SE525336C2 - Borrverktyg för hålborrning i metalliska material - Google Patents

Description

25 30 i isos si: 2 ansättriingskrafter. Ett samtidigt syfte är att emâ god centreringsfönnåga utan behov av att påtagligt reducera den verksamma skäreggslängden.

Ett annat syfie är att kunna åstadkomma en borr, som möjliggör att kraftigare matning och större borrhastighet kan tillämpas.

Ett annat syfie med uppfinningen är att kurma åstadkomma förbättrad spånevakuering under bearbetningen och samtidigt uppnå stabilare borrning och bättre håltolerans.

Enligt ännu ett annat syfte har borren givits en sådan utformning i närheten av centrumpartiet så att omslipning av skäreggspartierna kan göras på ett bättre sätt än tidigare.

Enligt uppfinningen nås dessa syften medelst de särdrag som anges i patentkravets 1 kännetecknande del. Föredragna utföranden av uppfinningen är vidare angivna i kraven.

Kort beskrivning av bifogade ritningar På ritningama är: Fig. 1 en sidovy av en borr enligt föreliggande uppfinning, Fig. 2 en frontvy av borrens främre parti, Fig. 3 en tvärsektionsvy längs linjen III-III av borren enligt fig. 1, Fig. 4 en förstorad sidovy av samma borr som är visad enligt fig. 1-3, Fig. 5 en förstoring av ett centralt avsnitt av borrhuvudets spets betraktat i ändvy, Fig. 6 en extrem förstoring av borrens spetsparti, 10 15 20 25 30 ecco o -1...

O O I Q. .en iisos se 3 Fig. 7 ett partiellt snitt VII-VII i fig. 5.

Fig. 8 visar ytfinhetsresultat, som uppnåtts vid mätningar företagna på borrhål gjorda medelst en känd borr enligt US 4,583,888, Fig. 9 visar motsvarande ytfinhetsmätningar orda på ett borrhål efter borrning med en borr enligt uppfinningen, Fig. 10-11 visar positioneringen av mätresultaten i x- och y-led vid mätningar gjorda på borrar enligt fig. 8-9 Detaljerad beskrivning av ett föredraget utförande av uppfinningen Den i fig. 1 och 2 visade borren innefattar ett skaft 1 och ett i sin helhet med 2 betecknat borrhuvud. I skaftet 1 är utformade två spiral- eller skruvformiga spår 3, 3' som avgränsas mellan två på analogt sätt spiralforrniga bommar 4, 4'. I borrhuvudet 2 ingår två i detta fall identiskt likadana, ehuru spegelvända skärelement 5, 5' vilka sträcker sig i förlängning av varandra i ett gemensamt, med A-A betecknat huvudplan som genomskär borrens geometriska centrum eller rotationsaxel (demia axel är i fig. 4 betecknad C). De båda skärelementen 5, 5' är i exemplet utförda såsom partier av en gemensam skärkropp av hårdmetall, som utgör en integrerad del av det i samma material utförda borr-skaftet och som formats till sin slutliga, på ritningama visade form.

Denna slutliga formning av verktyget kan ske medelst slipning, formsprutning eller på annat sätt.

Varje enskilt skärelement 5, 5' uppvisar en i sin helhet med 7 betecknad skäregg vilken generellt avgränsas mellan å ena sidan en primär släppningsyta 8 och en mot denna trubbvinkligt utbildad sekundär släppningsyta 8' och å andra sidan en spånyta 9 mellan vilka en fas 10 är utbildad-_ Släppningsytan 8 bildar med ett horisontalplan H genom skäreggen en släppningsvinkel a; under det att släppningsytan 8' med samma plan H bildar en släppningsvinkel (12. Den radiellt inre delen 9' av denna spånyta är konvext utbildad och har väsentligen en nollgradig axiell lutning i sitt närmare centrum belägna 10 15 20 25 30 mos se 4 parti, under det att den radiellt yttre delen 9" har en konkav form, som radiellt utåt övergår i ett plant parti 9"'. I den krökta övergângszonen mellan den yttre ändavslutningen hos ytdelen 9" och den avslutande plana ytdelen 9"' sker den avslutande spånbrytningen innan spånan evakueras bakåt vid bearbetningen.

Den enskilda skäreggen 7 inbegriper ett från borrhuvudets periferi sig sträckande, i detta fall väsentligen rakt huvudparti ll som närmare borrens centrum övergår i ett krökt parti betecknat 12. Borren är försedd med organ för invändig kylning i form av två spiralformigt genom borren sig sträckande kylkanaler 13 och 14. Med borren betraktad i sidovy bildar huvudskäreggarna en inbördes vinkel ß av 1 16-l52°, företrädesvis 138-l42°.

Efter det krökta partiet 12 övergår eggen i ett kort rakt parti 12', som radiellt inåt bildar en trubbvinklig skärning med ett i tvärriktningen slipat parti 12" som i det visade fallet bildar trubbvinklig skärning med en s k tväregg 15, som sträcker sig genom borrens centrum. Alternativt kan dock partiet 12" vara konkavt krökt. Utmärkande är därvid att den raka linje, som definierar partiets 12' riktning, ej passerar genom borrens centrum utan i stället utsträckes i en riktning ett stycke under borrens centrum lärnpligen ca 0,05 mm under centrum. Härigenom tillskapas bättre möjligheter för spånevakuering och samtidigt förbättrade omslipningsmöj ligheter i borrens centrum. Härvid ska partiet 12' utsträckas i en riktning som bildar en vinkel u; av 40-5 0°, företrädesvis 42-48° i förhållande till en vertikal linje L; genom borrens centrum. Utmärkande är vidare att det längs hela det raka eggpartiet 1 I liksom längs det krökta eggpartiet 12 är utbildat den ovan nämnda inslipade fasen 10, som bildar övergång till släppningsytans 8 längd.

Utsträckningen av denna fas 10 upphör emellertid när det krökta partiet 12 möter det in mot centrum sig sträckande raka eggpartiet l2'. Den som eggförstärkning utbildade fasen 10 bör ha en bredd b, som inom ett borrdiarneterområde av 3-20 mm uppgår till 0,04-0,16 mm. Vidare bör fasens 10 spånvinkel y uppgå till 25-35°. Härigenom förbättras möjlighetema till en effektivare borrmatning samtidigt som borrens livslängd förbättras. 10 15 20 25 30 11808 SE 5 En väsentlig dimensionsregel i syfie att optimera borrens spetsgeometri till gagn för centreringsförmågan är att avståndet ai fig. 6, som definierar det radiella linjära avståndet mellan skärningspuriktema för skäreggspartierna 12 resp l2', bör uppgå till ett värde i intervallet 17-21% av borrdiarnetern, som är betecknad D.

När det gäller dimensioneringsregler i andra avseenden har det befunnits fördelaktigt att tillse att släppningsvinkeln a; för den primära släppningsytan 8 uppgår till ett värde i intervallet 4-9° för borrar i borrdiameterområdet 3-20 mm, där de lägre vinkelvärdena gäller för den övre delen av diameterområdet. Exempelvis bör vinkeln a; vara ca 4° för borrar med en diameter i området 16-20 mm medan motsvarande vinkel a, bör uppgå till ca 9° i diameterområdet 3-5 mm. Beträffande släppningsvinkeln, a; för den sekundära släppningsytan 8' så bör denna variera inom vinkelområdet 20-27° där de större 'vinkelvärdena gäller för det mindre diameterornrådet.

Vidare bör kämareans storlek hos borren, tagen i ett tvärsnitt exempelvis enligt linjen III-III i fig. 1, utgöra 48-54 % av den omskrivna cirkelns hela area, varvid det i detta sammanhang hänvisas till fig. 3 där d; betecknar diametem hos kårnarean. Såsom vidare fiamgår av fig. 3 är omkretsytan 18 vid övergången till spåren 3 och 3' utformad med en list 17, som är belägen på en omkretsyta av något större diameter än borrens närmast demra anslutande omkretsyta 18. Bredden c hos nämnda list 17, som löper spiralformigt i borrens längdriktning, bör vara 0,20-0,90 mm för ett borrdiarneterområde 3-20 mm.

~ Beträffande bredden hos tväreggen 15 har det befimnits att demia bör måttsåttas enligt regeln 0,010-0,020, företrädesvis 0,016 x borrdiarnetern för att bästa resultat skall uppnås. Utmärkande är härvid att vinkeln a4 mellan tvärskärets riktning och en horisontallinje L; genom centrum uppgår till 44-67,5°, företrädesvis 50-55°, där 44” svarar mot en spetsvinkel ß av 150° och 67,5° som svarar mot en spetsvinkel på 118°.

I syfte att ytterligare förbättra borrens prestanda och förbättra livslängden har det befunnits fördelaktigt att förse åtminstone den axiellt frärnre delen av borren med ett yttre skikt av TiAlN, som påföres medelst fysikalisk förångningsteknik, vilken normalt betecknas som PVD-beläggning. TiAlN-beläggningen i kombination med den valda urspetsningen gör att borren skär genom de flesta material med lägre skärkrafi än 10 20 25 30 l 1808 SE 6 standardmodellema av liknande borrar, vilket kräver lägre effekt, ökar verktygets livslängd samt att skärfórrnågari förbättras och att hålen blir mera precisa.

Vad beträffar jämnheten hos det färdiga borrhålets yta gäller att skärpan är god och att borrens utformning bidragit till att spån ej- kommer i kontakt med det uppborrade hålets vägg på ett olämpligt sätt. Det har visat sig att spånan i vårt fall erhåller en önskad ändamålsenlig krökriing inuti spåret 3 resp 3' och härefter töms ur spåret allteftersom de bryts. Ett aktivt bidrag till denna spånbildning har uppnåtts genom att den konkava ytan 9" radiellt utåt bildar en trubbvinklig skärning med den yttre planslipade ytan 9"' såsom bäst framgår av fig. 3. Denna plana yta 9"' bildar sedan väsentligen rätvinklig skärning ® med den ytue listen 17.

Data på den färdiga ytans jämnhet är enligt vad som visas i fig. 8 och 9. I fig. 8 visas resultaten vid hålboimíng medelst en borr vars utförande motsvarar det som är visat och beskrivet i US patentslcriften 4,583,888, under det att resultaten i fig. 9 motsvarar ett borruttörande i enlighet med den föreliggande uppfinningen. I var och en av dessa figurer representerar den horisontella axeln mätdata för tio hål hos det borrade materialet och den vertikala axeln visar diametern på det borrade hålet. För vaije borrat hål visas tre staplar, där den vänstra är måttet vid ingången till det borrade hålet, den mellersta är måttet vid mitten på hålet, och den högra är måttet vid utgången på hålet.

Såsom framgår av dessa figurer är den färdiga ytans jämnhet åstadkomnien med borren enligt uppfinningen sådan att den slutliga ytan i hög grad är felfri. Den jämförande borren med beteckningen R4ll som redovisas i fig. 8, har ett utförande i överensstämmelse med den borr som visats och beskrivits i det amerikanska patentet 4,5 83,888. Att den färdiga borrade ytans jämnhet är mycket mera felfií än vad fallet är med borren R4ll framgår även tydligt av fig. 10 och fig. ll, som visar hur spridningen i mätresultaten är mycket större än vad fallet är med en borr enligt uppfinningen.

Positionerna i framförallt x-led är betydligt mera spridda med borren R4l l. Angivna värden i x-led och y-led är givna i mm. Spridningen är som synes ca tre hundradelar i x- led för den kända borren och endast en hundradel för den nya borren. fy; usos se 7 Av central betydelse fór utbildandet av önskade korta spånor, som lätt låter sig evakueras från borrens rnittzon, är att släppningsytan invid borrspetsen har önskvärd form. Det har befunnits önskvärt att den axiella lutningsvinkeln är väsentligen lika med noll vilket, i kombination med den konvext krökta eggen 12 nära centrum resulterar i korta komma-forrnade spånor som lätt kan evakueras bakåt genom spåntömninsspåret 3 resp 3'.

Av betydelse för borrens totala optimering har även visat sig vara hur spåntönuiingsspåren utlöper mot periferiytan 18 på borren. I fig. 3 är visat hur de två spåren 3 och 3' syrnmetriskt utlöper och skär omkretsytan på borren i punkterna 19 och 20. Utförandet bör vara sådant att längden l; av den omskrivna cirkeln mellan punkterna 19 och 20 utgör 25-31 % av den omskrivna cirkelns totala längd.

För att närmare klarlägga den nya borrens prestanda i järnförelse med det kända borrutlörandet enligt US 4,583,888 har borrsjunkning och borrhastighet uppmätts vid bearbetning i tre olika representativa material. Bearbetningen gjordes i ett konventionellt kolstål, ett ferritiskt rostfritt stål samt i gjutjärn, varvid en vattenlöslig skärolja användes under bearbetningen. oo oo oo o o o o o oo o o o o I o oo oooo o Tabell 1 Material Hårdhet Skärhastighet Borr Matning Ökad HB m/min diam mm mm/varv matning/varv jämfört med Borr R41l Kolstål 150 80-140 6-10 0,l5-0,30 +36 % Rostfritt 200 40-80 6-10 0,08-0,20 +42 % Gjutjäm 230 70-130 6-10 0,20-0,35 +16 % I tabell 1 enligt ovan har angivits vilka prestanda som uppnåtts vid bonning medelst en borr R840 enligt uppfinningen visat i jämförelse med borresultat erhållna vid borrning med .m bom typ R41l som motsvarar Us 4,ss3,sss. som framgå; aämv af resultatförbättringen betydande. 11808 SE 8 Enligt ett alternativt utförande kan borren vara utförd i två enheter, varav den frätnre med skärelement försedda delen är utförd helt eller delvis i hårdmetall medan den axiellt bakre delen är utförd i ett relativt hårdmetall mjukare material, såsom verktygsstål. Denna främre borrdel är därtill mekaniskt och vridstyvt förbunden med det bakomliggande borrskafiet.

Claims (18)

1. 0 15 20 25 30 Patentkrav l. Borr innefattande ett skaft (l) med spåntömningsspår (3, 3') och ett i en fiämre ände av skaftet anordnat borrhuvud (2) med två eller flera skärelement (5, 5') som var för sig uppvisar åtminstone en skäregg (7) vilken är avgränsad mellan en släppningsyta (8) och en spånbrytande yta (9', 9", 9"') och vilken innefattar en yttre rak egg (11) och ett i närheten av borrens geometriska centrum- eller rotationsaxel (C) konvext krökt eggparti (12) till vilka ansluter en förstärkningsfas (10), varvid eggen i omedelbar närhet av denna centrumaxel är avslutad i en tväregg (15) mellan skärelementen (5, 5') for att tjäna såsom en borren centrerande körnare, varvid ett rakt eggpart (l2') är utbildat nära centrum och utsträckes i en riktning som bildar en vinkel 40-50° med en horisontell linje dragen genom borrens centrum, k änn e te c knad därav, att detkröktapartiet (12) inåt ßljs av det nära centrum utbildade raka partiet (l2'), och att tväreggen (15) i centrum har en längd uppgående till (0,010-0,020) x borrdiametem D.

2. Borrenligtkrav I, känneteckn ad därav,attdetnäracentrumbelägenraka partiet (12') bildar en vinkel (a) av storleken 42-48° med en horisontell linje dragen genom borrens centrum. I

3. Borrenligtkravleller2, kännetecknad därav,attvinkeln(a4)mellan tvärskärets (15) riktning och en horisontallinje genom borrens centrum, uppgår till 44-67,5°, företrädesvis 50-55°.

4. Borrenligtnågotavlcravenlß, kännetecknad däravßttdettilldetlcrökta i partiet (12) anslutande primära raka partiet l( l2') i riktning inåt följs av ett sekundärt rakt parti (l2"), som bildar trubbvinklig skärning med det primära raka partiet (l2').

5. Borrenligtnågotavkraven 1-4, kännetecknad däramattdetradiellalinjära avståndet (a) mellan de på. ömse sidor om borrens centrum belägna skärningspunkterna mellan de radiellt yttre ändpunktema hos .de primära raka partierna (12') uppgår till ett värde i inærvaile: (o, 1 7-o,21) x D, där D definierar borrdiameæm. 10 15 20 25 30 lO

6. Borr enligt något av lnaven 1-5, k ä n n e t e c k n a d därav, att släppningsvinkeln (a1) för den längs skäreggen (7) belägna primära släppningsytan (8) uppgår till ett värde i intervallet 4-9° för borrar i borrdiameterområdet 3-20 mm.

7. Borr enligt något av kraven 1-6, k ä n n e t e c k n a d därav, att sppânvinkeln längs det konvext krökta partiet (12) och längs de innanför detta belägna raka eggpartiema (12') och (12") uppgår till approximativt noll grader.

8. Borr enligt något av kraven 1-7, k ä n n e t e c k n a d därav, att släppningsvinkeln (ag) för den sekundära släppningsytan (8 ') uppgår till ett värde i intervallet 20-27°.

9. »Borr enligt något av kraven 1-8, k ä n n e t e c k n a d därav, att kärnareans storlek hos borren, tagen i ett tvärsnitt ett stycke axiellt bakom det främre skärhuvudet, uppgår till 48-54 % av den omskrivna cirkelns hela area.

10. Bon amgfnågoravmven 1-9, kännerecknad dämganborfenär utformad med en i anslutning till vardera spântörnningsspåret utbildad list (17) vars bredd uppgår till O,20-0,90 mm för borrar i diameterområdet 3-20 mm.

11. Borr enligt något av kraven 1-10, k ä n n e t e c k n a d därav, att enplanslipad törstärkningsfas är utbildad längs det raka eggpartiet (11) och längs det krökta eggpartiet (12), vars bredd är 0,04-O,16 mm inom ett borrdiameterområde på 3-20 mm.

12. Borr enligt något av kraven 1-11, k ä n n e t e c k n a d därav, att med borren betraktad i sidovy bildar skären (5, 5') utefier huvudskäreggen en vinkel (ß) av 13s-142°. '

13. Borr enligt något av kraven 1-12, k ä n n e t e c k n a d därav, att de spiralvridna spârens (3, 3') radiella yttre partier utgöres av en väsentligen planslipad yta (9"') som bildar trubbvinklig övergång med ett radiellt inre konkavt krökt parti (9 "). 10 15 20

14. Borr enligt något av kraven 1-13, kän ne t e c k n a d därav, att längden (Li) av den omskrivna cirkelns längd mellan de punkter (19) och (20), där spåntömningsspáren (3, 3') skär omkretsytan (18), uppgår till 25-31 % av den omskrivna cirkelns totala längd på bonen.

15. Borr enligt något av kraven 1-14, k än n e t e c k n a d därav, attden åtminstone i sin axiellt främre del är belagd med ett skikt av TiAlN, som pålagts medelst fysikalisk förångningsteknik.

16. Borr enligt något av kraven 1-15, k än n e t e c k n a d därav, att längden (h) av den cirkelbåge, som definierar avståndet mellan spåntörnningsspårens (3, 3') skärningspunkter (19, 20) med borrens omkretsyta, utgör 25-31 % av den totala omskrivna cirkelns längd.

17. Borr enligt något av krav 1-16, k ä n n e t e c k n a d därav, att skärelementen (S, 5') är utförda i hårdmetall och utgör en integrerad del av det i samma material utförda borrskafiet.

18. Borrenligtnågotavlcav 1-16, kännetecknad därav, attdenfrämredelen av borren är utförd helt eller delvis i hàrdmetall, och att denna främre borrdel är mekaniskt och vridstyvt förbunden med det bakomliggande borrskaftet som är utfört i “ ett relativt hårdmetall mjukare material, såsom verktygsstål.