DE112005003639T5

DE112005003639T5 - Bohrer

Info

Publication number: DE112005003639T5
Application number: DE112005003639T
Authority: DE
Inventors: Norihiro Toyokawa Masuda
Original assignee: OSG Corp
Current assignee: OSG Corp
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2005-07-20
Publication date: 2008-05-29
Also published as: WO2007010601A1; US20080267726A1; JPWO2007010601A1

Abstract

Ein Bohrer, umfassend
einen Bohrerkörper, der um eine Mittelachse rotiert ist;
ein Nutbereich, gestaltet in einer schraubenförmigen oder im Wesentlichen linearen Weise, in dem Teil der Umfangsfläche von einer Spitze des Bohnerkörpers zu einem Schaft;
eine Führungsfase in Form einer Rippe, zwischen einer Wandoberfläche, die der Drehrichtung des Nutbereichs zugewandt ist, und dem äußeren Umfangsflächenbereich;
eine Bohnerschneide, ausgeführt an der Spitze des Bohrerkörpers, wobei eine Nutlänge des Nutbereichs, die eine Abmessung entlang der Mittelachse des Bohrerkörpers ist, in einem Bereich von 6D bis 10D, relativ zu einem Außendurchmesser D der Bohrerschneide, festgelegt ist;
wobei mindestens die Bohrerschneide ihre Oberfläche mit einem harten Verbundstoff beschichtetet hat;
das Dickenmaß der Schichtdicke des harten Verbundstoffs mit maximal 1,0 μm festgelegt ist und
die Bohrerschneide zwei Schneiden beinhaltet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Bohrer, spezieller auf einen Bohrer, der eine erhöhte Standzeit erreichen kann, während er die Bearbeitungseffektivität sicherstellt.
Grundlagen
Im Allgemeinen ist Drahtschneiden ein Vorgang, in dem elektrischer Strom durch einen Draht hauptsächlich aus Messing geleitet wird, wobei die Bearbeitung durch die so erzeugte elektrische Entladung durchgeführt wird. Um eine solche Bearbeitung auszuführen, muss ein Startloch, durch das der Draht geführt wird, in das zu bearbeitende Material gebohrt werden. Unter Berücksichtigung des zu bearbeitenden Materials, insbesondere bei Material mit großer Härte, wird dieses Startloch durch Funkenerosion gebohrt.
Da jedoch die Effektivität der Funkenerosion extrem gering ist, verschlechtert sich die gesamte Effektivität des Drahtschneideprozesses entsprechend.
Beim Bohren eines Lochs mit einem Durchmesser von 0,5 mm H7 mit einer hohen Genauigkeit in ein Material mit großer Härte, wird, entsprechend dem Stand der Technik, mit einem Bohrer mit einem Durchmesser von 0,4 mm vorgebohrt und dann wird der Kontervorgang durch Drahterodieren durchgeführt, um die Genauigkeit des Lochs sicherzustellen. Diese Methode erfordert jedoch extrem lange Bearbeitungszeiten.
In Anbetracht dessen offenbart die offen gelegte Japanische Patentanmeldung Nr. 2003-266223 eine Technik bezüglich eines Bohrers, der ein Startloch sogar in ein Material mit großer Härte bohren kann. Gemäß dieser Technik ist die axiale Länge (Nutlänge) der Spannut in einem Bereich vom mindestens zweifachen bis zum fünffachem vom Außendurchmesser D der Bohrerschneide gewählt, so dass die Steifigkeit des Bohrers erhalten bleiben kann.
Demzufolge kann der oben beschriebene Bohrer ein Startloch in ein zu bearbeitendes Material mit großer Härte bohren, ohne zu brechen, und für eine verbesserte Bearbeitungseffektivität sorgen. Dadurch schafft er die Möglichkeit einer entsprechenden Verbesserung des gesamten Bearbeitungsprozesses des Drahtschneidens.
Darüber hinaus kann der Endbearbeitungsprozess für Löcher mit einer Toleranz von H7, bestehend aus einer Kombination von Bohren und Drahtschneiden durch einen einzigen Schneidprozess gemäß der bestehenden Erfindung ersetzt werden. Dies erlaubt eine Reduzierung der Bearbeitungszeit. Patent Dokument: Offengelegte Japanische Patentanmeldung No. 2003-266223 (Absatz 2, etc.)
Offenbarung der Erfindung
Aufgabenstellung
Jedoch gewährleistet der oben beschriebene Bohrer keinen ausreichendem Spanabfluss. Daraus ergibt sich der Bruch des Bohrers auf Grund von Spanverdichtung, was zu einer reduzierten Standzeit führt.
Die vorliegende Erfindung soll die oben beschriebenen Probleme lösen und damit ist das Ziel der vorliegenden Erfindung einen Bohrer bereitzustellen, der eine erhöhte Standzeit erreichen kann, während er die Bearbeitungseffektivität sicherstellt.
Gegenstand zur Problemlösung
Um das Ziel zu erreichen, enthält der Bohrer, wie in Anspruch 1 definiert: Einen Bohrerkörper, der um eine Mittelachse rotiert ist; einen Spannutbereich in einer schraubenförmigen oder im Wesentlichen länglichen Gestalt in einem äußeren Umfangsflächenbereich von der Spitze des Bohrerkörpers bis zu einem Schaft; eine Führungsfase in Form einer Rippe, zwischen einer Wandoberfläche, die der Drehrichtung des Nutbereichs zugewandt ist, und dem äußeren Umfangsflächenbereich und eine Bohrerschneide, ausgebildet an der Spitze des Bohrerkörpers.
Eine Nutlänge des Spannutbereichs, die eine Abmessung entlang der Mittelachse des Bohrerkörpers ist, ist in einem Bereich von 6D bis 10D, relativ zu einem Außendurchmesser D der Bohrerschneide, festgelegt.
Zumindest die Oberfläche der Bohrerschneide ist mit einem harten Verbundstoff beschichtet, deren Schichtdicke maximal 1,0 μm beträgt. Die Bohrerschneide umfasst zwei Schneidkanten.
Der Bohrer, der bereits im Anspruch 1 definiert ist, besitzt gemäß dem 2. Anspruch, eine Bohrerschneide, deren Außendurchmesser D maximal 1,0 mm beträgt.
Der Bohrer, der bereits in den Ansprüchen 1 oder 2 definiert ist, hat gemäß dem 3. Anspruch eine Stegdicke, die vom Nutgrund des Spannutabschnitts gebildet wird, von mindestens 0,35D bis maximal 0,55D, wobei D der Außendurchmesser D der Bohrerschneide ist.
Bei dem Bohrer, der bereits in den Ansprüchen 1 bis 3 definiert ist, wird gemäß dem 4. Anspruch der harte Verbundstoff auf die Bohnerschneide durch ein Sputterverfahren aufgebracht. Vorher wird die Bohrerschneide durch ein Mittel zur Oberflächenaufrauung bearbeitet, wobei durch das Anlegen einer negativen Vorspannung positive Ionen auf die Oberfläche der Bohrerschneide aufprallen. Das Mittel zur Oberflächenaufrauung legt die Vorspannung periodisch mit einer Frequenz von mindestens 0 kHz und maximal 350 kHz an.
Bei dem Bohrer, der bereits im 4. Anspruch definiert ist, wird gemäß dem 5. Anspruch die Vorspannung durch das Mittel zur Oberflächenaufrauung mit einer Frequenz von mindestens 150 kHz und maximal 350 kHz aufgebracht und die Zeit in der die negative Spannung nicht anliegt, beträgt in jeder Periode mindestens 50 ns bis maximal 2000 ns.
Auswirkung der Erfindung
Gemäß dem Bohrer, wie im Anspruch 1 definiert, beträgt die Spannutlänge des Nutbereichs, die sich einer Abmessung entlang der Mittelachse des Bohrerkörpers erstreckt, mindestens das Sechsfache (6D) bis maximal das Zehnfache (10D) des Außendurchmessers D der Bohrerschneide. Diesbezüglich bewirkt eine Spannutlänge von weniger als 6D, dass der Spanabfluss verschlechtert wird, was einen Bruch des Bohrers auf Grund von Spanverdichtung bewirkt. Andererseits verursacht eine Spannutlänge, die länger ist als 10D eine verringerte Steifigkeit des Bohrers, was einen Bruch des Bohrers bewirkt. Aus diesen Gründen bewirkt eine Nutlänge von mindestens 6D und maximal 10D einen Spanabfluss und eine Steifigkeit des Bohrers, die sicherstellen, dass ein Bohrerbruch verhindert wird, was wiederum die Standzeit des Bohrers verlängert.
Da zumindest die Oberfläche der Bohrerschneide mit einem harten Verbundstoff beschichtet ist, wird eine Verschleißbeständigkeit der Bohnerschneide gewährleistet, um die Standzeit des Bohrers zu verlängern.
Weiterhin beträgt die Dicke der Schicht des harten Verbundstoffs maximal 1,0 μm. Bei einer Schichtdicke des harten Verbundstoffs von mehr als 1,0 μm wird die Bohrerschneide abgerundet, was zu einer Abnahme der Schärfe führt. Daraus ergibt sich eine Verschlechterung des Spanbrechvermögens, was zum Bohrerbruch auf Grund von Spanverdichtung führt. Im Gegensatz dazu führt eine Schichtdicke von maximal 1,0 μm dazu, dass die Abnahme der Schärfe reduziert wird, um Bohrerbruch zu verhindern, was wiederum die Standzeit des Bohrers verlängert.
Darüber hinaus sichert die Ausführung der Bohrerschneide mit zwei Schneiden, verglichen mit einer Bohrerschneide aus drei Schneiden, eine gewisse Dicke der Schneiden. Die Dicke der Schneiden ist das Maß von der Führungsfase bis zur Rückenkante, in Richtung der Mittelachse betrachtet. Somit ergibt sich eine Wirkung auf die Steifigkeit des Bohrers, um Bohrerbruch zu verhindern, was wiederum die Standzeit des Bohrers verlängert.
Ferner bewirkt die Festlegung der Nutlänge, der Schichtdicke des harten Verbundstoffs und die Anzahl der Schneiden innerhalb der oben angegebenen Grenzen und die Kombination derselben als Ergebnis eine synergetische Verbesserung des Spanabflusses und der Steifigkeit des Bohrers. Als ein Ergebnis gibt es den Effekt, dass die Standzeit des Bohrers synergetisch verbessert werden kann.
Ein Bohrer gemäß dem Anspruch 2, ist zusätzlich zu dem Effekt, bereitgestellt durch den Bohrer aus dem Anspruch 1, als so genannter Kleinstbohrer ausgeführt mit einem Außendurchmesser D seiner Bohrerschneide von maximal 1,0 mm. Daher lassen sich bei der Vermeidung von Bohrerbruch eine große Anzahl von Kleinstbohrungen herstellen.
Das heißt, dass die Festlegung der Nutlänge innerhalb der Grenzen von 6D und 10D bezogen auf den äußeren Durchmesser der Bohrerschneide, wie oben beschrieben, es ermöglicht, einen Spanabfluss und Steifigkeit des Bohrers zu gewährleisten. Als ein Ergebnis gibt es den Effekt, dass die Standzeit eines Kleinstbohrers, bei dem die Schwierigkeit besteht, insgesamt eine hohe Steifigkeit sicherzustellen, erhöht werden kann.
Weiterhin ist, wie oben beschrieben, die Schichtdicke des harten Verbundstoffs auf maximal 1,0 μm festgelegt. Im Hinblick auf den Fall eines Kleinstbohrers, wird das Ausmaß der Schichtdicke relativ groß zur Bohrerschneide, was die Schärfe in bedeutendem Maße beeinflusst. Eine Schichtdicke der harten Schicht von mehr als 1,0 μm, bewirkt, dass die Bohrerschneide abgerundet wird, was zu einer Abnahme der Schärfe führt. In dieser Hinsicht ergibt die Festlegung der Schichtdicke der harten Schicht auf maximal 1,0 μm einen Effekt, der den Bohrerbruch wirksam verhindert.
Weiterhin ist, wie oben beschrieben, die Anzahl der Schneiden auf zwei festgelegt, so dass die Steifigkeit des Bohrers insgesamt gewährleistet ist. Dies ergibt den Effekt, dass die Standzeit eines Kleinstbohrers, bei dem die Schwierigkeit besteht insgesamt eine hohe Steifigkeit sicherzustellen, erhöht werden kann.
Aus diesen Gründen bewirkt die Festlegung der Schichtdicke des harten Verbundstoffs und die Anzahl der Schneiden innerhalb der oben angegebenen Grenzen und die Kombination derselben als Ergebnis eine effektivere Verlängerung der Standzeit, besonders unter Berücksichtigung dessen, dass es sich um einen Kleinstbohrer handelt, dessen Außendurchmesser D seiner Bohrerschneide maximal 1,0 mm beträgt.
Bei dem Bohrer gemäß dem Anspruch 3 ist, zusätzlich zu der Ausführung des Bohrers wie in den Ansprüchen 1 und 2 definiert, die Dicke des Stegs, der durch den Nutgrund der Spannut gebildet wird, innerhalb der Grenzen von 0,35D und 0,55D festgelegt, wobei die Grenzen auf den Außendurchmesser D der Bohrerschneide bezogen sind. Diesbezüglich sinkt die Steifigkeit des Bohrers bei einer Dicke des Stegs, die geringer ist als 0,35D, was zu einem Bruch am Kegel des Bohrers führt.
Andererseits führt die Dicke des Stegs von über 0,55D dazu, dass die Spannut zu flach wird, was zu einer Verringerung des Spanabflusses führt. Dies bedingt ein Verschweißen der Späne, was wiederum zum Bohrerbruch führt. Aus diesen Gründen ergibt die Festlegung der Grenzen der Stegdicke innerhalb von 0,35D und 0,55D den Effekt, dass die Steifigkeit des Bohrers und der Spanabfluss gewährleistet werden können und, sich daraus ergebend, eine verlängerte Standzeit des Bohrers.
Bei dem Bohrer gemäß dem Anspruch 4 wird, zusätzlich zu der Ausführung des Bohrers, wie in einem der Ansprüche 1 bis 3 definiert, die Haftung des harten Verbundstoffs auf der Bohrerschneide durch ein Sputterverfahren erreicht, nachdem die Oberfläche der Bohrerschneide durch ein Verfahren aufgeraut wird, bei dem positive Ionen auf der Oberfläche der Bohrerschneide durch das periodische Anlegen einer negativen Vorspannung an der Bohrerschneide mit einer Frequenz zwischen 0 kHz und 350 kHz, aufprallen. Da die Vorspannung während des Aufrauvorgangs periodisch verändert wird, ergibt sich der Effekt, dass die Haftkraft des harten Verbundstoffs an der Bohrerschneide verbessert wird. Dabei ergeben sich beispielsweise gute Ergebnisse der Haftkraft mit einer kritischen Belastung von mindestens 80 N beim Ritzversuch.
Weiterhin ergibt sich durch die Haftung des harten Verbundstoffs auf der Bohrerschneide durch ein Sputterverfahren beispielsweise, dass feine Teilchen, so genannte Mikropartikel, die auf der Oberfläche des harten Verbundstoffs vorhanden sind, mit einem mittleren Durchmesser von maximal 10 μm hergestellt werden können und auch der Anteil des Bereichs, der von den Mikropartikel bedeckt ist, auf maximal 10% beschränkt werden kann. Daraus ergibt sich, dass eine relativ glatte Oberfläche der dünnen Schicht erreicht werden kann, ohne eine Bearbeitung wie Polieren durchzuführen.
Bei dem Bohrer gemäß dem Anspruch 5 wird, zusätzlich zu der Ausführung des Bohrers wie im 4. Anspruch definiert, bei der Herstellung der Oberflächenrauigkeit eine periodische Vorspannung mit einer Frequenz zwischen 150 kHz und 350 kHz angelegt, wobei die Zeit, in der die negative Spannung nicht angelegt, in jeder Periode zwischen 50 ns und 2000 ns beträgt. Daraus ergibt sich ein Effekt, dass die Haftkraft des harten Verbundstoffs auf der Bohrerschneide wesentlich verbessert werden kann.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 ist eine Draufsicht auf einen Bohrer gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
2 ist die Ansicht auf die Spitze des Bohrers.
3 ist die Darstellung die den Ätzschritt des Aufrauens der Oberfläche eines Bohrers zeigt, wobei (a) eine schematische Darstellung einer Sputtervorrichtung im Ätzschritt ist und (b) ein Diagramm ist, das den zeitlichen Verlauf der Vorspannung zeigt.
4 ist eine schematische Darstellung einer Sputtervorrichtung in einem Sputterschritt.
5 ist eine Darstellung von vergrößerten Fotografien eines Bohrers, wobei (a) die vergrößerten Fotografien eines Bohrers gemäß dieser Erfindung sind und (b) die vergrößerten Fotografien eines Bohrers gemäß dem Stand der Technik.
6 ist eine Darstellung der Ergebnisse eines ersten Lebensdauertests
7 ist eine Darstellung der Ergebnisse von Lebensdauertests, wobei (a) die Ergebnisse eines zweiten Lebensdauertests und (b) die Ergebnisse eines dritten Lebensdauertests zeigen.
8 ist eine Darstellung der Ergebnisse von Leistungsfähigkeitstests, wobei (a) die Darstellung der Ergebnisse eines vierten Leistungsfähigkeitstests ist, (b) die Darstellung der Ergebnisse eines fünften Leistungsfähigkeitstests ist, (c) die Fotografie eines Querschnitts durch ein Loch, bearbeitet mit einem Bohrer gemäß der vorliegenden Erfindung, und (d) die Fotografie eines Schnitts durch ein Loch, bearbeitet durch Erodieren.
9 ist eine Darstellung der Ergebnisse eines sechsten Leistungsfähigkeitstests.
Beste Art und Weise der Ausführung der Erfindung
Nachfolgend wird die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 ist die Vorderansicht gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Es sollte beachtet werden, das die Darstellung der axialen Länge des Schafts 2 und eines Bohrerkörpers 3 in 1 entfallen.
Der Bohrer 1 ist ein Schneidwerkzeug mit einem kleinen Durchmesser zum Bohren eines Startlochs, wodurch, hauptsächlich beim Drahtschneiden, ein Draht durchgeführt wird, mit Hilfe eines Drehmoments übertragen von einer Maschine (z.B. Bohrmaschine o.ä.). Wie in 1 dargestellt besteht der Bohrer 1 im Wesentlichen aus dem Schaft 2, gehalten von der oben erwähnten Maschine und dem Bohrerkörper 3, der das Schneiden im zu bearbeitenden Material durchführt.
Es sollte beachtet werden, dass die Oberfläche des Bohrers 1 mit TiAlN, einem harten Verbundstoff, mit einem Sputterverfahren, das später beschrieben wird, beschichtet ist und die Schichtdicke des TiAlN mit maximal 1,0 μm festgelegt ist. Die genauere Beschreibung diesbezüglich erfolgt später (siehe 7(a)).
Der Bohrer 1 gemäß dieser Ausführung ist aus Hartmetall, mit Kobalt als Bindemittel mit einem feinen Pulver aus Wolframkarbid, mit einer mittleren Korngröße von maximal 1,0 μm, hergestellt. Das daraus entstehende Pulver wird druckgesintert, was die Härte des Bohrers 1 sicherstellt. Jedoch sollte dies nicht einschränkend ausgelegt werden. Der Bohrer 1 kann aus einem aus hartem Werkzeugmaterial, wie Cermet oder CBN (kubisches Bornitrid) gesintertem Körper oder aus einem Stahl Material, wie einem Schnellarbeitsstahl-Pulver (gesinterter Schnellarbeitsstahl), Schnellarbeits-Werkzeugstahl oder aus einer Werkzeugstahllegierung hergestellt werden.
Der Schaft 2 ist der Abschnitt, der von der Maschine gehalten wird. In dieser Ausführungsform ist der Außendurchmesser des Schafts 2 so festgelegt, dass er größer ist als der Außendurchmesser D einer Bohrerschneide 5, und der Schaft 2 ist so geformt, dass er sich im Wesentlichen geradlinig parallel zur Mittelachse O ausdehnt.
Der Bohrerkörper 3 beinhaltet hauptsächlich eine Spannut 4 die spiralförmig in die äußere Umfangsfläche geformt ist, die Bohrerschneide 5, ausgebildet an der Spitze des Bohrerkörpers 3, und eine Führungsfase 6, ausgebildet in dem Rippenabschnitt zwischen der Wandoberfläche der Spannut 4, die der Drehrichtung zugewandt ist, und der äußeren Umfangsfläche, und einer Hauptfreifläche 7 rückwärtig zur Drehrichtung verbunden mit der Bohrerschneide 5. Der Bohrerkörper 3 ist über das Verbindungsstück 8 an den Schaft 2 angeformt.
Die Spannut 4 entspricht Nuten, die in der äußeren Umfangsfläche des Bohrerkörpers 3 ausgespart sind, um Späne abzuleiten, mit der Führungsfase 6 angeordnet in dem Rippenabschnitt zwischen der Wandoberfläche der Spannut, die der Drehrichtung zugewandt ist, und der äußeren Umfangsfläche.
Obwohl die Spannut 4 gemäß dieser Ausführungsform schraubenförmig vom entfernteren Ende (linke Seite in 1) zum Schaft 2 gestaltet ist, sollte dies nicht einschränkend ausgelegt werden. Die Spannut 4 kann geradlinig, also im Wesentlichen parallel zur Mittelachse O, ausgeführt sein.
Es ist wünschenswert, dass der Steigungswinkel, der Winkel zwischen der Führungsfase 6 und einer geraden Linie parallel zur Mittelachse O, auf einen Winkel im Bereich zwischen 15° und 35° festgelegt wird. Dies ermöglicht es, die Steifigkeit des Bohrerkörpers 3 und den Spanabfluss sicherzustellen.
Es ist wünschenswert, dass die Nutlänge l als ein Maß entlang der Mittelachse O der Spannut 4 in einem Bereich von 6D und 10D, bezogen auf den äußeren Durchmesser D der Bohrerschneide 5, festgelegt wird. Die genauere Beschreibung diesbezüglich erfolgt später (siehe 6).
Die Bohrerschneide 5 wird verwendet, um ein Loch in ein zu bearbeitendes Material, mit Hilfe eines Drehmoments einer Maschine, zu bohren und ist an der Spitze des Bohrerkörpers 3 angebracht.
Obwohl der Spitzenwinkel der Bohrerschneide 5 in dieser Ausführung mit 120° festgelegt ist, sollte dies nicht einschränkend ausgelegt werden. Der Spitzenwinkel kann im Bereich von 110° bis 140° festgelegt sein. Dies ermöglicht es, die Festigkeit und das Anbeißverhalten der Bohrerschneide 5 zu gewährleisten, wobei die Genauigkeit des Lochs gewährleistet wird und die Standzeit des Bohrers 1 verlängert wird.
Die Hauptfreifläche 7 ist eine Fläche, die zurücksteht, um die Reibung während der Schnittdauer zu verringern, und sie ist rückwärtig zur Drehrichtung mit der Bohrerschneide 5 verbunden.
Das Verbindungsstück 8 ist ein Verbindungsbereich zwischen dem Bohrerkörper 3 und dem Schaft 2. Es ist kegelförmig sowie auch gekrümmt und sein Durchmesser vergrößert sich vom Bohrerkörper 3 bis zum Schaft 2. Es sollte beachtet werden, dass der Kegelwinkel 9 des Verbindungsstücks 8 gemäß dieser Ausführung mit 20° und dessen Bogenradius R mit 10 festgelegt sind. Dementsprechend ist es speziell bei dem Bohrer 1 gemäß dieser Ausführungsform, dessen Bohrerkörper 3 ein großes axiales Maß L (Maß in der links-rechts-Richtung in 1), hat möglich, wirkungsvoll Spannungsspitzen bei der Bearbeitung abzuschwächen, um einen Bruch des Bohrers 1 zu verhindern.
Als nächstes wird die Spitze des Bohrerkörpers 3, Bezug nehmend auf die 2, beschrieben. 2 ist die Ansicht auf die Spitze des Bohrers 1.
Ein Rand 9 zum Polieren der inneren Wandoberfläche eines bearbeiteten Lochs ist in Drehrichtung der Bohrerschneide 5 (im Uhrzeigersinn in 2) rückwärtig damit verbunden. Obwohl ein Rand 9 gemäß dieser Ausführungsform vorgesehen ist, sollte dies nicht einschränkend ausgelegt werden. Ein zweiter Rand könnte in Drehrichtung rückwärtig zum Rand 9 angebracht sein.
Es ist wünschenswert, dass das Dickenmaß W der Dicke des Stegs, der durch den Nutgrund der Spannut 4 gebildet wird, im Bereich von 0,35D bis 0,55D, bezogen auf den Außendurchmesser D der Bohrerschneide 5, festgelegt wird. Diesbezüglich verringert sich die Steifigkeit des Bohrers 1, wenn das Dickenmaß W der Stegdicke kleiner als 0,35D ist, was den Bohrer 1 zum Brechen neigen lässt.
Andererseits wird die Spannut 4 flach, wenn das Dickenmaß W der Stegdicke größer als 0,55D ist, was zu einer Verminderung des Spanabflusses führt. Als ein Ergebnis ist ein Verschweißen der Späne bedingt, was zu einem Bruch des Bohrers 1 führt. Aus diesen Gründen kann durch die Festlegung des Dickenmaßes W der Stegdicke innerhalb des Bereichs von 0,35D und 0,55D, die Festigkeit des Bohrers 1 und der Spanabfluss gesichert werden. Daraus resultiert, dass es möglich ist, die Standzeit des Bohrers 1 zu erhöhen.
Es sollte beachtet werden, dass das Dickenmaß W der Stegdicke auf verschiedene Werte, abhängig von der Härte des zu bearbeitenden Materials, verändert werden kann. Zum Beispiel ist es wünschenswert, bei der Bearbeitung eines harten Materials mit einer Härte, die 50 HRC überschreitet, das Dickenmaß W der Stegdicke in einem Bereich von 0,45D bis 0,55D festzulegen, um die Steifigkeit des Bohrers 1 sicherzustellen. Anderseits ist es wünschenswert, bei der Bearbeitung eines weichen Materials mit einer Härte von 40 HRC, das Dickenmaß W der Stegdicke in einem Bereich von 0,35D bis 0,45D festzulegen, um den Spanabfluss zu gewährleisten.
Bei dem Bohrer 1 gemäß dieser Ausführungsform ist die Anzahl der Bohrerschneiden 5 auf zwei festgelegt, was das Dickenmaß t der Schneidendicke, von der Führungsfase 6 bis zur Rückenkante, sicherstellt. Die genaue Beschreibung diesbezüglich folgt später (siehe 7(b)).
Weiterhin wird das Beschichten mit einem harten Verbundstoff in Bezug auf die 3 bis 5 beschrieben. 3 ist eine Prinzipdarstellung, die einen Ätzschritt, zum Aufrauen eines Bohrers 1, zeigt. 3(a) ist eine Prinzipdarstellung einer Sputtervorrichtung 30 im Ätzschritt und 3(b) ist ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf der Vorspannung zeigt. 4 ist eine schematische Darstellung einer Sputtervorrichtung 30 in einem Sputterschritt. 5 ist eine Darstellung von vergrößerten Fotografien des Bohrers 1. 5(a) ist eine Darstellung von vergrößerten Fotografien des Bohrers 1 gemäß dieser Ausführungsform und 5(b) ist eine Darstellung von vergrößerten Fotografien eines Bohrers gemäß dem Stand der Technik.
Im Ätzschritt, wie in 3(a) gezeigt, wird eine negative Vorspannung an ein Werkzeuggrundmaterial 20, das innerhalb eines Raums 32 angeordnet ist, von einer Vorspannungsenergiequelle 34 angelegt, wobei positive Argon-Ionen Ar⁺ auf das Werkzeuggrundmaterial 20 auftreffen, um die Oberfläche aufzurauen.
Zu dieser Zeit wird, in dieser Ausfürungsform, die Vorspannung durch eine Steuerung 36, wie in 3(b) gezeigt, periodisch verändert. Im Speziellen wird eine negative Vorspannung von –200 V angelegt, die mit einer Frequenz von 250 kHz gepulst wird. Eine entgegengesetzte Spannung auf der positiven Seite (z.B. ca. +20V) wird in jeder Periode zwischen den Zeiten angelegt, an der die negative Spannung anliegt und die Pulsumkehrzeit, als eine Zeit in der die negative Spannung nicht anliegt (Zeit in der die entgegengesetzte Spannung anliegt), beträgt ca. 5000 ns, was etwa einem Achtel einer Periode (4000 ns) entspricht. Es sollte beachtet werden, dass der Oberflächenaufrauschritt, wie in Anspruch 4 beschrieben, einen Ätzschritt meint.
Im Sputterschritt, wie gezeigt in 4, wird eine konstante negative Vorspannung (z.B. ca. –50 V bis –60 V) von einer Energiequelle 40 an einem Target 38, wie z.B. TiAL oder Ti, die einen harten Verbundstoff bilden, angelegt und ebenfalls wird eine negative Vorspannung (z.B. ca. –100 V) and dem Werkzeuggrundmaterial 20 von der Vorspannungsenergiequelle 34 angelegt, wobei Argon-Ionen Ar⁺ auf dem Target 38 auftreffen, um die Substanzen, aus der es besteht, wie z.B. TiAl oder Ti herauszuschlagen. Zusätzlich zum Argongas wird ein gasförmiger Reaktionspartner, wie z.B. Stickstoffgas oder Kohlenwasserstoffgas (CH₄, C₂H₂), mit einer vorbestimmten Durchflussrate in den Raum 32, eingeleitet und seine Stickstoffatome N oder Kohlenstoffatome C werden zu TiAlN, TiCN, TiN oder Ähnlichem, abhängig davon, was aus dem Target 38 herausgeschlagen wurde, und haften an der Oberfläche des Werkzeuggrundmaterials 20 als eine harte Schicht. Es sollte beachtet werden, dass eine positive Spannung an das Werkzeuggrundmaterial 20 angelegt werden kann.
5(a) ((a–1), (a–2) und (a–3)) stellt einen Fall dar, worin ein Bohrer aus Hartmetall mit der selben Beschichtungsmethode (Ätzen und Sputtern bei –200 V, 250 kHz, Pulsumkehrzeit = 500 ns), wie die des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels, mit TiAlN beschichtet wird, und (b) ((b–1), (b–2) und (b–3)) stellt einen Fall dar, worin ein Bohrer derselben Ausführung durch eine Lichtbogen-Ionenplattierung mit TiAlN beschichtet wird. Es sollte beachtet werden, dass (a–1) und (b–1), (a–2) und (b–2) und (a–3) und (b–3) Fotografien des selben Bereichs der Hauptschneide, 1000-fach vergrößert, mit einem Rasterelektronenmikroskop, sind.
Aus den jeweiligen Fotografien von 5 ist ersichtlich, dass verglichen mit dem Bohrer des Stands der Technik, der Lichtbogen-Ionenplattierungsmethode (siehe 5(b)), der Bohrer 1 gemäß der vorliegenden Erfindung (siehe 5(a)) eine extrem glatte Schichtoberfläche mit wenigen feinen Partikeln, so genannten Mikropartikeln, liefert. In dem Bereich, der in diesen Fotografien vermessen wurde, lag der maximale Durchmesser der Mikropartikel auf dem Bohrer des Stands der Technik bei ca. 18 μm und die Fläche bedeckt von den Mikropartikeln war 20 %, wohingegen der maximale Durchmesser der Mikropartikel auf dem Bohrer 1, gemäß der vorliegenden Erfindung, bei ca. 6 μm lag und die Fläche, bedeckt von den Mikropartikeln 6 % war.
Ausgehend von dem Vorangehenden, liefert der Bohrer 1 dieses Ausführungsbeispiels, da ein harter Verbundstoff durch eine Sputtermethode angehaftet wird, der Durchmesser der Mikropartikel, die auf der Oberfläche des harten Verbundstoffs vorhanden sind, maximal 10 μm und die Fläche, die durch die Mikropartikel bedeckt ist, maximal 10 % beträgt, eine glatte Schichtoberfläche. Dies erlaubt eine Verbesserung bezüglich der Rauigkeit der bearbeiteten Oberflächen des zu bearbeitenden Materials, das mit dem oben erwähnten Bohrer 1 geschnitten wird und erübrigt die Notwendigkeit des Polierens oder Ähnlichem, um Vorsprünge auf der beschichteten Oberfläche, bedingt durch Mikropartikel, zu entfernen.
Als eine Vorbehandlung für die Anhaftung des harten Verbundstoffs durch eine Sputtermethode wird zu der Zeit des Ätzvorgangs (Oberflächen-Aufrauhbehandlung) durch das Anlegen einer Vorspannung von –200 V an dem Werkzeuggrundmaterial 20, wobei die Vorspannung periodisch mit einer Frequenz von 250 kHz angelegt wird und die Zeit, in der die negative Spannung nicht anliegt (Pulsumkehrzeit) in jeder Periode auf 5000 ns festgelegt wird, eine verbesserte Haftkraft des harten Verbundmaterials auf dem Werkzeuggrundmaterial 20 erreicht. Zum Beispiel wird eine gute Haftkraft mit einer kritischen Belastung von mindestens 100 N im Ritztest erreicht und das Ablösen der harten Schicht durch Abblättern ist unterdrückt, wodurch eine befriedigende Haltbarkeit für den praktischen Einsatz als Schneidwerkzeug erreicht wird.
Obwohl die Vorspannung so angepasst ist, dass sie Impulsweise, d.h. in rechteckiger Form in dieser Ausführung, verändert wird, sollte dies nicht als einschränkend betrachtet werden. Zum Beispiel kann die Vorspannung so angepasst sein, dass sie in einer anderen Form, z.B. einer kontinuierlichen Wellenform, verändert wird.
Obwohl die Zeit, in der die negative Spannung in jeder Periode nicht anliegt, in dem Bereich von 50 bis 2000 ns festgelegt ist, kann sie zum Beispiel in einem Bereich von maximal der Hälfte einer Periode, oder im Bereich von 1/100 bis zur Hälfte oder von 1/50 bis zur Hälfte einer Periode festgelegt sein.
Als nächstes werden, Bezug nehmend auf 6 bis 9, die Ergebnisse von sechs Arten von Schneidtests beschrieben (hierin im Einzelnen bezüglich dem „ersten Lebensdauertest" bis „dritten Lebensdauertest" und „vierten Leistungsfähigkeitstest" bis „sechsten Leistungsfähigkeitstest") durchgeführt, indem der Bohrer 1 in der oben beschriebenen Ausführung verwendet wurde. In der folgenden Beschreibung werden die selben Symbole benutzt, wie für den Bohrer 1 in der obigen Beschreibung (z.B. „D", um die Außendurchmesser der Bohnerschneide 5 anzugeben).
6 ist eine Darstellung der Ergebnisse eines ersten Lebensdauertests. Der erste Lebensdauertest ist ein Test, der durchgeführt wurde, um zu untersuchen, wie die Nutlänge l die Verschleißfestigkeit des Bohrers 1 beeinflusst. Bezüglich 6, wird der Test durchgeführt, indem die Werte der Nutlänge l in einem festen Bereich verändert werden, während die anderen Schneidbedingungen beibehalten werden.
In diesem Test wird bei einer vorgegebenen Schnittgeschwindigkeit V und Vorschub f das Bohren bis zu einer Lochtiefe von 5 mm ausgeführt durch eine STEP-Bearbeitung und die Anzahl der Löcher, die so gebohrt wurden, sind bestimmt für einen Vergleich der Verschleißfestigkeit des Bohrers 1.
STEP-Bearbeitung ist ein Prozess, in dem die Tiefe der bearbeiteten Löcher schrittweise vergrößert wird, indem der Bohrer 1 in das zu bearbeitende Loch zugestellt und herausgezogen wird, während Späne durch die Spannut 4 nach oben austreten. Das heißt, bis die Spannut 4 vollständig durch das bearbeitete Loch verdeckt ist, wird die Bearbeitung ohne Unterbrechung durchgeführt, da die Späne durch die Spannut 4 abfließen. Nachdem die Spannut 4 vollständig durch das bearbeitete Loch verdeckt wird, werden die Späne durch Herausziehen des Bohrers 1 aus dem bearbeiteten Loch abgeführt. Dann wird der Bohrer 1 in das bearbeitete Loch vorgeschoben und das Schneiden des bearbeiteten Lochs wird auf der Basis des vorgegebenen STEP-Betrags ausgeführt. Der Bohrer 1 wird dann wieder aus dem bearbeiteten Loch herausgezogen um die Späne abzuführen. Der oben genannte Arbeitsablauf wird wiederholt, bis die geplante Lochtiefe erreicht ist.
Die detaillierten Spezifikationen des ersten Lebensdauertests sind wie folgt: Zu bearbeitendes Material: SKD11 (60 HRC), Bearbeitungstiefe: 5 mm, äußerer Durchmesser D der Bohrerschneide: 0,5 mm, axiale Abmessung L des Bohrerkörpers: 14D, Schnittgeschwindigkeit V: 31,5 m/min, Vorschub f: 0,02 mm/Umd. und STEP-Betrag: 0,05 mm.
Wie in 6 gezeigt, ist in einem Fall, bei dem der Bohrer 1 mit der Nutlänge l, festgelegt auf 4D und 5D benutzt wurde, der Bohrer 1 nach dem Bohren von einem Loch gebrochen, was anschließendes Bohren schwierig macht.
Als nächstes, in einem Fall, bei dem der Bohrer 1 mit der Nutlänge l, festgelegt innerhalb des Bereichs von 6D bis 10D benutzt wurde, brach der Bohrer 1, sogar nach dem Bohren von 100 Löchern nicht und es war möglich, danach das Bohren fortzusetzen.
Als nächstes, in einem Fall, bei dem der Bohrer 1 mit der Nutlänge l, festgelegt auf 11D benutzt wurde, brach der Bohrer 1 nach dem Bohren von 15 Löchern, was anschließendes Bohren schwierig macht.
Aus den obigen Ergebnissen wird angenommen, dass wenn die Nutlänge l maximal 6D beträgt, der Spanabfluss nicht gewährleistet werden kann, was einen Bruch des Bohrers 1 auf Grund von Spanverdichtung verursacht. Auf der anderen Seite nimmt die Steifigkeit des Bohrers 1 ab, wenn die Nutlänge l größer als 10D ist, was das Brechen des Bohrers 1 verursacht.
Entsprechend kann gesagt werden, dass wenn die Nutlänge l in einem Bereich von 6D bis 10D festgelegt wird, es möglich ist, den Spanabfluss und die Steifigkeit des Bohrers 1 zu gewährleisten, dadurch das Brechen des Bohrers 1 zu verhindern und eine verlängerte Standzeit des Bohrers 1 zu erreichen.
Weiterhin ist 7 eine Darstellung der Ergebnisse von Lebensdauertests, 7(a) zeigt die Darstellung der Ergebnisse eines zweiten Lebensdauertests und 7(b) zeigt die Darstellung der Ergebnisse eines dritten Lebensdauertests.
Zuerst wird ein zweiter Lebensdauertest, bezogen auf 7(a), beschrieben. Der zweite Lebensdauertest ist ein Test, der durchgeführt wurde, um zu untersuchen, wie die Schichtdicke des harten Verbundstoffs die Verschleißfestigkeit des Bohrers 1 beeinflusst. Bezüglich 7(a), wird der Test durchgeführt, indem die Werte der Maße der Schichtdicke des harten Verbundstoffs in einem festen Bereich verändert werden, während die anderen Schneidbedingungen beibehalten werden.
In diesem Test wird bei einer vorgegebenen Schnittgeschwindigkeit V und Vorschub f das Bohren bis zu einer Lochtiefe von 15 mm ausgeführt durch eine STEP-Bearbeitung und die Anzahl der Löcher, die so gebohrt wurden, sind bestimmt für eine Gegenüberstellung der Verschleißfestigkeit des Bohrers 1.
Die detaillierten Spezifikationen des zweiten Lebensdauertests sind wie folgt: Zu bearbeitendes Material: SUS 420, Bearbeitungstiefe: 15 mm, äußerer Durchmesser D der Bohrerschneide: 0,5 mm, axiale Abmessung L des Bohrerkörpers: 30D, Schnittgeschwindigkeit V: 25 m/min, Vorschub f: 0,01 mm/Umd. und STEP-Betrag: 0,1 mm.
Wie in 7(a) gezeigt, ist in einem Fall, bei dem der Bohrer 1 mit der Schichtdicke, festgelegt auf 0,5 μm und 0,9 μm, benutzt wurde, brach der Bohrer 1 sogar nach dem Bohren von 5000 Löchern nicht und es war möglich, danach das Bohren fortzusetzen.
Als nächstes, in einem Fall, bei dem der Bohrer 1 mit der Schichtdicke festgelegt auf 1,5 μm benutzt wurde, brach der Bohrer 1 nach dem Bohren von 1690 Löchern, was anschließendes Bohren schwierig macht.
Als nächstes, in einem Fall, bei dem der Bohrer 1 mit der Schichtdicke festgelegt auf 2,0 μm benutzt wurde, brach der Bohrer 1 nach dem Bohren von 283 Löchern, was anschließendes Bohren schwierig macht.
Aus den obigen Ergebnissen wird angenommen, dass wenn die Schichtdicke mehr als 1,0 μm beträgt, die Bohrerschneide 5 abgerundet wird, was zu einer Abnahme der Schärfe führt. Insbesondere, da der Bohrer 1 gemäß der vorliegenden Erfindung als Kleinstbohrer ausgeführt ist, dessen Außendurchmesser D mit 0,5 mm vorgegeben ist, wird die Schichtdicke groß im Verhältnis zu der Bohrerschneide 5, was die Schärfe erheblich beeinflusst. Es wird angenommen, dass sich das Spanbrechvermögen erheblich verschlechtert, was den Bruch des Bohrers 1 auf Grund von Spanverdichtung verursacht.
Entsprechend kann gesagt werden, dass wenn das Maß der Schichtdicke des harten Verbundstoffs auf maximal 1,0 μm festgelegt wird, es möglich ist, eine Abnahme des Spanbrechvermögens auf Grund eines Abnehmens der Schärfe zu unterdrücken, dabei das Brechen des Bohrers 1 auf Grund von Spanverdichtung zu verhindern und effektiv die Standzeit des Bohrers 1 zu verlängern.
Während in dieser Ausführungsform TiAlN als der harte Verbundstoff verwendet wird, sollte dies nicht als einschränkend betrachtet werden. Ein harter Verbundstoff, wie TiN, TiC oder TiCn können ebenso verwendet werden. Ferner sollte, obwohl die gesamte Oberfläche des Bohrers 1 mit dem harten Verbundstoff beschichtet ist, dies nicht als einschränkend betrachtet werden. Es ist ausreichend, dass zumindest die Oberfläche der Bohrerschneide 5 mit dem harten Verbundstoff beschichtet ist.
Anschließend wird ein dritter Lebensdauertest, bezogen auf 7(b) beschrieben. Der dritte Lebensdauertest ist ein Test, der durchgeführt wurde, um zu untersuchen, wie die Anzahl der Bohrerschneiden 5 die Verschleißfestigkeit des Bohrers 1 beeinflusst. Bezüglich 7(b), wird der Test durchgeführt, indem die Anzahl, das Dickenmaß W der Stegdicke und das Dickenmaß t der Bohrerschneiden 5 in einem festen Bereich verändert werden, während die anderen Schneidbedingungen beibehalten werden.
In diesem Test wird bei einer vorgegebenen Schnittgeschwindigkeit V und Vorschub f das Bohren bis zu einer Lochtiefe von 15 mm ausgeführt durch eine STEP-Bearbeitung und die Anzahl der Löcher, die so gebohrt wurden, sind bestimmt, für eine Gegenüberstellung der Verschleißfestigkeit des Bohrers 1.
Die genauen Spezifikationen des dritten Lebensdauertests sind die gleichen, wie die detaillierten Spezifikationen des zweiten Lebensdauertests, wie oben beschrieben, bis auf das zu bearbeitende Material das hier SKD11 ist und die Schnittgeschwindigkeit V, die hier mit 30 m/min festgelegt ist.
Wie in Zeile Nr. 1 gezeigt, war in einem Fall, in dem die Anzahl der Bohrerschneiden 5 auf zwei festgelegt ist, das Dickenmaß W der Stegdicke auf 0,19 mm festgelegt ist und das Dickenmaß t der Bohrerschneiden auf 0,27 mm festgelegt ist, der Bohrer 1 in der Lage 74 Löcher bohren, bevor er brach. Der angenommene Grund dafür ist, dass durch die Festlegung der Anzahl der Bohrerschneiden 5 auf zwei, es möglich war, das Dickenmaß t der Schneidendicke, d.h. die Steifigkeit des Bohrers 1 zu gewährleisten und dadurch die Standzeit des Bohrers 1 zu erhöhen.
Als nächstes war, wie in Zeile Nr. 2 gezeigt, in einem Fall, in dem die Anzahl der Bohrerschneiden 5 auf zwei festgelegt ist, das Dickenmaß W der Stegdicke auf 0,25 mm festgelegt und das Dickenmaß t der Schneidendicke auf 0,36 mm festgelegt ist, der Bohrer 1 in der Lage 81 Löcher vor dem Bruch zu bohren. Der angenommene Grund dafür ist, dass, wie in dem Fall von Bohrer 1 Nr. 1, es möglich war, die Steifigkeit des Bohrers 1 zu gewährleisten und dadurch die Standzeit des Bohrers 1 zu erhöhen.
Es wird ebenso angenommen, dass, weil das Dickenmaß W der Stegdicke und das Dickenmaß t der Schneidendicke des Bohrers 1 von Nr. 2 größer sind als diese beim Bohrer 1 von Nr. 1, es möglich war, weiterhin die Steifigkeit des Bohrers 1 zu gewährleisten und dabei die Standzeit des Bohrers 1 zu erhöhen.
Als nächstes, wie gezeigt in Zeile Nr. 3, brach der Bohrer 1, in einem Fall, in dem die Anzahl der Bohrerschneiden 5 mit drei festgelegt ist, das Dickenmaß W der Stegdicke auf 0,19 mm festgelegt und das Dickenmaß t der Schneidendicke auf 0,13 mm festgelegt ist, nach dem Bohren von neun Löchern, was anschließendes Bohren schwierig macht. Der mutmaßliche Grund hierfür ist, dass durch die Festlegung der Anzahl der Bohrerschneiden 5 auf drei, das Dickenmaß t der Schneidendicke, das heißt die Steifigkeit des Bohrers 1 nicht gewährleistet werden konnte und der Bohrer 1 daher brach.
Als nächstes, wie gezeigt in Zeile Nr. 4, brach der Bohrer 1, in einem Fall, in dem die Anzahl der Bohrerschneiden 5 auf drei festgelegt ist, das Dickenmaß W der Stegdicke auf 0,25 mm festgelegt und das Dickenmaß t der Schneidendicke auf 0,17 mm festgelegt ist, nach dem Bohren von einem Loch, was anschließendes Bohren schwierig macht. Der mutmaßliche Grund hierfür ist, dass wie im Fall des Bohrers 1 von Nr. 3, die Steifigkeit des Bohrers 1 nicht gewährleistet werden konnte und der Bohrer 1 daher brach.
Es sollte beachtet werden, dass die Standzeit des Bohrers 1 von Nr. 4 kurz ist, obwohl sein Dickenmaß W der Stegdicke und das Dickenmaß t der Schneidendicke groß sind im Vergleich zum Bohrer 1 von Nr. 3. Dies ist mutmaßlich auf Grund von einem Fehler im Versuch.
Gemäß den obigen Ergebnissen, ist es, durch die Festlegung der Anzahl der Bohrerschneiden 5 auf zwei, möglich, das Dickenmaß t der Bohrerschneide 5, das heißt, die Steifigkeit des Bohrers 1, zu gewährleisten und dabei die Standzeit des Bohrers 1 zu erhöhen. Insbesondere in einem Fall, in dem der Bohrer 1 als Kleinstbohrer ausgebildet ist, dessen Außendurchmesser D auf 0,5 mm festgelegt ist, wie in diesem Ausführungsbeispiel, ist es schwierig, die Steifigkeit des Bohrers 1 zu gewährleisten. Dementsprechend beweist sich die Festlegung der Anzahl der Bohrerschneiden 5 auf zwei, wirkungsvoll in der Erhöhung der Standzeit von dem Bohrer 1.
Folgend ist 8 eine Darstellung, die die Ergebnisse der Leistungsfähigkeitstests zeigt. 8(a) ist eine Darstellung, die die Ergebnisse des vierten Leistungsfähigkeitstests zeigt, 8(b) ist eine Darstellung, die die Ergebnisse des fünften Leistungsfähigkeitstests zeigt, 8(c) ist eine Darstellung, die eine Fotografie vom Querschnitt von einem, mit dem Bohrer 1 der vorliegenden Erfindung, bearbeiteten Loch und 8(d) ist die Fotografie vom Querschnitt von einem, mit Funkenerosion bearbeiteten Loch.
Zunächst werden der vierte und fünfte Leistungsfähigkeitstest in Bezug auf die 8(a) und 8(b) beschrieben. Der vierte und fünfte Leistungsfähigkeitstest werden durchgeführt, um die Schneidfähigkeit des Bohrers 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu untersuchen. In diesen Tests wird, bei einer vorgegebenen Schnittgeschwindigkeit V und Vorschub f, ein Startloch bis zu einer Bearbeitungstiefe von 15 mm durch STEP-Bearbeitung bearbeitet. Die benötigte Zeit für die Bearbeitung des Startlochs wird zum Vergleich der Effektivität zwischen der Bearbeitung mit dem Bohrer 1 der vorliegenden Erfindung und Funkenerosion ermittelt.
Die detaillierten Spezifikationen des vierten Leistungsfähigkeitstests sind wie folgt: Zu bearbeitendes Material: SKD 11 (Rohmaterial), Bearbeitungstiefe: 15 mm, Schneidflüssigkeit: wassermischbare Schneidflüssigkeit, Außendurchmesser D der Bohrerschneide: 0,5 mm, axiale Dimension L des Bohrerkörpers: 30D, Schnittgeschwindigkeit V: 31,4 m/min, Vorschub f: 0,01 mm/Umd. und STEP-Betrag: 0,1 mm.
Die detaillierten Spezifikationen des fünften Leistungsfähigkeitstests sind dieselben, wie die detaillierten Spezifikationen des oben beschriebenen vierten Leistungsfähigkeitstests, mit Ausnahme des zu bearbeitenden Materials, das HPM31 ist, und dem Vorschub f und dem STEP-Betrag, die entsprechend mit 0,015 mm/Umd. und 0,15 mm festgelegt sind.
Wie in 8(a) gezeigt, ist die benötigte Zeit in einem Fall, in dem der Bohrer 1 gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt wurde, 100 s (Sekunden), wohingegen die Zeit, benötigt für die Bearbeitung im Fall der Funkenerosion, 200 s war.
Weiterhin ist, wie in 8(b) gezeigt, die benötigte Zeit in einem Fall, in dem der Bohrer 1 gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt wurde, 60 s (Sekunden), wohingegen die Zeit, benötigt für die Bearbeitung im Fall der Funkenerosion, 200 s war.
Aus den obigen Ergebnissen, ergibt sich eine Verbesserung der Schneideffizienz, im Fall des Gebrauchs des Bohrers 1 im Vergleich mit der Funkenerosion, um mehr als das Doppelte. Das heißt, dass eine Verbesserung in Anbetracht der Schneideffizienz für ein Startloch erzielt werden kann und dadurch eine entsprechende Verbesserung in der Effektivität der Drahtschneideprozesses.
Es sollte beachtet werden, dass wie in 8(c) und 8(d) gezeigt, der Querschnitt des mit dem Bohrer 1, gemäß der vorliegenden Erfindung, bearbeiteten Lochs sehr glatt ist im Vergleich mit zu Querschnitt des Lochs, das mit Funkenerosion bearbeitet wurde. Weiterhin betrug der Wert der Oberflächenrauhigkeit Ry (maximale Höhe; siehe Japanischen Industrie Standard (JIS) 2001) des bearbeiteten Lochs, bearbeitet mit dem Bohrer 1 der vorliegenden Erfindung 1,130 μm. Andererseits betrug die Oberflächenrauhigkeit Ry des bearbeiteten Lochs, bearbeitet mit Funkenerosion 11,349 μm.
Dementsprechend ist es, verglichen mit dem Funkenerodieren, mit dem Bohrer 1 gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Bearbeitung so auszuführen, dass die Oberfläche des bearbeiteten Lochs glatt ist, das heißt, es ist möglich ein Loch mit großer Genauigkeit zu bearbeiten.
Als nächstes zeigt 9 die Ergebnisse eines sechsten Leistungsfähigkeitstests. Der sechste Leistungsfähigkeitstest ist ein Test, der durchgeführt wurde, um die Schneidfähigkeit des Bohrers 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zu untersuchen. In diesem Test ist bei einer vorgegebenen Schnittgeschwindigkeit V und Vorschub f das Bohren bis zu einer Lochtiefe von 5 mm durch STEP-Bearbeitung durchgeführt und die Zeit, die für das Bohren benötigt wird, bestimmt für den Effektivitätsvergleich zwischen der Bearbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung und dem Drahtschneideprozess. Als geforderte Genauigkeit des bearbeiteten Loch, wird der Durchmesser mit 0,5 mm und die Maßtoleranz mit H7 festgelegt.
Die detaillierten Spezifikationen des sechsten Leistungsfähigkeitstests sind wie folgt: Zu bearbeitendes Material: PD613 (63 HRC), Bearbeitungstiefe: 5 mm, Außendurchmesser D der Bohrerschneide: 0,5 mm, axiales Maß L des Bohrerköpers: 10D, Schnittgeschwindigkeit V: 31,5 m/min, Vorschub f: 0,02 mm/Umd. und STEP-Betrag: 0,05 mm.
Wie gezeigt in 9 war die Bearbeitungszeit, im Falle des Gebrauchs des Bohrers 1 der vorliegenden Erfindung, 79 s (Sekunden), wohingegen die Zeit, die für die Bearbeitung im Falle des Drahterodierens benötigt wurde, 706 s war.
Aus den obigen Ergebnissen ergibt sich mit dem Bohrer 1 gemäß der vorliegenden Erfindung eine neunfache Verbesserung der Schneidfähigkeit im Vergleich zu dem Drahtschneideprozess. Gleichzeitig kann der Bohrer 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ein bearbeitetes Loch mit einer Genauigkeit bereitstellen, die ähnlich der einer Funkenerosion ist.
Es sollte beachtet werden, dass sich die Zeit, benötigt für den Drahtschneideprozess, auf die Zeit vom Bohren des Startlochs bis zum Ende der Bearbeitung des Lochs bezieht. Dadurch kann der Bohrer 1 gemäß der vorliegenden Erfindung die Bearbeitungszeit, die zum Bohren des Startlochs benötigt wird, eliminieren, um eine damit einhergehende Verbesserung der Bearbeitungseffizienz zu erreichen.
Weiterhin wird der Vorgang des Einführen eines Drahts in ein Startloch unnötig, wordurch eine Vereinfachung des Vorgangs und ein Verringerung der Betriebszeit ermöglicht wird.
Obwohl die oben beschriebene vorliegende Erfindung durch ihre Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung auf keinen Fall auf die einzelnen, oben erwähnten Ausführungen beschränkt und es kann einfach gefolgert werden, dass verschiedene Verbesserung und Veränderung möglich sind, ohne den Wirkungsbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Zusammenfassung:
Ziel:
Bereitstellung eines Bohrers, der eine erhöhte Standzeit, bei einer Gewährleistung der Bearbeitungseffektivität, erreichen kann.
Maßnahmen zur Zielerreichung:
Eine Nutlänge l des Bohrers 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist innerhalb des Bereichs von 6D bis 10D, relativ zum Außendurchmesser D der Bohrerschneide 5 festgelegt. Mindestens eine Bohrerschneide 5 hat ihre Oberfläche mit einem harten Verbundwerkstoff beschichtet, die Schichtdicke des harten Verbundwerkstoffs ist mit maximal 1,0 μm und die Anzahl der Bohrerschneiden 5 mit zwei festgelegt. Als Ergebnis können der Spanabfluss und die Steifigkeit des Bohrers 1 synergetisch verbessert werden. Daher gibt es einen Effekt, dass die Standzeit des Bohrers 1 synergetisch verbessert werden kann.

1: Bohrer
2: Schaft
3: Bohrerkörper
4: Spannut
5: Bohrerschneide
6: Führungsfase
l: Nutlänge
D: Außendurchmesser der Bohrerschneide
O: Mittelachse
W: Dicke des Stegs

Claims

Ein Bohrer, umfassend einen Bohrerkörper, der um eine Mittelachse rotiert ist; ein Nutbereich, gestaltet in einer schraubenförmigen oder im Wesentlichen linearen Weise, in dem Teil der Umfangsfläche von einer Spitze des Bohnerkörpers zu einem Schaft; eine Führungsfase in Form einer Rippe, zwischen einer Wandoberfläche, die der Drehrichtung des Nutbereichs zugewandt ist, und dem äußeren Umfangsflächenbereich; eine Bohnerschneide, ausgeführt an der Spitze des Bohrerkörpers, wobei eine Nutlänge des Nutbereichs, die eine Abmessung entlang der Mittelachse des Bohrerkörpers ist, in einem Bereich von 6D bis 10D, relativ zu einem Außendurchmesser D der Bohrerschneide, festgelegt ist; wobei mindestens die Bohrerschneide ihre Oberfläche mit einem harten Verbundstoff beschichtetet hat; das Dickenmaß der Schichtdicke des harten Verbundstoffs mit maximal 1,0 μm festgelegt ist und die Bohrerschneide zwei Schneiden beinhaltet.
Bohrer gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Außendurchmesser D der Bohrerschneide auf maximal 1,0 mm festgelegt ist.
Bohrer gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass das Dickenmaß der Stegdicke, die vom Nutgrund des Nutbereichs gebildet wird, in dem Bereich von 0,35D bis 0,55D bezogen auf den Außendurchmesser D der Bohrerschneide festgelegt ist.
Bohrer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, dass der harte Verbundstoff durch eine Sputtermethode nach der Anwendung von Mitteln zum Aufrauen einer Oberflächen durch das Auftreffen von positiven Ionen auf einer Oberfläche der Bohrerschneide, durch das Anlegen einer negativen Vorspannung an der Bohrerschneide anhaftet und das Mittel zum Aufrauen von Oberflächen die Vorspannung periodisch mit einer Frequenz, die in einem Bereich zwischen 0 kHz und 350 kHz festgelegt ist, anlegt.
Bohrer gemäß Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, dass das Mittel zum Aufrauen von Oberflächen die Vorspannung periodisch mit einer Frequenz, die in einem Bereich zwischen 150 kHz und 350 kHz festgelegt ist, anlegt und eine Zeit, in der die negative Spannung in jeder Periode nicht anliegt, auf einen Bereich von 50 ns bis 2000 ns festgelegt ist.