CH627389A5

CH627389A5 - Bohrwerkzeug und verwendung desselben.

Info

Publication number: CH627389A5
Application number: CH1407977A
Authority: CH
Inventors: Kurt Heinrich Albert Eri Faber
Original assignee: Sandvik Ab
Priority date: 1976-11-17
Filing date: 1977-11-17
Publication date: 1982-01-15
Also published as: MX144023A; CA1071906A; ATA821777A; FR2371263B1; NL7711942A; AR214541A1; JPS5750605B2; BR7707627A; NZ185702A; PL126349B1; BE860898A; CS216176B2; GB1546981A; SE411310B; DE2751255C2; JPS5364888A; AU3030977A; DD134202A5; DE2751255A1; ZA776317B

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Verwendung des Bohrwerkzeugs.

Derartige Bohrwerkzeuge werden insbesondere mit wendbaren Schneideinsätzen ausgerüstet, die radial im Bohrwerkzeug angeordnet sind.

Bohrwerkzeuge dieser Art sind bekannt und weisen mindestens zwei lösbare, wendbare Schneideinsätze auf. Die bekannten Bohrwerkzeuge müssen jedoch mit einem oder mehreren Ausgleichsstreifen versehen werden, da es nicht für möglich gehalten worden ist, die Schneideinsätze so anzuordnen, dass die auf dieselben ausgeübten Radialkräfte ausgeglichen werden können.

Eine Ausnahme bilden Stirnfräser, welche mit Schneideinsatzpaaren ausgerüstet sind. Bei diesen Bohrwerkzeugen ist es möglich, dass die Schneidkräfte ausgeglichen werden. Das ist jedoch das Ergebnis davon, dass die Schneidkanten in bezug aufeinander einen Winkel von 180° bilden, während die Schneidkanten radial nach aussen senkrecht zur Vorschubrichtung gerichtet sind. Unter diesen Umständen entstehen sehr kleine radiale Seitenkräfte, wenn überhaupt. Die kleinen Unterschiede bezüglich der Schneidkräfte, welche am Mittelpunkt des Bohrwerkzeugs im Vergleich mit dem Umfang des Bohrwerkzeugs auftreten können, werden dadurch auf einfache Weise ausgeglichen, dass man die Länge der Schneidkante jedes Schneideinsatzes entsprechend anpasst.

Mit derartigen Bohrwerkzeugen, bei denen die Schneidkante unter einem Winkel von 90° in bezug auf die Vorschubrichtung angeordnet ist, welcher gewöhnlich Einstellwinkel genannt wird, treten ganz beträchtliche Nachteile beim Um-fangsschneideinsatz auf. Das beruht hauptsächlich auf un-gleichmässiger Spanentfernung, während die lochbildende Schneidkante einer unnötig grossen Belastung unterworfen wird. Die Nachteile beim mittig angeordneten Schneideinsatz beruhen hauptsächlich auf einer unnötig grossen Zone mit einem negativen Toleranzwinkel, welcher die nutzbare Lebensdauer des Schneideinsatzes beeinträchtigt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Bohrwerkzeugs der eingangs genannten Art, das die Nachteile bekannter Ausführungen nicht aufweist und insbesondere Schneideinsätze mit einer solchen Winkelorientierung in bezug aufeinander aufweist, dass die auf die Schneideinsätze wirkenden Kräfte in der Mitte und am Umfang vollständig ausgeglichen werden, wodurch die Notwendigkeit zur Benutzung von Ausgleichsstreifen entfällt. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definierten Massnahmen gelöst.

Auf diese Weise wird bewirkt, dass nur das Antriebsmoment und die axial wirkende Vorschubkraft auf den Bohrschaft einwirken.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des Bohrwerkzeugs sind in den Ansprüchen 2 bis 12 umschrieben.

Bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstands sind nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigen:

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Fig. 1 und 2 ein Bohrwerkzeug schaubildlich bzw. in Stirnansicht;

Fig. 3 in kleinerem Massstabe das Bohrwerkzeug der Fig. 1 in einem Werkstück in Seitenansicht;

Fig. 4 einen Schnitt längs IV-IV der Fig. 5;

Fig. 5 in grösserem Massstabe eine ähnliche Darstellung wie in Fig. 2 zur Erläuterung der auf die Schneideinsätze wirkenden Kräfte;

Fig. 6 einen Schnitt längs VI-VI der Fig. 7;

Fig. 7 ein zweites Bohrwerkzeug mit vier Schneideinsätzen in Stirnansicht;

Fig. 8 einen Schnitt längs VIII-VIII der Fig. 9, die ein drittes Bohrwerkzeug mit vier Schneideinsätzen zeigt;

Fig. 9 das dritte Bohrwerkzeug in ähnlicher Darstellungsweise wie in Fig. 7;

Fig. 10 einen Schnitt längs X-X der Fig. 11, die ein viertes Bohrwerkzeug zeigt;

Fig. 11 das vierte Bohrwerkzeug in Stirnansicht;

Fig. 12 ein fünftes Bohrwerkzeug in Seitenansicht; und

Fig. 13 das fünfte Bohrwerkzeug in ähnlicher Darstellungsweise wie in den Fig. 7 und 9.

Das Bohrwerkzeug der Fig. 1 bis 5 dient zum Bohren eines zylindrischen Lochs in einem Werkstück und weist einen Bohrschaft 10 auf. An dessen vorderstem Ende befinden sich zwei wendbare Karbid-Schneideinsätze 11, 12, welche auf einander gegenüberliegenden Seiten von der Drehachse angeordnet sind.

Zur Spanabfuhr von den Schneideinsätzen 11,12 sind axiale Aussparungen 13 bzw. 14 angeordnet. Beide Schneideinsätze 11, 12 weisen eine mittige Öffnung auf und sind am Bohrschaft 10 durch nur in Fig. 12 dargestellte Schrauben befestigt. Letztere durchsetzen die genannten Öffnungen der Schneideinsätze 11,12 und sind im Bohrschaft 10 durch Gewindeeingriff befestigt. Jeder Schneideinsatz 11, 12 weist einander gegenüberliegende, flache Oberflächen auf, welche mit den Kantenoberflächen rechte Winkel bilden. Wie die Fig. 2 zeigt, sind beide Schneideinsätze 11, 12 am Bohrschaft 10 so befestigt, dass sie mit letzterem zusammen ein negatives Abschneidmesser zu bilden scheinen, und zwar in Drehrichtung gesehen.

Zusammen bilden alle den Lochdurchmesser des Lochs. Es ist jedoch zu bemerken, dass das Bohrwerkzeug auch wahlweise mit positiven Schneideinsätzen bestückt werden kann, d.h. mit Schneideinsätzen, welche einen Toleranzwinkel zwischen einer ebenen oberen Oberfläche und benachbarten Seitenflächen des Schneideinsatzes bilden. Letzteres bedeutet,

dass das notwendige Abschneidmesser auf dem Schneideinsatz selbst gebildet wird.

Das Bohrwerkzeug der Fig. 1 bis 5 weist zwei Schneideinsätze auf, von denen einer (11) am Umfang angeordnet ist. Dessen Schneidkante erstreckt sich seitlich so weit, dass der Lochdurchmesser dadurch bestimmt wird. Der andere Schneideinsatz 12 ist dagegen innerhalb des Umfangs des Bohrwerkzeugs angeordnet und befindet sich im Winkelabstand y vom Schneideinsatz 11.

Fig. 4 und 5 erläutern die auf die Schneideinsätze 11, 12 wirkenden Kräfte. Dabei gilt der Index 1 für den am Umfang angeordneten Schneideinsatz 11 und der Index 2 für den in der Mitte angeordneten Schneideinsatz 12. Der Index t bedeutet tangential, der Index r bedeutet radial und der Index a bedeutet axial. Wie Fig. 4 zeigt, wirken die Schneidkräfte in einer Ebene, welche parallel zur Vorschubrichtung angeordnet ist, und sind mit R bezeichnet, wogegen die resultierenden Kräfte P in Fig. 5 in einer Ebene wirken, die senkrecht zur Vorschubrichtung angeordnet ist.

Es ist zu bemerken, dass, wenn die resultierenden Schneidkräfte Ppl, Pp2 gleich gross und in einander entgegengesetzten und parallelen Richtungen angeordnet sind, der Schaft des

Bohrwerkzeugs keinen Radialkräften unterworfen ist. Der Schaft ist vielmehr einem Drehmoment Ppl ■ a • Pp2 • b unterworfen, wobei a und b die Momentarme jedes Schneideinsatzes bedeuten. Die Vorschubgeschwindigkeit ergibt sich dann zu PaI + Pa2.

Unter diesen Umständen wird das Bohrwerkzeug vollständig in der Mitte des Loches gehalten, und Ausgleichsstreifen, welche das Bohrwerkzeug im Loch ausgerichtet halten, sind überflüssig.

Fig. 5 zeigt dagegen den Zustand, wenn die resultierenden Schneidkräfte Pp], Pp2 gleich gross und in einander entgegengesetzten und parallelen Richtungen liegen, wodurch das Kräftegleichgewicht sichergestellt ist. Das wird dadurch erzielt, dass der mittig angeordnete Schneideinsatz 12 vom am Umfang angeordneten Schneideinsatz 11 unter einem Winkelabstand angeordnet ist. Man kann das so ausdrücken, dass das Ergebnis der Drehung des Schneideinsatzes 12 um 180° + y in bezug auf den Umfangsschneideinsatz 11 ist, und zwar in Drehrichtung des Bohrwerkzeugs betrachtet. Bezüglich des Winkels y gilt die Beziehung y = ò + e, wobei <3 der Winkel zwischen Pti. Ppl ist. e ist der Winkel zwischen Pt2 und Pp2. Es gelten ferner die Beziehungen tan ò = Pri/Ptx und tan e =Pr2/Pt2- Da die Werte von Prlj Ptl) Pr2 und Pt2 bekannt sind, ist es möglich, den genauen Wert des Winkels y zu berechnen.

Zusätzlich ist zu beachten, dass, wenn die Schneideinsätze grade Schneidkanten und kleine Eckenradien aufweisen, welche keine Radialkräfte erzeugen ausser denen, die dem Einstellwinkel zuzuschreiben sind, genügt die Kenntnis der Beziehungen Pai/Ptl und Pa2/Pt2, um den Wert des Winkels y zu bestimmen.

Vorzugsweise ist der mittige Schneideinsatz des Bohrwerkzeugs der Fig. 1 bis 5 mit einer geneigten Fasenfläche an der aktiven Schneidkante versehen, was die Festigkeit dieser Schneidkante verbessert.

Beim Bohrwerkzeug der Fig. 1 bis 5 weist der am Umfang angeordnete Einsatz 11 einen Einstellwinkel a auf, welcher 90° überschreitet, sowie einen mittigen Einsatz 12 mit einem Einstellwinkel ß, der kleiner als 90° ist. Der Schneideinsatz 12 erstreckt sich in Richtung auf das Zentrum und vorzugsweise ein Stück weit innerhalb des Zentrums des Bohrwerkzeugs. Die verbesserte Schneideinsatzorientierung, die oben erläutert worden ist, ermöglicht es auch, dass die Radialkräfte selbst dann ausgeglichen werden, wenn der Einstellwinkel des am Umfang angeordneten Schneideinsatzes kleiner als 90° und der Einstellwinkel des in der Mitte angeordneten Einsatzes 90° überschreitet.

Es ist z.B. möglich, drei Schneideinsätze vorzusehen, von denen einer am Umfang angeordnet ist, wogegen die anderen beiden im Innern der Umfangslinie angeordnet sind und sich in verschiedenen radialen Richtungen erstrecken. Es ist auch möglich, Schneideinsätze mit gebogenen Schneidkanten zu verwenden, beispielsweise runde Schneideinsätze oder Schneideinsätze mit Schneidkanten, die unter einem Winkel gebrochen sind, beispielsweise dreieckige Form aufweisen.

Das zweite Bohrwerkzeug der Fig. 6 und 7 weist vier Schneideinsätze auf, die sich axial praktisch ebenso weit erstrecken. Zwei dieser Schneideinsätze 11, II1 sind in derselben Ebene angeordnet, und zwar dicht an derselben Spanabfuhr-ausnehmung. Dagegen sind die beiden anderen Schneideinsätze 12,121 in getrennten parallelen Ebenen angeordnet, und zwar dicht an der anderen Spanabfuhraussparung. Der in radialer Richtung am weitesten aussen befindliche Schneideinsatz 121 ist in einer vertieften Oberfläche 15 angeordnet.

Wenn die auf die Schneideinsätze wirkenden Schneidkräfte A, B; C, D paarweise gleich sind und einander entgegengesetzte und parallele Richtungen haben, so wird auf diese Weise das Kräftegleichgewicht sichergestellt.

Das dritte Bohrwerkzeug der Fig. 8 und 9 weist vier

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Schneideinsätze auf. Die beiden am weitesten innen gelegenen Schneideinsätze 1111,12n sind auf einem sich axial erstrek-kenden Abschnitt 16 des Bohrschafts angeordnet. Beide Schneideinsätze erstrecken sich axial praktisch gleich weit. Die anderen beiden Schneideinsätze 11,12 erstrecken sich axial gleich weit und sind weiter von der Drehachse entfernt als die erstgenannten Schneideinsätze 1111,1211. Das Kräftegleichgewicht wird erzielt, wenn die resultierenden Schneidkräfte A, D, welche auf die Schneideinsätze 11,12 einwirken, gleich gross sind, jedoch entgegengesetzt und parallel zueinander zur gleichen Zeit verlaufen wie die Kräfte B, C, welche auf die Schneideinsätze 1111,1211 wirken, in ähnlicher Weise gleich gross und von entgegengesetztem Vorzeichen sind.

Das vierte Bohrwerkzeug der Fig. 10 und 11 ist ein Kernbohrer. Bei dem erstreckt sich der am weitesten innen befindliche Schneideinsatz 12 in radialer Richtung ein Stück weit in das mittlere Loch 17 des Bohrwerkzeugs.

Das fünfte Bohrwerkzeug der Fig. 12 und 13 weist einen Bohrkopf 18 mit einem hinteren, rohrförmigen Schaftteil 19 auf. Letzterer ist mit einem Aussengewinde 20 versehen, um auf ein nicht dargestelltes Bohrgestänge aufgeschraubt werden zu können. Zwei Schneideinsätze vom sogenannten Dreiecktyp, d.h. im wesentlichen dreieckige Schneideinsätze, sind an dem Bohrkopf vorgesehen, wobei jede Schneidkante zwei gerade Abschnitte aufweist, welche im Winkelabstand voneinander angeordnet sind. Längs der Aussenseite des Bohrkopfes wird unter hohem Druck ein Kühlmedium eingepumpt, während alle beim Bohren erzeugten Späne nach hinten mittels des Kühlmediums entfernt werden und durch die Spanentfernungsaussparungen 21, 22 des Bohrkopfes hindurchgehen. 5 Letztere erstrecken sich axial bis zu einem begrenzten Aus-mass und öffnen sich dann in eine zylindrische Öffnung 23 des Wellenabschnitts 19 des Bohrkopfes und weiter in das mit letzterem angekoppelte Bohrgestänge. Wie Fig. 13 zeigt, befindet sich der am weitesten innen befindliche Schneideinsatz 12 in io einem Winkelabstand y vom am Umfang angeordneten Schneideinsatz 11. Der Betrag von y wird so gewählt, dass die radialen Kräfte in der oben beschriebenen Weise ausgeglichen werden.

Es ist für den Fachmann möglich, mathematisch den geeig-15 neten Wert des Winkels y in jedem Anwendungsfall mittels geeigneter Formeln auszurechnen. Der Betrag des Winkels y hängt dann davon ab, welche Einstellwinkel a,ß (Fig. 4) gewählt werden und welche genaue Form die benutzten Schneideinsätze aufweisen.

20 Als Beispiel für einen geeigneten Wert des Winkels y kann ein Bohrwerkzeug mit zwei dreieckförmigen Schneideinsätzen verwendet werden (Fig. 12 und 13). Jeder Schneideinsatz hat einen Inkreis von 12,7 mm Durchmesser und ist so bemessen, dass er ein Bohrloch von minimal 42 mm und maximal 56 mm 25 erzeugt. Bei einem solchen Bohrwerkzeug sollte der Winkel y im Bereich 4 bis 10° liegen.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Bohrwerkzeug mit einem Bohrschaft (10) mit mindestens zwei in axialer Richtung verlaufenden Ausnehmungen (13,14) für die Spanabfuhr und mit mindestens zwei Schneideinsätzen (11, 11', 11"; 12, 12', 12"), von denen einer (11) am Umfang des Bohrschaftes (10) neben der einen Ausnehmung (13) für die Spanabfuhr so angeordnet ist, dass sich die Schneidkante dieses Schneideinsatzes (11) vom Umfang her innerhalb desselben erstreckt, um die Wandung des Bohrloches zu erzeugen, während mindestens der eine andere Schneideinsatz (12, 12', 12") neben einer anderen Ausnehmung (14) für die Spanabfuhr innerhalb des Schneidkreises des am Umfang angeordneten Schneideinsatzes (11) angeordnet ist, wobei die Schneideinsätze (11, 11', 11"; 12, 12', 12") in zur Drehachse hin verlaufenden Radialebenen oder diesen mindestens angenäherten Ebenen angeordnet sind, die einen von 180° abweichenden Winkel einschliessen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der eine innere Schneideinsatz (12, 12', 12") um einen solchen Winkel (180° + y) gegen den am Umfang angeordneten Schneideinsatz (11) entgegen der Drehrichtung des Bohrwerkzeuges abgewinkelt ist, dass die auf den Bohrschaft (10) beim Betrieb einwirkenden, radialen Kräfte ausgeglichen sind.

2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der innerste Schneideinsatz (12, 12") in das Zentrum des Bohrwerkzeugs, vorzugsweise ein Stück weit über das Zentrum hinaus, erstreckt (Fig. 5, 7 und 9).

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PATENTANSPRÜCHE

3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinsätze (11,12) in Drehrichtung gesehen in entgegengesetzte Richtungen unter gleichem Spanwinkel geneigt sind (Fig. 5, 7 und 9).

4. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 mit vier Schneideinsätzen, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schneideinsätze im wesentlichen in die gleiche axiale Lage erstrecken, wobei zwei von ihnen in derselben Ebene derart angeordnet sind, dass die Spanabfuhr durch eine der Ausnehmungen erfolgt, wogegen die anderen beiden Schneideinsätze in voneinander getrennten und zueinander parallelen Ebenen neben einer anderen Ausnehmung angeordnet sind (Fig.7).

5. Bohrwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der äusserste Schneideinsatz (11) der in derselben Ebene angeordneten Schneideinsätze den Umfangs-Schneid-einsatz bildet, wogegen der äusserste Schneideinsatz (12') des anderen Paars in einer Vertiefung (15) angeordnet ist (Fig. 7).

6. Bohrwerkzeug nach Anspruch 4, mit vier Schneideinsätzen (11, 11", 12", 12), dadurch gekennzeichnet, dass die zwei inneren Schneideinsätze (11", 12") an einem sich axial erstreckenden inneren Abschnitt (16) angeordnet sind und sich die inneren und äusseren Schneideinsätze (11,11", 12", 12) paarweise in axialer Richtung im wesentlichen gleich weit erstrecken (Fig. 8).

7. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinsätze vieleckig ausgebildet sind und dass die Schneidkante des mittig angeordneten Schneideinsatzes mit einer abgeschrägten Fläche versehen ist.

8. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 mit drei Schneideinsätzen, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Schneideinsätze am Umfang angeordnet ist, wogegen die anderen innerhalb des Umfanges angeordnet sind und sich in einer anderen radialen Richtung erstrecken.

9. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinsätze wendbar sind.

10. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinsätze auf einem Halter (18) mit einem rückwärtigen, rohrförmigen Schaftteil (19) angeordnet sind, wobei die Ausnehmungen (13,14) für die Spanabfuhr neben jedem Schneideinsatz angeordnet sind, der sich axial in die Öffnung des Schaftteils (19) hinein erstreckt (Fig. 12).

11. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schneideinsatz mit einem mittigen Loch versehen und am Bohrschaft (10) durch eine Spannschraube befestigt ist (Fig. 12).

12. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinsätze dreieckförmig ausgebildet sind (Fig. 12).

13. Verwendung des Bohrwerkzeugs nach Anspruch 1 zum Bohren von Löchern in metallischen Werkstücken.