DE2751255C2

DE2751255C2 - Bohrwerkzeug

Info

Publication number: DE2751255C2
Application number: DE2751255A
Authority: DE
Inventors: Kurt Heinrich Albert Erich Sandviken Faber
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik AB
Priority date: 1976-11-17
Filing date: 1977-11-16
Publication date: 1992-06-11
Anticipated expiration: 1997-11-17
Also published as: AU509195B2; IL53388A; ES464176A1; DE2751255A1; US4149821A; ATA821777A; SE411310B; IT1088139B; MX144023A; AR214541A1; AT366307B; FR2371263B1; JPS5364888A; SE7612818L; IN149158B; NL7711942A; PL126349B1; FR2371263A1; CA1071906A; BR7707627A

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug mit einem Schaft mit mindestens zwei in axialer Richtung verlaufenden Ausnehmungen für die Späneabfuhr und mit zwei Schneideipsätzen, vow denen .iner am Umfang des Schaftes am vorderen Ende einer Ausnehmung für die Späneabfuhr bis zum äußeren Bei· beitungsdurchmesser reichend angeordnet ist, während der andere Schneideinsatz an der anderen Ausnehmung für die Späneabfuhr innerhalb des Schneidkreises des am Umfang angeordneten Schneideinsatzes, an die Bohrerachse angrenzend bzw. dieselbe geringfügig überschreitend, angeordnet ist, wobei die Schneidcinsäize in zur Schaftachse hin verlaufenden Radialcbcncn angeordnet sind.die einen von 180" abweichenden Winkel einschließen.

Es ist ein Bohrwerkzeug der genannten An bckannl (DE-OS 26 10 292), bei welchem der innerhalb des Schneidkreises des am Umfang angeordneten schneicleinsatzes angeordnete Schneideinsatz in bezug auf die Drehrichtung des Bohrwerkzeuges nach vorwärts abgewinkelt ist. Dabei sind die an den Schncidcinsaiz.cn angreifenden radialen Kräfte nicht ausgeglichen, weshalb besondere Stützleisten erforderlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrwerkzeug der eingangs genannten An zu schaffen, das keine Stützleisten erfordert. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Radialebenc des inneren Schneideinsatzes zum Ausgleich der auf den Bohrerschaft einwirkenden radialen Kräfte entgegen der Drehrichtung des Bohrers um einen Winkel gegen den am Umfang angeordneten Schneideinsatz nach rückwärts abgewinkelt ist.

Hierdurch werden die angreifenden radialen Kräfte im wesentlichen ausgeglichen, wodurch Stiit/.leisicn zur Aufnahme resultierender radialer Kräfte entfallen können.

Dies bedeutet, daß auf den Bohrerschaft nur das Antriebsmoment und die axiale Vorschiibknift einwirken.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zcii-hmiti)» ;in Ausfiihrungsbcispiclcn naher urliiulei 1. In der /ι·ιι Ii g.l;

Fig.3 eine Seitenansicht des Bohrwerkzeugs wahrend eines Bohrvorgangs;

Fig.4 eine axiale Ansicht nach der Linie IV-IV in F i g. 5, welche die auf die Schneideinsätze einwirkenden to Kräfte darstellt;

Fig.5 eine Stirnansicht des Bohrwerkzeugs nach F i g. 4, welche die auf die Schneideinsätze einwirkenden Kräfte darstellt:

Fig.6 eine axiale Ansicht entlang der Lime VI-VI in F i g. 7 eines mit vier Schneideinsätzen bestückten Ausführungsbeispiels:

Fig.7 eine Stirnansicht des Bohrwerkzeugs nach F ig. 6:

Fig.8 eine axiale Ansicht nach der Linie VIlI-VIlI in Fig.9 eines abgewandelten Ausführungsbeispiels mit vier Scnneidunsuizen;

Fig.9 eine Stirnansicht des Bohrwerkzeugs nach Fig.8:

Fig. 10 eine axiale Ansicht nach der Linie X-X eines Ausführungsbcispicls in Form eines Kernbohrers nach

Fig. II; F i g. 11 eine Slirnansicht des Ausführungsbeispiels

nach Fig. 10; Fig. 12 eine Seitenansicht eines abgewandelten Ausjo führungsbeispkls das erfindungsgemäßen Bohrwerkzeugs;

Fig. 13 eine Stirnansicht des Ausführungsbeispiels

nach Fig. 12:

Fig. 14 eine Stirnansicht eines abgewandelten Aus-J5 fühningsbcispicles eines Bohrwerkzeugs gemäß der Erfindung mil drei Schneideinsätzen.

In F i g. I isi ein Bohrwerkzeug 10 dargestellt, der in einem Werkstück eine zylindrische Bohrung herstellen kann. Er besteht aus einem Schaf» 10. der an seinem Votierende mit zwei wcndbarcn Harimeiall-Schncidcinsäi/.cn 11 und 12 ausgerüstet ist, die an entgcgcngesel/.lcn Seiten der Mittellinie des Bohrwerkzeugs angeordnet sind.

Sich axial erstreckende Ausnehmungen 13 und 14 sind •r, für die Entfernung der Späne von den Einsätzen 11 bis 12 vorgesehen. Heide Schneideinsätze 11 und 12 sind mit einer Mittclbohrung verschen und am Bohrerschaft durch zenlrischc Spannschrauben (nicht dargestellt) befestigt, die in die Bohrungen der Schneideinsätze ein-•-,0 greifen und in Gewindelöchern im Schaft eingeschraubt sind, jeder Schneideinsatz 11 und 12 enthält gegenüberliegende flache Oberflächen, die unter rechten Winkeln zu den Kantenflächen liegen, und es sind beide Schneidcinsät/.e. wie am besten in F i g. 2 zu sehen, ir dem Bohrerschaft 10 so angeordnet, daß sie — in Drehrichtung gesehen — den gleichen negativen Spanwinkel aufweisen und zusammen den gesamten Durchmesser der Bohrung erzeugen. Sclbstversiändlich kann aber das Bohrwerkzeug wahlweise auch mit positiven Schncid-W) einsalzen, d. h. mit Sehncidcinsätzen, die mit einem freien Winkel zwischen einer fluchen Oberfläche und benachbarten Kanienfliichen des Einsatzes versehen sind, was bedeutet, daß auf dem Schneideinsatz notwendigerweise ein Freiwinkcl vorgesehen ist.

h-, Die Bohivrausfiilming nach den Fig. I bis 5 ist mit zwei Schnddeinsiit/en ausgerüstet, von denen einer ein am Umfang angeordneter Schneideinsat/ 11 ist. dessen Kann- sich seilli< h so crslreckl, dall der Dl

ier Bohrung dadurch erzeugt wird, während der andere Schneideinsatz 12 innerhalb des Umfanges des Bohrwerkzeugs angeordnet ist, wobei der Winkel zwischen Jen Schneideinsätzen 11 und 12 ist.

In den F i g. 4 und 6 sind die Schneidkräfte, die auf die Schneideinsätze 11 und 12 einwirken, im einzelnen dargestellt. Die auf den am Umfang angeordneten Schneideinsatz 11 einwirkenden Kräfte sind mit einem Index 1 versehen, während die auf den zentrischen Einsatz 12 einwirkenden Kräfte mit einem Index 2 versehen sind. iu Die Tangentialkräfte sind mit einem Index / verschen, während die radialen Kräfte mit einem Index rund die axialen Kräfte mit einem Index a versehen sind, in F i g. 4 sind die resultierenden Schneidkräfte, die in einer Ebene parallel zur Vorschubrichtung wirken, mit einem Index R versehen, während die resultierenden Kräfte in F i g. 5, die in einer Ebene rechtwinklig zur Vorschubrichtung wirken, mit einem Index Pversehen sind.

Es ergibt sich somit, daß, wenn die resultierenden Schneidkräfte Pp\ und Pp2 gleich sind und in entgegengesetzte voneinander parallele Richtungen orientiert sind, der Bohrerschaft keinen radialen Kräften ausgesetzt ist. Der Bohrerschaft ist nur einem Drehmoment ausgesetzt, das als (Ppi ■ a + p_pi - b) bereuvmet werden kann, wobei a und b die Momentarme jedes Einsatzes bezeichnen, und einer Vorschubkraft unterworfen, die aus (Pa\ und Pai) berechnet werden kann.

Unter diesen Umständen wird das Bohrwerkzeug genau im Zentrum der Bohrung gehalten, und es sind Verschleißleisten, die das Bohrwerkzeug in der Bohrung führen, nicht erforderlich.

In Fig.5 ist die Situation dargestellt, in welcher die resultierenden Schneidkräfte p_p 1 und P_p2 gleich und entgegengesetzt orientiert sind und in parallelen Richtungen verlaufen, wodurch ein Kräfleausgleich sichergestellt ist. Dies wird dadurch erreicht, daß der radial innere Schneideinsatz 12 gegenüber dem Umfang angeordneten Schneideinsatz 11 in unter einem Winkel zueinander verlaufenden Radialebenen angeordnet ist. Dies ist dadurch erreicht, daß der innere Schneideinsatz 12 um einen Winkel 180° + /gegenüber dem am Umfang angeordneten Schneideinsatz 11 entgegen der Drehrichtung des Bohrwerkzeugs versetzt ist. Die Beziehungen, die bezüglich des Winkels /auftreten, sind

45 /= ό+ Ε

wobei fJden Winkel zwischen p, 1 und P_n 1 ist, während E den Winkel bezeichnet, der zwischen P₁2 und p,,? auftritt. Ferner treten hier folgende weitere Beziehungen auf:

tan δ

IlL

P, χ

und

Da die Werte von P_r\,P,\,P_r2üna P, 2 bekannt sind, ist es möglich, den genauen Wert des Winkels/zu errechnen.

Ferner sollte bemerkt werden, daß, wenn die verwendeten Einsätze gerade Kanten und kleine Eckenradien aufweisen, die außer aufgrund des Arbeitswinkels bzw. Anstellwinkels keine radialen Kräfte erzeugen, die Kenntnis der Verhältnisse

P. ι

und

Pa 7

Pn "'" P, 2
ausreicht, um den Wert vim bestimmen.

Vorzugsweise sollte der zentrale Einsatz des Ausführungsbeispiels nach den. F i g. 1 bis 5 mit einet· geneigten Kantenfläche an der aktiven Schneidkante versehen sein, welche die Festigkeit dieser Schneidkante verbessert.

3ei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 5 enthält das Bohrwerkzeug einen am Umfang angeordneten Schneideinsatz 11 mit einem Einstellwinkel oder Arbeitswinkcl λ über 90" und einen inneren Schneideinsatz 12 mit einem Einstell- oder Arbeitswinkel/?kleiner als 90°, wobei sich der letztere in das Zentrum, vorzugsweise eine Strecke innerhalb des Zentrums des Bohrers, erstreckt. Die verbesserte Orientierung des Schneideinsatzes gemäß der Erfindung ermöglicht auch den Ausgleich von radialen Kräften selbst dann, wenn der Einstellwinkel des am Umfang angeordneten Schneideinsatzes kleiner als 90° ist und der Einstellwinkel des zentrischen Schneideinsatzes 90° übersteigt

Es ist beispielsweise auch möglicLi, drei Schneideinsätze vorzusehen, von denen einer ein am Umfang angeordneter Schneideinsatz ist, während die beiden anderen innerhalb des Umfanges angeorv -,,et sind und sich in verschiedene rauiaie Richtungen erstrecken. Es isi auch möglich, Schneideinsätze zu verwenden, die mit gebogenen Schneidkanten versehen sind, beispielsweise runde Schneideinsätze oder Schneideinsätze mit Schneidkanten mit winkelmäßig gebrochener Form z. B. dreieckförmige Schneideinsätze.

Die F i g. 6 und 7 zeigen einen Schneideinsatz mit vier Schneideinsätzen, die sich in axialer Richtung in im wesentlichen gleichen Ausmaße erstrecken. Zwei dieser Einsätze, nämlich 11 und II¹, sind in der gleichen Ebene angeordnet, und zwar neben der gleichen Ausnehmung für die Späneabfuhr, während die beiden anderen Schneideinsätze 12 und 12' in getrennten und parallelen Ebenen angeordnet sind, und zwar neben der anderen Ausnehmung des Bohrers für die Späneabfuhr, wobei der in radialer Richtung äußerste Schneideinsatz 12' in einer eingelassenen Oberfläche 15 angeordnet ist. Wenn die resultierenden Schneidkräfte auf den Einsätzen, die mit A, B, C und D bezeichnet sind, paarweise gleich sind und einander entgegengerichtet sind und in parallelen Richtungen verlaufen, ist ein Kräfteausgleich erreicht.

Die F i g. 8 und 9 zeigen ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Bohrwerkzeugs mit viel Schneideinsätzen, wobei die beiden inneren Schneideinsätze mit 11" und 12" bezeichnet sind, die auf einem sich in axialer Richtung erstreckenden Teil 16 des Bohrerschaftes angeordnet sind, wobei sich diese beiden Schneideinsätze in axialer Richtung in im wesentlichen gleichen Ausmaß erstrecken. Die anderen beiden Schneideinsätze 11 und 12 erstrecken sich in axialer Richtung in gleichem Maße, und sie sind ferner vom Zentrum des Bohrwerkzeugs weiter entfernt angeordnet als die ersteren i^chi.uhjcinsätze. Ein Kräfteausgleich ist erreicht, wenn die resultierenden Schneidkräfte A und D, die auf die Schneideinsätze 1 i und 12 einwirken, gleiche Werte haben, während sie einander entgegengerichtet sind und sich parallel zueinander erstrecken, während gleichzeitig die Kräfte B i>nd C, die auf die Schneideinsätze 11" und 12" einwirken, ebenfalls gleich sind und in entgegengesetzte Richtungen weisen.

Die Fig. 10 und i 1 zeigen die Anwendung Ger Erfindung a'if einen Kernbohrer, bei welchem der innere Schneideinsatz 12 sich radial um eine Strecke in das zentrale Loch 17 df". Bohrwerkzeugs erstreckt.

In den Fig. 12 und 13 ist die Erfindung auf einen Bohrkopf 18 angewendet, der an seiner Rückseite einen

rohrförmigen Schaftteil 19 aufweist, der mit einem Außengewinde 20 versehen ist, damit er auf eine nicht dargestellte Bohrstange aufgeschraubt werden kann. Es sind zwei Schneideinsätze 11 und 12 mit einer sogenannten Dreieckform vorgesehen, d. h. grundsätzlich drei- ·■> eckförmige Schneideinsätze, von denen jede Schneidkante zwei gerade Teile enthält, die unter einem Winkel zueinander liegen. Diese dreieckförmigcn Schneideinsätze sind auf dem Bohrkopf gemäß der Erfindung ungeordnet. Ein Kühlmedium wird unter hohem Druck to entlang der Außenseite des Bohrkopfcs gepumpt, während alle in der Bohrung erzeugten Späne nach rückwärts durch das Kühlmedium durch die Ausnehmungen 2t und 22 des Bohrkopfes für die Entfernung der Späne entfernt werden, wobei sich diese Ausnehmungen axial über eine begrenzte Entfernung erstrecken und sich dann in die zylindrische öffnung 23 des Schaftteiles 19 des oöiiricopics ür.d in das hiermit gekuppelt Rohrrohr öffnen. Wie aus Fig. 13 hervorgeht, liegt der innerste Schneideinsatz 12 unter einem Winkel zu dem Schneideinsatz 11 am Umfang, wobei dieser Winkel mit γ bezeichnet ist Die Größe dieses Winkels ist so gewählt, daß die radialen Kräfte in der beschriebenen Weise ausgeglichen werden.

Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, ist es r> dem Fachmann möglich, den geeigneten Wert des Winkels y in jedem besonderen Fall mit Hilfe geeigneter Formeln mathematisch zu errechnen. Der Wert des genannten Winkels /hängt dann davon ab, welche Anstellwinkel λ und β (siehe Fig.4) und welche besondere jo Ausbildung des Einsatzes verwendet wird.

Als geeigneter Wert des Winkels γ kann von einem Bohrer gemäß der Erfindung ausgegangen werden, der mit zwei dreieckförmigen Schneideinsätzen ausgerüstet ist, wie sie in den Fig. 12 und 13 gezeigt sind. Dabei j> weist jeder Schneideinsatz einen eingeschriebenen Kreis mit einem Durchmesser von 12,7 mm auf. wobei der Schneideinsatz so dimensioniert ist. daß ein Bohrloch von mindestens 42 mm und bis zu 56 mm erzeugt wird. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel sollte der Winkel γ einen Wert im Bereich von 4' bis 10° aufweisen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 14 ist der Erfindungsgedanke bei einem Bohrkopf der gleichen Art, wie er in den F i g. 12 und 13 beschrieben ist, angewendet, d. h. bei einem Bohrkopf 18 mit einem rückwärtigen rohrförmigen Schaftteil. Drei Schneideinsätze 24, 25 und 26, die beispielsweise dreieckförmige Gestalt haben, sind am Bohrkopf vorgesehen. Alle erzeugten Späne werden nach rückwärts durch das Kühlmedium entfenit, und zwar durch die Ausnehmungen 27, 28 und 29 für die Späneentfernung, welche sich in axialer Richtung um eine begrenzte Strecke erstrecken und sich dann in die zylindrische öffnung 23 des rückwärtigen Schaftteiles des Bohrkopfes öffnen. 5 >

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Bohrwerkzeug mit einem Schaft mit mindestens zwei in axialer Richtung verlaufenden Ausnehmungen für die Späneabfuhr und mit zwei Schneideinsätzen, von denen einer am Umfang des Schaftes am vorderen Ende einer Ausnehmung für die Späneabfuhr bis zum äußeren Bearbeitungsdurchmesser reichend angeordnet ist, während der andere Schneideinsatz an der anderen Ausnehmung für die Späneabfuhr innerhalb des Schneidkreises des am Umfang angeordneten Schneideinsatzes an die Bohrcrachse angrenzend bzw. dieselbe geringfügig überschreitend angeordnet ist, wobei die Schneideinsätze in zur Schaftachse hin verlaufenden Radialebenen angeordnet sind, die einen von 180° abweichenden Winkel einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß dte Radialebene des inneren Schneideinsatzes (12) tian Ausgleich der auf den Bohrerschart einwirkenden radialen Kräfte entgegen der Drehrichtung des Bohrers um einen Winkel 0') gegen den am Umfang angeordneten Schneideinsatz (U) nach rückwärts abgewinkelt ist.

nung zeigt F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Bohrwerkzeugs;

Fig.2 eine Stirnansicht des Bohrwerkzeugs nach