DE60126277T2

DE60126277T2 - Bohrer mit schwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE60126277T2
Application number: DE60126277T
Authority: DE
Inventors: Marie-Louise Bergholt; Leif Karlsson; Tommy Tukala
Original assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Current assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Priority date: 2000-06-20
Filing date: 2001-06-01
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2021-06-02
Also published as: EP1292417A1; SE0002294D0; JP2003535705A; SE518390C2; US6916138B2; US20030170084A1; DE60126277D1; KR20030007977A; CN1206073C; EP1292417B1; AU2001274714A1; JP5087731B2; SE0002294L; CN1437519A; KR100785867B1; WO2001098008A1; ATE352388T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug zum Arbeiten in metallischem Material, genauer einen Bohrer derjenigen Art, die einen Bohrkörper aufweist mit mindestens einem Schneideinsatz, welcher den Umfang des Loches bestimmt, wobei der Bohrer mit einer oder mehreren Ausnehmungen gebildet ist, die sich in Längsrichtung des Bohrers erstrecken und Anschluß an den äußeren bzw. inneren Einsatz haben, um als Nuten für die Spanabgabe zu dienen.
Beim Bearbeiten von Löchern in metallischen Materialien entstehen Probleme mit dem hohen Geräuschniveau, welches durch Schwingungen vom Bearbeiten und dem Maschinengeräusch hervorgerufen ist. Bislang verwendete Bohrer waren nicht mit eingebauten/angefügten Dämpfvorrichtungen versehen, die in solcher Weise gebildet waren, daß eine geeignete Geräusch- und Schwingungsdämpfung möglich war. Wesentlich ist es, in der Lage zu sein, Hauptteile des Schwingungsgeräusches in demjenigen Bereich auszuschalten, der für das Ohr lästig ist. Wenn möglich sollte nur das Maschinengeräusch sowie das unvermeidliche Spänerasseln, welches sich normalerweise gewöhnlich auf bis zu 74–76 dB beläuft, übrigbleiben. Ohne Dämpfen ist es jedoch nicht ungewöhnlich, daß Niveaus bis zu 130 dB gemessen wurden. Das richtige Maschinengeräusch hört sich für das Ohr ruhiger an.
Nach dem schwedischen Patent 8902081-2 ist es zum Beispiel bisher bekannt, ein Bohrwerkzeug mit einem teilweise schwingungsdämpfenden Material zu bilden, welches in der Ausnehmung der Bohrerspankanäle angewandt wurde, die in der Längsrichtung gebildet sind. Die Hartmetallränder, die gemäß dem Patent 8902081-2 angewandt wurden, waren jedoch nicht in der Lage, eine geeignete Beruhigung des Lärms zu geben.
Unter diesen Umständen ist es Zweck der Erfindung, eine Lösung für das oben erwähnte Problem dadurch zu schaffen, daß man eine Vorrichtung für einen Bohrer bildet, welcher eine wesentlich bessere Geräusch- und Schwingungsdämpfungswirkung gibt und der beim Abstechen sowie bei dem nachfolgenden Bohren nützlich ist. Gemäß der Erfindung wird der Bohrer mit Ausnehmungen für die Spanabgabe versehen, welche die Verbindung zu jedem Schneideinsatz schaffen, wobei in diesen Ausnehmungen mindestens zwei zusammengesetzte Dämpfungselemente, welche unterschiedliche Steifigkeit bzw. Festigkeit haben, in einem axialen Abstand hinter den Schneideinsätzen in solcher Weise angewandt werden, daß sie einen axialen Abschnitt des Spankanals ganz oder teilweise auffüllen. Auf diese Weise erhält der Bohrer vor allem eine Geräusch- und Schwingungsdämpfung und auch eine verbesserte Steifigkeit bzw. Festigkeit. Infolgedessen gestattet das neue Werkzeug eine merkliche Reduzierung des Geräuschniveaus, was durch die richtige Metallbearbeitung des Werkstückes hervorgerufen wird. Gleichzeitig wird ein solches Werkzeug auf Schwingungen weniger empfindlich, die infolge von Schwingungen der Schneidkräfte entstehen.
Nachfolgend wird die Erfindung genauer in Verbindung mit zwei Ausführungsbeispielen der Erfindung beschrieben, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind, bei denen: 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Werkzeuges zeigt, 2 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform zeigt, 3 einen Querschnitt durch den Kragenabschnitt längs der Linie III-III eines Bohrers gemäß 2 zeigt und 4–11 Querschnitte alternativer Ausführungsformen von Bohrern zeigen, die im Geltungsbereich der Erfindung liegen.
Die Ausführungsform des Bohrers 10 mit Dämpfungselementen 18a und 18b gemäß der vorliegenden Erfindung und nach der Darstellung in 1 weist einen Bohrkörper 11 sowie einen äußeren Schneideinsatz 12, der am Umfang des Bohrers angeordnet ist, als auch einen inneren Schneideinsatz 13 auf, der näher an der Mitte des Bohrers angeordnet ist. Die Schneideinsätze sind vorzugsweise aus hartem Sinterkarbid hergestellt. Die zwei Schneidplatten sind in solcher Weise an radial unterschiedlichen Abständen von der Bohrerachse A angeordnet, daß sich ihre Arbeitsbereiche einander überlappen. Gleichzeitig sind diese Schneidplatten um 180° in der Umfangsrichtung des Werkzeuges versetzt. Die Schneidplatten 12 und 13 sind in bekannter Weise zum Beispiel mittels Schraubenverbindungen in einer entsprechenden Schneidtasche in dem Bohrkörper 11 befestigt. Der Bohrkörper 11 hat eine im wesentlichen zylindrische Grundgestalt und ist aus Stahl hergestellt.
An demjenigen Abschnitt des Bohrkörpers 11, der hinter den Schneideinsätzen angeordnet ist, ist der Bohrkörper mit sich axial erstreckenden, radial nach außen offenen Ausnehmungen 14 und 15 versehen, die im Querschnitt konkav gebogen sind und sich separat an eine entsprechende Schneidplatte 12 und 13 anschließen. Diese Ausnehmungen 14 und 15 sollen als Spankanäle dienen, und die Stäbe bzw. Stege 16 und 17 mit einer zylindrischen Hüllfläche sind dazwischen angeordnet. Bei der in 1 veranschaulichten Ausführungsform sind die Spankanäle 14, 15 schraubenförmig. Alternativ können die Spankanäle 14, 15 eine gerade Gestaltung oder eine Kombination davon haben. In einem Abstand axial hinter den Schneidplatten 12, 13 wurden Dämpfungselemente in einem oder jedem Spankanal angeordnet. Das Dämpfungselement 18 besteht aus mindestens zwei Teilen 18a und 18b mit im wesentlichen unterschiedlichen Steifigkeiten. In dem hier dargestellten Fall wird das Dämpfungselement 18a mit einer Gestalt angewandt, die an den Spankanal angepaßt ist, so daß die obere Oberfläche des Dämpfungselementes 18a bündig mit der angrenzenden äußeren Oberfläche des Bohrkörpers 11 ist und dieselbe Gestaltung wie diese hat. Das Dämpfungselement 18 hat eine Form, welche der Form des Spankanals ganz oder teilweise entspricht, während die äußere Hülloberfläche desselben eine freie Gestaltung haben kann. Das Dämpfungselement 18a kann zum Beispiel an dem Bohrerschaft mittels eines radialen Durchgangsschraubanschlusses befestigt sein. Um die gewünschte Dämpfungswirkung vorzusehen, sollte das Dämpfungselement 18 an einer axialen Position in einem Abstand hinter den Schneidplatten angeordnet sein, so daß eine ungestörte Spanabgabe an einer vorbestimmten Bohrtiefe erhalten wird. Der Bohrkörper 11 ist an seinem axial hinteren Abschnitt in der üblichen Weise mit einer hinteren Quer schnittsverdickung in der Form eines konischen Abschnittes 19 gebildet, welcher in einen rückwärtigen Abschnitt 20 übergeht. In gewissen Fällen können die Dämpfungselemente 18 eine solche axiale Erstreckung haben, daß sie sich auch durch mindestens einen Teil des konischen Abschnittes 19 erstrecken und dies mit dem Zweck, bei der vorhandenen Ausführungsform eine größere Bohrtiefe zu ermöglichen. Der zylindrische Teil 21, welcher axial hinter dem Abschnitt 20 angeordnet ist, ist für die Befestigung in einer Maschinenspindel oder einem Halterteil gedacht. Es ist nicht notwendig, daß die Gestalt des Elementes 18a sich ganz an die Gestalt der Ausnehmung 15 anschließt. Wesentlich ist, daß ein ausreichender Oberflächenkontakt zwischen den Seitenoberflächen des Spankanals und den radial gerichteten Seitenoberflächen des Dämpfungselementes bis hin zu dem Übergang zu der Hülloberfläche der Stäbe bzw. Stege 16, 17 sichergestellt ist.
In den 2–3 ist eine alternative Ausführungsform gezeigt, bei welcher das Dämpfungselement die Form eines zylindrischen Kragens 22 mit einem wesentlich größeren Außendurchmesser hat als der Bohrkörper 11 sowie zwei Dämpfungselemente 23a und 23b hat, denen eine solche Gestalt gegeben wurde, daß sie längs des Kragens die Ausnehmungen 14, 15 ganz oder teilweise auffüllen. Das Teil 23b wird in den Kragen 22 ganz oder teilweise in Oberflächenkontakt mit der Hülloberfläche der Stege 16, 17 längs im wesentlichen der gesamten Länge des Kragens gebracht. Der Mittelabschnitt 23a bzw. 22a kann zum Beispiel aus Stahl hergestellt sein und an der Innenwand des Kragens mittels Löten, Verklebung, Verschweißen oder auf andere Weise befestigt sein.
Alternativ kann der Abschnitt 18a, 23a aus einem keramischen Material, Polymer, Verbundmaterial oder Sinterkarbid hergestellt sein. Der das Dämpfungsmaterial 18b, 23b umgebende Abschnitt 18a, 23a kann vom Typ Elastomer, Polymer, Naturgummi oder ein Klebstoff oder Abdichtungsverbindung sein. Auch Kombinationen dieser Materialien sind denkbar.
Der Kragen ist bei der in den 2–3 gezeigten Ausführungsform aus zwei Kragenhälften 22a und 22b zusammengesetzt, die um den Bohrkörper 10 herum mittels eines Schraubanschlusses zusammengehalten werden. Alternativ kann der Kragen aus mehr als zwei Kragenelementen bestehen. Wie man in 2 sieht, ist jede der Kragenhälften mit kreisförmigen Ausnehmungen 24 versehen, in welchen ein ebener Bodenabschnitt 25 einen Flanschabschnitt bildet, durch welchen ein Loch 26 für die Aufnahme eines Bolzens oder einer Schraube (nicht gezeigt) ausgenommen wurde, der bzw. die sich durch diesen Flanschabschnitt erstreckt und sich auch durch den komplementär gegenüber gebildeten Flanschabschnitt seiner gegenüberliegenden Kragenhälften 22b erstreckt. Die Ausführungsform ist derart, daß ein Schlitz 27 zwischen den zwei Kragenhälften 22a, 22b verbleibt. Bei der in 3 veranschaulichten Ausführungsform hat das Dämpfungselement 23b eine solche fortlaufende Erstreckung, daß dasselbe die zwei konkav gebildeten Spankerben bzw. Spanausnehmungen 14 und 15 vollständig auffüllt, wobei dasselbe auch die Hülloberfläche der Stege 16 und 17 ganz umgibt. Längskanäle in dem Bohrkörper 10 für den Transport von Kühlflüssigkeit bis zur Bohrspitze hin sind mit 28 und 29 bezeichnet.
In den 4–6 sind alternative Ausführungsformen der Dämpfungselemente gezeigt. In 4 ist die Ausführungsform derart, daß das Dämpfungsmaterial mit einer typischerweise metallischen oder keramischen Eigenschaft 23a ganz von dem Dämpfungsmaterial 23b umgeben und in diesem eingebettet ist, welches eine typische Gummieigenschaft hat oder aus einem anderen Elastomermaterial besteht. Dieses Material soll die entsprechende Spanausnehmung bzw. -kerbe 14, 15 ganz auffüllen.
Bei der Ausführungsform nach 5 ist eine Vielzahl von Dämpfungskörpern 23a mit veränderlichem zylindrischen Querschnitt in einem Material 23b aus Gummi oder Elastomer eingebettet. In diesem Fall ist es die Absicht, daß die entsprechend zusammengesetzte Dämpfungseinheit die entsprechende Spankerbe 14, 15 ganz auffüllen sollte.
Bei der Ausführungsform nach 6 ist die Dämpfungseinheit sandwichartig aufgebaut, wobei das in typischer Weise metallische oder keramische Dämpfungsmaterial 23a in der Form von Bögen, Bahnen oder Platten alternativ zwischen Bögen, Bahnen oder Platten des Dämpfungsmaterials 23b eingebettet wurde, welches eine typische Gummi- oder Elastomereigenschaft hat.
Gemäß der in 7 veranschaulichten alternativen Ausführungsform ist das in typischer Weise metallische oder keramische Dämpfungsmaterial 23a im Querschnitt keilförmig, wobei dasselbe auf beiden Seiten von dem Material mit einer typischen Gummi- oder Elastomereigenschaft umgeben ist. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, daß die zwei Dämpfungsmaterialien in ihrer Gesamtheit die entsprechende Spanausnehmung bzw. -kerbe 14, 15 auffüllen.
Gemäß 8 wurde das härtere Material 23a in die Ausnehmung bzw. Kerbe 15 wie ein U-förmiges Segment eingebaut, welches die Kerbe 15 nur teilweise auffüllt, wobei das elastischere Dämpfungsmaterial 23b auch in der Form eines eingefügten U-förmigen Segmentes zwischen das Material 23a und die Bodenoberfläche der Kerbe 15 eingebracht ist.
Gemäß der alternativen Ausführungsform, die in 9 gezeigt ist, wurde das in typischer Weise metallische oder keramische Dämpfungsmaterial 23a in seiner Gesamtheit von einem Dämpfungsmaterial 23b mit Gummi- oder Elastomereigenschaft so eingeschlossen, daß die Form der zusammengesetzten Dämpfungseinheiten dreieckig wurde. Bei einer solchen Ausführungsform ist es nicht erforderlich, daß die zwei Dämpfungsmaterialien die entsprechende Spankerbe vollständig auffüllen sollten, um eine geeignete Geräuschberuhigung zu erhalten.
Gemäß einer zusätzlichen alternativen Ausführungsform besteht das Dämpfungselement aus dem Kragen 22 zusammen mit dem elastischeren Dämpfungsmaterial 18b, 23b. Eine solche Ausführungsform ist in 10 näher veranschaulicht. Wie man aus dieser Figur sieht, reicht es aus, das Dämpfungsmaterial 18b, 23b nur längs der Hülloberflächen der zwei Stege 16, 17 sich erstrecken zu lassen. In einem solchen Fall können auch die Schlitze 27 eine andere Position habe als vorstehend in 3 gezeigt wurde. Als geeignetes Material in dem Kragen 22 kann man ein Material desselben Typs, der zuvor für die Elemente 18a, 23a vermerkt wurde, auswählen.
Gemäß einer in 11 gezeigten alternativen Ausführungsform besteht der Kragen 22 aus zwei Kragenhälften 22a und 22b, zwischen denen sich ein axialer Schlitz 27 befindet, aber in diesem Fall gibt es keine direkte Oberflächenberührung zwischen dem Kragen und dem Bohrkörper 11, weil der Innendurchmesser des Kragens größer ist als der Außendurchmesser des Bohrkörpers 11, so daß zwischen diesen ein ringförmiger Spalt 30 gebildet wird. Gemäß dieser Ausführungsform wurden die Materialabschnitte 23a, die aus Metall, Keramiken oder Polymermaterial bestehen, an der inneren Oberfläche des Kragens befestigt, und sie wurden so geformt, daß sie die Kerben 14 und 15 vollständig auffüllen. Alternativ kann die Ausführungsform so sein, daß die Abschnitte 23a die Kerben 14 und 15 nur teilweise auffüllen. Im Hinblick auf die veranschaulichte Ausführungsform hat man der inneren Hülloberfläche des Elementes 23a eine konvexe Gestalt gegeben, welche an die Gestalt der Kerbe 14 angepaßt ist, während man ihrer äußeren Hülloberfläche eine konvexe Gestalt mit einem merklich größeren Biegeradius gegeben hat mit einer Anpassung an den Innendurchmesser der Kragenhälfte 22. Zur gleichen Zeit wurde das weichere und elastischere Dämpfungsmaterial 23b wie ein im Querschnitt U-förmiges Abstandsstück gebildet, welches zwischen das Element 23a und den Boden 14 der Kerbe eingebaut wurde. Der entsprechende Einsatz eines härteren und eines weicheren Dämpfungsmaterials wurde in der diametral gegenüberliegenden Kerbe 15 in dem Bohrkörper zum Einsatz gebracht, wie in 11 gezeigt ist.

Claims

Bohrwerkzeug für das Lochbohren in metallischen Materialien, mit einem Bohrkörper (11) sowie mindestens einem Schneideinsatz (12), der in seinem Vorderende unter Bildung des Umfangs des Bohrers angeordnet ist, wobei der Bohrkörper eine Anzahl von sich axial erstreckenden Spankanälen (14, 15) und dazwischen angeordneten Stangen (16, 17) hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkörper (11) mit einem ersten Dämpfungselement (18), welches in einem axialen Abstand hinter den Schneideinsätzen des Bohrkörpers angeordnet ist, und mit einem zweiten Dämpfungselement versehen wurde, welches in einem Spalt radial innerhalb des ersten Dämpfungselements angeordnet ist, wobei die Dämpfungselemente aus zwei Materialabschnitten (18a, 18b, 23a, 23b) bestehen, die mit unterschiedlichen Festigkeiten gebildet sind.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Dämpfungselement (18) teilweise in dem Spankanal (14, 15) aufgenommen ist.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spankanäle querschnittsweise konkav gebogen sind, das Dämpfungselement (18) aus einer unsymmetrischen Zylinderstange besteht, deren innere Hüllfläche eine zylindrische Form hat entsprechend dem Biegeradius des Spankanals, während die äußere Hüllfläche des Dämpfungselements (18) einen größeren Radius hat, der im wesentlichen dem Biegeradius entspricht, welcher von der äußeren Hüllfläche der Stangen (16, 17) gebildet ist.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (18) so angeordnet ist, daß es direkt an den radial gebildeten Kragenabschnitt (19, 20) anschließt, welcher den vorderen Bohrabschnitt von der hinteren Zylinderfläche (21) trennt, die in einer zugeordneten Maschinenspindel für den Rotationsvorschub in einer zugehörigen Maschine befestigt werden sollte.
Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Dämpfungselement (18) die Form eines teilweise zylindrischen Einsatzes gegeben wurde, der auf der Innenseite des Dämpfungselements befestigt ist, das als Kragen (22) gebildet ist mit einem wesentlich größeren Durchmesser als der Durchmesser des Bohrers, wobei der Mittelabschnitt des Kragens mit einem Lochdurchmesser gebildet ist, welcher dem der Stangen entspricht, und gleichzeitig über den Abschnitt (23b) des Dämpfungselements, das in Reibeingriff mit der gesamten Hüllfläche der Stangen (16, 17) längs der gesamten Länge des Kragens (22) steht.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (22) aus mindestens zwei Kragenteilen besteht, welche zwischen sich axial gerichtete Schlitze (27) haben.
Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement einen Abschnitt (18a, 23a) aufweist, welcher aus einem Metall, Polymer, keramischen Material, Verbundwerkstoff oder Sinterkarbid besteht und eine teilweise zylindrische, dreieckige oder eine andere Querschnittsgestalt hat und daß derselbe mindestens teilweise von einem Materialabschnitt (18b, 23b) aus Gummi-, Polymer- oder Elastomertyp umgeben ist, der ganz oder teilweise an die Gestalt des ersten Abschnittes (18a, 23a) angepaßt ist.
Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das relativ gesehen weichere Dämpfungselement (23b) eine solche fortlaufende Verlängerung hat, daß dasselbe die zwei konkav geformten Spanausnehmungen (14, 15) in dem Bohrkörper ganz ausfüllt und weiterhin ganz die Hüllfläche der Stangen (16, 17) dazwischen umgibt.
Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement einen Abschnitt aus Gummi-, Polymer- oder Elastomermaterial aufweist, welches die Spanausnehmungen (14, 15) ganz auffüllt, und daß ein zylindrischer Abschnitt (23a) des relativ gesehen härteren Dämpfungsmaterials die Form eines Randes hat mit einem zylindrischen Querschnitt, der ganz in dem ersten, relativ gesehen weicheren Dämpfungsmaterial (23b) enthalten ist.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von gegenseitig im Abstand angeordneten zylindrischen Abschnitten (23a) verschiedener Größe in dem relativ gesehen weicheren Dämpfungsmaterial (23b) eingebettet ist.
Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement eine Sandwichform hat, wobei mindestens ein metallisches, keramisches oder Polymermaterial abwechselnd als Bögen zwischen bogenförmigen Segmenten eingebettet ist, die aus dem relativ gesehen weicheren Material vom Gummi-, Polymer- oder Elastomertyp gebildet sind.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das härtere Dämpfungsmaterial (23a) als Segment mit U-förmigem Querschnitt in eine der Ausnehmungen (14, 15) des Bohrers eingebaut ist und teilweise dieselben auffüllt und daß das elastischere Dämpfungsmaterial (23b) in einem ähnlich im Querschnitt U-förmigen Segment eingebaut ist unter Bildung eines Zwischenschicht zwischen dem vorgenannten Material (23a) und der Wandfläche der Ausnehmung (15).
Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinheit einen Kragen aufweist, der aus zwei oder mehr Kragenhälften (22a, 22b) besteht, die auf dem Bohrkörper angeordnet sind und diesen teilweise axial umgeben, wobei der Innendurchmesser dieser Hälften größer ist als der Außendurchmesser des Bohrkörpers (11), so daß dazwischen ein Ringspalt (30) gebildet wird, und daß die Materialabschnitte (23a), die aus Metall-, Keramik- oder Polymermaterial bestehen, an der Innenseite der Kragenhälften befestigt sind und in solcher Weise gebildet sind, daß sie ganz oder teilweise die Ausnehmungen (14, 15) auffüllen, wobei ein Dämpfungsmaterial, welches weicher und bezüglich des Materials (23a) elastischer ist, als Abstandsstück (23b) mit U-förmigem Querschnitt zwischen dem Material (23a) und der konkav gebogenen Fläche der Ausnehmungen (14 15) angebracht wurde.