DE69819239T2

DE69819239T2 - Bohrer

Info

Publication number: DE69819239T2
Application number: DE69819239T
Authority: DE
Inventors: Fredrik Lamberg
Original assignee: Seco Tools AB
Current assignee: Seco Tools AB
Priority date: 1997-04-30
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2018-03-26
Also published as: JP4394180B2; SE511224C2; CN1120070C; SE9701664D0; KR100561562B1; DE69819239D1; JPH10315023A; KR19980081835A; EP0875322A1; SE9701664L; CN1198372A; EP0875322B1; US6039515A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bohrer zum Bohren von metallischen Werkstücken sowie einen Schneideinsatz, der in Verbindung mit dem Bohrer gemäß den Oberbegriffen der anliegenden unabhängigen Ansprüche in Verbindung mit DE 38 42 209 A1 benutzt werden soll.
Stand der Technik
Bei einem bekannten Bohrer ähnlich der DE 38 42 209 A1 der oben erwähnten Art hat der Bohrer quadratische Wendeeinsätze. Der Bohrer hat einen Mitteneinsatz und einen Umfangseinsatz identischen Aufbaues. Der Mitteneinsatz überlappt die Drehachse des Bohrers, und der Umfangseinsatz überlappt den Mitteneinsatz. Jeder Eckenabschnitt des Mitteneinsatzes weist eine Abfasung auf, die in Arbeitsposition angeordnet ist, um die Drehachse zu überlappen. Beim Wenden des Mitteneinsatzes hat es sich gezeigt, daß die zuvor mittig angeordnete Abfasung in Betriebsposition auch nach dem Wenden kommt, derart, daß der Schneideinsatz nicht so leicht schneidet wie ein neuer Schneideinsatz. Dies bedeutet, daß der Schneideinsatz tatsächlich nur zwei nicht abgeriebene Schneidkanten pro Schneideinsatz zur Verfügung stellt, was unwirtschaftlich ist. WO 94 16851 zeigt einen quadratischen Fräseinsatz, wobei die Spanfläche allmählich und kontinuierliche schraubenförmig gedreht ist, um die Hauptschneidkante bei zunehmenden Schneidtiefen allmählich zu verstärken.
Aufgaben der vorliegenden Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Bohrers, dessen Schneideinsatz vier Schneidkanten hat, bei dem abgeriebene Abschnitte ein Wenden in eine Betriebsposition nicht gefährden.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines leicht schneidenden Einsatzes mit vier Schneidkanten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird unten näher in Verbindung mit den nachfolgenden Zeichnungen beschrieben, bei denen gilt:
1 zeigt eine Seitenansicht eines Arbeitsendes eines Bohrers gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine Draufsicht auf die Arbeitsendfläche;
3 zeigt einen Grundriß eines Schneideinsatzes gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt einen Querschnitt gemäß der Linie IV-IV in 3;
5 und 6 zeigen Querschnitte entlang den Linien V-V bzw. VI-VI in 3;
7 zeigt eine Grundrißansicht eines alternativen Schneideinsatzes gemäß der vorliegenden Erfindung;
8 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie VIII-VIII in 7;
9 und 10 zeigen Querschnitte entlang den Linien IX-IX bzw. X-X in 7; und
11 zeigt schematisch das Überlappen des Mitten- und Umfangseinsatzes.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
1 und 2 zeigen einen zylindrischen Bohrerschaft 11, der an seinem vorderen Teil mit zwei Einsatztaschen versehen ist, die auf jeder Seite der Mittenlinie CL des Bohrers angeordnet sind. Schraubenförmige Ausnehmungen oder Spannuten für den Spantransport sind mit 14 und 15 bezeichnet. Beide Einsatztaschen sind mit Mittenlöchern versehen, um (nicht gezeigte) Befestigungsschrauben für das Festklemmen der Schneideinsätze in den Taschen in bekannter Weise aufzunehmen. Die Taschen bestehen aus einer Mittentasche, die radial innerhalb des Umfangs des Bohrschaftes 11 vorgesehen ist, und einer Umfangstasche, die am Umfang des Bohrschaftes endet. Die Einsatztaschen sind in dem Bohrerschaft 11 in einer solchen Weise ausgestaltet, daß sie unterschiedliche axiale Freiwinkel bieten und zusammen mit den Schneideinsätzen ein volles Bohren des gesamten Lochdurchmessers erreichen.
Jede Schneideinsatztasche weist eine tangentiale Stützfläche, eine axiale Stützfläche sowie eine radiale Stützfläche auf. Die Stützflächen sind für Schneideinsätze mit positiver Schneidgeometrie ausgestaltet. Die tangentialen Stützflächen sind im wesentlichen parallel zu einer radialen Ebene durch die Mittellinie CL.
Die Mittentasche ist vorgesehen, um einen Mitteneinsatz 16 aufzunehmen, dessen Arbeitskante 26A in die axiale Richtung relativ zu der zugehörigen Tasche vorsteht, um mittig angeordnetes Material zu schneiden.
Die Umfangstasche ist vorgesehen, um einen quadratischen Umfangseinsatz 17 aufzunehmen, dessen Arbeitskante 26B relativ zu dem Bohrschaft in radialer Richtung derart vorsteht, daß der Lochdurchmesser des Bohrers dadurch bestimmt wird. Die Umfangstasche und der Umfangseinsatz 16 sind relativ zu der Mittellinie CL des Bohrerschaftes 11 für den Erhalt des erforderlichen Spiels für den Umfangseinsatz unter einem spitzen Winkel von etwa 2 bis 3° geneigt.
Weiterhin ist der Bohrerschaft 11 mit einer Anzahl von Kanälen 34, 35 versehen, die Spülmedium für das Entfernen von geschnittenen Spänen über die Spannuten 14, 15 zu dem Schneidbereich überführen.
Die 3 bis 6 zeigen einen Wendeeinsatz 16 für die Verwendung in der oben beschriebenen Mitteltasche des Bohrerschaftes. Der Schneideinsatz 16 hat eine im wesentlichen quadratische Grundgestalt mit einer oberen ebenen Fläche 22 und einer unteren ebenen Fläche 23, die im wesentlichen parallel zueinander liegen. Die ebenen Flächen 22, 23 sind durch Seitenflächen 24 verbunden, welche im wesentlichen gleich lang sind. Die untere ebene Fläche 23 ist kleiner als die obere ebene Fläche 22, und deshalb erhält der Schneideinsatz einen positiven Freiwinkel. Die Schnittlinien der Seitenflächen 24 mit der oberen ebenen Fläche 22 bildet vier Hauptkanten 26, von denen nur eine Kante 26A im Betrieb ist und bei jeder Bohrtätigkeit das Werkstück maschinell bearbeitet.
Eine Winkelhalbierende B an jedem Eckenabschnitt 27 des Mitteneinsatzes wird durch eine diagonale Linie zwischen den Schnittlinien für imaginäre Verlängerungslinien für die Hauptschneidkanten 26 gebildet. Die Hauptschneidkante 26 weist eine erste Abfasungskante 28, eine zweite Abfasungskante 29 und eine Zwischenschneidkante 126 auf. In der Nachbarschaft eines Endes der Hauptschneidkante 26 steht die erste Abfasungskante 28 mit der Zwischenschneidkante 126 in Verbindung, die ihrerseits mit der zweiten Abfasungskante 29 in der Nachbarschaft des anderen Endes der Hauptschneidkante 26 in Verbindung steht. Die erste Abfasungskante 28 bildet mit der Längserstreckung der vorzugsweise geraden Zwischenkante 126 des Einsatzes einen ersten spitzen Winkel β1, und die zweite Abfasungskante 29 bildet mit der Längserstreckung der Kante 126 einen zweiten spitzen Winkel β2. Der erste spitze Winkel β1 beträgt etwa 25°, und der zweite spitze Winkel β2 beträgt etwa 25°. Die Abfasungskanten 28 und 29 von unterschiedlichen Hauptschneidkanten 26 schneiden sich in der Winkelhalbierenden B oder in der Nachbarschaft derselben. Der innere Winkel zwischen der Kantenfläche 24 und einer Verstärkungsabfasung 30, die mit der Hauptschneidkante 26 verbunden ist, ist Kantenwinkel genannt und ist für die Bereiche der Schneidkante 126 und der zweiten Abfasungskante 28 kleiner als für die zweite Abfasungskante 29, wie man am besten aus den 5 und 6 sieht. Der Grund für unterschiedliche Kantenwinkel an den Abfasungskanten 28 und 29 besteht darin, daß die erste Abfasungskante 28 während des Bohrens keine oder eine geringe Schneidgeschwindigkeit hat, weil dies unter Überlappen der Drehachse im Zentrum des Bohrers vorgesehen ist. Dadurch wird die Festigkeit der Abfasungskante 28 besser, wenn der Schneidkantenwinkel relativ groß ist, d. h. er ist stumpf und liegt im Bereich von 91 bis 110°, vorzugsweise in der Größe von 94°. Anders ausgedrückt, bilden die Abfasungskante und die Verstärkungskante einen negativen Winkel γ mit einer Ebene, welche die Schneidkanten 126 schneidet, wobei der Winkel etwa 15° beträgt. Die zweite Abfasungskante 29 soll ähnlich der Schneidkante 126 mit höherer Schneidgeschwindigkeit arbeiten als die erste Abfasungskante und braucht nicht durch Abfasungen verstärkt zu sein, und deshalb ist der Schneidkantenwinkel dort spitz gewählt, d. h. er ist kleiner als 90° aber größer als 75°. Die Arbeitsschneidkante 26A besteht vorzugsweise aus einer geraden Zwischenschneidkante 126, die Schneidkante 126 kann alternativ aber etwas konvex oder konkav unterbrochen sein.
Eine erste Spanfläche 31 stellt die Verbindung her zu der radial inneren Kante der Verstärkungsabfasung 30 der Zwischenschneidkante 126 und der zweiten Abfasungskante 29, wobei diese Spanfläche zum Spanbrechen gebildet ist und die Gestalt einer Nut 32 hat. Die Nut 32 kann mit voneinander separaten Vorsprüngen oder Ausnehmungen kombiniert sein. Die Nut 32 hat markierte Schnittlinien.
Die Spanfläche 31 bildet einen Spanwinkel α1 mit einer Ebene, welche durch die Verstärkungsabfasungen 30 läuft, oder mit einer Linie senkrecht zu der Fläche des Werkstückes, was nicht gezeigt ist. Der Spanwinkel α1 liegt im Bereich von 5 bis 20°. Die Nut 32 schafft ferner die Verbindung zu der oberen Ebene 22.
Eine zweite Spanfläche 33 schafft die Verbindung zu der ersten Abfasungskante 28 und hat die Gestalt einer im wesentlichen ebenen Fläche. Die Spanfläche 33 bildet einen Spanwinkel α2, der etwa 0° beträgt für die Verstärkung des Eckenbereiches. Die Spanfläche 33 schafft ferner die Verbindung zu der oberen ebenen Fläche 22 über eine konkave Rippe 36.
Dies bedeutet folglich, daß der Spanwinkel neutral ist, wo die Schneidkante Festigkeit benötigt, und positiv ist, wo die Schneidkante leicht schneiden muß. Dies erhält man durch Anheben der zweiten Spanfläche 33 an dem Eckenabschnitt 27 im Verhältnis zu der ersten Spanfläche 31 längs den Schneidkanten 126 und 29.
Mit anderen Worten ist der Spanwinkel α1, α2 für die Arbeitskante 26A des im wesentlichen quadratischen Mitteneinsatzes 16 auf einer Seite der Winkelhalbierenden B größer als auf der anderen Seite der Winkelhalbierenden. Es sei jedoch beachtet, daß zwei einander nächstliegende Abfasungskanten 28, 29 nicht dafür vorgesehen sind, gleichzeitig Material zu schneiden, daß aber während des Bohrens die Abfasungskante 28 mit der verbundenen Zwischenschneidkante 126 sowie einer zweiten Abfasungskante 29 an einem benachbarten Eckenabschnitt 27 zusammenwirkt.
Die Länge des Schneideinsatzes 16, welcher durch den Abstand zwischen zwei parallelen Zwischenkanten 126 definiert wird, ist mit L bezeichnet und beträgt für den Schneideinsatz in 3 etwa 8 mm.
In den 7 bis 10 ist ein alternativer Schneideinsatz 16' gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, wo dieselben Einzelheiten mit Zahlen wie oben versehen sind. Der Schneideinsatz 16' ist für kleinere Maße geeignet ausgelegt, wobei der Abstand L etwa 6 mm beträgt und dünner ist. Worin sich der Schneideinsatz 16' von dem oben beschriebenen Schneideinsatz unterscheidet, besteht teilweise darin, daß die Spanfläche 33' in derselben Ebene die Verbindung zu der oberen, ebenen Fläche 22 vorsieht und daß die Nut 32' keine markierten Schneidlinien hat. Ferner beträgt der erste spitze Winkel β1 hier etwa 30°, und der zweite spitze Winkel β2 beträgt etwa 30°.
Unter Bezugnahme auf die 1, 2 und 11 soll die Funktion des Bohrers beschrieben werden. Die Schneideinsätze 16 und 17 sind auf jeder Seite der Mittellinie CL des Bohrers mit einer etwa 180°:s-Aufteilung vorgesehen, und ihre Arbeitshauptkanten 26A bzw. 26B wirken zusammen, um Späne aus einem Werkstück zu schneiden, wobei ein Loch 40 gebildet wird, welches etwas größer ist als der Durchmesser des Bohrerschaftes 11, während Seitenflächen 24 der nicht betrieblichen Hauptkanten gegen die axiale und radiale Stützfläche der Taschen abgestützt werden. In 11 ist schematisch gezeigt, wie die Schneideinsätze die Schneidarbeit auf einer Seite der Rotationsachse CL teilen. Der Mitteneinsatz 16 oder 16' ist in der Mittentasche weniger als axial 1 mm kurz vor dem Umfangseinsatz 17 in der Zustellrichtung F angeordnet. Die Schneidkante 126 bildet mit der Drehachse CL einen spitzen Winkel. Hierdurch wird dem Bohrer eine Geometrie gegeben, die zu einem sogenannten Stapelbohren paßt. Der Schneideinsatz 16 kann alternativ so angewinkelt sein, daß er mit der Drehachse einen stumpfen Winkel bildet. Die erste feste Abfasungskante 28A des Mitteneinsatzes ist in der Drehachse und in der Nachbarschaft derselben angeordnet, wo die Schneidgeschwindigkeit beim Bohren niedrig ist. Der Umfangseinsatz 17 ist so vorgesehen, daß seine Arbeitskante 26B während des Bohrens die zweite Abfasungskante 29 des Mitteneinsatzes an dem Bereich, der Stelle oder der Linie Z in einem Abstand O von der Drehachse überlappt. Der Mitteneinsatz und der Umfangseinsatz sind in dem Bohrerkörper derart vorgesehen, daß die Winkelhalbierende B immer radial außerhalb der Drehachse CL und des Punktes Z für die Überlappung liegt. Dies bedeutet, daß die schwer schneidende erste Abfasungskante 28b auf der anderen Seite der Winkelhalbierenden bis nach links in der Figur von der Kante 26B des Umfangseinsatzes „schattiert" ist, d. h. die erste Abfasungskante, die von der Drehachse im Abstand angeordnet ist, kommt niemals mit dem Werkstück in Eingriff, weil die Schneidkante 26B diese Schneidarbeit übernimmt. Während des Bohrens führt dies dazu, daß der Bohrer mit relativ kleinem Energieverbrauch arbeiten kann und daß der mehr am Umfang liegende Teil der Spanfläche 31 mit Spanbildnern versehen werden kann, die nicht für ein Schneiden mit niedriger Geschwindigkeit ausgestaltet sein müssen. Die Spanfläche 31 bildet gut geformte Späne, welche über die vorzugsweise schraubenförmig gestaltete Spannut 14 fortgespült werden können. Der Umfangseinsatz 17 schafft die Bearbeitung mit einer relativ hohen Schneidgeschwindigkeit und sollte dabei einen positiven Spanwinkel zur Verringerung der Wärmeentwicklung haben und dadurch eine gute Lebensdauer für den Schneideinsatz erreichen. Die zweite Abfasungskante 29C nächst der Abfasungskante 28A wird in dem „Schatten" der Schneidkante 28A deshalb verdeckt, weil die Schneidkante 29c axial hinter der Schneidkante 28A sowie auf der gegenüberliegenden Seite der Drehachse vorgesehen ist. Die Drehachse schneidet die Abfasungskante 28A in der Winkelhalbierenden B oder in der Nachbarschaft derselben.
Aus einem Schneideinsatz mit der gezeigten Gestaltung erhält man vier Schneidkanten, wobei jede neue Dreiergruppe von Schneidkanten 28A, 126 und 29A von vorherigem Bohren mit benachbarten Schneidkanten unbeeinflußt sein wird.
Der Schneideinsatz 16, 16' ist aus Hartmaterial hergestellt, vorzugsweise Sinterkarbid, wie zum Beispiel gesintertem Wolframkarbid.
Die vorliegende Erfindung bezeiht sich folglich auf einen Bohrer und einen Schneideinsatz für diesen, bei welchem der Schneideinsatz derart entwickelt ist, daß er den Bohrer leicht schneidend und wirtschaftlich macht. Der Schneideinsatz ist ferner so entwickelt, daß er vier Schneidkanten ergibt.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich für den Fachmann, daß Hinzufügungen, Weglassungen, Modifikationen und Ersatzvorgänge, die nicht speziell beschrieben sind, im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie er in den anliegenden Ansprüchen definiert ist, vorgenommen werden können.

Claims

Bohrer mit einem Bohrerschaft (11) mit mindestens zwei geraden oder schraubenförmigen Spannuten (14, 15) und mindestens zwei Einsatztaschen für einen im wesentlichen quadratischen Mitteneinsatz (16; 16') und einen Umfangseinsatz (17), wobei die Arbeitskante (26B) des Umfangseinsatzes (17) seitlich derart hervorragt, daß der Lochdurchmesser des Bohrers während des Spantransportes durch eine Spannut (15) dadurch bestimmt wird und die Arbeitskante (26A) des Mitteneinsatres (16; 16') radial innerhalb des Umfanges des Bohrerschaftes (11) für den Spantransport durch die zweite Spannut (14) vorgesehen ist, die Arbeitskanten (26A, 26B) der Schneideinsätze (16, 17; 16', 17) einander in einem Bereich (Z) zwischen der Drehachse (CL) und dem Umfang überlappen, die Arbeitskante (26A) des Mitteneinsatres (16; 16') sich in die Bohrerdrehachse (CL) und vorzugsweise ein Stück an dieser vorbei erstreckt und wobei der Mitteneinsatz vier Schneidkanten (26) mit Spanflächen (31) hat, welche mindestens einen Spanwinkel (α1, α2) bestimmen, dadurch gekennzeichnet, daß der Spanwinkel für die Arbeitskante (26A) des im wesentlichen quadratischen Mitteneinsatzes (16; 16') in dem Bereich (Z) für die Überlappung größer ist als an der Drehachse (CL) des Bohrers (10) und daß die Arbeitskante (26B) des Umfangseinsatzes (17) vorgesehen ist, um einen Teil eines radial und axial äußeren Eckenabschnittes des Mitteneinsatres (16; 16') daran zu hindern, mit einem Werkstück in Eingriff zu kommen, wobei das Teil (28B) einen kleineren Spanwinkel (α2) hat als der Spanwinkel (α1) der Arbeitskante (26A) des Mitteneinsatres (16) in dem Bereich (Z).
Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrien des Mitteneinsatres (16; 16') und des Umfangseinsatzes (17) unterschiedlich sind und daß der Mitteneinsatz und der Umfangseinsatz in dem Bohrerkörper derart vorgesehen sind, daß die Winkelhalbierenden (B) für zwei Arbeitseckenteile (27; 27') immer radial außerhalb der Drehachse (CL) und des Bereiches (Z) für die Überlappung liegen.
Mitteneinsatz für einen Bohrer der in Anspruch 1 gekennzeichneten Art, mit einer oberen und einer unteren Fläche (22, 23) mit im wesentlichen quadratischer Grundgestalt sowie sie verbindenden Seitenflächen (24), wobei die untere Fläche (23) kleiner als die obere Fläche (22) derart ist, daß der Schneideinsatz (16) eine positive Schneidgeometrie erhält, wobei die Schneidkanten (26) an oberen Kanten der Seitenflächen (24) gebildet sind, der Mitteneinsatz vier Eckenteile (27) aufweist, jeder von einer Winkelhalbierenden (B) bestimmt ist, der Mitteneinsatz eine Spanfläche hat, die mindestens einen Spanwinkel (α1, α2) bestimmt und wobei die Schneidkante (26A) eine erste Abfasungskante (28A), eine zweite Abfasungskante (29A) und eine Zwischenschneidkante (126) hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Spanwinkel (α1) für die Schneikante (26A) des im wesentlichen quadratischen Mitteneinsatzes (16; 16') an der zweiten Abfasungskante (29A) größer ist als an der ersten Abfasungskante (28A) und daß der Spanwinkel (α1) an der zweiten Abfasungskante (29A) des im wesentlichen quadratischen Mitteneinsatzes (16) auf einer Seite der Winkelhalbierenden (B) größer ist als auf der anderen Seite der Winkelhalbierenden (B), wo eine andere erste Abfasungskante (28A) angeordnet ist.
Mitteneinsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (28B) des radial und axial äußeren Eckenabschnittes (27; 27') des Mitteneinsatzes (16; 16') einen kleineren Spanwinkel (α2) hat als der Spanwinkel (α1) für die Arbeitskante (26A) des Mitteneinsatzes (16; 16')
Mitteneinsatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Abfasungskante (28) in der Nachbarschaft eines Endes der Hauptschneidkante (26A) die Verbindung zu der Zwischenschneidkante (126) vorsieht, welche ihrerseits die Verbindung zu der zweiten Abfasungskante (29A) in der Nachbarschaft des anderen Endes der Hauptschneidkante (26A) vorsieht.
Mitteneinsatz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Abfasungskante (28A) mit der Längserstreckung der vorzugsweise geraden Zwischenkante des Einsatzes (126) einen ersten spitzen Winkel (β1) bildet und daß die zweite Abfasungskante (29A) mit der Längserstreckung der Kante (126) einen zweiten spitzen Winkel (β2) bildet.
Mitteneinsatz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spanfläche (31) die Verbindung zu einer radial inneren Kante eine Verstärkungsabfasung (30) der Zwischenschneidkante (126) und der zweiten Abfasungskante (29) schafft, wobei die Spanfläche für das Spanbrechen gebildet ist und die Gestalt einer Nut (32) hat.