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Die
Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Entgraten und/oder Rückwärtssenken
von Bohrungsenden mit einem Durchmesser < 4 mm nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Aus
dem Stand der Technik ist durch
DE 43 07 084 C2 ein Entgratwerkzeug zum Entgraten
von Stoßkanten
an Bohrungen bekannt. Das Werkzeug wird beim Einsatz rotatorisch
und/oder translatorisch bewegt, hat einen Werkzeugschaft, der ein
Einspannende und ein Ende mit einem innenliegenden Stützkörper und
mindestens einem in einem Durchbruch beweglich angeordneten Schneidenkörper mit Schneide
aufweist. Für
dieses Entgratwerkzeug ist kennzeichnend, dass die Schneide durch
einen in der zentralen Ausnehmung sitzenden, aus einem Elastomerwerkstoff
bestehenden Stützkörper mit
einer radial aufgebrachten Federkraft beaufschlagt wird, wobei der
in einem Durchbruch beweglich geführte Schneidenkörper mit
einer Stützfläche versehen
ist, mit der er am Stützkörper abgestützt ist.
Bei Überschreitung einer
bestimmten Beaufschlagungskraft gibt die Schneide federnd nach.
Es ist auch möglich,
den Stützkörper mit
einer Vorspannung in der Ausnehmung aufzunehmen. Durch die Abstützung auf
dem Stützkörper werden
Bewegungen des Schneidenkörpers
zugelassen, die ein wirksames Entgraten auch von im Raum liegenden
Stoßkanten
ermöglichen
sollen. Nachteilig ist, dass bei einer Änderung des zu bearbeitenden
Werkstoffs von Werkstücken
stets der Stützkörper des
Entgratwerkzeuges auszutauschen ist. Dieser Stützkörperaustausch ist aber bei
Werkzeugdurchmessern von < 4
mm schwierig durchzuführen.
Genannte Nachteile werden durch ein in
DE 102 15 004 B4 dargestelltes
Entgratwerkzeug beseitigt, in dem der Stützkörper am werkzeugseitigen Schaftende
als festes Lager angeordnet ist, ein rohrförmiges Schaftstück, das
durch ein oder mehrere Verbindungselemente mit dem Werkzeugschaft
verbunden ist, den im Durchbruch beweglich gelagerten Schneidenkörper hält, welcher
lose mit einem Spiel an der Oberfläche des Stützkörpers, die in Form und Abmessungen
von der Oberfläche
des Schneidenkörpers
stets geometrisch unterschiedlich ist, aufliegt und ein unter Druck
in eine Durchgangsbohrung des Werkzeugschaftes gepresster Stoff
die Schneide nach außen
bewegt. Zum Entgraten von beispielsweise Stoßkanten an einer Querbohrung
in einem Motorblock ist vor dem Einführen des Entgratwerkzeuges
in die Bohrung ein Druck p von 0,3 MPa an der Werkzeugmaschinensteuerung
zu programmieren. Fährt
das Entgratwerkzeug in die Bohrung, so werden die außerhalb
des Werkzeugschaftes liegenden Schneiden nach innen bewegt, wodurch
Teilbereiche des Durchbruches frei werden und der in die Durchgangsbohrung
des Entgratwerkzeuges gepresste flüssige oder gasförmige Stoff
abfließen kann.
Tritt die Schneide in die Querbohrung ein, bewegt sich diese durch
den anliegenden Druck, welcher durch die vorhandene Flächendifferenz
zwischen Stützkörper und
Schneidenkörper
entsteht, nach außen.
Jetzt liegt eine bestimmte Kraft an, die zum Entgraten nutzbar ist.
Der Druck p kann in Abhängigkeit
vom Werkstoff und der gebohrten Menge mit durch den Verschleiss
des Bohrers zunehmend entstehenden Gratabmessungen programmiert
erhöht
werden. Ebenfalls soll es möglich
sein, drucklos bis zur Gratbasis der zu entgratenden Querbohrung heranzufahren.
Das in
DE 102 15 004
B1 dargestellte Entgratwerkzeug hat aber den Nachteil,
dass die Zuführung
des Druckmittels durch eine im Werkzeug liegende Durchgangsbohrung
kurzzeitig keine ausreichenden Kräfte an der bzw. an den Schneidkanten erzeugt,
um den Grat an den Bohrungsenden zu entfernen oder ein Aufbohren
der Bohrungsenden zu ermöglichen.
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Bekannt
ist weiterhin durch
EP
1 356 884 A1 ein Werkzeug zum Senken, Entgraten und Ausspindeln
von Bohrungen, das aus einem um seine Längsachse rotierend angetriebenen
Messerhalter besteht, in dem im Winkel zu seiner Längsachse
mindestens eine aus im wesentlichen ineinander übergehenden Radien gebildete
Ausnehmung angeordnet ist, in der ein oder mehrere Schneidmesser
oder deren Halter auswechselbar und/oder verschiebbar lastübertragend
gehalten sind, wodurch ein besserer Schutz gegen Verkanten und Ausbrechen
des Schneidmessers aus der Ausnehmung im Messerhalter gegeben sein soll.
Für das
Schneidmesser ist kennzeichnend, dass es aus einem Körper besteht,
in dem in Umfangsrichtung eine Nut für den Eingriff einer Nocke
des Antriebsstabes eingearbeitet ist. An der Vorderkante des Körpers ist
abgesetzt eine Schneidkante angeordnet, die die spanabhebende Bearbeitung
der Bohrung sichert. Die Schneidkante geht in eine Freifläche über und
unterhalb der Schneidkante ist bekannterweise eine Spannut angeordnet,
die die abgehobenen Späne
abführt.
Das Schneidmesser ist in der Ausnehmung quer zur Achse des Antriebsstabs
verschiebbar geführt
und die auf das Schneidmesser wirkenden Verkantungskräfte werden
von zwei diametral gegenüber
liegenden Positionsflächen
des Schneidmessers auf die zugeordneten Führungs- und Abstützflächen in
der Ausnehmung übertragen. Nachteilig
ist die komplizierte konstruktive Ausführung des Werkzeuges, insbesondere
die des Schneidmessers, zur Gewährleistung
der Funktion des Werkzeuges. Damit ist dieses Werkzeug zum Entgraten
und/oder Rückwärtssenken
von Bohrungsenden mit einem Durchmesser von < 4 mm nur mit einem nicht vertretbaren
Aufwand oder generell nicht einsetzbar. Andere Werkzeuge zum Rückwärtssenken,
wie beispielsweise das in
DE
34 29 971 C2 dargestellte Werkzeug zum Ansenken des rückwärtigen Endes
von Durchgangsbohrungen oder das durch
DE 39 10 426 A1 bekannte
Werkzeug zum Rückwärtssenken
und -abflächen
von Durchgangsbohrungen, sind ebenfalls auf Grund ihrer komplizierten
konstruktiven Ausführungen
nicht für
das Rückwärtssenken
von kleinsten Bohrungen handhabbar und damit einsetzbar.
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Das
Problem der Erfindung besteht deshalb darin, ein Werkzeug zum Entgraten
und/oder Rückwärtssenken
von Bohrungsenden mit einem Durchmesser von < 4 mm vorzuschlagen, das konstruktiv einfach
ausgeführt
ist, eine einfache Handhabung garan tiert und die erforderlichen
Kräfte
an der bzw. an den Schneidkanten zur Gratentfernung oder zum Aufbohren
der Bohrungsenden erzeugt.
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Die
Lösung
des vorhandenen Problems besteht in einem Werkzeug mit den Merkmalen
der Patentansprüche
1 bis 13. Die Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, dass das
Werkzeug trotz extrem kleiner Größe und durch
die geringe Anzahl der Einzelteile kostengünstig herstellbar und auch
gut handhabbar ist und eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung der
Bohrungsenden in der geforderten Qualität ermöglicht. Eine vorteilhafte Anwendung
dieses Werkzeuges ist beispielsweise beim Entgraten und/oder Rückwärtssenken
der Bohrungsenden in Werkzeugteilen zur Fertigung von Teigwaren
gegeben.
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Die
Erfindung soll an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Hierzu zeigen die zugehörigen
Zeichnungen in
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1:
ein zweiteiliges Werkzeug zum Entgraten und/oder Rückwärtssenken
von Bohrungsenden in der Seitenansicht im Schnitt,
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2:
eine weitere Ausführungsform
des zweiteiligen Werkzeuges in der Seitenansicht im Schnitt,
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3:
ein einteiliges Werkzeug mit zwei Schneiden zum Entgraten und/oder
Rückwärtssenken
von Bohrungsenden mit kleineren Durchmessern bis zu 1,5 mm in der
Seitenansicht im Schnitt,
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4:
eine Schneide zum Rückwärtssenken in
der Vorder-, Seiten- und Draufsicht,
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5:
eine Schneide zum Entgraten in der Vorder- und Seitenansicht,
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6:
einen Stützkörper in
der Vorder- und Seitenansicht,
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7:
einen Stützkörper mit
Formräumen,
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8:
einen Stützkörper für ein einteiliges Werkzeug
mit zwei Schneiden in der Seiten- und Draufsicht und
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9:
einen zweiteiligen Stützkörper in
der Seitenansicht
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1 zeigt
ein zweiteiliges Werkzeug zum Entgraten und/oder Rückwärtssenken
von Bohrungsenden in der Seitenansicht im Schnitt. Erkennbar ist, dass
ein rohrförmiger,
druckaufnehmender Schaft (Einspannende) 1 durch einen druckabbauenden Spiralspannstift 3 mit
einem werkzeugseitigen Schaftende 2 verbunden ist. Das
Schaftende 2 hat einen Durchbruch 4 zur Aufnahme
eines beweglichen Schneidenkörpers 5 mit
einer Schneide 6 und einen innenliegenden elastischen Stützkörper 7.
Der elastische Stützkörper 7 ist
ein silizium-organischer Kunststoff (Silikon) oder besteht aus Naturkautschuk
oder einem anderen Elastomer mit einer Härte von 30 bis 80 Shore und
wird bei der Montage des Werkzeuges ohne wesentliche Vorspannung
bis zum Ende in das Schaftende 2 eingeschoben, wobei der
Schneidenkörper 5 am
abgeflachten Teilbereich der Stützkörperoberfläche 16 anliegt.
Wird der rohrförmige
Schaft 1 maschinenseitig mit einem Druck p von 1,5 MPa beaufschlagt,
verliert der im werkzeugseitigen Schaftende 2 lose liegende
Stützkörper 7 seine
Elastizität.
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Zur
Erzeugung des Druckes p sind unterschiedliche Druckmittel, wie beispielsweise
Luft, Öl, Bohremulsion
oder ein Gemisch einsetzbar. Das Werkzeug kann in dieser Stellung
zurück
bewegend als Senker mit starrer Schneide benutzt werden. Bei einer
Druckbeaufschlagung von 0,1 bis zu 20 Sekunden ist so ein Bohrungsende
durch Rückwärtssenken (Aufbohren)
bearbeit bar. Der impulsartige Druckaufbau und -abbau erfordern aber
eine spezielle Ausführungsform
der Schneide 6 gemäß 4.
Wird das Werkzeug beispielsweise 0,1 bis zu 3 Sekunden mit einem
Druck p von 1,5 MPa beaufschlagt und danach der Druck p auf Null
zurückgeführt, stellt
sich in weniger als 5 Sekunden im gesamten Druckmittelzuführungssystem
und im Werkzeug ein Druckabbau auf Null ein. Erreicht wird dies
durch die Anordnung eines oder mehrerer Spiralspannstifte, Spannstifte
oder Spannhülsen 3 und
durch die Anordnung einer zusätzlichen
Querbohrung 8 zur besseren Steuerung der Druckabbauzeit.
In dieser Druckabbauzeit ist die Schneide 6 ebenfalls zurück bewegend
zum Entgraten eines Bohrungsendes einsetzbar. Am werkzeugseitigen
Schaftende 2 sind weiterhin Vorentgrater 9 angeordnet,
die für
das Entgraten gleichbleibende Gratabmessungen realisieren. Nach
ca. 5 Sekunden kann das Werkzeug in der Bohrung ohne Beschädigungen
zurückgeführt werden.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform des
zweiteiligen Werkzeuges in der Seitenansicht im Schnitt. Das Ende
des werkzeugseitigen Schaftendes 2 mit einem Innendurchmesser
D1 ist hier ein Verschluss-Stift, Spiralspannstift oder eine Spannhülse 10 mit
einem Durchmesser D2. Der im Bereich des Schneidenkörpers 5 angeordnete
elastische Stützkörper 7 liegt
werkzeugseitig am Verschluss-Stift 10 an und einspannseitig
ist im Abstand a zum Stützkörper 7 ein
Spiralspannstift oder ein Spannstift oder eine Spannhülse 3 mit
einem Durchmesser D3 im rohrförmigen
Schaft 1 angeordnet, wobei das Druckmittel zur Erzeugung
des Druckes p durch die gewählten
Durchmesserverhältnisse D1-D2-D3
optimal auf den Stützkörper 7 wirkt
und so die erforderlichen Kräfte
an der bzw. an den Schneidkanten zur Gratentfernung oder zum Aufbohren
der Bohrungsenden erzeugt. Auch diese Ausführungsform des zweiteiligen
Werkzeuges hat entsprechende Vorentgrater 9.
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3 zeigt
ein einteiliges Werkzeug mit zwei Schneiden zum Entgraten und/oder
Rückwärtssenken
von Bohrungsenden mit kleineren Durchmessern bis zu 1,5 mm in der
Seitenansicht im Schnitt. Kennzeichnend ist, dass das Einspannende
und das werkzeugseitige Schaftende ein einteiliger rohrförmiger Schaft 1 sind.
Die Anordnung des Spiralspannstiftes 3, des Stützkörpers 7 und
des Verschluss-Stiftes 10 erfolgt analog 2.
Zwei Schneidenkörper 5 mit
einer Schneide 6 sind in den Durchbrüchen 4 angeordnet.
Dieses zweischneidige Werkzeug senkt die Bearbeitungszeiten erheblich
und steigert somit die Wirtschaftlickkeit.
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4 zeigt
eine Schneide zum Rückwärtsenken
in der Vorder-, Seiten- und Draufsicht. Es ist dargestellt, dass
der Schneidenkörper 5 zur
effizienten Übertragung
der erzeugten Schneidenkräfte
eine Schulter 11 und eine Schneidenkörperoberfläche 19 aufweist, wobei
die Schneidenkörperoberfläche 19 und
der abgeflachte Teilbereich der Stützkörperoberfläche 16 gleich oder
annähernd
gleich sind. Der Schneidenkörper 5 mit
der Schneidenfläche 12 ist durch übliche Spanungswinkel α, β, γ und einen
Spitzenwinkel δ sowie
durch eine Spanfläche 13,
eine Freifläche 14 und
einer Hauptschneidenfläche 15 gekennzeichnet,
wodurch die Schnittkräfte
zum Aufbohren der Bohrungsenden minimiert werden.
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5 zeigt
eine Schneide zum Entgraten in der Vorder- und Seitenansicht. Der
Stützkörper 5 weist
wie in 4 dargestellt ebenfalls eine Schulter 11 und
eine Schneidenkörperoberfläche 19 auf.
Zur Gewährleistung
des Entgratens von Bohrungsenden ist die Schneidenecke 18 der
Schneide 6 keine Schräge.
Die Schneidenecke 18 ist linear oder kegelschnittförmig ausgeführt oder
durch Teilbereiche eines Kreises oder durch Evolventenbereiche gekennzeichnet.
Diese Schneidenkonstruktion sichert problemlos die Funktionsfähigkeit
des Werkzeuges für einen
impulsartigen Druckaufbau und -abbau, insbesondere beim Entgratens
von Bohrungsenden mit einem Durchmesser von < 1,5 mm.
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6 zeigt
einen Stützkörper in
der Vorder- und Seitenansicht. Es ist dargestellt, dass der Stützkörper 7 mit
einem Durchmesser D4 zylindrisch ist und mindestens einen abge flachten
Teilbereich der Stützkörperoberfläche 16 hat.
Kennzeichnend ist weiterhin, dass der Durchmesser D4 des Stützkörpers 7 kleiner
als der Durchmesser D1 des rohrförmigen
Schaftes 1 ist. Es ist auch möglich, dass die Durchmesser
D1 und D4 gleich oder annähernd gleich
sind.
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7 zeigt
einen Stützkörper mit
Formräumen.
Der Stützkörper 7 weist
an den Enden Formräume 17 auf,
die der geometrischen Form der anliegenden Spiralspannstifte, der
Verschluss-Stifte, Spannstifte oder Spannhülsen 3; 10 entsprechen.
Diese Ausführung
des Stützkörpers ist
wesentlich für
die Funktionsfähigkeit
des Werkzeuges.
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8 zeigt
einen Stützkörper für ein einteiliges
Werkzeug mit zwei Schneiden in der Seiten- und Draufsicht. Der Stützkörper 7 hat
zur wirksamen Kraftübertragung
auf die jeweilige Schneidenkörperoberfläche des
Schneidenkörpers
abgeflachte Teilbereiche der Stützkörperfläche 16.
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9 zeigt
einen zweiteiligen Stützkörper in der
Seitenansicht. Dieser zweiteilige Stützkörper 7 mit seinen
abgeflachten Teilbereichen der Stützkörperoberfläche 16 ist vorrangig
in einteiligen Werkzeugen mit einem Durchmesser von bis zu 1,5 mm
vorteilhaft einsetzbar.
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- 1
- Einspannende,
rohrförmiger
Schaft
- 2
- werkzeugseitiges
Schaftende
- 3
- Spiralspannstift,
Spannstift, Spannhülse
- 4
- Durchbruch
- 5
- Schneidenkörper
- 6
- Schneide
- 7
- elastischer
Stützkörper
- 8
- Querbohrung
- 9
- Vorentgrater
- 10
- Verschluss-Stift,
Spiralspannstift, Spannhülse
- 11
- Schulter
- 12
- Schneidefläche
- 13
- Spanfläche
- 14
- Freifläche
- 15
- Hauptschneidenfläche, Aufbohren
- 16
- abgeflachter
Teilbereich der Stützkörperoberfläche
- 17
- Formraum
- 18
- Schneidenecke,
Entgraten
- 19
- Schneidenkörperoberfläche
- D1
- Innendurchmesser
von 2
- D2
- Durchmesser
von 10
- D3
- Durchmesser
von 3
- D4
- Durchmesser
von 7