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Spiralbohrer, insbesondere Hartmetallbohrer, zur Bohrbearbeitung von
aus Kunstharz hergestellten Werkstückplatten.
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Die Erfindung betrifft einen Spiralbohrer, insbesondere Hartmetallbohrer,
zur Bohrbearbeitung von aus Kunstharz hergestellten Werkstückplatten, insbesondere
durch Glasgewebelagen verstärkte, gegebenenfalls kupferkaschierte Epoxidhartplatten.
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Die Bohrbearbeitung von Leiterplatten' wie sie vor allem in elektronischen
Finrichtungen als Trägerplatten entsprechender Schaltungskomponenten zum Einsatz
kommen, stellt an die betreffenden Spiralbohrer, die in der Regel einen Durchmesser
unter 2 mm haben, sehr hohe Anforderungen. Dies liegt einerseits im Aufbau der Leiterplatten
und in der Werkstoffzusammensetzung und andererseits darin begründet, dass üblicherweise
fünf und mehr solcher dünner Leiterplatten für das Bohren aufeinandergelegt und
als Paket gleichzeitig gebohrt werden, damit die Kosten für diesen Arbeitsgang auf
einem Minimum gehalten werden können0 Im wesentlichen bestimmen hierbei die Härte
und Verschiedenartigkeit der Plattenmaterialien, die Drehzahl sowie der grosse Vorschub,
mit welchem gearbeitet wird, die Leistung eines solchen Spiralbohrers bzw. dessen
Standzeit.
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Es wurde nun bereits versucht, eine Leistungsverbesserung dadurch
zu erreichen, dass man bei konventionellem Anschliff der Bohrerspitze die Spannuten
in Umfangsrichtung des Bohrers bzw. in dessen Drehrichtung verbreiterte, so dass
sie sich über einen Zentriwinkel von vorzugsweise 1170 - 1350 erstrecken (Gebrauchsmuster
7 116 922). Diese Massnahme brachte eine Verbesserung insofern, als sich dadurch
der Fliesswiderstand des Bohrmehls verringern und somit zwangsläufig eine entsprechende
Herabsetzung der Arbeitstemperatur ergab, doch hatte sie keinen ausschlaggebenden
Einfluss auf den sich unmittelbar an der Querschneide und an den Schneidka#n der
Schneidphasen vollziehenden Verschleissprozess am Spiralbohrer.
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Der sich dort vollziehende Abnützungsprozess wird in der Hauptsache
durch die Gestaltung der Schneidphasen bestimmt, die beim üblichen Vierflächenschliff
an Spiralbohrern so angeschliffen
sind, dass beide Schneidphasen
zueinander parallel verlaufen. Eine solche Gestaltung ist aber nicht auf die Drehbewegung
des Spiralbohrers beim Zerspanen abgestimmt. Dieser Schneidphasenverlauf führt deshalb
zu einer Abnützung der durch die Schneid- und Führungsphasen definierten Schneidecken,
wodurch schliesslichvder Spiralbohrer seine Schneidleistung einbüsst.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Spiralbohrer der gattungsgemässen
Art an der Bohrerspitze so zu verändern, dass sich die Standzeit solcher Bohrer
um das Vielfache erhöht.
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Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die Breite
der beiden Schneidphasen an der Querschneide des Bohrers kleiner ist als deren Breite
am Bohrerumfang.
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Durch diese Massnahme ist ein Spiralbohrer erhältlich, der eine Bohrerspitze
im Sinne dieses Wortes nicht mehr aufweist, vielmehr besitzt dieser am Arbeitsende
des Bohrers durch den erfindungsgemässen Verlauf der Schneidphasen zwischen diesen
einen ungefähr senkrecht zur Bohrerachse liegenden und als Schneide wirkenden Scheitel,
der zu einer wesentlichen Erhöhung der Verschleissfestigkeit im Zentralbereich des
Bohrers führt. Die erfindungsgemässe Gestaltung der Schneidphasen, die sich in Richtung
der Querschneide verjüngen, gewährleistet schliesslich eine Anpassung derselben
an die Drehbewegung des Spiralbohrers, woraus wiederum eine Vergleichmässigung des
Verschleisses über die gesamte Länge der Hauptschneiden resultiert.
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Eine weitere Verbesserung der Standzeit eines derartigen Spiralbohrers
lässt sich in einfacher Weise dadurch bewerkstelligen, dass die Breite der Schneidphasen
der Ausdehnung der Führungsphasen in Umfangsrichtung des Bohrers und die jeweilige
Breite
der Schneidphasen an der Querschneide im wesentlichen der
Hälfte des Bohrerkerndurchmessers entsprechen.
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Das Optimum der angestrebten Erhöhung der Schneidleistung bzw.
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der Standzeit ist schliesslich erreichbar, wenn der Spitzenwinkel,
der Freiwinkel, der Hinterschliffwinkel und die Steigung der Spiralnuten, die üblicherweise
300 beträgt, in eine bestimmte geometrische Beziehung zueinander gebracht werden,
für die sich folgende Winkelgrössen als am vorteilhaftesten erwiesen haben: Spitzenwinkel
t mindestens 1150 1350, vorzugsweise 1200; Freiwinkel al 1 mindestens 100 bis ungefähr
250, vorzugsweise 200; Hinterschliffwinkel cL2 2mindestens 250 - 330, vorzugsweise
300, wobei ausserdem der Bohrer insbesondere einen Durchmesser von 1,4 mm, einen
Rückendurchmesser von 1,2 mm, eine Stegbreite von ca. 0,63 mm, eine Kerndicke von
ungefähr 0,26 mm und eine Phasenbreite von 0,14 mm hat.
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Versuche mit Spiralbohrern, bei denen die vorgenannten Winkelgrössen
sowie die erfindungsgemässe Ausbildung der Schneidphasen vorhanden waren, haben
gezeigt, dass mit ihrer Hilfe 20 000 Bohrungen und mehr durchgeführt werden konnten,
während Spiralbohrer der üblichen Ausbildung mit vergrösserten Spannuten bei gleichen
Arbeitsbedingungen bereits nach Herstellung von ca. 9 000 Bohrungen abgenutzt waren
und ersetzt werden mussten.
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Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen
Spiralbohrers aus Hartmetall sowie zum Vergleich hierzu einen in der üblichen Weise
angeschliffenen Spiralbohrer dar.
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Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf die Bohrerspitze
eines in bekannter Weise angeschliffenen Spiralbohrers, Fig. 2 eine schaubildliche
Darstellung der Bohrerspitze des Bohrers gemäss Fig. 1, zur Darstellung ihrer Abnützung,
Fig. 3 eine Draufsicht auf das Arbeitsen#de eines erfindungsgemäss angeschliffenen
Spiralbohrers, Fig. 4 eine Hauptansicht des Arbeitsendes des Spiralbohrers gemäss
Fig. 3, Fig. 5 eine Ansicht entsprechend Fig. 4, um 900 gedreht, Fig. 6 eine schaubildliche
Darstellung der Bohrerspitze des Bohrers gemäss Fig. 4 zur Darstellung der Abnützung.
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Die in Fig. 1 dargestellte Bohrerspitze eines einen konventionellen
Anschliff aufweisenden Spiralbohrers 10 weist zwei Schneidphasen 12, 14 auf. Diese
Schneidphasen definieren auf der Seite der Spannuten 16, 18 jeweils eine geradlinig
verlaufende Schneidkante 20, zu der parallel eine hintere Abschlusskante 22 verläuft.
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Diese Abschlusskanten liegen in einer gemeinsamen Ebene, die durch
die Mittelachse des Spiralbohrers hindurchgeht. Die beiden Schneidphasen haben damit
eine Breite, die der Hälfte des Bohrerkerndurchmessers entspricht, d.h. sie definieren
einerseits eine Querschneide 24, in deren Mitte sich die Bohrerspitze 26 befindet.
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Anderers-eits enden die Schneidphasen an den entlang des Bohrerumfanges
wendelförmig verlaufenden Führungsphasen 28, 30, haben aber nicht deren Breite und
bilden mit diesen zusammen jeweils
ein Schneideck 32. Schliesslich
beträgt der Spitzenwinkel eines solchen Bohrers 1300 und der Freiwinkel 150. Der
Zentriwinkel 0 0 weist 120 und die Spiralsteigung 30 auf.
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Diese Gestaltung der Bohrerspitze, insbesondere der parallele Schneidphasenverlauf,
und diese Wahl der verschiedenen Winkelwerte sind nicht der speziellen Aufgabe eines
solchen kleinkalibrigen Bohrers für die Bohrbearbeitung von insbesondere kupferkaschierten
und glasfaserverstärkten Epoxidhartplatten angepasst, d.h. der Verlauf seiner Schneidphasen
ist in praktischer Hinsicht als unwirklich zu bezeichnen, da er nicht der Drehbewegung
beim Zerspanen angepasst ist. Des weiteren besteht keine geometrische Beziehung
der verschiedenen Winkelgrössen untereinander. Die Folge hiervon ist, dass sich
der Spiralbohrer, wie Fig. 2 zeigt, sowohl an den Schneidecken 32 als auch an der
Bohrerspitze 26 verhältnismässig schnell abnützt. Der Grad der Abnützung ist aus
den gestrichelten und gepunkteten Feldern ersichtlich. Ein Bohrer, der beispielsweise
einen Durchmesser von 1,4 mm hat, weist diesen Verschleiss nach ca. 9 000 Bohrungen
auf und muss ausgewechselt werden.
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Im Gegensatz zu einem derartigen bekannten Bohreranschliff weist ein
Spiralbohrer 40 nach der erfindungsgemässen Ausbildung zwei Schneidphasen 42, 44
auf, deren Breite an der als Ganzes mit 46 bezeichneten Querschneide kleiner ist
als am Bohrerumfang.
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Damit entspricht die Breite der Schneidphasen an der Querschneide
vorzugsweise ungefähr der Hälfte des Bohrerkerndurchmessers, während sie am Bohrerumfang
der Ausdehnung der mit 48 und 50 bezeichneten Führungsphasen in Umfangsrichtung
des Spiralbohrers entspricht. Durch diesen Verlauf der Schneidphasen entsteht am
Arbeitsende des Spiralbohrers zwischen den Schneidphasen ein ungefähr senkrecht
zur Bohrerachse liegender, eine Schneide bildender Scheitel 52, so dass sich im
Bohrerzentrum eine Spitze, im Sinne dieses Wortes, nicht mehr befindet; vielmehr
führt,
wie Fig. 4 zeigt, diese Ausbildung der Schneidphasen zu einer
kegelstumpfartigen Kontur am Arbeitsende, d.h. der Spiralbohrer wird sowohl im Zentralbereich
als auch an den Schneidecken wesentlich verstärkt und dadurch erheblich verschleiss
fester.
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Ausserdem ist der Verlauf der Schneidphasen der Drehbewegung beim
Zerspanvorgang angepasst.
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Sofern hierbei der Spitzenwinkel CK entgegen der von der Fachwelt
bisher vertretenen Auffassung, die 1300 als nicht abänderlich ansah, auf 1200 verringert
wird, für den Freiwinkel ocl 1 200, für den Hinterschliffwinkel cC2 300, für den
Zentriwinkel 0 0 120 und für die Spiralsteigung# t 30 gewählt werden, so erhält
man eine Vergleichmässigung der gesamten Abnützung über die Querschneide 46 und
die mit 54 und 56 bezeichneten Hauptschneiden, wobei insbesondere auch die Anpassung
der Schneidphasen auf die Gesamtbreite der Führungsphasen die angestrebte erhebliche
Standzeitverlängerung des Spiralbohrers bewirkt.
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Fig. 6 zeigt dabei den Grad der Abnützung des Arbeitsendes des Spiralbohrers
nach Herstellung von ca. 20 000 Bohrungen.