ähnlich wie bei allen anderen Varianten weist die zentrale Fluidbohrung 26 eine größere Querschnittsfläche auf als die verdrillten Fluidbohrungen 27, 28, 29. Es sei darauf hingewiesen, dass die zentrale Fluidbohrung 26 konzentrisch mit der Rotationsachse, RA, ist.
Unter Bezugnahme auf 12 ist der erfindungsgemäße Dreiweg-Nutenbohrer 10 identisch mit dem in 11 dargestellten Dreiweg-Nutenbohrer 10, außer dass die verdrillten Fluidbohrungen 27, 28, 29 gegenüber den verdrillten Fluidbohrungen 27, 28, 29 des in 11 dargestellten Dreiweg-Nutenbohrers 10 um 180 Grad gedreht sind.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Finite-Elemente-Analyse (FEA) ergab, dass insgesamt die maximale Gesamtverformung in dem in 11 dargestellten Dreiweg-Nutenbohrer 10 kleiner ist (d. h. die Torsionssteifigkeit größer ist) als in dem in 12 dargestellten Dreiweg-Nutenbohrer 10, bei dem der eine der Scheitelpunkte 27d, 28d, 29d radial nach innen (d. h. näher an der Rotationsachse, RA) liegt als jede der Seitenwände 27c, 28c, 29c. Wie oben erwähnt, sind der Schaftabschnitt 14 und der Nutenabschnitt 16 einstückig und in axialer Richtung eines Hauptkörpers 17 nebeneinander angeordnet. Es versteht sich jedoch, dass die Prinzipien der Erfindung mit einem modularen Bohrer ausgeführt werden können.
Unter Bezugnahme auf 13-16 wird nun ein Drehschneidwerkzeug 100, wie z. B. ein modularer Bohrer, zur Durchführung von Schneidoperationen an einem Werkstück (nicht dargestellt), wenn das Drehschneidwerkzeug 100 um eine zentrale Längsachse, RA, gedreht wird, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Für den modularen Bohrer 100 werden ähnliche Bezugsnummern für den Bohrer 10 um 100 vergrößert. So hat der modulare Bohrer 100, obwohl nicht in 13 dargestellt, eine zentrale Fluidbohrung 126 und die verdrillten Fluidbohrungen 127, 128, die identisch mit der zentralen Fluidbohrung 26 und den verdrillten Fluidbohrungen 27, 28 des Bohrers 10 sind. Obwohl in dem hierin beschriebenen Ausführungsbeispiel ein modularer Bohrer dargestellt ist, versteht es sich, dass die hierin beschriebenen Prinzipien der Erfindung auch auf andere Drehschneidwerkzeuge anwendbar sind, wie beispielsweise, ohne Einschränkung, ein Fräswerkzeug, eine Reibahle, einen Gewindebohrer, einen Schaftfräser und dergleichen.
Das Drehschneidwerkzeug 100 ist im Allgemeinen zylindrisch und beinhaltet ein erstes oder vorderes Ende 113 und ein gegenüberliegendes, zweites oder hinteres Ende 114. Das Drehschneidwerkzeug 100 hat einen Hauptkörper 117, der einen Taschenabschnitt 119 in der Nähe des ersten Endes 113 zum sicheren Halten eines auswechselbaren Schneideinsatzes 150 und einen Nutenabschnitt 116 beinhaltet, der eine Vielzahl von spiralförmigen Nuten 118 beinhaltet, die durch Nocken 120 getrennt sind, die sich vom ersten Ende 113 des Nutenabschnitts 116 nach hinten zum Schaftabschnitt 114 erstrecken. Ähnlich wie die verdrillten Fluidbohrungen 27, 28, 29 in den Nocken 20 des Dreiweg-Nutenbohrers 10 hat der Nutenabschnitt 116 in der Nut die verdrillten Fluidbohrungen 127, 128 ( ) in den Nocken 120. Der Hauptkörper 117 beinhaltet auch einen Schaftabschnitt 114 in der Nähe des zweiten Endes 115 zur Befestigung des Drehschneidwerkzeugs 100 in einem Spannfuttermechanismus einer Werkzeugmaschine (nicht dargestellt).
In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet das Drehschneidwerkzeug 100 zwei Nuten 118 und zwei Nocken 120. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht durch die Anzahl der Nuten 118 und Nocken 120 begrenzt ist und dass die Erfindung mit einem Drehschneidwerkzeug mit jeder gewünschten Anzahl von Nuten 118 und Nocken 120, wie z. B. drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht und dergleichen, ausgeführt werden kann.
Jede Nut 118 ermöglicht es, dass Späne, die von den Schneidkanten 112 des Drehschneidwerkzeugs 100 gebildet werden, während eines Schneidvorgangs aus dem Nutenabschnitt 116 austreten. Jede Nut 118 hat eine spiralförmige Geometrie oder ein spiralförmiges Muster und ist unter einem Schrägungswinkel, HA relativ zur Rotationsachse, RA, angeordnet. In einer Ausführungsform liegt der Schrägungswinkel, HA, zum Beispiel bei oder um 30 Grad (+/-2 Grad). Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht durch die Größe des Schrägungswinkels, HA, beschränkt ist, und dass die Erfindung mit jedem gewünschten Schrägungswinkel, HA, in einem Bereich zwischen ungefähr größer als 0 Grad und ungefähr 75 Grad ausgeführt werden kann.
Unter Bezugnahme auf 14 bis 16 weist der austauschbare Schneideinsatz 150 einen vorderen Schneidabschnitt 152 und einen Kupplungsstift 154 auf, der sich axial von dem vorderen Schneidabschnitt 152 weg (und daher axial nach hinten) erstreckt. Der vordere Schneidabschnitt 152 des Schneideinsatzes 150 definiert einen Schneiddurchmesser DC. An seinem Umfang weist der Schneideinsatz 150 eine äußere Umfangsfläche 156 auf, die durch entgegengesetzt gerichtete Nuten 158 unterbrochen ist, die in dem Schneideinsatz 150 beginnen und in die schraubenlinienförmigen Nuten 118, die im Nutenabschnitt 116 des Hauptkörpers 117 angeordnet sind, kontinuierlich übergehen.
In dem Ausführungsbeispiel sind die Nuten 158 im Wesentlichen schraubenlinienförmig. Der Kupplungsstift 154 des Schneideinsatzes 150 erstreckt sich in der axial hinteren Richtung in Bezug auf den vorderen Schneidabschnitt 152. Der Kupplungsstift 154 ist von der äußeren Umfangsfläche 156 in einer radial nach innen gerichteten Richtung versetzt. Der auswechselbare Schneideinsatz 150 beinhaltet zudem eine Grundfläche 160 mit einer zentralen Fluidbohrung 126, die in Fluidverbindung mit der zentralen Fluidbohrung 26 (nicht in 13 dargestellt) im Nutenabschnitt 116 des Hauptkörpers 117 steht, um die Schneidkanten 112 des Schneideinsatzes 150 mit Fluid zu versorgen. In der veranschaulichten Ausführungsform kann die Fluidbohrung 126 eine identische oder unterschiedliche Querschnittsform wie die zentrale Fluidbohrung 126 im Nutenabschnitt 116 des Hauptkörpers 117 aufweisen, um im Vergleich zu herkömmlichen Schneideinsätzen mit kreisförmigem Querschnitt eine höhere Durchflussrate zu den Schneidkanten bereitzustellen.
Die zentrale Fluidbohrung 126 des Bohrers 100 erstreckt sich entlang der Rotationsachse, RA, vom hinteren Ende 115 des Bohrers 100 durch den gesamten Schaftabschnitt 114 und durch den gesamten Nutenabschnitt 116 und über einen vorbestimmten Abstand, DB, in den Taschenabschnitt 119. Wie in 16 dargestellt, verzweigt oder teilt sich die zentrale Fluidbohrung 126 in dem vorbestimmten Abstand, DB, von der Grundfläche 160 in eine oder mehrere verbindende Fluidbohrungen 126a, 126b.
In einer Ausführungsform entspricht die Gesamtzahl der verbindenden Fluidbohrungen 126a, 126b der Gesamtzahl der Nuten 118. In der veranschaulichten Ausführungsform gibt es also insgesamt zwei verbindende Fluidbohrungen 126a, 126b. Die verbindenden Fluidbohrungen 126a, 126b können jede gewünschte Querschnittsform aufweisen, wie z. B. kreisförmig, nicht-kreisförmig, polygonal und dergleichen.
Bezug nehmend auf 16 kann das Fluid auch durch eine oder mehrere verdrillte Fluidbohrung(en) 127, 128 zugeführt werden. In einer Ausführungsform entspricht die Gesamtzahl der verdrillten Fluidbohrungen 127, 128 der Gesamtzahl der Nuten 118. In der veranschaulichten Ausführungsform gibt es also insgesamt zwei verdrillte Fluidbohrungen 127, 128. Jede verdrillte Fluidbohrung 127, 128 hat eine Spiralform, die dem Verlauf der Nuten 118 entsprechen kann. Darüber hinaus mündet jede verdrillte Fluidbohrung 127, 128 in einer Öffnung (nicht dargestellt) im hinteren Ende 115 des Bohrers 100 in Fluidverbindung mit einer unter Druck stehenden Fluidquelle (nicht dargestellt).
Wie in 16 dargestellt, beinhaltet der Schneideinsatz 150 zwei Flanken 130 und 132. In der veranschaulichten Ausführungsform von 8 mündet jede der verbindenden Fluidbohrungen 126a, 126b und jede der verdrillten Fluidbohrungen 127, 128 in einer Öffnung in jeder Flanke 130, 132. Konkret münden die verdrillten Fluidbohrungen 127, 128 in die Öffnungen 130a, 132b in den Flanken 130, 132. In ähnlicher Weise münden die verbindenden Fluidbohrungen 126a, 126b in die Öffnungen 130b, 132b in den Flanken 130, 132.
Jede verbindende Fluidbohrung 126a, 126b kann sich in linearer Weise von der zentralen Fluidbohrung 126 des Schneideinsatzes 150 bis zu ihrer jeweiligen Öffnung 130b, 132b erstrecken. Alternativ können die verbindenden Fluidbohrungen 126a, 126b eine Spiralform aufweisen, die dem Verlauf der Nuten 118 entsprechen kann, ähnlich wie die verdrillten Fluidbohrungen 127, 128.
In der in 14-16 dargestellten Ausführungsform sind insgesamt vier Öffnungen 130a, 130b, 132a, 132b in den Flanken 130, 132 des Schneideinsatzes 150 ausgebildet. Mit anderen Worten: Jede verbindende Fluidbohrung 126a, 126b und jede verdrillte Fluidbohrung 127, 128 mündet in eine entsprechende Bohrung. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht durch die Anzahl der Öffnungen in den Flanken begrenzt ist und dass die Erfindung mit einer unterschiedlichen Anzahl von Öffnungen in den Flanken ausgeführt werden kann. Ähnlich wie die in 3 dargestellte Ausführungsform kann z. B. die verbindende Fluidbohrung 126a in die verdrillte Fluidbohrung 127 übergehen und in einer einzigen Öffnung in der Flanke 130 des Schneideinsatzes 150 münden. Ebenso kann die verbindende Fluidbohrung 126b in die verdrillten Fluidbohrung 128 übergehen und in einer einzigen Öffnung in der Flanke 132 des Schneideinsatzes 150 münden.
In jedem der Bohrer 10, 100 der Erfindung ist die Gesamtlänge der zentralen Fluidbohrung 26, 126 im Querschnitt größer als jede der verbindenden Fluidbohrungen 26a, 26b, 26c, 126a, 126b und der verdrillten Fluidbohrungen 27, 28, 29, 127, 128 und entspricht mindestens 60 % der Gesamtlänge jeder Nut 18, 118 des Bohrers 10, 100. Darüber hinaus liegt die Länge der zentralen Fluidbohrung 26, 126 und die Länge der verbindenden Fluidbohrungen 26a, 26b, 26c, 126a, 126b in einem Bereich zwischen etwa 60 % und 90 % der Gesamtlänge jeder Nut 18, 118.
Wie oben beschrieben, liefert ein Bohrer 10, 100 der Erfindung Fluid auf effiziente Weise an die Schnittstelle zwischen dem Schneidwerkzeug und dem Werkstück, ohne die Leistung und Eigenschaften, wie z. B. Torsionssteifigkeit und dergleichen, des Bohrers 10, 100 im Vergleich zu herkömmlichen Bohrern wesentlich zu verändern.

Claims

Drehschneidwerkzeug, umfassend: einen Hauptkörper (17); einen Schaftabschnitt (14) mit einem hinteren Ende (15); einen Nutenabschnitt (16) mit einem vorderen Ende (13) mit einer oder mehreren Flanken (30, 32, 34), wobei der Nutenabschnitt (16) eine Vielzahl von durch Nocken (20) getrennten Nuten (18) aufweist, wobei der Nutenabschnitt (16) einstückig und in axialer Richtung des Hauptkörpers (17) an den Schaftabschnitt (14) angrenzend ist; eine zentrale Fluidbohrung (26), die sich entlang einer zentralen Rotationsachse (RA) vom hinteren Ende (15) durch den Schaftabschnitt (14), teilweise in den Nutenabschnitt (16) erstreckt und in einem vorbestimmten Abstand(DT) vom vorderen Ende (13) endet; eine oder mehrere verbindende Fluidbohrung(en) (26a, 26b, 26c), die in Fluidverbindung mit der zentralen Fluidbohrung (26) stehen und an einer Flanke (30, 32, 34) am vorderen Ende (13) des Nutenabschnitts (16) enden, um einer oder mehreren Schneidkanten (12) des Nutenabschnitts (16) Fluid zuzuführen, und eine oder mehrere verdrillte Fluidbohrung(en) (27, 28, 29), die sich vom hinteren Ende (15) durch den Schaftabschnitt (14) und durch einen Nocken (20) im Nutenabschnitt (16) erstrecken und in einer Flanke am vorderen Ende (13) des Nutenabschnitts (16) enden, um einer oder mehreren Schneidkanten (12) des Nutenabschnitts (16) Fluid zuzuführen, wobei eine Querschnittsfläche der zentralen Kühlmittelfluidbohrung größer ist als eine Querschnittsfläche von einer oder mehreren der verdrillten Fluidbohrungen (27, 28, 29); wobei die zentrale Kühlmittelfluidbohrung eine nicht-kreisförmige Querschnittsform aufweist; und wobei jede der verdrillten Fluidbohrungen (27, 28, 29) eine nicht-kreisförmige Querschnittsform aufweist.
Drehschneidwerkzeug nach Anspruch 1, wobei eine oder mehrere Nuten (18) mit einem Schrägungswinkel(HA) in Bezug auf eine zentrale Rotationsachse(RA) des Drehschneidwerkzeugs (10) ausgebildet sind.
Drehschneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei jede verbindende Fluidbohrung (26a, 26b, 26c) an einer ersten Öffnung in der Flanke (30, 32, 34) am vorderen Ende (13) des Nutenabschnitts (16) mündet, und wobei jede verdrillte Fluidbohrung (27, 28, 29) an einer zweiten, unterschiedlichen Öffnung in der Flanke (30, 32, 34) am vorderen Ende (13) des Nutenabschnitts (16) mündet.
Drehschneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine der ein oder mehreren verbindenden Fluidbohrungen (26a, 26b, 26c) und eine der ein oder mehreren verdrillten Fluidbohrungen (27, 28, 29) an einer einzigen Öffnung in der Flanke (30, 32, 34) am vorderen Ende (13) des Nutenabschnitts (16) münden.
Drehschneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zentrale Fluidbohrung (26) eine dreieckige Querschnittsform aufweist, und wobei die eine oder mehrere verdrillte Fluidbohrungen (27, 28, 29) eine andere, nicht-kreisförmige Querschnittsform als die zentrale Fluidbohrung (26) aufweisen.
Drehschneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zentrale Fluidbohrung (26) eine dreieckige Querschnittsform aufweist und wobei die eine oder mehrere verdrillte Fluidbohrungen (27, 28, 29) im Querschnitt „D-förmig“ sind.
Drehschneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Drehschneidwerkzeug (10) einen Bohrer umfasst.
Drehschneidwerkzeug, umfassend: einen Hauptkörper (117); einem Schaftabschnitt (114) mit einem hinteren Ende (115); einen Nutenabschnitt (116) mit einer Vielzahl von durch Nocken (120) getrennten Nuten (118), wobei der Nutenabschnitt (116) einstückig und in axialer Richtung des Hauptkörpers (117) an den Schaftabschnitt (114) angrenzend ist, wobei der Nutenabschnitt (116) einen Taschenabschnitt (119) zur Aufnahme eines Schneideinsatzes (150) beinhaltet; eine zentrale Fluidbohrung (126), die sich entlang einer zentralen Rotationsachse (RA) vom hinteren Ende (115) durch den Schaftabschnitt (114), teilweise in den Nutenabschnitt (116) erstreckt und in einem vorbestimmten Abstand, DB, von einer Grundfläche (160) des Schneideinsatzes (150) endet; eine oder mehrere verbindende Fluidbohrungen (126a, 126b), die in Fluidverbindung mit der zentralen Fluidbohrung (126) stehen und in einer Öffnung in einer Flanke (130, 132) des Schneideinsatzes (150) enden, um einer oder mehreren Schneidkanten (112) des Schneideinsatzes (150) Fluid zuzuführen; und eine oder mehrere verdrillte Fluidbohrung(en) (127, 128), die sich vom hinteren Ende (115) durch den Schaftabschnitt (114) und durch einen Nocken (120) im Nutenabschnitt (116) erstrecken und in einer Öffnung in einer Flanke (130, 132) des Schneideinsatzes (150) enden, um eine oder mehrere Schneidkanten (112) des Schneideinsatzes (150) mit Fluid zu versorgen, wobei eine Querschnittsfläche der zentralen Kühlmittelfluidbohrung größer ist als eine Querschnittsfläche von einer oder mehreren der verdrillten Fluidbohrungen (127, 128); wobei die zentrale Kühlmittelfluidbohrung eine nicht-kreisförmige Querschnittsform aufweist; und wobei jede der verdrillten Fluidbohrungen (127, 128) eine nicht-kreisförmige Querschnittsform aufweist.
Drehschneidwerkzeug nach Anspruch 8, wobei die eine oder mehrere Nuten (118) mit einem Schrägungswinkel(HA) in Bezug auf eine zentrale Rotationsachse(RA) des Drehschneidwerkzeugs (100) ausgebildet sind.
Drehschneidwerkzeug nach Anspruch 8 oder 9, wobei jede verbindende Fluidbohrung (126a, 126b) an einer ersten Öffnung in einer Flanke (130, 132) des Schneideinsatzes (150) mündet, und wobei jede verdrillte Fluidbohrung (127, 128) an einer zweiten, anderen Öffnung in der Flanke (130, 132) des Schneideinsatzes (150) mündet.
Drehschneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei eine von der einen oder mehreren verbindenden Fluidbohrung(en) (126a, 126b) und eine von der einen oder mehreren verdrillten Fluidbohrung(en) (127, 128) an einer Öffnung in einer Flanke (130, 132) des Schneideinsatzes (150) münden.
Drehschneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die zentrale Fluidbohrung (126) eine dreieckige Querschnittsform aufweist, und wobei die eine oder mehrere verdrillte Fluidbohrungen (127, 128) eine andere Querschnittsform als die zentrale Fluidbohrung (126) aufweisen.
Drehschneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die zentrale Fluidbohrung (126) eine dreieckige Querschnittsform aufweist und wobei die eine oder mehrere verdrillte Fluidbohrungen (127, 128) im Querschnitt „D-förmig“ sind.
Drehschneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei das Drehschneidwerkzeug (100) einen modularen Bohrer umfasst.