DE4413932C2 - Kanonenbohrer - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kanonenbohrer, der zum Herstellen langer Bohrungen, beispielsweise in Stahl, benutzt wird, und sie betrifft im einzelnen einen Kanonenbohrer, der insofern verbessert ist, als daß er in der Lage ist, mit einem größeren Vorschub zu bohren.

Ein Kanonenbohrer der genannten Art, insbesondere ein solcher Kanonenbohrer, der für einen hohen Vorschub geeignet ist, ist vom Anmelder der vorliegenden Anmeldung im japanischen, offengelegten Gebrauchsmuster Nr. 4-70418 U offenbart worden. Bei diesem Kanonenbohrer hat eine an einen Schaft hart angelötete Schneidspitze eine Schneidkante, die an seinem einen Ende ausgebildet ist, wobei diese Schneidkante einen gekrümmten Schneidkantenteil hat, der nahe an der Drehachse liegt und der bei einer Betrachtung in Achsrichtung vom freien Ende der Schneidspitze her in Vorwärtsrichtung der Drehung konvex gekrümmt ist, einen radial nach außen verlaufenden, geraden Schneidkantenteil, der auf einer imaginären Ebene liegt, in der auch die Drehachse verläuft und einen konkaven Schneidkantenteil, der zwischen dem geraden und dem gekrümmten Schneidkantenteil liegt, wobei der konkave Schneidkantenteil einen schrägen Abschnitt umfaßt, der mit dem geraden Schneindkantenteil in Verbindung steht und der, in Drehrichtung gesehen, in Richtung auf die Drehachse rückwärts geneigt ist sowie einen konkaven Teil, der das radiale, innere Ende des schrägen Abschnittes und des konvex gekrümmten Schneidkantenteiles miteinander verbindet. Die Höhe des konvex gekrümmten Schneidkantenteils über der oben erwähnten, imaginären Ebene, wird in bezug auf den Rotationsdurchmesser des äußeren Umfangsendes des geraden Schneidkantenteiles festgelegt, also des Durchmessers D des Kanonenbohrers, und zwar so, daß sie in den Bereich zwischen 0,03 × D und 0,06 × D fällt. Gleichzeitig liegt der Bereich der radialen Breite desjenigen Teiles der konvex gekrümmten Schneidkante, das sich in Vorwärtsdrehrichtung über die imaginäre Ebene hinaus erstreckt, im Bereich zwischen 0,25 × D und 0,36 × D. Darüber hinaus liegt der Winkel, der durch den abgeschrägten Teil der konkaven Schneidkante gebildet wird, im Bereich zwischen 5 und 30°. Mit Hilfe dieser Anordnung ist es möglich, die Unterteilung oder Trennung der abgeschnittenen Metallspäne zu fördern, während gleichzeitig der Anstieg des Schneidwiderstandes unterdrückt wird, so daß auf diese Weise ein höherer Vorschub des Bohrers erreicht wird.

In Tabelle 1 sind die Ergebnisse von Probebohrungen aufgelistet, die mit einem Kanonenbohrer durchgeführt worden sind, wie er in dem oben erwähnten, offengelegten Gebrauchsmuster offenbart ist. In dieser Tabelle bedeutet das Zeichen ○, daß die Bohrung ohne jede Störung einwandfrei durchgeführt werden konnte; das Zeichen ∆ bedeutet, daß die Bohrung entweder aufgrund der Schwingungen oder der Größe der abgeschnittenen Metallspäne sehr unstabil ist, obwohl der Bohrvorgang nicht unmöglich war und das Zeichen x bedeutet, daß der Bohrvorgang aufgrund einer Verstopfung mit abgeschnittenen Metallspänen oder des Anstieges des Schneidwiderstandes materiell unmöglich war. Die Probebohrung wurde mit einer Schneidgeschwindgikeit von 70 m/min durchgeführt, wobei als Material zum Durchführen der Bohrung SCM 440 (HB 260) benutzt wurde.

Tabelle 1

Aus Tabelle 1 geht hervor, daß der Kanonenbohrer der Art, wie er in der oben erwähnten Veröffentlichung offenbart ist, eine gute Bohrung selbst bei einer großen Vorschubgeschwindigkeit von 0,12 mm/U dann liefern kann, wenn der Schneidkantendurchmesser (der Durchmesser D des Kanonenbohrers) 12 mm beträgt und eine Vorschubgeschwindgkeit von 0,06 mm/U kann selbst dann aufrechterhalten werden, wenn der Durchmesser D des Kanonenbohrers beispielsweise 6 mm beträgt. Im Gegensatz dazu zeigte ein üblicher Kanonenbohrer, der vor der Anmeldung des oben erwähnten Gebrauchsmusters bekannt war, einen Mangel an Stabilität beim Bohrvorgang dann, wenn die Vorschubgeschwindigkeit den Wert von 0,06 mm/U überschritt, wobei der Durchmesser der Schneidkante 12 mm oder dergleichen betrug. Der Kanonenbohrer nach der oben erwähnten Veröffentlichung hatte auf diese Weise gegenüber einem üblichen Kanonenbohrer verbesserte Schneideigenschaften.

In den letzten Jahren besteht eine erhöhte Nachfrage nach Kanonenbohrern, die Bohrungen bei noch weiter erhöhten Vorschubgeschwindigkeiten durchführen können, um laufende Anforderungen an eine höhere Wirtschaftlichkeit und eine schnellere, maschinelle Bearbeitung bewältigen zu können.

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben mehrere Versuche mit dem Ziel durchgeführt, gegenüber dem bekannten Bohrer, wie er in der oben erwähnten Veröffentlichung offenbart ist, eine höhere Vorschubgeschwindigkeit zu erreichen. Das Ergebnis dieser Versuche besteht darin, daß die Erfinder der vorliegenden Anmeldung darauf gestoßen sind, daß dann, wenn eine wirkungsvollere Trennung der abgeschnittenen Metallspäne ermöglich wird und wenn die Richtung des Stromes der abgeschnittenen Metallspäne gesteuert wird, diese Späne, die während der maschinellen Bearbeitung mit einer höheren Vorschubgeschwindigkeit schneller anfallen, glatt abgeführt werden können; auf diese Weise wird einem Anstieg des Schneidwiderstandes, der einer Verstopfung der abgeschnittenen Metallspäne zugeordnet ist, ebenso entgegengewirkt wie dem Anfall der abgeschnittenen Metallspäne, der dem Temperaturanstieg im gebohrten Loch zuzuordnen ist, so daß es auf diese Weise möglich ist, mit einer höheren Vorschubgeschwindigkeit zu bohren.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der o. g. Feststellung und ihr liegt mithin die Aufgabe zugrunde, einen Kanonenbohrer anzugeben, der mit einer höheren Vorschubgeschwindigkeit arbeiten kann, als dies bei dem oben beschriebenen, bekannten Kanonenbohrer möglich ist, wobei einer weitere Verbesserung des Schneidvorgangs erzielt wird.

Diese Aufgabe wird durch einen Bohrer gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Die oben erwähnten Versuche wurden unter besonderer Berücksichtigung der Form des gekrümmten Schneidkantenteiles durchgeführt, der ein Teil der Schneidkante ist, die der Drehachse des Bohrers naheliegt und die bei Betrachtung in Richtung der Bohrerumdrehung nach vorne konvex ist. Die Versuche wurden daher unter Verwendung von Bohrern durchgeführt, bei denen der gekrümmte Schneidkantenteil verschiedene Formen aufwies. Als Ergebnis haben die Erfinder ermittelt, daß eine höhere Trennwirkung für die abgeschnittenen Metallspäne dann erzielbar ist, wenn der konvex gekrümmte Schneidkantenteil eine Bogenform hat, bei der der Bogen bei einer Betrachtung in Axialrichtung vom Schneidende des Bohrers aus einen Krümmungsradius hat, der nicht größer ist als 0,4 × D.

Die Erfindung betrifft somit einen Kanonenbohrer mit einem wellenähnlichen Schaft, der um seine Achse verdrehbar ist und mit einer Schneidspitze, die am freien Ende des Schaftes hart angelötet ist und die eine Spanabfuhrrille aufweist, die in der Seitenwand der Schneidspitze so eingeformt ist, daß sie sich vom freien Ende der Spitze bis zu dessen Basisende erstreckt, wobei die Schneidspitze ferner eine Schneidkante hat, die an derjenigen Kantenlinie ausgebildet ist, an der sich die Wand der Spanabfuhrrille, die in Drehrichtung des Schaftes nach vorne weist, mit der stirnseitigen Span- Freifläche überschneidet,
wobei die Schneidkante einen konvex gekrümmten Schneidkantenteil hat, der nahe an der Drehachse liegt und der bei einer Betrachtung in Achsrichtung von der Schneidspitze her in Drehrichtung nach vorne konvex ist, ferner einen radial am weitesten außen liegenden Schneidkantenteil, der in einer imaginären Ebene liegt, die auch die Drehachse enthält sowie einen konkaven Schneidkantenteil, der zwischen dem geraden Schneidkantenteil und dem konvex gekrümmten Schneidkantenteil liegt, wobei der konkave Schneidkantenteil aus einem schrägen Teil besteht, der mit dem geraden Schneidkantenteil in Verbindung steht, und der, gesehen in Drehrichtung, nach hinten auf die Drehachse zu geneigt ist, sowie aus einem konkaven Teil, der das radial innere Ende des schrägen Teiles mit dem konkav gekrümmten Schneidkantenteil verbindet, wobei der konkav gekrümmte Schneidkantenteil bei Betrachtung in Achsrichtung eine Kreisbogenform hat, deren Krümmungsradius in bezug auf den Außendurchmesser des Kanonenbohrers so eingestellt ist,
daß er in den Bereich von 0,1 × D bis 0,4 × D fällt, und
die Schneidkante (18) bei Betrachtung von der Seite her aus einer Richtung, die zur imaginären, auch den geraden Schneidkantenteil enthaltenden Ebene (P) senkrecht steht, eine solche Berg- oder Hügelform hat, daß die Schneidkante (18) sich fortlaufend vom Basisende des Bohrers her im Bereich zwischen der Drehachse (O) bis zum Gipfelpunkt (Y) zwischen der Drehachse und dem äußeren Umfangsende der Schneidkante fortlaufend vom Basisende des Bohrers wegerstreckt und sich dann auf das Basisende des Bohrers zurückzieht, wobei die Stellung des Gipfelpunktes im wesentlichen mit dem Punkt zusammenfällt, an dem sich die imaginäre Ebene (P) mit der Schneidkante (18) überschneidet und wobei der Winkel, der zwischen dem äußeren Umfangsteil der Schneidkante und einer imaginären Linie gebildet wird, die durch den Gipfelpunkt (Y) hindurchgeht und die zur Drehachse senkrecht steht, wenigstens doppelt so groß ist wie der Winkel, der durch denjenigen Teil der Schneidkante gebildet wird, der der Drehachse nahe ist.

Bei einem Kanonenbohrer nach der vorliegenden Erfindung hat der gekrümmte Schneidkantenteil, der nahe an der Drehachse des Bohrers liegt, eine Kreisbogen mit einem Krümmungsradius, der in Abhängigkeit vom Außendurchmesser D des Kanonenbohrers so bestimmt wird, daß er nicht größer ist als 0,4 × D, wodurch die Abtrennwirkung auf die abgeschnittenen Metallspäne erhöht wird. Diese bemerkenswerte Wirkung kann der Tatsache zugeschrieben werden, daß der bogenförmige Schneidkantenteil an den abgeschnittenen Metallspänen eine höhere, isometrische Abtrennbelastung erzeugt, als dies bei anderen, konvexen Formen der Fall ist, beispielsweise dann, wenn der gekrümmte Schneidkantenteil Teil einer Ellipse ist.

Wenn der gekrümmte Schneidkantenteil, im einzelnen, eine Form hat, die anders ist als ein Kreisbogen, beispielsweise die Form einer Ellipse, dann verändert sich der Krümmungsradius von Ort zu Ort. Derjenige Anteil an abgeschnittenen Metallspänen, der in einem Bereich der gekrümmten Schneidkante erzeugt wird, in dem der Krümmungsradius klein ist, kann gut abgetrennt werden, da die Belastung auf diesem Teil des abgeschnittenen Metallspanes konzentriert wird, wohingegen derjenige Anteil an abgeschnittenen Metallspänen, der in einem Bereich erzeugt wird, in dem der Krümmungsradius groß ist, nicht abgetrennt werden kann, da der abgeschnittene Metallspan in einer vergleichsweise abgeflachten Form erzeugt wird. Wenn, im Gegensatz dazu, der konvex gekrümmte Schneidkantenteil kreisbogenförmig ist, dann ist der Krümmungsradius über den gesamten Bereich des konvexen Schneidkantenteiles konstant, so daß der abgeschnittene Metallspan isometrisch so belastet wird, daß er in einzelne Späne unterteilt wird.

Wenn der Krümmungsradius der Kreisbogenform des gekrümmten Schneidkantenteiles größer ist als 0,4 × D, dann hat der gekrümmte Schneidkantenteil gegenüber einem Kreisbogen aufgrund des großen Krümmungsradius eine ziemlich flache Form. In diesem Fall ist das Belastungsniveau, das im abgeschnittenen Metallspan erzeugt wird, entsprechend gering, so daß die Abtrennwirkung erheblich vermindert wird, wodurch wiederum die Abfuhr der abgeschnittenen Metallspäne erheblich verschlechtert wird. Wenn, andererseits, der Krümmungsradius des Kreisbogens kleiner ist als 0,1 × D, dann ist das Verhältnis des konvex gekrümmten Schneidkantenteils zur gesamten Schneidkante zu klein und dies läßt es bedeutungslos erscheinen, den konvex gekrümmten Schneidkantenteil vorzusehen. Darüber hinaus wird der gekrümmte Schneidkantenteil zu scharf, wodurch das Risiko eines Bruches der Schneidkante insbesondere in dem Abschnitt vergrößert wird, der in Drehrichtung des Bohrers rund um das Ende herum vorsteht.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird nun eine Ausführungsform der Erfindung in nicht begrenzender Weise beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht der Ausführungsform nach Fig. 1, gesehen in Richtung der Achse O von der Seite aus, an der das Schneidende des Bohrers liegt;

Fig. 3 ist eine vergrößerte Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig. 1 in einer Blickrichtung, die zur imaginären Ebene P senkrecht steht.

Die Fig. 1 bis 3 stellen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. In diesen Figuren bezeichnet die Bezugsziffer 1 den Körper des Kanonenbohrers, der die vorliegende Erfindung darstellt, während mit 10 eine Bohrerhalterung bezeichnet ist, die ihrerseits an einem drehbaren Teil einer Schneidvorrichtung angebracht und um die Achse O des Bohrerkörpers 1 drehbar ist. Der Bohrerkörper hat einen Schaft 11, der im Ende der Bohrerhalterung 10 befestigt ist sowie eine Schneidspitze 12, die aus Hartmetall besteht oder sehr hart ist und die an einem Ende des Schaftes 11 hart angelötet ist. In die Seitenfläche des Schaftes 11 ist eine Spanabfuhrrille 13 eingeformt, die im Querschnitt V-förmig ausgebildet ist. Im Schaft 11 ist darüber hinaus eine Ölzufuhrbohrung 14 vorhanden, die ihrerseits einen Querschnitt hat, der dem des Schaftes 11 ähnlich ist.

In der sehr harten Schneidspitze 12 ist ein mit der Ölzufuhrbohrung 14 in Verbindung stehender Ölauslaß 16 so eingeformt, daß er sich zur Stirnfläche 15 der Schneidspitze 12 hin öffnet. Im Schaft 11 ist darüber hinaus eine Spanabfuhrrille 17 eingeformt, die in der Seitenfläche der Schneidspitze 12 die Spanabfuhrrille 13 fortsetzt. An der Kantenlinie, in der sich diejenige Wandfläche 17A der Spanabfuhrrille 17, die in Drehrichtung des Bohrers nach vorne weist, mit der Stirnfläche 15 der sehr harten Schneidspitze 12 schneidet, ist eine Schneidkante 18 mit vorbestimmtem Schneidkantenwinkel und mit ebenfalls vorbestimmten Freiwinkel ausgebildet.

Die Schneidkante 18 ist wie folgt aufgebaut.

Der radial äußerste Bereich der Schneidkante 18 weist einen gerden Schneidkantenteil 19 auf, der seinerseits in einer imaginären Ebene P liegt, in der auch die Drehachse O liegt. Mit D ist der Drehdurchmesser des äußeren Endes des geraden Schneidkanteiles 19 um die Achse O herum bezeichnet, das heißt der Außendurchmesser des Kanonenbohrers, wobei die Länge "f" des geraden Schneidkantenteiles 19 so festgelegt ist, daß sie ungefähr 0,05 × D beträgt.

Ein schräger Teil 20, der bei einer Betrachtung vom freien Ende der Schneidspitze 12 her in Richtung der Drehachse im wesentlichen geradlinig in die in Bohrerdrehrichtung nachlaufende Richtung (in Fig. 2 verläuft die Bohrerdrehrichtung im Gegenuhrzeigersinn) längs der Schneidkante auf die Drehachse zu geneigt ist, ist mit dem radial inneren Ende des geraden Schneidkantenteils 19 verbunden, d. h. mit demjenigen Ende dieses Teiles, das der Drehachse am nächsten liegt. Mit dem radial inneren Ende des geneigten Teiles 20 ist ein konkav gekrümmter Teil 21 verbunden, der in Drehrichtung des Bohrers zu der nachlaufenden Seite hin ausgespart ist. Der konkav gekrümmte Teil 21 und der schräge Teil 20 bilden gemeinsam einen konkaven Schneidkantenteil 22.

Bei der beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der schräge Teil 20 und der konkav gekrümmte Teil 21 so geformt, daß sie durchlaufend sind, d. h. so, daß sie glatt aneinander anschließen und der Punkt X, an dem sich diese beiden Teile treffen, bildet denjenigen Bodenteil des konkaven Schneidkantenteiles 22, der von der oben erwähnten, imaginären Ebene P am weitesten entfernt ist. Die Tiefe "s" des konkaven Schneidkantenteiles 22, die von der imaginären Ebene P bis zum oben erwähnten Punkt X gemesssen wird, wird in Abhängigkeit vom Außendurchmesser D des Kanonenbohrers so bestimmt, daß sie im Bereich zwischen 0,01 × D und 0,05 × D liegt. Bei der dargestellten Ausführungsform liegt der Winkel α, der bei Blickrichtung in Richtung der Achse D zwischen dem schrägen Teil 20 des konkaven Schneidkantenteils 20 und der imaginären Ebene P eingeschlossen ist, zwischen 5° und 30°.

Mit demjenigen Ende des konkaven Schneidkantenteiles 22, das nahe an der Drehachse liegt, also mit seinem radial inneren Ende, ist ein konvex gekrümmter Schneidkantenteil 23 verbunden, der in Drehrichtung des Bohrers nach vorne konvex ist. Der konvex gekrümmte Schneidkantenteil 23 und der konkave Schneidkantenteil 22 sind glatt miteinander verbunden.

Der konkav gekrümmte Schneidkantenteil 23 ist so geformt, daß sein mittlerer Teil in Drehrichtung des Bohrers nach vorne über die oben erwähnte, imaginäre Ebene P vorsteht, die ihrerseits die Achse O enthält und in der auch der gerade Schneidkantenteil 19 liegt. Die Höhe H des konvex vorstehenden Teiles des Schneidkantenteiles 23 wird von der imaginären Ebene P an gemessen und liegt im Bereich zwischen 0,03 × D und 0,06 × D, wobei D der Außendurchmesser des Kanonenbohrers ist. Die radiale Breite desjenigen Teiles des konvex gekrümmten Schneidkantenteiles 23, der über die imaginäre Ebene P vorragt, wird ebenfalls in Beziehung zum Außendurchmesser D des Kanonenbohrers bestimmt und liegt im Bereich zwischen 0,25 × D und 0,35 × D. Darüber hinaus ist der radial innere Abschnitt des konvex gekrümmten Schneidkantenteiles 23, der der Achse O am nächsten liegt, von dieser Achse um einen Abstand entfernt, der zwischen 0,05 und 0,15 mm liegt.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind die oben erwähnten Erfordernisse erfüllt und darüber hinaus ist der konvex gekrümmte Schneidkantenteil 23 so geformt, daß er bei Blickrichtung längs der Achse O von der Schneidspitze des Bohrers her die Form eines Kreisbogens hat. Der Kreisbogen hat einen Krümmungsradius R, der in bezug auf den Außendurchmesser D des Kanonenbohrers so festgelegt wird, daß er im Bereich zwischen 0,1 × D und 0,4 × D liegt.

Die Schneidkante 18 hat bei einer Betrachtung von der Seite her aus einer Richtung, die zur imaginären Ebene P senkrecht steht, eine Berg- oder Hügelform in der Weise, daß sich die Schneidkante progressiv und geradlinig vom Basisende des Bohrers weg auf den Gipfelpunkt Y zu erstreckt und dann wieder zurück in Richtung auf das Basisende des Bohrers verläuft, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Auf diese Weise stellt der Gipfelpunkt Y das äußerste Ende der berg- oder hügelförmigen Schneidkante dar. Bei der dargestellten Ausführungsform fällt der Ort des Gipfelpunktes Y im wesentlichen mit dem Punkt zusammen, an dem die imaginäre Ebene P bei Blickrichtung längs der Achse O den konvex gekrümmten Schneidkantenteil 23 schneidet.

Gemäß Fig. 3 verläuft durch den oben erwähnten Gipfelpunkt Y eine imaginäre, gerade Linie L und erstreckt sich senkrecht zur Achse O. Zwischen der imaginären, geraden Lnie L und derjenigen Linie, die durch den Bereich der Schneidkante 18 gebildet wird, der auf der radial äußeren Seite des Gipfelpunktes Y liegt (wobei dieser Bereich durch den geraden Schneidkantenteil 19 und den konkaven Schneidkantenteil 22 gebildet wird) liegt bei Blickrichtung von der Seite her ein Winkel θ₁. Der Winkel, der zwischen der oben erwähnten, geraden Linie L und derjenigen Linie liegt, die durch den Bereich der Schneidkante 18 gebildet wird, die auf der radial inneren Seite des Gipfelpunktes Y liegt (wobei dieser Bereich durch den konvex gekrümmten Schneidkantenteil 23 gebildet wird), wird bei einer Betrachtung von der Seite her durch das Symbol θ₂ dargestellt. Der Wikel θ₁ wird so ausgelegt, daß er wenigstens doppelt so groß ist wie der Winkel θ₂. Die Beziehung, die zwischen diesen beiden Winkeln θ₁ und θ₂ besteht, kann durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

θ₁ < 2 × θ₂ (1).

Die Spanfläche, die mit der Schneidkante 18 verbunden ist, das heißt die Wandfläche 17A der Spanabfuhrrille 17, die in Drehrichtung des Bohrers nach vorne weist, ist so geformt, daß sie in einem Bereich mit einer Länge von 0,2 × D bis 3,0 × D, ausgehend vom äußeren Ende der Wandfläche 17A, in Richtung auf das Basisende zu dieselbe Querschnittsform hat wie die Schneidkante 18, wenn dies längs einer Ebene betrachtet wird, die zur Achse O senkrecht steht. Derjenige Teil der Wandfläche 17A, der mit dem konvex gekrümmten Schneidkantenteil 23 verbunden ist, ist im axialen Bereich der Wandfläche 17A über die oben erwähnte Länge hinaus weggeschnitten, wobei die Fläche 17A im wesentlichen eben ist, so daß auf diese Weise im Bereich nahe des Basisendes des Bohrers ein größerer Querschnittsbereich der Spanabfuhrrille 17 vorgesehen ist. Diese Anordnung kann so abgewandelt werden, daß der Querschnittsbereich des halbzylindrischen Teiles, da mit dem kreisbogenförmigen, konvex gekrümmten Schneidkantenteil 23 verbunden ist, sich in dem Bereich, der über die axiale Länge von 0,2 × D bis 3,09 × D hinausgeht, laufend in Richtung auf das Basisende des Bohrers verkleinert. Der halbzylindrische Teil, der mit dem bogenförmigen, halbzylindrischen Schneidkantenteil 23 verbunden ist, kann sich auch bis zum Basisende des Bohrers erstrecken, ohne dabei seinen Querschnittsbereich zu verkleinern.

In den Zeichnungen bezeichnet die Bezugsziffer 24 eine Umfangserhöhung, die als Drehführung des Kanonenbohrers dient. Der Außendurchmesser D des Kanonenbohrers wird durch die Umfangserhöhung 24 und die äußere Umfangsbegrenzung 25 bestimmt, die bei Betrachtung in Drehrichtung des Bohrers auf der nachlaufenden Seite des geraden Schneidkantenteils 19 gebildet wird.

Bei einem Kanonenbohrer, der die oben beschriebene Konstruktion hat, wird die wirksame Höhe des konvex gekrümmten Schneidkantenteiles 23 durch den konkaven Schneidkantenteil 22 auf der radial äußeren Seite des konvex gekrümmten Schneidkantenteiles 23 vergrößert. Aus diesem Grunde ist es möglich, eine hohe Wirkung in der Richtung zu erzielen, die abgeschnittenen Metallspäne zu zerkleinern, und zwar obwohl die oben erwähnte Höhe H des Vorsprunges des konvex gekrümmten Schneidkantenteiles vermindert ist, um einen Anstieg des Schneidwiderstandes zu unterdrücken. Da der konkave Schneidkantenteil 22 ferner aus dem radial äußeren, schrägen Teil 20 und dem radial inneren, konkaven Teil 22 zusammengesetzt ist, ist es möglich, den Krümmungsradius des konkaven Teils 21 zu vermindern. Die Metallspäne, die durch den radial äußeren Teil der Schneidkante abgeschnitten werden, werden durch die Wandfläche, die an den konkaven Teil 21 anschließt, geringelt, wobei der Trenneffekt weiter verbessert wird.

Da darüber hinaus der konvex gekrümmte Schneidkantenteil 23 bei Blickrichtung in Richtung der Achse von der Schneidspitze des Bohrers her eine Kreisbogenform hat und da der Krümmungsradius R der Kreisbogenform zwischen 0,1 × D und 0,4 × D liegt, wird die verbesserte Trennwirkung, die auf die Späne einwirkt, selbst dann stabil hervorgebracht, wenn der Bohrvorgang aus den oben erwähnten Gründen mit hoher Geschwindikeit durchgeführt wird.

Unter denselben Versuchsbedingungen, wie bei dem Bohrversuch mit den bekannten Kanonenbohrern, der oben in Verbindung mit Tabelle 1 erläutert worden ist, wurden Probebohrungen durchgeführt, und die dabei erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. Das Material, an dem die Probebohrungen durchgeführt wurden, war daher CM 440 (HB 260) und die Schneidgeschwindigkeit betrug 70 m/min. Die Zeichen, die die Ergebnisse der Auswertung darstellen, sind dieselben wie diejenigen, die in Tabelle 1 dargestellt sind.

Tabelle 2

Ein Vergleich zwischen den Versuchsergebnissen, die in den Tabellen 1 und 2 dargestellt sind, ergibt die folgenden Tatsachen:
Sowohl der bekannte Kanonenbohrer als auch der Kanonenbohrer nach der oben beschriebenen Ausführungsform haben dann gute Schneidwirkungen, wenn der Durchmesser der Schneidkante vergleichsweise groß ist und wenn die Vorschubgeschwindigkeit vergleichsweise klein ist. Wie dies in Tabelle 1 dargestellt ist, wird die Schneidwirkung jedoch dann unstabil, wenn die Vorschubgeschwindigkeit erhöht wird, und zwar wegen der Behinderung der Abfuhr der abgeschnittenen Metallspäne, was zu einem Stau der Metallspäne in der Bohrung führt sowie zu Schwingungen des Bohrers. Ein weiteres Ansteigen der Vorschubgeschwindigkeit führt zu einer ziemlich frühzeitigen Verstopfung mit abgeschnittenen Metallspänen, wodurch es unmöglich wird, den Bohrvorgang fortzusetzen.

Wie dies in Tabelle 2 dargestellt ist, zeigt der Kanonenbohrer nach der beschriebenen Ausführungsform dieselbe Tendenz wie der bekannte Kanonenbohrer und zwar insofern, als der Bohrvorgang dann unstabil wird, wenn die Vorschubgeschwindigkeit erhöht wird und daß der Bohrvorgang letztendlich unmöglich wird. Es ist jedoch festzustellen, daß der Höchstwert der Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit, bei der der Bohrvorgang unstabil wird, viel höher liegt als der beim bekannten Kanonenbohrer. Der Kanonenbohrer nach der Erfindung kann auf diese Weise bei einer Vorschubgeschwindigkeit zufriedenstellend benutzt werden, die viel höher ist als die höchstmögliche Vorschubgeschwindigkeit beim bekannten Kanonenbohrer, so daß auf diese Weise eine vorteilhafte Wirkung entsteht, die durch die vorliegende Erfindung erzeugt wird.

Bei dem Kanonenbohrer nach der beschriebenen Ausführungsform hat der konvex gekrümmte Schneidkantenteil 23 bei einer Blickrichtung längs der Achse O von der Schneidspitze des Bohrers her eine Kreisbogenform und der Krümmungsradius R der Kreisbogenform liegt zwischen 0,1 × D und 0,4 × D. Wenn der Krümmungsradius R über 0,4 × D hinaus vergrößert wird, dann wird der Bohrvorgang schnell unstabil und aufgrund der Verstopfung mit Metallspänen wird der Bohrvorgang bei einer vergleichsweise kleinen Vorschubgeschwindigkeit unmöglich und zwar selbst dann, wenn der Durchmesser der Schneidkante unverändert bleibt. Anhand des Krümmungsradius R wurden die abgeschnittenen Metallspäne, die vom Bohrer abgeführt wurden, geprüft und miteinander verglichen. Die abgeschnittenen Metallspäne waren dann in kleine Stücke gut unterteilt, wenn der Krümmungsradius R in den oben erwähnten Bereich fiel, wohingegen dann, wenn der Krümmungsradius diesen Bereich überschritt, die abgeschnittenen Metallspäne nicht ordnungsgemäß zerkleinert waren. Es ist dabei verständlich, daß solche nicht voneinander getrennte Metallspäne die Spanabfuhrrille verstopfen und zu einem vorzeitigen Ende des Bohrvorganges führen.

Ferner wurde ein Versuch mit einem Kanonenbohrer durchgeführt, der einen Krümmungsradius R hatte, der nicht größer war als 0,1 × D. In diesem Fall brach der konvex gekrümmte Schneidkantenteil selbst bei einer vergleichsweise kleinen Vorschubgeschwindigkeit aus, wodurch es unmöglich wurde, den Bohrvorgang fortzusetzen. Darüber hinaus konnten durch den konvex gekrümmten Schneidkantenteil nur wenige Metallspäne ordnungsgemäß zerkleinert werden.

Bei dem Kanonenbohrer nach der beschriebenen Ausführungsform wird die Tiefe "s" in bezug auf den Abstand zwischen der imaginären Ebene P und dem Boden des konkaven Schneidkantenteils 22 so festgelegt, daß sie im Bereich zwischen 0,01 × D und 0,05 × D liegt, um den während des Bohrvorganges auftretenden Schneidwiderstand zu vermindern.

Im einzelnen ist der schräge Teil 20, der einen Teil des konkaven Schneidkantenteiles 22 bildet, in bezug auf die imaginäre Ebene P, in Drehrichtung des Bohrers gesehen, radial nach innen von dem geraden Schneidkantenteil 19 in Richtung auf die nachlaufende Seite geneigt, so daß ein positiver, radialer Spanwinkel α vorliegt. Dieser Winkel wird durch die oben erwähnte Tiefe "s" und die radiale Länge des schrägen Teiles 20 bestimmt; eine größere Tiefe "s" führt zu einem größeren, positiven Wert des Winkels α, wodurch zur Verminderung des Schneidwiderstandes beigetragen wird.

Ein zu großer Wert der Tiefe "s" führt jedoch dazu, daß die Neigung der Schneidkante zwischen dem Boden des konkaven Schneidkantenteiles 22 und dem konvex gekrümmten Schneidkantenteil 23 hinter dem konkaven Teil 21 zu steil wird. Die abgeschnittenen Metallspäne verursachen dabei eine starke Reibung an der Wandfläche 17A der Spanabfuhrrille 17, die mit diesem Teil der Schneidkante verbunden ist. Dies verursacht keine wesentlichen Probleme dann, wenn die Schneidgeschwindigkeit hoch ist. Wenn die Schneidgeschwindigkeit jedoch gering ist, dann können sich die abgeschnittenen Metallspäne wegen der zu steilen Neigung, die oben erwähnt ist, nicht über den konvex gekrümmten Schneidkantenteil hinwegbewegen. An dieser Neigung tritt demzufolge eine Verstopfung mit abgeschnittenen Metallspänen auf und dazu kommt noch der Ausfall des Zerteilens dieser Späne, was zu einem Anstieg des Schneidwiderstandes führt.

Wenn die Tiefe "s", umgekehrt, zu gering ist, dann können die abgeschnittenen Metallspäne, die während eines Hochgeschwindigkeits-Bohrvorganges mit hoher Geschwindigkeit erzeugt werden, nicht wirkungsvoll gebrochen werden, so daß die Wirkung des Zerteilens der Metallspäne verschlechtert wird.

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben mehrere Versuche durchgeführt, um die optimale Tiefe "s" zu finden und sie haben ermittelt, daß es bei einer Tiefe "s" im Bereich von 0,01 × D bis 0,05 × D möglich ist, einen bestimmten Spanwinkel α zu erzielen, um den Schneidwiderstand wirkungsvoll zu vermindern, während gleichzeitig die Neigung um den konkaven Teil 21 des konkaven Schneidkantenteiles 22 davor bewahrt wird, zu steil zu werden, so daß auf diese Weise eine Verstopfung verhindert wird, wobei gleichzeitig eine genügende Unterteilungswirkung der Späne selbst während eines Hochgeschwindigkeitsbohrvorganges aufrechterhalten wird.

Bei der beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt die Schneidkante 18 bei Betrachtung von der Seite aus einer Richtung, die zur imaginären Ebene P senkrecht steht, eine solche Berg- oder Hügelform dar, daß der Gipfelpunkt Y vorsteht, um das äußerste Ende des Bohrers anzugeben, wobei der Gipfelpunkt Y im wesentlichen mit dem Punkt zusammenfällt, in dem sich die imaginäre Ebene P und der konvex gekrümmte Schneidkantenteil 23 einander überschneiden.

Diese Anordnung ermöglicht es dem Metallspan, der durch den Bereich der Schneidkante, der vom Gipfelpunkt Y aus radial nach innen verläuft, sanft zu dem Bereich geleitet zu werden, der radial außerhalb des Gipfelpunktes Y liegt, während es denjenigen Metallspänen, die durch den Bereich der Schneidkante abgeschnitten werden, der radial außerhalb des Gipfelpunktes Y liegt, ermöglicht wird, sanft radial nach innen geleitet zu werden. Diese Tendenz wird noch dadurch verstärkt, daß der konvex gekrümmte Schneidkantenteil 23, der auf der radial inneren Seite des Gipfelpunktes Y liegt, bei einer Betrachtung in Richtung der Achse O von der Schneidspitze des Bohrers her, radial nach außen weist, während der schräge Teil 20 des konkaven Schneidkantenteils 22, der über den konkaven Teil 21 mit dem Gipfelpunkt Y verbunden ist, radial nach innen weist.

Die Metallspäne, die auf diese Weise von den Bereichen der Schneidkante auf beiden Seiten des Gipfelpunktes Y abgeschnitten werden, fließen auf diese Weise radial aufeinander so zu, daß sie sich überschneiden, was die Unterteilung dieser abgeschnittenen Metallspäne fördert. Durch eine Steuerung der Ströme der abgeschnittenen Metallspäne in der beschriebenen Weise ist es möglich, die Abfuhr der abgeschnittenen Metallspäne weiter zu verbessern.

Bei der beschriebenen Ausführungsform kann daher die Zerkleinerungswirkung an den Spänen selbst bei einer Bearbeitung mit hoher Vorschubgeschwindigkeit stabil beibehalten werden, bei der die abgeschnittenen Metallspäne dazu neigen, ohne eine Unterteilung in Stücke abgeführt zu werden. Diese Wirkung macht es zusammen mit den oben beschriebenen Vorteilen möglich, daß der Kanonenbohrer bei einer weiter erhöhten Vorschubgeschwindigkeit verwendet wird.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist darüber hinaus der Winkel θ₁, der zwischen dem radial äußeren Bereich der Schneidkante 18 und der imaginären Linie L liegt, die sich ihrerseits zur Achse O senkrecht erstreckt, hinter dem Gipfelpunkt Y auf einen Wert eingestellt, der wenigstens zweimal so groß ist wie der Winkel θ₂, der zwischen der imaginären Linie L und demjenigen Bereich der Schneidkante 18 gebildet wird, der radial innerhalb des Gipfelpunktes Y liegt.

Die abgeschnittenen Metallspäne, die in demjenigen Bereich der Schneidkante 18 erzeugt werden, der radial außerhalb des Gipfelpunktes Y liegt, werden demzufolge dazu veranlaßt, in einem größeren Winkel auf das radial innen liegende Ende so zu fließen, daß sie mit den abgeschnittenen Metallspänen zusammentreffen, die in demjenigen Bereich der Schneidkante 18 erzeugt werden, der radial inerhalb des Gipfelpunktes Y liegt und die Späne werden längs des radial nach außen weisenden Teiles der Wandlfläche 17A der Spanabfuhrrille 17 gewickelt, die mit dem konvex gekrümmten Schneidkantenteil 23 verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform ist es daher möglich, die Strömung der abgeschnittenen Metallspäne mit Sicherheit so zu steuern, daß die Zerstückelungswirkung der abgeschnittenen Metallspäne aufrechterhalten und verbessert wird. Diese Wirkung stellt in Verbindung mit den oben beschriebenen Vorteilen eine weiter verbesserte Abfuhr der abgeschnittenen Metallspäne sicher.

Während des Betriebes erzeugt der radial äußere Bereich der Schneidkante abgeschnittene Metallspäne bei einer höheren Bohrerdrehzahl als der radial innere Bereich der Schneidkante, und zwar aufgrund des größeren Drehradius um die Achse O. Bei der beschriebenen Ausführungsform können die abgeschnittenen Metallspäne, die auf dem radial äußeren Bereich der Schneidkante 18 erzeugt werden, glatt in den radial inneren Bereich eingeführt werden, so daß sie ohne Verzögerung in Stücke unterteilt werden; auf diese Weise kann die Abfuhr der abgeschnittenen Metallspäne weiter erleichtert werden.

Es ist ungünstig, den Winkel θ₁ des radial äußeren Bereichs der Schneidkante auf einen Wert einzustellen, der kleiner ist als der doppelte Wert des Winkels θ₂ des radial inneren Bereiches, da in einem solchen Fall die Wirkung nicht spürbar ist, die abgeschnittenen Metallspäne in Stücke zu zerteilen, wobei diese Wirkung durch das wechselseitige Zusammenstoßen der Späne erzeugt wird.

Es werden nun die Vorteile der Erfindung erläutert.

Wie dies bereits beschrieben worden ist, betrifft die vorliegende Erfindung einen Kanonenbohrer, bei dem die Schneidkante einen gekrümmten Schneidkantenteil hat, der nahe an der Drehachse liegt und der bei Betrachtung in Achsrichtung von der Schneidspitze her konvex ist; ferner hat der Kanonenbohrer einen geraden Schneidkantenteil, der radial am weitesten außen und innerhalb einer imanginären Ebene liegt, die ihrerseits auch die Drehachse enthält sowie einen konkaven Schneidkantenteil, der an den geraden Schneidkantenteil anschließt und der einen schrägen Teil umfaßt, der mit dem geraden Schneidkantenteil verbunden ist und der, gesehen in Drehrichtung, auf die Drehachse zu geneigt ist sowie einen konkaven Teil umfaßt, der das radial innere Ende des schrägen Teiles und den gekrümmten Schneidkantenteil verbindet. Der gekrümmte Schneidkantenteil stellt dabei bei einer Betrachtung in Achsrichtung eine Kreisbogenform dar, deren Krümmungsradius in bezug auf den Außendurchmesser D des Kanonenbohrers so bestimmt ist, daß er in den Bereich zwischen 0,1 × D und 0,4 × D fällt. Bei dieser Anordnung ist die Wirkung des Unterteilens der abgeschnittenen Metallspäne in Stücke verbessert, um auf diese Weise sowohl eine Verstopfung mit abgeschnittenen Metallspänen als auch einen Anstieg des Schneidwiderstandes zu verhindern, wodurch der Kanonenbohrer die derzeitigen Forderungen nach einer höheren Vorschubgeschwindigkeit erfüllen kann.

Durch eine Einstellung der Tiefe des konkaven Schneidkantenteiles, wie sie von deren Boden bis zu der oben erwähnten, imaginären Ebene gemessen wird in bezug auf den Außendurchmesser D so, daß die Tiefe die Bedingung 0,01 × D bis 0,05 × D erfüllt, ist es möglich, den Schneidwiderstand zu vermindern, während die Span-Trennwirkung sicher und stabil erzielt wird.

Bei der beschriebenen Ausführungsform hat darüber hinaus die Schneidkante bei einer Betrachtung von der Seite her aus einer Richtung, die zur oben erwähnten imaginären Ebene senkrecht steht, eine berg- oder hügelähnliche Form, bei der die Schneidkante sich fortlaufend axial nach außen längs der radialen Linie von dem radial inneren Ende zum radial äußeren Ende am Gipfelpunkt erstreckt und dann wieder axial nach innen verläuft, das heißt auf das Basisende des Bohrers zu; die Stellung des Gipfelpunktes fällt dabei im wesentlichen mit der Stellung des Punktes zusammen, an dem die oben erwähnte, imaginäre Ebene sich mit der Schneidkante überschneidet. Bei der beschriebenen Ausführungsform ist darüber hinaus der Winkel, der durch den radial äußeren Bereich der Schneidkante und einer imaginären Linie gebildet wird, die zur Achse senkrecht und durch den Gipfelpunkt hindurch verläuft, so eingestellt, daß sie zwei- oder mehrfach größer ist als derjenige Winkel, der durch den radial inneren Bereich derselben Schneidkante gebildet wird, wobei die Strömung der abgeschnittenen Metallspäne optimal gesteuert wird, um die Wirkung zu verbessern, mit deren Hilfe die abgeschnittenen Metallspäne beispielsweise durch wechselseitiges Aufeinandertreffen dieser Späne in Stücke unterteilt werden.

Claims (3)

1. Kanonenbohrer mit einem wellenähnlichen Schaft (11), der um seine Achse verdrehbar ist und mit einer Schneidspitze (12), die am freien Ende des Schaftes (11) hart angelötet ist und die eine Spanabfuhrrille (17) aufweist, die in der Seitenwand der Schneidspitze so eingeformt ist, daß sie sich vom freien Ende der Spitze bis zu dessen Basisende erstreckt, wobei die Schneidspitze (12) ferner eine Schneidkante (18) hat, die an derjenigen Kantenlinie ausgebildet ist, an der sich die Wand (17A) der Spanabfuhrrille (17), die in Drehrichtung des Schaftes nach vorne weist, mit der stirnseitigen Span-Freifläche überschneidet, wobei die Schneidkante (18) einen konvex gekrümmten Schneidkantenteil (23) hat, der nahe an der Drehachse (O) liegt und der bei einer Betrachtung in Achsrichtung von der Schneidspitze (12) her in Drehrichtung nach vorne konvex ist, ferner einen radial am weitesten außen liegenden Schneidkantenteil (19), der in einer imaginären Ebene (P) liegt, die auch die Dreahachse (O) enthält sowie einen konkaven Schneidkantenteil (22), der zwischen dem geraden Schneidkantenteil (19) und dem konvex gekrümmten Schneidkantenteil (23) liegt, wobei der konkave Schneidkantenteil (22) aus einem schrägen Teil (20) besteht, der mit dem geraden Schneidkantenteil (19) in Verbindung steht, und der, gesehen in Drehrichtung, nach hinten auf die Drehachse zu geneigt ist, sowie aus einem konkaven Teil (21), der das radial innere Ende des schrägen Teiles (20) mit dem konkav gekrümmten Schneidkantenteil (22) verbindet, wobei der konkav gekrümmte Schneidkantenteil bei Betrachtung in Achsrichtung eine Kreisbogenform hat, deren Krümmungsradius in bezug auf den Außendurchmesser (D) des Kanonenbohrers so eingestellt ist, daß er in den Bereich von 0,1 × D bis 0,4 × D fällt, und die Schneidkante (18) bei Betrachtung von der Seite her aus einer Richtung, die zur imaginären, auch den geraden Schneidkantenteil enthaltenden Ebene (P) senkrecht steht, eine solche Berg- oder Hügelform hat, daß die Schneidkante (18) sich fortlaufend vom Basisende des Bohrers her im Bereich zwischen der Drehachse (O) bis zum Gipfelpunkt (Y) zwischen der Drehachse und dem äußeren Umfangsende der Schneidkante fortlaufend vom Basisende des Bohrers wegerstreckt und sich dann auf das Basisende des Bohrers zurückzieht, wobei die Stellung des Gipfelpunktes im wesentlichen mit dem Punkt zusammenfällt, an dem sich die imaginäre Ebene (P) mit der Schneidkante (18) überschneidet und wobei der Winkel, der zwischen dem äußeren Umfangsteil der Schneidkante und einer imaginären Linie gebildet wird, die durch den Gipfelpunkt (Y) hindurchgeht und die zur Drehachse senkrecht steht, wenigstens doppelt so groß ist wie der Winkel, der durch denjenigen Teil der Schneidkante gebildet wird, der der Drehachse nahe ist.

2. Kanonenbohrer nach Anspruch 1, wobei die Tiefe (S) des konkaven Schneidkantenteils (22), gemessen von der imaginären Ebene (P) aus, in der auch der gerade Schneidkantenteil (19) liegt, bis zum Boden des konkaven Schneidkantenteils (22) so bestimmt wird, daß sie in den Bereich zwischen 0,01 × D und 0,05 × D fällt.

3. Kanonenbohrer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Schneidkante (18) bei einer Betrachtung von der Seite her aus einer Richtung, die zur imaginären, auch den geraden Schneidkantenteil (19) enthaltenen Ebene (P) senkrecht steht, eine solche Berg- oder Hügelform hat, daß die Schneidkante von dem Basisende der Schneidkante im Bereich zwischen der Drehachse (O) bis zum Gipfelpunkt (Y) zwischen der Drehachse und dem äußeren Umfangsende der Schneidkante sich laufend vom Basisende wegerstreckt und sich dann auf das Basisende der Schneidspitze (12) zurückzieht, wobei die Stellung des Gipfelpunktes (Y) im wesentlichen mit dem Punkt zusammenfällt, an dem die imaginäre Ebene (P) sich mit der Schneidkante (18) überschneidet.