DE102018007711A1 - Manufacturing process for deep drilling tools - Google Patents
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Abstract
Vorgestellt wird ein Herstellungsverfahren für Tiefbohrwerkzeuge in drei Varianten: Aus einem einfachen zylindrischen Rohling(Hartmetall, Keramik oder Stoffe gleichwertiger Verschleissfestigkeit) mit bereits stirnseitig eingebrachten Sacklochbohrungen (siehe Figur 1), oder aus einem Rohling gleicher Dimension, in welchen bereits vor dem Fertigsintern die späteren Spanräume und Abführöffnungen eingefräst wurden (siehe Figur 3), oder aus einem von Anfang an additiv aufgebauten Rohling mit identischer Geometrie, wobei letzterer aus den diversen Schneidwerkstoffen selbst oder lediglich aus einem zäheren Kern für später aufzubringende, verschleissfeste und schneidfähige Beschichtungen oder Auftragungen bestehen kann. Im Gegensatz zum herkömmlichen Bearbeiten bzw. Schleifen von Bohrköpfen mit der üblichen einseitigen („fliegenden“) Einspannung ist es mit diesen Rohlingen möglich, die periphere Bearbeitung für gleich zwei Bohrköpfe in einer Einspannung zu tätigen. Durch die Orientierung an den Sacklochbohrungen (siehe Figur 2) ist ein späterer versatzloser Übergang vom Bohrkopf zum Bohrrohrinneren sichergestellt, und der Kopfdurchmesser und vor allem eine sehr gleichbleibende Konizität der Kopfführung können schneller und trotzdem genauer hergestellt werden, da beidseitig eingespannte Werkstücke dem Bearbeitungsdruck sehr viel weniger ausweichen. Mittels dieser Vorgehensweise ist es nun möglich, noch kleinere Durchmesserbereiche sicher zu bedienen, die bislang empfindlicheren und teureren Vollhartmetallwerkzeugen vorbehalten waren. Aber auch im bisher schon erreichten unteren Grenzbereich dürften so hergestellte Bohrwerkzeuge durchaus attraktiv sein. A manufacturing process for deep drilling tools is presented in three variants: from a simple cylindrical blank (hard metal, ceramic or materials of equivalent wear resistance) with blind holes already drilled on the end face (see Figure 1), or from a blank of the same dimension, in which the later ones are already sintered Chip spaces and discharge openings were milled (see Figure 3), or from an additively constructed blank with identical geometry from the beginning, whereby the latter can consist of the various cutting materials themselves or only of a tougher core for later wear-resistant and cutable coatings or applications. In contrast to the conventional machining or grinding of drilling heads with the usual one-sided ("flying") clamping, it is possible with these blanks to carry out the peripheral processing for two drilling heads in one clamping. The orientation at the blind holes (see Figure 2) ensures a later, seamless transition from the drill head to the inside of the drill pipe, and the head diameter and, above all, a very constant taper of the head guide can be produced faster and still more accurately, since workpieces clamped on both sides are very much able to withstand the machining pressure dodge less. Using this procedure, it is now possible to safely operate even smaller diameter ranges that were previously reserved for more sensitive and expensive solid carbide tools. But drilling tools manufactured in this way should also be quite attractive in the lower limit range that has already been reached.
Description
Technischer Bereich:Technical part:
Tiefbohrwerkzeuge werden vorzugsweise in aufgabenbezogenen Werkzeugmaschinen zum Einbringen von Bohrungen eingesetzt, deren Bohrtiefe überwiegend sehr viel grösser als der Bohrungsdurchmesser ist. Sie sind allgemein so gestaltet, dass ein permanenter Kühlmitteldurchfluss einen ununterbrochenen Austrag der Bohrspäne bewirkt, und somit ein mehrmaliges Ansetzen bzw. Entspänen entfallen kann. Tiefbohrwerkzeuge werden vor allem im metallischen, teilweise aber auch im nichtmetallischen Bereich eingesetzt.Deep drilling tools are preferably used in task-related machine tools for drilling holes, the drilling depth of which is predominantly much larger than the hole diameter. They are generally designed in such a way that a permanent coolant flow causes uninterrupted discharge of the drilling swarf, so that repeated application or expansion is not necessary. Deep drilling tools are mainly used in the metallic, but sometimes also in the non-metallic area.
Einschlägiger Stand der Technik:Relevant state of the art:
Tiefbohrwerkzeuge sind schon seit langem bekannt und werden primär jeweils nach den Bohrverfahren benannt, für die sie konzipiert wurden. Man unterscheidet zwischen dem ELB-Verfahren für Bohrungen im eher kleineren Durchmesserbereich, dem BTA-Verfahren für leistungsstärkere Bohr- und Aufbohroperationen und dem Ejektor-Verfahren für speziellen Spänerücktransport. Relevant für dieses Patent-Ersuchen ist das sogenannte BTA-Verfahren, bei welchem der Bohrkopf zwar mit einem runden Bohrrohr mit optimaler Verdrehsteifigkeit verbunden ist, gegenüber einem ELB-Werkzeug jedoch auch Nachteile aufweist, so z. B. hinsichtlich der aufwendigeren Fertigung und der geringeren Nachschleifbarkeit gerade bei kleinen Werkzeugdurchmessern, die den Einsatz von Wendeschneidplatten noch nicht erlauben. Schon länger wird versucht, das BTA-Verfahren mittels modifizierter Bohrköpfe (mit besserer Führungseigenschaft und öfters nachschleifbarer Kopfgeometrie) mehr in den bisherigen Anwendungsbereich der ELB-Technologie zu rücken.Deep drilling tools have been known for a long time and are primarily named after the drilling processes for which they were designed. A distinction is made between the ELB process for drilling in the rather smaller diameter range, the BTA process for more powerful drilling and drilling operations and the ejector process for special chip return. Relevant for this patent application is the so-called BTA method, in which the drill head is connected to a round drill pipe with optimal torsional rigidity, but also has disadvantages compared to an ELB tool. B. with regard to the more complex production and the less regrinding, especially with small tool diameters, which do not yet allow the use of indexable inserts. For some time now, attempts have been made to move the BTA process more into the previous field of application of the ELB technology by means of modified drilling heads (with better guiding properties and often regrindable head geometry).
Aufgabenstellung:Task:
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Verfahrensweg zu schaffen, der es einerseits erlaubt, auch für kleinere Bohrdurchmesser als bisher möglich Bohrwerkzeuge ausreichend präzise und wirtschaftlich herzustellen, zum anderen aber auch etwas grössere, bisher schon praktizierte Bohraufgaben mit bedienen kann, wobei sich die positiven Eigenschaften aus ELB- und BTA-Technologie ergänzen und nicht ausschliessen sollen.The invention is therefore based on the object to provide a method which, on the one hand, allows drilling tools to be produced with sufficient precision and economically, even for smaller drilling diameters than previously possible, but on the other hand can also use somewhat larger, previously practiced drilling tasks, the complement and not exclude positive properties from ELB and BTA technology.
Offenbarung der Erfindung:Disclosure of the Invention:
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 (Hauptanspruch) gelöst, wonach ein Herstellungsverfahren vorgestellt wird, welches die mechanischen Nachteile einer sogenannten „fliegenden Bearbeitung“ durch eine beidseitige Einspannung mit gleich doppelter Ausbringleistung ausgleicht, und zudem durch die neuartige Gestalt der Rohlinge in Sachen Bohrkopfführung und Nachschleifbarkeit klassischen ELB-Bohrköpfen kaum nachsteht.This object is achieved by the features of claim 1 (main claim), according to which a manufacturing process is presented which compensates for the mechanical disadvantages of so-called "flying machining" by double-sided clamping with twice the output, and also by the new shape of the blanks in terms of Drill head guidance and regrindability is hardly inferior to classic ELB drill heads.
Ausführungsbeispiele:Examples:
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1 zeigt im Prinzip den Ablauf von der Rohlings-Herstellung bis zur gemeinsamen Vorbearbeitung jeweils zweier Bohrköpfe, deren Mantelflächen schon vor der Trennung fertig geschliffen sind. Entsprechend der Bohraufgabe wird der Rohling (10 ) geometrisch ausgelegt und im noch vorgesinterten Zustand stirnseitig mit den späteren Rückführbohrungen versehen. Zu beachten ist dabei das Schwundmass beim Fertigsintern, denn der Durchmesser der Rückführbohrungen muss sich danach mit dem späteren Rohrinnendurchmesser decken. Der fertiggesinterte Rohling wird zwischen Spitzen aufgenommen und am Aussendurchmesser gleich auf das Nennmass geschliffen (11 ). In der Folge wird in derselben Einspannung links und rechts und entsprechend der späteren Bohrkopflänge die Mantelfläche gemäss tiefbohrspezifischen Erfahrungswerten leicht konisch verjüngt (12 ). Am verbleibenden zylindrischen Bereich (13 ) in einer Spannzange aufgenommen (14 ) werden nun am Werkstück nacheinander endseitig die Konen für die Verbindung mit dem Bohrrohr geschliffen (15 ). Diese Bearbeitung kann „fliegend“ erfolgen, da an diese Konen nicht dieselben Anforderungen gestellt werden wie an die spätere Bohrkopfführung, und durch die Erstbearbeitung zwischen Spitzen gibt es auch keinen nennenswerten Versatz zum Bohrrohrinneren. Danach wird das Werkstück im Mittenbereich getrennt, und man erhält die beiden eigentlichen Bohrkopfrohlinge (16 ).1 shows in principle the process from the blank production to the common pre-processing of two drill heads, the lateral surfaces of which have already been ground before the separation. According to the drilling task, the blank (10th ) geometrically designed and, in the pre-sintered state, provided with the later return holes on the front. Please note the shrinkage during final sintering, because the diameter of the return holes must then coincide with the later pipe inside diameter. The finished sintered blank is picked up between the tips and ground to the nominal size on the outside diameter (11 ). Subsequently, in the same clamping on the left and right and according to the later drill head length, the lateral surface is slightly tapered according to deep drilling-specific experience (12th ). On the remaining cylindrical area (13 ) recorded in a collet (14 ) the cones for the connection to the drill pipe are then ground on the end of the workpiece one after the other (15 ). This machining can be carried out "on the fly", since these cones do not have the same requirements as the later drill head guidance, and due to the first machining between tips there is no significant offset to the interior of the drill pipe. Then the workpiece is separated in the middle area, and you get the two actual drill head blanks (16 ). -
2 zeigt die möglichen Verbindungen zwischen Bohrkopf und Bohrrohr, wobei für noch nicht bekannte Bohrrohrlängen oder zur Vorratshaltung ein Zwischenadapter zu bevorzugen ist (20 -22 ). In einer Spannzange (am Rohraussendurchmesser) aufgenommen wird der Rohling (16 ) nun auf die gewünschte Länge eingekürzt und partiell bis auf die Hauptschnittebene und bis zum Durchbruch in die Innenbohrung abgeschliffen (23 -25 ). Ein schräger Anschliff ermöglicht es, für die später primär aussermittig ankommenden Späne einen grösseren Eintrittstrichter einzuarbeiten (26 -28) . Die Gesamtdarstellung des einsatzfähigen Tiefbohrwerkzeugs (29 ) dient lediglich zum Aufzeigen der gleichzeitigen Verbesserung in Sachen Kopfführung und Nachschleifbarkeit. Schneidengeometrie, Führungsfasen und Freischliffe zur Durchleitung des Kühlmittels sind längst Stand der Technik und somit nicht Teil dieses Patentantrags.2nd shows the possible connections between the drill head and the drill pipe, whereby an intermediate adapter is preferred for as yet unknown drill pipe lengths or for stockpiling (20th -22 ). The blank is taken up in a collet (on the outside diameter of the pipe) (16 ) now shortened to the desired length and partially ground down to the main cutting plane and until the opening in the inner bore (23 -25th ). A slanted cut makes it possible to incorporate a larger inlet funnel for the chips that will later primarily arrive off-center (26 -28) . The overall view of the operational deep drilling tool (29 ) only serves to show the simultaneous improvement in terms of head guidance and regrinding. Cutting geometry, guide chamfers and free grinding for the passage of the coolant have long been state of the art and are therefore not part of this patent application. -
3 zeigt einen modifizierten Rohling, wie er auch komplett „additiv“ aufgebaut werden könnte (30 ), sowie die Möglichkeit, diese Veränderungen auch mechanisch in den schon bekannten vorgesinterten Rohling (10 ) einzuarbeiten (31 -33 ). Die einzelnen Schleifoperationen sind identisch mit denen aus1 , auch hin bis zur Bereitstellung zweier identischer Bohrkopfrohlinge (36 ).3rd shows a modified blank, how it could be built completely "additively" (30th ), as well as the possibility of mechanically incorporating these changes into the already known pre-sintered blank (10th ) to incorporate (31 -33 ). The individual grinding operations are identical to those from1 , also up to the provision of two identical drill head blanks (36 ). -
4 zeigt, dass die weitere Handhabung ähnlich der in2 ist. Infolge der andersartigen Konturen des modifizierten Rohlings entfällt aber das Schleifen der Hauptschnittebene und das Aufweiten der Späneöffnung, was den Fertigungskosten nochmals entgegekommt. Auch hier wird das einsatzfähige Tiefbohrwerkzeug im Gesamten gezeigt (49 ), allerdings wiederum nur zur Verdeutlichung der Verbesserung in Sachen Kopfführung und Nachschleifbarkeit. Schneidengeometrie, Führungsfasen und Freischliffe zur Kühlmitteldurchleitung sind auch bei dieser Kopfform gleichermassen Stand der Technik und somit ebenfalls nicht Teil dieses Patentantrags.4th shows that the further handling similar to that in2nd is. As a result of the different contours of the modified blank, grinding of the main cutting plane and widening of the chip opening are omitted, which further reduces manufacturing costs. Here too, the operational deep drilling tool is shown in its entirety (49 ), but again only to clarify the improvement in terms of head guidance and regrinding. Cutting geometry, guide chamfers and free grinding for the passage of coolant are also state of the art in this head shape and are therefore also not part of this patent application.
Vorteile der Erfindung:Advantages of the invention:
Ein wesentlicher Vorteil liegt im Kostenbereich, da die notwendige Genauigkeit bei beidseitig eingespannten Werkstücken zwangsweise mit weniger Arbeitsschritten erreichbar ist, als bei einseitiger Einspannung (mit geringerer Biegesteifigkeit). Dass zudem die periphere Bearbeitung (Mantelflächen) stets für gleich zwei Bohrköpfe in derselben Einspannung möglich ist, erhöht die Wirtschaftlichkeit nochmals. Einfachere Bohrwerkzeuge (
Claims (4)
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DE102018007711.0A DE102018007711A1 (en) | 2018-09-29 | 2018-09-29 | Manufacturing process for deep drilling tools |
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Publications (1)
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DE102018007711A1 true DE102018007711A1 (en) | 2020-04-02 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113649606A (en) * | 2021-08-19 | 2021-11-16 | 沈阳飞机工业(集团)有限公司 | A kind of welding tool assembly and tool manufacturing method |
CN114770767A (en) * | 2022-05-24 | 2022-07-22 | 华侨大学 | Three-dimensional stone carving rough machining method |
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2018
- 2018-09-29 DE DE102018007711.0A patent/DE102018007711A1/en active Pending
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CN113649606A (en) * | 2021-08-19 | 2021-11-16 | 沈阳飞机工业(集团)有限公司 | A kind of welding tool assembly and tool manufacturing method |
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