DE69510794T2 - Bohrwerkzeug mit ausnehmungen für abgerundete schneideinsätze - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug für das spanbrechende Bearbeiten metallischer Materialien gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und wie aus der EP-A-491670 bekannt.
• Es ist bekannt, Schneideinsätze aus Sinterhartmetall für Bohrer zu verwenden, welche Einsätze durch mechanische Befestigungsanordnungen befestigt werden, wobei diese Einsätze aus Zwecken der Spänezerkleinerung mit einer oder mehreren Vertiefungen in der Spanfläche versehen sind. Solche Bohrer sind zum Beispiel aus der US-A-4 215 957 bekannt. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß es nicht möglich war, die optimale wünschenswerte Bildung von Spänen zu erreichen. So hat sich herausgestellt, daß es unmöglich ist, die gewünschten kurzen Komma-förmigen Späne zu erreichen, wobei es zugleich unmöglich war, den Leistungsverbrauch beim Betreiben des Bohrers auf gewünschte Weise zu reduzieren.
• Weiterhin wird in der EP-A-491 670 ein Bohrwerkzeug mit einem Bohrkörper beschrieben, an welchem zwei oder mehr Schneideinsätze befestigt sind. Die Einsätze sind im wesentlichen als Parallel-Trapeze ausgebildet und sind axial befestigt, d. h., die Widerlageroberflächen der Schneideinsätze erstrecken sich axial, wobei die Einsätze passend durch Hartlöten fixiert sind. Dies macht das Hartlöten der Einsätze schwieriger, da der Zugang zu den Einsätzen in axialer Richtung in der Spannut oder dem Spankanal beträchtlich verringert ist. Darüber hinaus ist es schwierig, in den Fällen, wenn die Einsatzsitze oder - taschen auszufräsen sind, mit dem Fräswerkzeug in der Spannut nach unten voranzukommen. Ein weiterer Nachteil dieser Konstruktion ist, daß die axiale Ausdehnung der Einsätze voluminös ist und daß die Spannuten oder -kanäle lang werden und dies das Risiko des Span-Festfressens erhöht. Darüber hinaus haben die langen Spannuten die Folge, daß man verhältnismäßig tief fräsen muß, mit dem Ergebnis großer Überhänge.
• In der EP-A-240 759 wird ein Bohrwerkzeug mit tangentialer Positionierung der Bohreinsätze an der Ober- oder Endseite des Bohrkopfes beschrieben. Zugegebenermaßen hat dies kürzere Spannuten und folglich ein verringertes Risiko des Span-Festfressens möglich gemacht. Auf der anderen Seite sind/ist die Bohreinsätze und/oder die tangentialen Einsatzsitze unnötig kompliziert. So neigen die in Fig. 3 dieser Beschreibung gezeigten Einsätze dazu zu brechen, einerseits aufgrund der eingeschlossenen 90º-Winkel, welche als Kerben wirken, und auf der anderen Seite aufgrund der komplizierten Geometrie, welche Verdichtungsprobleme verursacht, wenn die Einsätze gepresst werden. Darüber hinaus erfordern die Einsatzsitze einen verhältnismäßig komplizierten und sehr präzisionsabhängigen Fräsvorgang, um ein zufriedenstellendes Widerlager gegen den Einsatz zu erhalten, insbesondere weil der letztere durch Schrauben und nicht durch Löten befestigt wird.
• So ist es ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Bohrwerkzeug bereitzustellen, das leicht herzustellen ist.
• Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, so weit wie möglich die Produktion der Einsatztaschen in einem Bohrkopf, insbesondere in einem Ejektor-Bohrkopf, und auch die Produktion der Schneideinsätze, insbesondere durch Vermeidung jedweder Verdichtungsprobleme bei deren Pressen, zu vereinfachen.
• Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Anzahl verschiedener Schneideinsätze auf ein Minimum, vor allem auf nur ein Design, zu reduzieren.
• Diese und andere Ziele sind auf überraschende Weise erreicht worden, indem ein Bohrwerkzeug mit den in dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 definierten Merkmale bereitgestellt wurde.
• Aus Zwecken der Darstellung, jedoch nicht beschränkend, wird nun eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen weiter beschrieben. Diese werden hiermit vorgestellt.
• Fig. 1 zeigt ein befestigtes erfindungsgemäßes Bohrwerkzeug in einer perspektivischen Ansicht schräg von oben.
• Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Bohrschneideinsatz in einer perspektivischen Ansicht schräg von oben.
• Fig. 3 zeigt das gleiche Bohrwerkzeug wie in Fig. 1 in einer Seitenansicht, jedoch nicht befestigt.
• Fig. 4 zeigt das Bohrwerkzeug gerade von oben.
• Fig. 5 zeigt die gleiche Ansicht wie Fig. 4, jedoch mit den unterschiedlichen in den Fig. 5-8 definierten Ansichten und Schnitten.
• Fig. 6 zeigt den Querschnitt VI-VI gemäß Fig. 5 des oberen Teils des Werkzeugs.
• Fig. 7 zeigt die Ansicht VII gemäß Fig. 5 des oberen Teils des Werkzeugs.
• Fig. 8 zeigt die Ansicht VIII gemäß Fig. 5 des oberen Teils des Werkzeugs.
• Fig. 9 zeigt den Querschnitt IX-IX gemäß Fig. 5 des oberen Teils des Werkzeugs.
• In Fig. 1 wird ein Bohrwerkzeug des Ejektor-Typs allgemein mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet. Vorteilhafterweise kann es auch allgemein beim sogenannten BTA-Bohren verwendet werden. Das Werkzeug umfaßt eine Bohrkrone oder einen Bohrkopf 2, ein Zwischenteil 3 und einen Schaft 4. Dieser Schaft 4 ist mit einem äußeren Gewinde 5 versehen, welches dafür vorgesehen ist, in eine (nicht gezeigte) äußere Halteröhre auf eine an sich bekannte Weise eingeschraubt zu werden. Eine innere Röhre (nicht gezeigt), die konzentrisch mit der äußeren Röhre ist, wird auf eine an sich bekannte Weise in den inneren, im wesentlichen zylindrischen Hohlraum des Bohrers, vorbei an den Kühlmittellöchern 6, eingeführt, wodurch gebildete Späne dem Schneidmittel durch die innere Röhre folgen.
• Wie man in den Fig. 3 und 4 sehen kann, ist die obere Seite des Bohrkopfes mit drei Schneideinsatzsitzen oder -taschen 7, 8 und 9 versehen, von denen jede einen Bohrschneideinsatz 10 unterbringen soll. Vorteilhafterweise sind die drei Schneideinsätze gleich mit dem einzigen Unterschied, daß der mittige Schneideinsatz im Vergleich zu dem Umfangs- und Zwischenschneideinsatz umgekehrt ist. Die Anzahl an Schneideinsätzen in einem Ejektor-Bohrer kann zwischen eins und fünf liegen. Jedoch besteht der Nachteil bei einem einzelnen Schneideinsatz darin, daß die Schneidkräfte, die die Stützpuffer auszuhalten haben, groß werden, da der Bohrer unausgewogen wird. Es wurde herausgefunden, daß die Anzahl von drei einen guten Kompromiß zwischen Zusammenspiel, Lebensdauer und Abstimmung darstellt. Der Ejektor-Bohrer wird üblicherweise als ein Ein-Weg-Bohrer hergestellt, und die Fig. 2 entsprechenden Sinterkarbid-Einsätze sind daher in die Schneidtaschen eingelötet oder hartgelötet. Da er ein Ein-Weg-Typ ist, sollte der Bohrer so lange wie möglich abgenutzt werden, ohne daß die Produktqualität oder das Versagensrisiko störend werden. Der Umfangseinsatz 10A bestimmt den Durchmesser des gebohrten Loches, welcher üblicherweise zwischen 20 und 65 mm liegt. Radial nach innen ist die Schneidkante dieses Einsatzes nach oben geneigt. Der nahe anliegende mittige Schneideinsatz 10C in der Schneidtasche 8 überlappt die Mittelachse des Bohrers, da kein Restkern erwünscht ist. Im Gegensatz zu dem Umfangseinsatz ist axial abwärts seine Schneidkante nach unten radial nach innen geneigt, da ansonsten der hintere Scheideinsatz einer solch großen Belastung ausgesetzt würde, daß er sehr schnell bräche. In Übereinstimmung mit der Neigung der mittigen Schneidkante ist die Kopfspitze mit einem kegelförmigen Hohlraum 25 versehen. An der entgegengesetzten Seite der Mittelachse ist der Zwischenschneideinsatz 10B in der Einsatztasche 9. Wie bei dem Umfangseinsatz 10A ist seine Schneidkante axial nach oben radial in Richtung auf das Innere geneigt. Bei Rotation überlappt sich der Umdrehungsverlauf der Schneidkante des Zwischeneinsatzes ein wenig sowohl mit den Schneidkanten des Umfangs- als auch des mittigen Schneideinsatzes, um eine kontinuierliche Schneidlinie von der Mittelachse zu dem Umfang hin zu erreichen.
• Zwei Spankanäle, -leitungen oder -nuten enden in der oberen Seite des Bohrers: ein gemeinsamer, größerer Spankanal 11 für den Umfangs- und den mittigen Einsatz, und ein etwas kleinerer Spankanal 12 für den Zwischenschneideinsatz. In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enden die entgegengesetzten Enden dieser Spankanäle in einem herausgedrehten inneren Spanraum 13, welcher kegelstumpfförmig ist, wobei die Bodenoberfläche nach oben in Richtung auf die obere Seite des Bohrers gedreht ist. Durch diesen Spanraum 13 werden der mittige und der Zwischenschneideinsatz auf einer brückenförmigen Vorrichtung 14 sein, die sich quer über den Raum 13 erstreckt und sich an zwei im wesentlichen diametral entgegengesetzte Teile der Oberseite des Bohrers anschließt. Da der ganze Bohrer 1 vorzugsweise in einem einzelnen Stück hergestellt wird, wird dieser Raum 13 durch ein Drehwerkzeug gedreht, welches durch die Öffnung 15 in der rückwärtigen Endseite des Bohrers eingeführt wird. Dieser Raum 13 führt zu einigen Vorteilen, von denen ein vergrößerter Spanraum mit minimiertem Risiko des Span-Festfressens und eine leichtere Konstruktion genannt werden können. Die Spankanäle 11 und 12 sind von oben ausgefräst worden, von der oberen Seite des Bohrers. Um den verfügbaren Spanraum in den Spankanälen zu optimieren ist das Fräswerkzeug in bezug zu der Mittelachse des Bohrers in der Nähe des Umfangs des Bohrers winkelig angordnet worden, so daß winkelig nach außen angeordnete, abgeschrägte Oberflächen erzielt worden sind, welche entweder über einen kleinen Stegabschnitt 16 an die unmittelbare Nähe der äußeren Hüllfläche des Bohrers angrenzen oder welche direkt eine Trennlinie 17 mit der Hüllfläche bilden.
• Das erfindungsgemäße Bohrwerkzeug wird bevorzugt aus einem einzelnen Stück hergestellt. Die äußeren, rotationssymmetrischen Oberflächen werden durch Drehen hergestellt, während die anderen äußeren Oberflächenabschnitte durch Fräsen gebildet werden. Wie am besten in den Fig. 3 und 4 zu sehen, werden die Einsatztaschen oder - sitze 7, 8 und 9 auf die einfachst mögliche Weise hergestellt, nämlich durch einen einzigen kurzen, geraden Endfräsvorgang pro Einsatztasche, mit ein und demselben Endfräser. Dadurch erhält natürlich die rückwärtige Widerlageroberfläche der Einsatztasche eine gerundete, halbkreisförmige Gestalt entsprechend dem Schneiddurchmesser des Endfräsers. Der innere Hohlraum 15 wird ausgebohrt, wonach anschließend, wie oben erwähnt, der Spanraum 13 herausgedreht wird. Es kann herausgestellt werden, daß auch der Teil, der vorher durch den Spanraum 13 belegt wird, dann aus einem kontinuierlichen Abschnitt der Bohrung 15 besteht.
• Wie erwähnt, gibt Fig. 2 einen Schneideinsatz 10 gemäß der vorliegenden Erfindung wieder. Unter anderem umfaßt er eine Reliefoberfläche 18 und eine gerundete Kantenseite 19. Die Spanoberfläche umfaßt einen verlängerten Spanbrecher 20 und unter diesem einen im wesentlichen ebenen Spanflächenabschnitt 21. Auf der Rückseite, auf der gerundeten Kantenseite des Schneideinsatzes kann er mit einem Abstandsfortsatz 22 versehen sein, welcher jegliche Störungen, die aufgrund von Unebenheiten, die auftreten können, wenn die Einsätze gepreßt werden, beim Positionieren des Einsatzes in die Einsatztasche unterbindet. Darüber hinaus minimiert der Abstandsfortsatz 22 das Risiko jeglicher durch die veränderliche Dicke der Schweißschichten verursachten Positionierungsdiskrepanzen aufgrund der Tatsache, daß die Berührung zwischen den beiden entgegengesetzten halbkreisförmigen Oberflächen minimal wird.
• Die gerundete Rückseite des Schneideinsatzes erbringt ein beträchtlich verringertes Risiko der Bildung von Brüchen, da sie ein günstiges Belastungsbild ohne irgendwelche scharfen Ecken erlaubt, welche Belastungskonzentrationen mit sich bringen. Weiterhin wird, da die Länge des Einsatzes im Vergleich zu der Einsatzbreite groß ist, eine größere Trägerfläche zur Aufnahme von Schneidkräften erreicht. Darüber hinaus wird die Einsatzform sehr vorteilhaft gepreßt und verursacht überhaupt keine Verdichtungsprobleme.
• Um radiale Schneidkräfte zu absorbieren, ist der erfindungsgemäße Bohrer mit Stützpuffern 23 ausgestattet, welche in den Stützpuffertaschen 24 eingelötet oder hartgelötet sind. Auch diese Stützpuffertaschen werden zweckmäßig auf die gleiche Weise wie die Einsatztaschen 7, 8 und 9 durch einen einzigen geraden Fräsvorgang mit einem Endfräser ausgefräst. Der Stützpuffer kann passenderweise eine übereinstimmende Form haben, d. h. einen länglichen Körper mit einem gerundeten Ende. Darüber hinaus wird der Außenseite des Stützpuffers zweckmäßig gerundete Form in Gestalt eines Zylinderoberflächensegmentes gegeben, um im wesentlichen mit der im wesentlichen zylindrischen Hüllfläche des Bohrers übereinzustimmen.
• Sowohl bei der Befestigung der Einsätze als auch der Stützpuffer dient die gerundete rückwärtige Widerlageroberfläche zur Führung in der ersten Stufe der Befestigung, d. h. sie erlaubt eine bestimmte seitliche Verlagerung, was eine Notwendigkeit für das automatische Befestigen ist.

Claims (6)

1. Bohrwerkzeug, das hauptsächlich zum Ejektorbohren bestimmt ist, mit einem Bohrkörper (1) von im wesentlichen Zylinderrohrform, dessen eines Ende eine Öffnung (15) zu einem inneren Hohlraum aufweist und dessen anderes Ende eine Betriebsoberseite ist, welche mit einem oder mehreren Schneideinsätzen (10) aus Sinterkarbid versehen ist, die in zu diesem Zweck vorgesehenen Einsatzsitzen oder -taschen (7, 8, 9) gelötet sind, wobei die Einsatzsitze oder -taschen (7, 8, 9) und die Schneideinsätze (10) tangential in der oberen Seite des Bohrkörpers angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die rückwärtigen Widerlagerseiten der Einsatzsitze oder -taschen und die entsprechenden rückwärtigen Widerlagerseiten (19, 25) der Schneideinsätze eine abgerundete, im wesentlichen halbkreisförmige Gestalt haben.

2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es drei Schneideinsätze aufweist, nämlich einen Umfangseinsatz (10A), einen Zwischeneinsatz (10B) und einen Mitteleinsatz (10C).

3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Spankanäle (11, 12) in seiner oberen Seite enden, wobei ein Spankanal (11) die aus dem Umfangseinsatz (10A) und dem Mitteleinsatz (10C) stammenden Späne wegführt, während der andere Spankanal (12) die aus dem Zwischeneinsatz (10B) stammenden Späne wegführt.

4. Bohrwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Spankanäle (11, 12) zu einem nach außen gedrehten Spanraum (13) führen, der im wesentlichen kegelstumpfförmig ist, wobei die Basisoberfläche nach oben in Richtung gegen die Oberseite des Werkzeuges gedreht ist.

5. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkörper aus einem einzigen Werkstück hergestellt ist.

6. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkörper eines oder mehrere Stützpolster (23) aufweist, die in entsprechenden Ausnehmungen (24) auf der äußeren Hülloberfläche des Bohrkörpers gelötet sind, wobei beide Stützpolster und die entsprechenden Ausnehmungen zwei im wesentlichen parallele Längsseiten und eine im wesentlichen halbkreisförmige Endseite aufweisen.