-
Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Hartmetallbohrer und
insbesondere auf einen Hartmetallbohrer, mit dem sich in einem Werkstück ohne
eine deutliche Verfestigung des Werkstücks ein Loch bohren lässt.
-
Aus
der JP 2001-300808 A ist ein Hartmetallbohrer bekannt, der aus Hartmetall
gebildet ist. Im Allgemeinen ist ein solcher Hartmetallbohrer mit
einem Spitzenwinkel von etwa 140° ausgestattet
und hat Spanauswurfrillen, die um einen Spiralwinkel von etwa 30° verdreht
sind, wenn der Bohrer beispielsweise ausgelegt ist, in einer Nabe
eines Kraftfahrzeugs Löcher
zu bohren.
-
Bei
einem Bohrvorgang, bei dem der Bohrer zwangsläufig an seinen Rändern oder
Seitenkanten mit der Innenumfangsfläche des Bohrlochs in Kontakt
gebracht wird, kann jedoch die Innenumfangsfläche des Lochs durch die Hitze
verfestigt werden, die durch den Reibkontakt mit dem Bohrer entsteht.
Dieser Hang zur Kaltverfestigung ist beträchtlich, wenn das Werkstück aus einem
Hartstahl oder einem anderen Material gebildet ist, das sich leicht
verfestigen lässt.
Wenn das Werkstück
aus z.B. S55C gebildet ist, dessen Härte etwa 300 HV beträgt, um in
einem Kraftfahrzeug eine Nabe vorzusehen, könnte die Härte des Werkstücks an der
Innenumfangsfläche des
Bohrlochs auf 750 HV oder mehr ansteigen. Wenn das Bohrloch dann
einem weiteren Bearbeitungsvorgang, etwa einer Endbearbeitung und
einem Innengewindeschneiden unterzogen wird, führt die Kaltverfestigung zu
einer geringeren Werkzeuglebensdauer bei einem Endbearbeitungswerkzeug
wie einer Reibahle oder einem Gewindeschneidewerkzeug wie einem
Gewindebohrer. Wenn ein Bolzen, ein Stift oder dergleichen in das
Bohrloch eingepresst werden soll, könnte die Kaltverfestigung zudem
verhindern, dass sich ein solcher Presspassungsvorgang durchführen lässt. Der
Grad der Kaltverfestigung ist vernachlässigbar klein, wenn das Loch
mit einem neuen Bohrer gebohrt wird, der noch seine Ursprungsform
hat. Sie wird jedoch problematisch groß, wenn der Bohrer insbesondere
an seinen Eckkanten bzw. radialen Ecken, an denen sich die Schneidkanten
und die Seitenkanten schneiden, abgenutzt oder angeschlagen ist.
-
Die
Erfindung erfolgte angesichts des oben beschriebenen Stands der
Technik. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Hartmetallbohrer
zur Verfügung
zu stellen, mit dem sich in einem Werkstück auch dann ohne eine deutliche
Verfestigung des Werkstücks
ein Loch bohren lässt,
wenn das Werkstück
aus einem Hartstahl oder einem anderen Material gebildet ist, das
sich leicht verfestigen lässt.
Diese Aufgabe lässt
sich mit jeder der im Folgenden beschriebenen vier Ausgestaltungen
der Erfindungen lösen.
-
Die
erste Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Bohrer mit darin ausgebildeten
Rillen vor, die von einem axial fernen Endabschnitt von ihm zu einem
axial nahen Endabschnitt von ihm laufen, um so in dem axial fernen
Endabschnitt für
Schneidkanten sorgen, wobei zumindest der axial ferne Endabschnitt
aus Hartmetall gebildet ist. Die Schneidkanten arbeiten so miteinander
zusammen, dass sie einen Spitzenwinkel des Bohrers definieren, der
nicht kleiner als 125° und
nicht größer als
135° ist.
Die Rillen sind jeweils um einen Spiralwinkel verdreht, der nicht
kleiner als 20° und
nicht größer als
30° ist.
Die Schneidkanten haben jeweils einen in einer Ausspitzung (engl.:
web thinning) ausgebildeten, radial inneren Endabschnitt, so dass
ein axialer Spanwinkel des radial inneren Endabschnitts jeder Schneidkante nicht
kleiner als –5° und nicht
größer als
+5° ist.
-
Die
zweite Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Bohrer vor, der in
einer vorbestimmten Drehrichtung um seine Achse zu drehen ist, um
in einem Werkstück
ein Loch zu bohren. Der Bohrer hat (a) Hauptschneidkanten und Nebenschneidkanten,
die so in einem axial fernen Endabschnitt von ihm ausgebildet sind,
dass sich die Nebenschneidkanten jeweils auf der radial inneren
Seite einer der Hauptschneidkanten befinden; (b) Rillen, die jeweils
vom axial fernen Endabschnitt zu einem axial nahen Endabschnitt
von ihm laufen; (c) Hauptspanflächen,
die jeweils eine der Hauptschneidkanten definieren; und (d) Nebenspanflächen, die
jeweils eine der Nebenschneidkanten definieren, so dass sie sich
jeweils auf einer radial inneren Seite einer der Hauptspanflächen befinden,
wobei zumindest der axial ferne Endabschnitt aus Hartmetall gebildet
ist. Jede der Nebenspanflächen
und die entsprechende Hauptspanfläche werden durch einen in Längsrichtung
fernen Endabschnitt einer in der vorbestimmten Drehrichtung gesehen
rückwärtigen Wand
einer der Rillen gebildet. Die Haupt- und Nebenschneidkanten arbeiten so
miteinander zusammen, dass sie einen Spitzenwinkel des Bohrers definieren,
der nicht kleiner als 125° und
nicht größer als
135° ist.
Die Rillen sind bezüglich
der Achse jeweils um einen Spiralwinkel verdreht, der nicht kleiner
als 20° und
nicht größer als 30° ist. Die
Nebenspanflächen
sind jeweils in einer solchen Richtung vertieft, dass dies im axial
fernen Endabschnitt eine geringere Kerndicke (engl.: reduced web
thickness) erlaubt, so dass der axiale Spanwinkel jeder Nebenschneidkante
nicht kleiner –5° und nicht
größer als
+5° ist.
-
Bei
der dritten Ausgestaltung der Erfindung sind die Schneidkanten in
dem Bohrer gemäß der ersten
oder zweiten Ausgestaltung der Erfindung so abgeschrägt, dass
sie mit einem negativen Schneidkantenrücken (engl.: negative land) versehen
sind, der eine Breite von nicht weniger als 0,05 mm und nicht mehr
als 0,15 mm hat.
-
Bei
der vierten Ausgestaltung der Erfindung ist der Bohrer gemäß der ersten,
zweiten oder dritten Ausgestaltung der Erfindung zumindest teilweise
mit einer Hartschicht überzogen.
-
Da
der Spitzenwinkel des Hartmetallbohrers bei jeder der ersten bis
vierten Ausgestaltungen der Erfindung 125–135° beträgt und demnach kleiner als der
Spitzenwinkel eines herkömmlichen
Hartmetallbohrers ist, der etwa 140° beträgt, ist der Winkel der radialen
Ecken (in 1 mit dem Bezugszeichen „θ" bezeichnet) verhältnismäßig groß, wodurch
die Schartenbildung an den radialen Ecken unterdrückt und
die Abnutzung an den radialen Ecken verringert wird. Da der Spitzenwinkel
außerdem
nicht kleiner als 125° ist,
ist es möglich,
einen Bruch oder eine Schartenbildung am radial inneren Endabschnitt
jeder Schneidkante (oder jeder Nebenschneidkante) zu unterdrücken. Da
der Spiralwinkel zudem 20–30° beträgt, während der
axiale Spanwinkel des radial inneren Endabschnitts jeder Schneidkante
(oder jeder Nebenschneidkante) von –5° bis +5° reicht, sorgt der Bohrer vorteilhafter
Weise sowohl für
einen hohen Grad an Schneidschärfe
als auch für
einen hohen Grad an Festigkeit an den radialen Ecken und am radial
inneren Endabschnitt jeder Schneidkante (oder jeder Nebenschneidkante)
und ist er demnach in der Lage, mit höherer Effizienz und einem geringeren Bruch-
oder Schartenbildungsrisiko einen Bohrvorgang vorzunehmen. Der erfindungsgemäß aufgebaute
Bohrer sorgt daher über
eine lange Zeitdauer für
einen hohen Grad an Bearbeitungsgenauigkeit und vermeidet eine deutliche
Zunahme der Reibung an seinen Rändern
oder Seitenkanten mit der Innenfläche des Bohrlochs, wodurch
die durch die Reibungshitze verursachte Kaltverfestigung unterdrückt wird.
-
Da
die Schneidkanten des Hartmetallbohrers bei der dritten Ausgestaltung
der Erfindung jeweils durch Honen oder dergleichen abgeschrägt sind,
so dass er mit dem negativen Schneidkantenrücken versehen ist, der eine
Breite von 0,05–0,15
mm hat, wird der Schneidkante sowohl ein hoher Grad an Schneidschärfe als
auch ein hoher Grad an Festigkeit verliehen. Daher sorgt der Bohrer
bei der dritten Ausgestaltung der Erfindung über eine noch längere Zeitdauer
für einen
hohen Grad an Bearbeitungsgenauigkeit und vermeidet noch wirksamer
eine Zunahme seiner Reibung mit der Innenfläche des Bohrlochs, wodurch
die durch die Reibungshitze verursachte Kaltverfestigung noch zuverlässiger unterdrückt wird.
-
Bei
jeder der ersten bis vierten Ausgestaltungen der Erfindung ist der
Bohrer vollständig
oder teilweise aus dem Hartmetall gebildet. Wenn der Bohrer vollständig aus
dem Hartmetall gebildet ist, ist nicht nur sein zylinderförmiger Hauptkörper, sondern
auch sein Schaft aus dem Hartmetall gebildet. Wenn der Bohrer teilweise
aus dem Hartmetall gebildet ist, ist sein axial ferner Endabschnitt
oder sein zylinderförmiger
Hauptkörper
aus dem Hartmetall gebildet und durch eine geeignete Befestigung
wie eine Hartlötung
oder eine Schrumpfpassung mit dem anderen Abschnitt oder dem Schaft
verbunden (der aus einem anderen Material besteht, etwa einem Schnellstahl).
-
Bei
jeder der ersten bis vierten Ausgestaltungen der Erfindung beträgt der Spitzenwinkel
des Bohrers 125–135°. Wenn der
Spitzenwinkel größer als 135° wäre, würde der
Winkel der radialen Ecken deutlich kleiner ausfallen, so dass die
radialen Ecken infolge ihrer geringeren Festigkeit leicht angeschlagen
oder abgenutzt werden könnten.
Wenn der Spitzenwinkel kleiner als 125° wäre, könnten die Schneidkanten leicht
an ihren axial fernen Enden oder radial inneren Endabschnitten brechen
oder angeschlagen werden oder könnten
die Nebenschneidkanten leicht brechen oder angeschlagen werden.
-
Bei
jeder der ersten bis vierten Ausgestaltungen der Erfindung beträgt der Spiralwinkel
des Bohrers 20–30°. Wenn der
Spiralwinkel mehr als 30° betragen
würde,
wäre die
Festigkeit an den radialen Ecken und Schneidkanten geringer, so
dass die radialen Ecken und die Schneidkanten leicht brechen oder
angeschlagen werden könnten.
Wenn der Spiralwinkel kleiner als 20° wäre, würde sich der Grad der Schneidschärfe verringern,
so dass die Haltbarkeit des Bohrers und die vom Bohrer erbrachte
Bearbeitungsgenauigkeit unerwünscht
abnehmen könnten.
-
Bei
jeder der ersten bis vierten Ausgestaltungen der Erfindung ist der
axiale Spanwinkel am radial inneren Endabschnitt jeder Schneidkante
oder der axiale Spanwinkel jeder Nebenschneidkante beim Bohrer nicht
kleiner als –5° und nicht
größer als
+5°. Wenn
er größer als
+5° wäre, könnte der
radial innere Endabschnitt jeder Schneidkante oder jeder Nebenschneidkante
infolge seiner geringeren Festigkeit leicht brechen oder angeschlagen
werden. Wenn er weniger als –5° betragen
würde,
würde sich
der Grad der Schneidschärfe
des radial inneren Endabschnitts jeder Schneidkante oder jeder Nebenschneidkante verringern,
so dass der auf dem Bohrer wirkende Schneidwiderstand unerwünscht hoch
und die durch den Bohrer erbrachte Bearbeitungsgenauigkeit unerwünscht gering
ausfallen könnten.
-
Bei
der dritten Ausgestaltung der Erfindung hat der in jeder Schneidkante
vorgesehene negative Schneidkantenrücken des Bohrers eine Breite
von 0,05–0,15
mm. Wenn die Breite des negativer Schneidkantenrückens mehr als 0,15 mm betragen würde, würde sich
der Grad der Schneidschärfe
jeder Schneidkante verringern, so dass sich die Bearbeitungsgenauigkeit
verringern könnte.
Wenn die Breite des negativen Schneidkantenrückens kleiner als 0,05 mm wäre, könnte jede
Schneidkante infolge ihrer geringeren Festigkeit leicht brechen
oder angeschlagen werden. Dabei ist zu beachten, dass die Abschrägung jeder
Schneidkante und die Bildung des negativen Schneidkantenrückens an
jeder Schneidkante vorzugsweise durch Honen oder dergleichen erfolgt.
-
Der
erfindungsgemäße Bohrer
kann vollständig
oder aber bei Bedarf wie bei der vierten Ausgestaltung der Erfindung
teilweise mit der Hartschicht überzogen
sein. Die Hartschicht kann aus TiAlN oder dergleichen gebildet sein.
-
Die
obigen und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung
sowie ihre technische und industrielle Bedeutung ergibt sich aus
der folgenden ausführlichen
Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung,
die zusammen mit den beigefügten
Zeichnungen zu lesen ist.
-
Es
zeigen:
-
1 mehrere
Ansichten eines axial fernen Endabschnitts eines gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung aufgebauten Hartmetallbohrers;
-
2 eine
Draufsicht auf den axial fernen Endabschnitt des Bohrers von 1;
-
3 eine
Schnittansicht des Bohrers von 1 zur Erläuterung
eines negativen Schneidkantenrückens,
der an jeder Schneidkante durch einen Honvorgang ausgebildet wurde;
-
4 eine
Tabelle mit dem Ergebnis eines Versuchs, der durchgeführt wurde,
um die Haltbarkeit von verschiedenen Bohrern als Testprodukten und das
Ausmaß der
Kaltverfestigung festzustellen, die durch den Bohrvorgang verursacht
wurde, der mit jedem Bohrer vorgenommen wurde; und
-
5 grafisch
den Zusammenhang zwischen dem Ausmaß der Härtezunahme in der „ENDPHASE" und die Anzahl der
Bohrlöcher
bei dem Bohrvorgang, der mit jedem der in der Tabelle von 4 gezeigten
Bohrer vorgenommen wurde.
-
1 zeigt
mehrere Ansichten eines axial fernen Endabschnitts eines Hartmetallbohrers 10, der
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung aufgebaut ist, wobei die mittlere Ansicht eine Vorderansicht
in Axialrichtung des Bohrers 10 ist, während die drei anderen, die
mittlere Ansicht umgebenden Ansichten Seitenansichten in jeweils
zur Axialrichtung senkrechten Richtungen sind. Der Hartmetallbohrer 10 ist
vollständig
aus Hartmetall gebildet und hat ein Paar Spanauswurfrillen 14,
die in seiner Außenumfangsfläche ausgebildet
sind und von seinem axial fernen Endabschnitt zu seinem axial nahen
Endabschnitt laufen, so dass im axial fernen Endabschnitt des Hartmetallbohrers 10 für ein Paar Schneidkanten 16 gesorgt
wird, während
die in Drehrichtung des Bohrers 10 rückwärtige der beiden in Breitenrichtung
entgegengesetzten Kanten der entsprechenden Rille 14 jeweils
für eine
von zwei Seitenkanten 20 sorgt.
-
Wie
am besten in 2 dargestellt ist, bestehen
die Schneidkanten 16 jeweils aus einer Hauptschneidkante 16a und
einer Nebenschneidkante 16b, die auf der radial inneren
Seite der Hauptschneidkante 16a liegt. Die Rillen 14 sorgen
jeweils in einem in Längsrichtung
fernen Endabschnitt der in Drehrichtung des Bohrers 10 rückwärtigen ihrer
in Breitenrichtung entgegengesetzten Seitenwände für eine Spanfläche 24.
Die Spanfläche 24 besteht
aus einer Hauptspanfläche
und einer Nebenspanfläche, die
sich auf der radial inneren Seite der Hauptspanfläche befindet,
so dass die Hauptspanfläche
die Hauptschneidkante 16a definiert, während die Nebenspanfläche die
Nebenschneidkante 16b definiert. Die Nebenspanfläche ist
in einer Richtung vertieft, die eine Verringerung der Kerndicke
im axial fernen Endabschnitt erlaubt, so dass die Nebenschneidkante 16b,
die durch die auf diese Weise vertiefte Nebenspanfläche definiert
wird, im Wesentlichen zur Achse des Bohrers 10 hoch läuft und
so gekrümmt
ist, dass sie in Drehrichtung des Bohrers 10 nach vorne
eine Außenwölbung hat.
Das Bezugszeichen 18 bezeichnet einen Abschnitt eines Kerns,
der durch diese Vertiefung der Nebenspanfläche dünner gestaltet ist. Die Schneidkanten 16 sind
jeweils durch Honen abgeschrägt,
so dass sie wie in 3 gezeigt mit einem negativen
Schneidkantenrücken 17 ausgebildet
sind. Dabei ist zu beachten, dass die oben beschriebene Nebenschneidkante
auch als ein radial innerer Endabschnitt jeder Schneidkante 16 bezeichnet
werden kann. Außerdem
ist zu beachten, dass der Bohrer 10 aus einem zylinderförmigen Hauptkörper, der
mit den Spanauswurfrillen 14 versehen ist, und einem (nicht gezeigten)
Schaft besteht, der mit dem zylinderförmigen Hauptkörper zusammenhängt. Der
oben beschriebene axial ferne Endabschnitt des Bohrers 10 wird
durch einen Endabschnitt des zylinderförmigen Hauptkörpers gebildet,
während
der oben beschriebene axial nahe Endabschnitt des Bohrers 10 durch einen
Endabschnitt des Schafts gebildet wird.
-
Die
beiden Schneidkanten 16 arbeiten so miteinander zusammen,
dass sie einen Spitzenwinkel α des
Bohrers 10 bilden, der nicht kleiner als 125° und nicht
größer als
135° ist.
Die Rillen 14 sind jeweils um einen Spiralwinkel β verdreht,
der nicht kleiner als 20° und
nicht größer als
30° ist.
Die Nebenschneidkanten 16b, die in der Ausspitzung ausgebildet
sind, sind jeweils mit einem axialen Spanwinkel γ versehen, der nicht kleiner
als –5° und nicht
größer als
+5° ist.
Der negative Schneidkantenrücken 17, der
durch das Honen an jeder Schneidkante 16 ausgebildet ist,
hat eine Breite L, die nicht kleiner als 0,05 mm und nicht größer 0,15
mm ist.
-
Der
axiale Spanwinkel γ der
Nebenschneidkante 16b ist der Winkel zwischen der Nebenspanfläche (die
die Nebenschneidkante 16b definiert) und einer zur Achse
des Bohrers 10 parallelen Linie. 1 stellt
den Fall dar, dass der axiale Spanwinkel γ der Nebenschneidkante 16b statt
eines positiven Werts einen negativen Wert (γ < 0) hat. Die Breite L des negativen
Schneidkantenrückens 17 entspricht, wie
in 3 gezeigt ist, die eine Schnittansicht entlang
einer zur Schneidkante 16 senkrechten Ebene darstellt,
der Breite eines generell flachen Abschnitts, der durch das Honen
an jeder Schneidkante 16 gebildet wird, d.h. an dem Schnittpunkt
zwischen der Spanfläche 24 und
einer Flankenfläche 26,
die sich in der Drehrichtung auf der Rückseite der Spanfläche 24 befindet.
Dabei ist zu beachten, dass der Bohrer 10, nachdem der
negative Schneidkantenrücken 17 durch
das Honen gebildet wurde, auf seiner Oberfläche mit einer Hartschicht (aus
TiAlN oder dergleichen) überzogen
wird. Der oben angegebene Wert der Breite L des negativen Schneidkantenrückens 17 entspricht
dem Wert, der nach dem Überziehen
des Bohrers 10 mit der Hartschicht 28 gemessen
wird.
-
Da
der Spitzenwinkel α bei
dem wie oben beschrieben aufgebauten Hartmetallbohrer 10 125–135° beträgt und demnach
kleiner als der Spitzenwinkel eines herkömmlichen Hartmetallbohrers ist,
der etwa 140° beträgt, ist
der Winkel θ der
radialen Ecken 22 (an denen sich jeweils die Schneidkante 16 und
die Seitenkante 20 schneiden) verhältnismäßig groß, wodurch eine Schartenbildung
an den radialen Ecken 22 unterdrückt und die Abnutzung an den
radialen Ecken 22 verringert wird. Da der Spitzenwinkel α nicht kleiner
als 125° ist,
ist es darüber hinaus
möglich,
einen Bruch oder eine Schartenbildung an der Nebenschneidkante 16b zu
unterdrücken.
Da der Spiralwinkel β 20–30° beträgt, während der
axiale Spanwinkel γ jeder
Nebenschneidkante 16b von –5° bis +5° reicht, wird dem Bohrer 10 des Weiteren
vorteilhafter Weise sowohl ein hoher Grad an Schneidschärfe wie
auch ein hoher Grad an Festigkeit an den radialen Ecken 22 und
der Nebenschneidkante 16b verliehen und ist er demnach
in der Lage, mit höherer
Effizienz und einem geringeren Bruch- oder Schartenbildungsrisiko
einen Bohrvorgang vorzunehmen. Da der negative Schneidkantenrücken 17 (der
durch das Honen an der Schneidkante 16 gebildet wurde)
außerdem
eine Breite L von 0,05–0,15
mm hat, wird der Schneidkante 16 in ihrer Gesamtheit sowohl
ein höherer
Grad an Schneidschärfe
als auch ein höherer
Grad an Festigkeit verliehen. Daher sorgt der Bohrer 10 über eine
lange Zeitdauer für
einen hohen Grad an Bearbeitungsgenauigkeit und vermeidet eine deutliche
Zunahme der Reibung seiner Ränder
oder Seitenkanten an der Innenfläche
des Bohrlochs, wodurch die durch die Reibungshitze verursachte Kaltverfestigung
unterdrückt
wird.
-
Als
nächstes
wird ein Versuch beschrieben, der durchgeführt wurde, um die technischen
Vorteile der Erfindung weiter zu klären. Bei diesem Versuch wurden
mit Hilfe von Testprodukten in Form der in der Tabelle von 4 angegebenen Bohrer
Nr. 1–14 Bohrvorgänge durchgeführt, um
unter den unten beschriebenen Schneidbedingungen die Haltbarkeit
jedes Bohrers und den Grad der Kaltverfestigung zu überprüfen. Unter
den verwendeten Bohrern Nr. 1–14 sind
die sechs Bohrer Nr. 4–7,
9 und 10 erfindungsgemäß aufgebaut,
während
die anderen Bohrer Nr. 1–3,
8 und 11–14
Vergleichsbeispiele sind. Die Bohrer Nr. 1–14 haben jeweils die in der
Tabelle von 4 angegebenen Spitzenwinkel α und Spiralwinkel β, dabei jedoch
den gleichen axialen Spanwinkel γ (=
0°) der
Nebenschneidkante 16b und die gleiche Breite L (= 0,10
mm) des an der Schneidkante 16 durch Honen ausgebildeten
negativen Schneidkantenrückens 17.
-
[Schneidbedingungen]
-
- Werkstückmaterial:
S55C (Kohlenstoffstahl)
- Bohrlochtiefe (Durchgangsloch): 11 mm
- Bohrlochdurchmesser: 10,8 mm
- Schneidgeschwindigkeit (Umfangsgeschwindigkeit): 70 m/min
- Vorschubgeschwindigkeit: 0,25 mm/Umdrehung
-
Der
Bohrvorgang wurde in dem Versuch mit jedem der Bohrer Nr. 1–14 solange
weitergeführt,
bis durch den Bohrer eine vorbestimmte Anzahl an Löchern (insgesamt
4000 Löcher)
gebohrt war oder bis der Bohrer nicht mehr dazu in der Lage war,
den Bohrvorgang fortzusetzen. In der Spalte „HALTBARKEIT" in der Tabelle von 4 ist
die Anzahl der Löcher
angegeben, die nacheinander durch jeden der Bohrer Nr. 1–14 gebildet
wurden. Sämtliche
der oben angesprochenen sechs Bohrer Nr. 4–7, 9 und 10 waren in der Lage,
die vorbestimmte Anzahl an Löchern zu
bohren, während
einige der angesprochenen anderen Bohrer als die Vergleichsbeispiele
aufgrund einer übermäßigen Abnutzung
oder Schartenbildung (siehe Spalte „BEMERKUNGEN") vor Erreichen der vorbestimmten
Anzahl an Löchern
nicht mehr dazu in der Lage waren. In der Tabelle ist in der Spalte „KALTVERFESTIGUNG
(HV0,2)" die Zunahme
der Härte
des bearbeiteten Werkstücks
beim Bohrvorgang mit jedem der Bohrer Nr. 1–14 angegeben. Die Härtezunahme
wurde durch Messung der Vickershärte
gemessen. Genauer gesagt wurde zunächst an einer Bearbeitungsfläche des
bearbeiteten Werkstücks
(d.h. an der Innenumfangsfläche
des Bohrlochs) mit einer Last von 1,96 N (200 gf) eine Härte „X" und dann an einem
unter der gehärteten
Oberflächenschicht
des bearbeiteten Werkstücks
liegenden Innenabschnitt mit der gleichen Last eine Härte „Y" gemessen, nachdem
die gehärtete
Oberflächenschicht
von dem Werkstück
entfernt worden war. Die Härtezunahme
entsprach also dem Wert (X-Y), der durch Subtraktion von „Y" von „X" erhalten wird. In der
Tabelle gibt „ANFANGSPHASE" die Härtezunahme
an, die in der Anfangsphase des Bohrvorgangs durch jeden Bohrer
gemessen wurde. „ENDPHASE" gibt die Härtezunahme
an, die beim 4000-ten oder beim letzten Loch direkt vor dem Ausfall
des Bohrers gemessen wurde. 5 stellt
grafisch den Zusammenhang zwischen der Härtezunahme in der „ENDPHASE" und der Anzahl der
Bohrlöcher
(Haltbarkeit) bei dem mit jedem der Bohrer Nr. 1–14 durchgeführten Bohrvorgang
dar. In dieser Grafik bedeutet „O", dass der entsprechende Bohrer erfindungsgemäß aufgebaut
war, während „X" bedeutet, dass der
entsprechende Bohrer einem der oben beschriebenen Vergleichsbeispiele
entsprach. Die jeweilige Zahl neben „O" oder „X" steht für die Nummer des entsprechenden
Bohrers als Testprodukt.
-
Wie
aus den 4 und 5 hervorgeht, waren
sämtliche
der erfindungsgemäß aufgebauten Bohrer
in der Lage, die vorbestimmte Anzahl (= 4000) Löcher zu bohren, ohne unter
einer Abnutzung oder Schartenbildung zu leiden. Was die Härtezunahme
betrifft, gab es in der „ENDPHASE" einen bemerkenswerten
Unterschied zwischen den erfindungsgemäßen Bohrern und den Vergleichsbeispielen,
jedoch keinen so großen
Unterschied in der „ANFANGSPHASE". Genauer gesagt
reichte die Härtezunahme
der mit den erfindungsgemäßen Bohrern bearbeiten
Werkstücke
in der „ENDPHASE" von etwa 190 bis
260, während
die der mit den Bohrern Nr. 12–14
als Vergleichsbeispielen bearbeiteten Werkstücke (die 4000 Löcher bohren
konnten) in der „ENDPHASE" von 380–455 reichte.
Es kann also gesagt werden, dass die durch die erfindungsgemäßen Bohrer
verursachte Härtezunahme
um etwa mindestens 100 kleiner als die durch die Bohrer der Vergleichsbeispiele
verursachte Härtezunahme
ist. Die Bohrer Nr. 1–3
mit dem Spitzenwinkel α von
120° erlitten
jeweils an ihrem axial fernen Ende in einer frühen Phase des Bohrvorgangs
eine Schartenbildung und zeigten demnach eine schlechte Haltbarkeit
und eine geringe Genauigkeit in den Bohrlöchern.
-
Nach
den Bohrvorgängen
mit den Bohrern wurden in die mit dem erfindungsgemäßen Bohrer Nr.
6 gebohrten Löcher
wie auch in die durch den Bohrer Nr. 14 als Vergleichsbeispiel gebohrten
Löcher
mit Hilfe eines Gewindeschneiders Innengewinde geschnitten. Dabei
ließen
sich etwa 1000 der mit dem Bohrer Nr. 14 gebohrten Löcher mit
dem Gewindeschneider schneiden, bevor der Gewindeschneider ausfiel.
Gleichzeitig ließen
sich erfolgreich etwa 1250 der mit dem Bohrer Nr. 6 gebohrten Löcher mit dem
Gewindeschneider schneiden, ohne dass der Gewindeschneider ausfiel.
Das bedeutet, dass der erfindungsgemäße Bohrer eine um mindestens
25% längere
Lebensdauer des Gewindeschneiders bewirkt.
-
Es
wurde ein weiterer Versuch durchgeführt, bei dem ein erfindungsgemäßer Bohrer
(mit einem Spitzenwinkel α von
130° und
einem Spiralwinkel β von
25°) und
ein als Vergleichsbeispiel dienender Bohrer (mit einem Spitzenwinkel α von 140° und einem
Spitzenwinkel β von
35°) verwendet
wurden. In diesem zusätzlichen
Versuch wurden mit diesen Bohrern jeweils 3200 Löcher gebohrt und wurde dann
die Härtezunahme
des bearbeiteten Werkstücks
und die Dicke der gehärteten
Oberflächenschicht
gemessen. Die Härtezunahme
betrug bei dem 3200-ten mit dem erfindungsgemäßen Bohrer gebohrten Loch 162
(HV0,2) und die Dicke der gehärteten
Oberflächenschicht
0,01 mm. Dagegen betrugen die Werte bei dem mit dem als Vergleichsbeispiel
dienenden Bohrer gebohrten 3200-ten Loch 405 (HV0,2) und 0,02 mm.
Das bedeutet, dass der erfindungsgemäße Bohrer bewirkt, dass die
Kaltverfestigung um etwa 240 (HV0,2) und die Dicke der gehärteten Oberflächenschicht
um ungefähr
die Hälfte gesenkt
wird.
-
Oben
wurden zwar die derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt, doch versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die
Einzelheiten der dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist,
sondern mit verschiedenen anderen Änderungen, Abwandlungen und
Verbesserungen ausgeführt
werden kann, die dem Fachmann in den Sinn kommen, ohne vom Erfindungsgedanken
und von dem in den folgenden Patentansprüchen definierten Schutzumfang
abzuweichen.
-
Es
wurde ein Bohrer (10) beschrieben, in dem Rillen (14)
ausgebildet sind, die von einem axial fernen Endabschnitt von ihm
zu einem axial nahen Endabschnitt von ihm laufen, um so im axial
fernen Endabschnitt für
Schneidkanten (16) zu sorgen, und der aus Hartmetall gebildet
ist. Die Schneidkanten (16) arbeiten so miteinander zusammen,
dass sie einen Spitzenwinkel (α)
des Bohrers (10) definieren, der nicht kleiner als 125° und nicht
größer als
135° ist.
Die Rillen (14) sind jeweils um einen Spiralwinkel (β) verdreht,
der nicht kleiner als 20° und
nicht größer als
30° ist.
Die Schneidkanten (16) haben jeweils einen radial inneren
Endabschnitt (16b), der in einer Ausspitzung ausgebildet
ist, so dass ein axialer Spanwinkel (γ) des radial inneren Endabschnitts (16b)
jeder Schneidkante (16) nicht kleiner als –5° und nicht
größer als
+5° ist.