DE3600681A1 - Hartmetall- oder keramikbohrerrohling sowie verfahren und strangpresswerkzeug zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Die Anmeldung betrifft einen Hartmetall- oder Keramikbohrerrohling mit mindestens einer schrauben­ förmig verlaufenden innenliegenden Spülbohrung, ferner ein Verfahren zu seiner Herstellung, bei dem das auf die Strangpreßtemperatur erhitzte Hartmetall oder die Keramik durch den von einem Dorn und einer Düse gebildeten Raum gepreßt wird, wobei der Roh­ ling während des Strangpressens wendelförmig ver­ drillt wird. Schließlich betrifft die Anmeldung ein Strangpreßwerkzeug.

Die genannten Hartmetall-bzw. Sinterbohrerrohlinge sind z.B. aus der EP 01 18 035 A1 ebenso bekannt wie das angeführte Strangpreßverfahren. Aus den durch die in der genannten europäischen Patentan­ meldung beschriebene wendelförmige Verdrillung hergestellten Rohlingen müssen noch die Spankammern ausge­ schliffen werden, wodurch nicht unerhebliche Kosten entstehen. Zur Herstellung der Hartmetall-Bohrer­ spitze wird a.a.O., Seite 10, vorgeschlagen, einen kreiszylinderförmigen Sintermetallrohling mittels einer Strangpreßeinrichtung, in der eine Preß-Form­ düse angeordnet ist, zu extrudieren.

Die wendelförmig verlaufenden Kühlkanäle sollen durch Verdrillen des aus der Strangpreßeinrichtung austretenden Sintermetallrohlings mit einer auf den Materialfluß, auf die angestrebte Bohrergeometrie und auf den Wendelverlauf der Kühlkanäle abgestimm­ ten Winkelgeschwindigkeit hergestellt werden, wobei die (offenbar nach dem Stand der Technik bekannten) Verdrilleinrichtungen eine stetig und gleichmäßige axiale Führung des Sintermetallrohlings und eine ebenfalls kontinuierliche und stetige Verdrillbe­ wegung besorgen.

Nachteiligerweise sind demnach neben dem Strang­ preßwerkzeug zusätzliche Verdrilleinrichtungen sowie entsprechende Steuer- und Regel-Organe erforderlich.

Hieraus ergibt sich die der Erfindung zugrundeliegen­ de Aufgabe, einen Hartmetall- oder Keramikroh­ ling anzugeben, bei dem zur Weiterverarbeitung zum Bohrer möglichst wenig Schleifarbeiten zum Ausheben der Spankammern erforderlich sind, ferner sollen ein Verfahren und ein Strangpreßwerkzeug angegeben wer­ den, womit die genannten Rohlinge mit exakt gleich­ mäßiger Steigung und gleichmäßigem Spülbohrungsdurch­ messer unter Einsparung von zusätzlichen Arbeits­ gängen sowie Verdrill-, Steuer- und Regeleinrichtun­ gen hergestellt werden können.

Die Aufgabe wird zum einen durch den im Patentan­ spruch 1 beschriebenen Bohrerrohling gelöst. Vor­ teilhafterweise dienen die schraubenförmig angeord­ neten Nuten als Ansätze für die späteren Spankammern des Bohrers. Die Spankammern sind somit schon weit­ gehend vorgeformt, so daß nur noch Schichten uner­ heblicher Dicke abgetragen werden müssen. Der Bohrer­ rohling kann in beliebiger Länge hergestellt werden und nach Bedarf auf die der späteren Bohrerspitze entsprechende Länge bzw. Längen abgeschnitten werden. Zur Herstellung des Bohrers wird die fertiggestellte Bohrerspitze mit einem Trägerstück in nach dem Stand der Technik bekannter Weise verbunden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Nuten zu den Spülbohrungen in einem Winkel von 0° bis 90° angeordnet, d.h. die jeweiligen Linien, die die Nuten­ mittelpunkte und die Spülbohrungsmittelpunkte im Quer­ schnitt jeweils miteinander verbinden, stehen senkrecht aufeinander oder spitzwinklig zueinander oder laufen parallel.

Zum anderen wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch das in den Ansprüchen 3 bis 7 beschriebene Verfahren und das Strangpreßwerkzeug gemäß den Ansprüchen 8 bis 14 gelöst.

Statt den Sinterrohling erst nach dem Austritt aus der Strangpreßeinrichtung wie bisher vorgeschlagen zu ver­ drillen, werden die Verdrillung und die Herstellung der Spülbohrungen in einem Verfahrensgang mit dem Strang­ pressen gewährleistet. Die am Dorn des Strangpreßwerk­ zeuges vorgesehenen elastischen Mittelstifte schaffen schon während des Verdrillens ihrem Durchmesser entsprechende Spülbohrungen, deren gleichmäßige Geometrie nicht durch spätere Arbeitsgänge wieder zerstört wird. Da gleichzeitig mit dem Strangpressen über den Führungs­ steg bzw. die -stege die Verdrillung bewirkt wird, hängt diese auch nicht mehr von äußeren Größen wie der Materi­ alflußgeschwindigkeit in der Strangpresse ab. Unabhän­ gig davon, mit welcher Geschwindigkeit der Stempel das Material in und durch die Düse preßt, wird stets eine gleichmäßige Steigung des Hartmetall- oder Keramikbohrer­ rohlings bewirkt. Das Steigungsmaß der Nuten des Roh­ lings bestimmt vorzugsweise die Steigung der Spankammer und kann von Bohrertyp zu Bohrertyp verschieden, im Ex­ tremfall sogar zu geraden Nuten, übergehen. Um mit dem­ selben Verfahren bzw. demselben Strangpreßwerkzeug arbeiten zu können, muß zur Herstellung von Roh­ lingen mit einer anderen Nutensteigung oder einem anderen Durchmesser lediglich die Düse gewechselt werden. Auch hier ist ansonsten keine andere Einstellung oder Rege­ lung vonnöten. Die Gleichmäßigkeit der Steigung wird erhöht, wenn die Führung über die besagte Stegwendel über mindestens 90°, vorzugsweise über mindestens 180°, erfolgt. Aus apparate-, fertigungs- und verfahrens­ technischen Gründen wird eine Führung, das ist der Steg, bevorzugt, der im Querschnitt halbkreisförmig ist und dessen Radius mindestens 1 mm beträgt.

Erfahrungen haben gezeigt, daß der Spiralwinkel des wen­ delförmigen Steges in der Düse etwas größer gewählt werden sollte als der beim Rohling gewünschte Winkel. In der Regel beträgt das Aufmaß ca. 3 bis 7°.

Werden die Mittelstifte bis in Höhe des Düseneintritts­ raumes durch Abstandshalter gestützt, so erhöht sich vorteilhafterweise das Gleichmaß des parallelen Ver­ laufs zueinander bzw. zur umlaufenden Nut.

Der Mittelstift soll elastisch sein, damit er seine zwangsweise Verwindung beim Verdrillen des Hartmetall­ oder Keramikpreßgutes ohne Bruch übersteht, bevorzugt wird z.B. Cu- oder eine Buntmetall-Legierung, Fe und/ oder eine Fe-Legierung und/oder ein Leichtmetall aus Al oder einer Leichtmetall-Legierung und/oder ein Kunststoff, wie insbesondere Polyamid verwendet. Be­ steht der Mittelstift bzw. bestehen die Mittelstifte aus Metall, so empfiehlt sich nach einer Weiterbildung der Erfindung eine Polyamid-Beschichtung als Überzug.

Je nach Verwendungszweck des Bohrers, der schließlich aus dem Rohling hergestellt werden soll, kann es sinn­ voll sein, Spülbohrungen mit verschiedenen Durchmessern vorzusehen. In einem solchen Fall ist ein Dorn mit entsprechend dimensionierten Mittelstiften zu verwenden.

Im Hinblick auf eine gute Fließfähigkeit des Preßgutes ist der Dorn bevorzugt an der der Düse zugewandten Seite im wesentlichen kegelförmig verjüngt, so daß die elastischen Mittelstifte am Kegelmantel austreten. Die Kegelform kann in einer Spitze enden oder in einem im wesent­ lichen zylinderförmigen Abstandshalter zur Abstützung der Mittelstifte übergehen.

Das erfindungsgemäße Strangpreßwerkzeug weist eine (wechselbare) Düse mit mindestens einem in Preßrich­ tung wendelförmig verlaufenden Steg und einen vor dem Düseninnenraum endenden Dorn auf, an dem ein oder mehrere elastische Mittelstifte mit dem gewünschten Spülbohrungsdurchmesser befestigt sind. Die Mittel­ stifte sind an der der Düse zugewandten Seite des Dorns in dem gewünschten Abstand befestigt, den die hiermit herstellbaren Spülbohrungen haben, und ragen in den Düseninnenraum. Vorzugsweise ragen sie bis an das Düseninnenraumende oder sogar 1 bis 2 mm darüber hinaus. Es können Stegwendeln verwendet werden, die in der Projektion mehr als 90°, vorzugsweise mehr als 180°, beschreiben. Vorteilhafterweise ist das Strangpreßwerk­ zeug wie die bisher bekannten Werkzeuge ebenso einfach gebaut, erspart aber ansonsten zum Strangpreßwerkzeug erforderliche (zusätzliche) Verdrillungseinrichtungen. Aus fertigungstechnischen Gründen empfiehlt sich die in Anspruch 9 beschriebene Steggeometrie.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeich­ nungen dargestellt. Es zeigen

Fig. 1a, b einen Bohrerrohling mit eingear­ beiteter Nut und Spülbohrungen in verschiedenen Schnittansichten,

Fig. 1c einen Bohrerrohling in Querschnitts­ ansicht,

Fig. 2 ein Strangpreßwerkzeug in einer Querschnittsansicht,

Fig. 3 eine Schnittansicht durch einen kegeligen Dorn,

Fig. 4 eine entsprechende Ansicht eines Dorns mit zylinderförmigem Ab­ standshalter,

Fig. 5a, b eine Düse in zwei Schnittansichten und

Fig. 6 eine der Düse vorschaltbare Ein­ laufdüse.

Der in Fig. 1a, b dargestellte Hartmetallbohrerrohling besitzt zwei wendelförmig umlaufende Nuten 1 mit halb­ kreisförmiger Wand, wobei der Radius r 1 mm beträgt. Die Nuten sind "vorverformte" Spankammern, die später zur Herstellung der Bohrerspitze vollständig ausgeschliffen werden. Zudem besitzt der Hartmetallbohrerrohling zwei Spülbohrungen 2, hier eines Durchmessers von 0,8 mm, die parallel zu den Nuten 1 verlaufen. Die Verbindungs­ linien der Nuten 1 sowie die der Spülbohrungen 2 bilden einen Winkel von 90°, wohingegen in Fig. 1c eine Aus­ bildung mit einem Winkel von γ=0° dargestellt ist. Dazwischen ist jedes Winkelmaß ebenso möglich wie eine exzentrische Anordnung, bei der beide Spülbohrungen jen­ seits einer gedachten Querschnittsmittellinie liegen.

Von diesem Bohrerrohling wird zur Herstellung der Bohrer­ spitze ein entsprechend langes Stück abgeschnitten, die Spankammern (Schneidlippen) eingeschliffen und die Bohrer­ spitze angeschliffen, wo die beiden Spülbohrungen enden.

Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße Strangpreßwerkzeug, das im wesentlichen aus einer Düse 3, einer dieser vorgeschalteten Einlaufdüse 4, einem Dorn 5 sowie der Düsenfassung 6 besteht. Die Düse 3 ist in Fig. 5a, b und die Einlaufdüse 6 in Fig. 6 einzeln dargestellt. Die Düse 3 besteht aus einem zylinderförmigen Ring mit einem zylindrischen Düsen­ innenraum 7, der durch die Innenmantelfläche 8 be­ grenzt wird. Diese Düsenmantelinnenfläche 8 weist zwei in Preßrichtung 9 wendelförmig verlaufende Stege 10 auf, die über die Düsenlänge l einen Viertelkreis (90°) beschreiben. Die im Querschnitt halbkreis­ förmigen Stege haben einen Radius von mindestens 1 mm. Der in Fig. 5a, b dargestellten Düse 5 ist die in Fig. 6 skizzierte Einlaufdüse 4 vorgeschaltet. Die Einlaufdüse hat einen konischen Einlauftrichter für das Preßgut, dessen kleinster Radius etwa dem Radius der Einlaufdüse entspricht. Der Öffnungs­ winkel α des Einlauftrichters beträgt etwa 70°.

Axial zentriert zu der Einlaufdüse 4 und der Düse 3 ist der Dorn 5 angeordnet, dessen Spitze 5 a etwa kurz vor dem Düseninnenraum 7 liegt. Der Dorn 5 hat z.B. die in Fig. 3 und 4 dargestellten Formen. Neben einem Zylinder 11 und einem Sockel 12 weist der Dorn entweder einen Kegel 13 auf, wobei die Mittel­ stifte 14 aus der Kegelmantelfläche 13 a parallel zur Preßrichtung austreten, oder die Dornspitze 5 a läuft in einem zylinderförmigen Abstandshalter 15 aus, der so angeordnet ist, daß die parallel aus der Kegel(stumpf-)mantelfläche 13 a austretenden Mittel­ stifte 14 an ihm anliegen. Ein bevorzugter Kegel­ mantelwinkel β liegt bei 40°.

Die genannten Teile sind in nach dem Stand der Technik bekannter Weise in einer Düsenfassung 6 untergebracht.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird wie folgt durchgeführt.

Ein Hartmetallblock wird von einem in Fig. 2 nicht dargestellten Stempel in Richtung des Pfeils 9 in den zwischen Dorn 5 und Düsenfassung 6 gebildeten Raum 16 und infolge der weiteren Stempelbewegung in den Raum 17 der Einlaufdüse 4 gepreßt, wo das Hartmetall verdichtet wird. Die eigentliche Form­ gebung vollzieht sich in dem Düseninnenraum 7 auf zweierlei Weise. Beim weiteren Vorschub des Stempels erhält das Hartmetall seine zylindrische Form mit der Maßgabe, daß die Stege 10 umfangsseitig eine wendelförmig verlaufende Nut im Hartmetallstrang erzeugen und damit gleichzeitig bewirken, daß der aus der Düse 5 gepreßte Strang in eine Rotation um seine Längsmittelachse versetzt wird. Diese Ro­ tation hat zur Folge, daß die den Düseninnenraum 7 durch­ ragenden Mittelstifte nicht - wie bei einem rotations­ freien Strang - zylinderförmige Löcher entsprechend dem Drahtdurchmesser hinterlassen, sondern daß die ela­ stischen Mittelstifte 14 ebenfalls wendelförmig ver­ drillt werden und dementsprechend jeweils eine wendelförmig verlaufende Spülbohrung 2 erzeugen, die parallel zu den Nuten 1 verläuft. Der Abstand der Mittelstifte 14 voneinander gibt entsprechend den Abstand der parallel zueinander laufenden Spülboh­ rungen vor.

Claims (15)

1. Hartmetall- oder Keramikbohrerrohling mit mindestens einer schraubenförmig verlaufenden innenliegenden Spülbohrung, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Spülbohrungen (2) umfangsseitig eine oder mehrere wendelförmige Nuten (1) vorgesehen sind.

2. Hartmetall- oder Keramikbohrerrohling nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (1) in einem Winkel (γ) von 0° bis 90° zu den Spülbohrungen (2) angeordnet sind.

3. Verfahren zur Herstellung des Hartmetall- oder Keramikbohrerrohlings nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das auf die Strangpreßtemperatur er­ hitzte Hartmetall oder die Keramik durch den von einem Dorn und einer Düse gebildeten Raum gepreßt wird, wobei der Rohling während des Strangpressens wendelförmig verdrillt wird, da­ durch gekennzeichnet, daß der Strang in Rich­ tung der Strangpreßführung durch einen oder mehrere auf dem Innenmantel der Matrize vorge­ sehene(n) wendelförmig verlaufenden Steg(e) ge­ führt wird und daß während des Preßvorgangs an dem vor dem Düseninnenraum endenden Dorn ein oder mehrere befestigte Mittelstifte aus einem elasti­ schen Material mit dem gewünschten Spülbohrungs­ durchmesser ggf. in dem gewünschten Abstand der Spülbohrungen in die Düse hineinragen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung über eine Wendel über mindestens 90°, vorzugsweise mindestens 180°, erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Führung jeweils durch einen im Querschnitt halbkreisförmigen Steg mit einem Ra­ dius von mindestens 1 mm erfolgt.

6. Verfahren nach Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Spiralwinkel des wendelförmigen Steges etwas größer gewählt wird als der beim Roh­ ling gewünschte Spiralwinkel.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Mittelstifte bis in Höhe des Düseneintrittsraumes durch Abstandshalter ge­ stützt werden.

8. Strangpreßwerkzeug, das einen Dorn und eine Düse aufweist, zur Herstellung des Bohrers nach Anspruch 1 und zur Durchführung des Verfahrens nach An­ sprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Düseninnenmantel (8) einen in Preßrichtung (9) wendelförmig verlaufenden Steg (10) aufweist und daß an dem vor dem Düseninnenraum endenden Dorn (5) ein oder mehrere elastische Mittelstifte (14) mit dem gewünschten Spülbohrungsdurchmesser in dem gewünschten Abstand der Spülbohrungen (2) be­ festigt sind, die in den Düseninnenraum (7) ragen.

9. Strangpreßwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Düsen- und Mittelstiftlänge (1) min­ destens so groß gewählt werden, daß der Steg eine Wendel von mehr als 90°, vorzugsweise mehr als 180°, beschreibt.

10. Strangpreßwerkzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (10) im Querschnitt halbkreisförmig mit einem Radius (r) von mindestens 1 mm ist.

11. Strangpreßwerkzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelstift bzw. die Mittel­ stifte aus Cu oder einer Buntmetall-Legierung, ins­ besondere Cu-Legierung und/oder Fe oder Fe-Legierung und/oder einem Leichtmetall aus Al oder einer Leicht­ metall-Legierung und/oder aus Kunststoff, insbeson­ dere Polyamid besteht bzw. bestehen.

12. Strangpreßwerkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der bzw. die Mittelstifte aus Metall und/oder einer Metall-Legierung mit Polyamid be­ schichtet sind.

13. Strangpreßwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 12, gekennzeichnet durch Mittelstifte (14) verschiedenen Durchmessers.

14. Strangpreßwerkzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (5) an der der Düse (3) zugewandten Seite im wesentlichen kegel­ förmig verjüngt ist und die Mittelstifte aus der Kegelmantelfläche (13 a) austreten.

15. Strangpreßwerkzeug nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die kegelförmige Verjüngung in einen im wesentlichen zylinderförmigen Abstandshalter (15) zur Abstützung der Mittelstifte (14) übergeht.