DE10331328A1

DE10331328A1 - Tieflochbohrer mit nach hinten schräg verlaufendem Rücken

Info

Publication number: DE10331328A1
Application number: DE10331328A
Authority: DE
Inventors: Takahiro Toyokawa Yamamoto
Original assignee: OSG Corp
Current assignee: OSG Corp
Priority date: 2002-10-02
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2023-07-11
Also published as: JP2004122288A; US20060275092A1; DE10331328B4; KR20040030231A; US7740426B2; KR100853978B1; US20040067115A1; JP3720010B2

Abstract

Ein Bohrer (10; 30) hat einen zylindrischen Hauptkörper (14) und einen Schaft (12). Der zylindrische Hauptkörper hat (a) Nuten (18), die Schneidkanten (16) an einem axial entfernten Ende des zylindrischen Hauptkörpers vorsehen, (b) Stege (21), die jeweils durch einen Umfangsabschnitt des zylindrischen Hauptkörpers vorgesehen sind und sich zwischen den Nuten befinden, und (c) einen Rücken (20; 32), der durch einen mittleren Abschnitt des zylindrischen Hauptkörpers vorgesehen ist, der die Stege verbindet und sich in einer axialen Richtung des zylindrischen Hauptkörpers erstreckt. Der Rücken hat einen nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt, der durch zumindest einen axial entfernten Endabschnitt des Rückens so vorgesehen ist, dass die Dicke des Rückens an dem nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt unter Betrachtung in der von dem axial entfernten Ende des zylindrischen Hauptkörpers wegweisenden Richtung und zu dem Schaft hinweisenden Richtung allmählich oder kontinuierlich kleiner wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Bohrer zum Bohren eines tiefen Loches und insbesondere auf einen derartigen Bohrer, der eine lange Werkzeuglebensdauer hat, ohne aufgrund eines Spanansammelns oder Spanverstopfens oder eines schlechten Spanentfernens bei einem Tieflochbohrvorgang bei einer hohen Bohrgeschwindigkeit zu brechen.

Ein Tieflochbohrer mit einer Spanentfernungsnut oder mit Spanentfernungsnuten ist weitgehend bekannt, deren axiale Länge zumindest fünfmal oder zumindest zehnmal so groß wie der Durchmesser des Bohrers ist, um ein tiefes Loch mit einer großen Tiefe zu bohren, die zumindest fünfmal oder zumindest zehnmal so groß wie der Durchmesser des Loches ist. Als ein Beispiel des Tieflochbruchs offenbart die Druckschrift JP-U-H5-60 715 (die Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Gebrauchsmusteranmeldung, die 1993 offengelegt wurde) einen Bohrer, bei dem jede Spanentfernungsnut eine Breite hat, die an einem axialen Endabschnitt des Hauptkörpers (d. h. ein Abschnitt des Hauptkörpers, der benachbart zu dem Schaft ist) größer als an einem axial entfernten Endabschnitt des Hauptkörpers ist, um ein Ansammeln bzw. Verstopfen von Spänen zu verhindern. Als ein anderes Beispiel des Tieflochbohrers offenbart die Druckschrift JP-A-H5-261 612 (die Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung, die 1993 offengelegt wurde) einen Bohrer, bei dem die Rückendicke oder Stegdicke an einem axial nahen Endabschnitt des Hauptkörpers kleiner als an einem axial entfernten Endabschnitt des Hauptkörpers ist. Als ein wiederum anderes Beispiel des Tieflochbohrers offenbart die Druckschrift JP-A-S63-89 210 (die Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung, die 1988 offengelegt wurde) einen Bohrer, bei dem die Oberfläche von jeder Spanentfernungsnut durch eine Poliervorgang endbearbeitet worden ist und einen Oberflächenrauhigkeit Rz von nicht mehr als 3 μm hat.

Jedoch wird bei einem Bohrvorgang mit dem in der Druckschrift JP-A-H5-261 612 offenbarten Bohrer, bei dem sich die Rückendicke eher schrittweise als kontinuierlich ändert, ein gleichmäßiges Entfernen von Schneidspänen aus dem Loch aufgrund der absatzartigen Änderung der Rückendicke beeinträchtigt, wobei sich ein Risiko eines Brechens ergibt. Wenn beispielsweise dieser herkömmliche Bohrer daran angepasst ist, dass er einen Durchmesser D von nicht mehr als 8 mm zum Bohren eines tiefen Loches mit einer Tiefe hat, die zumindest zehnmal so groß wie der Durchmesser D des Bohrers ist, ist der Bohrer nicht dazu in der Lage, das tiefe Loch bei einer Hochgeschwindigkeitsbohrbedingung stets zu bohren, bei der der Bohrer bei einer Vorschubrate f von zumindest 0,10 mm/Umdrehung zugeführt wird, während er bei einer Umfangsgeschwindigkeit V von zumindest 80 m/Minute gedreht wird. Bei einem derartigen Hochgeschwindigkeitsbohrzustand kann der Bohrer mitunter aufgrund eines Ansammelns oder Verstopfens von Spänen oder eines schlechten Spanentfernens aus dem gebohrten Loch brechen. Daher kann der Tieflochbohrvorgang nicht in zufriedenstellender Weise durch den herkömmlichen Bohrer erzielt werden, ohne die Vorschubrate f und/oder die Umfangsgeschwindigkeit V zu vermindern oder ohne ein sogenanntes „Schrittbohren" (d. h. ein Zuführen des Bohrers in unterbrochener Weise) aufzugreifen.

Die vorliegende Erfindung wurde in Hinblick auf den vorstehend erörterten Stand der Technik gemacht. Es ist daher eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bohrer zu schaffen, der eine lange Werkzeuglebensdauer hat, ohne an einem Brechen desselben aufgrund eines Spanverstopfens oder Spanansammelns oder eines schlechten Spanentfernens bei einem Tieflochbohrvorgang bei einer hohen Bohrgeschwindigkeit zu leiden. Diese erste Aufgabe kann gemäß einem des ersten bis dreizehnten Aspektes der Erfindung gelöst werden, die nachstehend erörtert sind.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bohren eines Loches in einem Werkstück unter Verwendung des Bohrers zu schaffen, der den vorstehend beschriebenen technischen Vorteil hat. Diese zweite Aufgabe kann gemäß einem 14. Aspekt der vorliegenden Erfindung gelöst werden, der nachstehend beschrieben ist.

Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft einen Bohrer mit einem zylindrischen Hauptkörper und einem Schaft, die aneinander angrenzen, wobei der Bohrer um eine Achse des zylindrischen Hauptkörpers in einer vorbestimmten Drehrichtung gedreht wird, um ein Loch in einem Werkstück zu bohren, wobei der zylindrische Hauptkörper folgendes aufweist: (a) zumindest eine Nut, von denen jede in den zylindrischen Hauptkörper ausgebildet ist und sich von einem axial entfernten Ende des zylindrischen Hauptkörpers zu einem axial nahen Ende des zylindrischen Hauptkörpers erstreckt, um so eine Schneidkante an dem axial entfernten Ende des zylindrischen Körpers vorzusehen; (b) zumindest einen Steg, von denen jeder durch einen Umfangsabschnitt des zylindrischen Hauptkörpers vorgesehen ist, der durch die zumindest eine Nut nicht weggeschnitten ist; und (c) einen Rücken, die durch einen mittleren Abschnitt des zylindrischen Hauptkörpers vorgesehen ist, der sich in einer axialen Richtung des zylindrischen Hauptkörpers erstreckt; wobei der Rücken einen nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt hat, der durch zumindest einen axial entfernten Endabschnitt des Rückens derart vorgesehen ist, dass die Dicke des Rückens bei dem nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt sich kontinuierlich verringert unter Betrachtung in der von dem axial entfernten Ende des zylindrischen Hauptkörpers weg weisenden und zu dem Schaft hin weisenden Richtung.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist bei dem gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung definierten Bohrer die Dicke des Rückens an dem nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt bei einer konstanten Rate unter Betrachtung in der von dem axial entfernten Ende des zylindrischen Hauptkörpers weg weisenden und zu dem Schaft hin weisenden Richtung verringert.

Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei dem gemäß dem ersten oder dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung definierten Bohrer der nach hinten schräg verlaufende Abschnitt des Rückens nicht nur durch den axial entfernten Endabschnitt sondern auch durch den axial nahen Endabschnitt und den Zwischenabschnitt des Rückens vorgesehen.

Gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei dem ersten oder zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung definierten Bohrer der nach hinten schräg verlaufende Abschnitt des Rückens durch lediglich den axial entfernten Endabschnitt des Rückens vorgesehen, der eine vorbestimmte axiale Länge hat, die nicht geringer als der Durchmesser des Bohrers ist, wobei der Rücken des weiteren einen nicht nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt hat, der durch einen axial nahen Endabschnitt und einen Zwischenabschnitt des Rückens derart vorgesehen ist, dass die Dicke des Rückens an dem nicht nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt konstant ist.

Gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei den gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung definierten Bohrer der nach hinten schräg verlaufende Abschnitt des Rückens durch lediglich den axial entfernten Endabschnitt des Rückens vorgesehen, der eine axiale Länge hat, die nicht geringer als der Durchmesser D des Bohrers ist, wobei der Rücken des weiteren einen nicht nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt hat, der durch einen axial nahen Endabschnitt und einen Zwischenabschnitt des Rückens derart vorgesehen ist, dass die Dicke des Rückens an dem nicht nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt unter Betrachtung in der von dem axial entfernten Ende des zylindrischen Hauptkörpers weg weisenden Richtung und zu dem Schaft hin weisenden Richtung zunimmt.

Gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei dem gemäß dem ersten bis fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung definierten Bohrer die Beziehung zwischen dem Durchmesser des Bohrers und einen maximalen Wert der Dicke des Rückens und die Beziehung zwischen dem Durchmesser des Bohrers und einen minimalen Wert der Dicke des Rückens durch die folgenden Ausdrücke wiedergegeben:
0,2D ≤ W₁ ≤ 0,4D;
0,15D ≤ W₂ ≤ 0,33D;
wobei D den Durchmesser des Bohrers angibt;
W₁ den maximalen Wert der Dicke des Rückens angibt und
W₂ den minimalen Wert der Dicke des Rückens angibt.

Gemäß dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung beträgt bei dem gemäß dem ersten bis sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung definierten Bohrer das Nutbreitenverhältnis einer Breite von jeder der zumindest einen Nut gegenüber einer Breite von jedem des zumindest einen Steges 0,6 bis 1,5 an einem Abschnitt mit maximaler Rückendicke des zylindrischen Hauptkörpers, an dem die Dicke des Rückens maximal ist, während das Nutbreitenverhältnis 0,8 bis 1,7 an einem Abschnitt mit minimaler Rückendicke des zylindrischen Hauptkörpers beträgt, an dem die Dicke des Rückens minimal ist. Es sollte beachtet werden, dass die Breite von jeder der vorstehend beschriebenen zumindest einen Nut und die Breite von jedem des vorstehend beschriebenen zumindest einen Steg durch einen Mittelwinkel θ₂ von jeder Nut und einem Mittelwinkel θ₁ von jedem Steg jeweils definiert werden kann.

Gemäß dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat bei dem gemäß dem ersten bis siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung definierten Bohrer eine Oberfläche von jeder der vorstehend beschriebenen zumindest eine Nut eine Rauhigkeitskurve, deren maximale Höhe Ry nicht mehr als 3 μm beträgt.

Gemäß dem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei dem gemäß dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung definierten Bohrer die zylindrische Hauptkörper mit einer harten Beschichtung beschichtet und ist die Oberfläche von jeder der vorstehend beschriebenen zumindest eine Nut, die mit der harten Beschichtung beschichtet ist, so poliert, dass sie die Rauhigkeitskurve hat, deren maximale Höhe Ry nicht größer als 3 μm ist.

Gemäß dem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht bei dem gemäß dem ersten bis neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung definierten Bohrer die zumindest eine Nut aus zwei Nuten, die in Bezug auf die Achse des zylindrischen Hauptkörpers symmetrisch sind, besteht der zumindest eine Steg aus zwei Stegen, die durch den Rücken verbunden sind und von denen sich jeder zwischen den Nuten befindet, und ist eine Vorderseitenwand von jeder der beiden Nuten unter Betrachtung in der vorbestimmten Drehrichtung in einer von einer Führungskante, die durch eine Rückseitenkante von in Breitenrichtung entgegengesetzten Kanten von jeder der beiden Nuten unter Betrachtung in der vorbestimmten Drehrichtung vorgesehen ist, weg weisenden Richtung derart konkav gestaltet, dass ein am stärksten konkav gestalteter Abschnitt der Vorderseitenwand von einer geraden Linie, die durch die Achse und ein hinteres Ende eines entsprechenden Steges der beiden Stege unter Betrachtung in der vorbestimmten Drehrichtung tritt, um einen vorbestimmten Abstand entfernt ist, der gleich der Hälfte des durch den folgenden Ausdruck wiedergegebenen Wertes ist:
0,15D ≤ t ≤ 0,35D;
wobei D den Durchmesser des Bohrers angibt und
t den Wert angibt, der zweimal so groß wie der vorbestimmte Abstand ist.

Es sollte beachtet werden, dass das vorstehend beschriebene hintere Ende des Steges einer Schnittlinie der Vorderseitenwand von jeder Nut und der Außenumfangsfläche des entsprechenden der beiden Stege entspricht. Wenn eine abgeschrägte Fläche an dem hinteren Ende von jedem Steg oder an der Schnittlinie der Vorderseitenwand von jeder Nut und der Außenumfangsfläche des entsprechenden Steges ausgebildet ist, ist das hintere Ende oder die Schnittlinie ein gedachtes hinteres Ende oder eine gedachte Schnittlinie.

Gemäß dem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung hat bei dem gemäß dem ersten bis zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung definierten Bohrer die vorstehend beschriebene zumindest eine Nut einer axialen Länge von zumindest zehnmal so viel wie der Durchmesser des Bohrers, der nicht größer als 8 mm ist. Die axiale Länge der Nut entspricht einer sogenannten „Nutlänge", die eine Länge – gemessen in einer zu der Achse des zylindrischen Hauptkörpers parallelen Richtung – von einer Außenecke der Schneidlippe zu einem äußersten Rückende der Nut ist. Die Zunahme der axialen Länge der Nut führt zu einer Zunahme der maximalen Entfernung, über die der Bohrer kontinuierlich in einer Tiefenrichtung zum Bohren eines Loches zugeführt werden kann, ohne dass ein Aufgreifen eines Schrittbohrzyklus erforderlich ist.

Gemäß dem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung hat bei dem gemäß dem ersten bis elften Aspekt der vorliegenden Erfindung definierten Bohrer der Bohrer des weiteren ein Ölloch, das durch den zylindrischen Hauptkörper und den Schaft ausgebildet ist und das an einer Endflankenfläche offen ist, die sich an der Rückseite der Schneidkante unter Betrachtung in der vorstehend beschriebenen vorbestimmten Drehrichtung befindet.

Gemäß dem dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat bei dem gemäß dem ersten bis zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung definierten Bohrer der zylindrische Hauptkörper einen Abschnitt mit einem großen Durchmesser, der an einen axial entfernten Endabschnitt von ihm vorgesehen ist, und einen Abschnitt mit einem kleinen Durchmesser, der durch einen Abschnitt von diesem benachbart zu dem Schaft vorgesehen ist, wobei der Abschnitt mit dem großen Durchmesser einen Durchmesser hat, der unter Betrachtung in der von dem axialen Ende des zylindrischen Hauptkörpers weg zu dem Schaft hin weisenden Richtung kleiner ist, wobei der Abschnitt mit dem kleinen Durchmesser einen Durchmesser hat, der kleiner als der Durchmesser des Abschnittes mit dem großen Durchmesser ist und der über die gesamte Länge des Abschnittes mit dem kleinen Durchmesser konstant ist.

Der vierzehnte Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft ein Verfahren zum Bohren eines Loches in einem Werkstück unter Verwendung des gemäß dem ersten bis dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung definierten Bohrers, wobei der Prozess die folgenden Schritte aufweist: einen Schritt zum Zuführen des Bohrers und des Werkstückes relativ zueinander bei einer Vorschubrate von zumindest 0,10 mm/Umdrehung, während der Bohrer und das Werkstück relativ zueinander bei einer Umfangsgeschwindigkeit von zumindest 80 m/Minute gedreht werden.

Bei dem gemäß dem ersten bis dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung definierten Bohrer hat der Rücken den nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt, der durch zumindest den axial entfernten Endabschnitt des Rückens vorgesehen ist, so dass die Dicke des Rückens bei dem nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt allmählich oder kontinuierlich unter Betrachtung in der von dem axial entfernten Ende des zylindrischen Hauptkörpers weg zu dem Schaft hin weisenden Richtung verringert ist. Diese Anordnung erleichtert das gleichmäßige Entweichen von Spänen aus dem gebohrten Loch, wodurch ein Brechen des Bohrers verhindert wird, das im Falle eines Ansammelns oder Aufstauens von Spänen in dem Loch bewirkt worden würde. Das gleichmäßige Entfernen der Späne führt zu einer Zunahme der Lebensdauer des Werkzeugs und ermöglicht das Erzielen eines Tieflochbohrvorgangs mit einer hohen Effizienz. Beispielsweise wenn der vorliegende Bohrer einen Durchmesser D (d. h. einen Durchmesser von Rand zu Rand des Bohrers gemessen an einer Stelle) von nicht mehr als 8 mm zum Bohren eines tiefen Loches mit einer Tiefe, die zumindest zehnmal so groß wie der Bohrerdurchmesser D ist, hat, kann der Bohrer das tiefe Loch bei einem Hochgeschwindigkeitsbohrzustand in zufriedenstellender Weise bohren, bei dem der Bohrer bei einer Vorschubrate f von zumindest 0,10 mm/Umdrehung zugeführt wird, während er bei einer Umfangsgeschwindigkeit V von zumindest 80 m/Minute gedreht wird. Das heißt selbst bei einem derartigen Hochgeschwindigkeitsbohrzustand kann der Bohrer eine zufriedenstellend hohe Anzahl an tiefen Löchern in zufriedenstellender Weise bohren, ohne an einem Brechen des Bohrers aufgrund eines Spanansammelns oder Spanverstopfens zu leiden.

Bei dem gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung definierten Bohrer ist der nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt nicht nur durch den axial entfernten Endabschnitt des Rückens sondern außerdem durch den axial nahen Endabschnitt und den in axialer Richtung mittleren Abschnitt des Rückens vorgesehen, d. h. der nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt erstreckt sich über im wesentlichen die gesamte axiale Länge der Nut mit Ausnahme eines äußersten Rückendabschnittes der Nut, bei dem die Nut ausläuft. Bei diesem Aufbau werden die Späne noch gleichmäßiger aus dem gebohrten Loch durch die Nut entfernt.

Bei dem gemäß dem vierten oder fünften Aspekt der Erfindung definierten Bohrer hat der Rücken den nicht nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt zusätzlich zu dem nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt, der durch lediglich den axial entfernten Endabschnitt des Rückens vorgesehen ist. Aufgrund des nicht nach hinten schräg verlaufenden Abschnittes wird verhindert, dass die Rückendicke außerordentlich verringert wird, wobei dadurch ein leichtes Brechen des Hauptkörpers vermieden wird, das durch eine erhebliche Verringerung der Festigkeit des Hauptkörpers bewirkt werden würde.

Bei dem gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung definierten Bohrer sind die Beziehung zwischen dem maximalen Wert W₁ der Rückendicke und dem Bohrerdurchmesser D und die Beziehung zwischen dem minimalen Wert W₂ der Rückendicke und dem Bohrerdurchmesser D durch die Ausdrücke 0,2D ≤ W₁ ≤ 0,4D; 0,15D ≤ W₂ ≤ 0,33D wiedergegeben. Diese Maßbeziehungen sind effektiv beim Erzielen einer ausreichend großen Querschnittsfläche der Nut zum Ermöglichen eines gleichmäßigen Entweichens der Späne, während eine übermäßige Verringerung der Rückendicke verhindert wird, die eine übermäßige Verringerung der Festigkeit des Hauptkörpers des Bohrers bewirken würde. Das heißt aufgrund dieser Maßbeziehungen werden die Späne gleichmäßig durch die Nut entfernt, während ein leichtes Brechen des Bohrers verhindert wird.

Bei dem gemäß dem siebten Aspekt der Erfindung definierten Bohrer beträgt das vorstehend beschriebene Nutenbreitenverhältnis 0,6 bis 1,5 bei dem maximalen Rückendickenabschnitt des zylindrischen Hauptkörpers und 0,8 bis 1,7 bei dem minimalen Rückendickenabschnitt des zylindrischen Hauptkörpers. Bei dem Bohrer des siebten Aspektes der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine ausreichend große Querschnittsfläche der Nut zum Ermöglichen eines gleichmäßigen Entweichens der Späne zu erreichen, während eine außerordentliche Verringerung der Breite von jedem Steg verhindert ist, die zu einer übermäßigen Verringerung der Festigkeit des Hauptkörpers des Bohrers führen würde.

Bei dem gemäß dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung definierten Bohrer, bei dem die Oberflächenrauhigkeit (maximale Höhe Ry) der Nut nicht größer als 3 μm ist, erleichtert die Oberflächengleichmäßigkeit der Nut eine Verschiebung der Späne durch die Nut, wodurch eine gleichmäßigere Entfernung der Späne ermöglicht ist und des weiteren noch zuverlässiger ein Brechen des Bohrers verhindert wird, das im Fall eines Spanansammelns oder Spanverstopfens bewirkt werden würde.

Bei dem gemäß dem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung definierten Bohrer ist der zylindrische Hauptkörper mit der Nut, die an seiner Außenumfangsfläche ausgebildet ist, mit einer harten Beschichtung beschichtet, und die Oberfläche der Nut wird poliert, gelappt oder anderweitig so endbearbeitet, dass sie einen erwünschten Glättegrad hat. Bei dem Bohrer dieses neunten Aspektes der vorliegenden Erfindung wird die Nutoberfläche durch die harte Beschichtung vor Verschleiß geschützt, so dass ein gleichmäßiges Entweichen der Späne während einer langen Zeitspanne lang sichergestellt ist, wodurch die Lebensdauer des Werkzeugs weiter verlängert ist.

Bei dem gemäß dem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung definierten Bohrer ist die Vorderseitenwand von jeder der beiden Nuten in der von dem Führungsrand d. h. dem Rückseitenrand der Nut weg weisenden Richtung derart konkav gestaltet, dass der am stärksten konkav gestaltete Abschnitt der Vorderseitenwand von der geraden Linie, die durch die Achse und das rückseitige Ende des entsprechenden Steges tritt, um einen vorbestimmten Abstand t/2 entfernt ist, der gleich der Hälfte des Wertes t ist, wobei der Ausdruck 0,15D ≤ t ≤ 0,35D erfüllt ist (wobei D den Durchmesser des Bohrers wiedergibt). Wenn dieser Ausdruck gemäß der Maßbeziehung zwischen dem Wert t und dem Durchmesser D des Bohrers erfüllt ist, ist es möglich, eine ausreichend große Querschnittsfläche für jede Nut zu erzielen, um ein gleichmäßiges Entweichen der Späne zu ermöglichen, ohne an einer übermäßigen Verringerung der Festigkeit des Hauptkörpers des Bohrers zu leiden. Des weiteren ist es wahrscheinlich, dass der Bohrer von diesem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung kurze gewundene Späne erzeugt, so dass die erzeugten Späne mit Leichtigkeit in kleine Stücke brechen. Somit werden die Späne aus dem gebohrten Loch noch gleichmäßiger entfernt.

Das Prinzip der vorliegenden Erfindung ist in vorteilhafter Weise auf einen Bohrer anwendbar, der gemäß der Definition des vorstehend beschriebenen elften Aspektes der vorliegenden Erfindung, einen Bohrerdurchmesser von nicht mehr als 8 mm hat und bei dem die Nutlänge zumindest zehnmal so groß wie der Bohrerdurchmesser ist. Jedoch ist das Prinzip der vorliegenden Erfindung des weiteren in vorteilhafter Weise auf einen Bohrer anwendbar, der einen Bohrerdurchmesser von nicht mehr als 6 mm hat und bei dem die Nutlänge zumindest 15-mal so groß wie der Bohrerdurchmesser ist. Des weiteren ist das Prinzip der vorliegenden Erfindung ebenfalls auf einen Bohrer anwendbar, bei dem der Bohrerdurchmesser größer als 8 mm ist und die Nutlänge zumindest vier- bis fünfmal so groß wie der Bohrerdurchmesser ist.

Der erfindungsgemäße Bohrer kann in vorteilhafter Weise bei einem Tieflochbohrvorgang verwendet werden, bei dem ein tiefes Loch in ein Werkstück gebohrt wird, durch ein Zuführen des Bohrers und des Werkstückes relativ zueinander bei einer Vorschubrate f von zumindest 0,10 mm/Umdrehung, während der Bohrer und das Werkstück relativ zueinander bei einer Umfangsgeschwindigkeit V von zumindest 80 m/Minute gedreht werden. Jedoch kann der Bohrer des weiteren in vorteilhafter Weise bei einem Betrieb bei einer Bohrbedingung mit höherer Geschwindigkeit beispielsweise mit einer Vorschubrate f von zumindest 0,20 mm/Umdrehung und einer Umfangsgeschwindigkeit V von zumindest 90 mm/Umdrehungen verwendet werden. Des weiteren kann der Bohrer bei einem Bohrzustand mit einer relativ geringen Geschwindigkeit beispielsweise bei einer Vorschubrate f von weniger als 0,10 mm/Umdrehung und einer Umfangsgeschwindigkeit V von weniger als 80 m/Minute angewendet werden.

Vorzugsweise ist jede der vorstehend Beschriebenen eine Nut so ausgebildet, dass sie sich in einer spiralartigen Richtung des zylindrischen Hauptkörpers so erstreckt, dass die in den Nuten untergebrachten Späne zu dem Schaft hin verschoben werden, wenn der Bohrer in der vorbestimmten Drehrichtung gedreht wird. Jedoch kann der gesamte Teil oder ein Teil von jeder Nut so ausgebildet sein, dass er sich parallel zu der Achse des zylindrischen Hauptkörpers erstreckt. Des weiteren besteht in vorteilhafter Weise die vorstehend beschriebene zumindest eine Nut aus zwei Nuten, die symmetrisch in Bezug auf die Achse des zylindrischen Hauptkörpers angeordnet sind. Jedoch muss die Anzahl der Nuten nicht unbedingt zwei betragen, sondern kann drei oder mehr betragen. Des weiteren kann die vorstehend beschriebene zumindest eine Nut aus einer einzigen Nut bestehen.

Vorzugsweise ist die Dicke des Rückens bei dem nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt linear verringert, d. h. bei einer konstanten Rate und in Betrachtung in der von dem axial entfernten Ende des zylindrischen Hauptkörpers zu dem Schaft hin weisenden Richtung, wie bei dem vorstehend beschriebenen zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Jedoch muss die Verringerungsrate bei der Rückendicke nicht unbedingt konstant sein, sondern kann allmählich zunehmen oder abnehmen, so dass die Rückendicke bei dem nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt nicht linear verringert ist. Wenn die Rückendickenverringerungsrate zunimmt, ist der nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt radial nach außen konvex. Wenn die Rückendickenverringerungsrate abnimmt, ist der nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt radial nach innen konkav.

Der Außendurchmesser des zylindrischen Hauptkörpers kann über seine gesamte axiale Länge konstant sein, so dass der Durchmesser des zylindrischen Hauptkörpers über eine gesamte axiale Länge im wesentlichen dem Durchmesser D des Bohrers gleich ist. Jedoch ist vorzugsweise der zylindrische Hauptkörper geringfügig nach hinten abgeschrägt, um die Reibung zwischen der Stegfläche des Hauptkörpers und der Innenfläche des gebohrten Loches zu verringern. Des weiteren kann der zylindrische Hauptkörper einen Abschnitt mit einem größeren Durchmesser haben, der durch seinen axial entfernten Endabschnitt vorgesehen ist, und einen Abschnitt mit einem kleinem Durchmesser haben, der durch seinen Abschnitt vorgesehen ist, der zu dem Schaft benachbart ist, wie dies bei dem vorstehend beschriebenen dreizehnten Aspekt der Erfindung der Fall ist. Bei diesem Aufbau kann der Unterschied zwischen den Durchmessern des Abschnittes mit den großen Durchmesser und dem Abschnitt mit dem kleinen Durchmesser so sein, dass er nicht weniger als 0,1 mm beträgt.

Der Bohrer der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise aus einem harten Werkzeugmaterial wie beispielsweise Sinterkarbid, Zermet und einem gesinterten Körper aus CBN (kubische Bornitride) ausgebildet. Jedoch kann der Bohrer auch aus einem Stahlmaterial wie beispielsweise gesinterter Hochgeschwindigkeitsstahl, Hochgeschwindigkeitswerkzeugstahl und Legierungswerkzeugstahl hergestellt sein. Des weiteren können der zylindrische Hauptkörper und der Schaft aus jeweiligen aneinander unterschiedlichen Materialien ausgebildet sein, so dass beispielsweise der Hauptkörper aus einem hartem Werkzeugmaterial ausgebildet ist, während der Schaft aus einem Stahlmaterial ausgebildet ist.

Vorzugsweise ist der zylindrische Hauptkörper mit einer harten Beschichtung beschichtet, die beispielsweise aus TiAlN, TiCN und einem Diamantmaterial ausgebildet ist. Die harte Beschichtung kann entweder aus einer Mehrlagenbeschichtung oder aus einer Einzellagenbeschichtung bestehen. Die harte Beschichtung, die den zylindrischen Hauptkörper bedeckt, kann einem Oberflächenendbearbeitungsvorgang wie beispielsweise einem Lappen oder einem magnetischen Polieren ausgesetzt sein.

Des weiteren ist vorzugsweise ein Ölloch durch den zylindrischen Hauptkörper und den Schaft hindurch so ausgebildet, dass es an der Endflankenseite offen ist, wie dies bei dem vorstehend beschriebenen zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung der Fall ist, so dass ein Schneidfluid oder Druckluft zu der Schneidstelle durch das Ölloch bei Bedarf bei einem Bohrvorgang geliefert wird.

Die vorstehend dargelegten und weitere Aufgaben, Merkmale, Vorteile und die industrielle und technische Bedeutung der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachstehend dargelegten detaillierten Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher hervor.

1A zeigt eine Seitenansicht eines Tieflochbohrers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

1B zeigt eine Ansicht einer fortlaufenden Verringerung der Rückendicke bei dem Bohrer von 1A.

1C zeigt eine Querschnittsansicht des Bohrers von 1A.

1D zeigt eine Seitenansicht des Bohrers von 1A.

2A zeigt eine Tabelle von Bohrbedingungen, unter denen tiefe Löcher mit einer Tiefe von 90 mm durch den Bohrer der vorliegenden Erfindung und herkömmliche Bohrer bei einem Versuch zum Messen der Haltbarkeit von jedem Bohrer gebohrt wurden.

2B zeigt eine graphische Darstellung von Ergebnissen des Versuchs von 2A.

3A zeigt eine Tabelle von Bohrzuständen, unter denen tiefe Löcher mit jeweils von einer Tiefe von 120 mm durch den Bohrer der vorliegenden Erfindung und durch herkömmliche Bohrer bei einem anderen Versuch zum Messen der Haltbarkeit von jedem Bohrer gebohrt wurden.

3B zeigt eine graphische Darstellung des Ergebnisses des Versuchs von 3A.

4 zeigt eine 1B entsprechende Ansicht von einem Tieflochbohrer gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Nachstehend sind die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben.
Die 1A bis 1D zeigen einen Tieflochbohrer 10, der gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. 1A zeigt eine Seitenansicht des Bohrers 10 unter Betrachtung in einer senkrecht zu der Achse O des Bohrers 10 stehenden Richtung. Die 1B und 1C zeigen einen Längsschnitt bzw. eine Querschnittsansicht des Bohrers 10. 1D zeigt eine Seitenansicht des Bohrers 10, wobei ein axial entfernter Endabschnitt des Bohrers 10 gezeigt ist, bei dem ein Paar an Schneidlippen oder -kanten 16 symmetrisch in Bezug auf die Achse O ausgebildet ist. Dieser Bohrer 10 ist ein aus zwei Nuten bestehender Verdrehbohrer, der aus Sinterkarbid ausgebildet ist. Der Bohrer 10 hat einen zylindrischen Schaft 12 und einen zylindrischen Hauptkörper 14, die koaxial zueinander sind und die einstückig zueinander ausgebildet sind. Der zylindrische Schaft 12 und der Hauptkörper 14, die einstückig miteinander ausgebildet sind, wirken miteinander zusammen, um einen Körper des Bohrer 10 zu bilden, auf den als ein Bohrerkörper Bezug genommen ist. Der zylindrische Hauptkörper 14 ist an seiner Oberfläche mit einer harten Mehrlagenbeschichtung beschichtet, die aus TiAlN ausgebildet ist. Der Hauptkörper 14 hat ein Paar an Spanentweichnuten 18, die symmetrisch in Bezug auf die Achse O ausgebildet sind und sich über im wesentlichen die gesamte axiale Länge des Hauptkörpers 14 erstrecken. Jede der Nuten 18 ist in der Richtung des Uhrzeigersinns um einen vorbestimmten Spiralwinkel in Bezug auf die Achse O verdreht. Jede der Schneidkanten 16 ist durch ein axial entferntes offenes Ende der entsprechenden Nut 18 vorgesehen. Der zylindrische Hauptkörper 14 hat des weiteren ein Paar an Stegen 21, die den Umfangsabschnitten des Hauptkörpers 14 entsprechen, die durch die Nuten 18 nicht abgetrennt sind. Die Stege 21 haben jeweils Außenumfangsflächen in der Form von Stegflächen, die einen Durchmesser mit einem Zwischenraum haben.
Bei einem Bohrvorgang mit diesem Bohrer 10 wird der Bohrer 10 an dem Schaft 12 durch eine geeignete Bohrereinspanneinrichtung oder einen Stirnfräshalter durch eine Spindel eines Maschinenwerkzeugs wie beispielsweise eine Bohrmaschine, eine Fräsmaschine und eine Drehbank gehalten. Der Bohrer 10 wird dann relativ zu einem Werkstück bei einer vorbestimmten Drehrichtung das heißt in der Richtung des Uhrzeigersinns unter Betrachtung in der von dem Schaft 12 zu dem axial entfernten Abschnitt des zylindrischen Hauptkörpers 14 hin weisenden Richtung gedreht, während er axial zu dem Werkstück hin bewegt wird, so dass das Werkstück durch die Schneidkanten 16 geschnitten wird, wodurch ein Loch in dem Werkstück ausgebildet wird, während die als ein Ergebnis des Schneidens des Werkstückes erzeugten Späne aus dem gebohrtem Loch zu dem Schaft 12 hin über die Spanentweichnuten 18 entweichen. Obwohl der Bohrer 10 ein Verdrehbohrer (d. h. ein mit einer schraubenartigen Nut versehener Bohrer) ist, ist der Bohrer 10 in 1B so dargestellt, als wenn er ein mit einer geraden Nut versehener Bohrer wäre, um die allmähliche Änderung der Dicke (des Durchmessers) W eines Rückens oder eines Steges 20 unter Betrachtung der axialen Richtung klarzustellen. Es sollte außerdem beachtet werden, dass der Aufbau des zylindrischen Hauptkörpers 14, der in den 1A und 1B gezeigt ist, durch eine Drehtrajektorie einer Führungskante definiert ist, die durch die Rückseitenkante der in Breitenrichtung gegenüberstehenden Kanten jeder Nut 18 unter Betrachtung in der vorbestimmten Drehrichtung vorgesehen ist.
Der zylindrische Hauptkörper 14 hat einen Abschnitt 14a mit einem großen Durchmesser, der an seinem axial entfernten Endabschnitt vorgesehen ist, und einen Abschnitt 14b mit einem kleinen Durchmesser, der an seinem Abschnitt vorgesehen ist, der benachbart zu dem Schaft 12 ist. Der Abschnitt 14a mit dem großen Durchmesser hat einen Bohrerdurchmesser D (d. h. der Durchmesser der Schneidkanten 16) an seinem äußersten entfernten Ende und ist bei einer vorbestimmten Rate nach hinten abgeschrägt. Der Abschnitt 14b mit dem kleinen Durchmesser hat einen Durchmesser d, der um ungefähr 0,2 mm geringer als der Bohrerdurchmesser D ist und der über seine gesamte axiale Länge konstant ist. Der Abschnitt 14a mit dem großen Durchmesser und der Abschnitt 14b mit dem kleinen Durchmesser grenzen aneinander mit einem Absatz mit einer vorbestimmten Höhe zwischen der Außenumfangsfläche der beiden Abschnitte 14a und 14b. Die axiale Länge von jeder Nut 18 (d. h. die Nutlänge), die im wesentlichen gleich der axialen Länge des zylindrischen Hauptkörpers 14 ist, ist zumindest 15-mal so groß wie der Durchmesser D des Bohrers. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser D des Bohrers ungefähr 6 mm, während die Nutlänge ungefähr 134 mm beträgt. Die axiale Länge des Abschnittes 14a mit dem großen Durchmesser, die zumindest fünfmal so groß wie der Durchmesser D des Bohrers ist, beträgt ungefähr 40 mm. Es sollte beachtet werden, dass es sich bei dem Durchmesser D des Bohrers und den anderen Durchmesserabmessungen des Bohrers 10 um Abmessungen handelt, die gemessen wurden, nachdem der zylindrische Hauptkörper 14 mit der harten Beschichtung beschichtet war. Anders ausgedrückt ist die Dicke der harten Beschichtung in den Durchmesserabmessungen des Bohrers 10 enthalten. Es solle außerdem beachtet werden, dass die 1A bis 1D lediglich schematische Ansichten zeigen, in denen die Elemente nicht unbedingt genau und insbesondere in ihrer Relativabmessung genau dargestellt sind.
Der Rücken 20 ist durch einen mittleren Abschnitt des zylindrischen Hauptkörpers 14 vorgesehen, der mit den Stegen 21 verbunden ist. Der sich in der axialen Richtung des zylindrischen Hauptkörpers 14 erstreckende Rücken 20 hat einen nach hinten abgeschrägten Abschnitt, bei dem die Dicke W des Rückens 20 allmählich oder kontinuierlich bei einer konstanten Rate unter Betrachtung in einer von dem axial entfernten Ende des zylindrischen Hauptkörpers 14 zu dem Schaft 12 hin weisenden Richtung sich verringert. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der nach hinten schräg verlaufende Abschnitt nicht nur durch den axial entfernten Endabschnitt des Rückens 20 sonder außerdem durch den axial nahen Endabschnitt und den Zwischenabschnitt des Rückens 20 vorgesehen, d. h. der nach hinten schräg verlaufende Abschnitt erstreckt sich über im wesentlichen die gesamte axiale Länge von jeder Nut 18 mit Ausnahme seines Abschnittes 19 an dem äußersten hinteren Ende, an dem die Nut 18 ausläuft. Die Rückendicke W ist an dem entfernten Ende des Rückens 20 oder des Bohrerkörpers maximal und ist an dem nahen Ende des Rückens 20 minimal, die benachbart zu dem Abschnitt 19 des äußersten hinteren Endes von jeder Nut 18 benachbart ist. Der maximale Wert W₁ der Rückendicke W beträgt 0,2D bis 0,4D, während der minimale Wert W₂ der Rückendicke W hierbei 0,15D bis 0,33D beträgt (wobei D den Durchmesser des Bohrers wiedergibt). Bei den vorliegenden Ausführungsbeispiel betragen der maximale Wert W₁ und der minimale Wert W₂ der Rückendicke W ungefähr 0,33D (ungefähr 1,98 mm) bzw. ungefähr 0,27D (ungefähr 1,62 mm), so dass ein Abschrägungsverhältnis des Rückens 20 dabei –0,36/130 mm beträgt. Die fortlaufende Verringerung der Rückendicke W kann bei einem Prozess zum Ausbilden jeder Nut 18 an dem zylindrischen Hauptkörper 14 erhalten werden. Das heißt bei dem Nutausbildungsverfahren wird ein Schleifrad kontinuierlich zu dem Bohrerkörper in einer radialen Richtung des Bohrerkörpers bewegt, während es in einer von dem axial entfernten Ende des zylindrischen Hauptkörpers 14 zu dem Schaft 12 hin weisenden Richtung bewegt wird, so dass das erwünschte Abschrägungsverhältnis verwirklicht wird.
Ein Nutbreitenverhältnis θ₂/θ₁ ist an dem entfernten Ende des Bohrerkörpers minimal, an dem die Rückendicke w maximal ist, und dieses Verhältnis ist an dem nahen Ende des Rückens 20 maximal. Der minimale Wert des Nutbreitenverhältnisses θ₂/θ₁ beträgt 0,6 bis 1,5, wohingegen der maximale Wert des Nutbreitenverhältnisses θ₂/θ₁ dabei 0,8 bis 1,7 beträgt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel haben der minimale Wert und der maximale Wert des Nutbreitenverhältnisses θ₂/θ₁ eine Größe von ungefähr 0,9 bzw. 1,0. Es sollte hierbei beachtet werden, dass das Nutbreitenverhältnis θ₂/θ₁ ein Verhältnis einer Breite von jeder Nut 18 gegenüber einer Breite von jedem Steg 21 ist, wobei die Breite von jeder Nut 18 und die Breite von jedem Steg 21 durch einen Mittelwinkel θ₂ von jeder Nut 18 bzw. einem Mittelwinkel θ₁ von jedem Steg 21 definiert werden kann.
Die Querschnittsform von jeder Nut 18 entspricht derjenigen eines Umfangsabschnittes des zum Formen von jeder Nut 18 verwendeten Schleifrades. Eine Vorderseitenwand an jeder Nut 18 unter Betrachtung in der Bohrerdrehrichtung ist in einer Richtung konkav gestaltet, die von einer Führungskante weg weist, die durch eine Rückseitenkante von in der Breitenrichtung gegenüberstehenden Kanten der Nut 18 unter Betrachtung in der Bohrerdrehrichtung vorgesehen ist. Der am stärksten konkav ausgebildete Abschnitt der Vorderseitenwand ist von einer geraden Linie, die durch die Achse O und ein hinteres Ende des entsprechenden Steges 21 unter Betrachtung in der Bohrerdrehrichtung tritt, um einen vorbestimmten Abstand t/2 entfernt, dessen doppelter Wert t durch den folgenden Ausdruck wiedergegeben wird:
0,15D ≤ t ≤ 0,35D,
wobei D den Durchmesser des Bohrers wiedergibt.
Es sollte hierbei beachtet werden, dass der vorstehend beschriebene Doppelwert t als Nutvorderseitenwandkonkavitätsbetrag bezeichnet werden kann. Bei den vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt dieser Nutvorderseitenwandkonkavitätsbetrag t 0,22D, was ungefähr 1,3 mm entspricht. Es sollte außerdem beachtet werden, dass das vorstehend beschriebene hintere Ende von jedem Steg 21 ein gedachtes hinteres Ende ist, da eine abgeschrägte Fläche 22 an dem hinteren Ende von jedem Steg 21 ausgebildet.
Die Oberfläche jeder Nut 18, die mit der harten Beschichtung beschichtet ist, wird so gelappt, dass sie eine Rauhigkeitskurve hat, deren maximale Höhe Ry nicht größer als 3 μm ist. Ein Paar an Öllöchern 24 ist über die gesamte axiale Länge des Bohrerkörpers so ausgebildet, dass diese sich in der spiralartigen Richtung d. h. parallel zu jeder Nut 18 erstrecken, die sich ebenfalls in der spiralartigen Richtung erstreckt. Jedes Ölloch 18 ist an seinem einem Ende an einer Endflankenseite 23 offen und ist an seinem anderen Ende an der Endfläche des Schaftes 12 offen, so dass ein Schneidfluid oder Druckluft zu der Schneidstelle durch die Öllöcher 18 bei Bedarf geliefert wird, wenn ein Loch gebohrt wird.
Bei dem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebauten Bohrer 10 ist die Dicke W des Rückens 20 unter Betrachtung in der von dem axialen entfernten Ende des zylindrischen Hauptkörpers 14 zu dem Schaft 12 hin weisenden Richtung allmählich oder kontinuierlich kleiner. Dieser Aufbau erleichtert das gleichmäßige Entweichen der Späne aus dem gebohrten Loch, wodurch ein Brechen des Bohrers 10 verhindert wird, das in dem Fall eines Spanansammelns in dem Loch bewirkt werden würde. Das gleichmäßige Entweichen der Späne führt zu einer Zunahme der Lebensdauer des Werkzeugs und ermöglicht ein Erzielen eines Tieflochbohrvorgangs mit einer hohen Effizienz. Der Bohrer 10 kann ein tiefes Loch mit einer Tiefe, die zumindest 15-mal so groß wie der Durchmesser D des Bohrers bei einem Hochgeschwindigkeitsbohrzustand in zufriedenstellender Weise bohren, bei dem beispielsweise der Bohrer 10 bei einer Vorschubrate f von zumindest 0,10 mm je Umdrehung zugeführt wird, während er bei einer Umfangsgeschwindigkeit V von zumindest 80 m/Minute gedreht wird. Das heißt selbst bei einem derartigen Hochgeschwindigkeitsbohrzustand kann der Bohrer 10 eine ausreichend hohe Anzahl an tiefen Löchern in erfolgreicher Weise bohren, ohne dass er aufgrund eines Spanansammelns oder eines Spanstaus bricht.
Bei dem Bohrer 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung ist der nach hinten schräg verlaufende Abschnitt nicht nur durch den axial entfernten Endabschnitt des Rückens 20 sondern außerdem durch den axial nahen Endabschnitt und den Zwischenabschnitt des Rückens 20 vorgesehen, d. h. der nach hinten schräg verlaufende Abschnitt erstreckt sich über im wesentlichen die gesamte axiale Länge von jeder Nut 18 mit der Ausnahme eines Abschnittes an dem äußersten hinteren Ende von jeder Nut 18, bei dem die Nut 18 ausläuft. Bei diesem Aufbau werden die Späne aus dem gebohrten Loch durch die Nuten 18 noch gleichmäßiger entweichen.
Des weiteren sind die Beziehung zwischen dem maximalen Wert W₁ der Rückendicke und dem Durchmesser D des Bohrers und die Beziehung zwischen dem minimalen Wert W₂ der Rückendicke und dem Durchmesser D des Bohrers durch die Ausdrücke 0,2D ≤ W₁ ≤ 0,4, 0,15D ≤ W₂ ≤ 0,33D wiedergegeben. Diese Maßbeziehungen bewirken, dass eine ausreichend große Querschnittsfläche von jeder Nut 18 zum Ermöglichen eines gleichmäßigen Entweichens der Späne erzielt wird, während eine außerordentliche Verringerung der Rückendicke W verhindert wird, die eine übermäßige Verringerung der Festigkeit des Hauptkörpers 14 von dem Bohrer 10 bewirken würde. Das heißt aufgrund dieser Maßbeziehungen werden die Späne gleichmäßig durch die Nuten 18 herausgebracht, während ein leichtes Brechen des Bohrers 10 verhindert wird.
Des weiteren ist es bei dem Bohrer 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Nutbreitenverhältnis an dem Abschnitt des zylindrischen Hauptkörpers 14 mit maximaler Rückendicke 0,6 bis 1,5 beträgt und dem Abschnitt des zylindrischen Hauptkörpers 14 mit minimaler Rückendicke 0,8 bis 1,7 beträgt, möglich, eine ausreichend große Querschnittsfläche von jeder Nut 18 zum Ermöglichen eines gleichmäßigen Entweichens der Späne zu erzielen, während eine übermäßige Verringerung der Breite von jedem Steg 21 verhindert wird, die zu einer übermäßigen Verringerung der Festigkeit des Hauptkörpers 14 des Bohrers 10 führen würde.
Des weiteren ist bei dem Bohrer 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels, bei dem die Oberflächenrauhigkeit (maximale Höhe Ry) der Nuten 18 nicht größer als 3 μm ist, die Oberflächenglätte der Nuten 18 derart, dass ein Verschieben der Späne durch die Nuten 18 erleichtert ist, wodurch die Späne noch gleichmäßiger entweichen können und wobei ein Brechen des Bohrers 10 noch zuverlässiger verhindert ist, das in dem Fall eines Spanansammelns oder eines Spanstaus oder eines schlechten Spanentfernens bewirkt werden würde.
Des weiteren ist bei dem Bohrer 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels der zylindrische Hauptkörper 14 mit den Nuten 18, die an seiner Außenumfangsfläche ausgebildet sind, mit der harten Beschichtung beschichtet, und die Oberfläche von jeder Nut 18 ist gelappt, poliert oder in anderer Weise so endbearbeitet, dass sie einen erwünschten Glättegrad hat. Der Verschleiß der Nutoberfläche wird durch die harte Beschichtung verhindert, so dass ein gleichmäßiges Entweichen der Späne während einer langen Zeitspanne lang sichergestellt ist, wodurch sich die Lebensdauer des Werkzeuges weiter verlängert.
Des weiteren ist bei dem Bohrer 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels, bei dem Vorderseitenwand von jeder Nut 18 derart konkav gestaltet ist, dass der vorstehend beschriebene Nutenvorderseitenwandkonkavitätsbetrag t innerhalb des Bereiches von 0,15D bis 0,35D gehalten wird (wobei D den Durchmesser des Bohrers angibt), es möglich, eine ausreichend große Querschnittsfläche jeder Nut 18 zu erhalten, um ein gleichmäßiges Entweichen der Späne zu ermöglichen, ohne dass die Festigkeit des Hauptkörpers 14 von dem Bohrer 10 außerordentlich verringert ist. Des weiteren ist es bei dem Bohrer 10 wahrscheinlich, dass er kurze gekrümmte Späne erzeugt, so dass die erzeugten Späne mit Leichtigkeit in kleine Stücke zerbrechen. Somit werden die Späne noch gleichmäßiger aus dem gebohrten Loch entfernt.
Ein Bohrversuch wurde unter Verwendung eines erfindungsgemäß aufgebauten Bohrers und außerdem eines herkömmlichen Bohrers (bei dem der Rücken nicht einen nach hinten abgeschrägten Abschnitt hat) durchgeführt. Bei diesem Versuch wurden tiefe Löcher, mit jeweils einer Tiefe von 90 mm (ungefähr 15-mal so groß wie der Durchmesser des Loches) aufeinanderfolgend in einem aus S50C (Kohlenstoffstahl für Maschinenbauverwendung) hergestellten Werkstück unter vier verschiedenen Bedingungen erzeugt, um die Haltbarkeit von jedem Bohrer unter Berücksichtigung der Anzahl an Löchern zu überprüfen, die nacheinander ohne Brechen des Bohrers erzeugt wurden. 2A zeigt eine Tabelle zur Darstellung einer Umfangsgeschwindigkeit V (m/Minute) (Drehgeschwindigkeit des Bohrers), einer Vorschubrate f (mm/Umdrehung) und einer Oberflächenrauhigkeit Ry von jeder Nut des Bohrers bei jeder der vier Bedingungen. 2B zeigt eine grafische Darstellung der Anzahl an Löchern, die ohne Brechen des Bohrers erzeugt wurden, d. h. die Haltbarkeit des Bohrers. Bei dem Zustand Nr. 1, bei dem der Bohrer der vorliegenden Erfindung verwendet wurde, wurden 666 Löcher ohne Brechen des Bohrers nacheinander erzeugt. Bei Vollendung der Erzeugung von 666 Löchern bei Zustand oder Bedingung Nr. 1 war der Betrag des Verschleißes an einem Umfangseckenteil des Bohrers mit ungefähr 0,3 mm sehr gering, so dass der Bohrer offensichtlich noch zu einem Erzeugen von weiteren Löchern in der Lage war. Andererseits brach bei den Bedingungen Nr. 2 bis 4, bei denen jeweils der herkömmliche Bohrer verwendet wurde, dieser herkömmliche Bohrer nach einer geringen Anzahl an erzeugten Löchern, obwohl die Schneidgeschwindigkeit (Umfangsgeschwindigkeit V, Vorschubrate f) bei den Bedingungen Nr. 2 bis 4 geringer als bei der Bedingung Nr. 1 war. Die Anzahl an ohne Brechen des Bohrers bei den Bedingungen Nr. 2 bis 4 erzeugten Löchern betrug 3, 257 bzw. 1. Bei diesem Versuch zeigte sich, dass der Bohrer der vorliegenden Erfindung eine erheblich bessere Haltbarkeit aufzeigt.
Ein anderer Bohrversuch wurde unter Verwendung des erfindungsgemäßen Bohrers und außerdem des herkömmlichen Bohrers durchgeführt. Bei diesem Versuch wurden tiefe Löcher mit jeweils einer Tiefe von 120 mm (ungefähr 20-mal so groß wie der Durchmesser des Loches) aufeinanderfolgend in einem aus S50C hergestellten Werkstück unter drei verschiedenen Bedingungen erzeugt. 3A zeigt eine Tabelle einer Umfangsgeschwindigkeit V (m/min), einer Vorschubrate f (mm/Umdrehung) und einer Oberflächenrauhigkeit Ry von jeder Nut des Bohrers in ähnlicher Weise wie die Tabelle von 2A. 3B zeigt eine grafische Darstellung der Haltbarkeit des Bohrers in ähnlicher Weise wie die grafische Darstellung von 2B. Bei dem Zustand oder Bedingung Nr. 1, bei der der Bohrer der vorliegenden Erfindung verwendet wurde, wurden 666 Löcher aufeinanderfolgend ohne Brechen des Bohrers erzeugt. Bei der Vollendung der Erzeugung von 666 Löchern bei Zustand Nr. 1 war der Betrag des Verschleißes an dem Umfangseckenteil des Bohrers mit ungefähr 0,5 mm sehr gering, so dass der Bohrer noch dazu in der Lage schien, weitere Löcher zu bohren. Andererseits brach bei den Bedingungen Nr. 2 und 3, bei denen jeweils der herkömmliche Bohrer verwendet wurde, der herkömmliche Bohrer nach einer geringen Anzahl an erzeugten Löchern, obwohl die Schneidgeschwindigkeit bei dem Bedingungen Nr. 2 und 3 geringer als bei Bedingung Nr. 1 war. Die Anzahl an erzeugten Löchern ohne Brechen des Bohrers bei den Bedingungen Nr. 2 und 3 betrug 1 bzw. 28. Auch bei diesem Versuch zeigte der erfindungsgemäße Bohrer somit eine erheblich bessere Haltbarkeit.
4 zeigt eine 1B entsprechende Ansicht eines Tieflochbohrers 30 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieser Bohrer 30 unterscheidet sich von dem Bohrer 10 des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels dahingehend, dass der nach hinten schräg verlaufende Abschnitt eines Rückens 32 lediglich durch den axial entfernten Endabschnitt des Rückens 32 vorgesehen ist, der eine vorbestimmte axiale Länge L hat, die nicht kleiner als der Bohrerdurchmesser D ist. Der Rücken 32 hat zusätzlich zu dem nach hinten abgeschrägten Abschnitt einen nicht nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt, der durch den axial nahen Endabschnitt und den Zwischenabschnitt des Rückens 32 vorgesehen ist. Die Dicke des Rückens 32 bei dem nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt verringert sich linear, d. h. einer konstanten Rate unter Betrachtung in der von dem axial entfernten Ende des Hauptkörpers 14 weg weisenden und zu dem Schaft 14 hin weisenden Richtung. Die Dicke des Rückens 32 bei dem nicht nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt kann konstant sein oder kann alternativ allmählich zunehmen unter Betrachtung in der von dem axial entfernten Ende des Hauptkörpers 14 weg weisenden Richtung zu dem Schaft 12 hin. Im erstgenannten Fall kann der nicht nach hinten schräg verlaufende Abschnitt als ein Abschnitt mit konstanter Dicke bezeichnet werden. Die axiale Länge L des nach hinten schräg verlaufenden Abschnittes beträgt ungefähr 30 mm das heißt ungefähr fünfmal so viel wie der Durchmesser D des Bohrers. Die Rückendicke W ist maximal an dem entfernten Ende des Rückens 32 oder des Bohrerkörpers und sie ist minimal an dem nicht nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt. Der maximale Wert W₁ der Rückendicke W beträgt 0,2D bis 0,4D, während der minimale Wert W₂ der Rückendicke W dabei 0,15D bis 0,33D beträgt (wobei D den Durchmesser des Bohrers zeigt). Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der maximale Wert W₁ und der minimale Wert W₂ der Rückendicke W ungefähr 0,30D (ungefähr 1,80 mm) bzw. ungefähr 0,27D (ungefähr 1,62 mm), so dass ein Abschrägungsverhältnis des Rückens 32 an dem nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt –0,18/30 mm beträgt.
Der Bohrer 30 von diesem Ausführungsbeispiel sieht im wesentlichen die gleichen technischen Vorteile wie der Bohrer 10 des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels vor. Des weiteren wird aufgrund des Vorhandenseins des nicht nach hinten schräg verlaufenden Abschnittes, bei dem die Rückendicke W konstant ist oder allmählich zunimmt unter Betrachtung in der nach hinten weisenden Richtung, verhindert, dass die Rückendicke W außerordentlich verringert wird, wobei dadurch ein leichtes Brechen des Hauptkörpers 14 vermieden wird, das durch eine erhebliche Verringerung der Festigkeit des Hauptkörpers 14 bewirkt worden würde.
Während die gegenwärtig als bevorzugt erachteten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung vorstehend aufgezeigt sind, sollte verständlich sein, dass die Erfindung nicht auf die Einzelheiten der dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern mit verschiedenen anderen Änderungen, Abwandlungen und Verbesserungen ausgeführt werden kann, auf die Fachleute kommen können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
Der Bohrer 10; 30 hat einen zylindrischen Hauptkörper 14 und einen Schaft 12. Der zylindrische Hauptkörper hat (a) Nuten 18, die Schneidkanten 16 an einem axial entfernten Ende des zylindrischen Hauptkörpers vorsehen, (b) Stege 21, die jeweils durch einen Umfangsabschnitt des zylindrischen Hauptkörpers vorgesehen sind und sich zwischen den Nuten befinden, und (c) einen Rücken 20; 32, der durch einen mittleren Abschnitt des zylindrischen Hauptkörpers vorgesehen ist, der die Stege verbindet und sich in einer axialen Richtung des zylindrischen Hauptkörpers erstreckt. Der Rücken hat einen nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt, der durch zumindest einen axial entfernten Endabschnitt des Rückens so vorgesehen ist, dass die Dicke des Rückens an dem nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt unter Betrachtung in der von dem axial entfernten Ende des zylindrischen Hauptkörpers weg weisenden Richtung und zu dem Schaft hin weisenden Richtung allmählich oder kontinuierlich kleiner wird.

Claims

Bohrer (10; 30) mit einem zylindrischen Hauptkörper (14) und einem Schaft (12), die aneinander angrenzen, wobei der Bohrer um eine Achse (O) des zylindrischen Hauptkörpers in einer vorbestimmten Drehrichtung gedreht wird, um ein Loch in einem Werkstück zu bohren, wobei der zylindrische Hauptkörper folgendes aufweist: zumindest eine Nut (18), von denen jede in den zylindrischen Hauptkörper ausgebildet ist und sich von einem axial entfernten Ende des zylindrischen Hauptkörpers zu einem axial nahen Ende des zylindrischen Hauptkörpers erstreckt, um so eine Schneidkante (16) an dem axial entfernten Ende des zylindrischen Körpers vorzusehen; zumindest einen Steg (21), von denen jeder durch einen Umfangsabschnitt des zylindrischen Hauptkörpers vorgesehen ist, der durch die zumindest eine Nut nicht weggeschnitten ist; und einen Rücken (20; 32), die durch einen mittleren Abschnitt des zylindrischen Hauptkörpers vorgesehen ist, der sich in einer axialen Richtung des zylindrischen Hauptkörpers erstreckt; wobei der Rücken einen nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt hat, der durch zumindest einen axial entfernten Endabschnitt des Rückens derart vorgesehen ist, dass die Dicke des Rückens bei dem nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt sich kontinuierlich verringert unter Betrachtung in der von dem axial entfernten Ende des zylindrischen Hauptkörpers weg weisenden und zu dem Schaft hin weisenden Richtung.
Bohrer (10; 30) gemäß Anspruch 1, wobei die Dicke des Rückens (20; 32) an dem nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt bei einer konstanten Rate unter Betrachtung in der von dem axial entfernten Ende des zylindrischen Hauptkörpers (14) weg weisenden und zu dem Schaft (12) hin weisenden Richtung verringert ist.
Bohrer (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der nach hinten schräg verlaufende Abschnitt des Rückens (20) nicht nur durch den axial entfernten Endabschnitt sondern auch durch den axial nahen Endabschnitt und den Zwischenabschnitt des Rückens vorgesehen ist.
Bohrer (30) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der nach hinten schräg verlaufende Abschnitt des Rückens (32) durch lediglich den axial entfernten Endabschnitt des Rückens vorgesehen ist, der eine vorbestimmte axiale Länge (L) hat, die nicht geringer als der Durchmesser D des Bohrers ist, und der Rücken des weiteren einen nicht nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt hat, der durch einen axial nahen Endabschnitt und einen Zwischenabschnitt des Rückens derart vorgesehen ist, dass die Dicke des Rückens an dem nicht nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt konstant ist.
Bohrer (30) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der nach hinten schräg verlaufende Abschnitt des Rückens (32) durch lediglich den axial entfernten Endabschnitt des Rückens vorgesehen ist, der eine axiale Länge (L) hat, die nicht geringer als der Durchmesser D des Bohrers ist, und der Rücken des weiteren einen nicht nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt hat, der durch einen axial nahen Endabschnitt und einen Zwischenabschnitt des Rückens derart vorgesehen ist, dass die Dicke des Rückens an dem nicht nach hinten schräg verlaufenden Abschnitt unter Betrachtung in der von dem axial entfernten Ende des zylindrischen Hauptkörpers weg weisenden Richtung und zu dem Schaft hin weisenden Richtung zunimmt.
Bohrer (10; 30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 wobei die Beziehung zwischen dem Durchmesser (D) des Bohrers und einen maximalen Wert (W₁) der Dicke des Rückens (20; 32) und die Beziehung zwischen dem Durchmesser des Bohrers und einen minimalen Wert (W₂) der Dicke des Rückens durch die folgenden Ausdrücke wiedergegeben wird: 0,2D ≤ W₁ ≤ 0,4D; 0,15D ≤ W₂ ≤ 0,33D; wobei D den Durchmesser des Bohrers angibt; W₁ den maximalen Wert der Dicke des Rückens angibt und W₂ den minimalen Wert der Dicke des Rückens angibt.
Bohrer (10; 30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Nutbreitenverhältnis (θ₂/θ₁) einer Breite (θ₂) von jeder der zumindest einen Nut (18) gegenüber einer Breite (θ₁) von jedem des zumindest einen Steges (21) 0,6 bis 1,5 an einem Abschnitt mit maximaler Rückendicke des zylindrischen Hauptkörpers (14) beträgt, an dem die Dicke des Rückens (20; 32) maximal ist, während das Nutbreitenverhältnis 0,8 bis 1,7 an einem Abschnitt mit minimaler Rückendicke des zylindrischen Hauptkörpers beträgt, an dem die Dicke des Rückens minimal ist.
Bohrer (10; 30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Oberfläche von jeder der zumindest einen Nut (18) eine Rauhigkeitskurve hat, deren maximale Höhe Ry nicht größer als 3 μm ist.
Bohrer (10; 30) gemäß Anspruch 8, wobei der zylindrische Hauptkörper (14) mit einer harten Beschichtung beschichtet ist; und die Oberfläche von jeder zumindest einen Nut (18), die mit der harten Beschichtung beschichtet ist, so poliert ist, dass sie eine Rauhigkeitskurve hat, deren maximale Höhe Ry nicht größer als 3 μm ist.
Bohrer (10; 30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die zumindest eine Nut (18) aus zwei Nuten (18) besteht, die in Bezug auf die Achse (O) des zylindrischen Hauptkörpers (14) symmetrisch sind, der zumindest eine Steg (21) aus zwei Stegen (21) besteht, die durch den Rücken (20; 32) verbunden sind und von denen sich jeder zwischen den Nuten befindet, und eine Vorderseitenwand von jeder der beiden Nuten (18) unter Betrachtung in der vorbestimmten Drehrichtung in einer von einer Führungskante, die durch eine Rückseitenkante von in Breitenrichtung entgegengesetzten Kanten von jeder der beiden Nuten unter Betrachtung in der vorbestimmten Drehrichtung vorgesehen ist, weg weisenden Richtung derart konkav gestaltet ist, dass ein am stärksten konkav gestalteter Abschnitt der Vorderseitenwand von einer geraden Linie, die durch die Achse und ein hinteres Ende eines entsprechenden Steges der beiden Stege (21) unter Betrachtung in der vorbestimmten Drehrichtung tritt, um einen vorbestimmten Abstand (t/2) entfernt ist, der gleich der Hälfte des durch den folgenden Ausdruck wiedergegebenen Wertes ist: 0,15D ≤ t ≤ 0,35D; wobei D den Durchmesser des Bohrers angibt und t den Wert angibt, der zweimal so groß wie der vorbestimmte Abstand ist.
Bohrer (10; 30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die zumindest eine Nut (18) eine axiale Länge von zumindest zehnmal die Größe des Durchmessers (D) des Bohrers, der nicht größer als 8 mm ist, hat.
Bohrer (10; 30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, der des weiteren ein Ölloch (24) aufweist, dass durch den zylindrischen Hauptkörper (14) und dem Schaft (12) hindurch ausgebildet ist und an einer Endflankenseite (23) offen ist, die sich jeweils an einer Rückseite der Schneidkante (16) unter Betrachtung in der vorbestimmten Drehrichtung befindet.
Bohrer (10; 30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der zylindrische Hauptkörper (14) einen Abschnitt (14a) mit einem großen Durchmesser, der an einen axial entfernten Endabschnitt von ihm vorgesehen ist, und einen Abschnitt (14b) mit einem kleinen Durchmesser, der durch einen Abschnitt von diesem benachbart zu dem Schaft (12) vorgesehen ist, hat, wobei der Abschnitt mit dem großen Durchmesser einen Durchmesser hat, der unter Betrachtung in der von dem axialen Ende des zylindrischen Hauptkörpers weg zu dem Schaft hin weisenden Richtung kleiner ist, wobei der Abschnitt mit dem kleinen Durchmesser einen Durchmesser hat, der kleiner als der Durchmesser des Abschnittes mit dem großen Durchmesser ist und der über die gesamte Länge des Abschnittes mit dem kleinen Durchmesser konstant ist.
Verfahren zum Bohren eines Loches in einem Werkstück unter Verwendung des Bohrers (10; 30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 mit dem folgenden Schritt: Zuführen des Bohrers und des Werkstückes relativ zueinander bei einer Vorschubrate (f) von zumindest 0,10 mm/Umdrehung, während der Bohrer und das Werkstück relativ zueinander bei einer Umfangsgeschwindigkeit (V) von zumindest 80 m/Minute gedreht werden.