DE20304580U1 - drill - Google Patents
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Abstract
Bohrer, insbesondere Spiralbohrer und insbesondere zum Bohren ins Volle bei Werkstücken aus Verbundmaterial mit zumindest einer faserverstärkten und einer metallischen Schicht, mit durch Hauptspannuten (10; 110) getrennten Stegen, die jeweils durch zumindest eine Zusatznut (12; 112) in einen Vorlaufsteg (8; 108) und zumindest einen Nachlaufsteg (9; 109) unterteilt sind, die umfangsseitig jeweils von Rundschlifffasen (7, 17; 107, 117) begrenzt werden, wobei das Spankammervolumen (Vz1; Vz1) der Zusatznuten (12; 112) kleiner als das Spankammervolumen (Vh1; Vh2) der Hauptspannuten (10; 110) ist, dadurch gekennzeichnet dass Freiflächen (11, 11ü, 13; 111, 113) der Stege derart verlaufen, dass der Nachlaufsteg (9; 109) seinem Vorlaufsteg (8; 108) axial nacheilt, wobei die Nacheilung (N1; N2) von einem äußersten Punkt (S1; S101) auf einer Vorlaufsteg-Hauptschneide (3, 3ü; 103) zu einem äußersten Punkt (S2; S102) auf der Nachlaufsteg-Hauptschneide (21; 121) kleiner als 2/10 des Bohrer-Nenndurchmessers (D) ist, bevorzugt kleiner gleich 1/10 des Bohrer-Nenndurchmessers (D), insbesondere kleiner gleich 1/10...Drills, in particular twist drills and in particular for drilling to a solid in workpieces made of composite material with at least one fiber-reinforced and one metallic layer, with webs separated by main clamping grooves (10; 110), each of which is inserted into a lead bar (8 ; 108) and at least one trailing web (9; 109) are subdivided, which are limited on the circumference by circular bevels (7, 17; 107, 117), the chip chamber volume (Vz1; Vz1) of the additional grooves (12; 112) smaller than that Chip chamber volume (Vh1; Vh2) of the main clamping grooves (10; 110), characterized in that free areas (11, 11ü, 13; 111, 113) of the webs run in such a way that the trailing web (9; 109) meets its leading web (8; 108) axially lagging, the lag (N1; N2) from an outermost point (S1; S101) on a main runner edge (3, 3ü; 103) to an outermost point (S2; S102) on the main runner edge (21; 121 ) less than 2/10 of the drill Nominal diameter (D), preferably less than or equal to 1/10 of the nominal drill diameter (D), in particular less than or equal to 1/10 ...
Description
Die Erfindung betrifft einen Bohrer für passgenaue Bohrungen, insbesondere in Verbundmaterialien, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a drill for precisely fitting Bores, especially in composite materials, according to the preamble of claim 1.
Besonders im Flugzeugbau finden heute verstärkt Verbund- bzw. Sandwichmaterialien Anwendung. Für die Außenhaut moderner Flugzeuge werden beispielsweise Flachbauteile aus Verbundmaterialien eingesetzt, die beispielsweise eine Schicht aus kohlefaserverstärktem Kunststoff, eine Schicht aus Titan und eine weitere Schicht aus Aluminium aufweisen, wobei die Schichten unterschiedlich angeordnet sein können, oder aus einem Verbund einer Aluminium- mit einer CFK-Schicht bestehen. Derartige Materialien weisen trotz ihres geringen Gewichtes eine hohe Stabilität auf. Allerdings kommt es beim Zusammenbau solcher Bauteile zu Schwierigkeiten.Especially in aircraft construction today reinforced Composite or sandwich materials application. For the outer skin of modern aircraft for example, flat components made of composite materials are used, for example a layer of carbon fiber reinforced plastic, have a layer of titanium and a further layer of aluminum, wherein the layers can be arranged differently, or consist of a composite of an aluminum and a CFRP layer. Such materials have a despite their light weight high stability on. However, difficulties arise when assembling such components.
Die Einzelteile von Flugzeugaußenhäuten werden meist miteinander vernietet. Dabei kommen teilweise Nietroboter zum Einsatz, die anhand von Daten, die durch eine Abtastung der Außenhautkontur, beispielsweise mittels Lasermarkierungen, die in den einzelnen Flachbauteilen vorgebohrten Nietbohrungen abfahren und vernieten. Auch kombinierte Bohr-/Nietroboter, die die Nietbohrungen erst an den definierten Stellen bohren und anschliessend die entsprechende Niete setzen, sind bekannt. Andererseits werden die Bohrungen jedoch auch häufig per Hand und mit entsprechenden Handbohrmaschinen in die Flugzeugbauteile eingebracht.The individual parts of aircraft outer skins are mostly riveted together. Some riveting robots come here used based on data obtained by sampling the Skin contour, for example by means of laser markings in the individual flat components Drill out and rivet pre-drilled rivet holes. Combined drilling / riveting robots, which only drill the rivet holes at the defined points and then set the appropriate rivets are known. On the other hand however, the holes are also common into the aircraft components by hand and with appropriate hand drills brought in.
Nachdem früher kein besonderes Augenmerk auf die Toleranzen der zur Aufnahme der Nieten vorgesehenen Bohrungen gelegt wurde, musste nach folgenschweren Materialabrissen erkannt werden, dass eine enge Tolerierung der Nietbohrungen erforderlich ist. Zielvorgaben liegen dabei im Toleranzbereich IT8 – IT11.After no special attention in the past on the tolerances of the holes intended to accommodate the rivets had to be recognized after serious material demolitions that a tight tolerance of the rivet holes is required is. The targets are within the tolerance range IT8 - IT11.
Um derartig enge Toleranzen einhalten zu können, werden herkömmlich mehrere Arbeitschritte nacheinander ausgefgührt, beispielsweise Vorbohren, Aufbohren und anschließendes Ausreiben der erzeugten Bohrung.To keep such tight tolerances to be able become conventional performed several work steps in succession, for example pre-drilling, Drilling and subsequent Ream out the hole created.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung ein Bohrwerkzeug zu schaffen, mit dem bei guten Standzeiten und Passgenauigkeit der Bohrungen auch bei der Verarbeitung von Verbundmaterialien die Werkzeugwechselzeiten gesenkt werden können.Based on this, it is the task the invention to provide a drilling tool with the good service life and accuracy of the holes even when processing Composite materials the tool change times can be reduced.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This task is due to the characteristics of claim 1 solved.
Dazu wurde der Zerspanungsvorgang in Verbundmaterialien in eingehenden Versuchen untersucht.This was the cutting process investigated in composite materials in in-depth tests.
Allgemein sind Bauteile mit Sandwich-Aufbau, die Lagen aus CFK (kohlefaservertärkte Kunststoffe) enthalten, in der zerspanenden Bearbeitung besonders schwierig zu handhaben, denn vielfach kommt es dabei zur Delamination, d.h. dem Ausreißen einzelner Fasern und damit zu einem Ausfransen des Bohrlochs.In general, components with a sandwich structure, which contain layers of CFRP (carbon fiber reinforced plastics), particularly difficult to handle in machining, because there is often delamination, i.e. tearing out individuals Fibers and thus fraying the borehole.
Andererseits weisen derartige Sandwich-Materialien zumindest eine metallische Schicht auf, um dem entsprechenden Bauteil die nötige Belastbarkeit zu verleihen. Dabei werden beispielsweise Titan-, VA-Stahl- oder Aluminium-Schichten eingesetzt, die ebenfalls zerspant werden müssen, ohne dass es zu einem Bruch am Bohrwerkzeug kommt.On the other hand, such sandwich materials have at least one metallic layer around the corresponding component the necessary To give resilience. For example, titanium, VA steel or aluminum layers used, which must also be machined without it becoming a There is a break on the drilling tool.
Daneben treten weitere Problemfälle auf. So entsteht bei der Bearbeitung einer Titanschicht aufgrund der großen Härte und damit hohen Reibung eine starke Wärmeentwicklung. Insbesondere bei den im Flugzeugbau häufig eingesetzten Handbohrmaschinen ist darüber hinaus oft keine ins Werkzeug integrierte Kühlmittelzufuhr vorgesehen, so dass lediglich eine direkte Zufuhr desd Kühlmittels in die Bohrung möglich ist. Da die Kühlmittelzufuhr auf diese Weise beschränkt ist, kommt es dabei oft zu dem Effekt, dass das eingesetzte Schmiermittel während des Durchbohrens der Titanschicht verdampft, so dass anschließende Schichten trocken bearbeitet werden.There are also other problem cases. This is how a titanium layer is created due to the huge Hardness and thus high friction a strong heat development. In particular common in aircraft construction In addition, the hand drills used are often not integrated into the tool Coolant supply provided so that only a direct supply of the coolant possible in the hole is. Because the coolant supply limited in this way there is often the effect that the lubricant used during the Piercing the titanium layer evaporates, leaving subsequent layers processed dry.
Andere Werkstoffen, wie beispielsweise Aluminium, neigen dagegen dazu, am Werkzeug anzuschweißen. Dies ist insbesondere dann problematisch, wenn eine Schicht aus einem derartigen Werkstoff nach einer sehr harten Schicht, wie beisapielsweise der oben stehend genannten Titanschicht bearbeitet werden müssen. Denn bei einer im Anschluß an die Zerspanung einer Titanschicht zu zerspanenden Aluminiumschicht wird aufgrund der Hitzeentwicklung die Aufschweißneigung des Aluminiums noch verstärkt.Other materials, such as Aluminum, on the other hand, tend to weld onto the tool. This is particularly problematic if a layer consists of a such material after a very hard layer, such as the titanium layer mentioned above must be processed. Because at one following the machining of a titanium layer to form a machined aluminum layer due to the development of heat, the tendency to weld on of the aluminum still increases strengthened.
Der erfindungsgemäße Bohrer bewährt sich dabei speziell unter diesen erschwerten Einsatzbedingungen. Er weist dazu gemäß Anspruch 1 Stege auf, die durch Zusatznuten in einen vorlaufenden und einen nachlaufenden Stegabschnitt (im weiteren Vorlaufsteg und Nachlaufsteg) unterteilt werden, wobei der Nachlaufsteg dem Vorlaufsteg axial nacheilt, d.h. die Hauptschneide am Nachlaufsteg der Hauptschneide am Vorlaufsteg. Die Nacheilunggemessen jeweils vom äußersten Punkt der Vorlaufsteg-Hauptschneide und der Nachlaufsteg-Hauptschneide – liegt dabei unter 2/10 des Bohrer-Nenndurchmessers, bevorzugt bei oder unter 1/10 des Bohrer-Nenndurchmessers, insbesondere bei oder unter 1/10 mm und die Radialkoordinate der Rundschlifffase am Nachlaufsteg entspricht im wesentlichen der der Rundschlifffase am Vorlaufsteg.The drill according to the invention has proven itself especially under these difficult operating conditions. He points to that according to claim 1 webs, which by additional grooves in a leading and one trailing web section (in the further leading and trailing web) be subdivided, the trailing web being axially the leading web lags, i.e. the main cutting edge on the trailing edge of the main cutting edge on the walkway. The lag measured from the extreme Point of the leading edge of the leading edge and the trailing edge of the main cutting edge - is less than 2/10 of the Nominal drill diameter, preferably at or below 1/10 of the nominal drill diameter, especially at or below 1/10 mm and the radial coordinate of the Round bevel essentially corresponds to that of the round bevel on the walkway.
Es sich gezeigt, dass bei der Zerspanung von CFK-Material einzelne Fasern von der Hauptschneide nicht bis zum Außenumfang der Bohrung hin erfasst werden, sondern in einem weiter innen liegenden Bereich durchtrennt werden und die von der Bohrungswand hervorsteheden Faserstummel vom Vorlaufsteg in Umfangsrichtung an die Bohrungswand gedrückt werden. Diese Faserstummel richten sich erst nach dem Vorbeilauf der Rundschlifffase wieder auf und können dann am Nachlaufsteg erfasst werden. Durch die axiale Nacheilung des Nachlaufstegs wird dabei verhindert, dass es an der Nachlaufsteg-Hauptschneide zu einem Zerspanungsvorgang kommt. Dadurch, dass die Nachlaufsteg-Hauptschneide nicht schneidet, kommt es zu dem Effekt, dass kein zerspantes Material in die zusätzliche Nut gelangt und dort ein Zerkratzen des Bohrungsumfangs hervorrufen kann.It has been shown that when cutting CFRP material, individual fibers from the main cutting edge are not grasped as far as the outer circumference of the bore, but are cut through in an area lying further inwards, and the fiber stubs protruding from the bore wall from the lead web in the circumferential direction to the bore wall be pressed. These fiber stubs only straighten up after the cylindrical bevel has passed and can then be caught on the trailing web become. The axial trailing of the trailing land prevents the main trailing edge from being cut. The fact that the trailing edge of the main cutting edge does not cut has the effect that no machined material gets into the additional groove and can scratch the circumference of the hole there.
Es erfolgt somit im wesentlichen eine Funktionstrennung in die Funktion "Schneiden" am Vorlaufsteg und "Nachreiben" am Nachlaufsteg. Mit dem erfindungsgemäßen Bohrer ist es somit möglich, auch beim Einsatz in Vebundmaterial mit zumindest einer CFK-Schicht und einer metallischen Schicht mit einem Arbeitsgang pro Bohrung auszukommen.It is essentially done a separation of functions into the "cutting" function on the leading bar and "wiping" on the trailing bar. With the drill according to the invention is it possible also when used in composite material with at least one CFRP layer and a metallic layer with one operation per hole get along.
Zur zentrierte Abstützung des Bohrwerkzeugs am Bohrungsumfang sind dabei sowohl am Nachlauf- als auch am Vorlaufsteg Rundschlifffasen vorgesehen, die im wesentlichen auf der gleichen Radialkoordinate liegen. Die Rundschlifffasen an Vor- und Nachlaufsteg stützen dabei den Bohrer während der an der Vorlaufsteg-Hauptschneide ablaufenden Zerspanung in der Bohrung ab, so dass ein Aussteifen der Bohrung und damit zentriertes Führen des Bohrwerkzeugs gelingt.For centered support of the Drilling tools on the circumference of the holes are both on the trailing and also provided on the lead bridge round bevels, which essentially lie on the same radial coordinate. The rounded bevels on and footbridge support the drill while the one on the leading edge of the leading edge machining in the bore, causing bracing the drilling and thus centering the drilling tool succeeds.
Die zentrierte Abstützung des Bohrwerkzeugs am Bohrungsumfang erfolgt dabei zu einem bedeutenden Teil am Nachlaufsteg. Während dazu die Nacheilung so groß sein muss, dass bei gewünschten Vorschubwerten sichergestellt ist, dass an der Nachlaufsteg-Hauptschneide keine Zerspanung stattfindet, hat es sich andererseits gezeigt, dass die Zentriergenauigkeit beim Eintritt in das Material, insbesondere in das CFK-Material, stark davon abhängig ist, dass die Führung durch den Nachlaufsteg möglichst schnell nach dem Zerspanungsvorgang einsetzt.The centered support of the Drilling tool on the circumference of the hole is an important one Part on the footbridge. While to be so great the lag must do that at desired It is ensured that the feed values on the main runner cutting edge on the other hand, it has been shown that the centering accuracy when entering the material, in particular in the CFRP material, depends heavily on the guidance the footbridge if possible sets in quickly after the machining process.
Durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Werte für die Nacheilung und die Radialkoordinaten auf dem Vorlauf- und Nachlauflaufsteg wird sowohl die Funktionstrennung als auch ein rechtzeitiges Einsetzen der Führung an der Rundschlifffase am Nachlaufsteg beim Materialeintritt sichergestellt. Es hat sich zudem gezeigt, dass bei Nacheilungswerten im erfindungsgemäßen Bereich die Delamination beim Eintritt in ein CFK-Material gering gehalten werden kann. Insgesamt können mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug sowohl CFK-Werkstoffe bei geringer Delamination als auch metallische und harte Schichten bei ausreichenden Standzeiten geschnitten werden.Through the values provided according to the invention for the Follow-up and the radial coordinates on the leading and trailing walkways both the separation of functions and timely onset the leadership ensured on the round bevel on the trailing web at the material entry. It has also been shown that with lag values in the range according to the invention the delamination when entering a CFRP material is kept low can be. Overall, can with the tool according to the invention CFRP materials with low delamination as well as metallic ones and hard layers can be cut with sufficient tool life.
In der vorteilhaften Ausführungsform gemäß Anspruch 2 ist der Bohrer als Zweischneider gestaltet, d.h. mit je zwei Vorlaufstegen und Nachlaufstegen. Im Rahmen der Erfindung kommt aber auch eine Bauform als Drei- oder Mehrschneider in Betracht. Auch bei Einlippenbohrern kann eine erfindungsgemäße Gestaltung sinnvoll sein.In the advantageous embodiment according to claim 2 the drill is designed as a double cutter, i.e. with two walkways each and footbridges. In the context of the invention, however, there is also one Design as a three- or multi-cutter. Even with single-lip drills can an inventive design make sense.
Insbesondere die vorteilhafte Ausgestaltung des Bohrwerkzeugs gemäß Anspruch 3 mit einem positiven Spanwinkel an der Nachlaufsteg-Nebenschneide ermöglicht eine wirkungsvolle Kombination der Arbeitsgänge Bohren und Feinbearbeitung mit nur einem Werkzeug. Denn aufgrund des positiven Spanwinkels an den Nachlaufsteg-Nebenschneiden können insbesondere überstehende Faserreste, aber auch andere Oberflächenrauhigkeiten durch eine Nachbearbeitung im Sinne eines Nachreibens am Bohrungsumfang zuverlässig entfernt werden. Die mit einem positiven (radialen) Spanwinkel versehenen Nachlaufsteg-Nebenschneiden schaben somit den Umfang der Bohrung passgenau aus. Dabei werden Fasern durchtrennt, die beim Schneiden im CFK-Material durch den Schneidvorgang an der Hauptschneide aus dem faserigen Material herausgerissen wurden. Somit gelingt es auch beim Schneiden im faserigen CFK-Material, eine glatte Oberflächenstruktur des Bohrungsumfangs zu schaffen. Die eigentliche Schneidarbeit am vor der Bohrerspitze gelegenen, zu zerspanenden Material wird aber an der Vorlaufsteg-Huaptschneide geleistet.In particular, the advantageous embodiment of the Drilling tool according to claim 3 with a positive rake angle on the trailing edge allows an effective combination of the drilling and finishing operations with just one tool. Because of the positive rake angle In particular, protruding parts on the trailing web secondary cutting edges Fiber residues, but also other surface roughness due to Post-processing in the sense of re-grinding on the circumference of the hole reliably removed become. Those with a positive (radial) rake angle Trailing bridge-side cutting scrape the circumference of the hole precisely. In doing so Fibers cut through when cutting in CFRP material Cutting process on the main cutting edge torn out of the fibrous material were. Thus, it also succeeds when cutting in the fibrous CFRP material, a smooth surface structure to create the circumference of the hole. The actual cutting work on material to be machined in front of the drill tip at the leading edge Huap cutting edge done.
Als besonders geeignet für den radialen Spanwinkel der Nachlaufsteg-Nebenschneide haben sich dabei Werte von 6° bis 10°, insbesondere 8° herausgestellt.Particularly suitable for the radial rake angle the trailing-edge minor cutting edge have values of 6 ° to 10 °, in particular 8 ° exposed.
Dabei kann die Vorlaufsteg-Nebenschneide einen positiven, neutralen oder negativen radialen Spanwinkel aufweisen. Wenn die Vorlaufsteg-Nebenschneide einen neutralen oder negativen radialen Spanwinkel hat wird jedoch erreicht, dass die Nachbearbeitung am Bohrungsumfang erst an der Nachlaufsteg-Nebenschneide einsetzt und die Vorlaufsteg-Nebenschneide im wesentlichen durchgleiten kann, ohne in Schneideingriff mit dem Material am Bohrungsumfang gebracht zu werden.The leading edge minor cutting edge can be one have positive, neutral or negative radial rake angles. If the leading edge minor cutting edge is neutral or negative radial rake angle is achieved, however, that post-processing on the circumference of the hole only at the trailing edge and can essentially slide through the leading edge minor cutting edge, without being cut into the material around the circumference of the hole to become.
Auf diese Weise wird die Trennung der Funktionen in Zerspanung an der Vorlaufsteg-Hautschneide und Abstützen sowie Nachreiben an der Nachlaufsteg-Nebenschneide vervollkommnet und das hochbelastete Schneideneck am vorlaufenden Steg entlastet.This way the separation of the functions in machining on the leading edge skin edge and support as well as rubbing on the trailing edge of the secondary cutting edge and relieves the heavy-duty cutting corner on the leading web.
Es hat sich ferner gezeigt, dass die obenstehend beschriebenen Effekte bei verschiedenen Spitzenanschliffen erzielt werden können. Dies erlaubt es, einfach herstellbare Spitzenanschliffe zum Einsatz zu bringen, wie z.B. einen Flächenanschliff, der in der Regel von CNC-Maschinen herstellbar ist. Bei einem als Zweischneider ausgestalteten Bohrer ist dabei ein 4-Flächen-Anschliff vorteilhaft, mit dem es gelingt, die Hauptschneide des nachlaufenden Stegs axial definiert nach hinten zu versetzten, so dass sie bei den gewünschten Vorschüben nicht in den Zerspanungsbereich eingreift und andererseits sofort nach Eintritt des Bohrers in ein Werkstück die aussteifende Wirkung des Nachlaufstegs einsetzt.It has also been shown that the effects described above with different point grinding can be achieved. This makes it possible to use point grindings that are easy to produce to bring, such as a surface grinding, which can usually be produced by CNC machines. With an as The two-cutter drill is a 4-face bevel advantageous with which it succeeds in trailing the main cutting edge Stegs axially defined to move backwards, so that at the wished feeds does not intervene in the machining area and on the other hand immediately Entry of the drill into a workpiece has the stiffening effect of the wake.
Insbesondere bei einem 4-Flächenanschliff ist es dabei vorteilhaft, wenn die an die Vorlaufsteghauptschneide anschließenden ersten Freiflächen unter einem gegenüber herkömmlichen Bohrern reduzierten FReiwinkel verlaufen, insbesondere unter einem Freiwinkel von 6° bis 8°. Auf diese Weise gelingt auch eine Zerspanung von äußerst harten Materialien (z.B. Titan), ohne dass die Gefahr eines vorzeitigen Ab- oder Wegbrechens der Vorlaufsteg-Hauptschneide kommt.In particular with a 4-surface grinding, it is advantageous if the first free surfaces adjoining the leading edge of the leading edge run at a reduced cutting angle compared to conventional drills, in particular below a clearance angle of 6 ° to 8 °. In this way, extremely hard materials (e.g. titanium) can also be machined without the risk of the leading edge cutting edge cutting off or breaking off prematurely.
Gemäß Anspruch 4 kann darüberhinaus durch eine Ausspitzung eine vorteilhafte Querschneidenverkürzung erreicht werden, so dass die Zentriereigenschaften des erfindungsgemäßen Bohrwerkzeugs weiter verbessert werden können. Zudem hat sich gezeigt, dass durch die Querschneidenverkürzung eine Verringerung der Delamination beim Eintritt in das CFK-Material erreicht wird.According to claim 4 can also by a thinning achieves an advantageous shortening of the cross-cutting edge so that the centering properties of the drilling tool according to the invention can be further improved. It has also been shown that the shortening of the cross cutting Reduction of delamination when entering the CFRP material is achieved.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche und
beziehen sich auf spezielle Problemfälle, die je nach Lage der einzelnen
Schichten in dem zu durchbohrenden Sandwichmaterial und je nach
Richtung, in der die Bohrung in das Material eingebracht wird, auftreten.
Zur Erläuterung
wird schon hier bezug auf die
Zu P1: Schon beim Eintritt in das CFK-Material kommt es zu Delamination, d.h. zum Ausreißen einzelner Fasern aus dem Kunststoff, so dass sich am Eintritt ins CFK-Material (an P1) ein Delaminationstrichter bildet. Zudem führt die Delamination zu einem Verlaufen des Werkzeugs und somit zu einem Zentrierungsfehler des Werkzeugs. Die erfindungsgemäß definierte Nacheilung bewirkt eine Verringerung dieses Effekts. Auch die obenstehende Querschneidenverkürzung durch Ausspitzung wirkt diesem Effekt entgegen: Da an der Querschneide des Bohrers nicht geschnitten wird, sondern nur gedrückt, wird beim Eintritt in das CFK-Material zunächst nicht geschnitten, sondern lediglich Fasern aus dem Material herausgerissen.To P1: As soon as you enter the CFRP material is delaminated, i.e. to tear out individuals Fibers made of plastic, so that at the entry into the CFRP material (at P1) forms a delamination funnel. In addition, the delamination leads to a Course of the tool and thus a centering error of the Tool. The one defined according to the invention Latency reduces this effect. Even the one above Crosscutting shortening this effect counteracts this effect: because on the cross cutting edge the drill is not cut, but only pressed when entering the CFRP material, do not cut it initially, but only fibers torn out of the material.
Je kürzer die Querschneide, um so kleiner also die durch die Querschneide hervorgerufene Delamination.The shorter the chisel edge, the more the delamination caused by the chisel edge is smaller.
Zu P2: Nach Zerspanung des CFK-Materials tritt der Bohrer in die Titanschicht ein. Dabei kommt es zu einer sog. Auswaschung am Rand der CFK-Schicht (P2). Es hat sich herausgestellt, dass die harten Titanspäne, die beim Einsetzen der Zerspanung in der Titanschicht entstehen, nach außen gedrückt werden und Material aus der CFK-Schicht auswaschen, bzw. ausreiben.To P2: After cutting the CFRP material occurs the drill into the titanium layer. This leads to a so-called Wash-out at the edge of the CFRP layer (P2). It turned out that the hard titanium shavings, that occur when machining starts in the titanium layer, be pushed outwards and wash out material from the CFRP layer, or rub out.
Zu P3: Bei der Zerspanung der Titanschicht wird der Bohrer extrem belastet und daher extrem heiss. Dadurch kommt es vielfach zu einem Verdampfen des Kühlmittels während der Zerspnaung der Titanschicht und somit zu einem Trockenlaufen, insbesondere an den Rundschlifffasen. In der Folge ist der Bohrer bei der folgenden Zerspanung in der Aluminiumlage immer noch extrem heiss, während das Kühlmittel schon vor Erreichen der Aluminuimlage verdampft. Es kommt dort daher zu einer verstärkten Neigung zu Materialaufschweißungen am Bohrer, so dass der Bohrungsdurchmesser zum Austritt aus der Al-Schicht hin zunimmt (P3). Zudem kommt es zu einer Gratbildung am Austritt aus der Al-hicht. die Materialaufschweißungen führen zudem dazu, dass der Bohrer nach relativ kurzen Standzeiten unbrauchbar werden kann.P3: When machining the titanium layer the drill is extremely stressed and therefore extremely hot. It comes it often leads to evaporation of the coolant during the machining of the titanium layer and thus to dry running, especially on the cylindrical bevels. As a result, the drill is in the aluminum layer during the subsequent machining still extremely hot during that coolant evaporates before reaching the aluminum layer. It comes there to a reinforced one Tendency to weld material on the drill so that the hole diameter to exit from the Al layer increases (P3). In addition, there is a burr at the exit from the Al-hicht. the welded material to lead also that the drill becomes unusable after a relatively short idle time can be.
Im Gegensatz zum obenstehend unter
P1 beschriebenenen Anfahren an eine offenliegende CFK-Schicht, bei
dem zunächst
unter geringem Anpressdruck und mit geringen Vorschubwerten gearbeitet
wird, bis die CFK-Schicht durchbohrt ist, wird bei der verdeckt
liegenden CFK-Schicht
der
Der obenstehend beschriebene Effekt der drückenden Querschneide, die nicht schneidet, tritt deshalb beim Austritt des Bohrers verstärkt auf. Dabei kommt es zu einer explosionsartigen, verstärkte Delamination (P4), weil zunächst nicht geschnitten wird, sondern lediglich Fasern aus dem Material herausgerissen werden. Nach Art eines Dum-Dum-Geschosses entsteht auf diese Weise an der Stelle P4 ein Austrittskrater.The effect described above the oppressive Chisel edge that does not cut therefore occurs when the Reinforced drill on. This leads to an explosion-like, increased delamination (P4) because first is not cut, but only fibers from the material be torn out. Made like a Dum-Dum bullet in this way an exit crater at point P4.
Die genannten Bearbeitungsbespiele zeigen, dass an Sandwichmaterial-Bohrwerkzeuge je nach Sandwichaufbau und Bohrrichtung unterschiedlichen Anforderungen gestellt werden. Bauliche Maßnahmen, die sich für einen der gezeigten Problemfälle günstig auswirken, können sich auf der anderen Seite bei einem anderen Problemfall nachteilig auswirken, so dass für unterschiedliche Sandwichlageanordnungen und Bohrrichtungen unterschiedliche Werkzeuge vorgeschlagen werden, die jedoch sämtlich als vorteilhafte Ausführungsformen Teil der Erfindung sind.The editing examples mentioned show that on sandwich material drilling tools depending on the sandwich structure and drilling direction have to meet different requirements. Construction measures, who are for one of the problem cases shown Cheap can impact on the other hand disadvantageous in another problem case impact so that for different sandwich arrangements and drilling directions different tools be proposed, but all as advantageous embodiments Are part of the invention.
Nach Anspruch 7 wird deshalb ein
Bohrer vorgeschlagen, der einen Spitzenwinkel von kleiner als 100° aufweist,
bevorzugt 90°.
Die Bohrerspitze weist in diesem Fall fast keine Querschneide auf;
die Hauptschneiden gehen anstatt dessen pyramidenförmig ineinander über, so
dass eine tatsächliche
Zentrierspitze vorhanden ist, die dafür sorgt, dass der Bohrer exakt
an der gewünschten
Stelle ins Material eindringt und nicht verläuft. Die "Delaminations-Explosion" unter den obenstehend
mit bezug auf
Da die drückende Querschneide weitestgehend beseitigt ist, tritt der Effekt der "Delaminations-Explosion" am Austritt aus der CFK-Lage nicht auf, so dass ein Austrittskrater nach art eines Dum-Dum-Geschosses vermieden werden kann. Aufgrund der starken Neigung der Hauptschneiden erweitert sich die Bohrung beim Austritt aus der CFK-Schicht zudem nur zögerlich, so dass der Bohrer beim Austritt nicht auf einen Schlag durchbricht, sondern nur peu à peu den Endabschnitt des CFK-Materials zerspant.As the pressing chisel edge largely is eliminated, the effect of the "delamination explosion" occurs at the outlet the CFRP location, so that an exit crater like a Dum-Dum projectile can be avoided. Due to the strong inclination of the main cutting edges expanded the hole is also reluctant to exit the CFRP layer, so that the drill does not break through in one fell swoop, but instead just peu à peu machined the end section of the CFRP material.
Die vorteilhafte Ausgestaltung des
Bohrers nach Anspruch 8 eignet sich dagegen insbesondere für den in
der
Die geteilte Hauptschneide führt dabei auch zu einem geteilten Zerspanungsvorgang. Es kommt damit zu folgendem Effekt: Relativ lange Späne, die durch Zerspanung am inneren Bereich der Hauptschneide entstehen, werden nach außen abgelenkt und treffen dort auf die am Übergangsbereich entstehenden, relativ kurzen Späne. Aufgrund der Steilheit des Übergangsbereichs werden die Kurzspäne zum Spankammerinneren hin verdrallt. Dadurch werden die am flach abfallenden Innenabschnitt der Hauptschneide entstehenden Langspäne zurück ins Innere der Spankammer abgedrängt.The divided main cutting edge leads here also for a split machining process. It comes to the following Effect: relatively long chips, resulting from machining on the inner area of the main cutting edge, be outward distracted and meet there at the transition area relatively short chips. Due to the steepness of the transition area become the short chips twisted towards the interior of the chip chamber. This will make them flat sloping inner section of the main cutting edge resulting long chips back inside the Chip chamber pushed away.
Beim Austritt aus einer CFK-Schicht
und gleichzeitigem Eintritt in eine Hartstoffschicht, insbesondere
eine Titanschicht, bei dem es häufig
zu den obenstehend mit bezug auf
Ein weiterer Vorteil der Ausführungsform nach
Anspruch 8 betrifft die Belastung der Schneidenecken. An den Schneidenecken
herrscht keine definierte Schnittbedingung, da sie einerseits zur Hauptschneide,
andererseits zur Nebenschneide gehören. An der Schneidenecke findet
daher kein Schneiden, sondern nur ein Drücken statt. Gleichzeitig wirken
dort die höchsten
Schnittgeschwindigkeiten und die höchsten Belastungen. Durch den Übergangsbereich
wird die Belastung an der Schneidenecke entschärft, da sich der Übergang
von Hauptschneide zur Nebenschneide nicht mehr auf einen Schlag
an einer Schneidenecke vollzieht, sondern schrittweise über den Übergangsbereich.
Der mit dem Übergangsbereich
ausgestattetete Bohrer bietet somit höhere Standzeiten beim Bohren
von Sandwichmaterial, insbesondere bei dem in der
Auch bezüglich der obenstehend mit bezug auf
Insgesamt werden somit gemäß dieses
Aspekts der Erfindung beim Bohren in Sandwichmaterial, insbesondere
bei der in
Weitere vorteilhafte Ausführungsform haben Verbesserungen der Gestaltung des Übergangsbereichs zum Inhalt.Another advantageous embodiment have improvements in the design of the transition area to the content.
Auf einfache Weise läßt sich der Übergangsbereich durch eine umfangsseitige Anfasung des Vorlaufstegs gemäß Anspruch 8 realisieren. In Versuchen hat sich dabei ein Fasenwinkel zur Axialrichtung von 10° bis 20° und insbesondere von 15° als günstig erwiesen.In a simple way the transition area through a bevel on the leading edge according to claim 8 realize. In experiments, there is a bevel angle to the axial direction from 10 ° to 20 ° and proven particularly favorable of 15 °.
Mit der nach Anspruch 9 gekrümmten Anfasung wird erreicht, dass die Schneidenecke zwischen Anfasung und Nebenschneide entlastet wird, da die Radialkräfte entsprechend dem nahezu in Radialrichtung verlaufenden Übergangsbereich an der Schneidecke minimiert werden.With the chamfer curved according to claim 9 it is achieved that the cutting corner between chamfer and minor cutting edge is relieved, since the radial forces on the cutting corner are minimized in accordance with the almost radial transition area.
Hinsichtlich des Abflusses von fließfähigem Material ist es vorteilhaft, wenn der Übergangsbereich gemäß Anspruch 10 durch eine Abrundung gebildet wird. Auf diese Weise kann zugleich die Belastung am Übergang der Hauptschneide zur Nebenschneide reduziert werden.Regarding the outflow of flowable material it is advantageous if the transition area according to claim 10 is formed by a rounding. This way, at the same time the strain at the transition the main cutting edge to the minor cutting edge.
Der Übergangsbereich kann dabei auch als eine Kombination einer Abrundung mit einer obenstehend genannten gekrümmten Anfasung, d.h. in etwa S-förmig gestaltet sein.The transition area can also as a combination of a rounding with one above called curved Chamfer, i.e. roughly S-shaped be designed.
Bei der Ausgestaltung der Hauptschneide mit Übergangsbereich wird dabei bewusst eine gewisse Gratbildung beim Austritt aus dem Aluminium in Kauf genommen, um die obenstehend genannten Verbesserungen hinsichtlich Standzeit und Bohrungstoleranz zu erzielen. Insbesondere hinsichtlich der Aufschweißungen beim (trockenen) Durchbohren der Aluminiumschicht haben sich darüber hinaus die breiten Rundschlifffasen der Ausführungsform nach Anspruch 11 als vorteilhaft erwiesen, da die gegenüber herkömmlichen Bohrern größere Abstützfläche eine geringere Flächenpressung an den Rundschlifffasen bewirkt.When designing the main cutting edge with a transition area becomes aware of a certain ridge formation when leaving the Aluminum put up with the above improvements in terms of tool life and hole tolerance. In particular in terms of welds when (dry) drilling through the aluminum layer have also the wide round bevels of the embodiment according to claim 11 proven to be advantageous since the larger support surface compared to conventional drills lower surface pressure on the rounded bevels.
Durch die Gestaltung des Bohrers
mit den breiten Rundschlifffasen kann somit insgesamt die Maßhaltigkeit
und Rundheit der Bohrungen weiter gesteigert werden. Dies gilt insbesondere
für die
aufgrund der Trockenbearbeitung der Titanschicht zwangsweise trocken
erfolgende Bearbeitung von Aluminium, wie sie im in der
Dabei kann die Rundschlifffasenbreite entlang der Axialrichtung des Bohrers variieren, bevorzugt ist sie jedoch konstant.The chamfer chamfer width vary along the axial direction of the drill, it is preferred however constant.
Um den Verschleiß an den Bohrerschneiden weiter zu verringern, während eine zu große Verrundung und damit Unschärfe vermieden wird, weist der Bohrer in vorteilhafter Weise zumindest im Bereich der scharfen Schneiden eine Beschichtung auf, vorzugsweise eine Hartschicht. Im Bereich der scharfen Schneiden bedeutet dabei zumindest im Bereich der Vorlaufsteg-Hauptschneide und der Nachlaufsteg-Nebenschneide. Aus Verschleißschutzgründen kann eine derartige Beschichtung an den Rundschlifffasen, den Freiflächen, den Span- und Zusatznuten und im Bereich der nichtschneidenden Kanten aber auch dort sinnvoll sein, wo diese nicht unmittelbar an die scharfen und schneidenden Kanten angrenzen, insbesondere an der Vorlaufsteg-Nebenschneide und der Nachlaufsteg-Hauptschneide. Zudem kann eine Beschichtung auf einen Oberflächenbereich auf technisch einfache Art und Weise vollflächig aufgedampft werden, ohne dass besondere Abdeckungen nötig wären, und zwar bevorzugt im CVD-Verfahren (chemical vapor deposition), das beispielsweise mit Anlagen der Cemecon AG durchgeführt werden kann und mit einer Schichtdicken zwischen 8 μm und 16 μm.To continue the wear on the cutting edges decrease while too big Rounding and blurring is avoided, the drill advantageously has at least in the area of the sharp cutting edges, preferably on a coating a hard layer. In the field of sharp cutting edges means at least in the area of the leading edge and the trailing edge. For reasons of wear protection such a coating on the cylindrical bevels, the open areas, the Chip and additional grooves and in the area of the non-cutting edges also make sense where these are not directly related to the sharp ones and cutting edges, especially at the leading edge minor cutting edge and the trailing edge of the main cutting edge. In addition, a coating on a surface area can be completely vapor-deposited in a technically simple manner without that special covers are needed would, preferably in the CVD (chemical vapor deposition) process, that can be carried out with systems from Cemecon AG, for example can and with a layer thickness between 8 microns and 16 microns.
Als besonders geeignet hat sich dabei
Diamant erwiesen, der besonders gut auf Hartmetall als dem Bohrerbasismaterial
haftet. Zudem weist Diamant eine geringe Affinität zu Aluminium auf, so dass dessen
Aufschweißneigung
(siehe
Vorzugsweise besteht die Hartstoffschicht dabei aus nanokristallinem Diamant.The hard material layer is preferably present made of nanocrystalline diamond.
Mit ersten Prototypen von erfindungsgemäßen Bohrern
in der Ausgestaltung mit breiten Rundschlifffasen gemäß Anspruch
11, Diamantbeschichtung gemäß Anspruch
13 und umfangsseitigen Anfasungen gemäß Anspruch 8 ließen sich
im Bearbeitungsfall der
Mit erfindungsgemäßen Bohrern in der Ausgestaltung
mit breiten Rundschlifffasen gemäß Anspruch
11, Diamantbeschichtung gemäß Anspruch 13
und einem 90°-Spitzenwinkel gemäß Anspruch
5 ließen
sich dagegen im Bearbeitungsfall der
Für die Hartstoffschicht kommt neben Diamant aber beispielsweise auch Titan-Nitrid- oder Titan-Aluminium-Nitrid in Frage. Besonders geeignet sind u.a. eine Titan-Aluminium-Nitrid-Schicht und eine sogenannte Mehrlagen-Schicht, die unter der Bezeichnung "Fire I" von der Firma Gühring oHG vermarktet wird. Dabei handelt es sich um eine TiN-/(Ti,Al)N-Mehrlagens-Schicht.For in addition to diamond, for example, the hard material layer also comes Titanium nitride or titanium aluminum nitride in question. Are particularly suitable et al a titanium aluminum nitride layer and a so-called multi-layer layer, which are called "Fire I "from the company Gühring oHG is marketed. This is a TiN - / (Ti, Al) N multilayer layer.
Besonders bevorzugt kann auch eine Verschleißschutzschicht zur Anwendung kommen, die im wesentlichen aus Nitriden mit den Metallkomponenten Cr, Ti und Al und vorzugsweise einem geringen Anteil von Elementen zur Kornverfeinerung besteht, wobei der Cr-Anteil bei 30 bis 65 %, vorzugsweise 30 bis 60 %, besonders bevorzugt 40 bis 60 %, der Al-Anteil bei 15 bis 35 %, vorzugsweise 17 bis 25 %, und der Ti-Anteil bei 16 bis 40 %, vorzugsweise 16 bis 35 %, besonders bevorzugt 24 bis 35 %, liegt, und zwar jeweils bezogen auf alle Metallatome in der gesamten Schicht. Dabei kann der Schichtaufbau einlagig sein mit einer homogenen Mischphase oder er kann aus mehreren in sich homogenen Lagen bestehen, die abwechselnd einerseits aus (TixAlyYz)N mit x = 0,38 bis 0,5 und y = 0,48 bis 0,6 und z = 0 bis 0,04 und andererseits aus CrN bestehen, wobei vorzugsweise die oberste Lage der Verschleißschutzschicht von der CrN-Schicht gebildet ist.A wear protection layer can also be used with particular preference, which essentially consists of nitrides with the metal components Cr, Ti and Al and preferably a small proportion of elements for grain refinement, the Cr proportion being 30 to 65%, preferably 30 to 60% , particularly preferably 40 to 60%, the Al content is 15 to 35%, preferably 17 to 25%, and the Ti content is 16 to 40%, preferably 16 to 35%, particularly preferably 24 to 35%, in each case based on all metal atoms in the entire layer. The layer structure can be single-layer with a homogeneous mixing phase or it can consist of several layers which are homogeneous in themselves and which alternately consist of (Ti x Al y Y z ) N with x = 0.38 to 0.5 and y = 0.48 to 0.6 and z = 0 to 0.04 and on the other hand consist of CrN, the top layer of the wear protection layer preferably being formed by the CrN layer.
Um andererseits die Spanabfuhr in den spanführenden Nuten (Hauptspannuten am Vorbohrbereich und Nuten vor den vorlaufenden Stegen am Feinbearbeitungsbereich) zu verbessern, weist der Bohrer gemäß Anspruch 18 eine Weichstoffbeschichtung, vorzugsweise aus MoS2, auf. On the other hand, chip evacuation in the To improve chip-guiding grooves (main clamping grooves on the pre-drilling area and grooves in front of the leading webs on the finishing area), the drill has a soft material coating, preferably made of MoS 2 .
Eine gemäß Anspruch 19 gegenüber der bei Bohrern üblichen Bohrerverjüngung verkleinerte Verjüngung des erfindungsgemäßen Bohrwerkzeugs, vozugsweise 0,02 bis 0,4 mmm pro 100 mm Länge und ganz besonders vorzugsweise genau 0,04 mm pro 100 mm Länge trägt zu einer Aussteifung des von der Bohrerspitze entfernten Bohrerabschitts gegenüber des näher an der Spitze gelegenen Bohrerabschnitts bei, so dass die Nachlaufsteg-Nebenschneiden auf einer größeren Länge schneiden.One according to claim 19 over the usual with drills drill rejuvenation reduced rejuvenation of the drilling tool according to the invention, preferably 0.02 to 0.4 mmm per 100 mm length and very particularly preferably exactly 0.04 mm per 100 mm length contributes to one Bracing of the drill section removed from the drill tip across from the closer at the tip of the drill section, so that the wedge side cutting edges open cut to a greater length.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.Advantageous further developments of Invention are the subject of the rest Dependent claims.
Die einzelnen Merkmale der Ausführungsformen gemäss den Ansprüchen lassen sich, soweit es sinnvoll erscheint, beliebig kombinieren.The individual features of the embodiments according to the claims can be combined as desired, as far as it makes sense.
Nachfolgend werden anhand schematischer Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:Below are schematic drawings preferred embodiments the invention closer explained. Show it:
Zunächst wird bezug genommen auf
die in den
Dabei verlaufen innere Hauptschneidenabschnitte
Die Bohrerspitze ist dabei in Form
eines
Zur Erläuterung der axialen Nacheilung
N1 der Nachlaufsteg-Schneidenecke S2 gegenüber der Vorlaufsteg-Schneidenecke S1
wird jetzt auf die
Der Bohrer weist dabei den in
Der Vorlaufsteg
Aus
Der wesentliche Teil der Zerspanung
läuft dabei
also an den Vorlaufstegschneidkanten
Die Rundschlifffasen
Die an die eingentliche Zerspanung
an den Vorlazufsteg-Hauptschneiden
Insbesondere bei CFK-Material zeigt
sich der Efekt, dass einzelne, an der Bohrungswand hervorstehende
Fasern oder Faserstummel von der Vorlaufsteg-Hauptschneide
Abwandlungen der Form des Übergangsabschnitts
sind den
In der in
Unter Verweis auf die
Wie
Selbstverständlich sind dabei Abweichungen von den gezeigten Ausführungsformen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Of course there are deviations from the embodiments shown possible without to leave the scope of the invention.
So ist es beispielsweise denkbar,
für eine
Bearbeitung eines als Al-CFK-RL-Verbunds aufgebauten Sandwichmaterials
einen Bohrer mit der in der
Ferner sind Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Bohrwerkzeugs denkbar, die für eine Innenkühlung vorbereitet sind, wie sie zukünftig unter Umständen auch bei den im Flugzeugbau eingesetzten Handbohrmaschinen unterstützt wird, um so insbesondere die bei der Zerspanung von Titan auftretende Hitzeentwicklung besser kontrollieren zu können.Furthermore, embodiments of the drilling tool according to the invention conceivable for an internal cooling are prepared as they will be in the future in certain circumstances is also supported with the hand drills used in aircraft construction, all the more so that occurs during the machining of titanium To be able to control heat development better.
Dabei sind verschiedene Ausgestaltungen der bohrerintegrierten Kühlmittelzufuhr denkbar.There are various configurations of the drill integrated coolant supply conceivable.
Beim zentrisch eingebohrten Kühlkanal weist dabei bevorzugt jede Freifläche eine mit dem Kühlkanal über Verbindungskanäle mit dem Innenkühlkanal in Verbindung stehende Austrittsöffnung auf. Bei einem derartigen Yförmigen Kanalsystem treten dabei auch bei Mindernengenschmierung (MMS) keine unerwünschten Entmischungsvorgänge auf, da im Gegensatz zu gewendelten Kühlkanälen keine Zentrifugalkräfte wirken.With the centrally drilled cooling channel each free surface preferably has one with the cooling channel via connecting channels with the Internal cooling duct in Connected outlet opening on. With such a Y-shaped Channel systems do not occur even with minor lubrication (MQL) undesirable separation processes because, in contrast to spiral cooling channels, no centrifugal forces act.
Neben einem zentrisch eingebohrten Kühlkanal, der leicht zu fertigen ist, wäre auch einer oder mehrere mit dem Bohrerspiralwinkel gewendelte Kühlkanäle denkbar, die den Vorteil einer gleichmäßigeren Kühlung, innerhalb des Bohrers mit sich bringen.In addition to a centrally drilled Cooling channel, that would be easy to manufacture one or more cooling channels coiled with the drill helix angle are also conceivable, which has the advantage of a more even Cooling, bring within the drill.
Das derart zugeführte Kühlmittel trifft so direkt auf den zu kühlenden Bereich des als nächstes zu zerspanenden Materials und kann somit sowohl die Hauptschneiden beim Schneidvorgang kühlen als auch die Spannuten ausreichend schmieren, um eine ausreichende Spanabfuhr zu gewährleisten.The coolant supplied in this way strikes directly the one to be cooled Area of the next to cutting material and can therefore both the main cutting cool during the cutting process as well as lubricate the flutes sufficiently to ensure adequate To ensure chip evacuation.
Des weiteren können zusätzlich Austrittsöffnungen in den Spannuten vorgesehen sein, um die Spanabfuhr durch zusätzlich in die Spannuten eingebrachtes Kühlmittel weiter zu verbessern.In addition, there can be additional outlet openings be provided in the flutes to additionally remove the chips by the chip grooves introduced coolant continue to improve.
Zusammenfassend sind diejenigen Merkmale
zusammengestellt, in denen sich einzeln und in jedweder Kombination
miteinander die Erfindung verkörpert:
Ein
Bohrer, insbesondere ein Spiralbohrer und insbesondere zum Bohren
ins Volle bei Werkstücken
aus Verbundmaterial mit zumindest einer faserverstärkten und
einer Hartschicht, hat durch Hauptspannuten
die Stege sind jeweils durch zumindest eine Zusatznut
Vorlaufsteg
dabei
ist das Spankammervolumen Vz1; Vz1 der Zusatznuten
Freiflächen
die Nacheilung
N1; N2 von einem äußersten
Punkt S1; S101 auf einer Vorlaufsteg-Hauptschneide
die Rundschlifffase
am Nachlaufsteg weist im wesentlichen die gleiche Radialkoordinate
auf wie die Rundschlifffase am Vorlaufsteg;
der Bohrer hat
je zwei Vorlaufstege (
der Nachlaufsteg
der
Bohrer hat eine Ausspitzung
der Spitzenanschliff ist als 4-Flächenanschliff ausgestaltet;
die
an die Vorlaufsteg-Hauptschneide anschließende Freifläche weist
einen Freiwinkel zwischen 6° und
8° auf;
der
Bohrer hat einen Spitzenwinkel WT2 kleiner gleich 100°, vorzugsweise
90°;
der
Bohrer hat einen Spitzenwinkel WT1 von 140° bis 170° insbesondere 150°;
die
Vorlaufsteg-Hauptschneide
dabei ist die
Länge des Übergangsbereichs
ein Verhältnis der
Länge des Übergangsbereichs
der Übergangsbereich
die umfangsseitige Freiflächenanfasung ist stetig gekrümmt;
dabei
verläuft
die Krümmung
K konkav zum Bohrer, wobei der Krümungswinkel zur Axialrichtung
bevorzugt von Innen nach Außen
zunimmt;
der Übergangsbereich
ist von einer umfangsseitigen Abrundung R an der Freifläche gebildet;
die
Rundschlifffasen
der Bohrer hat zumindest im
Bereich der scharfen Schneiden
die
Dicke der Schicht liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 8 und 16 μm, insbesondere
bei 12 μm;
die
Schicht ist im CVD-Verfahren abgeschieden;
die Hartstoffschicht
besteht aus Diamant, vorzugsweise nanokristallinem Diamant;
die
Hartstoffschicht besteht aus TiN oder aus (Ti,Al)N, einer Mehrlagen-Schicht
oder einer Schicht bestehend aus Nitriden mit den Metallkomponenten Cr,
Ti und A1 und vorzugsweise einem geringen Anteil von Elementen zur
Kornverfeinerung, wobei der Cr-Anteil bei 30 bis 65 %, vorzugsweise
30 bis 60 %, besonders bevorzugt 40 bis 60 %, der Al-Anteil bei
15 bis 35 %, vorzugsweise 17 bis 25 %, und der Ti-Anteil bei 16
bis 40 %, vorzugsweise 16 bis 35 %, besonders bevorzugt 24 bis 35
%, liegt, und zwar jeweils bezogen auf alle Metallatome in der gesamten Schicht;
der
Aufbau der gesamten Schicht besteht aus einer homogenen Mischphase;
der
Aufbau der gesamten Schicht besteht aus mehreren in sich homogenen
Einzellagen, die abwechselnd einerseits aus (TixAlyYz)N mit x = 0,38
bis 0,5 und y = 0,48 bis 0,6 und z = 0 bis 0,04 und andererseits
aus CrN bestehen, wobei vorzugsweise die oberste Lage der Verschleißschutzschicht
von der CrN-Schicht gebildet ist;
zumindest im Bereich der
Nuten ist eine Weichstoffbeschichtung, vorzugsweise aus MoS2, vorgesehen;
der
Nenndurchmesser D des Bohrers liegt im Bereich von 3 – 30 mm;
eine
Verjüngung
des Bohrers von der Bohrerspitze aus in Axialrichtung entlang des
Bohrers beträgt
25% – 80
% der üblichen
Bohrerverjüngung,
die vorzugsweise im Bereich von 0,02 – 0,4 mm, liegt, so dass die
Verjüngung
besonders bevorzugt bei etwa 0,04 mm pro 100 mm Länge liegt;
der
Spiralwinkel des Bohrers liegt im Bereich von 20° – 40°. In summary, those features are summarized in which the invention is embodied individually and in any combination with one another:
A drill, in particular a twist drill and in particular for drilling to a solid in workpieces made of composite material with at least one fiber-reinforced and one hard layer, has main clamping grooves
the webs are each by at least one additional groove
forward web
the chip chamber volume is Vz1; Vz1 of the additional grooves
areas
the lag N1; N2 from an extreme point S1; S101 on a main runway cutting edge
the circular bevel on the trailing web has essentially the same radial coordinate as the circular bevel on the leading web;
the drill has two lead bars (
the footbridge
the drill has a point
the point grinding is designed as a 4-surface grinding;
the free area adjoining the leading edge of the leading edge has a clearance angle between 6 ° and 8 °;
the drill has a tip angle WT2 of less than or equal to 100 °, preferably 90 °;
the drill has a tip angle WT1 of 140 ° to 170 °, in particular 150 °;
the leading edge of the leading edge
where is the length of the transition area
a ratio of the length of the transition area
the transition area
the peripheral free bevel is continuously curved;
the curvature K is concave to the drill, the curvature angle to the axial direction preferably increasing from the inside to the outside;
the transition area is formed by a rounding R on the open area;
the round bevels
the drill has at least in the area of the sharp cutting edges
the thickness of the layer is preferably in the range between 8 and 16 μm, in particular 12 μm;
the layer is deposited using the CVD process;
the hard material layer consists of diamond, preferably nanocrystalline diamond;
the hard material layer consists of TiN or (Ti, Al) N, a multi-layer layer or a layer consisting of nitrides with the metal components Cr, Ti and A1 and preferably a small proportion of elements for grain refinement, the Cr content being 30 to 65%, preferably 30 to 60%, particularly preferably 40 to 60%, the Al content at 15 to 35%, preferably 17 to 25%, and the Ti content at 16 to 40%, preferably 16 to 35%, particularly preferably 24 to 35%, based in each case on all metal atoms in the entire layer;
the structure of the entire layer consists of a homogeneous mixed phase;
The structure of the entire layer consists of several homogeneous individual layers, which alternately consist of (Ti x Al y Y z ) N with x = 0.38 to 0.5 and y = 0.48 to 0.6 and z = 0 to 0.04 and on the other hand consist of CrN, the uppermost layer of the wear protection layer preferably being formed by the CrN layer;
a soft material coating, preferably made of MoS2, is provided at least in the region of the grooves;
the nominal diameter D of the drill is in the range of 3 - 30 mm;
a taper of the drill from the drill tip in the axial direction along the drill is 25% -80% of the usual drill taper, which is preferably in the range of 0.02-0.4 mm, so that the taper is particularly preferably around 0.04 mm per 100 mm length;
the spiral angle of the drill is in the range of 20 ° - 40 °.
Claims (22)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20040916 |
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R150 | Term of protection extended to 6 years |
Effective date: 20060413 |
|
R151 | Term of protection extended to 8 years |
Effective date: 20090429 |
|
R152 | Term of protection extended to 10 years |
Effective date: 20110420 |
|
R071 | Expiry of right | ||
R071 | Expiry of right |