DE69124953T2

DE69124953T2 - Bohrwerkzeug und Einsatz dafür

Info

Publication number: DE69124953T2
Application number: DE69124953T
Authority: DE
Inventors: Claes Lagerholm; Leif Nystroem; Anthony F Yakamavich
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Priority date: 1990-12-19
Filing date: 1991-12-18
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2011-12-19
Also published as: JPH04294915A; SE9004061L; DE69124953D1; KR920011623A; SE502199C2; SE9004061D0; EP0491670B1; US5302060A; EP0491670A3; EP0491670A2; KR960010150B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schneideinsatz zur spanbildenden Bearbeitung von metallischen Werkstücken, mit mindestens einer Schneidecke und einer angrenzenden Schneidkante, die an dem Schnittpunkt zwischen einer oberen Spanfläche und einer unteren Freifläche auf dem Einsatz vorgesehen ist, wobei die Spanfläche mit einer spanbrechenden Ausnehmung versehen ist.
Bohrwerkzeuge nach dem Stand der Technik mit einem Bohrschaft, die mit Einsätzen ausgestattet sind, welche eine oder mehrere eingesinterte, spanbrechende Nuten in der Spanfläche haben, werden zum Beispiel in dem U.S.-Patent 4,215,957 beschrieben. Solche Bohrwerkzeuge können jedoch nicht immer eine wünschenswerte optimale Spanbildung schaffen. Oft ist es wünschenswert, sehr kurze, kommaförmige Späne zu erhalten, womit so ermöglicht wird, die Leistungsfähigkeit der Spanabfuhr zu erhöhen. Zur selben Zeit war jedoch eine Verringerung der für das Antreiben des Bohrers benötigten Energie nicht erreichbar.
Ein Schneidwerkzeug für Metallschneidtätigkeiten wird in der US-A-3,947,937 beschrieben, worauf der Oberbegriff von Anspruch 1 beruht. Der Einsatz hat eine rechteckige Form und weist obere und untere parallele Oberflächenteile und dazwischen Kantenflächen auf. Das obere Teil weist eine obere Fläche und eine Spanfläche auf, die von der oberen Fläche in einer Richtung gegen das untere Teil hin im Abstand angeordnet ist, wobei die Spanfläche auch mehrere spanbrechende Ausnehmungen aufweist, die sich parallel zu der angrenzenden Schneidkante erstrecken. Die Schneidkante erstreckt sich nicht schräg bezüglich einer Mittellinie des Einsatzes. Auch ist die der Kante am nahesten gelegene Spanausnehmung nicht in einem bestimmten Abstand von der Kante angeordnet. Aufgrund des Fehlens einer sich schräg bezüglich einer Mittellinie erstreckenden Kante wäre ein solcher Einsatz nicht für Drehbohranwendungen geeignet, wobei eine Vielzahl von ähnlichen Einsätzen den gesamten Durchmesser des zu bohrenden Loches ausschneiden soll.
Ein anderer Einsatztyp für Bohrtätigkeiten wird in der DE-A-1477708 gezeigt. Diese frühere Veröffentlichung beschreibt einen Bohrer, der mit zwei Einsätzen ausgestattet ist. Der darin beschriebene Einsatz weist zueinander parallele obere und untere Oberflächenteile und dazwischen eine Kantenfläche auf. Eine der Kantenflächen erstreckt sich schräg bezüglich einer Mittellinie des Einsatzes. Der darin beschriebene Einsatz weist jedoch kein oberes Teilstück auf, welches eine Spanfläche hat, die im Abstand nach unten von einem oberen Flächenteil im Abstand gehalten ist, noch ist irgendeine spanbrechende Ausnehmung in einer solchen oberen Fläche vorgesehen. Aufgrund des Fehlens solcher Merkmale ist dieser Einsatz nicht geeignet, zu einer vorteilhaften Spanbildung beizutragen, wenn das Bohren in harten Materialien stattfindet.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, einen neuen Einsatz und ein Bohrwerkzeug zu schaffen, womit eine günstigere Spanbildung ermöglicht wird, wenn das Bohren in harten Materialien und in Materialien von mittelharten Beschaffenheiten stattfindet.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, einen neuen Einsatztyp und ein Bohrwerkzeug zu schaffen, womit eine Verringerung der für seine Tätigkeit benötigten Leistung bzw. Energie ermöglicht wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schneideinsatz mit den Merkmalen des Anspruches 1.
Der Schneideinsatz weist obere und untere Teile auf. Das obere Teil weist eine obere Fläche und eine Spanfläche auf, die von der oberen Fläche in einer Richtung gegen das untere Teil hin im Abstand angeordnet ist. Kantenflächen erstrecken sich zwischen der Spanfläche und dem unteren Teil. Ein Schnittpunkt zwischen der Spanfläche und einer ersten der Kantenflächen bestimmt eine Schneidkante. Die erste Kantenfläche bestimmt eine Freifläche für die Schneidkante. Die Schneidkante erstreckt sich schräg bezüglich einer Mittellinie des Einsatzes. Die Mittellinie schneidet die erste Kantenfläche und eine zweite Kantenfläche, welche gegenüber der ersten Kantenfläche angeordnet ist, wenn der Einsatz in Draufsicht gesehen wird. Die Spanfläche weist eine spanbrechende Ausnehmung auf, welche sich parallel zu der Schneidkante erstreckt und nach innen von dieser im Abstand gehalten ist, wenn der Einsatz in Draufsicht gesehen wird.
Vorzugsweise erstreckt sich eine leicht gebogene Übergangsoberfläche von einem inneren Ende der Ausnehmung zu der oberen Fläche. Die Übergangsoberfläche ist im Querschnitt als Kreisbogen ausgebildet. Der Bogen hat einen Radius, der größer ist als eine Höhe, die sich zwischen der oberen Fläche und einem Teil der Spanfläche erstreckt, welche eine Schneidkante bestimmt.
Die Kantenflächen weisen dritte und vierte zueinander parallele Kantenflächen auf, die sich jede zwischen den ersten und zweiten Kantenflächen erstrecken. Mindestens ein Teil der zweiten Kantenfläche erstreckt sich senkrecht zu den dritten und vierten Kantenflächen. Die Schneidkante bildet einen spitzen Winkel mit einer Normalen zu den dritten und vierten Kantenflächen, wenn der Einsatz in Draufsicht gesehen wird. Dieser spitze Winkel geht von 10 - 45 Grad und am meisten bevorzugt zwischen 10 und 25 Grad.
Die spanbrechende Ausnehmung ist vorzugsweise im Querschnitt als ein Kreisbogen ausgebildet. Ein Radius dieses Kreisbogens ist kleiner als eine Breite der Ausnehmung, wenn zwischen den äußeren und inneren Enden der Ausnehmung gemessen wird. Der Radius der Ausnehmung ist geringer als der Radius der Übergangsoberfläche.
Das Bohrwerkzeug weist einen Bohrkörper mit mindestens einem Führungsklotz auf einer seiner äußeren, zylindrischen Umfangsoberfläche auf. Mindestens erste und zweite Schneideinsätze sind im allgemeinen entlang desselben Durchmessers des Bohrkörpers ausgerichtet. Der erste Einsatz ist näher an einer mittleren Rotationsachse des Bohrkörpers angeordnet als der zweite Einsatz. Der zweite Einsatz liegt an der Umfangsoberfläche und besitzt eine Schneidkante, die sich radial und axial nach innen erstreckt. Die Schneidkante bildet einen spitzen Winkel mit einer Linie, die normal zu der Rotationslinie ist. Dieser spitze Winkel beträgt zwischen 10 bis 45 Grad. Der Schneideinsatz weist eine spanbrechende Ausnehmung auf, die sich parallel zu der Schneidkante erstreckt und von dieser in einer Richtung axial nach hinten im Abstand angeordnet ist.
Vorzugsweise weist der erste Einsatz auch eine Schneidkante auf, die sich radial nach außen und axial nach hinten erstreckt und einen spitzen Winkel von 10 bis 45 Grad mit einer Linie bildet, die zu der Rotationsachse normal ist.
Vorzugsweise ist ein dritter Schneideinsatz diametral zwischen den ersten und zweiten Einsätzen und entlang demselben Durchmesser angeordnet. Der dritte Einsatz hat eine Schneidkante, die sich radial nach innen und axial nach hinten erstreckt. Eine radiale innere Kante der Schneidkante des dritten Einsatzes ist angrenzend an die Rotationsachse angeordnet.
Die Schneidkante des dritten Einsatzes überlappt vorzugsweise radial die Schneidkanten der anderen zwei Einsätze.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Merkmale und Vorteile der Ausführungsformen der Erfindung werden klarer aus der folgenden, ausführlichen Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente bezeichnen und in welchen ist:
Figur 1 eine perspektivische Draufsicht eines die Erfindung darstellenden Einsatzes;
Figur 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in Figur 1;
Figur 3 eine Draufsicht eines Einsatzes nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung;
Figur 4 eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in Figur 3;
Figur 5 eine Seitenansicht eines Bohrkörpers, der mit die Erfindung darstellenden Schneideinsätzen versehen ist;
Figur 6 eine vordere Endansicht des in Figur 5 gezeigten Bohrers; und
Figur 7 eine Schnittansicht entlang der Linie 7-7 in Figur 5.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung

Ein in den Figuren 1 und 2 dargestellter Einsatz 10 weist obere und untere Teile 8, 12 auf. Das obere Teil weist eine ebene obere Fläche 11 auf, die parallel zu dem ebenen, unteren Teil 12 angeordnet ist. Die oberen und unteren Teile sind miteinander durch vier Kantenflächen verbunden, wobei zwei von diesen 13, 14 eben und parallel sind und einander gegenüberliegen. Eine andere der Kantenflächen ist aus drei Oberflächenteilen 15, 16 und 17 gebildet, von denen das Oberflächenteil 15 senkrecht bezüglich der Kantenflächen 13 und 14 ausgerichtet ist. Eine Mittellinie C des Einsatzes schneidet eine vierte Kantenfläche 18 und das Oberflächenteil 15. Die vierte Kantenfläche 18 des Einsatzes ist unter einem spitzen Winkel α von 10 - 45º ausgerichtet, vorzugsweise von 10 - 25º bezüglich einer Linie, die zu der Mittellinie C normal ist. In der in den Figuren 1-2 beschriebenen Ausführungsform ist diese Mittellinie C parallel zu den Kantenflächen 13, 14. Die Kantenoberfläche 18 ist auch mit einem bestimmten Freiwinkel β bezüglich einer oberen Spanfläche 19 des oberen Teils 8 versehen, wobei der Schnittpunkt eines flachen Teils 19' der Spanfläche 19 mit der Kantenfläche 18 eine Schneidkante 20 bildet.
Eine spanbrechende Ausnehmung 21 ist in der Spanfläche 19 vorgesehen. Diese Ausnehmung erstreckt sich parallel zu der Schneidkante 20, wobei sie in einer bestimmten Entfernung von dieser angeordnet ist. Die Ausnehmung 21 erstreckt sich entlang des Hauptteils der Länge der Kante 20 und endet in einer bestimmten Entfernung von den Schneidkanten 13 und 14. Das flache Teil 19' der Spanfläche 19 liegt in einer Ebene, die auf einer geringeren Höhe angeordnet ist als die obere Fläche 11 und ist zu dieser parallel. Eine Übergangsfläche 22, die sich zwischen der Oberfläche 11 und einem inneren Ende 26 der Ausnehmung 21 erstreckt, ist eine konkave Oberfläche mit einem Radius R&sub1;. Man fand es geeignet, die Ausnehmung 21 mit einer Tiefe H&sub1; von dem flachen Teil der Spanfläche zu versehen, wobei sich die Tiefe auf ungefähr ein Viertel der Breite B&sub1; des flachen Teils 19' beläuft.
In den Figuren 3 - 4 wird eine andere Ausführungsform des Einsatzes 10A gezeigt, in welchem die spanbrechende Ausnehmung 21A in einer größeren Entfernung von der Schneidkante 20 angeordnet ist. Ein Querschnitt durch die Ausnehmung 21A läßt erkennen, daß die Ausnehmung 21A einen ebenen, mittleren Bodenoberflächenteil 23 aufweist, der in einer zu der oberen Fläche 11 parallelen Ebene liegt und konkave Oberflächenteile 24, 25, die sich von entgegengesetzten Seiten des flachen Bodenteils 23 erstrecken. Ähnlich wie bei dem in den Figuren 1 - 2 beschriebenen Einsatz ist der Übergang zwischen der oberen Fläche 11 und der Ausnehmung 21A durch eine Oberfläche 22A geschaffen, welche im Querschnitt konkav ist. Der Radius R&sub1; der Oberfläche 22A beträgt vorzugsweise ungefähr das Doppelte des Radius R&sub2; jedes der Oberflächenteile 24, 25.
Es wird bevorzugt, daß R&sub1; ungefähr das Doppelte der Länge der Höhe H&sub2; zwischen dem flachen Teil 19A' der Spanfläche 19A und der oberen Fläche in den Figuren 2 und 4 beträgt. Der Radius R&sub1; sollte vorzugsweise gleich der Summe von B&sub1; + B&sub2; sein, wobei B&sub1; die Breite des flachen Teils der Spanfläche 19A darstellt und B&sub2; die Breite der Ausnehmung 21 (oder 21A). B&sub2; ist vorzugsweise größer als der Radius R&sub2;.
In den Figuren 5 - 7 wird ein Bohrwerkzeug gezeigt, das drei Einsätze 10', 10", 100 enthält. Das Bohrwerkzeug weist einen Bohrkörper 27 auf, dessen Vorderteil mit zwei Führungsklötzen 28, 29 und den drei radial ausgerichteten Schneideinsätzen 10', 10", 100 versehen ist. Die Einsätze sind an dem Bohrkörper hartgelötet und ihre Schneidkanten sind in einer gemeinsamen diametralen Ebene P ausgerichtet. Die Einsätze 10', 10" sind mit dem Einsatz 10 (oder 10A) identisch, die zuvor in Verbindung mit den Figuren 1, 2 (oder 3,4) beschrieben wurden, wohingegen der Einsatz 100 wie in Figur 7 gezeigt ist, ausgebildet ist (was später beschrieben wird). Die Einsätze 10', 10" sind auf entgegengesetzten Seiten einer axialen Mittellinie M des Bohrwerkzeuges angeordnet, und der Einsatz 100 ist radial dazwischen angeordnet. Der radiale, am weitesten außen angeordnete Umfangseinsatz 10' erstreckt sich radial über die zylindrische Umfangsoberfläche 33 des Bohrkörpers wie auch über die Führungsklötze 28, 29, hinaus, so daß der Durchmesser des Loches in dem Werkstück, welches von dem Bohrer durchdrungen wird, durch den Einsatz 10' bestimmt wird. Die Einsätze 10', 100 sind beide auf einer Seite der axialen Mittellinie M angeordnet, wobei die Schneldkante 200 des Einsatzes 31 axial nach hinten und radial nach innen geneigt ist. Beide Einsätze 10', 100 könnten ganz auf derselben Seite der Mittellinie M angeordnet sein, oder der Einsatz 100 könnte leicht die Mittellinie M überlappen, wie in Figur 5 gezeigt wird.
Der Einsatz 100 (Figur 7) ist im allgemeinen ähnlich dem in den Figuren 1 - 2 gezeigten Einsatz 10 geformt. Die zwischen der Spanfläche 190 und der Freifläche 18 geschaffene Schneidkante 200 ist insofern der Schneidkante 20 des Einsatzes 10 ähnlich, als sie sich unter einem Winkel α von einer Normalen N zu den parallelen Kantenflächen erstreckt. Die Spanfläche 190 des Einsatzes 100 ist eine flache Oberfläche, die auf einer Höhe H&sub2; unterhalb der Oberfläche 11 angeordnet ist. Der Einsatz 100 enthält keine spanbrechende Ausnehmung; vielmehr kommt die Spanfläche 190 direkt mit der konkaven Oberfläche 22 zusammen. Die Breite B&sub3; der Spanfläche entspricht somit der Summe der Breiten B&sub1; + B&sub2; des Einsatzes 10, der in den Figuren 1 bis 2 gezeigt wird, und der Übergang zwischen der oberen Fläche 11 und der Spanfläche 190 wird durch die konkave Oberfläche 220 bestimmt, welche durch den Radius R&sub1; bestimmt wird.
Der Einsatz 10" und der Führungsklotz 29 sind auf derselben Seite der Mittellinie M angeordnet, wobei der Einsatz 10" zwischen der Bohrrotationsmitte und dem Führungsklotz 29 angeordnet ist. Wie am besten aus Figur 5 hervorgeht, sind die Einsätze 100 und 10" in ungefähr derselben axialen vorgeschobenen Position angeordnet und axial vorgeschoben, wenn mit dem peripheren Einsatz 10' verglichen wird. Ferner muß man wissen, daß während der Drehung des Werkzeugkörpers der Einsatz 10" radial die beiden anderen Einsätze 100, 10' überlappt, wodurch die drei Einsätze den gesamten Durchmesser des zu bohrenden Loches ausschneiden.
Durch Anordnung der Einsätze mit einer solchen radialen Überlappung auf beiden Seiten der Mittellinie M und durch Anordnen der Einsätze 100 und 10" in axial vorgeschobenen Positionen bezüglich des Einsatzes 10' wird eine Verringerung der gesamten Hauptschneidkraft oder resultierenden Kraft erhalten. Durch zusätzliche Schaffung von zwei Einsätzen 10', 10" in einer Form wie in Verbindung mit den Figuren 1 - 2 (oder Figuren 3 - 4) beschrieben ist, in Kombination mit einem Einsatz 100 in einer Form, wie in Verbindung mit Figur 7 beschrieben wurde, hat man herausgefunden, daß nicht nur die Schneidkräfte verringert werden, sondern daß auch der Verschleißgrad auf der Schneidkante verringert werden kann, weil die Kontaktlänge, d.h. der Betrag an Anstoßoberfläche zwischen Span und Einsatz, verringert wird. Es ist wichtig, daß die Einsätze 10' und 10" dieselbe Form haben, wobei die Schneidkanten 20 beider Einsätze 10' und 10" axial nach innen und radial nach außen geneigt sind.
Die Mittellinie C jedes Einsatzes ist im wesentlichen parallel zu der Mittelachse M des Bohrkörpers ausgerichtet. Daher kann angenommen werden, daß der zuvor erwähnte Winkel α durch die Schneidkante 20 (oder 200) mit einer Normalen zur mittleren Rotationsachse M des Bohrkörpers gebildet wird. Tests haben gezeigt, daß es möglich ist, die Kontaktlänge zwischen Span und Einsatz bis zu 60% zu reduzieren. Dies ist von großer Wichtigkeit, insbesondere für den Umfangseinsatz 10', der einer maximalen Schneidedrehzahl unterworfen wird (man beachte: die Schneidgeschwindigkeit wird bei der Annäherung an die Bohrermitte verringert und ist in der Mitte Null).

Claims

1. Schneideinsatz, der für den Gebrauch in einem Drehbohrer zur spanbildenden Bearbeitung von Metallwerkstücken zugeschnitten ist, mit einem Einsatzkörper (10), der durch obere und untere Teile (8, 12) und dazwischen zwei parallele Seitenkantenflächen (13, 14) und zwei zusätzliche Kantenflächen (15, 18) begrenzt ist, wobei sich eine Endfläche (15) senkrecht bezüglich der Seitenkantenflächen (13, 14) erstreckt, das obere Teilstück eine obere Fläche (11) und eine Spanfläche (19) aufweist, die von der oberen Fläche (11) in einer Richtung gegen das untere Teil (12) hin im Abstand angeordnet ist, und Kantenflächen aufweist, die sich zwischen der Spanfläche (19) und dem unteren Teil (12) ausdehnen, wobei ein Schnittpunkt zwischen der Spanfläche und einer ersten Fläche (18) der Kantenflächen eine Schneidkante (20) bestimmt, die erste Kantenfläche eine Freifläche für diese Schneidkante bestimmt und die Spanfläche eine spanbrechende Ausnehmung (21) aufweist, die nach innen von der Schneidkante (20) im Abstand angeordnet ist und sich parallel zu ihr erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schneidkante (20) schräg bezüglich einer Mittellinie (C) des Einsatzes erstreckt, wobei die Mittellinie sich parallel zu den Seitenkantenflächen (13, 14) befindet, wenn der Einsatz in Draufsicht betrachtet wird.

2. Schneideinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spanbrechende Ausnehmung (21) im Querschnitt die Form eines Kreisbogens hat.

3. Schneideinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine sanft gebogene Übergangsoberfläche (22) von einem inneren Ende der Ausnehmung (21) zu der oberen Fläche (11) erstreckt.

4. Schneideinsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsoberfläche (22) im Querschnitt die Form eines Kreisbogens mit einem Radius (R&sub1;) hat, der größer ist als eine Höhe (H&sub2;), welche sich zwischen der oberen Fläche (11) und einem Teil (19') der Spanfläche erstreckt, welche die Schneidkante (20) bestimmt.

5. Schneideinsatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius ungefähr zweimal so groß ist wie die Höhe (H&sub2;).

6. Schneideinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkante (20) mit einer Normalen zu der Mittellinie (C) einen spitzen Winkel (α) bildet, wenn der Einsatz in Draufsicht betrachtet wird, wobei der spitze Winkel von 10 bis 450 beträgt.

7. Schneideinsatz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der spitze Winkel (α) von 10 bis 25º beträgt.

8. Schneideinsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spanbrechende Ausnehmung (21) im Querschnitt gesehen als Kreisbogen ausgestaltet ist, wobei ein Radius (R&sub2;) des Kreisbogens kleiner ist als eine Breite (B&sub2;) der Ausnehmung, zwischen den äußeren und inneren Enden der Ausnehmung gemessen.

9. Schneideinsatz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Übergangsoberfläche (22), die sich von dem inneren Ende der Ausnehmung zu der oberen Fläche erstreckt, im Querschnitt die Form eines Kreisbogens mit einem Radius (R&sub1;) hat, der größer ist als der Radius (R&sub2;) der Ausnehmung (19).

10. Schneideinsatz nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (R&sub1;) der Übergangsoberfäche ungefähr zweimal größer ist als der Radius (R&sub2;) der Ausnehmung.

11. Schneideinsatz nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Radius (R&sub1;) ungefähr gleich einem Abstand (B&sub1; + B&sub2;) von der Schneidkante zu einem inneren Ende der Ausnehmung (21) ist.