DE3991666C2 - Kombiniertes Bohr-und Reibwerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein kombiniertes Bohr- und Reibwerkzeug mit einem Schaft, einem zylindrischen Bohrerkörper, der an einem Ende mit dem Schaft verbunden ist, zwei Bohrschneiden, die am vorderen Ende des Bohrerkörpers aneinander diametral in bezug auf die Längsmittelachse des Bohrerkörpers gegenüberliegen und axial nach rückwärts unter einem ersten Schneidwinkel α geneigt sind, wobei die äußeren Enden der Schneidkanten auf einem Abschnitt verringerten Durchmessers und des Bohrerkörpers liegen, zwei Reibschneiden in einer Ebene, die die Ebene der Bohrschneiden in der Mittelachse des Bohrerkörpers schneidet, welche Reibschneiden sich radial nach außen von einer Position innerhalb der äußeren Umfangswand der Bohrschneiden erstrecken und axial nach vorne unter einem zweiten Schneidwinkel β geneigt sind, und einem Abschnitt verringerten Durchmessers, der sich axial nach rückwärts von der äußeren Umfangswand der Bohrschneiden erstreckt.

Ein kombiniertes Bohr- und Reibwerkzeug dieser Art wird in der älteren Anmeldung beschrieben, die der DE 39 23 754 C2 zugrundeliegt.

Die US-A 2 389 909 zeigt und beschreibt ein drehbares Schneidwerkzeug in der Form eines abgestuften Bohrers zur Herstellung von abgestuften Bohrungen in Metallen und anderen Materialien.

Es sind verschiedene Bohrwerkzeuge bekannt, die eine Bohrung gewünschten Durchmessers reiben und zugleich die Bohrungswand schneiden. Derartige Bohrwerkzeuge sind nur für einen bestimmten Zweck verwendbar und/oder automatische Werkzeuge, deren Schneidwirkung verbessert werden kann und die zur Herstellung gleichförmiger Produkte hoher Qualität eingesetzt werden können.

Die offengelegte japanische Gebrauchsmusteranmeldung 62-65107 beschreibt einen Bohrer mit Reibabschnitt und zwei Bohrschneiden sowie vier Reibschneiden, die auf demselben Kreis angeordnet sind.

Fig. 11 und 12 der dortigen Zeichnung zeigen einen anderen Reibbohrer. Dieser Reibbohrer oder Glättbohrer umfaßt einen zylindrischen Bohrerkörper 2, der mit einem Schaft 1 verbunden ist. Der Bohrerkörper 2 umfaßt Schneidkanten 5 an seiner Spitze 3 in einer diametral gegenüberliegenden Position, bezogen auf die Längsachse des Bohrerkörpers 2. Jede der Schneidkanten 5 ist mit einer Schrägfläche 6 verbunden, die sich von den Schneidkanten nach rückwärts in bezug auf die Drehrichtung (Pfeil A in Fig. 12) erstreckt. Eine Führungsfläche 7 erstreckt sich in Axialrichtung vom Rand der Schrägfläche 6. Der Bohrerkörper 2 umfaßt weiterhin längsgerichtete Freiflächen 8 zwischen den Schneidkanten 5 und dem entsprechenden Führungsflächen 7 an der Außenwand des Bohrerkörpers 2 und längsgerichtete Nuten 9.

Dieser Bohrer weist keine guten Zentrier- und Stabilisierungseigenschaften auf, da der Anfangs-Einschnitt nicht in vorteilhafter Weise erfolgt. Daher kann das entstehende Bohrloch exzentrisch gerieben werden und auf der inneren Wand rauh sein. Ferner erzeugt der Bohrer oft einen aufgebauten Rand.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kombiniertes Bohr- und Reibwerkzeug zu schaffen, das die Herstellung einer gleichmäßigen, glattwandigen Bohrung ermöglicht, ohne diese exzentrisch auszureiben.

Der Bohrer soll mit anderen Worten in bezug auf die Zentrier- und Stabilisierungseigenschaften verbessert sein. Er soll durch Nachschleifen der Spitze des Bohrerkörpers wiederverwendbar gemacht werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße kombinierte Bohr- und Reibwerkzeug gekennzeichnet durch eine Führungsfläche größeren Durchmessers, die sich von einer Schrägfläche, die sich in Drehrichtung hinter den entsprechenden Bohrschneiden befindet, in Richtung des Schafts erstreckt, wobei das axial-vordere Ende der Führungsfläche in einer Position axial hinter den Reibschneiden liegt.

Das erfindungsgemäße kombinierte Bohr- und Reibwerkzeug umfaßt einen Schaft und einen zylindrischen Bohrerkörper, die an einem Ende miteinander verbunden sind.

Das gegenüberliegende Ende des Bohrerkörpers weist zwei Bohr- Schneidkanten auf, die einander diametral in bezug auf die Längsachse des Bohrerkörpers gegenüberliegen und vom Mittelpunkt des vorderen Endes des Bohrerkörpers ausgehen. Die Schneidkanten sind axial nach rückwärts unter einem ersten Schneidwinkel geneigt. Die äußeren Ränder der Schneidkanten bilden einen Bereich geringeren Durchmessers, verglichen mit dem maximalen Außendurchmesser des Bohrerkörpers.

Zwei Reibschneiden befinden sich in einer Ebene, die die Bohrschneiden aufnehmende Ebene im Bereich der Längsmittelachse des Bohrerkörpers schneidet. Die Reibschneiden erstrecken sich radial nach außen von einer Position innerhalb der äußeren Umfangswand der Bohr- und Schneidkanten. Die Reibschneiden sind auch in Axialrichtung nach vorwärts geneigt und bilden hier einen zweiten Schneidwinkel. Ein Abschnitt des Bohrerkörpers, der einen geringeren Durchmesser aufweist, erstreckt sich in Axialrichtung nach rückwärts von der äußeren Umfangswand der Schneidkanten. Ein Führungsbereich mit größerem Durchmesser erstreckt sich von einer schrägen Fläche in einer Position hinter den jeweiligen Schneidkanten in Drehrichtung in Richtung des Schafts. Das axial-vordere Ende des Führungsbereichs größeren Durchmessers befindet sich in einer Position axial hinter der entsprechenden Reibschneide.

Das kombinierte Bohr- und Reibwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung kann in Verbindung mit der Reibschneide eine Schrägfläche aufweisen, die axial nach rückwärts geneigt ist, wie sich die von der Schrägfläche nach rückwärts entgegen der Drehrichtung erstreckt.

Der erfindungsgemäße Bohrer weist Reibschneiden auf, die sich am vorderen Ende des Bohrerkörpers an dessen äußeren Umfang in einer Ebene befinden, die die Ebene schneidet, in der sich die Schneidkanten oder Bohrkanten befinden. Auf diese Weise werden die Spanabfuhrkanäle der Reibschneiden und der Bohrschneiden getrennt. Die Bohr- und Reibvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist im übrigen einen großen Spanwinkel der Reibschneiden auf, so daß die Schmelzfestigkeit verbessert wird und der Schneidvorgang große Stabilität erhält.

Beim Bohrvorgang wird eine ursprüngliche Bohrung durch die Schneidkanten auf dem Abschnitt geringeren Durchmessers am vorderen Ende des Bohrerkörpers gebohrt. Die Bohrung wird sodann durch die Reibschneiden, die konzentrisch zu den Schneidkanten angeordnet sind, geglättet.

Die axial entlang dem Bohrerkörper verlaufenden, erweiterten Führungsflächen gleiten auf der Innenwand der Bohrung, so daß der Bohrer um die Mittel- oder Drehachse gedreht und stabilisiert wird.

Da sich der Bohrbereich, der einen verringerten Durchmesser aufweist, nach rückwärts vom äußeren Umfang der Schneidkanten entlang der Längsachse des Schaftes erstreckt, kann das Bohr- und Reibwerkzeug für eine Wiederverwendung durch Nachschleifen der Spitze des Bohrerkörpers überarbeitet werden.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen kombinierten Bohr- und Reibwerkzeugs;

Fig. 2 ist eine vergrößerte Teildarstellung des in Fig. 1 mit einem Kreis B umgebenden Bereich;

Fig. 3 ist eine andere Seitenansicht des Werkzeugs gemäß Fig. 1 in einer um 90 Grad gedrehten Stellung;

Fig. 4 ist eine vergrößerte Vorderansicht des Bohrwerkzeugs der Fig. 1;

Fig. 5 ist eine vergrößerte Seitenansicht der ersten überlappten Bereiche des Werkzeugs, gesehen aus den Richtungen der Pfeile C und D in Fig. 4;

Fig. 6 ist eine vergrößerte Darstellung zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem Schneidwinkel α der Bohrschneiden und dem Schneidwinkel β der Reibschneiden;

Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des Bohrwerkzeugs;

Fig. 8 ist eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 7 innerhalb des Kreises E gezeigten Teils;

Fig. 9 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Vorschubgeschwindigkeit und der Übergröße des Bohrungsdurchmessers bei der ersten Ausführungsform;

Fig. 10 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Vorschubgeschwindigkeit und der Oberflächenrauhigkeit der bearbeiteten Bohrungswand bei der ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 11 ist eine Seitenansicht eines herkömmlichen Glättbohrers;

Fig. 12 ist eine vergrößerte Vorderansicht des Bohrers gemäß Fig. 11;

Fig. 13 ist ein Diagramm ähnlich Fig. 9, bezieht sich jedoch auf den herkömmlichen Bohrer;

Fig. 14 ist ein Diagramm ähnlich Fig. 10, bezogen auf den herkömmlichen Bohrer.

Zunächst soll anhand von Fig. 1 bis 6 eine erste Ausführungsform der Erfindung erläutert werden.

Ein kombiniertes Bohr- und Reibwerkzeug umfaßt einen Schaft 11 und einen zylindrischen Bohrerkörper 12, die miteinander zu einer Einheit verbunden sind. Der Bohrerkörper 12 besteht aus hartem Metall, beispielsweise einer Wolfram-Kohlenstoff-Legierung. Ein Abschnitt 14 geringeren Durchmessers erstreckt sich auf dem Bohrerkörper 12 vom vorderen Ende 13 bis zu einer Stufe 15. Der Durchmesser dieses Abschnitts 14 ist geringer als der maximale Außendurchmesser des Bohrerkörpers 12. Wenn der Bohrer verschlissen ist und nicht mehr verwendet werden kann, kann daher die Spitze des Bohrers zur Wiederverwendung überarbeitet werden.

Zwei gerade Bohrschneiden 16a und 16b erstrecken sich axial vom vorderen Mittelpunkt des Abschnitts 14 auf der vom Schaft 11 abgewandten Seite. Die geraden Bohrschneiden 16a und 16b sind axial nach rückwärts in bezug auf den vorderen Mittelpunkt geneigt. Sie bilden dabei einen ersten Schneidwinkel α, der in Fig. 1 gezeigt ist. Die äußeren oder randseitigen Enden der Bohrschneiden 16a und 16b sind mit dem vorderen Ende des Abschnitts 14 verbunden.

Der Bohrerkörper 12 umfaßt Spanabfuhrbereiche 21, die sich in bezug auf die Drehrichtung (Pfeil A in Fig. 4) vor den jeweiligen Bohrschneiden 16a und 16b befinden. Jeder der Spanabfuhrbereiche 21 ist mit einer Spanabfuhrtasche 19 in einer Position axial hinter den jeweiligen Spanabfuhrbereichen 21 verbunden. Der Bohrerkörper 12 weist weiterhin Schrägflächen 18 auf, die sich in Drehrichtung hinter den Bohrschneiden befinden und axial nach rückwärts und in Radialrichtung geneigt sind.

Eine kreisbogenförmige, im Durchmesser vergrößerte Führungsfläche 22 erstreckt sich axial vom äußeren Umfang der Schrägflächen 18 nach rückwärts und ist am rückwärtigen Ende mit dem Schaft 11 verbunden. Beim Bohren gleiten die Führungsflächen 22 auf der Innenwand des gebohrten Loches, so daß der Bohrer in seiner Achse gehalten und die Bohrung ohne Abweichungen gebohrt und gerieben wird.

Der am meisten außen liegende Umfang des Bohrerkörpers weist zwei Reibschneiden 30a und 30b auf, die sich diametral entgegengesetzt in einer Ebene befinden, die im wesentlichen senkrecht zu der durch die Bohrschneiden 16a und 16b gebildeten Ebene befindet, wie Fig. 4 zeigt. Die Reibschneiden 30a und 30b sind axial nach vorne und außen geneigt in bezug auf eine Position auf einem Kreis mit einem Radius, der kleiner ist als der maximale radiale Abstand der entsprechenden Bohrschneiden, wie Fig. 3 zeigt. Die vorderen geneigten Reibschneiden 30a und 30b befinden sich in einer axial-vorderen Position, bezogen auf die axial-vorderen Enden 22a der Führungsfläche 22, wie Fig. 3 zeigt. Daher kann der Reibvorgang durch die Reibschneiden 30a und 30b unmittelbar nach dem Bohren durchgeführt werden. Eine axial verlaufende Spanabfuhrnut 23 ist in den Bohrerkörper 12 in einer Position in Drehrichtung vor den Reibschneiden 30a und 30b eingearbeitet. Die Spanabfuhrnuten 23 sind mit den entsprechenden Schrägflächen 18 verbunden.

Wie Fig. 6 zeigt, weisen die Reibschneiden 30a und 30b einen zweiten Schneidwinkel β auf, für den die Beziehung gilt:

190° β 240°.

Wenn der zweite Schneidwinkel β kleiner als 190° ist, nimmt die Oberflächenrauhigkeit des Bohrlochs zu. Wenn der zweite Schneidwinkel β größer als 240° ist , werden die äußeren Ränder der Reibschneiden 30a und 30b zu scharf, so daß sie abbrechen können.

Wie Fig. 5 zeigt, erstreckt sich die Reibschneide 30a radial nach außen von einem Kreis am äußeren Umfang der Bohrschneide 16a, mit einem Abstand δ, und die Reibschneide 30a ist axial nach vorne geneigt, während sie sich in Radialrichtung erstreckt, so daß sie eine entgegengesetzt gerichtete Schneide bildet. Auf diese Weise kann die innere Wand der durch die Bohrschneiden 16a und 16b hergestellten Bohrung mit Hilfe der Reibschneiden 30a und 30b geglättet werden. Im übrigen können die Reibschneiden 30a und 30b einen größeren anfänglichen Einschnitt in dem gebohrten Loch vornehmen.

Wie vor allem aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Reibschneiden 30a oder 30b verbunden mit Schrägflächen 31, 32, die axial nach rückwärts in bezug auf die Drehrichtung geneigt sind. Der Neigungswinkel γ1 der geneigten Schrägflächen 31 und 32, bezogen auf die positive Richtung, wird definiert durch:

γ1 5°.

Die Reibschneiden weisen daher eine hohe Festigkeit auf.

Im Gebrauch wird das erfindungsgemäße Bohrwerkzeug entsprechend dem Pfeil A in Fig. 4 gedreht. Ein Werkstück wird zunächst durch die Bohrschneiden 16a und 16b gebohrt. Das gebohrte Loch wird sodann durch die Räumkanten 30a und 30b geräumt, so daß die Innenwand der Bohrung geglättet wird. Da der Drehmittelpunkt der Bohrschneiden 16a und 16b mit dem der Reibschneiden 30a und 30b zusammenfällt, und da die Gleitflächen 22 auf einem Kreis größeren Durchmessers über die Innenwand des Bohrloches gleiten, wird der Bohrer in Axialrichtung gerade bei der Drehung vorgeschoben, so daß der Schneidvorgang stabilisiert wird.

In Fig. 7 und 8 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Der Grundaufbau ist unverändert geblieben, so daß nur die Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform erläutert werden sollen.

Wie Fig. 8 zeigt, umfaßt eine Reibschneide 40 eine Kantenfläche 41, die axial nach vorne mit der Erstreckung nach rückwärts, bezogen auf die Drehrichtung, geneigt ist. Die Innenwand des Bohrloches wird durch die Kantenfläche gerieben. Der Neigungswinkel γ2 der Kantenfläche beträgt in "Negativ"-Richtung

q2 10°.

Wenn der Winkel γ2 größer als 10° ist, wird die Festigkeit der Reibschneide übermäßig reduziert. Weiterhin ist die Kantenfläche 41 axial nach vorne mit dem Verlauf radial nach außen geneigt, wie es in ähnlicher Weise bei den Reibschneiden 30a und 30b der ersten Ausführungsform der Fall ist.

Ergebnisse aufgrund von Vergleichsversuchen zwischen der ersten Ausführungsform der Erfindung und einem herkömmlichen Bohrwerkzeug sollen im folgenden wiedergegeben werden. Die herkömmlichen Bohrer sind in Fig. 11 und 12 gezeigt.

Fig. 9 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Vorschubgeschwindigkeit und dem Übermaß des Bohrungsdurchmessers des gebohrten und geriebenen Bohrloches bei der ersten Ausführungsform der Erfindung, während Fig. 10 die entsprechende Beziehung zwischen der Vorschubgeschwindigkeit und der Oberflächenrauhigkeit der inneren Wand der Bohrung darstellt. Fig. 13 und 14 veranschaulichen die entsprechenden Ergebnisse in bezug auf den Stand der Technik.

In Fig. 9 und 13 gibt der Wert "0" bei dem Übermaß des Bohrungsdurchmessers an, daß kein Unterschied bestand zwischen dem gebohrten und geriebenen Bohrlochdurchmesser und dem Norm-Durchmesser. Wie aus Fig. 13 hervorgeht, ist der gebohrte und geriebene Bohrungsdurchmesser, der mit einem herkömmlichen Werkzeug hergestellt worden ist, wesentlich größer als der Norm-Durchmesser, und zwar unabhängig von der Vorschubgeschwindigkeit. Im Gegensatz dazu ist bei der ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 9 der gebohrte und geriebene Bohrungsdurchmesser wesentlich kleiner als der Norm-Durchmesser, im wesentlichen unabhängig von der Vorschubgeschwindigkeit. Das Übermaß des Bohrungsdurchmessers ist bei der ersten Ausführungsform der Erfindung wesentlich größer als beim Stand der Technik.

Ein Vergleich der Fig. 10 und 14 zeigt, daß die Oberflächenrauhigkeit der Innenwand der Bohrung beim Stand der Technik eine breite Streuung aufweist. Die Oberflächenrauhigkeit nimmt im übrigen mit der Vorschubgeschwindigkeit zu. Im Gegensatz dazu ist die Oberflächenrauhigkeit erfindungsgemäß wesentlich geringer. Selbst bei Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit sind die Streuung und der Maximalwert der Oberflächenrauhigkeit gering.

Das erfindungsgemäße kombinierte Bohr- und Reibwerkzeug weist somit eine Bohrschneide auf, die auf einem Abschnitt geringeren Durchmessers an einem Ende eines Bohrerkörpers liegt, während sich eine Reibschneide auf dem Abschnitt größeren Durchmessers hinter der Bohrschneide, bezogen auf die Vorschubrichtung, befindet. Folglich wird eine Bohrung zuerst durch die Bohrschneide gebohrt und anschließend durch die Reibschneide gerieben. Es wird möglich, ein koaxiales Bohrloch zu bohren, dessen Durchmesser im wesentlichen gleich oder größer als der Durchmesser der Reibschneiden ist. Die Oberflächenrauhigkeit ist minimal.

Da die Bohrschneiden und die Reibschneiden zum Bohren und Reiben in einem Schritt verwendet werden, kann die Arbeit in kurzer Zeit genau durchgeführt werden.

Da Führungsflächen größeren Durchmessers axial an dem Bohrerkörper vorgesehen sind und gleitend duch die Innenwand der gebohrten und geriebenen Bohrung geführt werden, kann der Bohr- und Reibvorgang ordnungsgemäß ohne Abweichung von der Richtung durchgeführt werden, und die Stabilität beim Schneiden ist verbessert, während das Übermaß der Bohrung verringert wird. Die Oberflächenrauhigkeit und deren Verteilung werden reduziert.

Da der Abschnitt geringeren Durchmessers auf dem Bohrerkörper in Axialrichtung verläuft, können die Bohrschneiden und die Reibschneiden wiederholt überarbeitet werden. Die Lebensdauer des Werkzeugs ist daher lang.

Da im übrigen der Abstand zwischen den Bohrschneiden und den Reibschneiden in Axialrichtung gering ist, kann mit Hilfe des Werkzeugs eine Bohrung entlang einer geraden Achse mit minimalem axialen Abstand zwischen der gebohrten Wand und der geriebenen Wand hergestellt werden. Obgleich die Vorschubgeschwindigkeit in einem vorgegebenen Geschwindigkeitsbereich erhöht wird, können das Übermaß des Bohrungsdurchmessers und die Oberflächenrauhigkeit verringert werden.

Claims (2)

1. Kombiniertes Bohr- und Reibwerkzeug mit
einem Schaft (11),
einem zylindrischen Bohrerkörper (12), der an einem Ende mit dem Schaft verbunden ist,
zwei Bohrschneiden (16a, 16b), die am vorderen Ende des Bohrerkörpers (12) aneinander diametral in bezug auf die Längsmittelachse des Bohrerkörpers gegenüberliegen und axial nach rückwärts unter einem ersten Schneidwinkel (α) geneigt sind, wobei die äußeren Enden der Schneidkanten (16a, 16b) auf einem Abschnitt (14) verringerten Durchmessers und des Bohrerkörpers liegen,
zwei Reibschneiden (30a, 30b) in einer Ebene, die die Ebene der Bohrschneiden (16a, 16b) in der Mittelachse des Bohrerkörpers schneidet, welche Reibschneiden sich radial nach außen von einer Position innerhalb der äußeren Umfangswand der Bohrschneiden erstrecken und axial nach vorne unter einem zweiten Schneidwinkel (β) geneigt sind, und
einem Abschnitt (14) verringerten Durchmessers, der sich axial nach rückwärts von der äußeren Umfangswand der Bohrschneiden (16a, 16b) erstreckt,
gekennzeichnet durch eine Führungsfläche (22) größeren Durchmessers, die sich von einer Schrägfläche (18), die sich in Drehrichtung hinter den entsprechenden Bohrschneiden (16a, 16b) befindet, in Richtung des Schafts (11) erstreckt, wobei das axial-vordere Ende der Führungsfläche (22) in einer Position axial hinter den Reibschneiden (30a, 30b) liegt.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, bei dem die Reibschneiden (30a, 30b) mit Schrägflächen (31, 32) verbunden sind, die axial nach rückwärts in bezug auf die Drehrichtung geneigt sind.