DE112019000394T5

DE112019000394T5 - Bohrer und verfahren zur herstellung eines maschinell bearbeiteten produkts

Info

Publication number: DE112019000394T5
Application number: DE112019000394.1T
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Hatano; Kouji Kawashima
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2018-01-12
Filing date: 2019-01-10
Publication date: 2020-09-17
Also published as: KR20200085879A; JP7023295B2; CN111655412A; US11383309B2; WO2019139075A1; KR102386050B1; JPWO2019139075A1; CN111655412B; US20200353542A1

Abstract

Ein Bohrer in einer der Ausführungsformen erstreckt sich von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende. Ein Schneidteil weist eine Schneidkante, eine Nut, eine Endfläche und eine Verbindungsfläche auf. Die Schneidkante ist an einer Seite des ersten Endes angeordnet. Die Nut erstreckt sich von der Schneidkante zum zweiten Ende. Die Endfläche ist näher an einer Seite des zweiten Endes angeordnet als die Nut. Die Verbindungsfläche ist zwischen der Nut und der Endfläche angeordnet und verbindet die Nut und die Endfläche. Die Verbindungsfläche weist einen ersten Abschnitt, der auf einer Länge in einer Richtung entlang der Rotationsachse am größten ist, und einen zweiten Abschnitt auf, der näher an einem Außenumfang des Schneidteils angeordnet ist als der erste Abschnitt. Eine Länge in einer Richtung entlang der Rotationsachse auf dem zweiten Abschnitt ist kleiner als eine Länge in einer Richtung entlang der Rotationsachse auf dem ersten Abschnitt, wenn von einer ersten Richtung senkrecht zur Rotationsachse aus betrachtet, so dass der erste Abschnitt mit der Rotationsachse überlappt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-003201 , eingereicht am 12. Januar 2018. Der Inhalt dieser Anmeldung ist hier durch Verweis in seiner Gesamtheit aufgenommen.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegenden Ausführungsformen betreffen einen Bohrer und ein Verfahren zur Herstellung eines maschinell bzw. spanabhebend bearbeiteten Produkts.
HINTERGRUND
Beispielsweise ist ein Bohrer mit austauschbarem Kopf, der in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2016-55353 (Patentdokument 1) beschrieben ist, als Bohrer mit austauschbarem Kopf bekannt, der einen mit einer Schneidkante bereitgestellten Kopf, eine Sitzfläche und eine von der Schneidkante zur Sitzfläche verlaufende Nut aufweist und einen Halter aufweist. Die Sitzfläche des Kopfes ist in Kontakt mit einer Endfläche des Halters.
Eine Kammlinie wird durch einen annähernd vertikalen Schnitt der Nut und der Sitzfläche des Kopfes in dem in Patentdokument 1 beschriebenen Bohrer mit austauschbarem Kopf gebildet. Während eines Schneidvorgangs kann an einem Kammlinienteil eine Spannungskonzentration auftreten, die zu einem Bruch führt.
KURZERLÄUTERUNG
Ein Bohrer in einer der Ausführungsformen hat eine Stabform, der sich von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende erstreckt, und weist einen um eine Rotationsachse drehbaren Schneidteil auf. Der Schneidteil weist eine Schneidkante, eine Nut, eine Endfläche und eine Verbindungsfläche auf. Die Schneidkante ist an einer Seite eines ersten Endes angeordnet. Die Nut erstreckt sich von der Schneidkante zu einem zweiten Ende. Die Endfläche ist näher an einer Seite des zweiten Endes angeordnet als die Nut. Die Verbindungsfläche ist zwischen der Nut und der Endfläche angeordnet und ist mit der Nut und der Endfläche verbunden. Die Verbindungsfläche weist einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf. Der erste Abschnitt ist in einer Richtung entlang der Rotationsachse am längsten. Der zweite Abschnitt ist näher an einem Außenumfang des Schneidteils angeordnet als der erste Abschnitt. Eine Länge auf dem zweiten Abschnitt in einer Richtung entlang der Rotationsachse ist kleiner als eine Länge auf dem ersten Abschnitt in der Richtung entlang der Rotationsachse, wenn von einer ersten Richtung senkrecht zur Rotationsachse aus betrachtet, so dass der erste Abschnitt mit der Rotationsachse überlappt.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Bohrer in einer der Ausführungsformen zeigt,
2 ist eine Vorderansicht eines Schneidteils in dem in 1 dargestellten Bohrer, in Richtung eines ersten Endes betrachtet,
3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs A, der in 1 dargestellt ist,
4 ist eine Seitenansicht des in 2 dargestellten Schneidteils aus einer B-Richtung betrachtet,
5 ist eine vergrößerte Ansicht einer Verbindungsfläche in dem in 4 dargestellten Schneidteil,
6 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Bohrer in einer der Ausführungsformen zeigt,
7 ist eine Seitenansicht, die einen Schneidteil in einer der Ausführungsformen zeigt,
8 ist eine vergrößerte Ansicht einer Verbindungsfläche in dem in 7 gezeigten Schneidteil,
9 ist eine Querschnittsansicht des Schneidteils entlang der Linie IX-IX von 7,
10 ist eine Querschnittsansicht des Schneidteils entlang der Linie X-X von 7,
11 ist eine Querschnittsansicht des Schneidteils entlang der Linie XI-XI von 7,
12 ist eine Querschnittsansicht des Schneidteils entlang der Linie XII-XII von 6,
13 ist eine Darstellung, die einen der Schritte in einem Verfahren zur Herstellung eines maschinell bearbeiteten Produkts in einer der Ausführungsformen zeigt,
14 ist eine Darstellung, die einen der Schritte des Verfahrens zur Herstellung eines maschinell bearbeiteten Produkts in der Ausführungsform zeigt, und
15 ist eine Darstellung, die einen der Schritte des Verfahrens zur Herstellung eines maschinell bearbeiteten Produkts in der Ausführungsform zeigt.

AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bohrer in Ausführungsformen werden im Folgenden ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Der Beschreibung halber sind in jeder der im Folgenden genannten Zeichnungen in vereinfachter Form nur die Hauptelemente unter denjenigen dargestellt, die die Ausführungsformen bilden. Die Bohrer sind daher in der Lage, jedes beliebige Strukturelement aufzuweisen, das in den Zeichnungen, auf die in der vorliegenden Beschreibung Bezug genommen wird, nicht abgebildet ist. Abmessungen der Elemente in jeder der Zeichnungen sind diejenigen, die weder die Abmessungen der tatsächlichen Strukturelemente noch die Abmessungsverhältnisse dieser Elemente getreu wiedergeben.
Der Bohrer 1 hat eine Stabform, die sich in einer in 1 dargestellten Ausführungsform von einem ersten Ende 1a zu einem zweiten Ende 1b der erstreckt. Der Bohrer 1 weist in der vorliegenden Offenbarung einen Schneidteil 3 auf, der an einer Seite des ersten Endes 1a angeordnet ist und um eine Rotationsachse X drehbar ist. Der stabförmige Bohrer 1 ist, wie in 1 dargestellt, während eines Schneidvorgangs eines Werkstücks, das zur Herstellung eines bearbeiteten Produkts bestimmt ist, in einer Pfeilrichtung Y um die Rotationsachse X drehbar.
Ein Endabschnitt an einer oberen linken Seite in dem in 1 dargestellten Bohrer 1 korrespondiert zum ersten Ende 1a, und ein Endabschnitt an einer unteren rechten Seite korrespondiert zum zweiten Ende 1b. Im Allgemeinen werden das erste Ende 1a auch als „ein vorderes Ende“ und das zweite Ende 1b auch als „ein hinteres Ende“ bezeichnet. Daher werden das erste Ende 1a in der folgenden Beschreibung als „vorderes Ende 1a“ und das zweite Ende 1b als „hinteres Ende 1b“ bezeichnet.
Ein Außendurchmesser des Bohrers 1 ist in den Ausführungsformen z.B. auf 4-25 mm festlegbar. Konkret ist der Bohrer 1 in den Ausführungsformen z.B. auf L=4D bis L=15D festlegbar, wobei L eine Länge davon in einer Richtung entlang der Rotationsachse X ist und D der Außendurchmesser ist.
Der Bohrer 1 weist den Schneidteil 3, der an einer Seite des vorderen Endes 1a angeordnet ist, und einen Halter 5 auf, der stabförmig ist und bezogen auf den Schneidteil 3 als Ganzes an einer Seite des hinteren Endes 1b angeordnet ist. Der Halter 5 kann einen Schaftteil 7 und einen Körper 9 aufweisen, der näher an einer Seite des vorderen Endes 1a angeordnet ist als der Schaftteil 7.
Der Schneidteil 3 und der Körper 9 weisen jeweils einen Abschnitt auf, der mit einem Werkstück in Kontakt gebracht wird, und diese Abschnitte sind in der Lage, bei einem Schneidvorgang des Werkstücks eine wichtige Rolle zu spielen. Der Schaftteil 7 ist ein Teil, der von einer Spindel gehalten wird, die in einer Werkzeugmaschine gedreht wird, und der entsprechend der Form der Spindel der Werkzeugmaschine gestaltet ist. Beispiele für die Form des Schaftteils 7 sind ein gerader Schaft, ein Langschaft, ein langer Hals und ein konischer Schaft.
Der Schneidteil 3 weist eine Schneidkante 11, die an einer Seite des vorderen Endes 1a angeordnet ist, und eine erste Nut 13 auf, die sich von der Schneidkante 11 in Richtung des hinteren Endes 1b in der in 1 dargestellten Ausführungsform erstreckt.
Eine Außenfläche des Schneidteils 3 weist eine erste Außenumfangsfläche 3p auf, deren Abstand von der Rotationsachse X in der in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform annähernd konstant ist. Im Folgenden wird die erste Außenumfangsfläche 3p auch als Außenumfang 3p bezeichnet.
Die Schneidkante 11 kann eine Meißelschneidkante 11a, die die Rotationsachse X enthält, und eine Hauptschneidkante 11b aufweisen, wenn wie in 2 dargestellt in Richtung des vorderen Endes 1a betrachtet. Die Meißelschneidkante 11a ist so angeordnet, dass sie das vordere Ende 1a in der in 2 dargestellten Ausführungsform enthält. In der in 2 dargestellten Ausführungsform erstreckt sich die Hauptschneidkante 11b von der Meißelschneidkante 11a zum Außenumfang 3p des Schneidteils 3.
Die erste Nut 13 kann sich gerade oder gedreht bzw. gewunden von der Schneidkante 11 in Richtung des hinteren Endes 1b erstrecken. Die erste Nut 13 erstreckt sich in der in den 1 und 3 dargestellten Ausführungsform von der Schneidkante 11 in Richtung zum hinteren Ende 1b. Der Begriff „sich gedreht erstrecken“ bedeutet, dass sie sich annähernd gedreht von der Schneidkante 11 in Richtung einer Seite des hinteren Endes 1b erstreckt. Die erste Nut 13 kann daher einen Teil aufweisen, der teilweise nicht gedreht ist. Wenn sich die erste Nut 13 gedreht erstreckt, ist ein Wendel- bzw. Helixwinkel der ersten Nut 13 nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt, sondern kann z.B. auf etwa 3-45° festgelegt sein.
Der Schneidteil 3 weist eine Endfläche 15, die näher an einer Seite des hinteren Endes 1b angeordnet ist als die erste Nut 13, und eine Verbindungsfläche 17 auf, die zwischen der ersten Nut 13 und der Endfläche 15 angeordnet ist und mit der ersten Nut 13 und mit der Endfläche 15 in der in den 1 und 3 dargestellten Ausführungsform verbunden ist. Die Verbindungsfläche 17 ist gegenüber der ersten Nut 13 und der Endfläche 15 geneigt.
In Fällen, in denen die erste Nut 13 direkt mit der Endfläche 15 in Abwesenheit der Verbindungsfläche 17 zwischen der ersten Nut 13 und der Endfläche 15 verbunden ist, kann sich eine Spannung während des Schneidvorgangs auf einen von der ersten Nut 13 und der Endfläche 15 gebildeten Kammteil konzentrieren und so einen Bruch des Schneidteils 3 verursachen.
Der Schneidteil 3 weist in der vorliegenden Offenbarung die Verbindungsfläche 17 auf, die zwischen der ersten Nut 13 und der Endfläche 15 angeordnet ist und die mit der ersten Nut 13 und der Endfläche 15 verbunden ist. Dies erleichtert es, Spannungskonzentrationen an einem bestimmten Abschnitt in der Nähe einer Grenze zwischen der ersten Nut 13 und der Endfläche 15 während des Schneidvorgangs zu vermeiden, was zu einer erhöhten Bruchfestigkeit führt.
4 ist eine Darstellung des Schneidteils 3 aus einer B-Richtung in 2 betrachtet. 5 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der Verbindungsfläche 17 in 4. Die in 5 dargestellte Verbindungsfläche 17 in einer Ausführungsform weist einen ersten Abschnitt 19 und einen zweiten Abschnitt 21 auf. Der erste Abschnitt 19 entspricht einem Teil, der in einer Richtung entlang der Rotationsachse X auf der Verbindungsfläche 17 die größte Länge hat. Der zweite Abschnitt 21 ist näher an einer Seite des Außenumfangs 3p des Schneidteils 3 angeordnet als der erste Abschnitt 19.
Eine Länge L2 in einer Richtung entlang der Rotationsachse X auf dem zweiten Abschnitt 21 der Verbindungsfläche 17 ist kleiner als eine Länge L1 in einer Richtung entlang der Rotationsachse X auf der Verbindungsfläche 17, wenn der Schneidteil 3 aus einer Richtung betrachtet wird, in der der erste Abschnitt 19 auf der Verbindungsfläche 17 mit der Rotationsachse X überlappt und senkrecht zur Rotationsachse X steht, wie in den 4 und 5 dargestellt.
Der erste Abschnitt 19 und der zweite Abschnitt 21 sind Bereiche, die in der in 5 dargestellten Ausführungsform durch Linien gekennzeichnet sind. Der erste Abschnitt 19 ist in der in 5 dargestellten Ausführungsform als ein Linienbereich vorhanden, der mit der Rotationsachse X überlappt. Der zweite Abschnitt 21 ist näher an einer Seite des Außenumfangs 3p des Schneidteils 3 (eine linke Seite in 5) angeordnet als der erste Abschnitt 19 und liegt als Linienbereich vor.
Im Allgemeinen wird ein Schneidvorgang so durchgeführt, dass ein Werkstück an der Meißelschneidkante 11a, die an einer zentralen Stelle der Schneidkante 11 angeordnet ist, zerkleinert wird. Der Schneidvorgang wird so durchgeführt, dass das Werkstück an einer Hauptschneidkante 11b der Schneidkante 11, die an einer Seite des Außenumfangs 3p angeordnet ist, geschnitten wird. Es ist daher wahrscheinlicher, dass eine Belastung aufgrund einer Schubkraft in erheblichem Maße auf einen Teil der Endfläche 15, der nahe der Rotationsachse X angeordnet ist, ausgeübt wird als auf die Seite des Außenumfangs 3p.
Da in diesem Fall die Länge L1 an einer Seite der Rotationsachse X, wie z.B. dem ersten Abschnitt 19, auf der Verbindungsfläche 17 relativ groß ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass Abplatzungen um eine Grenze zwischen der ersten Nut 13 und der Endfläche 15 herum auftreten. Da die Länge L2 an der Seite des Außenumfangs 3p, wie z.B. dem zweiten Abschnitt 21, auf der Verbindungsfläche 17 relativ klein ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass ein Spanfluss in der ersten Nut 13 blockiert wird. Dies führt zu einer ausgezeichneten Haltbarkeit und Spanabfuhrleistung.
Der Schneidteil 3 kann so eingerichtet sein, dass eine Breite am zweiten Abschnitt 21 der Verbindungsfläche 17 kleiner sein kann als eine Breite am ersten Abschnitt 19 der Verbindungsfläche 17, wenn von einer Seite der Endfläche 15 aus betrachtet. Der so eingerichtete Schneidteil 3 bietet eine ausgezeichnete Haltbarkeit und Sitzstabilität. Eine Länge am ersten Abschnitt 19 ist an der Seite der Rotationsachse X relativ groß, wie z.B. der erste Abschnitt 19 der Verbindungsfläche 17, wenn von der Seite der Endfläche 15 aus betrachtet. Es ist daher leicht, Ausbrüche in der Nähe der Grenze zwischen der ersten Nut 13 und der Endfläche 15 zu vermeiden. Eine Länge am zweiten Abschnitt 21 ist an der Seite des Außenumfangs 3p relativ klein, wie z.B. der zweite Abschnitt 21 der Verbindungsfläche 17, wenn von der Seite der Endfläche 15 aus betrachtet. Es ist daher leicht, einen großen Bereich der Endfläche 15 zu gewährleisten.
Alternativ kann wie in 5 dargestellt basierend auf dem ersten Abschnitt 19 die Verbindungsfläche 17 in der Richtung entlang der Rotationsachse X mit zunehmender Entfernung vom ersten Abschnitt 19 an einer Seite (rechte Seite in 5), die einer Seite (linke Seite in 5) gegenüberliegt, an der der zweite Abschnitt 21 angeordnet ist, eine verringerte Länge haben. Weiter alternativ kann basierend auf dem ersten Abschnitt 19 die Länge der Verbindungsfläche 17 in Richtung der Rotationsachse X auf der Verbindungsfläche 17 an der Seite, die der Seite gegenüberliegt, an der der zweite Abschnitt 21 angeordnet ist, konstant gehalten werden.
Die Verbindungsfläche 17 weist einen dritten Abschnitt 23 auf, der in der in 5 dargestellten Ausführungsform zwischen dem ersten Abschnitt 19 und dem zweiten Abschnitt 21 angeordnet ist. Eine Länge L3 in der Richtung entlang der Rotationsachse X am dritten Abschnitt 23 kann kleiner sein als die Länge L1 in der Richtung entlang der Rotationsachse X am ersten Abschnitt 19 und kann auch größer sein als die Länge L2 in der Richtung entlang der Rotationsachse X am zweiten Abschnitt 21. Mit dieser Konfiguration wird eine mäßige Längenänderung in der Richtung entlang der Rotationsachse X an der Verbindungsfläche 17 erreicht. In der in 5 dargestellten Ausführungsform hat der Schneidteil 3 eine erhöhte Bruchfestigkeit.
In der in 5 dargestellten Ausführungsform ist der dritte Abschnitt 23 näher an einer Seite des Außenumfangs 3p des Schneidteils 3 angeordnet als der erste Abschnitt 19 und ist von der Seite des Außenumfangs 3p des Schneidteils 3 weiter entfernt angeordnet als der zweite Abschnitt 21. Mit anderen Worten ist der dritte Abschnitt 23 zwischen dem ersten Abschnitt 19 und dem zweiten Abschnitt 21 angeordnet. Wie der erste Abschnitt 19 und der zweite Abschnitt 21 kann auch der dritte Abschnitt 23 als Linienbereich vorliegen.
In der in 5 dargestellten Ausführungsform wird die Länge der Verbindungsfläche 17 in der Richtung entlang der Rotationsachse X mit zunehmender Entfernung vom ersten Abschnitt 19 zum dritten Abschnitt 23 hin kleiner. Diese Konfiguration erleichtert es, eine starke Längenänderung in Richtung entlang der Rotationsachse X auf der Verbindungsfläche 17 zu vermeiden. Folglich ist es unwahrscheinlicher, dass sich die Spannung auf einen bestimmten Abschnitt in der Verbindungsfläche 17 konzentriert, was zu einer erhöhten Bruchfestigkeit des Schneidteils 3 in der in 5 dargestellten Ausführungsform führt.
Die erste Nut 13 kann einen ersten Abschnitt 25, der an einer Seite der Rotationsachse X des Schneidteils 3 angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt 27 aufweisen, der näher an einer Seite des Außenumfangs 3p des Schneidteils 3 als der erste Abschnitt 25 angeordnet ist, wie in einer Ausführungsform in 6 und einer Ausführungsform in 7 dargestellt. Der erste Abschnitt 25 kann eine konvex gekrümmte Form und der zweite Abschnitt 27 eine konkav gekrümmte Form in einem Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse X haben.
6 zeigt einen Bohrer in einer der Ausführungsformen, bei der es sich um eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs handelt, der zur 3 korrespondiert. 7 zeigt einen Schneidteil in einer der Ausführungsformen, bei der es sich um eine Seitenansicht entsprechend 4 handelt.
Da bei der obigen Konfiguration der erste Abschnitt 25 die gekrümmte Flächenform hat, die in einer Richtung weg von der Rotationsachse X vorsteht, hat der Schneidteil 3 eine große Stegdicke und damit eine verbesserte Haltbarkeit. Eine ausgezeichnete Spanabfuhrleistung ist erreichbar, wenn die erste Nut 13 den zweiten Abschnitt 27 mit der obigen Form aufweist. Wenn der erste Abschnitt 25 die konvex gekrümmte Form und der zweite Abschnitt 27 die konkav gekrümmte Form hat, neigen Späne, die während eines Schneidvorgangs durch den zweiten Abschnitt 27 zum ersten Abschnitt 25 fließen, dazu, durch den ersten Abschnitt 25 gekrümmt zu werden. Der Bohrer 1 hat daher eine gute Spanabfuhrleistung.
Eine Länge der Verbindungsfläche 17 in der Richtung entlang der Rotationsachse X an einem Abschnitt, der mit dem ersten Abschnitt 25 verbunden ist, kann größer sein als eine Länge der Verbindungsfläche 17 in der Richtung entlang der Rotationsachse X an einem Abschnitt, der mit dem zweiten Abschnitt 27 verbunden ist.
Wenn die erste Nut 13 den ersten Abschnitt 25 und den zweiten Abschnitt 27 aufweist, die jeweils die obige Form haben, wird auf den ersten Abschnitt 25 mit der konvex gekrümmten Form eine größere Belastung durch einen Spanfluss ausgeübt als auf den zweiten Abschnitt 27 mit der konkav gekrümmten Form. Wenn in diesem Fall die Länge in der Richtung entlang der Rotationsachse X an dem Abschnitt, der mit dem ersten Abschnitt 25 an der Verbindungsfläche 17 verbunden ist, größer ist als die Länge in der Richtung entlang der Rotationsachse X an dem Abschnitt, der mit dem zweiten Abschnitt 27 an der Verbindungsfläche 17 verbunden ist, hat der erste Abschnitt 25 eine erhöhte Haltbarkeit, und der Bohrer 1 hat daher eine erhöhte Bruchfestigkeit.
Die Verbindungsfläche 17 weist einen ersten Bereich 29 und einen zweiten Bereich 31 auf, die in der in den 6 bis 8 dargestellten Ausführungsform entlang der ersten Nut 13 angeordnet sind. Der zweite Bereich 31 steht in Kontakt mit dem ersten Bereich 29 und ist näher an der Endfläche 15 angeordnet als der erste Bereich 29. In der in den 6 bis 8 dargestellten Ausführungsform erstrecken sich der erste Bereich 29 und der zweite Bereich 31 in einer Richtung senkrecht zur Rotationsachse X.
Der erste Bereich 29 und der zweite Bereich 31 können eine konvex gekrümmte Flächenform oder eine flache Flächenform haben. In der in 6 dargestellten Ausführungsform hat der erste Bereich 29 die konvex gekrümmte Flächenform und hat der zweite Bereich 31 die flache Flächenform.
9 bis 11 sind jeweils Querschnitte entlang der Linien IX-IX, X-X und XII-XII in 7 und zeigen einzeln die Querschnitte senkrecht zu einer Kammlinie, die durch die Verbindungsfläche 17 und die Endfläche 15 gebildet wird. Der erste Bereich 29 hat eine konvex gekrümmte Linie in der Richtung weg von der Rotationsachse X, und der zweite Bereich 31 hat eine gerade Linienform in der in 9 bis 11 dargestellten Ausführungsform. Daher hat der erste Bereich 29 eine konvex gekrümmte Flächenform in der Richtung weg von der Rotationsachse X und hat der zweite Bereich 31 die flache Flächenform in der in 7 dargestellten Ausführungsform.
Da der erste Bereich 29 die oben beschriebene konvex gekrümmte Flächenform hat, hat die Verbindungsfläche 17 eine verbesserte Haltbarkeit. Zusätzlich hat der zweite Bereich 31, der näher an der Endfläche 15 angeordnet ist als der erste Bereich 29, die flache Flächenform, wobei eine Spankontaktfläche kleiner ist als die, die man erhält, wenn der zweite Bereich 31 die konvex gekrümmte Flächenform hat. Der zweite Bereich 31 ist daher weniger anfällig für einen Temperaturanstieg durch das Entlangstreifen der Späne, und es ist weniger wahrscheinlich, dass es dort zu einer Verschweißung kommt.
Eine Form des ersten Bereichs 29 in den einzelnen in den 9 bis 11 dargestellten Querschnitten ist nicht auf eine bestimmte Form beschränkt, sondern können z.B. eine Kreisbogenform, eine Ellipsenbogenform oder eine Parabelform haben. Ein Krümmungsradius des ersten Bereichs 29 mit der konvex gekrümmten Flächenform kann je nach Ort unterschiedlich sein oder konstant gehalten werden. Der Krümmungsradius des ersten Bereichs 29 wird in den einzelnen in den 9 bis 11 dargestellten Querschnitten konstant gehalten. Die einzelnen in den 9 bis 11 dargestellten Querschnitte sind Querschnitte in der Richtung entlang der Rotationsachse X.
Wenn die Krümmungsradien des ersten Bereichs 29 in den einzelnen in 9 bis 11 dargestellten Querschnitten gleich groß sind, wird die Verbindungsfläche 17 mit geringerer Variation beansprucht. Die Verbindungsfläche 17 ist daher weniger anfällig für eine übermäßige lokale Spannungskonzentration. Dies führt zu einer erhöhten Bruchfestigkeit des Bohrers 1 in der in den 9 bis 11 dargestellten Ausführungsform. Die Krümmungsradien des ersten Bereichs 29 in den einzelnen in den 9 bis 11 dargestellten Querschnitten müssen arithmetisch nicht streng gleich sein, aber ein zulässiger Bereich davon ist ein Fehler von etwa 10%.
Ein arithmetischer Mittenrauwert Sa1 in der ersten Nut 13 kann größer oder gleich einem arithmetischen Mittenrauwert Sa2 in der Verbindungsfläche 17 sein. Der Wert des arithmetischen Mittenrauwerts Sa1 und des arithmetischen Mittenrauwerts Sa2 sind je nach Werkstoff eines Werkstücks und Bearbeitungsbedingungen wählbar.
Wenn der arithmetischer Mittenrauwert Sa1 der ersten Nut 13 relativ groß ist, ist es möglich, die Späne, die während des Schneidvorgangs entlang der ersten Nut 13 streifen, entsprechend zu verlangsamen. Es ist daher einfach, den Spanfluss zu steuern und die Späne stabil zu winden. Wenn der arithmetische Mittenrauwert Sa2 der Verbindungsfläche 17 relativ klein ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass die Späne an einer Grenze zwischen dem Schneidteil 3 und dem Halter 5 verstopfen.
Wenn der arithmetische Mittenrauwert Sa1 gleich dem arithmetischen Mittenrauwert Sa2 ist, ist es unwahrscheinlicher, dass sich eine Spanflussgeschwindigkeit während der Zeit ändert, in der die Späne entlang der ersten Nut 13 und der Verbindungsfläche 17 streifen. Folglich ist es unwahrscheinlicher, dass die Späne in der Nähe der Grenze zwischen der ersten Nut 13 und der Verbindungsfläche 17 verstopfen. Aus den oben genannten Gründen hat der Bohrer 1 in der obigen Ausführungsform eine gute Spanabfuhrleistung.
Der arithmetische Mittenrauwert Sa ist ein Parameter der physikalischen Oberflächeneigenschaften, der in ISO 25178 festgelegt ist, und ist ein Parameter, der durch die Erstreckung einer arithmetischen mittleren Höhe Ra einer Linie auf eine Oberfläche erhalten wird. Konkret gibt der arithmetische Mittenrauwert Sa einen Mittelwert der absoluten Werte der Höhenunterschiede einzelner Punkte auf einer Zieloberfläche relativ zu einer Durchschnittsoberfläche einer Oberfläche eines Messobjekts an.
Sa1 und Sa2 sind nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt. Beispielsweise sind Sa1 auf etwa 1-50 µm und Sa2 auf etwa 1-50 µm festlegbar.
Der der arithmetische Mittenrauwert Sa1 der ersten Nut 13 kann durch Messung einer Flächenform der ersten Nut 13 gemäß der Norm ISO 25178-6:2010 berechnet werden. In diesem Fall kann ein Cutoff-Wert auf z.B. 5 mm festgelegt werden. Der arithmetische Mittenrauwert Sa2 der Verbindungsfläche 17 kann durch Messung einer Flächenform der Verbindungsfläche 17 gemäß der Norm ISO 25178-6:2010 berechnet werden. In diesem Fall kann ein Cutoff-Wert auf z.B. 5 mm festgelegt sein. Die Flächenformen der ersten Nut 13 und der Verbindungsfläche 17 sind z.B. mit einem berührenden Oberflächenrauheitsmessgerät unter Verwendung einer Sonde oder einem berührungslosen Messgerät unter Verwendung eines Lasers messbar.
Der Halter 5 weist eine vordere Endfläche 5a auf, die an einer Seite einer Spitze 1a in der in den 1 und 3 dargestellten Ausführungsform angeordnet ist. Die vordere Endfläche 5a des Halters 5 kann mit der Endfläche 15 des Schneidteils 3 in Kontakt sein. Der Begriff „in Kontakt sein mit“ bedeutet, dass die Endfläche 15 nicht ganz in Kontakt mit der vorderen Endfläche 5a sein muss, wobei ein Teil der Endfläche 15 nicht damit in Kontakt sein muss.
Eine Außenfläche 33 des Halters 5 weist eine zweite Nut 33a und eine zweite Außenumfangsfläche 33b in der in den 1 und 3 dargestellten Ausführungsform auf. Die zweite Nut 33a im Halter 5 ist mit der ersten Nut 13 im Schneidteil 3 verbunden. Daher können die während des Schneidvorgangs erzeugten Späne durch die erste Nut 13 zur zweiten Nut 33a fließen. Die zweite Außenumfangsfläche 33b im Halter 5 ist mit der ersten Außenumfangsfläche 3p im Schneidteil 3 verbunden.
Der erste Bereich 29 kann in einem in 12 dargestellten Querschnitt weiter von der Rotationsachse X entfernt angeordnet sein als die Außenfläche 33 des Halters 5. Insbesondere kann der erste Bereich 29 weiter von der Rotationsachse X entfernt angeordnet sein als eine Kammlinie, bei der sich die vordere Endfläche 5a des Halters 5 mit der Außenfläche 33 schneidet. Der erste Bereich 29 ist in einer in 12 dargestellten Ausführungsform weiter von der Rotationsachse X entfernt angeordnet als die zweite Nut 33a. Insbesondere ist in der in 12 gezeigten Ausführungsform der erste Bereich 29 weiter von der Rotationsachse X entfernt angeordnet als eine Kammlinie 33c, an welcher sich die vordere Endfläche 5a des Halters 5 mit der zweiten Nut 33a schneidet. 12 ist ein Querschnitt des Bohrers 1 entlang der in 6 dargestellten Linie XII-XII.
Wenn der erste Bereich 29 weiter von der Rotationsachse X entfernt angeordnet ist als die zweite Nut 33a, tendieren die Späne dazu, sich sanft von der ersten Nut 13 zur zweiten Nut 33a vorwärts zu bewegen. Daher neigen die Späne dazu, entlang der Verbindungsfläche 17 zu streifen, und ein Spanverstopfen ist in der Nähe der Grenze zwischen dem Schneidteil 3 und dem Halter 5 weniger wahrscheinlich. Der Bohrer 1 hat daher in der in 12 dargestellten Ausführungsform eine gute Spanabfuhrleistung.
Beispiele für Werkstoffe des Schneidteils 3 sind Hartmetall und Cermet. Beispiele für Zusammensetzungen des Hartmetalls sind WC-Co, WC-TiC-Co und WC-TiC-TaC-Co. Hier sind WC, TiC und TaC harte Partikel und ist Co eine Bindephase.
Das Cermet ist ein gesintertes Verbundmaterial, das durch Zusammensetzen von Metall mit einer keramischen Komponente erhältlich ist. Beispiele für das Cermet sind Titanverbindungen, die hauptsächlich aus Titancarbid (TiC) oder Titannitrid (TiN) gebildet sind. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, den Werkstoff des Schneidteils 3 auf die oben genannten Zusammensetzungen zu beschränken.
Eine Oberfläche des Schneidteils 3 kann mit einer Beschichtungsschicht beschichtet werden, indem ein Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) oder ein Verfahren der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) verwendet wird. Beispiele für die Zusammensetzung der Beschichtungsschicht sind Titancarbid (TiC), Titannitrid (TiN), Titancarbonitrid (TiCN) und Aluminiumoxid (Al₂O₃).
Als ein Werkstoff des Halters 5 sind Stahl, Gusseisen oder eine Aluminiumlegierung verwendbar. Stahl ist im Hinblick auf hohe Steifigkeit bevorzugt.
<Verfahren zur Herstellung eines maschinell bzw. spanabhebend bearbeiteten Produkts>
Ein Verfahren zur Herstellung eines maschinell bearbeiteten Produkts in einer der Ausführungsformen wird nachstehend ausführlich durch den beispielhaften Fall beschrieben, bei welchem der Bohrer 1 in den vorhergehenden Ausführungsformen verwendet wird. Die folgende Beschreibung wird unter Bezugnahme auf die 13 bis 15 vorgenommen.
Das Verfahren zur Herstellung eines maschinell bearbeiteten Produkts in der Ausführungsform weist die folgenden Schritte auf:

(1) Drehen des Bohrers 1 um die Rotationsachse X,
(2) Bringen der Schneidkante des Bohrers 1, der gedreht wird, in Kontakt mit dem Werkstück 100, und
(3) Bewegen des Bohrers 1 vom Werkstück weg 100.

Genauer gesagt wird zunächst der Bohrer 1 relativ nahe an das Werkstück 100 herangeführt, wobei der Bohrer 1 um die Rotationsachse X gedreht und gleichzeitig der Bohrer 1 in Z1-Richtung entlang der Rotationsachse X bewegt wird, wie in 13 dargestellt.
Anschließend wird das Werkstück 100 geschnitten, indem die Schneidkante des Bohrers 1 mit dem Werkstück 100 in Kontakt gebracht wird, wie in 14 dargestellt. Der Bohrer 1 wird dann relativ vom Werkstück 100 wegbewegt, indem der Bohrer 1 in Z2-Richtung bewegt wird, wie in 15 dargestellt.
Der Bohrer 1 wird in einem Zustand in die Nähe des Werkstücks 100 gebracht, in dem das Werkstück 100 fixiert ist, und der Bohrer 1 wird in der Ausführungsform um die Rotationsachse X gedreht. In 14 wird das Werkstück 100 geschnitten, indem die Schneide des Bohrers 1, der gedreht wird, in Kontakt mit dem Werkstück 100 gebracht wird. In 15 wird das Werkstück 100 in einem Zustand, in dem der Bohrer 1 gedreht wird, vom Werkstück 100 wegbewegt.
In einem Schneidvorgang mit dem Herstellungsverfahren in der Ausführungsform wird der Bohrer 1 mit dem Werkstück 100 in Kontakt gebracht oder wird der Bohrer 1 vom Werkstück 100 wegbewegt, indem der Bohrer 1 in jedem der Schritte bewegt wird. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, auf die obige Ausführungsform beschränkt zu sein.
Zum Beispiel kann das Werkstück 100 in Schritt (1) in die Nähe des Bohrers 1 herangeführt werden. In ähnlicher Weise kann das Werkstück 100 in Schritt (3) vom Bohrer 1 wegbewegt werden. Wenn der Schneidvorgang fortgesetzt werden soll, kann der Schritt, bei dem die Schneidkante des Bohrers 1 mit verschiedenen Teilen des Werkstücks 100 in Kontakt gebracht wird, wiederholt werden, während der Bohrer 1 weiter gedreht wird.
Repräsentative Beispiele für das Material des Werkstücks 100 weisen Aluminium, Kohlenstoffstahl, legierter Stahl, rostfreier Stahl, Gusseisen und Nichteisenmetalle auf.
Bezugszeichenliste

1: Bohrer
1a: erstes Ende (vorderes Ende)
1b: zweites Ende (hinteres Ende)
3: Schneidteil
3p: erste Außenumfangsfläche
5: Halter
5a: vordere Endfläche
7: Schaftteil
9: Körper
11: Schneidkante
11a: Meißelschneidkante
11b: Hauptschneidkante
13: erste Nut
15: Endfläche
17: Verbindungsfläche
19: erster Abschnitt
21: zweiter Abschnitt
23: dritter Abschnitt
25: erster Teil
27: zweiter Teil
29: erster Bereich
31: zweiter Bereich
33: Außenfläche
33a: zweite Nut
33b: zweite Außenumfangsfläche
100: Werkstück
X: Rotationsachse
Y: Rotationsrichtung
Z: Schnittrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018003201 [0001]

Claims

Ein Bohrer mit einer Stabform, der sich von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende erstreckt, und aufweisend: einen um eine Rotationsachse drehbaren Schneidteil, der Schneidteil aufweisend eine Schneidkante, die an einer Seite des ersten Endes angeordnet ist, eine Nut, die sich von der Schneidkante zum zweiten Ende erstreckt, eine Endfläche, die näher an einer Seite des zweiten Endes angeordnet ist als die Nut, und eine Verbindungsfläche, die zwischen der Nut und der Endfläche angeordnet ist und mit der Nut und der Endfläche verbunden ist, die Verbindungsfläche aufweisend einen ersten Abschnitt, und einen zweiten Abschnitt, der näher an einem Außenumfang des Schneidteils angeordnet ist als der erste Abschnitt, wobei eine Länge in einer Richtung entlang der Rotationsachse im zweiten Abschnitt kleiner ist als eine Länge in der Richtung entlang der Rotationsachse im ersten Abschnitt, wenn von einer ersten Richtung senkrecht zur Rotationsachse aus betrachtet, so dass der erste Abschnitt mit der Rotationsachse überlappt.
Der Bohrer gemäß Anspruch 1, wobei die Verbindungsfläche einen dritten Abschnitt aufweist, der zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt angeordnet ist, und eine Länge in der Richtung entlang der Rotationsachse im dritten Abschnitt größer ist als die Länge in der Richtung entlang der Rotationsachse im ersten Abschnitt und kleiner ist als die Länge in der Richtung entlang der Rotationsachse im zweiten Abschnitt, wenn von der ersten Richtung aus betrachtet.
Der Bohrer gemäß Anspruch 2, wobei eine Länge entlang der Rotationsachse auf der Verbindungsfläche vom ersten Abschnitt zum zweiten Abschnitt hin kleiner wird, wenn aus der ersten Richtung betrachtet.
Der Bohrer gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Nut aufweist einen ersten Abschnitt, der an einer Seite der Rotationsachse im Schneidteil angeordnet ist und eine konvex gekrümmte Form in einem Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse hat, und einen zweiten Abschnitt, der näher an einer Seite des Außenumfangs des Schneidteils angeordnet ist als der erste Abschnitt und eine konkav gekrümmte Form im Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse hat, und eine Länge in der Richtung entlang der Rotationsachse auf einem Teil der Verbindungsfläche, der mit dem ersten Abschnitt verbunden ist, größer ist als eine Länge in der Richtung entlang der Rotationsachse auf einem Teil der Verbindungsfläche, der mit dem zweiten Abschnitt verbunden ist, wenn von der ersten Richtung aus betrachtet.
Der Bohrer gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Verbindungsfläche einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist, die jeweils entlang der Nut angeordnet sind, der zweite Bereich in Kontakt mit dem ersten Bereich steht und näher an der Endfläche angeordnet ist als der erste Bereich, der erste Bereich eine konvex gekrümmte Flächenform hat, und der zweite Bereich eine flache Flächenform hat.
Der Bohrer gemäß Anspruch 5, wobei ein Krümmungsradius in der konvex gekrümmten Flächenform des ersten Bereichs konstant ist.
Der Bohrer gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein arithmetischer Mittenrauwert der Nut gleich einem arithmetischen Mittenrauwert der Verbindungsfläche ist.
Ein Bohrer, aufweisend: einen Kopf, der den Bohrer gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7 bildet, und einen Halter mit Stabform, wobei der Kopf so eingerichtet ist, dass die Endfläche des Schneidteils in Kontakt mit dem Halter steht und der erste Bereich weiter von der Rotationsachse entfernt angeordnet ist als eine Außenfläche des Halters.
Ein Verfahren zur Herstellung eines maschinell bearbeiteten Produkts, aufweisend: Drehen des Bohrers gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, In-Kontakt-Bringen des Bohrers, der gedreht wird, mit einem Werkstück, und Bewegen des Bohrers vom Werkstück weg.