DE2521938A1 - Spiralbohrer - Google Patents

Description

Fate Ii la n Hilt·

Dr. E. Buettner Dipl.-lng. H.-J. Mtiller ,

Dr. Th. Berencit As/P

Z) 8 München 80 LtMÜe-Graiui-ütt. J«, Tel. 47 ti 5*

Osborn-Mushet Tools Limited, Clyde Steel Works, Sheffield

(England)

Spiralbohrer

Die Erfindung bezieht sich auf einen Spiralbohrer, und die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Spiralbohrers, der sich gegenüber denjenigen herkömmlicher Ausbildung durcH längere nachschlifffreie Intervalle auszeichnet .

Es ist üblich, den Querschnitt eines Spiralbohrers derart auszubilden, daß bei einem bestimmten Drallwinkel und einem bestimmten Spitzenwinkel die Hauptschneiden gerade sind. Bei einem Bohrer mit herkömmlichem Drallwinkel und herkömmlichem Spitzenwinkel erfordert dies eine in den Flächen der Bohrervorderseiten konkave Querschnittsform. Es sind jedoch bereits früher Versuche durchgeführt worden, um die Wirkung einer Verminderung des Spitzenwinkels eines Bohrers mit herkömmlichem Drallwinkel bis herab auf beispielsweise 6O zu bestimmen, und es hat sich gezeigt, daß dies unter manchen Umständen gewisse Vorteile bringt. Es hat sich jedoch andererseits erwiesen, daß durch Verminderung des Spitzenwinkels des Bohrers die Festigkeit der Querschneide über

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den Steg oder die Kerndicke so sehr vermindert wird, daß es für die Verwendung unter schwerer Beanspruchung erforderlich wird, den Bohrer mit einem zusammengesetzten Spitzenwinkel auszustatten, d.h. die Spitze an der Querschneide auf einen Winkel im Bereich des herkömmlichen Spitzenwinkels zuzuschleifen. Eine weitere Folge, die sich aus der Beziehung zwischen der herkömmlichen Querschnittsform des Bohrers, dem herkömmlichen Drallwinkel und dem verminderten Spitzenwinkel ergibt, besteht bisher darin, daß die Hauptschneiden zwar in einer gedachten Kegelfläche liegen, jedoch gekrümmt sind.

Bs ist auch bereits eine Bohrerschneidengeometrie entwickelt worden, bei der eine herkömmliche Querschnittsform verwendet wird, die so geschliffen ist, daß sie im wesentlichen der Form angepaßt ist, die ein herkömmlicher Bohrer annimmt, wenn er übermäßig abgenutzt wird, d.h₀ im Bereich der äußeren Schneidenecken erheblich abgenutzt ist, so daß die Hauptschneiden nun nicht mehr in einer gedachten Kegelfläche liegen, sondern durch Schleifen auf einer Spezialmaschine gekrümmt ausgebildet werden. Nun hat sich zwar gezeigt, daß ein so ausgebildeter Bohrer gewisse Vorteile bietet, insbesondere insofern als die Abnutzung nicht mehr im Bereich der äußeren Schneidenecken ⁺ , sondern über die Schneiden gleichmäßig verteilt ist, Jedoch hat sich der Nachschliff als sehr schwierig und teuer erwiesen.

Gemäß der Erfindung ist nun ein Spiralbohrer vorgesehen, dessen Querschnittsform in den Flächen der Bohrervorderseiten konvex ist, so daß bei einem herkömmlichen Drallwinkel von etwa zwischen 25° und 45° und bei Zuschliff auf einen herkömmlichen Spitzenwinkel von zwischen 90° und 150° die Hauptschneiden zwar gekrümmt sind, jedoch in einer gedachten Kegelfläche liegen. Vorzugsweise kann dabei bei einem Bohrer, der in erster Linie zum Bohren von Gußeisen bestimmt ist, der ⁺ konzentriert

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Spitzenwinkel größer als 90° sein und bis zu maximal 120° betragen. Außerdem kann bei einem solchen Bohrer der Drallwinkel vorzugsweise zwischen 35 und kO und der Spanwinkel vorzugsweise zwischen 5 und 15 liegen. Andererseits kann bei einem Bohrer, der in erster Linie zum Bohren von niedrig- und mittelhochlegiertem Kohlenstoffstahl bestimmt ist, der Spitzenwinkel vorzugsweise zwischen 110° und 125° , der Drallwinkel vorzugsweise zwischen 30 und 40 und der Spanwinkel vorzugsweise zwischen 10 und 20 liegen. Bei einem Bohrer, der in erster Linie zum Bohren von Aluminium bestimmt ist, kann der Spitzenwinkel vorzugsweise zwischen 100 und 130°, der Drallwinkel vorzugsweise zwischen 35° und 45° und der Spanwinkel vorzugsweise zwischen 15 und 20 betragen

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt und einer herkömmlichen Ausführungsform vergleichsweise gegenübergestellt.

Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung eines Endabschnittes eines herkömmlichen Spiralbohrers;

Fig. 2 ist ein Ausschnitt aus Fig. 1 im Schnitt entlang der Linie 2-2;

Fig. 3 ist eine Seitenansicht eines Spiralbohrers gemäß der Erfindung;

Fig. 4 ist eine Darstellung des zugeschärften Endes des Bohrers in etwas größerem Maßstab; und

Fig. 5 ist eine Darstellung eines Schnittes entlang der Linie 5-5 in Fig. 1 in noch größerem Maßstab mit einer darin in strichpunktierten Linien eingezeichneten typischen Querschnitts· form eines herkömmlichen Bohrers.

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Bei einem herkönunlichen Spiralbohrer (Pig. 1 und 2) ist der Werkzeugspanwinkel A entlang der Länge jeder Hauptschneide veränderlich, d.h.der Winkel des Bohrers ist in Richtungen normal zu den Hauptschneiden veränderlich. (Dies wird verständlich, wenn man in Betracht zieht, daß an jedem Querschnitt durch die genutete Form des Bohrers der Axialspanwinkel von einem Maximum am Umfang des Bohrers, das natürlich gleich dem Drallwinkel ist, bis zu einem Minimum in der Gegend der Wurzel (des Kernes) des Bohrers abnimmt. Die Tatsache« daß der Werkzeugspanwinkel unter rechtem Winkel zu den Hauptschneiden gemessen wird, verändert zwar das Ausmaß dieser Veränderlichkeit, jedoch ist diese, wie durch die Schraffur in Pig. 1 angedeutet, immer noch sehr ausgeprägt.) Der Freiwinkel B wird durch Schleifen erzeugt und ist über die Länge jeder Hauptschneide konstant. Daraus ist zu ersehen, daß der von den Begrenzungsflächen jeder Hauptschneide eingeschlossene Winkel ebenfalls entlang der Länge der Hauptschneide in erheblichem Maß veränderlich ist und daß, da ja dieser Winkel ein Maß für die Festigkeit und Wärmeabieitfähigkeit der Hauptschneide ist, die Hauptschneide am äußeren Umfang des Bohrers bedeutend schwächer ist, obwohl gerade dieser Teil der Hauptschneide die schwerste Arbeit zu leisten hat.

Gemäß Fig» 3 bis 5 hat der Spiralbohrer gemäß der Erfindung (dessen hier dargestelltes Ausführungsbeispiel in erster Linie zum Bohren von Gußeisen bestimmt ist) einen herkömmlichen Drallwinkel h von ca.35 und ist auf einen herkömmlichen Spitzenwinkel P im Bereich von 90° zugeschliffen. Obwohl jedoch die Hauptschneiden 10 in einer gedachten Kegelfläche liegen, sind sie in der in Fig. 4 gezeigten Weise gekrümmt, was durch die spezielle Querschnittsform des Spiralbohrers bewirkt wurde.

Die Querschnittsform des Bohrers ist in Fig. 5 dargestellt,

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aus der zu ersehen 1st, daß Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Bohrer, bei dem die Schnittkurven zwischen den Bohrerflächen und den Ebenen quer zur Bohrerachse konkav sind, die entsprechenden Schnittkurven f bei einem Bohrer gemäß der Erfindung konvex sind. Die konvexe Kurve ist derart beschaffen,
daß entlang der Länge jeder Hauptschneide der Werkzeugspanwinkel im wesentlichen konstant ist, und die genaue Form der konvexen Kurve, die diese Forderung erfüllt, ist für jede gewünschte bzw. erforderliche Kombination eines Drallwinkels, eines
Spiizenwinkels und eines Spanwinkels bestimmbar.

Es hat sich gezeigt, daß nicht nur die Beziehung zwischen dieser neuen unüblichen Querschnittsform eines Bohrers und dem herkömmlichen Drallwinkel und Spitzenwinkel die oben beschriebene gekrümmte Hauptschneide und den im wesentlichen konstanten
Werkzeugspanwinkel entlang der Länge jeder Hauptschneide erzeugt, sondern daß im Bereich der äußeren Ecke jeder Hauptschneide der übliche schwache Bereich derart verstärkt wird, daß die an dieser Stelle erzeugte Wärme leichter abgeführt werden kann. Die Tatsache, daß die Abnutzung entlang der Hauptschneiden
gleichmäßiger verteilt ist und hohe Beanspruchungskonzentrationen in den Bereichen der äußeren Schneidenecken vermieden werden, hat zur Folge, daß die nachschiifffreien Intervalle für
diesen Bohrer erheblich verlängert werden. Ein gewaltiger technischer Fortschritt gegenüber den bisher bekannten Formen von
Spiralbohrern besteht offensichtlich darin, daß diese außergewöhnliche Form des Bohrers beim Nachschleifen sozusagen in herkömmlicher Weise, d.h. ohne Verwendung spezieller Schleifwerkzeuge oder Sondermaschinen, erzielbar ist. Es ist auch zu betonen, daß die Vorteile der Verlängerung der Zeitspanne bis zum jeweils nächsten Nachschleifen der Hauptschneiden erzielt werden, ohne daß der Spitzenwinkel in unzulässiger Weise vermindert zu werden braucht und daher die Festigkeit des Bohrers
im Bereich seiner Querschneide unbeeinträchtigt bleibt, ohne
daß es erforderlich ist, einen zusammengesetzten Spitzenwinkel

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vorzusehen, so daß vermeidbarer Aufwand sowie erhöhte Schwierigkeiten bei jedem Nachschliff des Bohrers entfallen.

Es wurde oben ausgeführt, daß die" jeweils erforderliche genaue Form der konvexen Kurven im Querschnitt des Bohrers für jede gewünschte Kombination von Drallwinkel, Spitzenwinkel und Werkzeugspanwinkel in solcher Weise bestimmbar ist, daß der letztere entlang der Länge jeder Hauptschneide (d.h. radial auswärts des Kernteiles des Bohrers) konstant ist. Es hat sich jedoch aus gezielten Versuchen ergeben, daß bei einem Bohrer mit dem herkömmlichen Drallwinkel von etwa zwischen 30 und 45° mit den oben besprochenen Vorteilen die konvexe Krümmung sich im wesentlichen einem Krümmungsradius/gleich dem 0,9- bis 1,2-fachen Bohrerhalbmesser R anpaßt.

Es ist natürlich möglich, den Spitzenwinkel, den Drallwinkel und den Werkzeugspanwinkel zu verändern und dem jeweiligen Werkstoff anzupassen, für den der betreffende Bohrer in erster Linie bestimmt ist, d_oh. durch gezieltes Probieren bzw. durch Versuche die genauen konvexen Querschnittskrümmungen in den Flächen der Bohrervorderseiten zu wählen, die erforderlich sind, damit nach vorangegangener Auswahl des Drallwinkels und nach Herstellung des Spitzenwinkels durch Schleifen der Werkzeugspanwinkel entlang der Länge jeder Hauptschneide im wesentlichen konstant ist. So wurde durch Probieren und Versuch gefunden, daß zur Erzielung optimaler Ergebnisse beim Bohren von Gußeisen der Spitzenwinkel vorzugsweise zwischen 90° und 120 , der Drallwinkel vorzugsweise zwischen 35° und kO° und der Spanwinkel (über den Bereich, in dem dieser Winkel im wesentlichen konstant ist, also radial auswärts des Kernes des Bohrers) vorzugsweise zwischen 5 und 15° betragen sollte. Es hat sich ferner gezeigt, daß zur Erzielung bester Ergebnisse beim Bohren von niedrig- und mittelhochlegierten Kohlenstoffstählen der Spitzenwinkel vorzugsweise zwischen 110° und

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-ΤΙ 25° ι der Drallwinkel vorzugsweise zwischen 30 und 40 und der Spanwinkel vorzugsweise zwischen 10 und 20 liegen sollte. Zur Erzielung bester Ergebnisse beim Bohren von Aluminium sollte der Spitzenwinkel vorzugsweise zwischen 100 und 130 , der Drallwinkel vorzugsweise zwischen 35 und 45 und der Spanwinkel vorzugs-weiee zwischen 15° und 20° liegen.

Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die obigen Zahlenangaben nur beispielsweise aufzufassen sind und nur Verallgemeinerungen darstellen. Es ist auch zu bemerken, daß durch gezieltes Probieren und Versuche, d.h. durch sorgfältige Wahl des Querschnittes und durch Messung über einen sehr weiten Bereich von gemäß der Erfindung hergestellten Bohrern, eine erforderliche Querschnittsf ortn, d.h. eine Querschnittsform mit genau der erforderlichen konvexen Krümmung in den Flächen der Bohrervorderseiten, ausgewählt werden kann, die die für einen ausgewählten Werkstoff am besten geeignete Kombination von Winkeln ergibt. Wenn dann der gewählte Spitzenwinkel durch herkömmliches Schleifen hergestellt wird, wird der erforderliche, über die ganze Länge jeder Hauptschneide im wesentlichen konstante Werkzeugspanwinkel von selbst erzeugt.

Patentansprüche

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Claims (4)

Patentansprüche

1. ) Spiralbohrer mit einer in den Flächen der Bohrervorderseiten konvexen Querschnittsform und gekrümmten Hauptschneiden, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsgrad der Konvexität derart ist, daß hei herkömmlichem Drallwinkel, d.h. von zwischen 25 und 45 , und herkömmlichem Spitzenwinkel, d_oh. von zwischen 90 und 150°, die Hauptschneiden zwar gekrümmt sind, jedoch in einer gedachten Kegelfläche liegen, so daß der Bohrer auf einer herkömmlichen Maschine geschärft werden kann und der Werkzeugspanwinkel über die Länge der Hauptschneiden radial auswärts des Kernteiles des Bohrers im wesentlichen konstant ist.

2. Spiralbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in erster Linie zum Bohren von Gußeisen bestimmte Bohrer einen Spitzenwinkel von zwischen 90 und 120 hat.

3· Spiralbohrer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallwinkel zwischen 35° und 4o° und der Spanwinkel zwischen 5 und 15 beträgt.

4. Spiralbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in erster Linie zum Bohren von niedrig- und mittelhochliegiertem Kohlenstoffstahl bestimmte Bohrer einen Spitzenwinkel von zwischen 110° und 125°, einen Drallwinkel von zwischen 30 und 4o und einen Spanwinkel von zwischen 10° und 20° hat.

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5· Spiralbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in erster Linie zum Bohren von Aluminium bestimmte Bohrer einen Spitzenwinkel vor zwischen 100 und 130 , einen Drallwinkel von zwischen 35° und 45° und einen Spanwinkel von zwischen 15 und 20 hat.

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