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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen effizienten Spiralbohrer zum Schichtbohren.
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Hintergrund
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Wenn ein herkömmlicher Spiralbohrer (aufweisend einen geraden Schaft und einen sich verjüngenden Schaft) mit Bezug auf 1 (der gerade Schaft) an einem Arbeitsbereich abseits einer Bohrmaschine und anderen metallschneidenden Maschinenwerkzeugen verwendet wird, wenn ein handgeführtes elektrisches Werkzeug für einen Bohrvorgang verwendet wird, ist die Bohreffizienz durch die Beschränkung der Muskelkraft eines Arbeiters, einer Leistung des elektrischen Werkzeugs und Ähnlichem deutlich eingeschränkt, was zu einer schwierigen Bohrpositionierung, geringer Geschwindigkeit und geringer Effizienz führt.
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Wie in 1 gezeigt ist, wird, wenn der Bohrer mit einer derartigen herkömmlichen Struktur zum Bohren verwendet wird, das Verarbeiten einer Metallschneidemenge in einer korrespondierenden Größe gleichzeitig mittels zweier symmetrisch verteilter linearer Schneidklingen vollendet, so dass eine relativ große Leistung während des Bohrens erforderlich ist. Währenddessen werden auch relativ große Reaktionskräfte an zwei Schneidkanten aufgebracht, so dass die Schneidkanten leicht zu beschädigen sind. Das Verarbeiten und Schneidvorgänge des Spiralbohrers sind in 2 analysiert und gezeigt.
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Ein herkömmlicher Spiralbohrer ist während des Bohrens nicht einfach zu positionieren. Zwei lineare Schneidklingen schneiden während des Bohrens immer gleichzeitig. Der herkömmliche Spiralbohrer hat während des gesamten Verarbeitungsvorgangs eine gleiche Schneidmetallmenge, hat ein relativ großes Schneid-Drehmoment und Leistung, und ist schwer zu bohren.
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Zusammenfassung
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Die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist, ein Werkzeug bereitzustellen, welches fähig ist, schnell zu schneiden und zu bohren, während die Betriebslebensdauer des Werkzeugs verlängert wird und die Betriebseffizienz erhöht wird.
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Die oben genannte Aufgabe ist mittels der folgenden technischen Lösung gelöst:
- Ein effizienter Spiralbohrer zum Schichtbohren weist einen Bohrerkörper auf, wobei der Bohrerkörper einen Schaftabschnitt und einen Betriebsabschnitt aufweist; der Schaftabschnitt ist mit dem Betriebsabschnitt verbunden; der Betriebsabschnitt hat einen Schneidabschnitt an einem vorderen Ende, wobei eine Mehrzahl von Nuten, welche parallel und in Intervallen verteilt sind, symmetrisch entlang einer Flankenfläche (flank surface) des Schneidabschnitts angeordnet sind; die Nuten teilen Hauptschneidklingen in eine Mehrzahl von ersten Schneidklingen und zweiten Schneidklingen; und Verbindungslinien der ersten Schneidklingen und der zweiten Schneidklingen bilden eine stufenartige Struktur.
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Bevorzugt sind die zweiten Schneidkanten parallel zu einer Achsenlinie des Bohrerkörpers; und ein Winkel von 90 bis 140 Grad ist zwischen den ersten Schneidklingen und den zweiten Schneidklingen gebildet.
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Bevorzugt ist ein spitzer Winkel zwischen den zweiten Schneidklingen und der Achsenlinie des Bohrerkörpers gebildet, so dass hintere Enden der zweiten Schneidklingen nach unten geneigt sind.
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Bevorzugt ist ein Winkel, welcher mittels Verbindungslinien von oberen Endpunkten der ersten Schneidklingen gebildet ist, 20 bis 60 Grad.
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Bevorzugt bilden Verbindungslinien der Nuten eine Spiralstruktur.
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Bevorzugt sind die ersten Schneidklingen parallel zueinander; und die ersten Schneidkanten haben die gleiche Höhe.
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Bevorzugt sind die ersten Schneidklingen parallel zueinander; und die Höhen der ersten Schneidklinge von einer ersten Sektion zu der ersten Schneidklinge einer letzten Sektion ist in einem graduell ansteigenden Zustand.
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Durch stufenartiges Schneiden kann der Spiralbohrer während eines Schichtbohrvorgangs einfach positioniert werden, hat einen niedrigen Schneidwiderstand, erzeugt weniger Schneidwärme, hat eine hohe Bohreffizienz und eine lange Betriebslebensdauer und verbessert deutlich die Bohrperformance des Bohrers, so dass ein bearbeitetes kreisförmiges Loch eine hohe Genauigkeit und wenig Grate an einer Kante hat, wo der Bohrer austritt.
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Figurenliste
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- 1 ist ein strukturelles schematisches Diagramm eines bestehenden Spiralbohrers, wobei die Schneidklingen zwei lineare Schneidkanten sind;
- 2 ist eine Seitenansicht von 1;
- 3 ist ein schematisches Diagramm des Schneidens von Schneidkanten während des Bohrens eines bestehenden Spiralbohrers;
- 4 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht von 3.
- 5 ist ein schematisches Diagramm der vorliegenden Offenbarung;
- 6 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht von 5;
- 7 ist eine Seitenansicht von 5;
- 8 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht von 5;
- 9 ist ein schematisches Diagramm der vorliegenden Offenbarung während des Bohrens;
- 10 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht von 9;
- 11 ist ein schematisches Diagramm der vorliegenden Offenbarung;
- 12 ist eine Seitenansicht von 11; und
- 13 ist ein anderes strukturelles schematisches Diagramm eines Schneidabschnitts der vorliegenden Offenbarung.
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Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
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Die vorliegende Offenbarung ist im Folgenden ausführlich mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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Eine Schneidfläche eines herkömmlichen Spiralbohrers während des Bohrens ist zunächst im Allgemeinen beschrieben, wie in den 1 bis 4 gezeigt ist.
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Ein bestehender herkömmlicher Spiralbohrer ist während des Bohrens nicht einfach zu positionieren. Zwei lineare Schneidklingen (d. h. Hauptschneidklingen 1) schneiden während des Bohrens immer gleichzeitig. Der herkömmliche Spiralbohrer hat bei dem gesamten Bearbeitungsvorgang eine gleiche Schneidmetallmenge, hat ein relativ großes Schneid-Drehmoment und Leistung, und ist schwer zu bohren. Der herkömmliche Spiralbohrer hat eine Einzelklingen-Schneidfläche von S1 = S2 = W x h und eine gesamte Schneidfläche von S = 2S1 = 2S2 = 2 x W x h während des Bohrens.
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Nachfolgend ist eine Struktur der vorliegenden Offenbarung im Folgenden ausführlich beschrieben, wie in den 5 bis 12 gezeigt ist.
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Ein effizienter Spiralbohrer zum Schichtbohren der vorliegenden Offenbarung weist einen Bohrerkörper 2 auf, welcher der herkömmliche Bohrer sein kann. Der Bohrerkörper 2 weist typischerweise einen Schaftabschnitt und einen Betriebsabschnitt auf; der Betriebsabschnitt hat einen Schneidabschnitt an einem vorderen Ende und einen Leitabschnitt an einem hinteren Ende; und der Schaftabschnitt ist mit dem Leitabschnitt verbunden. Eine Mehrzahl von Nuten 4, welche parallel und in Intervallen verteilt sind, ist symmetrisch entlang einer Flankenfläche 3 des Schneidabschnitts angeordnet; die Nuten 4 teilen die Hauptschneidklingen in eine Mehrzahl von ersten Schneidklingen 5 und zweiten Schneidklingen 6; und Verbindungslinien der ersten Schneidklingen 5 und der zweiten Schneidklingen 6 bilden eine stufenartige Struktur (welche auch als leiterartige Struktur bezeichnet werden kann), d. h. die Hauptschneidklingen der vorliegenden Offenbarung sind stufenartige Strukturen. Indes ist ein Querschnitt der gesamten Flankenfläche 3 ebenfalls eine stufenartige Struktur. Allerdings können, mit Ausnahme der Hauptschneidklingen, alle Flankenflächenabschnitte auch andere Formen haben. Die Flankenfläche hat eine leiterartige Struktur, so dass die Flankenfläche Werkstücke während des Schneidens nicht berührt; zweitens wird die Festigkeit der Flankenfläche erhöht; und drittens wird die Flankenfläche während der Herstellung bequem bearbeitet. Die zweiten Schneidklingen 6 sind parallel zu einer Achsenlinie des Bohrerkörpers, oder ein Winkel von 0 bis 20 Grad ist zwischen den zweiten Schneidklingen 6 und der Achsenlinie des Bohrerkörpers gebildet, so dass hintere Enden (tail ends) der zweiten Schneidklingen 6 nach unten geneigt sind, und nur Anfangsenden (starting ends) der zweiten Schneidklingen (d. h. Oberseiten der ersten Schneidklingen) während des Schneidens das Werkstück berühren, wie in 13 gezeigt ist.
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Bevorzugt sind die zweiten Schneidklingen 6 parallel zu der Achsenlinie des Bohrerkörpers; ein Winkel a von 90 bis 140 Grad ist zwischen den ersten Schneidklingen 5 und den zweiten Schneidklingen 6 gebildet; und die ersten Schneidklingen sind parallel zueinander, und können allerdings derartig eingestellt sein, dass sie nicht parallele Strukturen sind, gemäß den vorliegenden Anforderungen. Bevorzugt sind die ersten Schneidklingen in der vorliegenden Offenbarung parallel zueinander. Da Nuten in die Flankenfläche gegraben werden müssen, um die leiterartigen Hauptschneidklingen zu bilden, ist die Fläche der Flankenfläche 3 derartig eingestellt, dass sie etwas größer ist, und ein Winkel b, welcher mittels der Verbindungslinien der oberen Endpunkte der ersten Schneidklingen 5 gebildet ist (d.h. der Winkel, welcher zwischen zwei Hauptschneidklingen gebildet ist) ist 20 bis 60 Grad, wie in 8 gezeigt ist. Allerdings kann ein vorderstes Ende des Schneidabschnitts der vorliegenden Offenbarung auch zu einer Form eingestellt sein, wie in 13 gezeigt ist.
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Um stabil zu bohren, ist ein Leitabschnitt (d. h. für die erste Schneidklinge und die zweite Schneidklinge an dem vordersten Ende des Bohrerkörpers ist die erste Schneidklinge zuerst mit dem Werkstück in Kontakt) in dem vordersten Ende des Bohrerkörpers 2 gebildet. Ein Öffnungswinkel des Leitabschnitts ist ein Winkel von 90 bis 140 Grad und bevorzugt sind 118 Grad als ein optimaler Winkel eingestellt. Allerdings kann der Winkel des Leitabschnitts sachgerecht gemäß verschiedenen Verarbeitungsmaterialien geändert werden, wie in 6 gezeigt ist.
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Die Schneidklingen des Leitabschnitts sind relativ kurz, somit ist das Bohren relativ stabil. Darüber hinaus sind, da die Hauptschneidklingen in die ersten Schneidklingen mit relativ kleinen Flächen unterteilt sind, das Schneid-Drehmoment und die Leistung mittels der ersten Schneidklingen verteilt, um während des Bohrens mit Kraft Aufwand einzusparen. Es ist anzumerken, dass die vorderste erste Schneidklinge, welche zuerst in Kontakt mit dem Werkstück ist, in der vorliegenden Offenbarung nicht parallel zu der nachfolgenden ersten Schneidklinge sein mag.
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Die Nuten der vorliegenden Offenbarung können bogenförmige Nuten sein, welche an einen Radianten der Flankenfläche angepasst sind, oder die Verbindungslinien der Nuten bilden eine Spiralstruktur. Die leiterartige Schneidklinge der vorliegenden Offenbarung kann an Bohrschneidewerkzeugen angewendet werden, beispielsweise Gewindebohrer (screw taps), Erweiterungsbohrer (expanding drills), Senkbohrer (countersink drills), Reibahle (reamer), etc.. Sogar nur ein leiterartiger Bohrer ist angeordnet, während der leiterartige Bohrer mit verschiedenen Schneidwerkzeugen kombiniert werden kann.
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Wie in 11 gezeigt ist, bildet die Flankenfläche zwischen den Nuten einen stufenartigen kreisförmigen Bogen; und ein Durchmesser d des kreisförmigen Bogens zwischen den beiden gegenüberliegenden zweiten Schneidklingen ist graduell erweitert, um eine stufenartige Struktur zu bilden. Beispielsweise zeigen die Durchmesser, von einem Durchmesser d1 zwischen den vordersten zweiten Schneidklingen zu einem Durchmesser dn zwischen den letzten zweiten Schneidklingen, einen sich graduell vergrößernden Trend; und die vergrößerte Größe kann konstant oder variabel sein.
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In der vorliegenden Offenbarung kann die Anzahl der Stufen und die Längen der ersten Schneidklingen und der zweiten Schneidklingen gemäß der Größe der gebohrten Löcher und der Fläche der Flankenfläche flexibel ausgewählt werden. Im Allgemeinen gilt, auf den Flankenflächen mit der gleichen Fläche, je größer die Anzahl der unterteilten ersten Schneidklingen und zweiten Schneidklingen ist, umso besser. In diesem Fall gilt, je kleiner die Kontaktfläche zwischen den ersten Schneidklingen und dem Werkstück ist, umso kleiner ist der Widerstand, welcher von dem Schneidwerkzeug während des Bohrens getragen wird, und umso leichter ist das Bohren. Hinsichtlich der vorangehend genannten Eigenschaften sollten so viele stufenartige Schneidklingen wie möglich vorgesehen sein; der Durchmesser zwischen den vordersten zweiten Schneidklingen sollte so klein wie möglich eingestellt sein, aber der Durchmesser zwischen den vordersten zweiten Schneidklingen ist durch eine Standard-Bohrkerndicke des Bohrers beschränkt.
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In der vorliegenden Offenbarung sind zwei lineare Hauptschneidklingen des Spiralbohrers als eine Mehrzahl von leiterartigen Klingen ausgestaltet, um den Widerstand der zu schneidenden Metallschicht abzubauen. Wie in 9 und 10 gezeigt ist, wird ein geschnittener großer Block S in n kleine Blöcke Si zerlegt; die Fläche von jedem kleinen Block Si ist Si = Wi x hi, Sn = Wn x hi; und die gesamte Schneidfläche ist S = S1 + ... + Si + ... Sn.
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Wenn der Bohrer beginnt, in Kontakt mit der Oberfläche des Werkstücks zu kommen, wird zunächst mittels einer sehr kleinen Bohrerspitze (d. h. der Leitabschnitt) der ersten Sektion ein Führungsloch gebohrt. Die kleine Bohrerspitze kann leicht positioniert werden und bohrt das kleine Loch aufgrund eines kleinen Durchmessers. Dann wird das kleine Loch mittels einer nachfolgenden graduell erweiterten Leiterklinge (ladder blade) graduell erweitert, bis eine finale Größe des Spiralbohrers erreicht ist. Bei dem graduellen Bohren und Locherweiterungsvorgang ist, verglichen mit dem Einzelvorgang- (oneprocess) kontinuierlichen Schneiden der linearen Schneidklinge eines herkömmlichen Spiralbohrers, der Schneidwiderstand reduziert und das Einführen (feeding) ist einfach und schnell.
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Die vorteilhaften Effekte, welche mittels der technischen Lösungen der vorliegenden Offenbarung herbeigeführt sind, sind wie folgt:
- (1) bei dem gesamten Bearbeitungsvorgang ist die Bohrkraft relativ klein, gleichmäßig und angemessen;
- (2) die künstlichen handgeführten elektrischen Werkzeuge können stabil und dauerhaft betrieben werden;
- (3) die Bohrvorgang-Genauigkeit ist sichergestellt und das Auftreten von Ausrüstungs- und Personenunfällen wird vermieden;
- (4) alle der stufenartigen Schneidkanten des Schneidwerkzeugs werden gleichmäßig und konsistent abgenutzt, wobei dadurch der Gebrauch des Schneidwerkzeugs (ungefähr um das 3- bis 8-fache) verlängert wird;
- (5) eine unnötige Beschädigung des Schneidwerkzeugs während der Verwendung und ausgesonderte Werkstücke sind reduziert;
- (6) die Bearbeitungsschwierigkeit und die Kosten sind reduziert, und die Bearbeitungseffizienz ist gesteigert; und
- (7) ein Kragen (flange) hat wenig Grate an einer Kante, wo der Bohrer austritt.
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Die oben genannten sind nur bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und sollen nicht die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschränken. Jede Modifizierung, äquivalenter Ersatz, Verbesserung und derartiges, welche im Rahmen des Sinns und der Prinzipien der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden, sollen in einem Schutzbereich von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthalten sein.
