DE2730418C2 - Bohrwerkzeug für Bohrungen in Metallvollmaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die DE-OS 22 28 966 offenbart ein derartiges Bohrwerkzeug mit zwei auswechselbaren Umsetzschneidplatten, von denen jede mehrere Schneidkanten aufweist. Bei jeder der beiden Schneidplatten stehen jeweils zwei Schneidkanten mit dem Werkstück in Eingriff. Während zwar die radial innere Umsetzschneidplatte in ähnlicher Weise wie bei dem erfindungsgemäßen Bohrwerkzeug angeordnet ist, verläuft bei der anderen Umsetzschneidplatte die eine Schneidkante schräg zur bohrerachse und die andere Schneidkante parallel zur Bohrerachse. Dies hat den Nachteil, daß auf die radial äußere Schneidplatte einseitig gerichtete Kräfte einwirken, die das Bohrwerkzeug seitlich abzudrängen versuchen. Die auf die Schneidkanten einwirkenden Kräfte haben Kraftkomponenten, die beide in der gleichen Richtung radial nach innen gerichtet sind und versuchen das Bohrwerkzeug seitlich abzudrängen. Damit dies nicht passiert, sind bei dem vorbekannten Bohrwerkzeug Stützrollen vorgesehen. Diese Stützrollen haben jedoch den Nachteil, daß sie bei der Herstellung einen zusätzlichen Arbeitsaufwand erfordern, einem starken Verschleiß unterworfen sind und außerdem durch die Stützrollen auch noch die Bohrungswand beschädigt werden kann, nämlich dann, wenn Bohrspäne zwischen die Stützrollen und die Bohrungswand gelangen.

Bei einem anderen bekannten Bohrwerkzeug (vergleiche CH-PS 4 99 355) sind zwei Umsetzschneidplatten auf dem gleichen Radius angeordnet. Die Umsetzschneidplatten weisen eine 5eckige Form auf, wobei von der inneren Schneidplatte jeweils zwei benachbarte Schneidkanten wirksam sind, während von der äußeren Schneidplatte nur eine Schneidkante mit dem Werkstück in Eingriff steht Die Arbeitsbereiche der Schneidkanten der radial innen liegenden Schneidplatte grenzen dabei an dem Arbeitsbereich der Schneidkante der radial äußeren Schneidplatte an. Die Schneidkanten der Umsetzschneidplatten bei dem bekannten Bohrwerkzeug sind ziemlich beliebig angeordnet So verläuft die eine wirksame Schneidkante der radial innen liegenden Schneidplatte unter 72° zu einer Parallelen zur Bohrerachse und die angrenzende Schneidkante unter einem Winkel von 37° zu der Parallelen zur Bohrerachse. Beide Schneidkanten sind infolge dieser unterschiedlichen Neigung zur Parallelen der Bohrachse auch unterschiedlich belastet. Von der radial äußeren Umsetzschneidplatte ist nur eine Schneidkante in Einsatz, die unter 72° zu einer Parallelen zur Bohrerachse verläuft, so daß auch diese Schneidplatte einseitig beiastet ist. Da außerdem beide Schneidplatten auf demselben Radius angeordnet sind, entstehen erhebliche Kräfte, die das Bohrwerkzeug seitlich von der Bohrerachse abdrängen würden. Um eine derartige Abdrängung, die eine Bohn_.".g mit gekrümmter Achse ergeben würde, zu vermeiden, ist an der den Schneidplatten abgewandten Seiten eine erste, um eine parallel zur Bohrerachse drehbare Stützrolle angeordnet, die auf dem gleichen Durchmesser liegt, wie die Schneidplatten. Unterhalb der Schneidplatten ist um 90° in Umfangsrichtung versetzt eine weitere derartige Stützrolle vorgesehen. Beide Stützrollen stützen sich an der Wand der Bohrung ab und sollen dadurch ein seitliches Ausweichen des Bohrwerkzeuges verhindern. Infolge der Stützrollen weist jedoch dieses bekannte Werkzeug einen verhältnismäßig komplizierten Aufbau auf. Es besteht außei Jeai die Gefahr, daß feine Späne zwischen die Stützrollen und die Bohrungswand gelangen, wodurch nicht nur die Bohrungswand beschädigt wird, sondern auch die Genauigkeit der Bohrung leidet, da dann das Bohrwerkzeug in entgegengesetzter Richtung abgedrängt wird. Auch ist bei größeren Durchmessern die Unterbringung von mehreren Schneidplatten schwierig, da alle nebeneinander auf dem gleichen Durchmesser angeordnet werden müßten.

Es ist ferner ein anderes Bohrwerkzeug für Bohrungen in Metall vollmaterial bekannt, bei dem an der Stirnseite des Schaftes zwei Umsetzschneidplatten mit quadratischem Grundriß vorgesehen sind, die in gleichen Umfangswinkelabständen von 180° jeweils mit verschiedenem Radialabstand angeordnet sind, so daß der Arbeitsbereich ihrer wirksamen Schneidkanten an den Arbeitsbereich der benachbarten Umsetzschneidplatte angrenzt und diesen etwas überdeckt. Bei diesem bekannten Werkzeug hat zwar jede der Umsetzschneidplatten vier gleichlange Schneidkanten, jedoch ist jeweils nur eine dieser Schneidkanten in Eingriffsstellung mit dem Werkstück. Da die jeweils wirksamen Schneidkanten in unterschiedlichem Winkel zur Bohrerachse angeordnet sind, wirken auf sie verschieden große, schräg zur Bohrerachse gerichtete Kräfte. Dies hat zur Folge, daß das Bohrwerkzeug seitlich von der Bohrerachse abgedrängt wird. Entsprechendes gilt auch für ein ähnlich ausgestaltetes bekanntes Bohrwerkzeug (vergl. US-PS 35 40 323).
Weiterhin ist ein Ausbohrwerkzeug bekannt, mit

einer sogenannten Wendeschneidplatte, die im Grundriß sechseckförmig ist An jeder zweiten Ecke schließen die beiden aneinander grenzenden Kanten einen stumpfen Winkel miteinander ein. Bei dieser bekannten Wendeschneidplatte ist jedoch nur jede zweite Kante als Schneidkante mit durchgehender Spanleitstufs ausgebildet, und es ist auch nur jeweils immer eine Schneidkante in Einsatz. Die bekannte Wendeschneidplatte weist jeweils drei Schneidkanten an ihrer Oberseite und drei Schneidkanten an ihrer Unterseite auf. Sind die Schneidkanten nach dreimaligem Umsetzen an der Oberseite abgenützt, so wird die Wendeschneidplatte gewendet und ihre vormals an der Unterseite befindlichen Schneidkanten liegen dann oben und kommen nacheinander zum Einsatz.

Zur Herstellung von Bohrungen in Metallvollmateriai sind ferner die üblichen Spiralbohrer bekannt, die in der Regel aus Hochleistungsschnellstahl gefertigt sind. Mit diesen Spiralbohrern werden jedoch bei größeren Bohrungsdurchmessern wegen der begrenzten Schniii- 2ö geschwindigkeit nur geringe Zerspanungsleistungen erreicht. Auch sind Spiralbohrer nur dazu geeignet, eine Bohrung ganz bestimmten Durchmessers herzustellen. Für eine Bohrung, die nur um Vio mm größer sein soll, ist entweder ein anderer Spiralbohrer erforderlich oder die Bohrung muß später noch durch ein gesondertes Ausdrehwerkzeug ausgedreht werden. Spiralbohrer sind außerdem nur für verhältnismäßig grobe und ungenaue Bohrungen geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrwerkzeug für Bohrungen in Metallvollmaterial der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welches bei einfacher Bauweise eine große Bohrleistung und eine hohe Arbeitsgenauigkeit aufweist sowie auch Aufbohr- und Drchbcarbcitung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem Bohrwerkzeug nach vorliegender Erfindung sind alle Umsetzschneidplatten, also bei einem Bohrwerkzeug mit zwei Schneidplatten diese beiden Schneidplatten und bei einem Bohrwerkzoug mit drei Schneidplatten alle drei Schneidplatten, in der gleichen Weise angeordnet. Jeweils zwei Schneidkanten stehen mit dem Werkstück in Eingriff und diese beiden wirksamen Schneidkanten von jeder Schneidplatte schließen mit einer Parallelen zur Bohrerachse annähernd den gleichen Winkel ein. Bei dem erfindungsgemäßen Bohrwerkzeug ist also auch die radial äußere Umsetzschneidplatte so angeordnet, daß ihre zwei Schneidkanten mit der Parallelen zur Bohrerachse den gleichen Winkel all einschließen. Durch die Neigung der wirksamen Schneidkanten im Winkel all gegenüber einer parallel zur Bohrerachse entstehen an jeder wirksamen Schneidkante radial gerichtete Kraftkomponenten. Da jedoch die beiden wirksamen Schneidkanten jeder Schneidplatte in gleich großen Winkeln all gegenüber der Parallelen zur Bohrerachse geneigt und außerdem gleich lang sind, sind die radial gerichteten Kraftkomponenten entgegengesetzt zueinander und annähernd gleich groß. Sie heben sich damit gegenseitig auf und ein seitliches Abdrängen des Bohrers wird vermieden.

Gegenüber dem Bohrwerkzeug der eingangs erwähnten Bauart weist das neue Bohrwerkzeug einen wesentlich einfacheren Aufbau auf. Es können nämlich Stützrollen überhaupt entfallen. Hiermit entfallen auch die durch die Stützrollen bedingten Nachteile der Beschädigung der Bohrungswandung. Von besonderem Vorteil ist aber auch, daß mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug außer dem eigentlichen Bohren noch weitere Arbeiten durchgeführt werden können. So kann man beispielsweise nach Herstellung der Bohrung ins Vollmaterial anschließend die Bohrung einer Schlichtbearbeitung unterziehen, wenn die Werkzeugmaschine eine radiale Verschiebung der Bohrerachse gegenüber der Bohrungsachse ermöglicht. Auf derartigen Werkzeugmaschinen kann man dann auch mit dem erfindungsgemäßen Bohrwerkzeug am Grund der Bohrung eine Hinterdrehung anbringen, indem man das Bohrwerkzeug gegenüber der Bohrungsachse etwas radial nach außen bewegt Eine derartige Hinterdrehung ist dann von Vorteil, wenn die Innenwandung der Bohrung anschließend geschliffen werden soll. Ferner ist es mit dem erfindungsgemäßen Bohrwerkzeug aber auch möglich, Plandreharbeiten vorzunehmen sowie Kanten an der Bohningsmündung und am äußeren Urnfang des Werkstückes zu brechen und bei umgekehrten Drehsinn des Werkstückes auch Außei?'' eharbeiten durchzuführen.

Zur Erzielung einer gleichmäßigen Kraftverteilung und damit einer hohen Arbeitsgenauigkeit ist es wichtig, daß alle Schneidplatten in den gleichen UmiangswinkeUbständen angeordnet sind und daß auch die beiden wirksamen Schneidkanten jeder radial weiter außen angeordneten Umsetzschneidplatte mit einer Parallelen zur Bohrerachse jeweils den gleichen Winkel einschließen. Auf diese Weise wird errekht, daß bei jeder der Schneidplatten sich die radial nach innen wirkenden und radial nach außen wirkenden Kräfte gegenseitig aufheben. Indem man beispielsweise die Schneidkanten der radial weiter außen liegenden Schneidplatten etwas kürzer macht als die der radial weiter innen liegenden Schneidplatten, kann man außerdem erreichen, daß auf jede Schneidplatte in etwa die gleichen Umfangskräfte wirken. Da die Schneidplatten auf gleichen Umfangswinkelabständen angeordnet sir d, wird das Werkzeug in keiner Richtung von der Bohrerachse abgedrängt, und es wird eine äußerst genaue und geradlinige Bohrung erzielt.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die beiden v/irksamen Schneidkanten einen stumpfen Winkel von 120-170°, vorzugsweise einen Winkel von etwa 156° miteinander einschließen. Der stumpfe Spitzenwinkel der beiden benachbarten, wirksamen Schneidkanten verleiht diesen eine ausgezeichnete Beständigkeit, wobei durch die Neigung der beiden wirksamen Schneidkanten in einem spitzen Winkel gegenüber der Parallelen zur Eiobrerachse eine gewisse stabilisierende Wirkung erreicht wird.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Umsetzschn^i Jplatten jeweils 6eckig sind, wobei an jeder zweiten Ecke die beiden benachbarten Schneidkanten einen Winkel von etwa 156° miteinander einschießen. Durch die Wahl der genannten Winkel wird nicht nur eine besonders gute Bohrleistung erzielt, sondern es kann das erfindungsf;emäße Bohrwerkzeug auch universell für weitere anschießend an die Herstellung der Bohrung durchzuführende Arbeiten verwendet werden, so daß kein weiteres Werkzeug erforderlich ist, Hierauf wird in der Spezialbeschreibung noch naher eingegangen.

Die Erfindung ist anhand von mehreren in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel des enfindungsgemäßen Bohrwerkzeuges mit zwei Umsetzschneidplatten,

Fig. 2 eine Stirnansicht eines Bohrwerkzeuges mit zwei Umsetzschneidplatten,

Fig. 3 eine Stirnansicht eines Bohrwerkzeuges mit drei Umsetzschneidplatten,

Fig. 4 die Eingriffsverhältnisse der einzelnen Schneidkanten bei einem Bohrwerkzeug nach Fig. 3.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausfuhrungsbeispiel weist der Schaft 1 des Bohrwerkzeuges an seiner Stirnseite zwei um 180° versetzte Aussparungen 2 zur Aufnahme von 6eckformigen Umsetzschneidplatten 3 aus Hartmetall auf. Über eine Kühimittelbohrung 4 kann der Stirnseite la Kühlmittel zugeführt werden. Das Bohrwerkzeug kann ruhend angeordnet sein und das Werkstück W drehend oder umgekehrt. Eine horizontale Anordnung der Bohrerachse A wird dabei bevorzugt.

Bei der besonders vorteilhaften Ausfuhrungsform sind die Urnsetzschneidpiatten 3 so ausgebildet, daß zwei benachbarte Schneidkanten 3 a an jeder zweiten Ecke einen Winkel &agr; von etwa 156° miteinander einschließen. Die Schneidplatten 3 sind dabei in der Aussparung 2 so angeordnet, daß die beiden jeweils in Eingriff stehenden Schneidkanten 3 a mit einer zur Bohrerachse Parallelen jeweils annähernd den gleichen Winkel all einschließen. Durch die symmetrische Anordnung der wirksamen Schneidkanten entstehen Vorschubdrücke, deren Resultierende, ebenfalls parallel zur Bohrerachse A verläuft. Demzufolge werden die radial auf das Bohrwerkzeug wirkenden Vorschub-Kräfte praktisch ausgeschaltet. Die in Eingriff befindlichen Schneidkanten 3 &agr; führen das Bohrwerkzeug in achsparalleler Richtung.

Der stumpfe Winkel &agr; verleiht außerdem der Schneidplatte eine ausgezeichnete Beständigkeit. Die linke wirksame Schneidkante 3 a der radial inneren Schneidplatte 3 is'i so angeordnet, daß sie geringfügig über die Bohrerachse A nach links hinausragt, so daß sichergestellt ist, daß die Schneidkante auch im Zentrum der Bohrung schneidet. Jede Schneidplatte 3 weist ferner in bekannter Weise zwei Spanleitstufen 7 auf.

Die beiden wirksamen Schneidkanten 3 &agr; sind vorzugsweise so angeordnet, daß sie mit der zur Bohrerachse A Parallelen Pden gleichen Winkel <z/2, in diesem Fall 76° einschließen.

Geringfügige Abweichungen, wie z. B. 80° auf der einen Seite und 76° auf der anderen Seite, sind jedoch hierbei zulässig.

Das erfindungsgemäße Werkzeug hat sich bisher bei der Bearbeitung der verschiedensten Stahlsorten von St. 37 bis zu hochfestem Stahl von ca. 100 kp/mm² Festigkeit, sowie auch in Aluminium und Grauguß hervorragend bewährt, wobei gegenüber normalen Spiralbohrern etwa die 4- bis 5fache Zerspanungsleistung erreicht wurde. Besonders hervorzuheben ist aber auch die hohe Arbeitsgenauigkeit, denn die Bohrung verläuft innerhalb der zulässigen Toleranzen geradlinig. Wie bereits erwähnt wurde, soll zur guten Spänebeseitigung die Bearbeitung in horizontaler Vorschubrichtung erfolgen, wobei durch den Schaft 1 und die Bohrung 4 Kühlflüssigkeit zugeführt werden kann, welche dazu beiträgt, die Späne aus der Bohrung herauszuspülen. Das erfindungsgemäße Bohrwerkzeug kann jedoch auch mit vertikal angeordneter Bohrerachse verwendet werden. Gegenüber einem normalen Spiralbohrer hat das erfindungsgemäße Bohrwerkzeug den Vorteil, daß anschließend an die Herstellung der eigentlichen Bohrung weitere Bearbeitungsvorgänge durchgeführt werden können. So kann man durch Versetzen der Bohrerachse A in radialer Richtung eine Schlichtbearbeitung der Bohrung durchführen und damit die Bohrung auf jeden gewünschten Durchmesser bringen. Außerdem ist es möglich, am Grund der Bohrung einen Hinterschnitt durchzuführen, was für anschließende Schleifarbeiten von Vorteil ist. Ferner kann man mit dem Bohrwerkzeug Kanten brechen, Plandrehen und bei umgekehrten Drelrinn des Werkstückes auch Außendrehen.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei dem an dem Schaft 1" drei Aussparungen 2" um jeweils 120° zueinander versetzt angeordnet sind. Auch bei diesem Bohrwerkzeug sind von jedem der drei Schneidplatten jeweils zwei Sohneidkanten im Einsatz, die jeweils symmetrisch zu einer Parallelen zur Bohrerachse angeordnet sind. Aus Fig. 4 sind die Eingriffsverhältnisse der Schneidkanten der einzelnen Schneidplatten erkennbar. Mit A ist die Bohrerachse bezeichnet, mit P die ParaHeien zur Bohrerachse. Die Arbeitsbereiche der drei radial verschieden weit von der Bohrerachse entfernten Schneidplatten überdecken sich etwas. Die radial weiter außen liegenden Schneidplatten sind gegenüber den radial weiter innen liegenden Schneidplatten axial etwas zurückversetzt.

Abschließend sei noch erwähnt, daß die Umsetzschneidplatten in bekannter Weise, beispielsweise durch eine Schraube 6, in der Aussparung 2 befestigt sind. Nach Lösen der Schraube 6 kann die Umsetzschneidplatte herausgenommen und um 120° weitergedreht werden, so daß dann zwei neue Schneidkanten zum Einsatz gelangen können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Bohrwerkzeug für Bohrungen in Metallvollmaterial, mit einem Schaft und mindestens zwei an der Stirnseite des Schaftes an je einer Aussparung angeordneten, mehrere gleichlange Schneidkanten aufweisenden, auswechselbaren Umsetzschneidplatten, die in gleichen Umfangswinkelabständen jeweils mit verschiedenem Radialabstand am Schaft angeordnet sind, deren Arbeitsbereiche aneinandergrenzen und sich etwas überdecken, und von deren Schneidkanten jeweils zwei in Eingriff stehen, wobei von der radial innersten Umsetzschneidplatte eine Schneidkante unmittelbar an die Bohrerachse angrenzt bzw. dieselbe geringfügig ^überschreitet und wobei die beiden wirksamen Schneidkanten dieser Umsetzschneidplatte mit einer Parallelen zur Bohreracl?se annähernd den gleichen Winkel einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß auch die beiden jeweils in Eingriff stehenden Schneidkanten (wirksamen Schneidkanten) (3 &agr;) der anderen Umsetzschneidplatte(n) (3) mit einer Parallelen (P) zur Bohrerachse (A) jeweils annähernd den gleichen Winkel (all) einschließen.

2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden wirksamen Schneidkanten (3 a) einen stumpfen Winkel (or) von 120-170° miteinander einschließen.

3. Bohrwt. kzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dal? die Ur-setzschneidplatten (3) j eweils sechseckig sind. wobei an jeder zweiten Ecke die beiden benachbarten Schiv nikanten (3 &agr;) einen Winkel (a) von etwa 156° miteinander einschließen.

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