DE3930936A1 - Glaettbohrer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochgeschwindigkeits-Glättbohrer mit einem Reibabschnitt gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Verschiedene Arten von Bohrwerkzeugen sind bekannt, die zum Aufreiben von Bohrlöchern auf einen gewünschten Durchmesser dienen und zugleich zur Bil­ dung einer Bohrung einschneiden. Derartige Bohrwerkzeuge dienen zumeist nur einem bestimmten Zweck, gegebenenfalls als Automatenwerkzeug, das eine erhöhte Schneidwirkung aufweisen und zur Schaffung von Produkten hoher Qualität und Gleichmäßigkeit eingesetzt werden kann.

Das japanische veröffentlichte Gebrauchsmuster 62-65 107 beschreibt ein Bohrwerkzeug mit einem Reibabschnitt, das zwei Bohrkanten und vier Reibkan­ ten aufweist, die auf demselben Kreis liegen.

Fig. 4 und 5, auf die bereits hier Bezug genommen werden soll, zeigen einen weiteren bekannten Glättbohrer. Dieser Glättbohrer umfaßt einen zylindri­ schen Bohrkörper 2, der mit einem Schaft 1 verbunden ist. Der Bohrkörper 2 weist an einer Spitze 3 Schneidkanten 5 auf, die einander gegenüberliegend diametral beiderseits der Längsachse des Bohrkörpers 2 angeordnet sind. Die Schneidkanten 5 sind einer geneigten Fläche 6 zugeordnet, die sich von den Schneidkanten aus nach rückwärts in bezug auf die Drehrichtung erstreckt (Pfeil A in Fig. 5). Eine Führungsfläche 7 erstreckt sich axial von der radial äu­ ßeren Kante der geneigten Fläche 6. Der Bohrkörper 2 weist weiterhin längsge­ richtete Freiflächen 8 auf, die zwischen den Schneidkanten 5 und den Führungs­ flächen 7 an der äußeren Wand des Bohrkörpers 2 liegen. Längsgerichtete Nuten 9 sind weiterhin in dem Bohrkörper 2 vorgesehen.

Dieser Bohrer weist keine guten Zentrier- und Stabilisierungseigenschaften auf, da der anfängliche Einstich oder Einschnitt nicht genau genug erfolgt. Da­ her wird eine Bohrung, die durch dieses Werkzeug hergestellt wird, auf der in­ neren Oberfläche übermäßig aufgerieben und daher rauh.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Hochgeschwindigkeits- Glättbohrer zu schaffen, der eine bessere Einstichwirkung aufweist und sich dadurch besser zentriert und stabilisiert. Auf diese Weise soll ein übermäßi­ ges Aufreiben der Bohrung vermieden und eine Bohrung mit glatter Innenwand herstellbar sein.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Haupt­ anspruchs.

Ein erfindungsgemäßer Hochgeschwindigkeits-Glättbohrer weist einen Reib­ abschnitt auf, der mit sekundären Schneidkanten versehen ist, die Diamant- Schneidkörper tragen.

Der Glättbohrer weist einen Schaft und einen zylindrischen Bohrkörper auf, der an einem Ende mit dem Schaft verbunden ist. Das vom Schaft abgewandte Ende des Bohrkörpers ist mit einem Abschnitt verringerten Durchmessers versehen. Der Abschnitt geringeren Durchmessers weist eine erste Schneidkante auf, die sich radial nach außen von dem Mittelpunkt des vorderen Endes erstreckt und in Axialrichtung nach rückwärts um einen ersten Schneidwinkel α geneigt ist. Der Abschnitt verringerten Durchmessers weist im übrigen eine zweite Schneid­ kante auf, die durch Diamant-Einsätze gebildet ist, die in einer Ebene angeord­ net sind, die die Ebene schneidet, in der sich die erste Schneidkante befindet. Die zweite Schneidkante erstreckt sich radial nach außen aus einer Position innerhalb der äußeren Umfangsfläche oder Wand der ersten Schneidkante, und sie ist in Axialrichtung unter einem zweiten Schneidwinkel nach rückwärts geneigt.

Die zweite Schneidkante des Glättbohrers der vorliegenden Erfindung kann zwei Kanten umfassen, die jeweils mit Diamantsplittern besetzt sind. Der er­ ste Schneidwinkel liegt in einem Bereich zwischen 60° und 90°. Der zweite Schneidwinkel liegt zwischen 30° und 90°.

Die zweite Schneidkante, die durch die Diamant-Einsätze gebildet ist, liegt auf einem Kreis mit einem Radius, der größer ist als die Radialabmessung bis zur ersten Schneidkante. Ein Bohr- und Reibvorgang kann daher gleichzeitig durch­ geführt werden, so daß der Einschnitt der Schneidkante in das Werkstück ver­ bessert und die Stabilität des Schneidvorganges erhöht wird. Während eines Bohrvorganges bohrt die Schneidkante des Abschnittes des Bohrkörpers, der den geringeren Durchmesser aufweist, zunächst eine Bohrung in ein zu bearbei­ tendes Werkstück. Die zweite Schneidkante, die die Diamant-Einsätze auf­ weist und größere Härte besitzt, reibt die innere Wand der gebohrten Bohrung auf und erzeugt eine glattere, geriebene Oberfläche in bezug auf die Achse des Schaftes.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Glättbohrers gemäß einer er­ sten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ist eine vergrößerte Vorderansicht des Bohrers der Fig. 1;

Fig. 3A ist eine schematische vergrößerte perspektivische Darstel­ lung wesentlicher Teile des in Fig. 2 gezeigten Bohrers, ge­ sehen in Richtung des Pfeiles B in Fig. 2, und dient zur Veran­ schaulichung der Orientierung der ersten Schneidkante;

Fig. 3B ist eine Darstellung ähnlich Fig. 3A, gesehen in Richtung des Pfeiles C in Fig. 2, zur Veranschaulichung einer zweiten Schneidkante;

Fig. 3C ist eine schematische Zusammenfassung der Fig. 3A und 3B zur Veranschaulichung der radialen Dimensionen;

Fig. 4 ist eine Seitenansicht eines herkömmlichen Glättbohrers;

Fig. 5 ist eine vergrößerte Vorderansicht des herkömmlichen Boh­ rers gemäß Fig. 4;

Fig. 6 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwi­ schen der Vorschubgeschwindigkeit der Schneidkante und dem Zuwachs des Bohrungsdurchmessers bei einem Glätt­ bohrer gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung;

Fig. 7 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Vorschubge­ schwindigkeit der Schneidkante und der Oberflächenrauhig­ keit der gebohrten und geriebenen Bohrung;

Fig. 8 entspricht Fig. 6 und veranschaulicht die entsprechenden Ei­ genschaften eines herkömmlichen Glättbohrers;

Fig. 9 entspricht Fig. 7 und zeigt die entsprechenden Eigenschaften eines herkömmlichen Glättbohrers;

Fig. 10 ist eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines Dia­ mant-Einsatzes zur Bildung der zweiten Schneidkante;

Fig. 11A ist eine vergrößerte perspektive Darstellung einer Nut in ei­ nem Stützbereich;

Fig. 11B entspricht Fig. 11A, zeigt jedoch ein Blatt und einen Dia­ mant-Einsatz in der Nut.

Fig. 1 bis 3 veranschaulichen eine bevorzugte Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Glättbohrers. Der Glättbohrer umfaßt einen Schaft 11 und einen zylindrischen Bohrkörper 12, der mit dem Schaft einstückig verbunden ist. Bei­ de bestehen aus Wolfram-Carbid (WC) oder dergleichen. Das vordere Ende 13 des Bohrkörpers 12 umfaßt einen Abschnitt 14 verringerten Durchmessers, verglichen mit dem Außendurchmesser des Bohrkörpers 12. Der Abschnitt 14 verringerten Durchmessers geht in einer Stufe 15 in den übrigen Bohrkörper 12 über.

Das vordere Ende des Abschnitts 14 verringerten Durchmessers, das von dem Schaft 11 abgewandt ist, weist zwei erste Schneidkanten 16 a und 16 b auf, die radial nach rückwärts von der vorderen Spitze aus unter einem ersten Schneid­ winkel α in bezug auf die Achse des Schaftes 11 geneigt sind und jeweils durch eine Schrägfläche begrenzt werden, wie Fig. 2 zeigt. Obgleich der erste Schneidwinkel α in einer Größe von 67,5° dargestellt ist, kann der Winkel α ei­ nen anderen Wert zwischen 60° und 90° aufweisen. Die ersten Schneidkanten 16 a und 16 b gehen an ihren äußeren Rändern in Führungsflächen 14 a und 14 b über, die zu dem Abschnitt 14 geringeren Durchmessers gehören. Die Schneid­ kanten 16 a und 16 b sind weiterhin geneigten Flächen 18 zugeordnet, die sich von den Schneidkanten 16 a und 16 b radial und nach rückwärts in Richtung des Schaftes 11 und in entgegengesetzer Richtung in bezug auf die Drehrichtung der Schneidkanten 16 a und 16 b erstrecken (Pfeil A in Fig. 2).

Eine Freifläche 22 erstreckt sich axial vom äußeren Umfangsrand der Flächen 18 in Richtung des Schaftes 11. Ein zurückgesetzter Bereich 21 befindet sich in der Wurzel der beiden ersten Schneidkanten 16 a und 16 b in einer Position, die dem Schaft näher als der vorderen Mitte der Schneidkanten 16 a und 16 b liegt. Dieser Bereich 21 ist mit einer Nut 19 verbunden, die sich vom Bereich 21 aus in Richtung des Schaftes 11 erstreckt.

Der Bohrkörper 12 trägt zwei flache, plattenförmige Diamant-Einsätze 30 auf gegenüberliegenen Seiten des Abschnitts größeren Durchmessers, die sich in radiale Richtungen erstrecken, die die Radialrichtung der ersten Schneidkan­ ten 16 a und 16 b zeigen, wie Fig. 2 veranschaulicht. Die Diamant-Einsätze 30 sollten aus Natur-Diamant bestehen, da dieser härter ist als Kunst-Diamant. Es kommen jedoch auch Kunst-Diamanten in Betracht.

Die Diamant-Einsätze 30 sind in ausgesparten Nuten 31 angebracht, die sich in dem Bohrkörper 12 befinden. Die Befestigung erfolgt beispielsweise zusam­ men mit einem Blatt 35, das beispielsweise mit Hilfe von Lot in die Nut 31 ge­ lötet ist. Die Nuten 31 liegen in dem Bohrkörper 12 hinter der Freifläche 22, be­ zogen auf die Drehrichtung A gemäß Fig. 2 und gegenüber der jeweiligen Nut 19. Die ausgesparten Nuten 31 befinden sich vorzugsweise in einem Trägerbereich 32, der in einem Stück mit dem Schaft 11 ausgebildet ist. Jeder der Trägerbe­ reiche 32 weist eine erhebliche Umfangsstärke zur Erhöhung der Festigkeit auf. Eine zweite Freifläche 33 erstreckt sich axial in Richtung des Schaftes 11 vom Trägerbereich 32 zu dessen Rückwärtsrichtung entgegen der Drehrichtung gemäß Pfeil A.

Wie Fig. 3B und 3C zeigen, weist jeder der Diamant-Einsätze 30 eine zweite Schneidkante 30 a, 30 b auf, die axial und rückwärts entsprechend einem zwei­ ten Schneidwinkel β geneigt ist. Der zweite Schneidwinkel β ist mit 45° darge­ stellt, kann jedoch zwischen 30° und 90° liegen. Die zweiten Schneidkanten 30 a und 30 b erstrecken sich radial nach außen von einer Position innerhalb der äußeren Umfangsfläche der radial äußeren Ränder der ersten Schneidkanten 16 a und 16 b. Der Versatz nach innen beträgt das Maß δ. Auf diese Weise kann die Innenwand des Bohrloches, die zunächst mit den Schneidkanten 16 a und 16 b ge­ schnitten wird, durch die zweiten Schneidkanten 30 a und 30 b glattgerieben werden, so daß die Oberflächenrauhigkeit der Bohrung verringert wird. Die zweiten Schneidkanten 30 a und 30 b können den ursprünglichen Einstich ver­ bessern.

Wenn der Glättbohrer in Richtung des Pfeiles A in Fig. 2 gedreht wird, wird ein Werkstück zunächst durch die ersten Schneidkanten 16 a und 16 b gebohrt. Diese gebohrte Bohrung wird durch die zweiten Schneidkanten 30 a und 30 b aufgerie­ ben zu einer Bohrung mit glatter Innenwand. Da der Drehmittelpunkt der ersten Schneidkanten 16 a und 16 b zusammenfällt mit dem Drehmittelpunkt der zwei­ ten Schneidkanten 30 a und 30 b, wird die Konzentrizität beim Bohren verbes­ sert, während zugleich die Stabilität des Schneidvorganges erheblich erhöht werden kann.

In Fig. 6 bis 8 besagt ein Wert "0" des geräumten Materials, daß der Unterschied zwischen dem gebohrten Durchmesser und dem gebohrten und aufgeriebenen Durchmesser gleich Null ist. Wie aus Fig. 6 bis 8 hervorgeht, wird bei dem be­ kannten Bohrer der Durchmesser des Bohrloches wesentlich größer, als es kon­ struktiv beabsichtigt ist, und zwar unabhängig von der Vorschubgeschwindig­ keit. Der tatsächliche Zuwachs des Bohrungsdurchmessers war größer als be­ absichtigt, wenn die Bohrung gerieben wurde. Andererseits wird durch die vor­ liegende Erfindung sichergestellt, daß die Zunahme des Bohrungsdurchmes­ sers wesentlich geringer ist als beim Stand der Technik, und zwar auch bei je­ der Vorschubgeschwindigkeit.

Wie ein Vergleich von Fig. 7 mit Fig. 9 zeigt, führt der herkömmliche Glättboh­ rer zu einer geriebenen Bohrung mit rauher und unregelmäßiger innerer Ober­ fläche. Dies gilt in zunehmendem Maße bei steigender Vorschubgeschwindig­ keit. Andererseits führt der erfindungsgemäße Glättbohrer zu einer geriebe­ nen Bohrung mit weniger rauher Innenfläche. Die maximale Oberflächenrauhig­ keit bleibt gering, und zwar auch bei zunehmender Vorschubgeschwindig­ keit.

Daraus ist zu ersehen, daß die Erfindung einen Hochgeschwindigkeits-Glätt­ bohrer liefert, der die gestellte Aufgabe löst. Der Glättbohrer weist eine erste und zweite Schneidkante auf, die sich im vorderen Endbereich des Bohrkörpers befinden. Die innere Wand der Bohrung wird durch die erste Schneidkante ge­ bohrt und durch die zweite Schneidkante weiter geglättet. Die zweite Schneid­ kante weist Diamant-Einsätze erhöhter Härte auf. Die ersten und zweiten Schneidkanten liegen konzentrisch zueinander auf ein- und demselben Bohr­ körper, so daß neben einer glatten Oberfläche eine hohe Konzentrizität zu er­ reichen ist. Der Bohr- und Reibvorgang werden zusammengefaßt, so daß die Be­ arbeitungszeit sinkt.

Da die Umfangsränder der ersten und zweiten Schneidkanten axial angrenzend aneinanderliegen, können die ersten Schneidkanten den Bohrvorgang durchfüh­ ren und die Bohrung kann durch die zweiten Schneidkanten aufgerieben werden. Die Materialmenge, die nach dem ersten Bohrvorgang beim Reiben der Bohrung entfernt werden muß, ist extrem gering. Dies gilt auch dann, wenn die Vor­ schubgeschwindigkeit innerhalb eines vorgegebenen Bereiches zunimmt.

Claims (4)

1. Glättbohrer mit einem Schaft (11), einem zylindrischen Bohrkörper (12), der mit dem Schaft an einem Ende verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Bohrkörper (12) am freien Ende einen Abschnitt (14) verrin­ gerten Durchmessers aufweist, daß erste Schneidkanten (16 a, 16 b) diametral gegenüberliegend im Abschnitt (14) verringerten Durchmessers radial nach außen vom Mittelpunkt des vorderen Endes (13) verlaufen und axial nach rück­ wärts unter einem ersten Schneidwinkel α in bezug auf die Längsachse des Boh­ rers geneigt sind, und daß zweite Schneidkanten (30 a, 30 b), die mit Diamant- Einsätzen (30) besetzt sind, in einer Ebene liegen, die die Ebene der ersten Schneidkanten (16 a, 16 b) schneidet, welche zweiten Schneidkanten sich radial nach außen von einer Position innerhalb des äußeren Umfangs der ersten Schneidkanten erstrecken und in Axialrichtung nach rückwärts unter einem zweiten Schneidwinkel β geneigt sind.

2. Glättbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Schneidkanten (30 a, 30 b) zwei Diamant-Einsätze (30) tragen.

3. Glättbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schneidwinkel α zwischen 60° und 90° liegt.

4. Glättbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schneidwinkel β im Bereich von 30° bis 90° liegt.