DE69008985T2

DE69008985T2 - Rohrförmiger Bohrer.

Info

Publication number: DE69008985T2
Application number: DE69008985T
Authority: DE
Inventors: Derrick Merrill; Ralph Stych
Original assignee: Rotabroach Ltd
Current assignee: Rotabroach Ltd
Priority date: 1989-09-27
Filing date: 1990-09-26
Publication date: 1994-09-01
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: EP0420602B1; US5218888A; EP0420602A2; AU6312490A; ATE105754T1; ES2052186T3; CA2026424A1; AU2624092A; DE69008985D1; AU632366B2; GB8921828D0; EP0420602A3; DK0420602T3; JPH03142120A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rundloch-Cutters gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Es sind Rundloch-Cutters mit einem hohlen zylindrischen Cutter-Körper mit einer Mehrzahl von Schneidzähnen bekannt, die um dessen unteres Ende herum angeordnet sind und dessen oberes Ende an ein Drehantriebselement montiert werden kann (siehe JP-A-57- 211408). Die Schneidzähne können aus Wolframkarbid- oder Hartmetallspitzen sein, die durch Hartlöten mit dem unteren Ende eines Stahlkörpers verbunden sind. Der Körper besteht gewöhnlich aus wärmebehandeltem HV-Stahl, damit er den sich durch den Schneidbetrieb ergebenden Torsionskräften widerstehen kann.
Ein wesentlicher Nachteil der obengenannten Konstruktion besteht darin, daß es äußerst schwierig ist, die radial nach innen gerichteten Flanken der Hartmetallspitzen zu schleiEen, da die Innenflanken zur Erzeugung der notwendigen Freiwinkel sowohl zur Tangente an dem Radius von der Innenseite der Schneidkante als auch zur Achse des Cutters hin geneigt sein müssen. Es ist auch wichtig, daß der innere Endpunkt der Schneidgrenze bei Rotation an jeder Spitze dieselbe ringförmige Fläche beschreibt, da die Spitzen sonst ungleichmäßig belastet werden. Das Schleifen einer Spitze in situ mit dieser Genauigkeit ist äußerst schwierig. Die Schleifscheiben müssen notwendigerweise einen sehr kleinen Durchmesser haben, sie unterliegen einem raschen Verschleiß und erfordern häufiges Abrichten.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Konstruktion ist die genaue Plazierung der Spitzen im Cutter-Körper; das Ausrichten der Spitzen erfordert komplizierte Plazierungs - und Spannvorrichtungen, um die Zahl der nachfolgenden Schleifgänge auf ein Minimum zu reduzieren.
Die JP-A-57-211408 offenbart zwei Projektionen an jeder Spitze eines Rundloch-Cutters, die in den äußeren Umfang des Cutter-Körpers eingreifen, um die Spitzen genau in einer Radialrichtung auszurichten. Es sind jedoch Spannvorrichtungen erforderlich, um die Spitzen festzuhalten, und die Innenflanken müssen weiterhin geschliffen werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rundloch-Cutter bereitzustellen, bei dem die Genauigkeit des Positionierens der verschiedenen Schneidkanten, die Freiwinkel und die Spanwinkel wesentlich verbessert und für die die Herstellungsschritte vereinfacht werden.
Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Rundloch-Cutter herzustellen, bei dem die Einsätze positiv gegen radiale Verschiebung nach innen und außen gesichert sind, ohne daß während des Hartlösens Spannvorrichtungen verwendet werden müssen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Spitzen mit den gewünschten Umfangs- und Axialfreiräumen an ihren Innenflanken auszugestalten und die Spitzen während des Hartlötens genau auszurichten, so daß die Innenflanken nicht geschliffen zu werden brauchen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Rundloch-Cutters, bei dem Spitzen in Schlitzen in einer zylindrischen Wandung eines Cutter- Körpers angeordnet und durch Hartlöten darin befestigt sind, und wobei die Spitzen danach zur Bildung der Schneidkanten geschliffen werden, wobei die Spitzen durch einen daran befindlichen Vorsprung an einer radial nach innen gerichteten Verschiebung in den Schlitzen während des Hartlötens gehindert werden, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spitze radial äußere und innere Fasen aufweist, die jeweils in die Außen- und Innenflächen der zylindrischen Wandung eingreifen, um die Spitzen während des Hartlötens akkurat in den Schlitzen in einer radialen Richtung auszurichten, und die zylindrische Wandung rundum gleichmäßig erhitzt wird, um alle Spitzen gleichzeitig zu befestigen, und dadurch, daß die Spitzen mit einer Stirnfläche ausgebildet sind, die im Hinblick auf die Fasen so ausgerichtet ist, daß sie die radial innere Freifläche mit axialem und umfangsmäßigem Spiel bildet, ohne nach dem Hartlöten geschliffen zu werden.
Das Verfahren zur Herstellung des Rundloch-Cutters gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Rohlings für einen Cutter-Körper, bei dem die die Spitze aufnehmenden Schlitze vor dem Einsetzen der Spitzen geschnitten wurden;
Fig. 2 einen fragmentarischen Seitenriß zum Aufzeigen der Beziehung einer Spitze zwischen einem Schlitz zum Aufnehmen einer Spitze und der dazugehörigen Rille;
Fig. 3 eine Seitenansicht des Details von Fig. 2;
Fig. 4 eine perspektivische Frontansicht, in größerem Maßstab, einer der Spitzen zum Einsetzen in die in den Figuren 1 bis 3 veranschaulichten Schlitze;
Fig. 5 eine perspektivische Rückansicht der Spitze von Fig. 4;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des Cutter- Körpers, wobei einige der Spitzen installiert sind;
Fig. 7 eine fragmentarische Seitenansicht des Cutter- Körpers mit einer installierten Spitze;
Fig. 8 ein perspektivisches Detail eines Teils des Cutters nach dem Hartlöten und Schleifen;
Fig. 9 einen fragmentarischen Seitenaufriß des Details von Fig. 8;
Fig. 10 eine fragmentarische Seitenansicht des Cutters mit einer hartgelöteten und geschliffenen Spitze; und
Fig. 11 einen Schnitt entlang der Linie XI-XI von Fig. 7.
Die Zeichnungen veranschaulichen die Herstellung eines mit Spitze und Rillen versehenen Rundloch-Cutters. Ein Stahlrohling 10 (Fig. 1) für den ringförmigen Cutter-Körper wird für den Erhalt einer zylindrischen Wandung 12 und einer Antriebswelle 14 maschinell bearbeitet und geschliffen. Zwei im rechten Winkel zueinander stehende Flachstücke können in die Welle 14 eingearbeitet werden. An diese Flachstücke stoßen die Enden der Spannschrauben in dem freien Ende einer Rotationsmaschinenspindel (nicht dargestellt) an, in die die Antriebswelle 14 eingesetzt werden kann. Der bearbeitete Rohling kann dann wärmebehandelt werden.
Dann werden spiralförmige Rillen 70 in die äußere Umfangsfläche 52 der zylindrischen Wandung 12 geschliffen. Schlitze 18 werden in die ringförmige Endfläche 16 der zylindrischen Wandung 12 geschnitten. Wie insbesondere in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, befindet sich hinter dem freien Ende jeder Rille 70, in der geplanten Rotationsrichtung 20 gesehen, ein Schlitz 18. Die Schlitze 18 sind in derselben Richtung abgeschrägt wie die spiralförmigen Rillen 70, jedoch mit einem geringeren Winkel zur Rotationsachse 61 als die Rillen. Die Schlitze 18 haben umfangsmäßig einen solchen Abstand von den entsprechenden Rillen 70, daß sie einen dünnen dreieckigen Abschnitt 53 der Außenfläche 52 des Cutter-Körpers 12 belassen. Dieser dreieckige Flächenabschnitt 53 liegt neben der vorderen Seitenfläche 64 des entsprechenden Schlitzes 18. Die vordere untere Ecke des Schlitzes 18 bricht vorzugsweise praktisch in die angrenzende Rille 70. Der Cutter kann beispielsweise sechs Spitzen haben und in diesem Fall werden sechs Rillen 70 und sechs Schlitze 18 in die Cutter-Wandung 12 geschliffen und geschnitten und umf angsmäßig im gleichmäßigen Abstand verteilt.
Die Figuren 4 und 5 veranschaulichen eine der gesinterten Karbidspitzen 30, die in die Schlitze 18 eingepaßt werden. Jede Spitze 30 hat zwei Fasen 32 und 34 an einer ihrer Flächen 42. Diese Fläche 42 wird zur vorderen Fläche in der geplanten Rotationsrichtung 20. Die Fasen 32, 34 dienen als Laufrillen zum Führen der Spitze 30 in den entsprechenden Schlitz 18, wie in den Figuren 6 und 7 gezeigt.
Die erste bzw. außere Fase 32 umfaßt eine langgestreckte rechteckige Rippe oder einen solchen Flansch, die/der entlang der Kante der vorderen Fläche 42 neben der Flanke 44 verläuft, die im montierten Zustand zur radial äußeren Flanke wird. Die zweite Fase 34 umfaßt eine langgestreckte und konische Rippe bzw. einen solchen Flansch, die/der entlang der Kante der vorderen Fläche 42 neben der radial inneren Flanke 46 läuft. Die äußere Fase 32 wirkt mit dem äußeren Oberflächenabschnitt 53 der zylindrischen Wandung 12 zusammen, während die innere Fase 34 mit der Innenfläche 54 der zylindrischen Wandung 12 zusammenwirkt. Die Spitzen 30 stehen im montierten Zustand etwas aus den Schlitzen 18 hervor, wie dies aus Fig. 6 ersichtlich ist, wenn die unteren Flächen 56 der Spitzen am Boden 58 der Schlitze 18 anliegen.
Die Endfläche 16 der zylinderischen Wandung 12 ist sowohl raidal aufwärts als auch radial auswärts, wie aus den Figuren 1 und 6 ersichtlich ist, abgeschrägt. Die Figuren 3 und 7 zeigen einen Radius 62, der parallel zu der vorderen und der hinteren Fläche 64, 66 des Schlitzes 18 verläuft. Ebenfalls aus Fig. 3 ersichtlich ist, daß die vordere obere Kante 65 des Schlitzes 18 dem Radius 62 um einen vorbestimmten Abstand 63 voraus ist. Dies in Kombination mit der rechteckigen Form der vorderen äußeren Fase 32 gewährleistet, daß die Spitzen 30 korrekt ausgerichtet und plaziert sind, bevor das nachfolgend beschriebene Hartlöten erfolgt. Die innere Fase 34 liegt samt an der inneren zylindrischen Fläche 54 an. Sie ist konisch, weil, wie später beschrieben wird, die innere Flanke 46 zur Cutter-Achse 61 hin geneigt ist.
Somit können die Spitzen 30 per Hand in die Schlitze 18 eingesetzt und mit einem einfachen Handgriff in diesen Schlitzen mit der Endfläche 16 des Cutter-Körpers nach oben befestigt werden, ohne daß die Notwendigkeit für Spann- und Positioniervorrichtungen bestünde. Die Spitzen 30 werden dann gleichzeitig durch Eingeben von Rohzink in die Bereiche der Einsatzorte aller Spitzen und durch gleichmäßiges Erhitzen des Cutter-Körpers 10 um dessen Umfang durch Hartlöten an ihrem Platz befestigt. Es reicht aus, den oberen Endabschnitt der zylindrischen Wandung 12 beispielsweise durch Induktionserhitzen zu erwärmen. Dies ist ein wesentlich schnellerer Prozeß als das Hartlöten jeder einzelnen Spitze und die umfangsmäßige Gleichförmigkeit des Erhitzens gewährleistet, daß eine Verformung des Cutter-Körpers auf ein Minimum beschränkt bleibt.
Nach dem Hartlöten wird der Rundloch-Cutter durch Schleifen von Ringen 72 in die Endfläche 16 neben den Spitzen 30 feinbearbeitet, so daß diese, wie in den Figuren 8, 9 und 10 gezeigt Verbindung zu den Rillen haben. Dann werden die Spitzen 30 geschliffen. Dabei wird Material von den Außenflächen 44 geschliffen, um die geeignete radial äußere seitliche Spielfläche 45 zu erzielen. Die oberen Flächen 60 der Spitzen werden geschliffen, so daß sich äußere und innere Endspielflächen 74 und 76 ergeben, die jeweils radial nach außen und nach innen geneigt sind. Dazu gehört auch das Schleifen der Endfläche 16 der ringförmigen Wandung 12 zur Erzielung der notwendigen Endfreiräume des Cutters insgesamt, die Oberseite 60 der Spitze 30 ist relativ zu ihrer Bodenfläche geneigt, wie dies in den Figuren 4 und 5 gezeigt ist, so daß diese Oberseite 60 im wesentlichen in einer Radialebene liegt, wie dies aus den Figuren 6 und 11 ersichtlich ist. Dadurch wird die Menge an Material auf ein Minimum reduziert, die von der Oberseit 60 abgeschliffen werden muß.
Es wird eine Schneidkante 78 durch Schleifen der Frontfläche 42 jeder Spitze 30 in einem Winkel Alpha zur Cutter-Achse 61 wie in Fig. 9 gezeigt gebildet, um eine vordere Spanfläche 43 zu bilden. Der Winkel Alpha ist kleiner als der Winkel Beta, um den die spiralförmige Rille 70 zur Cutter-Achse 61 hin geneigt ist. Es wurde gefunden, daß der zur Erzielung eines optimalen Spanraums optimale vordere Spanwinkel Alpha für Rundloch-Cutters mit Hartmetallspitze kleiner ist als der Rillenwinkel Beta. Vorzugsweise beträgt der Winkel Alpha etwa 15º und der Winkel Beta etwa 27,5º. Der Neigungswinkel der Schlitze 18 zur Rotationsachse 61 ist im wesentlichen gleich dem Winkel Alpha. Dadurch wird die Menge an von den Frontlächen 42 der Spitze 30 abzuschleifendem Material auf ein Minimum reduziert.
Wo die Endspielflächen 74, 76 mit der vorderen Spanfläche 43 zusammentreffen, bildet sich eine Schneidkante 78. Die axialen und radialen Winkel, auf die die vordere Spanfläche 43 geschliffen wird, sind derart, daß der radial innere Teil der Schneidkante 78 im wesentlichen parallel zu aber vor dem Radius 62 liegt, wie in Fig. 10 gezeigt, während der radial äußere Teil zu dem Radius 62 hin geneigt ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist es nicht notwendig, die radial inneren Flanken 46 der Spitzen 30 zu schleifen. Wie aus den Figuren 4 und 5 ersichtlich ist, ist die radial innere Flanke 46 geneigt, sowohl im Hinblick auf eine tangentiale Linie 80 zum inneren Umfang des Cutter- Körpers an der Schneidkante 78 als auch im Hinblick auf die vertikale Linie 82. Auf diese Weise erhält die innere Flanke 46 umf angsmäßige und axiale Spielräume. Da die Spitze 30 in einer schrägen Ausrichtung im Cutter-Körper befestigt wird, ist die tangentiale Linie 80 leicht zur Horizontalen geneigt (bei aufrecht stehendem Cutter) und ist daher keine echte Tangente, und die vertikale Linie 82 ist nicht ganz parallel zur Schneidachse 61. Die gewünschten umfangsmäßigen und axialen Spielräume am inneren Umfang des Rundloch-Cutters werden jedoch ohne Schneiden der Innenflächen 46 der Spitzen 30 erhalten, wie dies aus den Figuren 7 bzw. 11 ersichtlich ist. Die akkurate radiale Ausrichtung der Spitzen 30 aufgrund der äußeren und inneren Fasen 32, 34 ist ebenfalls wesentlich, um das Schleifen der inneren Flanken 46 zu vermeiden, da sonst die inneren Endpunkte der Schneidkanten 78 Kreise mit unterschiedlichen Durchmessern beschreiben würden, was zu einer uneinheitlichen Spitzenbelastung führen würde.
Die Gleichförmigkeit des Erhitzens zum Durchführen des Hartlötens sowie die Möglichkeit, das Erhitzen auf den freien Endabschnitt der zylindrischen Wandung zu konzentrieren, ermöglichen die Durchführung der Wärmebehandlung und des Schleifens der Rillen vor dem Hartlöten, wobei die Temperatur des Hartlötens nicht so hoch ist, daß die durch die Wärmebehandlung bewirkte Härtung einen negativen Einfluß hätte. Auch durch die Bildung der Rillen vor dem Hartlöten wird der nach dem Hartlöten durchzuführende Schleifaufwand auf ein Minimum reduziert. Ein zum Schleifen des Metalls des Cutters verwendete Schleifscheibe neigt dazu, sich in einem Maß festzusetzen, daß sie die Spitzen nicht zufriedenstellend schleift. Die zum Schleifen der vorderen Spanfläche verwendete Schleifscheibe greift, wenn überhaupt, nur im minimalen Maß in das Material des Cutter-Körpers ein, insbesondere deshalb, weil die Spitzen einen geringeren Schrägungswinkel aufweisen als der Spiralwinkel der Rillen. Nur die zum Schleifen der Endspielflächen verwendete Schleifscheibe schleift das Metall des Körpers und das Material der Spitze ab, und die Menge an von dem Körper abgeschliffenem Metall wird auf ein Minimum reduziert, da die Endfläche der ringförmigen Wandung so geformt ist, daß sie in etwa den radial inneren und äußeren Neigungen der Endspielflächen entspricht
Die Fasen 32, 34 bei einer bestimmten Spitze 30 können passend zu einer Reihe von Cutter-Durchmessern hergestellt werden, wodurch die Zahl der zum Abdecken einer vollständigen Durchmesserpa1ette notwendigen verschiedenen Spitzen reduziert wird. Die Spitzen 30 werden normalerweise in einem Sinterprozeß hergestellt, sei es aus Wolframkarbid, Hartmetall oder sogar aus Keramik.
Die erfindungsgemäßen Cutters dienen zum Schneiden von Löchern mit relativ großem Durchmesser in Hartmetalle, bei denen gewöhnliche Spiralbohrer zuviel Strom verbrauchen würden, können jedoch auch zum Beton- und Steinbohren verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Rundloch-Cutters, bei dem Spitzen (30) in Schlitzen (18) in einer zylindrischen Wandung (12) eines Cutter-Körpers angeordnet und durch Hartlöten darin befestigt sind, und wobei die Spitzen (30) danach zur Bildung der Schneidkanten (78) geschliffen werden, wobei die Spitzen (30) durch einen daran befindlichen Vorsprung (32) an einer radial nach innen gerichteten Verschiebung in den Schlitzen (18) während des Hartlötens gehindert werden, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spitze (30) radial äußere und innere Fasen (32, 34) aufweist, die jeweils in die Außen- und Innenflächen (53, 54) der zylindrischen Wandung (12) eingreifen, um die Spitzen (30) während des Hartlötens akkurat in den Schlitzen (18) in einer radialen Richtung auszurichten, und die zylindrische Wandung (12) rundum gleichmäßig erhitzt wird, um alle Spitzen (30) gleichzeitig zu befestigen, und dadurch, daß die Spitzen (30) mit einer Stirnfläche (46) ausgebildet sind, die im Hinblick auf die Fasen (32, 34) so ausgerichtet ist, daß sie die radial innere Freifläche mit axialem und umfangsmäßigem Spiel bildet, ohne nach dem Hartlöten geschliffen zu werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem sich die äußere Fase (32) auf der Frontfläche (42) der Spitze (30) befindet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die äußere Fase (32) eine rechteckige Form aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem sich die innere Fase (34) auf der Frontfläche (42) der Spitze (30) befindet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die innere Fase (34) eine Kegelform aufweist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem spiralförmige Rillen (70) in der Außenfläche (52) der zylindrischen Wandung (12) ausgebildet werden, bevor die Spitzen (30) durch Hartlöten oder auf ähnliche Weise befestigt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Schlitze (18) umfangsmäßig von ihren jeweiligen Rillen (70) zurückgesetzt sind und Abschnitte (53) der Außenflächen (52) der zylindrischen Wandung (12) dazwischen lassen, wobei während des Hartlötens oder einem ähnlichen Prozeß die äußeren Fasen (32) auf den Spitzen (30) in die Abschnitte (53) eingreifen.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem spiralförmige Rillen (70) in der Außenfläche (52) der zylindrischen Wand (12) ausgebildet sind und die die Spitzen aufnehmenden Schlitze (18) im Hinblick auf die Drehachse (61) schräg sind und wobei der Schrägungswinkel (Alpha) der Schlitze (18) kleiner ist als der Spiralwinkel (Beta) der Rillen (70).

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schrägungswinkel (Alpha) der Schlitze (18) um 12,5 kleiner ist als der Spiralwinkel (Beta) der Rillen (70).

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Spiralwinkel (Beta) der Rillen (70) 27,5 beträgt.

11. Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, wobei die vorderen Schneidflächen (43) der Spitzen (30) nach dem Befestigen der Spitzen (30) an der ringförmigen Wandung (12) geschliffen werden und wobei die zu diesem Zweck verwendete Schleifscheibe relativ wenig bzw. gar kein Material von dem Cutter-Körper abschleift.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, bei dem Rinnen (72) in der Endf läche (16) der zylindrischen Wandung (12) gebildet werden, nachdem die Spitzen (30) durch Hartlöten oder ein ähnliches Verfahren befestigt wurden.