DE2742358C2 - Bohrwerkzeug - Google Patents

Description

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

Insbesondere zum Bohren von gedruckten Schaltungsplatten werden allgemein nach dem Stand der Technik Bohrer aus Hartmetall, wie Wolframkarbid oder ähnliche Werkstoffe, verwendet Da derartige bekannte Bohrer gewöhnlich einen sehr kleinen Bohrdurchmesser in der Größenordnung von 0,5 bis zu einigen Millimetern aufweisen, sind sie mit einem Spannabschnitt größeren Durchmessers ausgebildet, der gewöhnlich unabhängig von den verschiedenen Bohrdurchmessern einen festgelegten, an ein Präzisionsbohrfutter angepaßten Außendurchmesser aufweist. Dieser Schaftabschnitt ist vielfach einstückig mit dem Bohrabschnitt aus Hartmetall geformt. Der vergrößerte Durchmesser des Schaftabschnitts ermöglicht einerseits eine bessere Zentrierung im Bohrfutter und verlangt andererseits geringere Spannkräfte, er hat jedoch den Nachteil, daß er etwa 95% des Gewichts des teueren Hartmetalls des Bohrers beansprucht, so daß sich bei einem Bruch des Bohrers ein erheblicher Verlust allein wagen des Materialpreises ergibt.

In der Praxis besteht also bei einem derartigen Bohrer das Problem, daß das sehr spröde Hartmetall bei der Handhabung, beispielsweise beim Bohrerwechsel, unter Schlag- oder Biegebeanspruchung, und zwar schon beim einfachen Fallenlassen, sehr leicht brechen kann. Vor allem das Einspannen im Bohrfutter muß äußerst behutsam vorgenommen werden. Da nämlich der aus dem SDröden Hartmetall bestehende Schaftabschnitt beim Einspannen im Bohrfutter praktisch keinerlei Defomnierung vor dem Bruch zuläßt, treten schon bei einer geringfügig erhöhten Spannkraft Belastungen auf, die einerseits zum Zerbrechen des spröden Bohrwerkzeugs und andererseits in jedem Fall zur Beschädigung oder übermäßigen Abnutzung des Bohrfutters führen. Wird andererseits die Einspannung im Bohrfutter zu lose vorgenommen, dann ist der Bohrer weder sauber zentriert, noch sicher gegen ein Verrutschen in Axial- und Drehrichtung gehalten.

Ein Bohrwerkzeug der eingangs genannten Gattung ist bereits in der DE-OS 16 02 794 beschrieben, das aus einem gewöhnlichen Spiralbohrer mit zylindrischem Schaft und einem Aufsteckschaft aus Kunststoff besteht Dieser Aufsteckschaft dient dazu, vorrätige vorgefertigte Bohrer auf einfache Weise nachträglich mit einem bestimmten Einspanndurchmesser, bzw. einem Einspannschaft bestimmter Form (kegelig, sechskantig) auszurüsten. Zwar wird dieser Aufstecksc!«aft um den Schaftabschnitt des Bohrers herumgespritzt, doch ist er mit dem Bohrerschaft lediglich kraftschlüssig im Preßsitz verbunden. Eine derartige Ausbildung erfordert, daß die Spannkräfte des Bohrfutters derart hoch bemessen sind, daß durch Reibungskräfte eine Verdrehung bzw. Verschiebung des Metallbohrers gegen den Kunststoff-Aufsteckschaft verhindert wird.

Ein Bohrwerkzeug mit einem zylindrischen Schneideinsau und einem diesen umschließenden Spannschaft größeren Durchmessers ist bereits in der US-PS 37 51 176 beschrieben. Der Spannschaft besteht dort aus einem weicheren Metall. Der Schneideinsatz ist in eine eng passende axiale Durchgangsbohrung des Spannschaftes eingesetzt und fleckenweise an willkürlich verteilten Stellen festgeklebt. Nachteilig ist dabei, daß bei den im Betrieb des Bohrwerkzeugs auftretenden hohen Temperaturen und Temperaturwechselbelastungen eine sehr rasche Alterung und Versprödung des Klebstoffs auftritt, die das Bohrwerkzeug rasch unbrauchbar werden läßt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Bohrwerkzeug der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Gattung zu schaffen, bei dem zur Verwendung in einem Präzisionsbohrfutter die Bruchgefahr der Schneideinsätze aus Hartmetall ver-

■»5 mindert ist und die Einspannkräfte des Bohrfutters unkritisch sind.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit nicht einfach darin, den Schaftabschnitt eines Hartmetallbohrers mit Kunststoff zu ummanteln, denn wegen der hohen auftretenden Drehkräfte und axialen Schubkräfte ist zusätzlich noch die besondere erfindungsgemäße Verankerung des Schaftabschnitts in den Kunststoff-Spannschaft vorgesehen, damit ein in der Praxis brauchbares Bohrwerkzeug geschaffen wird. Gerade diese besondere formschlüssige Verbindung des Hartmetallschaftes mit dem Kunsistoff-Spannschaft ist für eine in der Praxis befriedigende Lösung der Erfindungsaufgabe wesentlich. Es ist also nicht einfach eine belief-^;ge formschlüssige Verbindung angegeben, sondern _b ζ speziell eine ebene achsparallele Abflachung, welche die Drehkräfte aufnimmt und zusätzlich an diese Abflachung anschließende radiale Schultern in Gestalt einer segmentförmigen Ausnehmung, so daß auch die axialen Schubkräfte beim Bohrvorgang in optimaler Weise auf den Soannschaft und damit auf das Bohrfutter

übertragen werden können.

Besonders bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Bohrwerkzeugs sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert

F i g. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen Einsatzes mit einer keilnutenförmigen Abflachung;

F i g. 2 ist p;ne perspektivische Ansicht de& Einsatzes nach Fig. 1, der von einem Kunststoffschaft umgeben und innerhalb diesem festgelegt ist und der Span-Nuten und eine Schneidspitze an dem nicht festgelegten Ende aufweist;

Fig.3 zeigt eine Seitenansicht des Bohrers in teilweise geschnittener Darstellung;

F i g. 4 ist eine Schnittansicht längs der Linie 4-4 in Fig. 3.

Der in den F i g. 1, 2 und 3 gezeigte Einsatz 10 ist ein starrer, gerader Kreiszylinder mit im wesentlichen gleichem Durchmesser, der aus an sich bekanntem, sehr hartem Bohrerwerkstoff, wie z. B. Schnellschneidstahl oder Wolframkarbid besteht. Zum Bohrer von Schaltplatten liegt der Durchmesser des Einsatzes 10 innerhalb eines Bereiches von kleiner als 6,35 mm, im allgemeinen kleiner als 3,17 mm und vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von ungefähr 0,70 mm bis 1,30 mm. Die Gesamtlänge des Einsatzes 10 beläuft sich auf ungefähr 153 mm bis ungefähr 50,8 mm und vorzugsweise von ungefähr 25,4 mm bis ungefähr 38,1 mm. Der Einsatz 10 weist einen zur Bearbeitung dienenden Endabschnitt 11 und einen diesem gegenüberliegenden Schaftabschnitt 12 auf, der zum Einstekken des Einsatzes in den Spannschaft 16 dient. In den F i g. 2 und 3 ist ein bearbeitungsseitiger Endabschnitt 11 gezeigt, in den eine Schneidspitze 13 und Span-Nuten 14 eingeschliffen sind.

Die Span-Nuten 14 verlaufen von der Schneidspitze 13 in Richtung auf den anderen Endabschnitt 12 des Einsatzes. Obgleich dem Abschnitt des Einsatzes, der mit Span· Nuten versehen ist, keine übermäßig große Bedeutung zukommt, sollten jedoch die Span-Nuten ungefähr an oder in der Nähe der Stoßstdle 19 enden, an der der Einsatz in den aus Kunststoff bestehenden Spannschaft 16 ragt. ·

Der Schaftabschnitt 12 des Einsatzes 10 weist eine im wesentlichen glatte und zylindrische Fläche 23 mit Ausnahme einer segmentförmigen Ausnehmung 15 auf, die in die Seite des Einsatzes eingeschliffen ist.

Wie in den F i g. 2 und 3 gezeigt, ist die segmentförmige Ausnehmung 15 vorv dem Spannschaft 16 vollständig ausgefüllt und wird von diesem völlig umgeben, der auf an sich uekannte Art und Weise um den Einsatz 10 spritzgegossen oder ausgeformt werden kann. Wenn thermoplastische Harze verwendet werden, wird der Spannschaft 16 typischerweise um den Einsatz 10 in einer Form mit vorgegebener Größe und Gestalt, wie nachstehend erörtert, spritzgegossen. Wenn die erfindungsgemäßen Bohrer zur Verwendung bei automatischer Bohrerwechseleinrichtungen bestimmt sind, insbesondere wenn kleine Bohrer mit einem Bearbeitungsdurchmesser von kleiner als ungefähr 6,35 mm verwendet werden, ist es sehr wichtig, daß der Spannschaft 16 mit einem konischen Abschnitt 17 an dem dem Einsatz 10 gegenüberliegenden Ende versehen ist. Der konische Abschnitt 17 wird insbesondere von einem kegelstumpfförmig ausgebildeten Abschnitt gebildet, der eil; leichtes, genaues und «.'xaktes Einführen und Positionieren in einem Präzisionsspannfutter bei automatischen Bohrvorrichtungen ermöglicht Ein konischer Abschnitt 18 kann ebenfalls auch an dem anderen Ende- des Spannschaftes 16 vorgesehen sein, an dem der Einsatz 10 Ober die Stoßstelle 19 abersteht

Der Spannschaft 16 kann aus jedem form- und gießbaren Kunststoff hergestellt sein, der härtbar ist um die wesentlichsten Eigenschaften bezüglich der Formhaltigkeit Härte, Widerstandsfähigkeit Haltbarkeit und der mechanischen Festigkeit sicherzustellen, die zur Ausführung von Präzisionsbearbeitungen beim Bohren unabdingbar sind. Hierfür kommt auf dem Gebiet der Spritzgießtechnik eine große Palette von geeigneten Kunststoffarten in Betracht und die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Kunststoffart oder eine bestimmte Kunststoffspritzgießtechnik beschränkt Insbesondere ist es üblich, die Spannschäfte 16 aus Polyphenylenoxiden, Polyphenylensulfiden, PolysuJfonen, Alkydverbindungen, Polyesterverbindungen, Epoxidverbindungen, phenolischen Verbindungen, Polystyrolen und Polycarbonaten herzustellen.

in Abhängigkeit von der Härte und der Widerstandsfähigkeit sowie der Haltbarkeit des entsprechenden Kunststoffes kann es erforderlich sein, diese mit Faserzusätzen zu verstärken. Für die Verwendung gemäß der Erfindung sind typischerweise Glasfasern, Metallfasern (einschließlich Kobalt Aluminium, Wolfram, Nickel oder Eisen) und Fasern aus Bor oder verschiedenen anderen widerstandsfähigen Werkstoffen, einschließlich Aluminiumsilikat Aluminiumoxid oder Siliziumkarbid, geeignet. Derartige Verstärkungsmittel sind auf dem Kunststoffsektor an sich bekannt. Die Fasern liegen hinsichtlich ihres Durchmessers innerhalb eines Bereiches bis hinab zu I μ oder kleiner, und ihre Länge liegt innerhalb eines Bereiches von einigen Millimetern bis zu 2—3 cm. Rohmassen bzw. Mischungen dieser Kunststoffe und Verstärkungsfasern bringen äußerst günstige physikalische Eigenschaften hervor, die sehr günstig für schnell und genau arbeitende Bearbeitungsmaschinen geeignet sind, für die die erfindungsgemäßen Bohrer bestimmt sind. Solche Fasern werden in einer ausreichenden Menge zugegeben, die sich bis auf ungefähr 20 bis 60 Gew.-°/o des Kunststoffschaftes beläuft. Ein bevorzugt geeignetes Material für den Kunststoffschaft 16 erhäit man unter Verwendung von Polyphenylensulfidharz, das von 35 bis 45 Gew.-% mit Glasfasern verstärkt ist. (Ein solches Kunststoffmaterial v/ird beispielsweise von der Phillips Petroleum Corp. unter der Bezeichnung RYTON R4 im Handel vertrieben).

Wenn der Spannschaft 16 um den Einsatz 10 gegossen oder ausgeformt wird, ist es wichtig, daß eine ausreichende Länge des Einsatzes in dem Spannschaft eingeschlossen ist, damit den Dreh- oder Torsionsbeanspruchungen beim Bohren ausreichend Widerstand entgegengesetzt wird. Oder anders ausgedrücKt. der Abstand von der Stoßstelle 19, an der der Einsatz in den Schaft 16 ragt, zu der Spitze 20 des eingesteckten Endes sollte eine ausreichend große Kontaktfläche zusammen mit der segmen.i'örmigen Ausnehmung 15 sicherstellen, um den Einsatz sicher und fest in seiner Lage festzulegen. Bei bevorzugten Bohrern für Schaltplatten liegt die Länge de» eingesteckten Lndes in einem Bereich von ungefähr 12,7 mm bis zu ungefähr 31,8 mm, und die Länge des bcarbeitungsseitigen Endes 11 liegt innerhalb eines Bereiches von ungefähr 3,17 mm bis zu ungefähr 19,0 mm.

Bei der Verwendung des Bohrers erfüllt die

keilnutenförmige Abflachung 15 eine doppelte Funktion, nämlich sowohl eine Drehbewegung als auch eine axiale Bewegung des Einsatzes 10 relativ zu dem Spannschaft 16 zu verhindern.

Wie in Fig.3 gezeigt, weist die keilnutenförmige Abflachung 15 eine im wesentlichen ebene oder planare Grundfläche oder Fläche 24 auf, die in dem Endabschnitt 12 des Einsatzes 10 mit einer Tiefe zu der zylindrischen Oberfläche 23 des Schaftabschnittes 12 innerhalb eines Bereiches von ungefähr 30% bis 50% des Durchmessers des Schaftabschnittes 12 ausgeformt oder eingeschliffen ist. Abweichungen hiervon sind möglich. Bei einer zu niedrigen keilförmigen Abflachung jedoch kann sich der Einsatz verdrehen, und bei einer übermäßig tiefen keilnutenförmigen Abflachung können die starken Beanspruchungen auf den Bohrer zum Brechen des Endabschnittes 12 an der segmentförmigen Ausnehmung 15 führen.

In Fig. 4 ist die Art und Weise gezeigt, wie die abgeflachte Fläche 24 den Schaftabschnitt 12 des Einsatzes 10 ausreichend nicht-kreisförmig macht, um den Einsatz mit dem Kunststoffmaterial des Spannschaftes 16 genügend fest zu verbinden, um jede mögliche Drehbewegung zu unterbinden. Obwohl abgeflachte Oberflächen, wie z. B. die Oberfläche 24, hierfür bevorzugt geeignet sind, können diese Flächen jedoch auch andere Gestalten aufweisen, so daß der Schaftabschnitt 12 des Einsatzes 10 ausreichend von der kreisförmigen Gestalt abweicht, um eine Drehbewegung relativ zu dem Spannschaft 16 zu unterbinden. Hierfür kommen beispielsweise auch eine aufgerauhte Oberfläche, eine konkave oder selbst eine geringfügig konvexe Oberfläche in Betracht, die bei einigen Anwendungsfällen geeignet sein können.

In Fig. 3 sind ebenfalls auch radiale Flächen 21 und 22 der keilnutenförmigen Abflachung 15 gezeigt, die die flache bzw. ebene Oberfläche 24 mit der zylindrischen Oberfläche 23 des Einsatzes 10 verbinden. Diese radialen Flächen greifen in das Kunststoffmaterial ein und verhindern eine axiale Bewegung des Einsatzes 10. relativ zu dem Spannschaft 16.

Die radialen Flächen 21 und 22 sollten vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zu der Achse des Einsatzes 10 ausgerichtet sein, um einen maximalen Widerstand dem Durchrutschen entgegenzusetzen. Wenn beispielsweise die Flächen 21 und 22 im wesentlichen nicht senkrecht zur Achse des Einsatzes 10 verlaufen, kann es möglich sein, daß diese bei starken Bohrbeanspruchiingen geringfügig als Span-Nuten beim Bohren wirken, wodurch es möglich wird, daß sich der Einsatz 10 aus dem Spannschaft 16 spiralförmig herausdrehen kann. In ähnlicher Weise wird bevorzugt, die Flächen 21 und 22

ίο im wesentlichen senkrecht von der Außenfläche 23 des Einsatzes 10 in Richtung auf die Grundfläche 24 auszubilden und entsprechend einzuschleifen. Es ist jedoch auch vorgesehen, daß die Flächen 21 und 22 die Flächen 23 und 24 unter Einschließung anderer Winkel

ü als 90° verbinden können (d.h. die keilnutenförmige Abflachung 15 kann, gemessen an der Außenfläche 23, geringfügig kürzer als gemessen an der Grundfläche 24 ausgebildet sein oder umgekehrt).

Die axiale Länge der keilnutenförmigen Abflachung

15 kann innerhalb eines großen Bereiches gewählt werden, innerhalb desselben sie ihre Funktion zufriedenstellend erfüllt. Wichtig ist jedoch, daß die Fläche 21 der keilnutenförmigen Abflachung 15 wenigstens ungefähr einen Durchmesser des Einsatzes vom Ende 20

:s des Einsatzes, und daß die Fläche 22 wenigstens einen Einsatzdurchmesser von der Stoßstelle 19 entfernt liegt, an der der Einsatz 10 aus dem Spannschaft 16 austritt. Wenn d'e keilnutenförmige Abflachung diese Grenzwerte überschreitet, kann sich eine Schwächung der

in Haltekraft des Spannschaftes 16 auf dem Einsatz infolge des Brechens oder der Verformung des Schaftes aus Kunststoffmaterial oder des Einsatzes 10 selbst ergeben. Im allgemeinen liegt die axiale Länge der keilnutenförmigen Abflachung innerhalb eines Bereiches von ungefähr 3,17 mm bis ungefähr 19,0 mm. Weiterhin hat sich herausgestellt, daß bei vorstehenden Bohrern, insbesondere zur Verwendung zum Bohren von Schaltplatten, die axialen Abstände bei der keilnutenförmigen Abflachung 15 zwischen den Flächen 21 und 22 überraschenderweise sehr klein gewählt werden können und vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 4,76 mm bis ungefähr 635 mm liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche;

1. Bohrwerkzeug mit einem zylindrischen Schneideinsatz mit ausgehend von der Schneidspitze bis zu einem Schaftabschnitt verlaufenden Spannuten und mit einem den Schaftabschnitt fest umschließenden, zum Einsetzen in ein Bohrfutter ausgebildeten Spannschaft größeren Durchmessers aus Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaftabschnitt (12) des Schneideinsatzes (10) zur Festlegung in Axial- und Drehrichtung mit einer segmentförmigen Ausnehmung (15) versehen ist, welche eine ebene, parallel zur Längsachse des Schneideinsatzes (10) angeordnete und in Längsrichtung beiderseits durch Radialflächen (21, 22) begrenzte Grundfläche (24) aufweist

2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialflächen (21, 22) um wenigstens ungefähr einen Durchmesser des Schneideinsatzes (10) von dem Ende (20) des SchaftaJjschnittes (12) und wenigstens ungefähr einen Durchmesser von der Austrittssteüe (19) des Schneideinsatzes (10) aus dem Spannschaft (16) entfernt liegen.

3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfläche (24) der segmentförmigen Ausnehmung (15) in einer radialen Tiefe von der Außenfläche (23) im Bereich von etwa 30% bis etwa 50% des Durchmessers des Schneideinsatzes{10) liegt

4. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die axiale Länge der segmentförmigen Ausnehmung (15) etwa 4,76 mm bis etwa 635 mm beträgt