DE102018206543B4 - Gewindebohr-Werkzeug und Verfahren zur Erzeugung einer Gewindebohrung - Google Patents

Gewindebohr-Werkzeug und Verfahren zur Erzeugung einer Gewindebohrung Download PDF

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Abstract

Gewindebohr-Werkzeug zur Erzeugung einer Gewindebohrung (1) mit Innengewinde (9) in einem Werkstück (5), bei dem in einem Gewindebohr-Hub (G) das Gewindebohr-Werkzeug (23) in das Werkstück (5) eintreibbar ist, und in einem Reversier-Hub (R) das Gewindebohr-Werkzeug (23) aus der Gewindebohrung (1) herausführbar ist, wobei das Gewindebohr-Werkzeug (23) einen Spannschaft (24) und einen daran anschließenden Gewindebohr-Körper (26) aufweist, entlang dessen Längsachse (B) sich zumindest eine Spannut (28) bis zu einer stirnseitigen Hauptschneide (27) an der Bohrerspitze (25) erstreckt, an welcher Hauptschneide (27) eine die Spannut (28) begrenzende Spanfläche (31) und eine stirnseitige Freifläche (33) der Bohrerspitze (25) zusammenlaufen, wobei in der Werkzeug-Umfangsrichtung die Spannut (28) durch zumindest einen Bohrersteg (35) begrenzt ist und die Spanfläche (31) der Spannut (28) unter Bildung einer Nebenschneide (36) in eine außenumfangsseitige Rückenfläche (37) des Bohrerstegs (35) übergeht, und wobei die Nebenschneide (36) und die stirnseitige Hauptschneide (27) an einer radial äußeren Haupt-Schneidenecke (39) zusammenlaufen, wobei an der außenumfangseitigen Rückenfläche (37) des Bohrerstegs (35) ein Gewindeprofil (29) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewindebohr-Werkzeug (23) mehrteilig aus separaten Komponenten aufgebaut ist, von denen ein Bohrkopf (50) an der Bohrerspitze (25) und ein daran anschließender Bohrerschaft (53) aneinander gefügt sind, und dass der Bohrerschaft (53) rohrförmig mit einem radial innenliegenden. Spanraum (55) ausgebildet ist, durch den die beim Gewindebohren erzeigten Späne (51) abtransportierbar sind, dass das Werkzeug-Gewindeprofil (29) und/oder die radial äußere Haupt-Schneidenecke (39) den Bohrerschaft (53), radial nach außen überragen, und dass ein radial innerer Nutboden der Spannut (28) um einen freien Radialversatz radial nach innen versetzt ist, und zwar gegenüber einem Innenumfang des rohrförmigen Bohrerschafts (53), so dass die im Bohrkopf (50) ausgebildete Spannut (28) in der Bohrer-Längsrichtung (A) in den innenliegenden Spanraum (55) des rohrförmigen Bohrerschafts 53 übergeht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gewindebohr-Werkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • In einem sogenannten Einschuss-Gewindebohr-Prozess wird mit einem Einschuss-Gewindebohr-Werkzeug sowohl eine Kernbohrung als auch ein Innengewinde-Schneiden in einem gemeinsamen Werkzeughub durchgeführt. Das Einschuss-Gewindebohr-Werkzeug weist an seiner Bohrerspitze eine Hauptschneide und ein in einer Gewindebohr-Richtung nacheilendes Gewindeprofil mit zumindest einem Gewinde-Schneidzahn auf. In dem Verfahren erfolgen zunächst der Gewindebohr-Hub und anschließend ein dazu gegenläufiger Reversier-Hub. Im Gewindebohr-Hub erzeugt einerseits die Werkzeug-Hauptschneide die Kernlochbohrung und andererseits das Werkzeug-Gewindeprofil das Innengewinde an der Innenwandung der Kernlochbohrung bis zum Erreichen einer nutzbaren Soll-Gewindetiefe. Hierzu wird im Gewindebohr-Hub das Gewindebohr-Werkzeug bei einem Gewindebohr-Vorschub mit dazu synchronisierter Gewindebohr-Drehzahl betrieben. Im nachfolgenden gegenläufigen Reversier-Hub wird das Gewindebohr-Werkzeug in einer Reversier-Richtung aus der Gewindebohrung herausgeführt, und zwar mit entgegengesetztem Reversier-Vorschub sowie dazu synchronisierter Reversier-Drehzahl.
  • Im obigen Verfahren werden im Gewindebohr-Hub Späne erzeugt, die in einer zur Gewindebohr-Richtung gegenläufigen Spanabfuhrrichtung aus der Gewindebohrung gefördert werden. Dabei kollidieren die sich in der Spanabfuhrrichtung bewegenden Späne mit dem hergestellten Innengewinde. Speziell bei einem schwer zerspanbaren Material kann es daher am Innengewinde des Werkstückes zu einem Materialabrieb kommen, der zu Innengewinde-Fehlstellen führt. Solche Fehlstellen können wiederum das Setzverhalten eines in das Innengewinde verschraubten Schraubelementes beeinträchtigen.
  • Aus der DE 38 80 394 T2 ist ein kombiniertes Werkzeug zum Bohren eines Loches und zum Gewindeschneiden bekannt. Mit dem Gewindebohr-Werkzeug wird zunächst eine Kernlochbohrung erzeugt. Anschließend wird das Gewindebohr-Werkzeug mit seiner Werkzeugachse in einer Kreisbahn um die Bohrungsachse bewegt, und zwar unter Rotation des Gewindebohr-Werkzeuges, wodurch das Gewindeprofil ein Innengewinde in der Kernlochbohrung erzeugt. Im Wesentlichen dasselbe Verfahren ist auch aus der DE 39 39 795 T2 und aus der US 5 678 962 bekannt. Aus der DE 39 37 697 A1 ist ein Hohlbohrwerkzeug bekannt. Aus der DE 10 2010 055 429 A1 ist eine Kupplung für ein rotierendes Schneidwerkzeug mit Schnellwechseleinsatz bekannt.
  • Aus der DE 10 2016 008 478 A1 ist ein gattungsgemäßes Gewindebohr-Werkzeug bekannt. Aus der WO 96/ 31 307 A1 ist eine Vorrichtung zum spanabhebenden Arbeiten bekannt.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Gewindebohr-Werkzeug bereitzustellen, mit dem eine dauerhaft betriebssichere Schraubverbindung gewährleistet ist.
  • Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
  • Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass im Stand der Technik im Gewindebohr-Hub die abzuführenden Späne mit dem Innengewinde kollidieren und dieses gegebenenfalls beschädigen können. Vor diesem Hintergrund ist erfindungsgemäß die Geometrie des Gewindebohr-Werkzeugs so ausgelegt, dass die Späne weitgehend berührungsfrei gegenüber dem Innengewinde abtransportiert werden. Entsprechend ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 das Gewindebohr-Werkzeug nicht einstückig, sondern mehrteilig aus separaten Komponenten aufgebaut, von denen ein bevorzugt austauschbarer Bohrkopf an der Bohrerspitze und ein daran anschließender Bohrerschaft aneinander gefügt sind. Der Bohrerschaft ist rohrförmig mit einem radial innenliegenden Spanraum ausgebildet ist, durch den die Späne in der Späneabfuhrrichtung nach außen geführt werden. Der rohrförmige Bohrerschaft kann beliebig profiliert sein und beispielhaft ein Rundprofil oder ein Kantprofil aufweisen.
  • In einer technischen Umsetzung kann der rohrförmige Bohrerschaft am Innenumfang und/oder am Außenumfang im Wesentlichen glattflächig und/oder zylindrisch ausgebildet sein. Das Werkzeug-Gewindeprofil und/oder die radial äußere Haupt-Schneidenecke überragen den Bohrerschaft radial nach außen, insbesondere in etwa um eine Zahnhöhe.
  • Der Bohrkopf kann auf einer Stirnseite des rohrförmigen bzw. hohzylindrischen Bohrerschafts angeordnet sein und über eine Schraubverbindung kraftschlüssig mit dem rohrförmigen Bohrerschaft verbunden sein. Alternativ dazu kann der Bohrkopf auch kraft- und stoffschlüssig mit dem Bohrerschaft verschweißt sein.
  • Die Spannut kann mitsamt dem Bohrersteg, der Nebenschneide und der stirnseitiger Hauptschneide unmittelbar im Bohrkopf ausgebildet sein. Die im Bohrkopf ausgebildete Spannut kann in der Bohrer-Längsrichtung in den innenliegenden Spanraum des rohrförmigen Bohrerschafts übergehen. Der innenliegende Spanraum des Bohrerschafts kann hohlzylindrisch und/oder radial nach außen komplett geschlossen sein.
  • Das Werkzeug-Gewindeprofil kann am Bohrkopf oder alternativ am Bohrerschaft ausgebildet sein. Zudem kann der Bohrkopf aus Vollmaterial gebildet sein.
  • Ein radial innerer Nutboden der Spannut ist um einen freien Radialversatz radial nach innen versetzt, und zwar gegenüber einem Innenumfang des rohrförmigen Bohrerschafts.
  • Im Gewindebohr-Hub sind der Gewindebohr-Vorschub und die damit synchronisierte Gewindebohr-Drehzahl so aufeinander abgestimmt, dass der erzeugte Gewindegang des Innengewindes mit einer vordefinierten Gewindebohr-Gewindesteigung aufweist. Analog dazu sind auch im Reversier-Hub der Reversier-Vorschub und die damit synchronisierte Reversier-Drehzahl so aufeinander abgestimmt, dass sich eine Reversier-Gewindesteigung ergibt. Die Reversier-Gewindesteigung kann je nach Einstellung der vorgenannten Parameter identisch sein mit der Gewindebohr-Gewindesteigung oder gegebenenfalls auch davon unterschiedlich sein. Beispielhaft kann im Gewindebohr-Hub dem Innengewinde eine erste Steigung (das heißt Gewindebohr-Gewindesteigung) aufgeprägt werden, während im Reversier-Hub dem Innengewinde eine dazu unterschiedliche zweite Gewindesteigung (das heißt Reversier-Gewindesteigung) aufgeprägt wird. Die Reversier-Gewindesteigung und die Gewindehub-Gewindesteigung können so aufeinander abgestimmt werden, dass sich insgesamt ein belastungsoptimiertes Innengewinde-Profildesign ergibt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform folgt nach dem Gewindebohr-Hub nicht unmittelbar der Reversier-Hub, sondern folgt vielmehr ein Nutformschritt, bei dem eine an das Innengewinde anschließende Umlaufnut ohne Gewindesteigung gebildet wird, in der das Gewindeprofil des Gewindebohr-Werkzeuges belastungsfrei drehen kann. Auf diese Weise kann die Gewindebohr-Drehzahl bis auf 0 reduziert werden, ohne dass es aufgrund von übermäßig großer Schneidenbelastung zu einem Werkzeugbruch oder zu einem Ausbrechen des Gewindeprofils kommt.
  • Das Gewindeprofil des Gewindebohr-Werkzeugs kann später beschriebene Gewindeprofilzähne aufweisen. Die Gewindeprofilzähne können jeweils als Formzahn (mit entsprechenden Formkanten) oder als Schneidzahn (mit entsprechenden spanabhebenden Schneidkanten) oder als eine Kombination daraus ausgebildet sein.
  • Wie oben erwähnt, kann das Gewindeprofil des Gewindebohr-Werkzeugs in der im Nutformschritt erzeugten Umlaufnut ohne Gewindesteigung belastungsfrei drehen. Durch die Bereitstellung der Umlaufnut wird es außerdem ermöglicht, dass das Gewindebohr-Werkzeug mit einer Schneidkante eine umlaufende Gewindesenkung in der Bohrungsöffnung der Gewindebohrung erzeugt. Die umlaufende Gewindesenkung kann also während des obigen Nutformschrittes erzeugt werden.
  • In einer technischen Umsetzung kann der Gewindebohr-Hub in der Gewindebohr-Richtung unmittelbar mit einem Nutform-Hub verlängert werden. In diesem Fall wird das Gewindebohr-Werkzeug über die Soll-Gewindetiefe hinaus bis zum Erreichen einer Soll-Bohrungstiefe bewegt, und zwar mit einem Nutform-Vorschub sowie einer Nutform-Drehzahl, die zueinander nicht synchronisiert sind und/oder unterschiedlich zum Gewindebohr-Vorschub und zur Gewindebohr-Drehzahl sind.
  • Bevorzugt ist es, wenn am Ende des Nutformschrittes das Gewindeprofil, in der Axialrichtung betrachtet, vollständig in der Umlaufnut der Gewindebohrung belastungsfrei drehen kann. Die Umlaufnut wird während des Nutform-Hubes mit Hilfe der Hauptschneide sowie des Werkzeug-Gewindeprofils am Gewindebohr-Werkzeug erzeugt.
  • Bei Erreichen der Soll-Bohrungstiefe wird der Nutform-Vorschub auf 0 reduziert. Gleichzeitig wird auch die Nutform-Drehzahl auf 0 reduziert, um die für den Reversier-Hub erforderliche Drehrichtungsumkehr zu ermöglichen.
  • Beim Start des Reversier-Hubes kann das Gewindebohr-Werkzeug so angesteuert, dass das Werkzeug-Gewindeprofil belastungsfrei oder unter spanabhebender Belastung in den Gewindegang-Auslauf eingefahren werden, der in die Umlaufnut einmündet. Anschließend wird das Gewindebohr-Werkzeug in einer zur Gewindebohr-Richtung gegenläufigen Reversier-Richtung aus der Gewindebohrung herausgeführt, und zwar mit einem Reversier-Vorschub sowie damit synchronisierter Reversier-Drehzahl, wodurch das Werkzeug-Gewindeprofil unter Materialformung und/oder Materialabtrag (das heißt unter Fertigstellung der Späne zugewandten Gewindeflanken auf das Fertigmaß) aus der Gewindebohrung herausgedreht werden kann. Alternativ dazu kann das Werkzeug-Gewindeprofil im Reversier-Hub auch belastungsfrei aus dem Innengewinde der Gewindebohrung herausgedreht werden.
  • Während der Durchführung des Gewindebohr-Hubes, des Nutform-Hubes und des Reversier-Hubes bleiben bevorzugt die Kernbohrungs-Längsachse und die Rotationsachse des Gewindebohr-Werkzeuges durchgängig koaxial zueinander ausgerichtet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann das Gewindebohr-Werkzeug drei Bohrerstege aufweisen. Jeder dieser Bohrerstege ist zumindest mit einem Gewinde-Schneidzahn ausgebildet. Die Gewinde-Schneidzähne sind bevorzugt nicht mit gleicher Schneiden-Geometrie ausgebildet, sondern vielmehr unterschiedlich ausgeführt. Beispielhaft können in der Bohrer-Umfangsrichtung hintereinander ein Vorschneidzahn, ein Mittelschneidzahn und ein Fertigbearbeitungszahn unterschiedlicher Schneiden-Geometrie am Bohrer ausgebildet sein. Die Schneidzähne sind in der Axialrichtung zueinander versetzt am Gewindebohr-Werkzeug ausgebildet. Deren Versatzmaße sind so mit der Gewindebohr-Drehzahl und mit dem Gewindebohr-Vorschub abgestimmt, dass ein einwandfreies Gewindeschneiden gewährleistet ist.
  • Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, kann sich an das Innengewinde der Gewindebohrung die Umlaufnut anschließen. Diese erfüllt die folgende Doppelfunktion: Erstens kann während der Gewindeherstellung das Gewindeprofil des Gewindebohr-Werkzeugs belastungsfrei in der Umlaufnut drehen. Zweitens bildet die Umlaufnut beim Verschrauben einer Befestigungsschraube einen Ausgleichsraum, der Schraubenlängen-Toleranzen der Befestigungsschraube kompensiert. Die Schraubenlänge einer solchen Befestigungsschraube ist herstellungsbedingt stark toleranzbehaftet. Mit Hilfe der Umlaufnut kann die toleranzbehaftete Befestigungsschraube prozesssicher verschraubt werden, ohne dass die Gewindetiefe der Gewindebohrung erhöht werden muss, wie es im Stand der Technik erforderlich wäre.
  • Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 in einer Seitenschnittdarstellung ein in einem Werkstück ausgebildetes Gewindesackloch;
    • 2 in einer Ansicht von vorne ein Gewindebohr-Werkzeug;
    • 3 und 4 jeweils unterschiedliche Seitenansichten des Gewindebohr-Werkzeugs;
    • 5 bis 8 jeweils Ansichten, die Verfahrensschritte zur Erzeugung des in der 1 gezeigten Gewindesackloches veranschaulichen; und
    • 9 eine vergrößerte Teilansicht, in der eine Spanabfuhr während des Gewindebohr-Hubes veranschaulicht ist.
  • In der 1 ist eine fertiggestellte Gewindesackloch-Bohrung 1 gezeigt. Die Bohrung 1 ist mit ihrem Bohrungsgrund 3 bis zu einer Soll-Bohrtiefe tB in ein Werkstück 5 mittels einer sogenannten Einschuss-Bohrbearbeitung eingearbeitet, die später anhand der 5 bis 8 erläutert wird. Die Bohrung 1 weist an ihrer Bohrungsöffnung eine umlaufende Gewindesenkung 7 auf, die im weiteren Verlauf nach unten in ein Innengewinde 9 übergeht. Das Innengewinde 9 erstreckt sich entlang der Bohrungsachse A bis zu einer nutzbaren Soll-Gewindetiefe tG. Wie aus der 1 weiter hervorgeht, mündet ein Gewindegang 15 des Innengewindes 9 mit einem Gewindeauslauf 11 in einer Umlaufnut 13. Diese weist keine Gewindesteigung auf und ist, in der Axialrichtung betrachtet, zwischen dem Innengewinde 9 und dem Bohrungsgrund 3 ausgebildet. Der Gewindegang 15 weist einen radial äußeren Gewindegrund 17 sowie seitliche obere und untere Gewindeflanken 18, 19 auf, die radial innen in einen Gewinde-Innenscheitel 21 übergehen. Die in der 1 oberen Gewindeflanken 19 sind die später anhand der 9 und 10 beschriebenen spänezugewandten Gewindeflanken, während die in der 1 unteren Gewindeflanken 18 die späneabgewandten Gewindeflanken sind.
  • Die in der 1 gezeigte Gewindesackloch-Bohrung 1 wird mit Hilfe eines nachfolgend anhand der 2 bis 4 beschriebenen Gewindebohr-Werkzeugs 23 durchgeführt. Die Geometrie des Gewindebohr-Werkzeugs 23 so ausgelegt, dass bei der Gewindebohrung die erzeugten Späne 51 ( 9) weitgehend berührungsfrei gegenüber dem Innengewinde 9 abtransportiert werden.
  • Wie aus der 2 hervorgeht, weist das Gewindebohr-Werkzeug 23 an seiner Bohrerspitze 25 beispielhaft drei gleichmäßig umfangsverteilte, stirnseitige Hauptschneiden 27 sowie ein in der Gewindebohr-Richtung I (5 oder 6) nacheilendes Gewindeprofil 29 auf.
  • Das Werkzeug 23 ist mit einem Spannschaft 24 (3 oder 4) sowie einem daran anschließenden Gewindebohr-Körper 26 aufgebaut. Das Gewindebohr-Werkzeug 23 ist nicht mehr einstückig, sondern mehrteilig aus separaten Komponenten aufgebaut, von denen in der 3 ein Bohrkopf 50 an der Bohrerspitze 25 und ein daran anschließender Bohrerschaft 53 aneinander gefügt sind. Der Bohrerschaft 53 ist rohrförmig, das heißt rotationssymmetrisch zur Bohrer-Längsachse A, mit einem radial innenliegenden Spanraum 55 (9) ausgebildet, durch den die Späne 51 in der Späneabfuhrrichtung S (9) nach außen geführt werden. An seiner, der Bohrerspitze 25 abgewandten Stirnseite ist der Bohrerschaft 53 an einen Werkzeug-Grundkörper 54 (3) verschweißt, der im weiteren Verlauf nach unten materialeinheitlich und einstückig in den Spannschaft 24 übergeht.
  • Wie aus der 9 hervorgeht, ist der zylindrische bzw. rohrförmige Bohrerschaft 53 sowohl am Innenumfang als auch am Außenumfang im Wesentlichen glattflächig ausgebildet. Das Werkzeug-Gewindeprofil 29 mit den Gewindeprofilzähnen 41, 42, 43 sowie die radial äußere Haupt-Schneidenecke 59 überragen dabei den Bohrerschaft 53 radial nach außen. Von daher ist der Außenumfang des Bohrerschafts 53 während der des Gewindebohr-Prozesses weitgehend berührungsfrei gegenüber dem Werkstück 5.
  • Der Bohrkopf 50 ist im Gegensatz zum hohlzylindrischen Bohrerschaft 53 nicht als Hohlprofilteil realisiert, sondern aus einem Vollmaterial gefertigt. Der Bohrkopf 50 ist in nicht gezeigter Schweißverbindung mit einer Stirnseite des rohrförmigen Bohrerschafts 53. Im Bohrkopf 50 sind die Spannuten 28 mitsamt den Bohrerstegen 35, den Nebenschneiden 36 und den stirnseitigen Hauptschneiden 27 ausgebildet. Die im Bohrkopf 50 ausgebildeten Spannuten 28 gehen in der Bohrer-Längsrichtung A in den innenliegenden Spanraum 55 des rohrförmigen Bohrerschafts 53 über. Der innenliegenden Spanraum 55 kann hohlzylindrisch und/oder radial nach außen geschlossen sein. Zudem weist der Spanraum 55 im Vergleich zu den Spannuten 28 des Bohrkopfes 50 einen wesentlich größeren Durchlass-Querschnitt auf. Das Werkzeug-Gewindeprofil 29 ist in den Figuren beispielhaft alleine am Bohrkopf 50 ausgebildet.
  • Gemäß der 2 erstrecken sich entlang der Werkzeugachse A insgesamt drei umfangsseitig verteilte Spannuten 28 im Bohrkopf 50 bis zu der jeweiligen stirnseitigen Hauptschneide 27 an der Bohrerspitze 25.
  • An jeder Hauptschneide 27 läuft eine die Spannut 28 begrenzende Spanfläche 31 und eine stirnseitige Freifläche 33 der Bohrerspitze 25 zusammen. In der Werkzeug-Umfangsrichtung ist die jeweilige Spannut 28 durch einen Bohrersteg 35 begrenzt. Insgesamt weist das.in den Figuren gezeigte Gewindebohr-Werkzeug 23 drei Bohrerstege 35 auf. Die Spanfläche 31 der Spannut 28 geht dabei unter Bildung einer Nebenschneide 36 in eine außenumfangsseitige Rückenfläche 37 des jeweiligen Bohrerstegs 35 über. Die Nebenschneide 36 und die stirnseitige Hauptschneide 27 laufen an einer radial äußeren Haupt-Schneidenecke 39 zusammen.
  • An den außenumfangsseitigen Rückenflächen 37 der drei Bohrerstege 35 weist das Gewindeprofil 29 jeweils einen Vorschneidzahn 41, einen Mittelschneidzahn 42 und einen Fertigschneidzahn 43 auf. Jeder der Schneidzähne 41, 42, 43 ist mit einer radial äußeren Gewindegrund-Schneidkante 45 sowie Gewindeflanken-Schneidkanten 47 ausgebildet, um den in der 1 gezeigten Gewindegang 15 zu schneiden/zu formen. Die Schneidzähne 41 bis 43 sind dabei in unterschiedlichen Geometrien ausgeführt sowie mit unterschiedlichen Axialabständen Δa (nur in der 5 angedeutet) von der Bohrerspitze 25 beabstandet, um den in der 1 gezeigten Gewindegang 15 des Innengewindes 9 zu schneiden. Zudem können die Vor-, Mittel- und Fertigschneidzähne 41, 42, 43 in der Radialrichtung unterschiedliche Zahnhöhen Δr (2) aufweisen. Exemplarisch können die Vor-, Mittel- und Fertigschneidzähne 41, 42, 43 in der Umfangsrichtung axial größer werden. Der Fertigschneidzahn 43 schneidet dann die gesamte Innengewinde-Kontur. Alternativ dazu kann der Fertigschneidzahn 43 auch als ein Formzahn ausgeführt sein, um die Gewindefestigkeit zu steigern.
  • Das Gewindebohr-Werkzeug 23 weist zudem am Übergang zwischen dem Werkzeug-Grundkörper 54 und dem Spannschaft 24 (3) eine Schneidkante 49 zur Bildung der in der 1 gezeigten Gewindesenkung 7 auf.
  • Nachfolgend wird anhand der 5 bis 8 das Verfahren zur Erzeugung der in der 1 gezeigten Gewindesackloch-Bohrung 1 beschrieben: Demzufolge wird in der 5 das Gewindebohr-Werkzeug 23 in einer Gewindebohr-Richtung I auf das noch nicht vorgebohrte Werkzeug 5 geführt und eine Einschuss-Bohrung durchgeführt. In einem Gewindebohr-Hub G erzeugen die Hauptschneiden 27 eine Kernlochbohrung und das nacheilende Gewindeprofil 29 das Innengewinde 9 an der Innenwandung der Kernlochbohrung. Der Gewindebohr-Hub G erfolgt bei einem Gewindebohr-Vorschub fG und bei damit synchronisierter Gewindebohr-Drehzahl nG in einer Gewindebohr-Drehrichtung, und zwar bis die Soll-Gewindetiefe tG erreicht ist (6).
  • Unmittelbar anschließend wird ein Nutformschritt (7) durchgeführt, bei dem der Gewindebohr-Hub G in der Gewindebohr-Richtung I um einen Nutform-Hub N verlängert wird. Im Unterschied zum Gewindeform-Hub G sind im Nutform-Hub H der Nutform-Vorschub fN und die Nutform-Drehzahl nN des Gewindebohr-Werkzeugs 23 nicht zueinander synchronisiert sowie unterschiedlich zum vorangegangenen Gewindebohr-Vorschub fG und zur Gewindebohr-Drehzahl nG.
  • Auf diese Weise erzeugt das Gewindeprofil 29 die in der 7 gezeigte Umlaufnut 13, in der das Gewindeprofil 29 belastungsfrei drehen kann. Der Nutform-Vorschub fN sowie die Nutform-Drehzahl nN sind so ausgelegt, dass eine übermäßig große Schneidenbelastung der Schneidzähne 41 bis 43 verhindert ist.
  • Bei Erreichen der Soll-Bohrungstiefe tB wird sowohl der Nutform-Vorschub fN als auch die Nutform-Drehzahl nN auf 0 reduziert. Anschließend erfolgt zur Vorbereitung eines Reversier-Hubes R (8) eine Drehrichtungsumkehr. Im Reversier-Hub R (8) wird das Gewindebohr-Werkzeug 23 in einer Reversier-Richtung II (8) aus der Gewindebohrung 1 herausgeführt, und zwar mit einem entgegengesetzten Reversier-Vorschub fR sowie damit synchronisierter Reversier-Drehzahl nR. Diese Parameter sind so bemessen, dass das Gewindeprofil 29 des Gewindebohr-Werkzeugs 23 belastungsfrei oder unter spanabhebender Belastung im Gewindegang 15 des Innengewindes 9 aus der Gewindebohrung 1 geführt wird.
  • Beim Start des Reversier-Hubes R wird das Gewindebohr-Werkzeug 23 von der Fertigungsanlage so angesteuert, dass die Schneidzähne 41, 42, 43 jeweils belastungsfrei oder spanabhebend in den Gewindegang-Auslauf 11, der in die Umlaufnut 13 mündet, eingefahren werden. Im weiteren Verlauf des Reversier-Hubes R wird das Gewindeprofil 29 des Gewindebohr-Werkzeugs 23 dann durch den Gewindegang 15 des Innengewindes 9 nach außen herausgedreht.
  • In der 9 ist der in der 6 veranschaulichte Gewindebohr-Hub G detailliert dargestellt. Demzufolge wird das Gewindebohr-Werkzeug 23 mit dem vordefinierten Gewindebohr-Vorschub fG sowie mit der damit synchronisierten Gewindebohr-Drehzahl nG in der Gewindebohr-Richtung I in das Werkstück 5 eingetrieben. Dabei werden Späne 51 erzeugt, die in einer zur Gewindebohr-Richtung I gegenläufigen Spanabfuhrrichtung S aus der Gewindebohrung 1 gedrückt werden. Die Späne 51 werden zunächst entlang im Bohrkopf 50 ausgebildeten Spannuten 28 in den radial innnenliegenden Spanraum.55 des Bohrerschafts 53 geführt, und durch den Spanraum 55 weiter in der Späneabfuhrrichtung S nach außen geführt.
  • Durch entsprechende Einstellung des Reversier-Vorschubes fR und der damit synchronisierten Reversier-Drehzahl rR ergibt sich im Reversier-Hub R eine Reversier-Gewindesteigung αR für die spänezugewandten Gewindeflanken 19 im Innengewinde 9. Die Reversier-Gewindesteigung αR der spänezugewandten Gewindeflanke 19 kann identisch zu der Gewindebohr-Gewindesteigung αG sein oder davon unterschiedlich, um gegebenenfalls ein belastungsoptimiertes Innengewinde-Design zu erzielen.
  • Auf diese Weise können unterschiedliche Flankendurchmesser bei unterschiedlichen Legierungen des Werkstückes 5 eingestellt werden, wobei der jeweilige Flankendurchmesser jeweils speziell an die eingesetzte Werkstück-Legierung angepasst ist. Darüber hinaus ist es auch möglich, die Gewindezähne des Gewindeprofils im Rahmen einer Werkzeug-Nachbearbeitung nachzuschleifen. In diesem Fall würde sich der Axialversatz vergrößern, um den das Werkzeug im Nutformschritt zu Beginn des Reversier-Hubes R in Axialrichtung zu verstellen ist, um einen entsprechenden Materialeingriff in die spänezugewandten Gewindeflanken 19 zu erzielen.

Claims (8)

  1. Gewindebohr-Werkzeug zur Erzeugung einer Gewindebohrung (1) mit Innengewinde (9) in einem Werkstück (5), bei dem in einem Gewindebohr-Hub (G) das Gewindebohr-Werkzeug (23) in das Werkstück (5) eintreibbar ist, und in einem Reversier-Hub (R) das Gewindebohr-Werkzeug (23) aus der Gewindebohrung (1) herausführbar ist, wobei das Gewindebohr-Werkzeug (23) einen Spannschaft (24) und einen daran anschließenden Gewindebohr-Körper (26) aufweist, entlang dessen Längsachse (B) sich zumindest eine Spannut (28) bis zu einer stirnseitigen Hauptschneide (27) an der Bohrerspitze (25) erstreckt, an welcher Hauptschneide (27) eine die Spannut (28) begrenzende Spanfläche (31) und eine stirnseitige Freifläche (33) der Bohrerspitze (25) zusammenlaufen, wobei in der Werkzeug-Umfangsrichtung die Spannut (28) durch zumindest einen Bohrersteg (35) begrenzt ist und die Spanfläche (31) der Spannut (28) unter Bildung einer Nebenschneide (36) in eine außenumfangsseitige Rückenfläche (37) des Bohrerstegs (35) übergeht, und wobei die Nebenschneide (36) und die stirnseitige Hauptschneide (27) an einer radial äußeren Haupt-Schneidenecke (39) zusammenlaufen, wobei an der außenumfangseitigen Rückenfläche (37) des Bohrerstegs (35) ein Gewindeprofil (29) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewindebohr-Werkzeug (23) mehrteilig aus separaten Komponenten aufgebaut ist, von denen ein Bohrkopf (50) an der Bohrerspitze (25) und ein daran anschließender Bohrerschaft (53) aneinander gefügt sind, und dass der Bohrerschaft (53) rohrförmig mit einem radial innenliegenden. Spanraum (55) ausgebildet ist, durch den die beim Gewindebohren erzeigten Späne (51) abtransportierbar sind, dass das Werkzeug-Gewindeprofil (29) und/oder die radial äußere Haupt-Schneidenecke (39) den Bohrerschaft (53), radial nach außen überragen, und dass ein radial innerer Nutboden der Spannut (28) um einen freien Radialversatz radial nach innen versetzt ist, und zwar gegenüber einem Innenumfang des rohrförmigen Bohrerschafts (53), so dass die im Bohrkopf (50) ausgebildete Spannut (28) in der Bohrer-Längsrichtung (A) in den innenliegenden Spanraum (55) des rohrförmigen Bohrerschafts 53 übergeht.
  2. Gewindebohr-Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Bohrerschaft (53) an seinem Innenumfang und/oder an seinem Außenumfang im Wesentlichen glattflächig und/oder zylindrisch ausgebildet ist.
  3. Gewindebohr-Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrkopf (50) auf einer Stirnseite des rohrförmigen Bohrerschafts (53) angeordnet ist, und/oder dass der Bohrerschaft (53) an seiner, der Bohrerspitze (25) abgewandten Stirnseite mit einem Bohrer-Grundkörper (54) verbunden ist.
  4. Gewindebohr-Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewindeprofil (23) des Gewindebohr-Werkzeugs (23) Gewindeprofilzähne (41, 42, 43) aufweist, und/oder dass die Gewindeprofilzähne (41, 42, 43) jeweils als Formzahn (mit entsprechenden Formkanten) oder als Schneidzahn (mit entsprechenden spanabhebenden Schneidkanten) oder als eine Kombination daraus ausgebildet sind.
  5. Gewindebohr-Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannut (28), dem Bohrersteg (35), der Nebenschneide (36) und der stirnseitigen Hauptschneide (27) am Bohrkopf (50) ausgebildet sind, und/oder dass die im Bohrkopf (50) ausgebildete Spannut (28) in der Bohrer-Längsrichtung (A) in den innenliegenden Spanraum (55) des rohrförmigen Bohrerschafts (53) übergeht, und/oder dass der innenliegenden Spanraum (55) hohlzylindrisch ist und/oder radial nach außen geschlossen ist.
  6. Gewindebohr-Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug-Gewindeprofil (29) im Bohrkopf (50) und/oder im Bohrerschaft (53) ausgebildet ist.
  7. Gewindebohr-Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gewindebohr-Hub (G) das Gewindebohr-Werkzeug (23) mit einem Gewindebohr-Vorschub (fG) in der Gewindebohr-Richtung (I) und mit einer damit synchronisierten Gewindebohr-Drehzahl (nG) in das Werkstück (5) eintreibbar ist und die Werkzeug-Hauptschneide (27) eine Kernlochbohrung erzeugt sowie das Werkzeug-Gewindeprofil (29) das Innengewinde (9) an der Innenwandung der Kernlochbohrung bildet, und/oder dass im Reversier-Hub (R) das Gewindebohr-Werkzeug (23) mit entgegengesetztem Reversier-Vorschub (fR) sowie damit synchronisierter Reversier-Drehzahl (nR) in der Reversier-Richtung (11) aus der Gewindebohrung (1) herausführbar ist, so dass das Werkzeug-Gewindeprofil (29) im Gewindegang (15) des Innengewindes (9) aus der Gewindebohrung (1) führbar ist, und/oder dass im Gewindebohr-Hub (G) Späne (51) erzeugt werden, die in einer zur Gewindebohr-Richtung (I) gegenläufigen Spanabfuhrrichtung (S) aus der Gewindebohrung (1) gefördert werden.
  8. Gewindebohr-Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gewindebohr-Hub (G) und dem Reversier-Hub (R) ein Nutformschritt erfolgt, bei dem der Gewindebohr-Hub (G) in der Gewindebohr-Richtung (I) um einen Nutform-Hub (N) verlängert wird, und zwar unter Bildung einer an das Innengewinde (9) anschließenden Umlaufnut (13) ohne Gewindesteigung, in der das Gewindeprofil (29) des Innengewindes (9) belastungsfrei drehen kann, und dass insbesondere durch die Bereitstellung der Umlaufnut (13) es außerdem ermöglicht ist, dass das Gewindebohr-Werkzeug (23) mit einer Schneidkante (49) eine umlaufende Gewindesenkung (7) in der Bohrungsöffnung der Gewindebohrung (1) erzeugt, wobei die umlaufende Gewindesenkung (7) während des obigen Nutformschrittes erzeugt wird.
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