DE3339211A1

DE3339211A1 - Bohr- und fraeswerkzeug

Info

Publication number: DE3339211A1
Application number: DE19833339211
Authority: DE
Inventors: Masatada Handa Aichi Araki
Original assignee: Nippon Oil and Fats Co Ltd
Current assignee: NOF Corp
Priority date: 1982-10-29
Filing date: 1983-10-28
Publication date: 1984-05-03
Also published as: JPS626928B2; GB2131726B; GB2131726A; GB8328788D0; DE3339211C2; US4671710A; JPS5981010A

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohr- oder Fräswerkzeug.

Bei den üblichen Bohr- oder Fräswerkzeugen, z.B. normalen Wendelbohrern, ist eine meißeiförmige Spitze (chisel) in der · Umgebung der Drehachse vorgesehen. Während dieses meißelartige Gebilde eine besondere Eigenschaft eines Bohrers oder dergleichen darstellt, bildet es gleichzeitig einen Nachteil, da hier eine hohe Schub- und Drehmomentbelastung entsteht. Insbesondere führt die hohe Schubbelastung oft zum Brechen des Bohrers oder zu einer Beschädigung der Schneidkante, und es wurden verschiedene Versuche unternommen, dieses Problem zu umgehen. Im einzelnen besitzt ein Massivbohrer der bekannten Art Schneidkanten und Flanken, die am Spitzenabschnitt und an der Begrenzung des Körpers ausgebildet sind, und es ist eine meißelartige Kante am Drehmittelpunkt ausgebildet. Wenn ein Werkstück mit einem solchen Bohrer gebohrt wird, werden die Schneidkanten beim Bohren des Werkstückes vorgeschoben. Dabei wird gleichzeitig die Meißelkante in das Werkstück hineingedrückt statt durch Schneiden eingeführt und es entsteht eine außerordentliche Schubbelastung. Dadurch tritt an dieser Stelle ein vermehrter Verschleiß oder eine Beschädigung auf, die die nutzbare Lebensdauer verkürzt und zu Bruch führt.

Ein weiterer Nachteil dieser Meißelkante besteht darin, daß der hier entgegenstehende sehr hohe Widerstand eine "Schleifbewegung" des Bohrers herbeiführt, bei der die entgegengesetzt liegenden Enden"der Kante alternativ eine Drehachse im Anfangszustand des Bohrvorgangs bilden. Diese "Schleifbewegung" führt zu einem "Bohrerschwingen" und wenn dies auftritt, kann das Werkstück nicht mehr gebohrt werden und das Werkzeug bricht.

Um diese erwähnten Probleme zu beseitigen, wurde schon ein Bohrer mit verdünntem Meißel, d.h. einem Meißel mit reduzierter Meißelkantenlänge vorgeschlagen. Jedoch vermindert diese Reduzierung der Meißelbreite auch seine mechanische Festigkeit und der verdünnte Abschnitt ist einem noch größeren Verschleiß unterworfen.

Um das gesamte durch das Vorhandensein des Meißels entstehende Problem zu lösen, wurde auch schon vorgeschlagen, einen meißelfreien Bohrer zu schaffen (JA 56-52110A), der dort, wo bei normalen Bohrern sich die Meißelspitze befindet, keine Schneidkante aufweist. Bei diesem Bohrer wird eine Lücke oder ein Hohlraum in der Spitzenmitte ausgebildet, und das Werkstückmaterial, das in zylindrischer Form in der Lücke verbleibt,- wenn das Werkstück gebohrt wird, wird durch den Schneidwiderstand abgedreht. Durch das Weglassen der Meißelspitze bei diesem Bohrer ist es möglich, die Schubbelastung zu verringern und die Schleifbewegung zu unterdrücken, jedoch wird das Material des Werkstückes in der Nähe der Drehachse des Werkzeuges nicht herausgeschnitten, sondern durch Scherkräfte abgerissen. Ein solcher Vorgang ist jedoch vom BearbeitungsStandpunkt aus unerwünscht.

Ein Ziel der Erfindung besteht darin, ein Bohr- und Fräswerkzeug zu schaffen, mit dem die Schubbelastung vermindert werden kann und das verlängerte nutzbare Lebenszeit besitzt sowie eine wirksame Bohrung durchführen kann. Um dieses Ziel zu erreichen, wird bei einem erfindungsgemäßen Bohr- und Fräswerkzeug der Spitzenabschnitt mit zwei oder mehr Außenschneidkanten und mindestens zwei Innenschneidkanten versehen, die durch eine V-förmige Vertiefung bestimmt sind, deren Zentrum an der Drehachse des Bohr- oder Fräswerkzeuges liegt, wobei sich die V-förmige Vertiefung in Vorschubrichtung des Bohr- oder Fräswerkzeuges öffnet und wobei die mindestens zwei inneren, durch die V-förmige Vertiefung bestimmten Schneidkanten in die erwähnten zwei

oder mehr äußeren Schneidkanten übergehen.

Erfindungsgemäß ist die V-fÖrmige Vertiefung statt der Meißelspitze bei dem Werkzeug nach dem Stand der Technik so vorgesehen, daß sie Schneidkanten bildet, so daß es möglich ist, die Schubbelastung und damit den Verschleiß und die Beschädigung zu reduzieren und einen wirksamen Bohrvorgang zu erreichen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht des vorderen Endabschnittes eines Bohrers nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine Frontansicht des Bohrers aus Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht des vorderen Endabschnittes einer ersten Ausführung eines erfindungsgemaßen Bohrers,

Fig. 4 eine Vorderansicht des Bohrers nach Fig. 3,

Fig. 5 eine Seitenansicht des vorderen Endabschnitts einer zweiten Ausführung eines erfindungsgemaßen Bohrers,

Fig. 6 eine Vorderansicht des Bohrers nach Fig. 5,

Fig. 7 eine Seitenansicht des Bohrers nach Fig. 5, bei der der Bohrer gegenüber Fig. 5 um90° verdreht ist,

Fig. 8 eine Seitenansicht des vorderen Endabschnittes einer dritten Ausführung eines erfindungsgemaßen Bohrers,

Fig. 9 eine Vorderansicht des Bohrers nach Fig. 8,

Fig.10 eine Seitenansicht des vorderen Endabschnittes einer vierten Ausführung eines erfindungsgemaßen Bohrers.

Fig.11 eine Vorderansicht einer fünften Ausführung eines erfindungsgemaßen Bohrers,

Fig.12 eine erläuternde Darstellung des Bohrvorgangs bei einem erfindungsgemäßen Bohrer,

Fig.13 eine Seitenansicht des vorderen Endabschnittes einer weiteren Ausführung eines Bohrers mit Bornitrid- und/ oder Diamant-Einsätzen an den Schneidkanten,

Fig.14 eine Vorderansicht des Bohrers nach Fig. 13,

Fig.15 eine Seitenansicht des Bohrers nach Fig. 13 und 14, gegenüber der Stellung in Fig. 13 um 90 gedreht,

Fig.16 eine Seitenansicht des vorderen Endabschnittes eines mit Bornitrid- und/oder Diamanteinsätzen versehenen bekannten Bohrers für Vergleichszwecke, und

Fig.-17 eine Vorderansicht des Bohrers nach Fig. 16.

In Fig. 1 und 2 ist ein Wendelbohrer bekannter Art dargestellt. Dieser Bohrer 1 besitzt Schneidkanten 2a und 2b sowie hinterschnittene Flanken 3a, 3b im Spitzenabschnitt sowie Außenbegrenzungen 4a und 4b des Bohrerkörpers; weiter ist eine Meißelkante 5 im nicht umlaufenden Zentrum vorhanden. Wenn dieser Bohrer 1 zum Bohren verwendet wird, werden die Schneidkanten 2a und 2b beim Schneiden des Werkstückes vorgeschoben. Die Meißelkante 5 wird jedoch in das Werkstück hineingedrückt und erleidet außerordentliche Schubbelastung, so daß die nutzbare Lebensdauer des Bohrers verringert oder sogar ein Bruch herbeiführt wird.

Zusätzlich wird wegen des Vorhandenseins der Meißelkante 5 ein sehr hoher Schneidwiderstand hervorgerufen, und eine "Schleifbewegung" des Bohrers beim Beginn des Bohrvorgangs erzeugt, bei der alternativ die einander entgegengesetzten Enden der Meißelkante eine Drehachse bilden.

Um diese Nachteile zu überwinden, ist auch ein Bohrer mit reduzierter Meißellänge vorgeschlagen worden, wie es durch die gestrichelten Linien 6a und 6b in Fig. 2 dargestellt ist. Diese Verringerung der Breite des Meißels setzt jedoch die mechanische Festigkeit desselben herab.

In Fig. 3 und 4 ist nun der grundsätzliche Aufbau des vorderen Endabschnittes eines Bohrers nach einer ersten Ausführung der Erfindung dargestellt. Dieser Bohrer 10 besitzt Wendelnuten 11 mit im wesentlichen U-förmigem Querschnitt

in seinem Körper, die sich vom Schaft bis zum Spitzenabschnitt erstrecken. Der Spitzenabschnitt selbst ist im wesentlichen kegelförmig ausgebildet und besitzt eine an seinem Zentrum ausgebildete V-förmige Vertiefung 14. Die tiefste Kante 13 der V-förmigen Vertiefung 14 liegt an der Drehachse. Die Vertiefung 14 öffnet sich in Vorschubrichtung. Die in Drehrichtung vorne liegenden Kanten 15a und 15b, an denen die Nuten 11 die Kegelflächen 12 in Drehrichtung des Bohrers 10 durchschneiden, dienen als äußere Schneidkanten. Die Vorderkanten 16a und 16b, an denen die Nuten 11 die V-förmige Vertiefung 14 in Drehrichtung des Bohrers 10 schneiden, dienen als innere Schneidkanten. Die äußeren und inneren Schneidkanten 15a und 16a gehen ineinander über, und die äußeren bzw. inneren Schneidkanten 15b und 16b gehen gleichfalls ineinander über. Eine kreisförmige schneidfreie Zone 17 wird mit einem der untersten Kante 13 entsprechenden Durchmesser ausgebildet, und das hier liegende Material wird durch keine der Schneidkanten erfaßt.

Bei dem Bohrer 1 nach dem Stand der Technik wird der der schneidfreien Zone 17 entsprechende geschärfte Meißel in das nicht geschnittene Material des Werkstückes hineingetrieben. Erfindungsgemäß wird das nicht geschnittene Material des Werkstückes gegen die untere Kante 13 der Vertiefung 14 gedrängt, und beim Vorschieben des Bohrers wird es abgetrennt und aus den entgegengesetzt liegenden Seiten der Vertiefung so herausgedrängt, daß es mit dem durch die inneren und äußeren Schneidkanten abgetrennten Material in den Nuten 11 herausgetragen wird.

Ein Vergleich des Bearbeitungsvorgangs eines Werkstückes in der schneidfreien Zone des Bohrers nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 1 und 2 und in der schneidfreien Zone des Bohrers der erfindungsgemäßen Art zeigt, daß im ersten Fall das Werkstückmaterial unter Zwang in die Zone gebracht werden muß, in der das Material normalerweise durch die Schneid-

kanten geschnitten wird, während im zweiten Fall das Material nur an der Unterseite der Vertiefung in der nichtschneidenden Zone gesammelt und von dort an den gegenüberliegenden Seiten der Vertiefung herausgedrückt werden muß. Damit ist der Verformungswider stand im zweiten Fall viel geringer als im ersten Fall, vorausgesetzt, die Flächengröße der schneidfreien Zone ist die gleiche.

Die Fig. 5,6 und 7 zeigen eine zweite Ausführung eines Bohrers 10 der erfindungsgemäßen Art. Bei diesem Bohrer besitzt die innere oderuntere Kante 13 der V-förmigen Vertiefung 14 einen Winkel φ zu der senkrecht auf der Drehachse 1 des Bohrers 10 stehenden'Ebene S. Das wird dadurch erreicht, daß ein Unterschied zwischen den Winkeln besteht, die die Flanken 18a und 18b der inneren Schneidkanten 16a bzw. 16b bilden. Der Winkel der Unterkante 13 der V-förmigen Vertiefung 14 ist in Fig. 7 klar zu sehen, in der der Bohrer 10 aus einer Richtung gezeigt ist, die rechts in der Zeichenebene der Fig.5 liegt. Mit dieser Struktur ergibt die bei dem Bohrvorgang ausgeübte Schubbelastung eine Kraftkomponente, die das Werkstückmaterial von der Bodenkante 13 der V-förmigen Vertiefung 14 in der schneidfreien Zone 17 herausdrückt, wenn dieses Material gegen die Bodenkante 13 andrückt. Dadurch wird das Entfernen des Werkstückmaterials in der schneidfreien Zone 12 verbessert und die Schubbelastung verringert.

Infolge des Unterschiedes zwischen den Lagewinkeln der Flanken 18a und 18b fällt, wie in Fig. 6 zu sehen, die Bodenkante 13 der V-förmigen Vertiefung teilweise außerhalb der schneidfreien Zone 17. Es können jedoch auch die Winkellagen der Flanken 18a und 18b einander gleich gemacht werden, und dennoch kann die Bodenkante 13 gegenüber der horizontalen Ebene S geneigt sein, jedoch fällt diese Bodenkante 13 dann weiterhin ganz in die schneidfreie Zone 17.

Eine dritte Ausführung eines erfindungsgemäßen Bohrers 10 ist in Fig. 8 und 9 dargestellt. Bei diesem Bohrer ist ein verschmälerter oder dünnerer Abschnitt der Bodenkante vorhanden ähnlich dem verschmälerten Meißel bei dem Bohrer nach dem Stand der Technik. Es sind hier die Nuten-Innenflächen ■ 19a und 19b des Bohrers in Nachbarschaft zur Drehachse desselben mit freigeschnittenen Oberflächen 20a und 20b versehen. Damit wird die Breite der Unterkante 13 der V-förmigen Vertiefung 14 und damit die Größe der schneidfreien Zone 17 reduziert. Bei diesem Aufbau wird die Menge des Werkstückmaterials, das, ohne geschnitten zu sein, entfernt werden muß, so reduziert, daß auch die Schubbelastung weiter herabgesetzt werden kann. Bei dem Bohrer nach dem Stand der Technik wird durch eine Verringerung der Länge der Meißelkante die mechanische Festigkeit derselben so herabgesetzt, daß, wie bereits erwähnt, ein höherer Verschleiß erfolgt. Bei dem erfindungsgemäßen Bohrer tritt dieses Problem nicht auf, da ja hier kein Meißel vorhanden ist und eine geringe Schubbelastung erfolgt.

Wenn jedoch ein Werkstück großer Härte gebohrt wird, wird der scharf zugespitzte Bereich eines Schneidwerkzeuges, z.B. die Bereiche 21A und 21B in Fig. 9 einem größeren Verschleiß oder einer Bruchgefahr unterworfen, infolge der Spannungskonzentration, unabhängig davon, ob ein verdünnter Bereich vorliegt oder nicht.

Fig. 10 und 11 zeigen weitere Ausführungen der erfindungsgemäßen Bohrer, bei denen keine scharf zugespitzten Bereiche vorhanden sind, um auch dieses verbleibende Problem zu beseitigen. Insbesondere ist die vierte Ausführung nach Fig.10 des Bohrers 10 so ausgeführt, daß die Flächen der V-förmigen Vertiefung 14 über gekrümmte Oberflächen 21a und 21b diese scharfen Kanten vermeiden, während Fig. 11 eine fünfte Ausführung des Bohrers 10 zeigt, bei der die hinterschnittenen Flächen 20a' und 20b¹ über gekrümmte Flächen 21a¹ bzw. 21b¹

•in nicht hinterschnittene Flächen übergehen. Zusätzlich zu der Ausbildung der hinterschnittenen Flächen 20a¹ und 20b¹ ist bei dem Bohrer nach Fig. 11 zu bemerken, daß die inneren Schneidkanten 16a¹ und 16b¹ aufeinander treffen. Das bedeutet, daß hier keine schneidfreie Zone besteht. Tatsächlich ist jedoch am Boden der Vertiefung die Umfangsgeschwindigkeit gleich Null, so daß dort kein Material geschnitten wird. Jedoch wird angenommen, daß der kleine Anteil des Werkstückmaterials, der in der Nähe des Bodens ungeschnitten stehen bleibt, durch Scherkräfte abgetragen wird, wenn die Schneidlocken ausgetragen werden, so daß auch dieses Material mit ausgetragen wird. Dabei ist nach dem Stand der Technik der Bohrmeißel, der im wesentlichen kein Material abträgt, im sich nicht drehenden Zentrum, so daß eine außerordentliche Schubbelastung auf diesen Meißel und die benachbarten Abschnitte ausgeübt wird, so daß dort ein erhöhter Verschleiß auftritt. Bei dem erfindungsgemäßen Bohrer besitzt der kein Material ausschneidende Abschnitt eine hinterschnittene Form, so daß die darauf ausgeübte Belastung im Vergleich zu dem Fall bei dem Bohrmeißel außerordentlich gering ist. Der erfindungsgemäße Bohrer ist so dem bekannten ' Bohrwerkzeug sowohl in der Bearbeitungswirkung als auch in der Lebensdauer überlegen. Wenn es ferner auf die mechanische Festigkeit der Bodenkante der Vertiefung ankommt, so kann diese dadurch genügend erhöht werden, daß beispielsweise die Verdünnung nur bis zu einer Breite der Bodenkante m (Fig.9) durchgeführt wird, oder daß einfach die Schneidkanten 16a und 16b entsprechend Fig. 4 ohne die Wirkung einer derartigen Verdünnung eingestellt werden. Mit anderen Worten kann erfindungsgemäß die mechanische Festigkeit der Bodenkante der Vertiefung des Bohrwerkzeuges durch Einstellen der Größe der schneidfreien Zone angepaßt werden. Dabei bringt jedoch eine Vergrößerung der schneidfreien Zone auch eine Vergrößerung der Schublast und der Belastung der Bodenkante der Vertiefung mit sich. Trotzdem ist die hier auftretende Last viel geringer als die hohe Schubbelastung mit dem entsprechenden Verschleiß im Falle des Meißels in dem Bohrer nach dem Stand der Technik.

Bei dem erfindungsgemäßen Bohrwerkzeug wird die Breite des eingeschnittenen Abschnittes, d.h. die Größe der schneidfreien Zone, je nach dem Werkstückmaterial., dem Durchmesser und der Tiefe der auszubildenden Bohrung bestimmt, wobei auch die Bearbeitungsbedingungen,wie die Umfangs- oder Vorschubgeschwindigkeit, die Art der Maschine usw. eine Rolle spielen. Allgemein soll jedoch die Breite der Bodenkante derV-förmigen Vertiefung 14 vorteilhafterweise geringer als der größere der folgenden beiden Werte sein: 3 mm bzw. 1/5 des Außendurchmessers des Bohrwerkzeuges.

Der Abstand der Kanten des offenen Endes der V-förmigen Vertiefung 14 soll vorteilhafterweise nicht unter 0,2 mm und nicht über der Hälfte des Bohrwerkzeug-Durchmessers betragen, wobei besonders bevorzugt Werte von 0,5 bis 10 mm benutzt werden. Falls die Abmessung zu klein ist, erweist sich die Bearbeitung der inneren Schneidkanten 16a und 16b als schwierig. Falls die Abmessung zu groß ist, besteht die Gefahr, daß eine "Schleifbewegung" des Bohrers auftritt, bei der die entgegengesetzt liegenden Kanten 21a und 21b der öffnung der V-förmigen Vertiefung 14 alternativ die Drehachse bilden. Obwohl die genannte Abmessung sich mit der Form und Größe des Bohrwerkzeuges, den Arbeitsbedingungen, der Art und dem Zustand der benutzten Werkzeugmaschine, der Art des Werkstückes, den an die Bohrung gestellten Anforderungen usw. ändert, so wird sie doch vorzugsweise eher zum oberen Grenzwert hin gesetzt, um die Bearbeitung der inneren Schneidkanten und der Bodenkante 13 der V-förmigen Vertiefung 14 zu erleichtern, während im Hinblick auf die Vermeidung der "Schleifbewegung" nicht bis zum höchstmöglichen Wert gegangen werden soll. Wenn weiter der Bohrer und die Werkzeugmaschine genügend Steifheit aufweisen, oder wenn der Durchmesser des Bohrers genügend groß ist, kann auch der Abstand der beiden Kanten mehr als die genannte Grenze betragen, d.h. er kann mehr als 10 mm werden.

Der Winkel zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen der V-förmigen Vertiefung 14 wird dadurch bestimmt, wie der Abstand zwischen den Kanten an dem offenen Ende der V-förmigen Vertiefung und die Tiefe dieser Vertiefung bestimmt sind. D.h. wenn der Abstand zwischen den Kanten an der offenen Seite der V-förmigen Vertiefung festgesetzt ist, kann die Auswahl des Winkels getroffen und damit die Bestimmung der Tiefe vorgenommen werden. Mathematisch kann die Tiefe H (Fig.8) auf folgende Weise ausgedrückt werden

H = L/(2 tan -~) , (1)

wobei L der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Kanten der V-förmigen Vertiefung 14 an der offenen Seite und θ der Winkel zwischen diesen gegenüberliegenden Flächen der V-fÖrmigen Vertiefung ist.

Falls der Winkel θ zu gering wird, wird die Bearbeitung der inneren Schneidkanten und der Bodenkante der V-förmigen Vertiefung schwierig. Zusätzlich wird in diesem Fall das Werkstückmaterial in der Nähe der Bodenkante der V-förmigen Vertiefung abgerissen. Falls der Winkel θ zu groß wird, wird die das Werkstückmaterial gegen die Bodenkante der V-förmigen Vertiefung drückende Kraft und damit die Schubbelastung erhöht, falls das Werkzeug .eine schneidfreie Zone besitzt. „

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Bohr- und Fräswerkzeugs besteht darin, daß die Belastung auf die Schneidkanten in den mit geringer Umfangsgeschwindigkeit umlaufenden Abschnitten in der Umgebung der Drehachse durch Einstellung des Winkels zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen der V-förmigen Vertiefung verringert werden kann. Das bedeutet, daß eine Anpassung an Bedingungen mit niedriger Umfangsgeschwindigkeit möglich ist.

In Fig. 12 ist schematisch ein Bohrer 10 dargestellt, der,

wie in den vorigen Darstellungen,innere Schneidkanten an einer V-förmigen Vertiefung besitzt, wie er in ein Werkstück

einschneidet. Es ist dabei nur etwas mehr als die Hälfte des Bohrers gezeigt. Das Werkstück 22 ist dabei schraffiert dargestellt. Es ist dabei hier wiederum die äußere Schneidkante 15 und die innere Schneidkante 16 der V-förmigen Vertiefung zu sehen. Mit 15' ist der Werkstückteil an der Bodenfläche der Bohrung dargestellt, der gerade durch die äußere Schneidkante 15 weggeschnitten wird, und mit 16' ist der entsprechende Werkstückabschnitt gezeigt, der gerade durch die innere Schneidkante 16 weggeschnitten wird. Der bei der halben Bohrumdrehung auftretende Vorschub ist mit d bezeichnet, und d₁ ist dann die senkrecht zur Schneidkante gemessene Materialtiefe bei der äußeren Schneidkante, und d~ die Schneidtiefe bei der inneren Schneidkante. Es ist noch der SpitzenwinkelCt des Bohrers und der Winkel θ der V-förmigen Vertiefung angegeben.

Die Werte d.. und d_ können geometrisch in folgender Weise abgeleitet werden:

d₁ = d sin ^- (2)

d₂ = d sin -2- (3)

Bei einem normalen Spitzenwinkel CL von 118 ergibt sich dann

d. = 0,857 d, und,

wenn θ mit 60° festgesetzt wird, ergibt sich d₂ = 0,5 d.

Es zeigt sich, daß die inneren Schneidkanten 16 der V-förmigen Vertiefung 14 bei dem erfindungsgemäßen Bohrwerkzeug das Material nur mit der Hälfte d des auftretenden Vorschubs und mit annähernd dem 0,6-fachen des Wertes d^ der Schneidtiefe bei den äußeren Schneidkanten 15 abschneiden. Damit ist eine ausgezeichnete Wirksamkeit gesichert.

Wie man aus der Gleichung (3) sieht, wirkt sich eine Verkleinerung des Winkels θ in einer Verkleinerung der Schnitttiefe an den Schneidkanten der V-förmigen Vertiefung, und eine Vergrößerung des Winkels θ in einer Vergrößerung dieser Schnittiefe aus. Damit zeigt sich, daß der Winkel θ in · Anpassung an die Bearbeitung des Bohrers und an die Schneidvorgänge an den hinteren Schneidkanten der V-förmigen Vertiefung festgesetzt werden sollte.

Eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Bohrers 10 ist in Fig. 13, 14 und 15 gezeigt, und zwar sind hier Sinterelemente für den Schneidkantenabschnitt benutzt, die Bornitrid hoher Dichte und/oder Diamant enthalten. Es sind hier gesinterte Elemente 23a und 23b, welche Bornitrid hoher Dichte und/oder Diamant enthalten, in das Material des Bohrers 10 mittels Wolframkarbidelementen 24a bzw. 24b und Silberlot-Schichten 25a bzw. 25b eingelötet. Dabei sind die WoI-framkarbidelemente 24a und 24b mit den Sinterelementen 23a bzw. 23b mittels eines Sintervorgangs verbunden. Die Einzelheiten des Bohrers nach Fig.13 bis 15 entsprechen allgemein den erfindungsgemäßen Einzelheiten bis auf das Einsetzen der Sinterelemente 23a und 23b, welche Bornitrid hoher Dichte und/oder Diamant enthalten, an den Schneidkanten. Die Elemente 23a und 23b werden in der weiteren Beschreibung einfach als Sinterelemente bezeichnet. Ein solcher Aufbau ist bei einem Massivbohrer oder einem Bohrer mit angelötetem Wolframkarbidteil einsetzbar.

Eine Profileigenschaft des Bohrers 10 nach Fig. 13 bis 15 besteht darin, daß die inneren Schneidkanten 16a und 16b der V-förmigen Vertiefung über gekrümmte Kantenabschnitte in die äußeren Schneidkanten 15a bzw. 15b übergehen. Weiter ist zu sehen, daß die inneren Schneidkanten 16a und 16b und zugehörige Hinterschnitt- oder Freischnitt-Flächen 18a und 18b einen positiven Freischnittwinkel besitzen. Als weitere Eigenschaft ist festzustellen, daß bei dem Bohrer keine schneidfreie Zone und gleichzeitig kein verdünnter Abschnitt vorhanden ist. Durch die gekrümmten Abschnitte zwischen den

inneren Schneidkanten 16a und 16b und den äußeren Schneidkanten wird eine Beschädigung oder ein Verschleiß infolge Spannungskonzentration vermieden, die bei scharfkantigem Übergang auftreten würde. Der positive Freischnittwinkel bei den freischneidenden Flächen der inneren Schneidkanten der V-förmigen Vertiefung ergibt die folgende Wirkung: Bei den Ausführungen des erfindungsgemäßen Bohrers 10 nach Fig. 3 bis 11, bei den die hinterschnittenen Flächen der inneren Schneidkanten der V-förmigen Vertiefung negative Freischnittwinkel besitzen, wird das Werkstückmaterial gegen die hinterschnittenen Flächen so gedrängt, daß da eine Schubbelastung und ein Verschleiß oder eine Beschädigungsgefahr für die betroffenen und die benachbarten Abschnitte auftritt. Bei den positiven Freischnittwinkeln kann der Beitrag der hinterschnittenen Flächen der inneren Schneidkanten der V-förmigen Vertiefung zur Schubbelastung vermieden werden, so daß der Verschleiß verringert und die Beschädigungsgefahr ebenfalls verringert oder beseitigt wird. Da keine Verdünnung vorliegt, wird hier die sonst mögliche Verringerung der mechanischen Festigkeit infolge von Spannungskonzentration vermieden. Die Ausscheidung einer schneidfreien Zone bedeutet jedoch, daß die Breite der Bodenkante der V-förmigen Vertiefung theoretisch auf Null herabgesetzt wurde, so daß trotzdem eine Verringerung der mechanischen Festigkeit dieses Abschnittes unvermeidbar ist. Dementsprechend wird die Auslegung oder Beseitigung einer schneidfreien Zone bzw. ihre Größe so erfolgen, wie sich aus dem zu bearbeitenden Material, den Anforderungen und Bedingungen des Bohrvorganges, dem Material des Bohrers und den anderen Auslegungsbedingungen des Bohrers usw. ergibt.

Bei dem eben beschriebenen Ausführungsbeispiel nach Fig.13 bis 15 bestehen die Umfangs-Anlageflachen 27a und 27b aus den Sinterelementen 23a bzw. 23b und den Wolframkarbid-Elementen 24a bzw. 24b, die mit diesen durch Sintern verbunden sind. Jedoch können die Anlageflächen auch nur aus einem Sinterelement oder nur aus einem Wolframkarbidelement bestehen, was durch entsprechende Fertigung und Ausbildung der Elemente erreicht werden kann.

Es werden nun Fertigungsbeispiele der Erfindung beschrieben:

Beispiel 1

Ein Bohrer entsprechend der Ausführung nach Fig. 13 bis 15 wurde hergestellt mit folgenden Abmessungen und Winkeln am Bohrer:

Durchmesser D des Bohrers: 15 mm Höhe H¹ der Sinterelemente: 6 mm Höhe h des Sinterelementes: 3 mm Abstand L zwischen den entgegengesetzt liegenden Flächen der offenen Seite der V-förmigen Vertiefung, gemessen nach Linie A-A in Fig.14: 4 mm

Winkel θ der V-förmigen Vertiefung, gemessen in Richtung der Linie A-A in Fig. 14: 60°

Bohrerspitzen-Winkel Ct : 118°

Räumwinkel β (Auslaufwinkel der Wendelnut): 20° Freischnittwinkel γ der äußeren Schneidkante: Freischnittwinkel Öder inneren Schneidkante: Stärke T des Sinterelementes: 1 mm Stärke t des angesinterten Wolframkarbid-Elementes:

1 ,5 mm

Die benutzten Sinterelemente enthielten Bornitrid vom

Wurtzit-Typ mit einer Vickers-Härte von 3000 kg/mm und waren mit Silberlot in einen Bohrerkörper aus Wolframkarbid mit einer Länge von 155 mm und einer Nutenlänge von 55 mm eingelötet.

Als Werkstückmaterial wurde SKD 11 mit einer Rockwell-Härte HRC 61 benutzt und es wurden 20 Sackbohrungen mit Tiefen im Bereich von 18 bis 22 mm ausgebildet, wobei

_ -1

mit einer Drehgeschwindigkeit von 1500 min (entsprechend einer Umfangsgeschwindigkeit von 70,7 m/min) und einer Vorschubgeschwindigkeit von 0,06 mm pro Umdrehung gebohrt.

Nach dem Bohrvorgang war keine Beschädigung des Schneidkantenabschnittes des Bohrers festzustellen. Es war nur ein Verschleiß der freigeschnittenen Flächen der äußeren Schneidkanten in einer Breite von ca. 0,03 mm zu erkennen. Am Boden jedes Bohrloches blieb eine konische Er- · hebung mit einer Höhe von ca. 3 mm und einem Durchmesser von ca. 0,7 mm zurück.

Vergleichsbeispiel 1

Ein Bohrer mit der Form eines normalen Wendelbohrers nach Fig. 16 und 17 wurde unter Benutzung der gleichen Sinterelemente aus Bornitrid vom Wurtzit-Typ wie in Beispiel 1 hergestellt. Der Bohrerdurchmesser D, der Spitzenwinkeld , der Räumwinkel β , der Hinterschneidwinkel "Y und die Länge sowie die Nutenlänge des Bohrers waren die gleichen wie in Beispiel 1, jedoch war an der Spitze keine V-förmige Vertiefung ausgebildet. Die Sinterelemente bestanden jeweils aus einer Schichtung aus einem Sinterelement. · 23' mit einer Stärke T von 2 mm und zwei an den entgegengesetzten Seiten des Sinterelementes 23' angesinterten WoIframkarbidelementen 28a und 28b mit einer Stärke t von jeweils 1 mm. Die Sinterelemente wurden in eine im Spitzenbereich des Bohrers aus Wolframkarbid ausgebildete Nut eingesetzt und mit Silberlot 25a und 2 5b eingelötet. Die Höhe H' des Sinterelementes betrug 6,5 mm und die Höhe h des Randbereiches der Sinterelemente betrug 3 mm.

Der gleiche Bohrvorgang wie in Beispiel 1 wurde mit diesem Bohrer ausgeführt. Nach einer einzigen Bohrung wurden größere Ausbrüche an den Ecken 5a und 5b der Meißelkante 5 festgestellt, so daß ein weiteres Bohren nicht mehr möglich war.

3	mm	ο
90	ο	ο
118	O
25	O
10
25

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Beispiel 2

Ein Bohrer mit der Form nach Fig. 8 und 9 wurde hergestellt.

Dabei wurden folgende Abmessungen und Winkel eingehalten:

Bohrerdurchmesser D: 9 mm

Abstand L zwischen den entgegengesetzt liegenden Kanten der offenen Seite der V-förmigen

Vertiefung:

Winkel θ der V-förmigen Vertiefung: Spitzenwinkel CX :
Räumwinkel β :

Freischnittwinkel γ der äußeren Schneidkante: Freischnittwinkel δ an.der Spitze der inneren

Schneidkante:

Breite m der Bodenkante der V-förmigen Vertiefung: 0,6 mm Der Bohrer bestand aus Stahl der Sorte SKH-9, besaß eine Länge von 124 mm und eine Nutenlänge von 8,9 mm.

Es wurde als Werkstückmaterial Stahl der Sorte SS41 mit

2
einer Vickers-Härte von 148 kg/mm und einer Stärke von 13 mm verwendet, und der Bohrvorgang mit einer Drehgeschwindigkeit von 1780 min (entsprechend einer Umfangsgeschwindigkeit von 50,3 m/min) und einer Vorschubgeschwindigkeit von 0,1 mm pro Umdrehung ausgeführt. Die angegebene Umfangsgeschwindigkeit entspricht im 2 bis 2,5-fachen der empfohlenen Geschwindigkeit für einen Schnellschnittstahl (siehe Handbuch Mechanische Bearbeitung ppi7-124 der Japanischen Gesellschaft der Maschineningenieure, 1974). Nach Ausbildung von 20 Durchgangsbohrungen konnte keine Beschädigung der Schneidkanten festgestellt werden.

Vergleichsbeispiel 2

Der gleiche Bohrvorgang wie in Beispiel 2 wurde unter Benutzung eines normalen Wendelbohrers aus dem gleichen Material und mit den gleichen Abmessungen und Winkeln, wie in Beispiel 2 angegeben, ausgeführt. Nachdem die zweite Bohrung bis zu einer Tiefe von 8 min durchgeführt

wurde, wurde eine Erhöhung der Schublast beobachtet. Der Bohrer wurde angehalten und herausgezogen und die Schneidkanten untersucht. Die Ecken des Meißels waren verfärbt und splitterartig verformt. Es wird angenommen, daß diese Beschädigung durch die übermäßige Belastung des Meißels infolge des Bohrens mit überhöhter Umfangsgeschwindigkeit verursacht wurde.

Wie es vorstehend beschrieben wurde, ermöglicht das Einbringen einer V-förmigen Vertiefung mit inneren Schneidkanten in der Umgebung der Drehachse des Bohrers eine Herabsetzung der Schubbelastung, um außerordentlichen Verschleiß und Beschädigung zu vermeiden. Es ist so möglich, die nutzbare Lebensdauer eines Bohrwerkzeuges zu erhöhen und einen wirksameren Bohrvorgang zu erzielen.

Bei der vorhergehenden Beschreibung wurde auf ein Bohr- und Fräswerkzeug mit zwei äußeren Schneidkanten Bezug genommen. Bei einem Bohr- und Fräswerkzeug mit drei oder mehreren äußeren Schneidkanten kann so vorgegangen werden, daß V-fÖrmige Vertiefungen so in dem Spitzenabschnitt des Werkzeuges angebracht werden, daß sich die gleiche Anzahl von inneren Schneidkanten ergibt^ wie äußere Schneidkanten vorhanden sind, wobei jede innere Schneidkante jeweils in eine entsprechende äußere Schneidkante übergeht.

Claims

Patentansprüche

I.Jßohr- und Fräswerkzeug, dessen Spitzenabschnitt mit zwei oder mehr äußeren Schneidkanten versehen ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Spitzenabschnitt des Werkzeuges (10) mindestens zwei durch eine V-förmige Vertiefung (14) bestimmte innere Schneidkanten (16a,16b) besitzt, daß die V-förmige Vertiefung (14) eine an der Drehachse (1) des Werkzeugs (10) liegende Mitte (13) besitzt und sich in Vorschubrichtung für das Werkzeug öffnet, und daß die mindestens zwei durch die V-förmige Vertiefung (14) bestimmten inneren Schneidkanten (16a,16b) in die zwei oder mehr äußeren Schneidkanten (15a,15b) übergehen.

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2. Bohr- oder Fräswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Abstand (L) zwischen einander gegenüberliegenden Kanten der Öffnungsseite der V-förmigen Vertiefung (14) nicht kleiner als 0,2 mm und nicht größer als die Hälfte des Werkzeugdurchmessers ist, daß der Winkel (Θ) der V-förmigen Vertiefung nicht kleiner als 30° und nicht größer als 150° ist, und daß die Abmessungen einer durch die innere Kante (13) der V-förmigen Vertiefung (14) bestimmten schneidfreien Zone (17) geringer als der größere der beiden Werte: 1/5 des Außendurchmessers des Werkzeuges und 3 nun ist.
3. Bohr- oder Fräswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die durch die V-förmige Vertiefung (13) bestimmten mindestens zwei inneren Schneidkanten (16a,16b) in die zwei oder mehr äußeren Schneidkanten (15a,15b) an der Außenseite über gekrümmte Abschnitte (21 a',21b¹) übergehen und daß die gekrümmten Abschnitte bogenförmig oder annähernd bogenförmig sind.
4. Bohr- oder Fräswerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die durch die V-förmige Vertiefung (13) bestimmten mindestens zwei inneren Schneidkanten (16a,16b) in die zwei oder mehr äußeren Schneidkanten (15a,15b) an der Außenseite über gekrümmte Abschnitte (21a¹,21b¹) übergehen und daß die gekrümmten Abschnitte bogenförmig oder annähernd bogenförmig sind.
5. Bohr- oder Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die zwei oder mehr äußeren Schneidkanten (15a,15b) einen Krümmungsradius besitzen, der vom Umfang des Werkzeuges bis zur Drehachse (1) progressiv abnimmt.

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6. Bohr- oder Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die zwei oder mehr äußeren Schneidkanten (15a,15b) jeweils in der Nähe des Umfanges einen geraden Abschnitt besitzen und einen kreisbogenförmxgen oder annähernd kreisbogenförmxgen Abschnitt in der Nähe der Drehachse (1) des Werkzeuges.
7. Bohr- oder Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die eine schneidfreie Zone (17) bestimmende innere Kante (13) der V-förmigen Vertiefung (14) mit einem Winkel {φ) zu einer senkrecht auf der Drehachse (1) des Werkzeugs (10) stehenden Ebene (S) gelegt ist.
8. Bohr- oder Fräswerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die inneren und äußeren Schneidkanten (16a,16b;15a,15b) an Sinterelementen (23a,23b) ausgebildet sind, die Bornitrid hoher Dichte enthalten.
9. Bohr- oder Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die inneren und äußeren Schneidkanten (16a,16b; 15a,15b) an Sinterelementen (23a,23b) ausgebildet sind, die Diamant enthalten.
10. Bohr- oder Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die inneren und äußeren Schneidkanten (16a,16b; 15a,15b) an Sinterelementen (23a,23b) ausgebildet sind, die Bornitrid hoher Dichte und Diamant enthalten.