DE69210012T2

DE69210012T2 - Bohrer mit schneideinsatz und schneideinsatz mit einem symmetrischen bohrpunkt und schneidkante mit verschiedener länge

Info

Publication number: DE69210012T2
Application number: DE69210012T
Authority: DE
Inventors: Tommy Tukula
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik AB
Priority date: 1991-01-28
Filing date: 1992-01-13
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2012-01-14
Also published as: WO1992012817A1; EP0569451A1; EP0569451B1; SE467727B; SE9100246D0; SE9100246L; US5340246A; JPH06504957A; DE69210012D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bohrer mit mindestens zwei Wendeschneidplatten mit einem Mitteleinsatz und einem Umfangseinsatz, wie aus der EP-A-0 088 505 bekannt, und eine Wendeplatte für Bohrer mit mindestens einer Bohrerspitze, wobei die Bohrerspitze symmetrisch bezüglich der zwei flachen Seiten des Einsatzes angeordnet ist und eine Querkante hat, wie aus der EP-A.0 158 820 bekannt ist.

Hintergrund der Erfindung

Von früher ist bekannt, Bohrer zum Metallbohren herzustellen, die zwei Wendeplatten bzw. -einsätze aus Wolframkarbid haben, bei denen der erste Einsatz ein Mitteleinsatz ist, der die mittleren Teile des Loches schneidet, und der zweite Einsatz ein Umfangseinsatz ist, der die Umfangsteile des Loches schneidet. Die Einsätze sind im wesentlichen jeder auf einer Seite der Bohrachse angeordnet, aber ein Teil des Mitteleinsatzes erstreckt sich oft an der Achse vorbei. Einige dieser Bohrer sind in den Patenten EP 088 505, EP 181 844, EP 292 455, US 4,124,328 und US 4,268,198 beschrieben. Verglichen mit Bohrern mit einem kontinuierlichen Einsatz über den ganzen Durchmesser des Bohrers, wie in der US 4,527,937, haben Bohrer mit Mittel- und Umfangseinsätzen den Vorteil schmalere Späne zu schneiden, die leichter aus dem Loch befördert werden, aber den Nachteil großer unausgeglichener Seitenschneidkräfte, die dazu neigen, den Bohrer zu verbiegen oder das Werkstück zu verschieben, woraus verschlechterte Präzision resultiert. Daher wurden Bohrer mit Mittel- und Umfangseinsätzen bis jetzt nur für kurze Löcher verwendet, und sie erfordern starres Klemmen des Werkstückes. Da sich das vordere Ende des Mitteleinsatzes nicht auf der Bohrachse befindet, tendiert es nicht dazu, sich selbst auf einem bestehenden Loch kleineren Durchmessers zu zentrieren, und ist nicht zum Abfasen geeignet.
Beim Beginnen eines neuen Loches ist es besonders störend, wenn der Bohrer noch nicht durch die Außenkante des Umfangseinsatzes stabilisiert ist. Unausgeglichene Kräfte in der Ebene der Kanten biegen den Bohrer und geben dem Loch einen ungenauen Durchmesser, und Kräfte in rechten Winkeln zu den Einsätzen machen es schwierig, ein Loch an dem beabsichtigten Punkt zu beginnen, besonders bei Werkstücken mit geringer Dicke. Unausgeglichene Seitenkräfte treten entweder auf, weil die Länge der aktiv schneidenden Kante auf einer Seite der Bohrachse nicht gleich der auf der anderen Seite ist oder weil die Achse nicht in den Ebenen der Kanten liegt. Die unausgeglichenen Kräfte sind besonders erheblich, wenn die Oberfläche der Werkstücke ungleich ist oder sich nicht in rechten Winkeln zur Bohrachse befindet.

Die vorliegende Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist es, einen Bohrer mit Mittel- und Umfangseinsätzen und einer Wendeplatte zu schaffen, wobei deren Kanten geformt sind, die Kräfte bei Beginn eines Loches völlig auszugleichen und später die Seitenkräfte in der Ebene der Kanten so klein wie möglich zu halten. Dies ermöglicht es, diese Einsatzanaordnung für lange Löcher und tiefe Löcher zu verwenden. Bohrer nach der Erfindung sind so einfach anzuwenden, wie symmetrische Spiralbohrer, und sie erfordern nicht so große Starrheit in der Maschine und im Klemmen, wie es bei anderen Bohrern mit zwei Einsätzen der Fall ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 7 gelöst.
Nach der Erfindung ist der Mitteleinsatz mit einer zentrierenden Bohrerspitze hergestellt, vorzugsweise mit einer Scheidquerkante (Querschneide), wie zum Beispiel gespaltene Spitze, Freigeschliffen (mit Ausspitzungen) oder nach der US 4,222,690. Diese Bohrerspitzenausführungen benötigen geringe Zuführkräfte und zentrieren den Bohrer wirkungsvoll. Auf einer Seite der Bohrerspitze ist die Querkante kontinuierlich mit einer langen Kante und auf der anderen Seite mit einer kurzen Kante. Die lange Kante sollte länger als 25% des Lochdurchmessers sein, die kurze Kante sollte kürzer als 25% des Lochdurchmessers sein. Beim Beginnen eines Loches gibt es keine Seitenkräfte bevor der aktiv schneidende Teil der langen Kante länger als die kurze Kante ist.
Die lange Kante liegt in der konischen Oberfläche, die durch den Mitteleinsatz geschnitten ist, sie wird aber durch eine tangentiale Ausnehmung in ihrem mittleren Teil konkav gemacht. Auf diese Weise bekommen die äußeren Teile der langen Kante einen kleinen, positiven, radialen Spanwinkel, was in sehr geringen gesamten Radialkräften resultiert. An ihrem Ende stößt die lange Kante an die Seitenkante mit einem kurzen, bogenförmigen Übergang an.
Der Umfangseinsatz soll mindestens eine lange Kante haben, die länger als 25% des Lochdurchmessers ist. Er kann mit einer geraden Schneidkante hergestellt sein, und in einem solchen Fall ist er mit der Bohrachse in der Ebene der Kante angeordnet. Er kann auch ein Einsatz vom selben Typ wie der Mitteleinsatz sein und in derselben Ebene wie letzterer angeordnet sein. In beiden Fällen ist der Umfangseinsatz vorzugsweise axial so weit zurückgezogen, daß der innere Teil seiner Kante sich frei in einem Bereich bewegt, welcher durch den Mitteleinsatz schon spanabhebend bearbeitet wurde. Dies ist besonders in dem Fall wünschenswert, wenn der Umfangseinsatz ähnlich dem Mitteleinsatz mit einer Bohrerspitze bzw. einem Bohrpunkt und einer kurzen Kante auf der anderen Seite ist.
Der Bohrkörper ist mit zwei spiralförmigen Hohlkehlen hergestellt, um die Späne zu befördern, die erste Hohlkehle für die durch die lange Kante des Mitteleinsatzes spanabhebend bearbeiteten Späne und die zweite Hohlkehle für die durch die kurze Kante des Mitteleinsatzes und durch die lange Kante des Umfangseinsatzes spanabhebend bearbeiteten Späne. Zwischen den Hohlkehlen bildet der Körper zwei Flansche, die durch einen Steg mit der Bohrachse verbunden sind.
Der Umfangseinsatz stützt sich mit seiner ganzen Rückseite gegen den ersten Flansch. Der Mitteleinsatz stützt sich mit dem größeren Teil seiner Rückseite gegen den zweiten Flansch. Der kleinere Teil des Mitteleinsatzes, der die kurze Kante aufweist, erstreckt sich an der Bohrachse vorbei durch einen in den Steg geschnittenen Schlitz, der eine Breite hat, die leicht größer ist als die Dicke des Einsatzes. Wenn der Umfangseinsatz aktiv schneidet, übt seine Schneidkraft eine Drehkraft auf den vorderen Teil des Flansches aus, an dem er angebracht ist, wobei er den Flansch dreht, um den Schlitz um den Mitteleinsatz zu schließen, der dann über seine ganze Breite einschließlich hinter der kurzen Kante gestützt ist.
Jeder Einsatz kann einen oder zwei Sätze von Schneidkanten haben. Das abgeschrägte Loch für die Festklemmschraube ist in beiden Fällen von der Bohrachse zur Seite der langen Kante hin versetzt und liegt nicht in der Bohrpunktachse bzw. Bohrerspitzenachse oder in der Mittellinie der Kanten, welche der Bohrachse entspricht, wenn sie als Mitteleinsatz angebracht ist. Dies erlaubt, die Schraube in dem festen Material des Flansches zu befestigen, ohne den verfügbaren Raum für die Hohlkehlen zu beschränken.

Beschreibung der Erfindung im Detail

Die Lage der Einsätze ist in den Figuren 1 bis 3 beschrieben, welche das Schneidende des Bohrers von der Seite des Mitteleinsatzes, von der Seite des Umfangseinsatzes, und axial gesehen zeigen. Der Bohrer hat einen Mitteleinsatz 11 und einen Umfangseinsatz 12. Die Bohrerachse 10 geht durch den Mitteleinsatz 11 hindurch, der mit einem Zentrierbohrpunkt 25 symmetrisch um die Bohrerachse 10 versehen ist. Auf einer Seite der Achse befindet sich eine kurze Kante 27, auf der anderen Seite eine lange Kante, deren innerer Teil 21 im wesentlichen zu der kurzen Kante 27 symmetrisch ist und deren äußerer Teil 23 in seiner Bewegungsebene gekrümmt ist, um eine tangentiale Linie aus einigen Punkten ihr entlang die Bohrerachse 10 schneiden zu lassen oder hinter dieser vorbeigehen zu lassen.
Der Umfangseinsatz 12 hat eine lange Kante, deren äußerer Teil 24 sich etwas weiter nach außen als die zylindrische Oberfläche des Bohrkörper erstreckt, wodurch sichergestellt wird, daß die Lochwand 31 durch das Ende 20 der Kante geschnitten wird. Um der Kante große Festigkeit zu geben, ist das Ende 20 mit einem bogenförmigen Übergang versehen, der in die Seitenkante 38 hineinläuft. Der Umfangseinsatz 12 kann wie der Mitteleinsatz 11 mit einer Zentrierbohrerspitze bzw. einem Zentrierbohrpunkt 26 und einer kurzen Kante 28 symmetrisch zu dem inneren Teil 22 der langen Kante geformt sein. In solch einem Fall sollte der Umfangseinsatz 12 axial so weit zurückgezogen werden, daß seine kurze Kante 28 und sein Bohrpunkt 26 nicht den Boden des Loches berühren, sondern sich innerhalb des Raumes 30 bewegen, der schon durch den Mitteleinsatz 11 span abhebend bearbeitet wurde. Das Ende 19 der langen Kante 23 des Mitteleinsatzes sollte vorzugsweise einen bogenförmigen Übergang zu der Seitenkante 37 haben, und die langen Kanten sollten in radialer Richtung überlappen, das bedeutet, daß wenn die zwei Einsätze 11, 12 identische Gestalt haben, die lange Kante 21, 23 des Mitteleinsatzes und die lange Kante 22, 24 des Umfangseinsatzes jede länger als 25% des Lochdurchmessers sein sollte.
Der Bohrerkörper hat zwei spiralförmige Hohlkehlen, um die Späne zu befördern, wobei die erste Hohlkehle 15 die Späne befördert, die durch die lange Kante 21, 23 des Mitteleinsatzes 11 gebildet sind, und die zweite Hohlkehle 16 die Späne befördert, die durch den Umfangseinsatz 12 und die kurze Kante 27 des Mitteleinsatzes gebildet sind. Zwischen den Hohlkehlen sind Flansche, wobei der Mitteleinsatz an den ersten Flansch 13 durch eine Kegelkopfschraube 17 festgeklemmt ist und der Umfangseinsatz 12 an den zweiten Flansch 14 durch eine zweite Kegelkopfschraube 18 festgeklemmet ist. Das Gewindeloch für die erste Schraube 17 befindet sich nicht in der Symmetrielinie des Bohrpunktes 25, die mit der Bohrachse 10 zusammenfällt, sondern ist radial entsprechend einigen Punkten auf der langen Kante 21, 23 versetzt, um die Schraube durch massives Material in dem Flansch gestützt werden zu lassen, selbst wenn die zweite Hohlkehle 16 sehr tief und geräumig hergestellt ist. Der Mitteleinsatz 11 und der Umfangseinsatz 12 verbleiben in ausgesparten Taschen. Die Tasche für den Mitteleinsatz ist zum Teil seitlich in dem zweiten Flansch 14 ausgespart, indem ein Schlitz von der ersten Hohlkehle 15 zu der zweiten Hohlkehle 16 gebildet wird.
Eine Ausführungsform des Mitteleinsatzes 11 nach der Erfindung wird in Figur 4 gezeigt. Die lange Kante ist zu einer S-Form in der Ebene der Freifläche 331 gekrümmt, wobei der Innenteil 211 konvex und der Außenteil 231 konkav ist. Eine Linie, die zu dem Außenteil der Kante nahe ihrem Ende 201 tangential ist, sollte durch oder hinter den Bohrpunkt 251 laufen. Die kurze Kante 271 ist in der Ebene der Freifläche 351 konvex. Die kurze Kante 271 und der Innenteil 211 der langen Kante haben vorzugsweise eine Krümmung, die zu dem Bohrpunkt 251 hin anwächst, ähnlich der US 4,222,690. Der Spanwinkel entlang den Kanten ist positiv, was durch eine Nut entlang der Kanten der im wesentlichen flachen Einsätze erreicht wird, wobei die Nut eine Tiefe hat, um der Krümmung der Kanten zu folgen. Der Übergang von dem Außenteil 231 der langen Kante zu der Seitenkante 371 nahe dem Ende 201 ist bogenförmig. Der Einsatz ist rund um das Schraubenloch 171 umkehrbar, weil er zwei Gruppen von Schneidkanten und parallelen Seitenkanten 372 hat.
Eine zweite Ausführungsform ist in Figur 5 gezeigt, bei welcher die äußere Form zugunsten geringerer Produktionskosten vereinfacht ist. Der Bohrpunkt bzw. die Bohrerspitze 252 ist mit einer geraden Querschneide mit Ausspitzungen hergestellt, die effizienter gemacht wird, indem man die Freiflächen 332, 352 zunehmend steil weiter hinter den Schneidkanten schräg abfallen läßt. Die kurze Kante 272 und der innere Teil 212 der langen Kante befinden sich mit einem scharfen Übergang direkt an dem äußeren Teil 232. Der Einsatz ist rund um das Schraubenloch 172 umkehrbar und hat zwei Sätze von Schneidkanten und parallelen Seitenkanten 372.
Wenn harte, spröde Materialien gebohrt werden, ist die Schleifabnutzung der Kanten von geringer Bedeutung und der größte Kantenschaden besteht darin, daß der ganze Einsatz weggeworfen werden muß. Man bevorzugt dann, den Einsatz mit nur einem Satz von Schneidkanten herzustellen und die anderen Kanten zu formen, um besonders stabiles und vibrationsfreies Festklemmen zu erlauben, wie zum Beispiel mit zwei zusammenlaufenden Kanten 41, 42 nach Figur 6.
Der Umfangseinsatz kann auch ein dreieckiger Standardeinsatz sein. Für sehr große Durchmesser können auch mehr als zwei Einsätze verwendet werden, wobei nach der Erfindung einer ein Mitteleinsatz und einer ein Umfangseinsatz ist und die Restteile an radialen Zwischenpositionen angeordnet sind, die zwischen den Flanschen 13, 14 abwechseln.
Ein Mitteleinsatz nach der Erfindung kann auch als ein einziger Bohreinsatz verwendet werden, wobei dann aber der Vorteil von zwei leicht zu fördernden Strömen von Spänen nicht erreicht wird und die unausgeglichenen Seitenkräfte während des späteren Teils der Bohrtätigkeit erheblich sind.

Claims

1. Bohrer mit mindestens zwei Wendeschneidplatten mit einem Mitteleinsatz (11) und einem Umfangseinsatz (12), dadurch gekennzeichnet, daß der Mitteleinsatz eine Bohrerspitze (25) auf der Achse (10) des Bohrers hat und die Bohrerspitze (25) bezüglich der flachen Seiten des Einsatzes symmetrisch ist und eine Querkante hat, die kontinuierlich ist mit einer kurzen Kante (27) auf einer Seite des Einsatzes und einer langen Kante (21, 23) an der anderen Seite des Einsatzes.

2. Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (10) des Bohrers zwischen den zwei flachen Seiten des Einsatzes symmetrisch angeordnet ist.

3. Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Teil (21) der langen Kante kongruent zu der kurzen Kante (27) ist.

4. Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Teil (23) der langen Kante in der Ebene der Freifläche (331) konkav bogenförmig ist, wenn man von der Spanseite blickt.

5. Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitteleinsatz (11) durch eine Schraube (17) am Bohrkörper festgeklemmt ist, wobei die Schraube von der Achse (10) des Bohrers zur Seite der langen Kante (21, 23) hin radial versetzt ist.

6. Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangseinsatz (12) konform zum Mitteleinsatz (11) ist.

7. Wendeeinsatz für Bohrer mit mindestens einer Bohrerspitze (25), die bezüglich der zwei flachen Seiten des Einsatzes symmetrisch angeordnet ist und eine Querkante hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Querkante kontinuierlich ist mit einer kurzen Kante (27) auf einer Seite des Einsatzes und einer langen Kante (21, 23) an der anderen Seite des Einsatzes.

8. Wendeeinsatz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Teil (23) der langen Kante in der Ebene der Freifläche (331) konkav bogenförmig ist, wenn man von der Spanseite blickt.

9. Wendeeinsatz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Loch (171) hat, aus der Symmetrieachse der Bohrerspitze (25) versetzt zur Seite der langen Kante (21, 23) hin.

10. Wendeeinsatz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er reversibel bzw. umsetzbar ist und zwei Bohrerspitzen (25) hat, deren jede eine Querkante hat, die kontinuierlich ist mit einer kurzen Kante (27) und einer langen Kante (21, 23).