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Die Erfindung betrifft ein Gewindebohrwerkzeug zur Erzeugung einer Werkstückgewindebohrung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Erzeugung einer Werkstückgewindebohrung nach Anspruch 9.
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Eine zum Beispiel an einem Aluminium-Zylinderkurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors ausgebildete Werkstückgewindebohrung weist an ihrem Öffnungsrandbereich eine konische Fase bzw. Gewindesenkung auf, die einen Einfädelvorgang eines Schraubbolzens in Richtung Gewindeeingang der Werkstückgewindebohrung vereinfacht. Alternativ zu einer solchen Bohrungsgeometrie ist bekannt, die Werkstückgewindebohrung mit einer durchmessergroßen hohlzylindrischen Werkstück-Ansenkung zu versehen, die sich mit einer Senktiefe vom Öffnungsrand der Werkstückgewindebohrung bis zur konischen Fase am Gewindeeingang des Innengewindes der Werkstückgewindebohrung erstreckt.
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Zur Herstellung einer Werkstückgewindebohrung mit einer solchen durchmessergroßen hohlzylindrischen Werkstück-Ansenkung weist ein gattungsgemäßes Gewindebohrwerkzeug die folgende Bohrungsgeometrie auf: Das Gewindebohrwerkzeug weist eine stirnseitige Bohrschneide auf, an der sich in Richtung Gewindebohrwerkzeug-Spannschaft ein Gewindeerzeugungsprofil anschließt, mit dem ein Innengewinde erzeugbar ist. Im weiteren Verlauf in Richtung Spannschaft ist eine Ansenkschneide ausgebildet, mittels der eine hohlzylindrische Werkstück-Ansenkung erzeugbar ist. Die Werkstück-Ansenkung erstreckt sich mit einer Senktiefe zwischen einem Öffnungsrand der Werkstückgewindebohrung und einer konischen Fase am Gewindeeingang des Innengewindes.
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Im aus dem Stand der Technik bekannten Gewindebohrwerkzeug ist die Erzeugung der hohlzylindrischen Werkstück-Ansenkung nicht ohne weiteres durchführbar. Aufgrund der geometrischer Gegebenheiten am Gewindebohrwerkzeug ist speziell eine glattzylindrische Ausbildung der hohlzylindrischen Werkstück-Ansenkung nicht ohne weiteres möglich.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Gewindebohrwerkzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Werkstückgewindebohrung bereitzustellen, bei dem das verwendete Gewindebohrwerkzeug eine im Vergleich zum Stand der Technik erweiterte Funktionalität aufweist.
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Die Aufgabe der Erfindung ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder des Anspruches 9 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung geht von einem Gewindebohrwerkzeug zur Erzeugung einer Werkstückgewindebohrung aus. Das Gewindebohrwerkzeug weist zumindest eine stirnseitige Bohrschneide auf, an der sich in Richtung Gewindebohrwerkzeug-Spannschaft ein Gewindeerzeugungsprofil anschließt, mit dem ein Innengewinde erzeugbar ist. Im weiteren Verlauf in Richtung Gewindebohrwerkzeug-Spannschaft folgt eine Ansenkschneide, mittels der eine hohlzylindrische Werkstück-Ansenkung erzeugbar ist. Diese erstreckt sich mit einer Senktiefe zwischen einem Öffnungsrand der Werkstückgewindebohrung und einer konischen Fase am Gewindeeingang des Innengewindes. Mit dem erfindungsgemäßen Gewindebohrwerkzeug ist das folgende Verfahren zur Erzeugung der Werkstückgewindebohrung durchführbar: So wird in einem Bohrhub das rotierende Gewindebohrwerkzeug bis zu einer Sollbohrtiefe in das Werkstück eingetrieben, und zwar unter Bildung einer gewindefreien Vorbohrung. Zum Ende des Bohrhubes wird die Fase sowie die Werkstück-Ansenkung mit einem Vorbearbeitungsdurchmesser erzeugt, der um ein Materialaufmaß kleiner ist als ein Fertigbearbeitungsdurchmesser. In einem Gewindehub ist das Gewindebohrwerkzeug um einen Radialversatz radial ausgesteuert. Im Gewindehub wird das Gewindebohrwerkzeug mit Gewindeerzeugungsdrehzahl sowie damit synchronisiertem Gewindeerzeugungsvorschub in einer Werkzeug-Zirkularbewegung betrieben, um das Innengewinde zu erzeugen. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 wird unmittelbar oder mittelbar nach dem Bohrhub ein Ringkontur-Freischnitt durchgeführt, bei dem die Werkstück-Ansenkung bis auf den Fertigungsbearbeitungsdurchmesser aufgebohrt wird. Im Ringkontur-Freischnitt ist das Gewindebohrwerkzeug um den Radialversatz ausgesteuert. Zudem wird das rotierende Gewindebohrwerkzeug in einer Werkzeug-Zirkularbewegung ohne Vorschub betrieben. Dadurch bohrt die Ansenkschneide des Gewindebohrwerkzeugs die Werkstück-Ansenkung bis auf den Fertigbearbeitungsdurchmesser auf. Im Bohrhub sind die Werkzeugachse und die Bohrungsachse zueinander koaxial ausgerichtet.
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In einer bevorzugten Prozessführung erfolgt unmittelbar nach dem Bohrhub ein Reversierhub, bei dem das Gewindebohrwerkzeug aus der Vorbohrung zumindest teilweise so weit herausgeführt wird, dass das Gewindebohrwerkzeug störkonturfrei um den Radialversatz radial ausgesteuert werden kann, um einen Gewindehub vorzubereiten.
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Im anschließenden Gewindehub wird das Gewindebohrwerkzeug mit Gewindeerzeugungsdrehzahl sowie damit synchronisiertem Gewindeerzeugungsvorschub in einer Werkzeug-Zirkularbewegung betrieben, um das Innengewinde zu erzeugen. Am Gewindehub-Ende befindet sich das Gewindebohrwerkzeug mit seiner Bohrungsschneide im Nahbereich des Bohrungsgrundes. In diesem Zustand startet der Ringkontur-Freischnitt, bei dem die Werkstück-Absenkung bis auf den Fertigbearbeitungsdurchmesser aufgebohrt wird.
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Nach Abschluss des Ringkontur-Freischnittes wird das Gewindebohrwerkzeug unter Reduzierung des Radialversatzes radial in Richtung Bohrungsachse zurückgesteuert. Danach folgt ein weiterer Reversierhub, bei dem das Gewindebohrwerkzeug belastungsfrei aus der Gewindebohrung herausgeführt wird.
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In einer alternativen Prozessführung folgt unmittelbar nach dem Bohrungshub nicht ein Reversierhub, bei dem das Gewindebohrwerkzeug aus der Vorbohrung herausgeführt wird. Anstelle dessen folgt unmittelbar danach der Ringkontur-Freischnitt, bei dem die Werkstück-Absenkung bis auf den Fertigbearbeitungsdurchmesser aufgebohrt wird. Nach Abschluss des Ringkontur-Freischnittes wird der Gewindehub durchgeführt, bei dem das Gewindebohrwerkzeug entgegen der Bohrrichtung aus der Werkstückbohrung herausgeführt wird.
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Die obigen beiden Prozessführungen sind bevorzugt mit der nachfolgend beschriebenen Werkzeuggeometrie des Gewindebohrwerkzeuges durchführbar: So kann sich das Gewindeerzeugungsprofil um eine Profillänge axial entlang des Gewindebohrwerkzeugs erstrecken. Die Profillänge ist bevorzugt kleiner bemessen als die Gesamt-Gewindelänge der Werkstückgewindebohrung. Zudem kann das Gewindebohrwerkzeug eine umlaufende glattzylindrische, das heißt zahnfreie Umfangsfläche aufweisen, die sich über einen Axialabstand zwischen dem Gewindeerzeugungsprofil und der Ansenkschneide erstreckt. Während der Durchführung des Ringkontur-Freischnittes ist die glattzylindrische Umfangsfläche zwischen dem Gewindeerzeugungsprofil und der Ansenkschneide außer Spaneingriff mit dem Werkstückmaterial. Ebenso ist die glattzylindrische Umfangsfläche während des Gewindehubs sowie während des Bohrhubs außer Spaneingriff mit dem Werkstückmaterial.
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Bei der Durchführung des Ringkontur-Freischnittes erzeugt die Bohrschneide zusammen mit dem Gewindeerzeugungsprofil eine Ringkontur, die bevorzugt im Nahbereich des Bohrungsgrundes ausgebildet ist.
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Zudem kann der Bohrschneidendurchmesser kleiner bemessen sein als der Außendurchmesser des Gewindeerzeugungsprofils. In diesem Fall befindet sich im Bohrhub sowohl die Bohrschneide als auch das Gewindeerzeugungsprofil in Spaneingriff mit dem Werkstückmaterial.
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Die Bohrschneide kann bevorzugt wie folgt ausgebildet sein: So kann die Bohrschneide aus einer stirnseitigen Querschneidkante und einer sich axial erstreckenden Längsschneidkante bestehen. Die Querschneidkante und die Längsschneidkante können an einer radial äußeren Schneidenecke zusammenlaufen. Diese liegt wiederum auf dem Bohrschneidendurchmesser. In der Werkzeugumfangsrichtung betrachtet laufen an der Längsschneidkante der Bohrschneide eine Spanfläche eines Spanraums mit einer umfangsseitigen Stützfase zusammen. Die Stützfase kann sich im Bohrvorgang an der Vorbohrungswand abstützen. Zudem erstreckt sich die Stützfase in Axialrichtung um eine Stützfasenlänge zwischen der radial äußeren Schneidenecke und dem Gewindeerzeugungsprofil. Mit Hilfe der Stützfase ist im Bohrhub eine zentrische Gewindebohrwerkzeug-Positionierung mit reduzierter seitlicher Auslenkung gewährleistet.
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In einer technischen Umsetzung kann das Gewindebohrwerkzeug zweischnittig ausgebildet sein, und zwar mit zwei, mit Bezug auf die Werkzeugachse gegenüberliegenden Bohrerstegen. Diese sind in Umfangsrichtung über Spannuten voneinander beabstandet. An jedem Bohrersteg sind jeweils eine Bohrschneide sowie Gewindeprofilzähne des Gewindeerzeugungsprofils angeordnet.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 in einer Seitenschnittdarstellung eine mit Hilfe des erfindungsgemäßen Gewindebohrwerkzeugs ausgebildete Werkstückgewindebohrung,
- 2 bis 7 jeweils unterschiedliche Ansichten, anhand derer die Geometrie sowie die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Gewindebohrwerkzeugs veranschaulicht sind, und
- 8 ein Gewindebohrwerkzeug gemäß einem nicht von der Erfindung umfassten Vergleichsbeispiel.
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In der 1 ist eine fertiggestellte Werkstückgewindebohrung 1 gezeigt. Die Bohrung 1 ist mit ihrem Bohrungsgrund 3 bis zu einer Sollbohrtiefe tB in ein Werkstück 5 mittels eines später beschriebenen Gewindebohrwerkzeugs eingearbeitet. Die Werkstückgewindebohrung 1 ist mit einer durchmessergroßen, hohlzylindrischen Werkstück-Ansenkung 7 versehen, die sich mit einer Senktiefe ts vom Werkstück-Öffnungsrand 9 bis zu einer konischen Fase 11 am Gewindeeingang eines Innengewindes 13 der Werkstückgewindebohrung 1 erstreckt. Das Innengewinde 13 weist eine Gesamt-Gewindelänge l auf. Zwischen dem Innengewinde 13 und dem Bohrungsgrund 3 befindet sich eine umlaufende Ringkontur 15.
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Im Hinblick auf ein einfacheres Verständnis der Erfindung wird zunächst Bezug auf die 8 genommen, die die Geometrie sowie die Funktionsweise eines Gewindebohrwerkzeugs gemäß einem nicht von der Erfindung umfassten Vergleichsbeispiel veranschaulicht. Gemäß der 8 ist das Gewindebohrwerkzeug zweischnittig ausgebildet, und zwar mit zwei, mit Bezug auf die Werkzeugachse A radial gegenüberliegenden Bohrstegen 17. Diese sind in Umfangsrichtung über Spannuten 19 voneinander beabstandet. An jedem Bohrersteg 17 sind eine Bohrschneide 21 sowie Gewindeprofilzähne 7 eines Gewindeerzeugungsprofils 8 ausgebildet. Die Bohrschneiden 21 befinden sich an der Werkzeug-Stirnseite. An der Bohrschneide 21 schließt sich in Richtung Gewindebohrwerkzeug-Spannschaft 25 das Gewindeerzeugungsprofil 8 mit den Gewindeprofilzähnen 7 an. Im weiteren Verlauf in Richtung Gewindebohrwerkzeug-Spannschaft 25 folgt eine Ansenkschneide 27, mittels der eine hohlzylindrische Werkstück-Ansenkung 7 (wie zum Beispiel in der 1 gezeigt) erzeugbar ist.
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Jede der Bohrschneiden 21 besteht in der 8 aus einer stirnseitigen Querschneidkante 29 und einer sich axial erstreckenden Längsschneidkante 31. Die Querschneidkante 29 und die Längsschneidkante 31 der Bohrschneide 21 laufen an einer radial äußeren Schneidenecke 33 zusammen, die auf einem Bohrschneidendurchmesser dB liegt.
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In der 8 erstreckt sich das Gewindeerzeugungsprofil 8 um eine Profillänge IG axial entlang des Gewindebohrwerkzeugs. Die Profillänge IG entspricht dabei dem Abstand zwischen der Bohrschneide 21 und der Ansenkschneide 27. Zudem ist die Profillänge IG in etwa gleich lang bemessen wie eine Gesamt-Gewindelänge des Innengewindes 13 der Werkstückgewindebohrung 1. Gemäß der 8 ist ferner der Bohrschneidendurchmesser dB größer bemessen als der Außendurchmesser dA des Gewindeerzeugungsprofils 8.
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Mit dem Gewindebohrwerkzeug gemäß der 8 ist die folgende Prozessführung durchführbar: In einem Bohrhub B wird das rotierende Gewindebohrwerkzeug bis zu der Sollbohrtiefe tB in das vorlochfreie Werkstück 5 eingetrieben, und zwar unter Bildung einer gewindefreien Vorbohrung.
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Nach dem Bohrhub B folgt ein Gewindehub G. Zur Vorbereitung des Gewindehubs G wird das Gewindebohrwerkzeug um einen Radialversatz Δa radial ausgesteuert. Im Gewindehub G wird das Gewindebohrwerkzeug mit einer Gewindeerzeugungsdrehzahl nG sowie mit damit synchronisiertem Gewindeerzeugungsvorschub fG in einer Werkzeug-Zirkularbewegung Z betrieben, um das Innengewinde 13 zu erzeugen.
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Gleichzeitig wird im Gewindehub G mit Hilfe der Ansenkschneide 27 die hohlzylindrische Werkstück-Ansenkung 7 mit einem Ansenkdurchmesser dA erzeugt.
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Die Ansenkschneide 27 besteht in der 8 aus einer Querschneidkante 35 und einer Längsschneidkante 37. Mittels der Querschneidkante 35 ist die konische Fase 11 am Gewindeeingang des Innengewindes 13 erzeugbar.
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Die Querschneidkante 35 geht in der 8 an einer radial äußeren Schneidenecke 39 in die axial verlaufende Längsschneidkante 37 über. Mittels der Längsschneidkante 37 ist die hohlzylindrische Werkstück-Ansenkung 7 erzeugbar.
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Im Gewindehub G wird das Gewindebohrwerkzeug mit einem Gewindeerzeugungsvorschub fG betrieben, der gegenläufig zur Bohrrichtung ausgerichtet ist. Das in der 8 gezeigte Gewindebohrwerkzeug wird dabei um etwa eine Werkzeug-Umdrehung gedreht, um das Innengewinde 13 zu erzeugen.
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Aufgrund der in der 8 gezeigten Geometrie des Gewindebohrwerkzeugs ergibt sich die folgende Problematik: Während des Gewindehubs G kommt zwangsläufig auch die Ansenkschneide 27 in Spaneingriff mit der Werkstück-Ansenkung 7. Dadurch findet ein teilweiser, ungleichmäßiger Materialabtrag an der Innenwandung der Werkstück-Ansenkung 7 statt. Dieser Materialabtrag beeinträchtigt eine glattzylindrische Oberfläche der Werkstück-Ansenkung 7. Vielmehr bildet sich eine Werkstück-Ansenkung 7 mit unterschiedlich großen Durchmesserabschnitten.
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Im Unterschied zum Vergleichsbeispiel der 8 wird mit dem erfindungsgemäßen Gewindebohrwerkzeug (2) eine einwandfreie, glattzylindrische Werkstück-Ansenkung 7 erzeugt, wie es nachfolgend anhand der 1 bis 7 beschrieben wird. Der grundsätzliche Aufbau sowie die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Gewindebohrwerkzeugs entsprechen im Wesentlichen dem Aufbau sowie die Funktionsweise des Vergleichsbeispiels. Von daher wird nachfolgend Bezug auf die Vorbeschreibung genommen und werden lediglich die Unterschiede zum Vergleichsbeispiel hervorgehoben.
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Wie aus der 2 hervorgeht, erstreckt sich das Gewindeerzeugungsprofil 8 im erfindungsgemäßen Gewindebohrwerkzeug ebenfalls um eine Profillänge IG axial entlang des Gewindebohrwerkzeugs. Im Unterschied zur 7 ist jedoch dessen Profillänge IG wesentlich reduzierter als im Vergleichsbeispiel bemessen. Die Profillänge IG ist daher kleiner bemessen als die Gesamt-Gewindelänge der Werkstückgewindebohrung 1.
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Zudem weist das Gewindebohrwerkzeug eine umlaufende glattzylindrische, das heißt zahnfreie Umfangsfläche 41 auf, die sich um einen Axialabstand Δz zwischen dem Gewindeerzeugungsprofil 8 und der Ansenkschneide 27 erstreckt. Die glattzylindrische Umfangsfläche 41 ist während des Gewindehubs G (5), während des Bohrhubs B (3) und während eines später beschriebenen Ringkontur-Freischnittes F (6) außer Spaneingriff mit dem Werkstückmaterial.
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Gemäß der 2 läuft an der Längsschneidkante 31 der Bohrschneide 21 eine Spanfläche der Spannut 19 mit einer umfangsseitigen Stützfase 43 zusammen. Die Stützfase 43 erstreckt sich in der Axialrichtung um eine Stützfasenlänge t zwischen der radial äußeren Schneidenecke 33 und dem Gewindeerzeugungsprofil 8.
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Ferner ist gemäß der 2 der Bohrschneidendurchmesser dB - im Unterschied zum Vergleichsbeispiel - kleiner bemessen als der Außendurchmesser dA des Gewindeerzeugungsprofils 8. Dadurch kommen im Bohrhub B sowohl die Bohrschneide 21 als auch das Gewindeerzeugungsprofil 8 in Spaneingriff mit dem Werkstückmaterial.
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Mit der erfindungsgemäßen Gewindebohrwerkzeuggeometrie ist die nachfolgend beschriebene Prozessführung ermöglicht: So folgt zunächst der Bohrhub B (3), bei dem das rotierende Gewindebohrwerkzeug bis zu einer Sollbohrtiefe tB in das Werkstück 5 eingetrieben wird, und zwar unter Bildung einer gewindefreien Vorbohrung. Zum Ende des Bohrhubs B (4) ist die Werkstück-Ansenkung 7 sowie die Fase 11 mit einem Vorbearbeitungsdurchmesser dv erzeugt, der um ein Materialaufmaß Δm kleiner ist als ein Fertigbearbeitungsdurchmesser dF.
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Unmittelbar nach dem Bohrhub B folgt ein erster Reversierhub R1 (4), bei dem das Gewindebohrwerkzeug aus der Vorbohrung zumindest so weit herausgeführt wird, dass das Gewindebohrwerkzeug störkonturfrei um den Radialversatz Δa (5) radial ausgesteuert werden kann, um den Gewindehub G (5) vorzubereiten. Im Gewindehub G wird das Gewindebohrwerkzeug mit einer Gewindeerzeugungsdrehzahl nG sowie damit synchronisiertem Gewindeerzeugungsvorschub fG in einer Werkzeug-Zirkularbewegung Z betrieben, um das Innengewinde 13 zu erzeugen. Am Gewindehub-Ende befindet sich das Gewindebohrwerkzeug im Nahbereich des Bohrungsgrundes 3.
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Unmittelbar nach dem Gewindehub G startet der Ringkontur-Freischnitt F (6). Im Ringkontur-Freischnitt F ist das Gewindebohrwerkzeug nach wie vor um den Radialversatz Δa ausgesteuert. Zudem wird das rotierende Gewindebohrwerkzeug in einer Werkzeug-Zirkularbewegung Z ohne Vorschub betrieben. Auf diese Weise bohrt die Ansenkschneide 7 des Gewindebohrwerkzeugs die Werkstück-Ansenkung 7 bis auf den Fertigbearbeitungsdurchmesser dF glattzylindrisch auf.
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Nach Abschluss des Ringkontur-Freischnittes F wird das Gewindebohrwerkzeug unter Reduzierung des Radialversatzes Δa radial in Richtung Bohrungsachse zurückgesteuert. Danach folgt ein weiterer Reversierhub R2 (7), bei dem das Gewindebohrwerkzeug belastungsfrei aus der Werkstückgewindebohrung 1 herausgeführt wird.
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BEZUGSZEICHENLISTE:
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- 1
- Werkstückgewindebohrung
- 3
- Bohrungsgrund
- 5
- Werkstück
- 7
- Werkstück-Ansenkung
- 8
- Gewindeerzeugungsprofil
- 9
- Werkstück-Öffnungsrand
- 10
- Gewindeprofilzähne
- 11
- Fase
- 13
- Innengewinde
- 15
- Ringkontur
- 17
- Bohrerstege
- 19
- Spannuten
- 21
- Bohrschneiden
- 23
- Gewindeprofilzähne
- 25
- Spannschaft
- 27
- Ansenkschneide
- 29
- Querschneidkante
- 31
- Längsschneidkante
- 33
- Schneidenecke
- 35
- Querschneidkante
- 37
- Längsschneidkante
- 39
- Schneidenecke
- 41
- glattzylindrische, das heißt zahnfreie Umfangsfläche
- A
- Werkzeugachse
- Δa
- Radialversatz
- dA
- Außendurchmesser
- dB
- Bohrschneidendurchmesser
- dv
- Vorbearbeitungsdurchmesser
- dF
- Fertigbearbeitungsdurchmesser
- Δm
- Materialabtrag
- Δz
- Axiallänge
- IG
- Profillänge
- tB
- Sollbohrtiefe
- tS
- Senktiefe
- B
- Bohrhub
- G
- Gewindehub
- F
- Ringkontur-Freischnitt
- R1, R2
- Reversierhub
- Z
- Zirkularbewegung
- nG
- Gewindeerzeugungsdrehzahl
- fG
- Gewindeerzeugungsvorschub
- l
- Gesamt-Gewindelänge
- t
- Stützfasenlänge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6012882 A [0005]
- DE 102019124679 A1 [0005]
- DE 3880394 T2 [0005]
