DE3802290C1 - Drilling tool for drilling holes in solid metal material, in particular for drilling holes in plate stacks - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug für Bohrungen in Platten­ stapel (Plattenbohrer), mit einem Schaft und mehreren an der Stirnseite des Schaftes in verschiedenem Radialabstand und in Umfangsrichtung um 180° versetzt zueinander angeordneten, geometrisch ähnlichen Wendeschneidplatten, deren Arbeitsbe­ reiche sich überdecken und von denen jede mehrere gleich­ lange Schneidkanten aufweist, von denen jeweils zwei benach­ barte, in stumpfem Winkel zueinander geneigte Schneidkanten gleichzeitig in Eingriff stehen, wobei die radial innere, erste Wendeschneidplatte mit ihrer einen in Eingriff be­ findlichen Schneidkante die Bohrerachse geringfügig über­ schreitet und die radial äußere, zweite Wendeschneidplatte gegenüber der ersten Wendeschneidplatte axial zurückver­ setzt ist und ihre beiden wirksamen Schneidkanten mit der Bohrerachse verschieden große, spitze Winkel einschließen.

Beim Bohren mit einem Bohrwerkzeug gemäß der DE-PS 27 30 418 in Metallvollmaterial entsteht beim Austritt des Bohrers aus dem Werkstück eine Abfall-Scheibe, deren Durchmesser dem Bohrungsdurchmesser entspricht. Diese Abfall-Scheibe ist dadurch bedingt, daß die Schneidplatten in axialer Richtung des Bohrers auf gleicher Höhe angeordnet sind. Diese Anordnung wurde gewählt, damit der Bohrer bei vor­ gegebener Materialdicke bzw. vorgegebener Bohrungstiefe einen möglichst kurzen Bohrweg zurücklegen muß. Auch bei Herstellung von Sackbohrungen ist man bemüht, daß die radial äußere Schneidplatte möglichst genauso tief schnei­ det wie die radial innere Schneidplatte. Wenn jedoch mit einem derartigen Bohrwerkzeug mehrere aufeinandergestapel­ te oder aufeinandergeschichtete Platten gebohrt werden, die im Bereich der Bohrung nicht miteinander verschweißt sind, dann würden beim Durchtritt des Bohrers durch jede einzelne Platte jeweils eine der oben beschriebenen Abfall- Scheiben anfallen. Es hat sich gezeigt, daß diese Scheiben zwischen die aufeinandergeschichteten Platten eindringen können, was nicht nur zu einem Auseinanderdrängen der Platten, sondern auch zu einer Beschädigung des Bohrwerk­ zeuges führen kann.

Aus diesem Grund wurden spezielle Bohrwerkzeuge für Bohrun­ gen in Plattenstapel der eingangs erwähnten Art entwickelt. Bei einem derartigen bekannten Bohrwerkzeug (Katalog "KOMET KUB Wendeplatten-Bohrer" der Firma Komet Stahlhalter- und Werkzeugfabrik Robert Breuning GmbH, D-7122 Besigheim, KUB 10/83, Seite 44) ist die radial äußere, zweite Wende­ schneidplatte gegenüber der ersten Wendeschneidplatte axial zurückversetzt und außerdem schließen ihre beiden wirksamen Schneidkanten mit der Bohrerachse verschieden große, spitze Winkel ein. Durch diese Ausgestaltung wird bei Axialbewe­ gung des Bohrers das Material fortschreitend von innen nach außen zerspant und es wird hierdurch die Entstehung der erwähnten Abfall-Scheiben beim Ausritt des Bohrers aus der Platte und die damit entstehenden Nachteile vermie­ den. Da jedoch bei diesem speziellen Bohrwerkzeug, welches auch als "Plattenbohrer" bezeichnet wird, die beiden wirk­ samen Schneidkanten der äußeren Wendeschneidplatte jeweils gleichgerichtete spitze Winkel mit der Bohrerachse ein­ schließen, entsteht durch diese beiden Schneidkanten eine nicht kompensierte, radiale Schnittkraftkomponente, die den Bohrer von der äußeren Schneidplatte aus gesehen in Richtung zur Bohrerachse hin abdrängt. Hierdurch wird die Bohrung etwas kleiner als der Nenndurchmesser des Bohrers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrwerkzeug für Bohrungen in gestapeltes Platten-Metallvollmaterial der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei welchem die radialen Schnittkraftkomponenten möglichst weitgehend kompensiert sind, so daß ein seit­ liche Abdrängung des Bohrers vermieden wird und unter Vermeidung von Abfall- Scheiben genaue maßhaltige Bohrungen gebohrt werden können.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die erste Wendeschneidplatte kleiner ausgebildet ist als die zweite Wendeschneidplatte und daß auf dem gleichen Radius wie die erste Wendeschneidplatte eine dritte Wendeschneid­ platte, die ebenfalls kleiner ist als die zweite Wende­ schneidplatte, so angeordnet ist, daß ihre wirksame Schneid­ kante annähernd auf dem gleichen Arbeitskonus und auf dem gleichen Größtradius verläuft wie die radial äußere Schneid­ kante der zweiten Wendeschneidplatte.

Durch die Verwendung von drei Wendeschneidplatten, von denen zwei kleiner sind als die dritte, kann durch Variieren der Schnittbreite und auch durch Variieren der Winkel, den die wirksamen Schneidkanten mit der Bohrerachse einschlie­ ßen, ein weitgehender Ausgleich der radialen Schnittkraft­ komponenten erzielt werden. Die radial äußere Schneidkante der dritten Wendeschneidplatte kompensiert weitgehend die an der äußeren wirksamen Schneidkante der zweiten Wende­ schneidplatte auftretende, radiale Schnittkraftkomponente. Außerdem wird das Bohrwerkzeug speziell in der letzten Phase kurz vor dem vollständigen Austritt aus einer Platte nur noch durch die beiden äußeren Schneidkanten der zweiten und der dritten Wendeschneidplatte geführt. Da beide Schneid­ kanten unter dem gleichen Winkel gegenüber der Bohrerachse angeordnet sind und auch auf dem gleichen Arbeitsdurchmes­ ser arbeiten, entstehen gleich große, jedoch entgegengesetzt zueinander gerichtete, radiale Schnittkraftkomponenten, die das Bohrwerkzeug zentrieren. Hierdurch ist die Herstellung genauer maßhaltiger Bohrungen gewährleistet. Das neue Bohr­ werkzeug eignet sich nicht nur für Bohrungen in Platten­ stapel, sondern auch für Bohrungen in einstückiges Metall­ vollmaterial.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ist in folgendem, anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf das vordere Ende des Bohrwerk­ zeuges, in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 das zugehörige Diagramm der Schnittkräfte,

Fig. 3 eine Draufsicht auf das vordere Ende des Bohrwerk­ zeuges, in einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 4 das zugehörige Diagramm der Schnittkräfte.

Bei dem erfindungsgemäßen Bohrwerkzeug sind an der Stirn­ seite des Schaftes 1 in entsprechenden Aussparungen drei Wendeschneidplatten 2, 3, 4 angeordnet. Die Wendeschneid­ platten 2, 4 sind auf dem gleichen Radius angeordnet und gegenüber der Wendeschneidplatte 3 um 180° in Umfangs­ richtung versetzt. Jede der Wendeschneidplatten 2, 3, 4 weist mehrere gleich lange Schneidkanten 2 a, 2 b, 3 a, 3 b, 4 a, 4 b auf. Die Wendeschneidplatten 2, 3, 4 sind vorzugsweise sechseckig, wobei an jeder zweite Ecke die beiden benach­ barten Schneidkanten einen stumpfen Winkel α von etwa 156° miteinander einschließen. Die Wendeschneidplatten 2, 3, 4 sind geometrisch ähnlich.

Die radial innere erste Schneidplatte 2 überschreitet mit ihrer inneren Schneidkante 2 b die Bohrerachse A geringfügig. Von ihr befinden sich die über die Stirnseite 1 a des Bohrerschaftes 1 vorstehenden beiden Schneidkanten 2 a, 2 b in Eingriff mit dem Werkstück. Die erste Wendeschneidplatte 2 ist dabei kleiner ausgebildet als die zweite radial außen und um 180° versetzt angeordnete Wendeschneidplatte 3. Die zweite Wendeschneidplatte 3 ist gegenüber der ersten Wende­ schneidplatte 2 axial zurückversetzt und außerdem schließen ihre beiden in Eingriff befindlichen wirksamen Schneidkan­ ten 3 a, 3 b mit der Bohrerachse A spitze Winkel β 1 bzw. b 2 ein. Durch diese Maßnahme und die Zurückversetzung der zweiten Wendeschneidplatte 3 gegenüber der ersten Wende­ schneidplatte 2 wird erreicht, daß bei Vorschub des Bohr­ werkzeuges in axialer Richtung das Material des Werkstückes fortschreitend von innen nach außen zerspant wird. Dies ist deshalb von Wichtigkeit, damit beim Austritt des Bohrers aus dem Werkstück keine Scheibe entsteht. Der Winkel α 1, den die radial äußere Schneidkante 3 a der zweiten Wende­ schneidplatte 3 mit der Bohrerachse A einschließt, sollte etwa 25-35°, vorzugsweise 30°, betragen. Ferner sind die erste und die zweite Wendeschneidplatte 2, 3 so angeordnet, daß sich ihre strichpunktiert dargestellten Arbeitsbereiche überdecken.

Dadurch, daß die erste Wendeschneidplatte 2 kleiner ausge­ bildet ist als die zweite Wendeschneidplatte 3, wird auf dem Radius, auf dem die erste Wendeschneidplatte 2 ange­ ordnet ist, Platz für die dritte Wendeschneidplatte 4 ge­ schaffen. Diese dritte Wendeschneidplatte 4 ist so ange­ ordnet, daß ihre radial äußere, wirksame Schneidkante 4 a auf dem gleichen Arbeitskonus und auch dem gleichen Größt­ radius R arbeitet, wie die radial äußere Schneidkante 3 a der zweiten Wendeschneidplatte 3. Dies bedeutet, daß die wirksame Schneidkante 4 a mit der Bohrerachse A einen spitzen Winkel β 3 einschließt, der gleich groß ist wie der Winkel β 1, jedoch gegenüber der Bohrerachse A entgegengesetzt ge­ richtet.

Die erste Wendeschneidplatte 2 und die dritte Wendeschneid­ platte 3 sind zweckmäßig geometrisch übereinstimmend, d. h. gleich groß ausgebildet, wodurch die Lagerhaltungskosten für Ersatz-Wendeschneidplatten gering gehalten werden kön­ nen.

Durch die Anordnung der dritten Wendeschneidplatte 4 ist es möglich, die radialen Schnittkraftkomponenten weitgehend auszugleichen. In der Zeichnung sind mit F 1-F 5 die auf die einzelnen Schneidkanten wirkenden Schnittkräfte bezeich­ net. Die Größe dieser Schnittkräfte hängt nicht nur von der Länge der wirksamen Schneidkanten ab, sondern auch davon, wie weit sich die Arbeitsbereiche der einzelnen Wendeschneidplatten 2, 3, 4 überdecken. Dort, wo eine Überdeckung der Arbeitsbereiche stattfindet, sind die auf die Schneidkanten wirkenden Schnittkräfte nur halb so groß, denn in diesen Bereichen wird beim Vorschub des Bohrwerk­ zeuges das Material je zur Hälfte von den Schneidkanten zerspant, deren Arbeitsbereiche sich überdecken.

Anhand des in Fig. 2 dargestellten Kräftediagrammes ist erkennbar, daß speziell durch die an der dritten Wende­ schneidplatte auftretende Schnittkraft F 5 ein weitgehender Ausgleich der radialen Schnittkraftkomponenten stattfindet. Es verbleibt nämlich lediglich eine verhältnismäßig kleine radiale Schnittkraftkomponente FR. Wäre die dritte Wende­ schneidplatte 4 nicht vorhanden, dann würde der Kraftlinien­ zug mit der Schnittkraft F 4 enden und es würde sich die wesentlich größere, strichpunktiert dargestellte Schnitt­ kraftkomponente FR′ ergeben.

Bei dem in Fig. 3 dargestellen Ausführungsbeispiel sind Teile gleicher Funktion mit denselben Bezugszeichen verse­ hen wie bei dem vorhergehend beschriebenen Ausführungsbei­ spiel, weshalb voranstehende Beschreibung sinngemäß zutrifft. Bei dem in Fig. 3 dargestellen Bohrwerkzeug ist jedoch die wirksame Schneidkante 4 a der dritten Wendeschneidplatte 4 gegenüber dem Arbeitskonus der radial äußeren Schneid­ kante 3 a der zweiten Wendeschneidplatte 3 in Achsrichtung zur Bohrerspitze hin geringfügig versetzt angeordnet. Der gegenseitige Versatz der beiden radial äußeren Schneidkan­ ten 3 a und 4 a ist dabei so gewählt, daß sich die auf die beiden wirksamen Schneidkanten 3 a, 3 b der zweiten Wende­ schneidplatte 3 einwirkenden, radialen Schnittkraftkompo­ nenten und die auf die wirksame Schneidkante 4 a der dritten Wendeschneidplatte 4 einwirkende, radiale Schnittkraftkom­ ponente gegenseitig aufheben. Aus dem in Fig. 4 darge­ stellten Kräftediagramm ist ersichtlich, daß die an der dritten Wendeschneidplatte 4 auftretende Schnittkraft F 5 größer ist als die entsprechende Schnittkraft F 5 beim ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 2) und daß die auf die radial äußere Schneidkante 3 a einwirkende Schnittkraft F 1 kleiner ist als die entsprechende Schnittkraft F 1 beim ersten Aus­ führungsbeispiel. Es wird damit bei dem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel ein vollständiger Ausgleich der radialen Schnittkraftkomponenten erreicht. Um diesen Ausgleich der radialen Schnittkraftkomponenten zu erhalten, darf die wirksame Schneidkante 4 a nur um weniger als der Vorschub des Bohrwerkzeuges gegenüber der Schneidkante 3 a axial zur Bohrerspitze hin versetzt sein, damit auch von der Schneid­ kante 3 a auf der ganzen Länge eine Spanabnahme erfolgt, allerdings mit einer Spandicke, die kleiner ist als die Spandicke an der Schneidkante 4 a.

Claims (5)

1. Bohrwerkzeug für Bohrungen in Plattenstapel (Plattenbohrer), mit einem Schaft und mehreren der Stirnseite des Schaf­ tes in verschiedenem Radialabstand und in Umfangsrich­ tung um 180° versetzt zueinander angeordneten, geome­ trisch ähnlichen Wendeschneidplatten, deren Arbeitsbe­ reiche sich überdecken und von denen jede mehrere gleich lange Schneidkanten aufweist, von denen jeweils zwei be­ nachbarte, in stumpfem Winkel zueinander geneigte Schneid­ kanten gleichzeitig in Eingriff stehen, wobei die radial innere, erste Wendeschneidplatte mit ihrer einen in Ein­ griff befindlichen Schneidkante die Bohrerachse gering­ fügig überschreitet und die radial äußere, zweite Wende­ schneidplatte gegenüber der ersten Wendeschneidplatte axial zurückversetzt ist und ihre beiden wirksamen Schneidkanten mit der Bohrerachse verschieden große, spitze Winkel einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wendeschneidplatte (2) kleiner ausgebildet ist als die zweite Wendeschneidplatte (3) und daß auf dem gleichen Radius wie die erste Wendeschneidplatte (2) eine dritte Wendeschneidplatte (4), die ebenfalls klei­ ner ist als die zweite Wendeschneidplatte (3), so ange­ ordnet ist, daß ihre wirksame Schneidkante (4 a) annä­ hernd auf dem gleichen Arbeitskonus und auf dem gleichen Größtradius (R) verläuft wie die radial äußere Schneid­ kante (3 a) der zweiten Wendeschneidplatte (3).

2. Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die dritte Wendeschneidplatte (2, 4) geome­ trisch übereinstimmend ausgebildet sind.

3. Bohrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußeren wirksamen Schneidkanten (3 a, 4 a) der zweiten und der dritten Wendeschneidplatte (3, 4) mit der Bohrerachse (A) entgegengesetzt gleich große Winkel (β 1, β 2) von etwa 25-35°, vorzugsweise 30°, einschließen.

4. Bohrer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden wirksamen Schneidkanten (2 a, 2 b, 3 a, 3 b) einen stumpfen Winkel (α) von 120-170° miteinander einschließen.

5. Bohrwerkzeug nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Schneidkante (4 a) der dritten Wendeschneidplatte (4) gegenüber dem Arbeitskonus der radial äußeren Schneidkante (3 a) der zweiten Wendeschneidplatte (3) in Achsrichtung zur Boh­ rerspitze hin geringfügig versetzt angeordnet ist, so daß sich die auf die beiden wirksamen Schneidkanten (3 a, 3 b) der zweiten Wendeschneidplatte (3) und die auf die wirksame Schneidkante (4 a) der dritten Wendeschneid­ platte (4) einwirkenden radialen Schnittkraftkomponenten gegenseitig aufheben (Fig. 3).