DE60204550T2 - Bohrerschneideinsatz mit v-förmigen schlitz - Google Patents
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Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die vorliegende Erfindung betrifft generell einen Schneideinsatz, der in einem Werkzeughalter anzuordnen ist, um Löcher in Metalle zu bohren. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Schneidwerkzeugeinsatz mit einer speziellen Geometrie an dem Kern des Einsatzes, die bei unterschiedlichen Zuführ- bzw. Vorschubgeschwindigkeiten eine erhöhte Stabilität bietet.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Bohrsysteme werden häufig verwendet, um zylindrische Löcher in metallische Werkstücke einzubringen. Der Schneid- oder Bohrvorgang des Bohrsystems kann mit einem langgestreckten, im Wesentlichen zylindrischen Bohrwerkzeug, wie beispielsweise einer Kombination aus einem Werkzeughalter und einem Bohreinsatz, der wahlweise an dem Werkzeughalter angebracht wird, ausgeführt werden. Eine derartige Anordnung kann dann bei einem solchen Fall eingesetzt werden, bei dem ein Ende des Werkzeughalters fest in einer Antriebseinrichtung eingespannt wird, welche den Halter um seine Längsachse in Drehung versetzt. An dem gegenüberliegenden Ende des langgestreckten Werkzeughalters gelangt der Schneideinsatz in Eingriff mit dem zu bearbeitenden bzw. zu schneidenden Material. Alternativ kann das Werkstück relativ zu dem Halter und dem Schneideinsatz in Drehung versetzt werden, beispielsweise bei der Anordnung des Halters in dem Reitstock einer Drehmaschine und dergleichen. Weiterhin kann das Werkzeug und das Werkstück relativ zueinander in Drehung versetzt werden. Die Verwendung von Schneideinsätzen ermöglicht bei Verschleiß der Schneidflächen anstelle des Austausches des gesamten Werkzeugs den schnellen Austausch des Einsatzes und ermöglicht weiterhin, dass ein Werkzeug für eine Vielzahl von unterschiedlichen Bohranwendun gen durch einfaches Austauschen des Einsatzes anstelle der gesamten Bohranordnung eingesetzt werden kann.
- Ein Problem bei derartigen bekannten Schneidwerkzeugen besteht darin, dass das Ende oder die Spitze des Einsatzes nicht effizient in das Werkstück einschneidet. Dies ist Folge von negativen oder neutralen Spanwinkeln, die durch Kernverdünnungen bzw. Ausspitzungen oder Kernausspitzungen in der Nähe der Schneide bzw. Querschneide (chisel) des Einsatzes gebildet sind. Dies führt mehr zu einer Verformung des Werkstücks als zu seiner Schneidbearbeitung, was die Wärme erhöht, die an der Bohreinsatzspitze erzeugt wird. Weiterhin kann die Geometrie der bekannten Einsätze zu Instabilitäten führen, welche zu Abweichungen in den Abmessungen des zu bohrenden Loches führen können, die auch als Auslaufen bzw. Verlaufen des Bohrers und/oder Bildung von trompetenförmigen Trichtern bzw. Auftrichterungen bekannt sind, was unerwünscht ist. Darüber hinaus sind bekannte Bohrsysteme und Bohreinsätze so konfiguriert, dass die Späne aus dem Bohrvorgang nicht effektiv bzw. sicher geformt wird, was zur Störungen bzw. Beschädigungen der Schneidflächen führt. Die Gestaltung der Schneidflächen erlaubt ebenfalls nicht die Erzeugung positiver Schneidwinkel in Verbindung mit Spanabnahmerinnen, um die Spanbildung zu erleichtern. Ein Bohreinsatz sowie eine Bohrwerkzeuganordnung nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 9 ist beispielsweise aus der CA 2 316 151 bekannt.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung stellt einen neuen Bohreinsatz bereit, der einen V-gekerbten Kern aufweist. Der V-gekerbte Kern ermöglicht eine größere Stabilität und Zuführ- bzw. Vorschubgeschwindigkeiten, während die Wärme, welche an der Einsatzspitz erzeugt wird, abnimmt. Die Stabilität der V-Kerbe kann weiterhin die Selbstzentrierungsfähigkeit von bestehenden Selbstzentrierungsausgestaltungen von Bohreinsätzen verbessern. Diese und andere Aufgaben bzw. Ziele der Erfindung werden durch einen Bohreinsatz bereitgestellt, gemäß Anspruch 1. Diese sowie weitere Aufgaben bzw. Ziele der Erfindung werden ebenfalls durch eine Bohrwerkzeuganordnung gemäß Anspruch 9 bereitgestellt.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUGNSFIGUREN
- Die Erfindung und ihre Weiterentwicklungen werden nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren näher erläutert. Hierbei ist:
-
1 eine auseinandergezogene Anordnungsansicht der Bohrwerkzeuganordnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel; -
2 eine perspektivische Teilansicht auf den zu der Anordnung gehörenden Halter; -
3A –3E eine Reihe an unterschiedlichen Ansichten auf einen Einsatz gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer flachen Bohr- bzw. Querschneide; -
4A –4E eine Reihe an unterschiedlichen Ansichten auf einen Einsatz gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit einer mehrfach facettierten Querschneide; und -
5A –5E eine Reihe an unterschiedlichen Ansichten auf einen Einsatz gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer mehrfach facettierten Querschneide und einer verringerten bzw. verkürzten Freischneidkante (clearance cut). - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Es wird nun auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung Bezug genommen, wobei
1 eine Bohrwerkzeuganordnung zeigt, die allgemein mit dem Bezugszeichen10 versehen ist. Die Bohrwerkzeuganordnung10 enthält einen Halter12 , der einen Körper14 sowie einen zugehörigen Kopfabschnitt16 aufweist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt der Halter12 eine im Wesentlichen zylindrische Form mit einem ersten Ende20 sowie einem zweiten Ende22 . Wie in2 gezeigt ist, weist das erste Ende20 des Halters12 einen Klemm- oder Halteschlitz30 auf, welcher sich quer über den gesamten Durchmesser des Kopfabschnittes16 oder zumindest über einen Mittelabschnitt hiervon in der allgemeinen Anordnung der Drehachse18 des Halters12 erstreckt. Der Halteschlitz30 besitzt eine untere Wand bzw. Bodenwand32 , die in im Wesentlichen senkrechter Ausrichtung, bezogen auf die Drehachse18 des Halters12 , vorgesehen ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Anordnung10 weiterhin einen Ausrichtvorsprung oder einen Zentrierstift24 aufweisen, welcher, mit Bezug auf die Achse18 , präzise angeordnet ist und welcher sich von der Bodenwand32 des Halteschlitzes30 aus erstreckt. Der Stift24 kann innerhalb eine Lochs26 angeordnet sein, welches sich von der Bodenwand32 des Schlitzes30 entlang der Achse18 des Haltekörpers erstreckt, wobei eine Presspassung zwischen dem Loch und dem Positionierstift24 vorgesehen ist. Alternativ kann der Ausrichtvorsprung, der bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel einen Stift24 aufweist, in anderer Weise ausgestaltet sein, um die entsprechende Funktionalität des Stiftes24 zu erzielen, beispielsweise als ein integraler bzw. einstückiger Bestandteil, welcher sich von der Bodenwand32 aus erstreckt. Innerhalb des Halteschlitzes30 ist ein Bohreinsatz35 präzise gegenüber dem Halter12 angeordnet, um die gewünschte Bohrfunktion in Verbindung mit dem Halter auszuführen. Wie nachstehend noch näher erläutert werden wird, besitzt der Einsatz35 eine Spitzengeometrie, welche eine Reihe an Schneidflächen enthält, die präzise gegenüber der Achse18 des Halters12 angeordnet sind, um Fehler bei dem sich ergebenden Bohrvorgang unter Verwendung der Anordnung10 zu minimieren. - Insbesondere ist das bevorzugte Ausführungsbeispiel des Halters
12 in2 gezeigt und kann so konfiguriert bzw. ausgestattet sein, dass an seinem ersten Ende20 ein Paar Klemmarme34 vorgesehen sind, welche sich über den Halteschlitz30 hinaus erstrecken. Die Klemmarme34 besitzen vorzugsweise Öffnungen36 , welche Schrauben38 aufnehmen (vgl.1 ), um den Bohreinsatz35 in seiner Position innerhalb des Halteschlitzes30 festzulegen bzw. zu sichern. Bei der bevorzugten Ausgestaltung sind die Löcher36 mit einem Gewinde versehen, welches in Eingriff mit den Schrauben38 gelangt, und passen die Löcher mit Schraubenlöchern, die in dem Bohreinsatz35 in einer vorbestimmten Weise ausgebildet sind, zusammen, um den Bohreinsatz in einer vorbestimmten Ausrichtung innerhalb des Halteschlitzes30 präzise anzuordnen, wie es nachstehend noch näher erläutert werden wird. Jeder der Klemmarme34 kann darüber hinaus eine Schmierentlüftung28 besitzen, welche den Einsatz und die Strömung eines Schmiermittels benachbart der Schneidflächen des Bohreinsatzes ermöglicht, um den Bohrvorgang zu erleichtern. Die Klemmarme34 besitzen darüber hinaus gekrümmte oder in einem Winkel verlaufende Oberflächen bzw. Flächen, welche die Spanabnahme über Spanaustragsnuten37 an jeder Seite des Halters12 erleichtern. Die Sitzfläche32 ist darüber hinaus in der Ausgestaltung als eine ebene Oberfläche bzw. Fläche gezeigt, welche dem ebenen Bodenabschnitt des bevorzugten Bohreinsatzes35 entspricht, obwohl andere Gestaltungen der Bodenfläche32 verwendet werden können und hier enthalten sind. - Es wird nun auf
3A Bezug genommen, in der ein erstes Ausführungsbeispiel des Bohreinsatzes35 gezeigt ist. Der Bohreinsatz35 kann eine Spitzenbohrerklinge bilden, wobei Seitenkanten60 der Klinge im Wesentlichen parallel zu der Drehachse18 des Halters12 verlaufen, wenn der Einsatz35 in dem Halter12 angeordnet und an dem Halter12 befestigt ist. Wenn der Bohreinsatz mit dem Halter12 fest verbunden ist, besitzt der Bohreinsatz35 ebenfalls eine Drehachse, welche vorzugsweise koaxial zu der Achse18 des Halters12 verläuft. Der Bohreinsatz35 besitzt weiterhin eine Breite61 , welche bei der Drehung mit dem Halter12 einen Außendurchmesser des zusammengebauten Werkzeuges definiert. Der Bohreinsatz35 weist darüber hinaus Schneiden bzw. Schneidkanten64 an seiner oberen Oberfläche in der Form eines abgestumpften bzw. stumpfen Buchstabens V mit Schneidkanten64 an jeder Seite der axialen Mitte62 , die auch als Totpunkt bzw. Totlage bekannt ist, auf. Die Schneidkanten64 können eine Vielzahl an Schneidbestandteilen enthalten, welche zusammenwirken, um die gewünschte Schneidfläche64 für die Material- und/oder Bohranwendung bereitzustellen. Generell ist der Einsatz35 so gestaltet, dass er schneidet, wenn er in Verbindung mit dem Halter12 in eine vorbestimmte Richtung in Drehung versetzt wird, und er kann nicht in die entgegengesetzte Richtung in Drehung versetzt werden, obwohl derartige Schneidklingengestaltungen dem Fachmann bekannt sind und in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, falls dies erwünscht ist. Der Bohreinsatz35 weist vorzugsweise weiterhin Öffnungen70 auf, welche mit den Öffnungen36 in den Klemmarmen34 zusammenwirken, um den Einsatz35 innerhalb des Halterschlitzes30 zu halten bzw. zu sichern und ihn gegen die Sitzfläche32 in Anlage zu bringen. Darüber hinaus ist jede der Öffnungen36 und70 mit Senkabschnitten bzw. Kopfsenken ausgebildet, die als eine Lagerfläche vorgesehen sind, welche dazu geeignet ist, mit einer entsprechenden sich verjüngenden oder dergleichen gestalteten Oberfläche an den Schrauben oder anderen Befestigungsmechanismen38 in Eingriff zu gelangen. Der vergrößerte Klemmkopf der Schrauben38 kann jede geeignete Form aufweisen, wie beispielsweise eine konische oder kugelförmige oder eine weitere Form, um den in ähnlicher Weise ausgebildeten Oberflächen in dem Werkzeughalter12 und dem Einsatz35 zu entsprechen. Bei einer üblichen Gestaltung wird der Einsatz35 durch Versatz der Achsen der Öffnungen36 und70 beim Befestigen des Einsatzes35 in dem Schlitz30 mittels der Schrauben38 gegen die Sitzfläche32 nach unten gedrängt. Der Einsatz35 kann einen Anordnungs- bzw. Ausrichtschlitz65 aufweisen, welcher die Positionierung des Ausrichtstifts24 darin ermöglicht. Diese Verbindung ist näher in dem US-Patent Nr. 5,957,635 beschrieben. - Der Einsatz
35 besitzt darüber hinaus das Merkmal einer V-förmigen Kerbe66 bzw. ein V-Kerbenmerkmal66 , welches am besten aus den3B bis3E ersichtlich ist. Eine V-Kerbe66 ist an beiden Seiten der Bohr- bzw. Querschneide (chisel)68 vorgesehen, welche quer über den Kern des Einsatzes ausgebildet ist und welche sich über die axiale Mitte62 erstreckt. Ein negatives Merkmal der Bohr- und Dreheinsätze besteht im Allgemeinen darin, dass die Querschneide als eine Schneidkante wirken muss. Die Querschneide68 besitzt einen negativen Spanwinkel, welcher nicht effizient arbeitet, sondern vielmehr das Metall verformt. Dies führt zu hohen Schubkräften, welche erforderlich sind, und zu übermäßiger Wärme, wel che sich an dem Punkt bzw. der Spitze62 bildet. Die V-förmige Kerbe66 bildet eine Art Rinne an beiden Seiten des Einsatzes35 , was den Kern und die Länge der Querschneide68 verringert. Bekannte Kerben werden üblicherweise als ein voller Radius bzw. mit einem großen Radius (full radius) ausgebildet. Die bekannten Kerben bilden eine neutrale Schneidkante, welche immer noch nicht effizient schneidet, sondern vielmehr das Metall extrudiert oder verformt. Die V-Kerbe66 ist so ausgebildet, dass sie einen kleinen Radius R an dem Boden der Kerbe besitzt, welcher sich nach außen von der Radiusmitte entlang linearer bzw. gerade verlaufender Beine, die die Seiten der V-Kerbe66 bilden, erstreckt. Dies erzeugt einen positiven Spanwinkel entlang der Schneidkante der V-Kerbe66 , welche das Material durch Formen eines Spans schneidet und die Extrusion bzw. das Kaltfließen oder Verformung des Materials während der Schneidvorgänge minimiert. Der positive Spanwinkel der V-Kerbe66 ermöglicht den Einsatz von Schneidoberflächen, um in das Werkstück in einer aggressiveren Weise einzuschneiden, was zu höheren Vorschubgeschwindigkeiten und zu einer erhöhten Stabilität führt, während gleichzeitig weniger Hitze erzeugt wird, die sich an der Spitze des Einsatzes35 bildet. Bei Bohrern mit einer flachen Querschneide (wie sie beispielsweise in den3A bis3E gezeigt ist) besteht bei dem Bohrvorgang eine Neigung darin, während der Bohrvorgänge um die Querschneide zu wandern, was zu einem Auslaufen bzw. Verlaufen oder Auswandern des gebohrten Lochs führt. Die V-Kerbe66 verbessert die Selbstzentrierungsfähigkeit des Bohreinsatzes35 . - Diese Kerbe
66 kann darüber hinaus bei einem Einsatz mit einer Selbstzentrierungsgestaltung verwendet werden, wie es in den4 und5 gezeigt ist. In den4A bis4E ist eine multifacettierte Querschneidenspitze68' an einem Bohreinsatz35' gezeigt. Die Bohr- bzw. Querschneide68' wird durch einen Freischnitt bzw. Freischneidkante (clearance cut)72 , der bzw. die entlang einer Längsmittellinie des Einsatzes35' verläuft, gebildet, welche parallel zu den Schneidkanten64 verläuft. Die multifacettierte Bohrschneidenspitze68' ist nicht in der Lage, wie eine flache Querschneide68 zu wandern, was zu einer Selbstzentrierungseigenschaft der Querschneide68' führt. - In den
5A bis5E ist eine zweite Gestaltung einer multifacettierten Bohr- bzw. Querschneidenspitze68'' an einem Einsatz35'' gezeigt. Die Bohr- bzw. Querschneide68'' wird durch eine diagonal verlaufenden Freischnitt bzw. eine diagonal verlaufende Freischneidkante72' erzeugt, welcher bzw. welche sich über den Mittelpunkt62 der Querschneide68'' von jeder nachlaufenden Kantenecke aus erstreckt. Die diagonal verlaufende Freischneidkante72' erhöht die Festigkeit des Einsatzes35 durch Abnahme von weniger Metall als es bei der vorstehend beschriebenen Freischneidkante72 der Fall ist, während die multifacettierte Querschneidenspitze68'' beibehalten wird. Wie bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel ist die multifacettierte Querschneide68'' nicht in der Lage, wie die flache Querschneide68 zu wandern, was zu einer Selbstzentrierungseigenschaft der Querschneide68'' führt. - Um die Stabilität des Bohreinsatzes zu erhöhen, kann der Winkel der Bohr- bzw. Querschneide optimiert werden, um eine längere oder kürzere Querschneide zu ermöglichen. Die Querschneiden-Winkeloptimierung ist eine Funktion der Anordnung sowie Ausrichtung und der Tiefe der V-Kerbe
66 sowie des Freischnittwinkels. Es ist zu bemerken, dass der Bohreinsatz aus einem gesinterten Hartmetallmaterial, wie Karbid, Cermet, Keramik, monokristalliner oder polykristalliner Diamant oder Bornitrid hergestellt werden kann. Jedoch kann der Bohreinsatz ebenfalls aus einem Hochgeschwindigkeits-Schneidstahl bestehen. - Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend näher erläutert worden ist, ist dies im Wege der Darstellung eines Beispiels erfolgt und wird nicht als Einschränkung der vorliegenden Erfindung verstanden. Demzufolge wird der Umfang und der Inhalt der vorliegenden Erfindung nur durch die Definitionen in den angehängten Ansprüchen vorgenommen.
Claims (12)
- Bohreinsatz, aufweisend: einen Bohreinsatzkörper, der mindestens eine erste und eine zweite Seite hat, wobei die erste Seite des Bohreinsatzkörpers eine im wesentlichen planare Oberfläche ist, in der mindestens eine Ausnehmung ausgebildet ist, wobei die zweite Seite mindestens zwei Schneidkanten aufweist, die quer zueinander ausgebildet sind, wobei zwischen den beiden Schneidkanten ein Kern ausgebildet ist und wobei beidseitig des Kerns eine Kernverschmälerungskerbe ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kerbe eine Kerbenschneidkante mit einem positiven Spanwinkel bildet, wobei jede Kerbe eine Querschnittsgeometrie in Form eines „V" mit einem Radius am Scheitelpunkt der Kerbe hat und in im Wesentlichen planare Seitenwände übergeht.
- Bohreinsatz nach Anspruch 1, bei dem die Kerbenschneidkante von mindestens einer planaren Seitenwand der Kerbe gebildet wird.
- Bohreinsatz nach Anspruch 1, bei dem der Bohreinsatzkörper aus einem gesinterten Hartmetallmaterial besteht.
- Bohreinsatz nach Anspruch 1, bei dem der Bohreinsatzkörper aus einem Material besteht, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Carbid, Cermet, Keramik, monokristallinem und polykristallinem Diamant und Bornitrid.
- Bohreinsatz nach Anspruch 1, bei dem der Bohreinsatzkörper aus Schnellstahl besteht.
- Bohreinsatz nach Anspruch 1, bei dem der Scheitelpunkt der Kerbe an einem Winkel quer zur Drehachse des Bohreinsatzes gebildet ist.
- Bohreinsatz nach Anspruch 1, bei dem der Bohreinsatzkörper am Ende jeder Schneidkante mindestens eine Freifläche aufweist.
- Bohreinsatz nach Anspruch 1, bei dem die über den Kern ausgebildete Querschneide eine Mehrfacettenquerschneide ist.
- Bohrwerkzeugeinheit, aufweisend einen Halter mit einem ersten und einem zweiten Ende und einer Drehachse, wobei das zweite Ende zum festen Einsatz in einer Bohrmaschine vorgesehen ist und das erste Ende einen Halterschlitz aufweist, an dessen Grund auf mindestens einem Teilabschnitt eine Sitzfläche ausgebildet ist, wobei der Halterschlitz außerdem einen von der Sitzfläche aufragenden Aufnahmevorsprung aufweist, einen Bohreinsatz mit einer ersten und einer zweite Seite, mindestens zwei an der zweiten Seite quer zueinander ausgebildeten Schneidkanten, einem Kern zwischen den zwei Schneidkanten und einer einzigen Kernverschmälerungskerbe auf einer Seite des Kerns, und wobei die erste Seite dazu eingerichtet ist, dass mindestens ein Abschnitt auf ihr in dem Halterschlitz in Halteeingriff mit der Sitzfläche gebracht wird, und in der Unterseite ein Aufnahmeschlitz ausgebildet ist, der mit dem Aufnahmevorsprung der Sitzoberfläche zusammenwirkt, damit der Einsatz an der Sitzfläche anliegend eingesetzt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kerbe eine Kerbenschneidkante mit einem positiven Spanwinkel bildet, wobei die Kerbe eine Querschnittsgeometrie in Form eines „V" mit einem Radius am Scheitelpunkt der Kerbe hat und in planare Seitenwände übergeht, wobei der Scheitelpunkt der Kerbe entlang eines Winkels quer zur Drehachse der Bohrwerkzeugeinheit ausgebildet ist.
- Bohrwerkzeugeinheit nach Anspruch 9, bei der der Aufnahmevorsprung ein Führungszapfen mit einem ersten und einem zweiten Ende ist, wobei das erste Ende in einer im Aufnahmeschlitz ausgebildeten Bohrung aufgenommen wird und das zweite Ende ein vorgegebenes Stück von der Sitzfläche des Halterschlitzes nach oben steht.
- Bohrwerkzeugeinheit nach Anspruch 10, bei der der Halterschlitz im wesentlichen senkrecht zur Drehachse des Halters ausgebildet ist.
- Bohrwerkzeugeinheit nach Anspruch 10, bei der der Bohreinsatz im wesentlichen plattenförmig ist und eine vorgegebene Breite hat, welche den Außendurchmesser der mit der Einheit gebildeten Bohrung bestimmt.
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