WO2011006472A1 - Einlippenbohrer - Google Patents

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WO2011006472A1
WO2011006472A1 PCT/DE2010/000781 DE2010000781W WO2011006472A1 WO 2011006472 A1 WO2011006472 A1 WO 2011006472A1 DE 2010000781 W DE2010000781 W DE 2010000781W WO 2011006472 A1 WO2011006472 A1 WO 2011006472A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
drill
cutting edge
lip
cutting
drill head
Prior art date
Application number
PCT/DE2010/000781
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen DEEG
Original Assignee
Botek Präzisionsbohrtechnik Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Botek Präzisionsbohrtechnik Gmbh filed Critical Botek Präzisionsbohrtechnik Gmbh
Publication of WO2011006472A1 publication Critical patent/WO2011006472A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B51/00—Tools for drilling machines
    • B23B51/06—Drills with lubricating or cooling equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2251/00—Details of tools for drilling machines
    • B23B2251/04—Angles, e.g. cutting angles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2251/00—Details of tools for drilling machines
    • B23B2251/14—Configuration of the cutting part, i.e. the main cutting edges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B51/00—Tools for drilling machines
    • B23B51/06—Drills with lubricating or cooling equipment
    • B23B51/063—Deep hole drills, e.g. ejector drills
    • B23B51/066—Gun drills

Definitions

  • the invention relates to a single-lip drill according to the preamble of the independent claims 1 and 2.
  • Single-lip drills are used to drill holes in workpieces. Different types of single-lip drills are shown in the VDI Guidelines VDI 3210 and VDI 3208. Single-lip drills are mainly used for making relatively small diameter bores, which are predominantly in the range of 0.5 mm to 50 mm, but the drilling depth can be a multiple of the bore diameter. Typical values for the drilling depth are in the range of 20 times to 100 times the drilling diameter, but can also be above or below it.
  • single-lip drills consist of a drill head and a drill stem with a gripping end. At least one cutting edge is formed on the drill head, which extends from the drill center axis to the drill circumference. Furthermore, arranged on the circumference of the drill head
  • the drill head and the drill shank are either form-fitting or cohesively connected to each other or they are made in one piece.
  • Single-lip drills are usually taken on the machine side at its clamping end in a receptacle provided in a spindle and rotated by the spindle about the drill center axis. At the same time the tool is moved along its central axis with a defined feed per revolution to a workpiece.
  • the single-lip drill penetrates into the workpiece and on the cutting head arranged on the cutting head, the material of the workpiece is cut and separated in the form of chips from the workpiece. The resulting chips are flushed out of the bore along a chip removal groove by the coolant supplied through the spindle through at least one internal channel.
  • Single-lip drills are preferably used to introduce holes in workpieces that are not or not economically producible with other manufacturing processes. Often these workpieces are manufactured in large series. Improvements leading to an increase in the production speed are therefore generally desirable and self Small improvements lead to significant savings in manufacturing costs.
  • the production speed of drilling tools is defined by the product of feed per revolution of the tool and the number of revolutions per minute and is commonly referred to as the feed rate.
  • a limit for the increase of the feed rate is often given in single-lip drills in that the chips can no longer dissipate through the chip removal and it comes to a chip accumulation.
  • VDI Guideline VDI 3208 Usual and widely used cutting edge geometries, also known as standard probes, are shown, for example, in the VDI Guideline VDI 3208.
  • VDI Guideline VDI 3208 the cutting edge is divided into two straight part-cutting edges, wherein the outer, adjacent to the circumference of the drill head, part-cutting edge has a setting angle greater than 90 °.
  • the setting angle is in the range of 110 ° to 130 °.
  • the inner, the Bohrerffenachse nearest lying, part-edge, however, has a setting angle of less than 90 °.
  • This setting angle is usually in the range of 75 ° to 60 °.
  • the setting angle is defined as an angle between the drill center axis and the tangent to the cutting edge.
  • the part-cutting meet at the drill tip at a distance from the circumference of the drill, which usually corresponds to 1/5 to 1/3 of the drill diameter.
  • a cutting edge of a drill described in JP 59 196108 A1, according to an embodiment described there, has a notch which is intended to act as a chip breaker.
  • a step is provided in the rectilinear cutting edge which has an undercut at a predetermined angle.
  • a cutting edge of a drill described in DE 20321 368 U1 has a chip former with a positive rake angle, which is intended to cause the chips to break.
  • the invention is therefore based on the object to impart a single-lip drill, which allows a high feed rate at the same time unproblematic removal of chips through the chip removal and at the same time is particularly easy to manufacture.
  • the basic idea of the invention is to arrange a cutting geometry in a single-lip drill, which is particularly easy to manufacture and at the same time leads to a particularly favorable shaping of the chips, as a result of which they can be removed from the bore in a particularly favorable manner.
  • the single-lip drills according to the invention enable a much higher feed rate compared with the known single-lip drills, which permits a correspondingly higher production speed in industrial production.
  • more than twice as high feed rates can be achieved as with known single-lip drills.
  • the improvements are achieved by the advantageous shaping of the chips produced during drilling. Due to the geometry of the cutting edge, stresses are introduced into the chips during stock removal, so that they break even with tough materials and produce short chips.
  • a high process reliability is achieved with the single-lip drill according to the invention.
  • the single-lip drills according to the invention therefore have considerable advantages overall in use, in particular in industrial series production, which can not be achieved by a single-lip drill with only two partial cutting edges.
  • the cutting edges are shaped in accordance with the invention in such a way that stresses are introduced into the chips by the different flow direction of the chip at the different sections of the cutting edge and as stiff a chip as possible is achieved by the convexly shaped cutting edge or the convexly arranged cutting edges.
  • a first embodiment according to the invention provides that the cutting edge has a strictly convexly curved contour.
  • the cutting edge at the outermost part, which is closest to the circumference of the drill head, has a Adjustment angle greater than 90 °, while at the innermost part, which is the Bohrerstoffachse closest, an adjustment angle smaller than 90 °.
  • a point of the strictly convexly curved contour which is furthest in the feed direction is arranged at a distance from the circumference of the drill head, which corresponds to 1/5 to 1/3 of the drill diameter.
  • Convex in this context means that the single-lip drill is convex at its lower end viewed from the front in such a way that the increasing slope increases strictly monotonically, starting from a negative value through a zero crossing to a positive value, and thus a lowest point of the convex Training exists, namely the point which is arranged furthest in the feed direction. This point has the mentioned distance from the drill diameter.
  • a further solution according to the invention provides that the cutting edge has a substantially convex contour, which is approximated by three or more sub-cutting in the form of straight sections, wherein at least a first part-cutting edge at the outermost part of the circumference of the drill head on is next, an adjustment angle greater than 90 °, and at least a second part-cutting at the innermost part, which is the Bohrerstoffachse closest, a Einstellwinkel smaller 90 °, and wherein between the first and the second cutting edge S1, S2 at least a third Part cutting S3 is arranged.
  • An advantageous embodiment provides that the cutting edge has a substantially convex contour, which is approximated by exactly three part-cutting.
  • a particularly preferred embodiment, which is particularly easy to manufacture, provides that the three part-cutting are straight.
  • the at least three part-cutting tangents to a strictly convex curved contour wherein the strictly convex contour is formed so that a point of the contour which is located furthest in the feed direction, at a distance from the circumference of the drill head, which corresponds to a fifth to a third of the drill diameter.
  • the strictly convex contour according to the first aspect of the present invention is approximated, as it were, by tangents to that contour, here being three tangents, i. three part-cutting, or even more than three tangents, so more than three part-cutting, can be provided.
  • the convex contour is formed so that its slope increases strictly monotonically from the innermost to the outermost point, i. E. starting from a negative value at a point closest to the rotation axis to a positive value at a point closest to the circumference, the slope passing through a zero crossing.
  • the zero crossing marks the point of the imaginary contour that is furthest in the feed direction.
  • the first part-cutting edge at the outermost part, which is closest to the circumference of the drill head has a setting angle greater than 90 °
  • the second part-cutting edge at the innermost part, which is closest to the drill center axis has an adjustment angle of less than 90 °
  • the third part-cutting edge, which is arranged between the other two part-cutting has a setting angle of 80 ° to 100 °, in particular approximately 90 °.
  • the length of the third part-cutting edge is preferably dimensioned so that it corresponds to 5% to 20% of the drilling diameter.
  • the three-part cutting edge can be designed so that the difference of the setting angle of each outermost first and innermost second part-cutting edge is 15 ° to 90 °. In the range of an angle of 30 ° to 70 ° results in this arrangement, a particularly favorable influence of the chips, which leads to chip breaking.
  • the position of the intersection of the tangents to the cutting edge at the outermost and innermost part of the cutting edge, as well as the size of the setting angle of the outermost and innermost part of the cutting edge are dependent on the material to be machined and its forming capacity, the process parameters, the cooling lubricant used and other factors set.
  • the single-lip drill is composed of a drill head and a drill shank or that the drill head and the drill shank are made in one piece.
  • an exchangeable drill head can be provided.
  • drill head which may be made of hard metal and / or may be provided with a coating, for example a hard material layer.
  • FIG. 2 shows a standard section of a single-lip drill according to the prior art
  • Fig. 3 shows a first embodiment of the cutting edge of an inventive
  • Fig. 4 shows a further embodiment of the cutting edge of an inventive
  • Fig. 5 shows a further embodiment of the cutting edge of an inventive
  • FIG. 1 shows a single-lip drill 10 with a cutting edge, as known from the prior art.
  • the single-lip drill 10 includes a clamping end 11 for receiving the Einlippenbohrers 10 in a chuck not shown in Figure 1, and a drill shank 12 with a drill head 13, and a rotation axis A.
  • the drill shank 12 and the drill head 13 are realized in one piece.
  • In the drill shaft 12 at least one coolant channel 14 is provided, which opens at the front end of the drill head 13.
  • the coolant pumped through the coolant channel 14 not only has the task of cooling the drill head 13, but also serves to remove it during drilling resulting chips through a V-shaped chip removal groove 15 which starts at the cutting edge 16 of the single-lip drill 10 and extends over almost the entire length of the drill shank 12.
  • a V-shaped chip removal groove 15 which starts at the cutting edge 16 of the single-lip drill 10 and extends over almost the entire length of the drill shank 12.
  • At the periphery of the drill head 13 at least one guide element 17 may be provided.
  • FIG. 2 shows a cutting edge S of a prior art single-lip drill with a known standard bevel.
  • the cutting edge is divided into two straight part-cutting edges S1, S2, wherein the outer part-cutting edge S1 has a setting angle ⁇ r1 greater than 90 ° and the inner part-cutting edge S2 has a setting angle K 12 of less than 90 °.
  • the part-cutting meet at the drill tip SP at a distance E from the circumference of the drill, which corresponds to about a quarter of the drill diameter D.
  • FIG. 3 shows a cutting edge of a first single-lip drill according to the invention, which has a strictly convexly curved contour K.
  • the setting angle ⁇ r i at the outermost point P 1 of the contour which is closest to the circumference of the drill head is greater than 90 °.
  • the setting angle K 12 at the innermost point P2 of the contour which is the drill center axis A of the next, is less than 90 °.
  • the point P3 of the strictly convexly curved contour, which is located farthest in the feed direction, is arranged at a distance E from the circumference of the drill head, which corresponds to approximately one quarter of the drill diameter D.
  • Convex contour means a convex contour of the drill seen from the front.
  • the strictly convex contour has, at all circumferential points, a steeply monotonically increasing slope from the innermost, adjacent to the axis of rotation, to the outermost point, the slope being negative in the area of the axis of rotation A (angle K r2 ) and increasing strictly monotonically up to a positive value at the outermost point, ie at the outer diameter of the drill (angle ⁇ r i).
  • the gradient passes through a zero crossing, which is located at point P3. In this point, the slope is 0, which means that the angle that the tangent at this point includes with the axis of rotation A is 90 °.
  • the second cutting edge S according to the invention of a single-lip drill shown in FIG.
  • the setting angle ⁇ r1 at the outermost point P1 of the contour, which is closest to the circumference of the drill head, is greater than 90 °.
  • the setting angle K 1 ? at the innermost point P2 of the contour closest to the drill central axis A is less than 90 °.
  • the point P3 of the convexly curved contour, which lies farthest in the feed direction, is arranged at a distance E from the circumference of the drill head, which corresponds to a quarter of the drill diameter D.
  • the contour K is shown as a dotted line.
  • the cutting edges in this case form tangents to this contour K, the convex contour in turn being characterized by the fact that its slope increases strictly monotonically from a negative value in the region of the axis of rotation A (point P2) to a positive value at point P1, located on the outer diameter of the drill.
  • the gradient also passes through a zero crossing in this case. This zero crossing is at the imaginary contour K at the point P3.
  • the contour K shown in Fig. 3 is "approximated" by straight part-cutting, with the part-cutting tangents to the imaginary contour K.
  • the straight part-cutting thus takes the position of tangents to the imaginary contour K.
  • Contour K according to the embodiment of the invention, as shown in Fig. 3, a.
  • FIG. 5 shows a third cutting edge S according to the invention of a single-lip drill, which has a convex curved contour K, which is approximated by three substantially straight part-cutting edges S1, S2, S3.
  • the setting angle K M at the outermost point P1 of the contour closest to the circumference of the drill head is greater than 90 °.
  • the set angle K 12 at the innermost point P2 of the contour closest to the drill center axis is smaller as 90 °.
  • the length F of the sub-cutting edge S3 is dimensioned to correspond to approximately 8% to 10% of the drill diameter D. In the figure, a length F is shown for clarity, which corresponds to 20% of the drill diameter D.
  • the point P3 of the convex curved contour which is furthest in the feed direction, is arranged at a distance E from the circumference of the drill head, which corresponds to a quarter of the drill diameter D.
  • This embodiment differs from that shown in Fig. 4 in that the contour K, in this case, in turn, an imaginary contour K, which is shown by a dash-dotted line in Fig. 5, is approximated to some extent by three part-cutting, which three sub-cutting S1, S2, S3 again represent the tangents to the contour K.
  • the point P3, which is located farthest in the feed direction, ie in Fig. 5 below, is at a distance E from the drill outer diameter.
  • the imaginary dash-dot drawn contour K of the cutting edge is strictly convex, ie, the pitch increases strictly monotonically from a point P2 closest to the axis of rotation A to a point P1 located at the outside diameter of the drill is.
  • the gradient also passes through a zero crossing, which is arranged at a point P3. This point P3 is the point furthest in the feed direction, located at the distance E from the drill outer diameter.
  • the invention is not limited to three or four part cutting. Rather, it can be provided that the strictly convex contour K of the cutting edge of the single-lip drill is approximated by more than four part-cutting, in particular more than four straight part-cutting. Also in this case, the above conditions apply accordingly.
  • the drill head and the drill shank of the single-lip drill can be made in one piece.
  • the single-lip drill can also be designed so that the drill head and the drill shank are composed.
  • the drill head can be exchangeable.
  • at least the drill head made of a wear-resistant metal, in particular hard metal be made.
  • the drill head may be at least partially provided with a coating.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Drilling Tools (AREA)

Abstract

Ein Einlippenbohrer mit wenigstens einer an einem Bohrkopf ausgebildeten Schneide, die wenigstens eine Schneidkante aufweist, wobei der Einstellwinkel (ĸr1) am äußersten Punkt (P1) der Schneide, der dem Umfang des Bohrkopfes am nächsten ist, größer als 90° ist, und der Einstellwinkel (ĸr2) am innersten Punkt (P2) der Schneide, der der Bohrermittelachse (A) am nächsten ist, kleiner als 90° ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schneide eine streng konvex gekrümmte Kontur aufweist, wobei ein Punkt (P3) der konvexen Kontur, der am weitesten in Vorschubrichtung gelegen ist, in einem Abstand (E) zum Umfang des Bohrkopfes angeordnet ist, der einem Fünftel bis einem Drittel, insbesondere einem Viertel, des Bohrdurchmessers (D) entspricht.

Description

Einlippenbohrer
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Einlippenbohrer nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche 1 und 2.
Einlippenbohrer werden eingesetzt, um Bohrungen in Werkstücke einzubringen. Verschiedene Arten von Einlippenbohrern sind in den VDI-Richtlinien VDI 3210 und VDI 3208 dargestellt. Einlippenbohrer werden hauptsächlich zur Herstellung von Bohrungen mit vergleichsweise kleinem Durchmesser eingesetzt, der vorwiegend im Bereich von 0,5 mm bis 50 mm liegt, wobei die Bohrtiefe jedoch ein Vielfaches des Bohrdurchmessers betragen kann. Übliche Werte für die Bohrtiefe liegen im Bereich des 20-fachen bis 100-fachen des Bohrdurchmessers, können jedoch auch darüber oder darunter liegen.
Allgemein bestehen Einlippenbohrer aus einem Bohrkopf und einem Bohrerschaft mit einem Einspann-Ende. Am Bohrkopf ist zumindest eine Schneide ausgebildet, die sich von der Bohrermittelachse bis zum Bohrerumfang erstreckt. Weiterhin können am Umfang des Bohrkopfes angeordnete
Führungselemente vorgesehen sein. Der Bohrkopf und der Bohrerschaft sind entweder form- oder stoffschlüssig miteinander verbunden oder sie sind aus einem Stück hergestellt. Vorhanden ist wenigstens ein im Bohrerschaft und Bohrkopf verlaufender Kanal, der am Bohrkopf und am Einspann-Ende Öffnungen aufweist. Durch diesen Kanal wird vom Einspann-Ende ausgehend Kühlmittel unter Druck zugeführt, das am Bohrkopf austritt und neben der Kühlung der Schneide und der Führungselemente insbesondere die Aufgabe hat, die beim Bohren entstehenden Späne durch eine im Bohrkopf und im Bohrerschaft vorhandene V-förmige Spanabfuhrnut herauszuspülen.
Einlippenbohrer werden üblicherweise maschinenseitig an ihrem Einspannende in einer dafür vorgesehenen Aufnahme in einer Spindel aufgenommen und von der Spindel um die Bohrermittelachse in Rotation versetzt. Gleichzeitig wird das Werkzeug entlang seiner Mittelachse mit einem definierten Vorschub pro Umdrehung auf ein Werkstück zu bewegt. Dabei dringt der Einlippenbohrer in das Werkstück ein und an der am Bohrkopf angeordneten Schneide wird das Material des Werkstücks abgespant und in Form von Spänen vom Werkstück abgetrennt. Die dabei entstehenden Späne werden durch das Kühlmittel, welches durch wenigstens einen innenliegenden Kanal über die Spindel zugeführt wird, entlang einer Spanabfuhrnut aus der Bohrung ausgespült.
Es ist auch möglich, das Werkstück die Rotation und/oder die Vorschubbewegung ausführen zu lassen oder die Rotation und/oder die Vorschubbewegung zum Teil durch das Werkzeug und zum Teil durch das Werkstück auszuführen.
Einlippenbohrer werden vorzugsweise eingesetzt, um Bohrungen in Werkstücke einzubringen, die mit anderen Fertigungsverfahren nicht oder nicht wirtschaftlich herstellbar sind. Oft werden diese Werkstücke in großen Serien gefertigt. Verbesserungen, die zu einer Steigerung der Fertigungsgeschwindigkeit führen, sind deshalb generell wünschenswert und selbst kleine Verbesserungen führen zu signifikanten Einsparungen bei den Fertigungskosten.
Die Fertigungsgeschwindigkeit ist bei Bohrwerkzeugen durch das Produkt aus Vorschub pro Umdrehung des Werkzeuges und der Anzahl der Umdrehungen pro Minute definiert und wird allgemein als Vorschubgeschwindigkeit bezeichnet.
Eine Grenze für die Steigerung der Vorschubgeschwindigkeit ist bei Einlippenbohrern oftmals dadurch gegeben, dass sich die Späne nicht mehr durch die Spanabfuhrnut abführen lassen und es zu einem Spänestau kommt.
Übliche und verbreitet verwendete Schneidengeometrien, auch Standardanschliffe genannt sind, sind beispielsweise in der VDI-Richtlinie VDI 3208 dargestellt. Bei diesen Standardanschliffen ist die Schneide in zwei gerade Teil-Schneiden aufgeteilt, wobei die äußere, an den Umfang des Bohrkopfes angrenzende, Teil-Schneide einen Einstellwinkel größer 90° aufweist.
Üblicherweise liegt der Einstellwinkel im Bereich von 110° bis 130°. Die innere, der Bohrermittelachse am nächsten liegende, Teil-Schneide weist dagegen einen Einstellwinkel kleiner 90° auf. Dieser Einstellwinkel liegt üblicherweise im Bereich von 75° bis 60°. Der Einstellwinkel ist dabei als Winkel zwischen der Bohrermittelachse und der Tangente an die Schneide definiert. Die Teil-Schneiden treffen an der Bohrerspitze in einem Abstand vom Umfang des Bohrers aufeinander, der üblicherweise 1/5 bis 1/3 des Bohrerdurchmessers entspricht. Diese Standardanschliffe sind durch die geraden Teil-Schneiden besonders einfach herzustellen und können durch Variation der Einstellwinkel und des Abstandes der Bohrerspitze vom Umfang des Bohrkopfes an viele verschiedene Bearbeitungssituationen angepasst werden. Bei der Bearbeitung von besonders zähen Werkstoffen kann mit diesen Standardanschliffen jedoch ein gewisser Vorschub pro Umdrehung nicht überschritten werden. Bei weiterer Erhöhung des Vorschubes wird die Formung der Späne immer ungünstiger, da diese nicht mehr brechen und immer länger werden und damit nicht mehr sicher aus der Bohrung abgeführt werden können. Durch die ungünstige Form der Späne können sich die Späne zwischen Spanabfuhrnut und Bohrungswand verklemmen und es kommt zu einem Spänestau, wodurch das Werkzeug brechen und dabei das Werkstück beschädigt oder zerstört werden kann.
Es wurde deshalb versucht, die entstehenden Späne dergestalt zu beeinflussen, dass sie sicherer abgeführt werden können. So wurde beispielsweise versucht, die Späne in ihrer Breite aufzuteilen. Dazu wurden beispielsweise Spanteiler eingesetzt.
Eine in der JP 59 196108 A1 beschriebene Schneide eines Bohrers weist gemäß einem dort beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Kerbe auf, die als Spanteiler wirken soll. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine Stufe in der geradlinigen Schneide vorgesehen, welche einen Hinterschnitt mit einem vorgegebenen Winkel aufweist.
Weiters wurde versucht, durch den Einsatz von Spanbrechern oder
Spanformern einen definierten Spanbruch zu erzielen, um die Späne in ihrer Länge zu begrenzen.
Eine in der DE 20321 368 U1 beschriebene Schneide eines Bohrers weist gemäß einem Ausführungsbeispiel einen Spanformer mit einem positiven Spanwinkel auf, der zum Bruch der Späne führen soll.
Bei diesen bekannten Ausführungsformen soll durch eine Begrenzung des Spanes hinsichtlich seiner Breite oder Länge eine günstigere Abfuhr der Späne erzielt werden. Besonders bei Werkstoffen mit hoher Zähigkeit und bei hohem Vorschub weisen aber auch Späne, die beim Einsatz solcher Werkzeugen entstehen, oftmals eine ungünstige Form auf, wodurch wiederum die vorstehend beschriebenen Nachteile entstehen, nämlich ein Spänestau in der Spanabfuhrnut mit all den oben geschilderten Nachteilen. Des Weiteren erfordert die Herstellung solcher Spanteiler oder Spanbrecher einen erheblichen Mehraufwand bei der Herstellung, da für die Herstellung solcher Nuten oder Kerben oftmals zusätzliche Schleifscheiben eingesetzt werden müssen, die auf Schleifmaschinen zum Anschleifen oder Nachschleifen dieser Werkzeuge üblicherweise nicht vorhanden sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Einlippenbohrer zu vermitteln, der eine hohe Vorschubrate bei gleichzeitig unproblematischer Abfuhr der Späne durch die Spanabfuhrnuten ermöglicht und der gleichzeitig besonders einfach herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 2 angegebenen Merkmalen gelöst.
Offenbarung der Erfindung
Grundidee der Erfindung ist es, bei einem Einlippenbohrer eine Schneidengeometrie anzuordnen, die besonders einfach herzustellen ist und gleichzeitig zu einer besonders günstigen Formung der Späne führt, wodurch sich diese besonders günstig aus der Bohrung abführen lassen.
Die erfindungsgemäßen Einlippenbohrer ermöglichen insbesondere eine gegenüber den bekannten Einlippenbohrern wesentlich höhere Vorschubrate, die in einer industriellen Fertigung eine entsprechend höhere Fertigungsgeschwindigkeit gestattet. Hierdurch können mehr als doppelt so hohe Vorschubraten wie mit bekannten Einlippenbohrern erzielt werden. Die Verbesserungen werden durch die vorteilhafte Formung der beim Bohren entstehenden Späne erreicht. Durch die Geometrie der Schneide werden beim Abspanen Spannungen in die Späne eingebracht, so dass diese auch bei zähen Werkstoffen brechen und kurze Späne entstehen. Hierdurch wird mit dem erfindungsgemäßen Einlippenbohrer eine hohe Prozesssicherheit erzielt. Insbesondere wird ein Bohrerbruch, der die Zerstörung des zu bohrenden Werkstücks zur Folge hätte, durch das Vermeiden einer Verstopfung der Spanabfuhrnut zuverlässig vermieden.
Die erfindungsgemäßen Einlippenbohrer weisen daher insgesamt erhebliche Vorteile beim Einsatz insbesondere in der industriellen Serienfertigung auf, die durch einen Einlippenbohrer mit nur zwei Teil-Schneiden nicht realisierbar sind.
Vereinfachend wird bei der weiteren Betrachtung davon ausgegangen, dass die Flussrichtung des abgespanten Werkstoffes an jedem Punkt der Schneide lotrecht zum Einstellwinkel an dieser Stelle der Schneide ist und dabei vom Werkstück weg in Richtung der Spanabfuhrnut gerichtet ist.
Die Schneiden werden erfindungsgemäß dergestalt ausgeformt, dass durch die unterschiedliche Flussrichtung des Spanes an den verschiedenen Abschnitten der Schneide Spannungen in die Späne eingebracht werden und durch die konvex ausgeformte Schneide bzw. die konvex angeordneten Teilschneiden ein möglichst steifer Span erzielt wird. Die eingebrachten
Spannungen bei gleichzeitiger Versteifung der Späne führen zur Überschreitung der Reißfestigkeit des Werkstoffes und damit zum Bruch der Späne. Damit wird ein Abtrennen der Späne erzielt, wodurch die Späne in ihrer Länge begrenzt werden.
Eine erste erfindungsgemäße Ausbildung sieht vor, dass die Schneide eine streng konvex gekrümmte Kontur aufweist. Dabei weist die Schneide am äußersten Teil, der dem Umfang des Bohrkopfes am nächsten ist, einen Ein- Stellwinkel größer 90° auf, während sie am innersten Teil, der der Bohrermittelachse am nächsten ist, einen Einstellwinkel kleiner 90° aufweist.
Weiterhin ist vorgesehen, dass ein Punkt der streng konvex gekrümmten Kontur, der am weitesten in Vorschubrichtung liegt, in einem Abstand zum Umfang des Bohrkopfes angeordnet ist, der 1/5 bis 1/3 des Bohrdurchmessers entspricht. Konvex bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Einlippenbohrer an seinem unteren Ende von vorn betrachtet konvex ausgebildet ist und zwar derart, dass die zunehmende Steigung beginnend von einem negativen Wert über einen Nulldurchgang hin zu einem positiven Wert streng monoton zunimmt und damit ein tiefster Punkt der konvexen Ausbildung existiert, nämlich der Punkt, der am weitesten in Vorschubrichtung angeordnet ist. Dieser Punkt weist den genannten Abstand vom Bohrdurchmesser auf.
Eine weitere erfindungsgemäße Lösung sieht vor, dass die Schneide eine im wesentlichen konvexe Kontur aufweist, die durch drei oder mehr Teil- Schneiden in Form von geraden Abschnitten angenähert ist, wobei wenigstens eine erste Teil-Schneide am äußersten Teil, der dem Umfang des Bohrkopfes am nächsten ist, einen Einstellwinkel größer 90° aufweist, und wenigstens eine zweite Teil-Schneide am innersten Teil, der der Bohrermittelachse am nächsten ist, einen Einstellwinkel kleiner 90° aufweist, und wobei zwischen der ersten und der zweiten Teilschneide S1 , S2 wenigstens eine dritte Teilschneide S3 angeordnet ist.
Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einlippenbohrer sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Schneide eine im wesentlichen konvexe Kontur aufweist, die durch genau drei Teil-Schneiden angenähert ist. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform, die insbesondere auf einfache Weise herzustellen ist, sieht vor, dass die drei Teil-Schneiden gerade ausgebildet sind.
Dabei ist besonders vorteilhaft vorgesehen, dass die wenigstens drei Teil- Schneiden Tangenten an eine streng konvex gekrümmte Kontur sind, wobei die streng konvexe Kontur so ausgebildet ist, dass ein Punkt der Kontur, der am weitesten in Vorschubrichtung gelegen ist, in einem Abstand zum Umfang des Bohrkopfs angeordnet ist, der einem Fünftel bis einem Drittel des Bohrdurchmessers entspricht. In diesem Falle wird die streng konvexe Kontur gemäß der ersten erfindungsgemäßen Ausgestaltung gewissermaßen durch Tangenten an diese Kontur angenähert, wobei hier drei Tangenten, d.h. drei Teil-Schneiden, oder auch mehr als drei Tangenten, also mehr als drei Teil- Schneiden, vorgesehen sein können. Auch hier ist die konvexe Kontur so ausgebildet, dass ihre Steigung vom innersten zum äußersten Punkt streng monoton zunimmt, d.h. beginnend von einem negativen Wert an einem der Rotationsachse am nächsten gelegenen Punkt hin zu einem positiven Wert an einem dem Umfang am nächsten liegenden Punkt zunimmt, wobei die Steigung einen Nulldurchgang durchläuft. Der Nulldurchgang markiert den Punkt der gedachten Kontur, der am weitesten in Vorschubrichtung gelegen ist.
Gemäß einer sehr vorteilhaften Ausführungsform, bei der drei Teil-Schneiden vorgesehen sind, ist vorgesehen, dass die erste Teil-Schneide am äußersten Teil, der dem Umfang des Bohrkopfes am nächsten ist, einen Einstellwinkel größer 90° aufweist, und die zweite Teil-Schneide am innersten Teil, der der Bohrermittelachse am nächsten ist, einen Einstellwinkel kleiner 90° aufweist. Die dritte Teil-Schneide, die zwischen den beiden anderen Teil-Schneiden angeordnet ist, weist einen Einstellwinkel von 80° bis 100°, insbesondere annähernd 90°auf. Die Länge der dritten Teil-Schneide ist dabei bevorzugt so bemessen, dass sie 5% bis 20% des Bohrdurchmessers entspricht.
Eine besonders günstige Formung der Späne wurde in praktischen Versuchen beobachtet, wenn die Länge der dritten Teil-Schneide 8% bis 10% des Bohrdurchmessers entspricht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die dreiteilige Schneide so gestaltet werden, dass die Differenz der Einstellwinkel der jeweils äußersten ersten und innersten zweiten Teil-Schneide 15° bis 90° beträgt. Im Bereich eines Winkels von 30° bis 70° ergibt sich bei dieser Anordnung eine besonders günstige Beeinflussung der Späne, die zum Spanbruch führt.
Die Position des Schnittpunktes der Tangenten an die Schneide am jeweils äußersten und innersten Teil der Schneide, sowie die Größe der Einstellwinkel des jeweils äußersten und innersten Teils der Schneide sind abhängig vom zu bearbeitenden Werkstoff und seinem Umformungsvermögen, den Prozessparametern, dem verwendeten Kühlschmierstoff und anderen Faktoren festzulegen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Einlippenbohrer aus einem Bohrkopf und einem Bohrerschaft zusammengesetzt ist oder dass der Bohrkopf und der Bohrerschaft aus einem Stück hergestellt sind. Alternativ kann ein auswechselbarer Bohrkopf vorgesehen sein.
Weitere Ausgestaltungen betreffen den Bohrkopf, der aus Hartmetall hergestellt sein kann und/oder mit einer Beschichtung, beispielsweise einer Hartstoffschicht, versehen sein kann. Mit diesen Maßnahmen kann die Standzeit des Einlippenbohrers erheblich verlängert werden. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Einlippenbohrers sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Einlippenbohrer gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 einen Standardanschliff eines Einlippenbohrers gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 3 eine erste Ausgestaltung der Schneide eines erfindungsgemäßen
Einlippenbohrers;
Fig. 4 eine weitere Ausgestaltung der Schneide eines erfindungsgemäßen
Einlippenbohrers und
Fig. 5 eine weitere Ausgestaltung der Schneide eines erfindungsgemäßen
Einlippenbohrers.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Figur 1 zeigt einen Einlippenbohrer 10 mit einer Schneide, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Einlippenbohrer 10 enthält ein Einspann- Ende 11 zur Aufnahme des Einlippenbohrers 10 in ein in Figur 1 nicht näher gezeigtes Bohrfutter, und einen Bohrerschaft 12 mit einem Bohrkopf 13, sowie eine Rotationsachse A. Der Bohrerschaft 12 und der Bohrkopf 13 sind einstückig realisiert. Im Bohrerschaft 12 ist wenigstens ein Kühlmittelkanal 14 vorgesehen, der am vorderen Ende des Bohrkopfes 13 mündet. Das durch den Kühlmittelkanal 14 gepumpte Kühlmittel hat nicht nur die Aufgabe, den Bohrkopf 13 zu kühlen, sondern dient auch zum Abtransport der beim Bohren entstehenden Späne durch eine V-förmige Spanabfuhrnut 15, die an der Schneide 16 des Einlippenbohrers 10 beginnt und sich nahezu über die gesamte Länge des Bohrerschafts 12 erstreckt. Am Umfang des Bohrkopfes 13 kann wenigstens ein Führungselement 17 vorgesehen sein.
Figur 2 zeigt eine Schneide S eines Einlippenbohrers nach dem Stand der Technik mit einem bekannten Standardanschliff. Die Schneide ist in zwei gerade Teil-Schneiden S1 , S2 aufgeteilt, wobei die äußere Teil-Schneide S1 einen Einstellwinkel κr1 größer 90° aufweist und die innere Teil-Schneide S2 einen Einstellwinkel K12 kleiner 90° aufweist. Die Teil-Schneiden treffen an der Bohrerspitze SP in einem Abstand E vom Umfang des Bohrers aufeinander, der etwa einem Viertel des Bohrerdurchmessers D entspricht.
Figur 3 zeigt eine Schneide eines ersten erfindungsgemäßen Einlippenbohrers, die eine streng konvex gekrümmte Kontur K aufweist. Der Einstellwinkel κri am äußersten Punkt P1 der Kontur, der dem Umfang des Bohrkopfes am nächsten ist, ist größer 90°. Der Einstellwinkel K12 am innersten Punkt P2 der Kontur, der der Bohrermittelachse A am nächsten ist, ist kleiner als 90°. Der Punkt P3 der streng konvex gekrümmten Kontur, der am weitesten in Vorschubrichtung gelegen ist, ist in einem Abstand E vom Umfang des Bohrkopfes angeordnet, der etwa einem Viertel des Bohrerdurchmessers D entspricht. Konvexe Kontur bedeutet dabei eine konvexe Kontur des Bohrers von vorne her gesehen. Die streng konvexe Kontur weist an allen Umfangspunkten eine vom innersten, der Rotationsachse benachbarten, zum äußersten Punkt hin streng monoton zunehmende Steigung auf, wobei die Steigung im Bereich der Rotationsachse A negativ ist (Winkel Kr2) und streng monoton zunimmt bis zu einem positiven Wert am äußersten Punkt, d.h. am äußeren Durchmesser des Bohrers (Winkel κri). Dabei durchläuft die Steigung einen Nulldurchgang, der am Punkt P3 gelegen ist. In diesem Punkt ist die Steigung 0, das bedeutet, dass der Winkel, den die Tangente an diesem Punkt mit der Rotationsachse A einschließt, 90° beträgt. Bei der in Fig. 4 gezeigten zweiten erfindungsgemäßen Schneide S eines Einlippenbohrers sind vier im Wesentlichen gerade Teil-Schneiden S1 , S2, S3, S4 vorgesehen. Der Einstellwinkel κr1 am äußersten Punkt P1 der Kontur, der dem Umfang des Bohrkopfes am nächsten ist, ist dabei größer als 90°. Der Einstellwinkel K1? am innersten Punkt P2 der Kontur, der der Bohrermittelachse A am nächsten ist, ist kleiner als 90°. Der Punkt P3 der konvex gekrümmten Kontur, der am weitesten in Vorschubrichtung liegt, ist in einem Abstand E zum Umfang des Bohrkopfes angeordnet, der einem Viertel des Bohrerdurchmessers D entspricht.
In Fig. 4 ist die Kontur K als strichpunktierte Linie gezeichnet. Die Schneiden bilden in diesem Falle Tangenten an diese Kontur K, wobei die konvexe Kontur sich wiederum dadurch auszeichnet, dass ihre Steigung von einem negativen Wert im Bereich der Rotationsachse A (Punkt P2) streng monoton zunimmt bis zu einem positiven Wert am Punkt P1 , der am Außendurchmesser des Bohrers gelegen ist. Die Steigung durchläuft auch in diesem Falle demnach einen Nulldurchgang. Dieser Nulldurchgang liegt an der gedachten Kontur K am Punkt P3. Es wird - anders ausgedrückt - gewissermaßen die in Fig. 3 dargestellte Kontur K durch gerade Teil-Schneiden„angenähert", wobei die Teil-Schneiden Tangenten an die gedachte Kontur K darstellen. Die geraden Teil-Schneiden nehmen also die Position von Tangenten an die Kontur K gemäß der erfindungsgemäßen Ausgestaltung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, ein.
Figur 5 zeigt eine dritte erfindungsgemäße Schneide S eines Einlippenbohrers, die eine konvexe gekrümmte Kontur K aufweist, die durch drei im wesentlichen gerade Teil-Schneiden S1 , S2, S3 angenähert ist. Der Einstellwinkel KM am äußersten Punkt P1 der Kontur, der dem Umfang des Bohrkopfes am nächsten ist, ist größer 90°. Der Einstellwinkel K12 am innersten Punkt P2 der Kontur, der der Bohrermittelachse am nächsten ist, ist kleiner als 90°. Die Länge F der Teil-Schneide S3 ist so bemessen, dass sie annähernd 8% bis 10% des Bohrerdurchmessers D entspricht. In der Figur ist zur Verdeutlichung eine Länge F dargestellt, die 20% des Bohrerdurchmessers D entspricht. Der Punkt P3 der konvexen gekrümmten Kontur, der am weitesten in Vorschubrichtung liegt, ist in einem Abstand E zum Umfang des Bohrkopfes angeordnet, der einem Viertel des Bohrerdurchmessers D entspricht. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 4 dargestellten dadurch, dass die Kontur K, in diesem Falle wiederum eine gedachte Kontur K, die durch eine strichpunktierte Linie in Fig. 5 dargestellt ist, durch drei Teil-Schneiden gewissermaßen approximiert ist, wobei diese drei Teil-Schneiden S1 , S2, S3 wiederum die Tangenten an die Kontur K darstellen. Auch in diesem Falle liegt der Punkt P3, der am weitesten in Vorschubrichtung gelegen ist, d.h. in Fig. 5 unten, in einem Abstand E von dem Bohreraußendurchmesser entfernt. Auch in diesem Fall ist die gedachte, strichpunktiert gezeichnete Kontur K der Schneide streng konvex ausgebildet, d.h. die Steigung nimmt streng monoton zu von einem Punkt P2, der der Rotationsachse A am nächsten liegt, hin zu einem Punkt P1 , der am Außendurchmesser des Bohrers gelegen ist. Die Steigung durchläuft auch hier einen Nulldurchgang, der in einem Punkt P3 angeordnet ist. Dieser Punkt P3 ist der am weitesten in Vorschubrichtung angeordnete Punkt, er befindet sich in dem Abstand E von dem Bohreraußendurchmesser entfernt.
Die Erfindung ist nicht auf drei oder vier Teil-Schneiden beschränkt. Vielmehr kann vorgesehen sein, dass die streng konvexe Kontur K der Schneide des Einlippenbohrers durch mehr als vier Teil-Schneiden, insbesondere mehr als vier gerade Teil-Schneiden, angenähert ist. Auch in diesem Falle gelten die oben genannten Bedingungen entsprechend.
Der Bohrkopf und der Bohrerschaft des Einlippenbohrers können aus einem Stück hergestellt sein. Alternativ kann der Einlippenbohrer auch so gestaltet sein, dass der Bohrkopf und der Bohrerschaft zusammengesetzt sind. Insbesondere kann der Bohrkopf auswechselbar sein. Darüber hinaus kann zumindest der Bohrkopf aus einem verschleißbeständigen Metall, insbesondere Hartmetall, hergestellt sein. Darüber hinaus kann der Bohrkopf wenigstens teilweise mit einer Be- schichtung versehen sein.

Claims

Ansprüche
1. Einlippenbohrer mit wenigstens einer an einem Bohrkopf ausgebildeten Schneide, die wenigstens eine Schneidkante aufweist, wobei der Einstellwinkel (κM) am äußersten Punkt (P1) der Schneide, der dem Umfang des Bohrkopfes am nächsten ist, größer als 90° ist und der Einstellwinkel (Kr2) am innersten Punkt (P2) der Schneide, der der Bohrermittelachse (A) am nächsten ist, kleiner als 90° ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schneide (S) eine streng konvex gekrümmte Kontur aufweist und dass ein Punkt (P3) der konvexen Kontur, der am weitesten in Vorschubrichtung gelegen ist, in einem Abstand (E) zum Umfang des Bohrkopfes angeordnet ist, der einem Fünftel bis einem Drittel, insbesondere einem Viertel, des Bohrdurchmessers (D) entspricht.
2. Einlippenbohrer mit wenigstens einer an einem Bohrkopf ausgebildeten Schneide, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei Teil-Schneiden (S1 , S2, S3) gemeinsam eine konvexe Kontur ausbilden, dass der Einstellwinkel (κM) einer ersten Teil-Schneide (S1), die dem Umfang des Bohrkopfes am nächsten ist, größer als 90° ist, dass der Einstellwinkel (Kr2) einer zweiten Teil-Schneide, die der Bohrermittelachse am nächsten ist, kleiner als 90° ist und dass zwischen der ersten und der zweiten Teilschneide (S1 , S2) wenigstens eine dritte Teil-Schneide (S3) angeordnet ist.
3. Einlippenbohrer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass genau drei Teil-Schneiden (S1 , S2, S3) vorgesehen sind.
4. Einlippenbohrer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Teil-Schneiden gerade ausgebildet sind.
5. Einlippenbohrer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens drei Teil-Schneiden Tangenten an eine streng konvex gekrümmte Kontur (K) sind, wobei die konvexe Kontur (K) so ausgebildet ist, dass ein Punkt (P3) der konvexen Kontur (K), der am weitesten in Vorschubrichtung gelegen ist, in einem Abstand (E) zum Umfang des Bohrkopfes angeordnet ist, der einem Fünftel bis einem Drittel, insbesondere einem Viertel, des Bohrdurchmessers (D) entspricht.
6. Einlippenbohrer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstellwinkel der dritten Teil-Schneide (S3) in einem Bereich von 80° bis 100° liegt.
7. Einlippenbohrer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstellwinkel (Kr3) der dritten Teil-Schneide (S3) wenigstens annähernd 90° entspricht.
8. Einlippenbohrer nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (F) der dritten Teil-Schneide (S3) 5% bis 20% des Bohrdurchmessers (D) beträgt.
9. Einlippenbohrer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (F) der dritten Teil-Schneide (S3) 8% bis 10% des Bohrdurchmessers (D) beträgt.
10. Einlippenbohrer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlippenbohrer einen Bohrkopf und einen Bohrerschaft aufweist und dass der Bohrkopf sowie der Bohrerschaft aus einem Stück hergestellt sind.
11. Einlippenbohrer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlippenbohrer aus einem Bohrkopf und einem Bohrerschaft zusammengesetzt ist.
12. Einlippenbohrer nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrkopf auswechselbar ist.
13. Einlippenbohrer nach einem der vorstehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Bohrkopf aus einem verschleißbeständigen Material, insbesondere Hartmetall, hergestellt ist.
14. Einlippenbohrer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Bohrkopf wenigstens teilweise mit einer Beschichtung versehen ist.
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