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Zweischneidiges Wendelbohrwerkzeug als kombinertes
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Zentrier-, Bohr- und Aufbohrwerkzeug Die Erfindung bezieht sich auf
ein zweischneidiges Wendelbohrwerkzeug und insbesondere auf ein Wendelbohrwerkzeug,
das als kombiniertes Zentrier-, Bohr- und Aufbohrwerkzeug Verwendung finden kann.
An derartige Kombinationswerkzeuge werden die folgenden hauptsächlichen Anforderungen
gestellt: Sie müssen einerseits sehr zentrisch laufen, um den Anbohrvorgang günstig
zu beeinflussen, d.h. während dieses Vorgangs nicht zu verlaufen; sie müssen ferner
ohne thermische Oberbeanspruchung sehr leistungsfähige Haupt- und Nebenschneiden
besitzen, um die heutzutage geforderten hohen Schnittgeschwindigkeiten auch bei
der Bearbeitung schwer zenspanbarer Werkstoffe, wie z.B. von siliziumhaltigen Aluminiumlegierungen,
bereitstellen
zu können; schließlich müssen derartige Werkzeuge in der Lage sein, Bohrungen hoher
Oberflächengüte und Maßgenauigkeit herzustellen, so daß sie als An- und Aufbohrwerzeug
für NC-Maschinen Anwendung finden können.
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Die Konzipierung eines Bohrwerkzeugs, das all diesen z.T. konträren
Anforderungen gleichermaßen gerecht wird, ist sehr schwierig.
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Ein Werkzeug, das die oben angesprochenen Anforderungen am weitestgehenden
erfüllt, stellt das dreischneidige Aufbohrwerkzeug dar Die hauptsächliche Stärke
dieses Bohrwerkzeugs liegt allerdings bei der Bearbeitung vorgebohrter Löcher, deren
Unrundheiten aufgrund der vorgesehenen drei Schneiden und der stabilen Struktur
mit einem solchen Werkzeug zuverlässig korrigiert werden können. Wenn dieses Bohrwerkzeug
allerdings als Anbohrwerkzeug eingesetzt wird, zeigen sich Schwächen bezüglich der
erzielbaren Schnittbedingungen, da das dreischneidige Werkzeug insbesondere im Bereich
des Bohrerkerns nicht so effektiv schneidet, sondern in erster Linie auf das Material
drückt und deshalb zur Ausbildung von Aufbauschneiden neigt, und weil #uerschneidenverkürzungen
nur in begrenztem Maße möglich sind, um das Bohrwerkzeug zur Bereitstellung einer
ausreichenden Formstabilität nicht spürbar zu schwächen.
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Ein weiterer Lösungsansatz zur Schaffung eines Bohrwerkzeugs, das
den vorstehend skizzierten Hauptanforderungen gerecht werden soll, wurde ausgehend
von einem zweischneidigen Bohrwerkzeug mit einem sogenannten Doppelfasen-Wendelbohrwerkzeug
gesucht, bei dem vier auf dem Umfang verteilte Fasen vorgesehen sind. Es hat sich
gezeigt, daß sich dieses Werkzeug zwar besser für Anbohrvorgänge eignet und aufgrund
der zusätzlichen Führungsfasen nur in geringem Maße zu Verlaufen neigt, so daß mit
einem derartigen Wendelbohr-
werkzeug geometrisch runde Bohrungen
hergestellt werden können.
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Die Oberflächengüte der mit diesem Bohrwerkzeug hergestellten Bohrungen
bleibt allerdings klar unter dem Niveau, daß mit dem vo-rstehend beschriebenen dreischneidigen
Aufbohrwerkzeug selbst bei sehr tiefen Bohrungen noch realisierbar ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrwerkzeug zu schaffen,
das in der Lage ist, einerseits Anbohrvorgänge selbst tiefer Löcher mit hoher Schnittleistung
und andererseits Aufbohrvorgänge mit sehr hoher Präzision vorzunehmen, so daß auch
tiefe Löcher in einem Arbeitsgang mit enger Toleranz herstellbar werden.
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Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnrnden Teil des Patentanspruchs
1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Die Ausbildung als zweischneidiges Bohrwerkzeug eröffnet zunächst
die Möglichkeit, die Hauptschneiden durch eine geeignete Ausspitzung bzw. Hauptschneidenkorrektur,
für die bei zweischneidigen Werkzeugen ein verhältnismäßig großer Spielraum verbleibt,
leistungsfähig zu gestalten, ohne dabei die Stabilität des Bohrwerkzeugs spürbar
reduzieren zu müssen. Dadurch werden die wesentlichen Voraussetzungen für ein Anbohrwerkzeug
mit großer Schnittleistung geschaffen. Das Vorsehen einer weiteren, jeweils einer
Nebenschneide nachlaufenden Zusatz-Nebenschneide sorgt einerseits für einen sehr
präzisen Rondlatlf des Bohrwerk7eil9s ni Loch und gleichzeitig für eine merkliche
Reduzierung der thermischen Beanspruchung des Werkzeugs. Die Erfindung beruht dabei
auf der Erkenntnis, daß die thermische Beanspruchung eines Bohrwerkzeugs mit einer
der Nebchneide
nachlaufenden Zusatzfase durch eine makroskopisch
zwar nicht wahrnehmbare, jedoch Im Bereich von mehreren 1/1000 mm tatsächllch auftretende
elastische Radialverformung des von der Nebenschneide freigebohrten Lochabschnitts
hervorgerufen wird, durch die sehr hohe Reibungskräfte auf die Führungsfasen einwirken.
Diese elastische Rad-ialverformung wird erfindungsgemäß durch die nachlaufende Zusatz-Nebenschneide
mit positivem Rückspanwinkel spanabhebend abgetragen, wodurch nicht nur die thermische
Belastung des Bohrwerkzeugs reduziert, sondern auch die Oberflächengüte der herzustellenden
Bohruncj angehoben werden kann. Die Zusatz-Nebenschneide arbeitet deshalb in einer
ähnlichen Weise wie eine Reibahlenschneide, allerdings mit der Besonderheit, daß
sie der Nebenschneide in einem möglichst kurzen Umfangsabstand nachläuft und auf
diese Weise die von der Nebenschneide gerade freigearbeitete Lochoberfläche nahezu
gleichzeitig auf Endmaß bringt. Dabei erfüllt die Zusatz-Nebenschneide mit der ihr
zugeordneten Freiflächenfase eine vorteilhafte Stütz- und Führungsfunktion für das
Bohrwerkzeug, so daß Löcher mit sehr hoher geometrischer Rundheit erzeugt werden
können. Es hat sich gezeigt, daß mit diesem Bohrwerkzeug in einem Arbeitsgang Bohrungen
mit Passungsgüten in der Regel von H8, bei guten Bedingungen von H7 herstellbar
sind, ohne daß zusätzliche Maßnahmen getroffen werden müssen.
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Die Ausbildung einer hinterschnittenen Spanfläche an der erfindungsgemäßen
Stelle schwäche darüber hinaus das Bohrwerkzeug nicht spürbar, da diese Spanfläche
nur eine sehr kleine radiale Erstreckung haben muß, um den noch abzuhebenden sehr
kleinen Span von maximal 1 bis 2/100 mm Dicke sauber abtragen zu können.
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Bevorzugterweise wird die hinterschnittene Spanfläche von einer wendelförmig
verlaufenden Spannut gebildet, die unmittelbar an die Freiflächenfase der Nebenschneide
anschließt.
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Die Nebenfreifläche des Bohrers wird auf diese Weise von der hinterschnittenen
Spannut gebildet. Der Bohrersteg ist in jedem Fall breit genug, um in einem verhältnismäßig
einfachen Arbeitsvorgang die zusätzliche hinterschnittene Spannut einformen, beispielsweise
einschleifen zu können.
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Weil die Zusatz-Nebenschneide auf demselben Durchmesser wie die vorlaufende
Nebenschneide liegt, eröffnet sich die vorteilhafte Möglichkeit, sämtliche Nebenschneiden
in einem Arbeitsvorgang bzw. mit ein und demselben Schleifwerkzeug auf Endmaß zu
bringen, so daß das zweischneidige Wendelbohrwerkzeug gegenüber einem herkömmlichen
Bohrwerkzeug nur geringfügig teurer wird. Dieser geringfügig höhere Herstellungsaufwand
wird allerdings bei weitem dadurch wieder ausgeglichen, daß sich bei Verwendung
eines derartigen Wendelbohrwerkzeugs der Einsatz bislang erforderlicher Nachbearbeitungswerkzeuge
erübrigt.
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Versuche haben gezeigt, daß mit Rückspanwinkeln zwischen 0 und 200
die besten Ergebnisse erzielt werden konnten.
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Der optimale Wert des Rückspanwinkels hängt dabei von dem zu bearbeitenden
Material, der Schnittgeschwindigkeit des Bohrwerkzeugs und vom vorliegenden Seitenspanwinkel
ab.
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Wenn eine Zusatz-Frei flächenfase gemäß Unteranspruch 4 vorgesehen
ist, wird der Rundlauf des Bohrwerkzeugs zusätzlich verbessert, wobei der Herstellungsaufwand
dadurch sehr kleingehalten wird, daß sämtliche Freiflächenfasen des Bohrwerkzeugs
auf ein und derselben Zylinder-Erzeugenden liegen.
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Weil die Zusatz-Nebenschneide der Nebenschneide In kurzem Abstand
nachläuft, wird sogar die Möglichkeit eröffnet, die Zusatz-Nebenschneide in axialer
Richtung so weit zur Spitze zu führen wie die vorlaufende Nebenschneide die Zusatznebenschneide
in einer Radialebene des Werkzeugs enden zu lassen, die bezüglich der die Schneidenecke
des Werkzeugs enthaltenden Radialebene lediglich so weit zurück-
versetzt
ist, daß die Zusatz-Nebenschneide bei vorgegebener Vorschubgeschwindigkei t qerade
keinen Spitzenspan mehr abhebt.
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Vorteilhaft ist allerdings eine axiale Zurückversetzung der Zusatz-Neberlschrleide
bezüglich der Schneidenecke der Hauptachneide um ein Maß bis zu 0.5x Bohrerdurchmesser.
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Diese axiale Zurückversetzung eröffnet die vorteilhafte Möglichkeit,
das Bohrwerkzeug mit einer durchgehenden Hauptfreifläche auszubilden, die beispielsweise
als Kegelmantel- oder sonstiger handelsüblicher Anschliff in einem Arbeitsgang hergestellt
werden kann. Eine derartige begrenzte axiale Zurückversetzung ist auch beim Herstellen
von Sacklochbohrungen ohne weiteres tragbar, so daß selbst diese Bohrungsarten in
einem Arbeitsgang auf Präzision bearbeitet werden können, ohne dabei. die Tiefe
der Bohrungs-Passungsoberflächen übermäßig einschränken zu müssen.
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Wenn die Zusatz-Nebenschneide über eine Abfasung in die HauptFreifläche
des Bohrwerkzeugs übergeht, wird ein sanfteres Einsetzen der Zusatz-Nebenschneide
erzielt, was der Reibfunktion der Zusatz-Nebenschneide zugute kommt.
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Bevorzugterweise wird das Bohrwerkzeug aus Schnellstahl oder aus Hartmetall
hergestellt, wobei es zusätzlich mit einer P-VD bzw. CVD-Beschichtung aus Titannitrid
oder Titancarbid versehen werden kann.
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Die Zusatz-Nebenschneide kann ferner auch als Schneiden einsatz ausgeführt
sein, der über eine Lötverbindung mit dem Bohrwerkzeug-Trägerkörper verbunden ist.
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Wie vorstehend bereits ausgeführt, besitzt die hinterschni t Lene
Spannut des Weridelbohrwerkzeugs eine so geringe radiale Erstreckung, daß sie auch
in ein Wendelbohrwerkzeug eingearbeitet werden kann, in dessen Bohrerstegen Kühlmittelkanäle
ausgebildet sind, die in den Hauptfreiflächen austreten. Bei einer Anwendung der
Erfindung auf ein solches
Wendelbohrwerkzeug kann die Schnittleistung
und die erzielbare Oberflächengüte zusätzlich angehoben werden.
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Nachstehend wird anhand schematischer Zeichrungen ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des
Wendelbohrwerkzeugs in einer rechtsschneidenden Ausführungsform, Fig. 2 in einem
vergrößerten Maßstab eine Stirnansicht des in Figur 1 gezeigten Bohrwerkzeugs bei
einer Blickrichtung entlang des Pfeils II in Figur 1, Fig. 3 eine im Maßstab der
Figur 2 gezeigte Ansicht eines Radialschnitts des in Figur 1 gezeigten Bohrwerkzeugs,
und Fig. 4 eine Ansicht eines mit dem Bohrwerkzeug gemäß Figur 1 bis 3 herstellbaren
Sacklochs.
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Figur 1 zeigt ein zweischneidiges rechtsschneidendes Wendelbohrwerkzeug
1 mit zwei Hauptschneiden 2 und einer Querschneide 3, die durch Ausspitzungen 4,
die in der Darstellung gemäß Figur 2 schraffiert gezeichnet sind, verkürzt ist.
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Mit den Ausspitzungen 4 werden darüber hir#aus die Hauptschneiden
2 korrigiert. Von den Schneidenecken 5 geht jeweils eine Nebenschneide 6 aus, die
jeweils eine Freiflächenfase 7 der Nebenschneiden 6 begrenzt. Mit der Bezugsnummer
8 ist in den Figuren 1 und 2 die Hauptfreifläche bezeichnet, die beispielsweise
durch einen Zylinder- oder Kegelmantelanschliff erhalten wird. Der in Figur 1 verhältnismäßig
kurz dargestellte Bohrerkörper geht in einen Bohrerschaft 9 über, der
bei
dem Bohrer gemäß Figur 1 als Zylinderschaft ausgebildet ist.
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Der Bohrer dient ahs kombiniertes Zentrier-, Anbohr- und Au fboh rwe
rkzeuq und ist zu diesem Zweck mit den im folgenden zu beschreibenden besonderen
Merkmalen versehen: In jedem Bohrersteg 10 ist zusätzlich zur Nebenschneide 6 eine
dieser in einem im wesentlichen konstanten Abstand nachlaufende Zusatz-Nebenschneide
11 ausgebildet, die auf demselben Durchmesser 6 wie die Nebenschneide 6 liegt, was
im einzelnen aus Figur 3 hervorgeht. Aus Figur 3 erkennt man ferner, daß die Nebenschneide
11 mit einem positiven Rückspanwinkel 6 ausgebildet ist, so daß vor der Zusatznebenschneide
11 eine hinterschnittene Spanfläche 12 ausgebildet wird.
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Der positive Rückspanwinkel 6 wird sozusagen von einer zusätzlichen
hinterschnittenen Spannut 13 gebildet, deren die Zusatz-Nebenschneide 11 definierende
Spanfläche 12 in einem Radialschnitt des Bohrwerkzeugs gemäß Figur 3 betrachtet
mit einem durch den in diesem Schnitt liegenden Zusatz-Nebenschneidenpunkt lla gehenden
Radialstrahl 14 den Rückspanwinkel 6 einschließt. Die Größe dieses Winkels liegt
vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0 und 200, wobei die tatsächlich gewähle
Größe von dem zu bearbeitenden Werkstoff, der jeweils vorliegenden Schnittgeschwindigkeit
und insbesondere vom Seitenspanwinkel des Bohrwerkzeugs abhängt.
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Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt die Zusatz-Nebenschneide
11 eine Zusatz-Freiflächenfase 15, die von einer Kante 16 einer Zusatz-Nebenfreifläche
17 begrenzt wird, die zur Vereinfachung der Darstellung in Figur 1 nicht näher gezeigt
ist. Die Freiflächen-
fasen 7 und 15 der Nebenschneiden 6 und 11
liegen auf ein und derselben Zylinder-Erzeugenden, die bei der Darstellung gemäß
Figur 3 durch die kreislinienförmige Umrißkontur 18 mit dem Durchmesser D6 zum Ausdruck
kommt.
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Das radiale Tiefenmaß der hinterschnittenen Spannut 13 ist verhältnismäßig
klein und liegt beispielsweise im Bereich zwischen dem 0.1- und 0.3-fachen des Bohrerdurchmessers
D6.
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Die Zusatz-Nebenschneide 11 ist bevorzugterweise um ein Maß MA axial
bezüglich der Schneidenecke 5 der Hauptschneide 2 zurückversetzt, wobei das Maß
zwischen 0 und dem 0.5-fachen des Bohrerdurchmessers D6 liegt. Bei dem in den Figuren
1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ergibt sich diese axiale Zurückve-rsetzung
bereits dadurch, daß die Haupt-Freifläche 8 durchgehend in einem einzigen Arbeitsprozeß
hergestellt wurde, so daß die Axialversetzung MA durch den Freiwinkel der Hauptschneide
und die Umfangsversetzung Vu der beiden Schneiden zueinander festgelegt wird.
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Mit dem vorstehend beschriebenen Wendelbohrwerkzeug können in einem
Arbeitsgang Löcher mit sehr hohen Oberflächengüten und Passungsgüten in der Regel
von II#,. bei guten Bedingungen von H7 hergestellt werden. Wenn Sacklöcher gebohrt
werden, so kann die Bohrungsoberfläche 19 hoher Oberflächenqualität bedingt durch
die sehr geringe Axial-Zurückversetzung MA der Zusatz-Nebenschneide 11 zur Nebenschneide
6 fast über die gesamte Lochtiefe ausgebildet werden, so daß die reibahlenähnliche
Funktion der 7usatz-Nebenschne3de 11 nicht durch eine Vergrößerung der Bohrlochtiefe
erkauft werden muß. Lediglich ein kurzes axiales Teilstück von der Länge MA besitzt
eine etwas geringere Oberflächengüte, die allerdings immer in Kauf genommen werden
kann.
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Abweichend von der in den Figuren gezeigten Ausführungsform kann die
Zusatz-Nebenschneide 6 über eine in den Figuren nicht gezeigte Abfasung in die Hauptfeifläche
8 des Wendelbohrwerkzeugs übergehen, wodurch das Einsetzen der axial z.f3. qcringfüqig
zurückversetzten Zusatz-Nebenschneide 11 weicher wird. Ferner kann in Abwandlung
der gezeigten Ausführungsform die Zusatz-Nebenfreifläche 17 vollkommen entfallen.
In weiterer Abwandlung kann die Hauptfreifläche 8 vor der Zusatz-Nebenschneide kl
enden. Schließlich kann die Zusatz-Nebenschneide 11 auch als Schneideneinsatz ausgebildet
sein.
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Die vorstehend beschriebene Gestaltung des Wendelbohrwerkzeugs ermöglicht
eine realtiv freie Werkstoffwahl. So kann sowohl Schnellstahl als auch Hartmetall
verwendet werden.
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Um die Leistungsfähigkeit des Wendelbohrwerkzeugs und die Standzeit
der Schneiden zusätzlich anzuheben, kann das Werkzeug im Bereich des Schneidkopfs
mit einer PVD- (Physical Vaporous Depositi - oder einer CVD (Chemical Vaporous Deposit)-Beschichtung
versehen werden, die beispielsweise aus Titannitrid oder aus Titancarbid besteht.
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In weiterer Abwandlung vom dargestellten Ausführungsbeispiel kann
das Wendelbohrwerkzeug zusätzlich mit in den Bohrerstegen 10 ausgebildeten Kühlmittelkanälen
versehen sein, die in der Hauptfreifläche 8 radial innerhalb der hinterschnitternen
Spannuten 13 aus der Bohrerspitze austreten.
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Das vorstehend baschr 1 ebene Werkzeug eignet sich in gleichvorteilhaftzer
Weise sowohl als Zentrier- bzw. Anbohrwerkzeug als auch als Aufhohrwerkzeug bzw.
als Bohrungs-Nachbearbeitungwrkzeug zur Herstellung qualitativ hochwertiger Bohrungen
mit enger Toleranz. Die Schnittleistung
des Bohrwerkzeugs ist durch
die zweischneidige Ausbildung, die ohne spürbare Schwächung der Bohrerstabllltät
eine Hauptschneidenkorrektur bzw. eine Ausspitzung der Bohrerspitze zuläßt, sehr
hoch, wobei die Standzeit des Bohrers zusätzlich dadurch angehoben wird, daß die
thermische Beanspruchung der Schneiden weitestgehend reduziert ist.
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Zusätzlich zur Abfasung der Zusatz-Nebenschneide kann auch die Nebenschneide
selbst eine Abfasung der Schneide necke besitzen, die auf die Abfasung der Zusatz-Nebenschneide
abgestimmt ist.
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Die Erfindung schafft somit ein zweischneidiges Wendelbohrwerkzeug
als kombiniertes Zentrier-, Bor- und Aufbohrwerkzeug, das eine der jeweiligen Nebenschneide
im konstanten Abstand nachlaufende und im selben Bohrersteg ausgebildete Zusatz-Nebenschneide
aufweist. Diese Zusatz-Nebenschneide liegt auf demselben Durchmesser wie die Nebenschneide
und sie hat zur Ausbildung einer hinterschnittenen Spanfläche einen positiven Rückspanwinkel.
[)as neue Wendelbohrwerkzeug ist in der lage, Anbohrvorgänge selbst tiefer
Löcher mit hoher Schnitt leistung und ebenso ef effektiv Aufbohrvorgänge mit sehr
hoher Präzision vorzunehmen, wobei die Standzeit des Wendelbohrwerkzeugs durch eine
Reduzierung der thermischen Beanspruchungen der Schneiden zusätzlich angehoben ist.