DE60126278T2

DE60126278T2 - Bohrer

Info

Publication number: DE60126278T2
Application number: DE60126278T
Authority: DE
Inventors: Eero Nygard
Original assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Current assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Priority date: 2000-05-26
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2021-05-24
Also published as: US20030143043A1; EP1292418A1; SE0001969D0; JP2004500994A; EP1292418B1; AU2001260937A1; WO2001091960A1; SE516229C2; SE0001969L; KR20030007691A; CN1204990C; KR100767831B1; BR0111045B1; CN1446140A; BR0111045A; DE60126278D1; JP4819287B2; US6857832B2; ATE352389T1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bohrer zum Bearbeiten von Metall.
Technischer Hintergrund
Wenn man in Metall bohrt, wird die Bohrkrone einer großen Beanspruchung unterworfen. Der Bohrer wird oft schwer abgenutzt, wodurch die Genauigkeit bei der Herstellung von Löchern schnell beeinträchtigt wird. Eine Möglichkeit, das Problem zu lösen, war die Verwendung von harten Materialien für die Herstellung von Bohrkronen. Diese Art von Bohrern ist oft fest, zur gleichen Zeit aber spröde und läßt oft den Bohrer mit Spänen aus dem härteren Material überzogen werden, in welchem der Bohrer arbeitet. Dieses Überziehen mit Spänen bedeutet, daß der Unterschied zwischen der gewünschten und der erreichten Genauigkeit beim Bohrungsdurchmesser oft erheblich wird.
Ferner werden große Anforderungen an die Betriebsdauer des Bohrers und die Qualität des Ergebnisses gestellt, wenn man den Bohrer benutzt, insbesondere im Hinblick auf die gewerbliche Benutzung. EP 0,761,352 offenbart einen Bohrer, der mit einer gewissen Verringerung an Verbrauchsmaterial ausgestaltet ist und eine leichtere Bearbeitung von Metall einschließt. Dieses Dokument betrifft Bohrer aus walzengeschmiedetem Stahl, der für gewerbliche oder andere berufliche Benutzung nicht wirklich verwendbar ist, der aber entwickelt ist, um das Bedürfnis des niederen Marktanteils zu befriedigen. Jedoch zeigt EP 0,761,352 , daß ein gewisser Aufbau der Schneidkanten des Bohrers von der zentralen Spitze zu der Außenkante des Bohrers hin, in welcher Richtung den Schneidkanten des Bohrers eine Neigung nach oben gegeben ist, ein besseres Bohrloch erzeugt.
Auch DE 31 23 048 offenbart einen Bohrer mit Bohrkronen, die zur Mittelachse des Bohrers hin geneigt sind. Aufgrund dieser Gestaltung der Bohrkronen finden die Späne ihren Weg zur Mitte hin anstelle zum Umfang des Loches, und es wird eine bessere Genauigkeit im Hinblick auf den Durchmesser des Loches erreicht. Noch eine andere Patentbeschreibung DE 911 799 offenbart einen Bohrer, welcher das oben beschriebene Prinzip verwendet, um die Späne auf einem besseren Weg während des eigentlichen Bohrens zu entfernen und somit das Risiko zu reduzieren, daß der Bohrer mit Spänen überzogen bzw. beschichtet wird. Die Unterlagen der zwei zuletzt genannten Bohrer zeigen klar, daß sie für Materialien gedacht sind, wie zum Beispiel Holz, Kunststoff, Beton und Mörtel.
Für Metall und speziell gewerbliche Bearbeitung verschiedener Metalle sind vollständig andere Metalleigenschaften der Bohrer erforderlich, da sie auf der einen Seite oft strengeren Qualitätsnormen und Anforderungen genügen müssen und andererseits einem heftigeren Abrieb und größeren Kräften unterworfen sind als andere Arten von Bohrern. Beim Bohren in Metall werden auch die Bohrerspindel und ihre Lager einer großen Beanspruchung infolge großer radialer Kräfte unterworfen, wodurch es für die Bohrerspindel notwendig wird, gewartet zu werden oder sogar häufig ausgewechselt zu werden.
Das Problem des Erreichens einer hohen Qualität des bearbeiteten Materials, ohne gleichzeitig übermäßige Radialkräfte zu erhalten, welche die Betriebsdauer sowohl der Bohrer als auch der Spindeln verkürzt, bleibt somit zu lösen, wenn man Metall bohrt.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit die Schaffung eines Bohrers, der eine im Verhältnis zum bekannten Stand der Technik verbesserte Lösung für das Problem mit den Bohrspänen und ihrer negativen Wirkung auf die Herstellung von Löchern bietet, ohne gleichzeitig übermäßige Radialkräfte zu erhalten, wenn man in Metall bohrt. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Bohrer derjenigen Art gelöst, die eingangs dargelegt ist mit den Merkmalen, die aus Anspruch 1 ersichtlich sind. Bevorzugte Ausführungsformen des Bohrers ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Somit bezieht sich die Erfindung auf eine Bohrkrone zur Bearbeitung von Metall, welche eine zentrale Spitze hat, die in Schneidkanten führt, die sich zum Umfang hin erstrecken, und eine Mittellinie hat, wobei die Bohrkrone einen Schneidwinkel (α) von 1–20° zwischen der Normalrichtung der Bohrachse und einer Schneidkante hat, die somit zur Mittellinie (A) hin geneigt ist, und daß die zentrale Spitze einen Winkel (η) einer spitzen Rippe von 90 ± 2° und eine Basis bildet, welche bis zu 23–45% oder vorzugsweise 30–40% und am meisten bevorzugt etwa ein Drittel des gesamten Durchmessers der Bohrkrone einnimmt.
Das oben beschriebene Verhältnis zwischen der Erstreckung der Basis der Bohrkrone und dem Durchmesser der Bohrkrone sowie die Neigung der Schneidkanten zu der Mitte des Bohrers hin bedeutet, daß die Radialkräfte verringert sind und gleichzeitig ein Überziehen des Bohrers mit Spänen vermieden ist. Mit einem Winkel einer spitzen Rippe von 90° wird eine scharf markierte spitze Rippe erhalten, welche die zentrale Spitze und eine Spanfläche aufweist. Der Winkel einer spitzen Rippe wird als der Winkel zwischen einer Linie in der Normalrichtung der Bohrerachse und der spitzen Rippe definiert, welche die Seite der zentralen Spitze aufweist, und wird hier mit (η) bezeichnet. Da die Bohrkrone vorzugsweise doppelschneidend gemacht ist, gibt es genug Raum, um die Späne zu entfernen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die Bohrkrone einen Spitzenwinkel (β) von 90 ± 10°. Der Spitzenwinkel ist hier als der Winkel zwischen zwei Linien definiert, die jeweils eine imaginäre Verlängerung der Zentralspitzenseite bilden, und dieser Spitzenwinkel wird hier mit (β) bezeichnet. In diesem Winkelbereich für den Spitzenwinkel hat der Bohrer die optimale Leistung für die Metallbearbeitung. Metalle, für deren Bearbeitung die Bohrkrone bevorzugt vorgesehen ist, sind Messing, Kupfer und Leichtmetalle, wie zum Beispiel Aluminium.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die Bohrkrone einen Schneidwinkel (α) von 10 ± 3° zwischen der Normalrichtung der Bohrerachse und einer Schneidkante, die somit zu der Mittellinie (A) hin geneigt ist und diesen Winkel durchgehend bis zum Umfang der Bohrerkrone beibehält.
Diese Gestaltung der Schneidkanten und der oben definierten Form und Ausdehnung des Spitzenwinkels bedeutet, daß die zentrale Spitze das Material zuerst erreicht. Somit werden Vibrationen und Bewegungen der Spindel stabilisiert, bevor die Schneidkanten mit der Bearbeitung des Materials beginnen. Der Abstand zwischen der Zentralspitze und den Kantenenden sollte nicht zu lang sein, insbesondere wenn die Bohrkrone für dünnere Metallbleche verwendet werden soll. Die zentrale Spitze drückt dann das Metallblech nieder und deformiert es, bevor die Schneidkanten mit dem Metallblech in Eingriff kommen, und kann sogar verursachen, daß das Metallblech aufgespaltet wird. Der Winkel der Schneidkanten darf nicht zu steil sein, denn dies würde die Betriebsdauer der Schneidkanten verkürzen.
Gemäß der Idee der Erfindung haben die Schneidkanten der Bohrkrone eine Spanfläche bei einer spitzen Rippe, die an dem äußeren Umfang der Bohrkrone mindestens 0,7 mm beträgt. Da die Kante gerade statt spitz zulaufend ist, wird die Genauigkeit des Bohrens über längere Zeit beibehalten, wodurch die Betriebsdauer des Bohrers erhöht wird. Die Ausdehnung der spitzen Rippe kann selbstverständlich im Hinblick auf das Maß des Bohrers verändert werden. Die Erstreckung der spitzen Rippe wird auch durch den oben erwähnten Winkel einer spitzen Rippe bestimmt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die Bohrkrone eine Schneidkante mit einem primären Freiwinkel von 10 ± 3° bezüglich der Normalrichtung der Bohrerachse. Dieser primäre Freiwinkel wird hier mit (φ) bezeichnet. Wenn der Primärwinkel des Freiraums bzw. primäre Freiwinkel größer als die oben angegebene Obergrenze ist, wird die Wärmeerzeugung während der Bearbeitung sehr hoch. Ein kleinerer Winkel als die oben angegebene Grenze ist im Hinblick auf die Bearbeitung speziell der oben erwähnten Metalle ungeeignet. Am meisten bevorzugt sollte der primäre Freiwinkel 10–12° sein.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Bohrkrone hat die Schneidkante einen sekundären Freiwinkel von 25 ± 5° bezüglich der Normalrichtung der Bohrerachse. Dieser sekundä re Freiwinkel wird hier mit (θ) bezeichnet. Wegen des zweiteiligen Freiraumes, der oben beschrieben ist, erhält der Bohrer einen kontinuierlicheren Übergang von den Schneidkanten nach unten zu den schraubenförmigen Führungskanten hin. Durch diese Ausgestaltung wird ein Raum für das Entfernen von Spänen und anderen Restprodukten vorgesehen. Durch die Möglichkeit eines schnellen und wirksamen Entfernens der Späne wird das Risiko örtlicher Fehlstellen und einer hohen Reibwärme reduziert.
Beide oben erwähnten Freiwinkel haben eine abnehmende Neigung in Richtung entgegen der Drehrichtung des Bohrers. Der Freiraum kann zum Beispiel durch Schneiden der Hülloberfläche des Konus in Facetten oder durch Schleifen dieser Oberfläche geschaffen werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Bohrkrone ist diese aus Hartmetall hergestellt. Die Bohrkrone weist bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform einen Diamantabschnitt auf. Auch andere Materialien mit Materialeigenschaften, die gut genug sind, können für die Herstellung von Bohrkronen der oben erwähnten Gestaltung verwendet werden. Eine Bohrkrone, die eines oder mehrere der oben erwähnten Merkmale hat, ist vorzugsweise in einem Spiralbohrer eingeschlossen. Der Steigungswinkel beträgt vorzugsweise 0–30°, die Erfindung ist aber nicht auf einen speziellen Steigungswinkel beschränkt. Im Rahmen der Erfindung im Hinblick auf einen Bohrer oder ein Bohrkrone der oben erwähnten Art können die oben beschriebenen Merkmale selbstverständlich auch frei kombiniert werden oder als separate Ausführungsformen gegeben sein.
Derzeit gibt es eine Vielzahl von Bohrerarten, welche Mittel für eine Innenkühlung haben. Der oben beschriebene Bohrer ist diesbezüglich keine Ausnahme, kann aber ohne Schwierigkeiten mit Mitteln für eine Innenkühlung versehen werden. Es gibt zum Beispiel Lösungen, bei denen ein Kühlmittel in eine Leitung gelangt, die innen in dem Bohrer angeordnet ist. Diese Lösung kann für diesen Bohrer auch verwendet werden, wenn bei der Produktion solche Forderungen gestellt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen.
Nachfolgend wird die Erfindung in größerer Einzelheit anhand eines Beispieles und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, bei welchen
1 eine Seitenansicht der Bohrkrone ist,
2 eine Seitenansicht der um 90° gedrehten Bohrkrone ist und
3 eine Vorderansicht der Bohrkrone ist.
Beschreibung einer Ausführungsform
1 ist eine Seitenansicht einer Bohrkrone 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Bohrkrone 1 ist hauptsächlich für die Bearbeitung von Messung, Kupfer und Leichtmetallen gedacht, wie zum Beispiel Aluminium. Auch Legierungen mit Leichtmetall werden als Leichtmetalle betrachtet. Die Bohrkrone ist in vorteilhafter Weise bei einem Bohrer eingeschlossen, der aus einem Stück aus Hartmetall oder einem ähnlichen Material hergestellt ist. Der Bohrer ist in zweckmäßiger Weise geschliffen, um seine richtige Form zu erreichen.
In der Figur ist die zentrale Spitze 2 von der Seite gezeigt und hat einen Winkel (η) einer spitzen Rippe von im wesentlichen 90°. Der Winkel (η) einer spitzen Rippe ist als der Winkel zwischen einer Linie in der normalen Richtung B der Bohrerachse und dem Schärfen 7 definiert, welches die zentrale Spitze 2 und die Spanfläche 6 aufweist.
Ferner wird die Neigung des primären (φ) und des sekundären (θ) Freiwinkels aus dieser Figur deutlich. Der primäre Freiwinkel erstreckt sich abfallend nach unten in einer Richtung entgegen der Drehrichtung des Bohrers unter einem Winkel von vorzugsweise 10–12°. Der sekundäre Freiwinkel, welcher hier direkt dem primären Winkel folgt, hat einen größeren Freiwinkel und beträgt vorzugsweise etwa 25°. Diese Winkel sind nur als Beispiele der bevorzugten Ausführungsform angegeben und sollten nicht als die Erfindung beschränkend betrachtet werden. Um den oben beschriebenen Freiwinkel zu erhalten, kann die Hülloberfläche des Konus der Bohrerkrone geschliffen bzw. gewalzt sein, oder die Bohrerkrone kann in Facetten geschnitten sein.
Beide diese Winkel werden von einer Normallinie B zu der Mittelachse und in der entgegengesetzten Richtung relativ zur Vortriebsrichtung des Bohrers definiert. Die Definition ergibt sich aus 1.
2 zeigt die Bohrkrone 1 von derjenigen Seite, die um ihre Achse (A) um 90° gedreht ist. Die zentrale Spitze 2 hat hier ihre verjüngende Seite mit einem Spitzenwinkel (β) von im wesentlichen 90°. Die Schneidkanten 3, die auch einen Winkel einer spitzen Rippe von 90° haben, zeigen in der Figur eine Erstreckung, die zu der Mittellinie hin geneigt ist. Dieser Winkel, der den Winkel der Schneikanten definiert und auch Schneidwinkel (α) bezeichnet wird, beträgt bei einer bevorzugten Ausführungsform im wesentlichen 10°. Die Spanfläche 6 erstreckt sich im wesentlichen eben entlang der Schneidkante 3. Die im wesentlichen ebene Spanfläche hat eine Erstreckung in der Vortriebsrichtung des Bohrers von etwa 1 mm durchgehend hinaus zum Umfang des Bohrers, selbstverständlich hängt die Erstreckung aber auch von dem Bohrermaß ab.
Bei dieser Ausführungsform bildet die Bohrkrone einen Teil eines Spiralbohrers. Der Steigungswinkel der Führungskanten 8 bildet bei einer bevorzugten Ausführungsform einen Winkel von 25–30° relativ zur Erstreckungsrichtung der Bohrerachse.
3 zeigt die Vorderseite der Bohrkrone, wobei sich das Verhältnis zwischen der Basis der zentralen Spitze 2 und dem Gesamtdurchmesser der Bohrkrone deutlich ergibt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt dieses Verhältnis der Erstreckung bzw. Verlängerung der Basis der zentralen Spitze zu dem Gesamtdurchmesser der Bohrkrone etwa ein Drittel.

Claims

Bohrerkrone (1) zur Bearbeitung von Metall, welche eine zentrale Spitze (2) hat, die in Schneidkanten (3) führt, die sich zum Umfang hin erstrecken, und eine Mittellinie (A) hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrerkrone (1) einen Schneidwinkel (α) von 1–20° zwischen der Normalrichtung der Bohrachse und einer Schneidkante (3) hat, die somit zur Mittellinie (A) hin geneigt ist, und daß die zentrale Spitze (2) einen Winkel (n) einer spitzen Rippe von 90 ± 2° und eine Basis bildet, welche bis zu 23–45% oder vorzugsweise 30–40% und am meisten bevorzugt etwa ein Drittel des gesamten Durchmessers der Bohrerkrone (1) einnimmt, wobei die zentrale Spitze einen Spitzenwinkel (β) von 90 ± 10° hat.
Bohrerkrone (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Winkel (η) einer spitzen Rippe bezüglich der Normalrichtung (B) der Bohrerachse eine spitze Rippe (7) bestimmt, welche eine zentrale Spitze (2) und eine Spanfläche (6) aufweist.
Bohrerkrone (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Schneidwinkel (α) von 10 ± 3° zwischen der Normalrichtung (B) der Bohrerachse und einer Schneidkante (3), welche somit zu der Mittellinie (A) hin geneigt ist und diesen Winkel durchgehend bis zum Umfang der Bohrerkrone (1) beibehält.
Bohrerkrone (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schneidkante (3) eine spitze Rippe (7) hat, die an dem äußeren Umfang der Bohrerkrone mindestens 0,7 mm beträgt.
Bohrerkrone (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Schneidkante (3) mit einem primären Freiwinkel (φ) von 10 ± 3°.
Bohrerkrone (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Schneidkante (3) mit einem sekundären Freiwinkel (θ) von 25 ± 5°.
Bohrerkrone (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher aus Hartmetall hergestellt ist.
Bohrerkrone (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Diamant-Abschnitt.
Bohrerkrone (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die in einem Spiralbohrer eingeschlossen ist.
Bohrerkrone (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit Mitteln für eine Innenkühlung.
Bohrerkrone (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Steigungswinkel für die Führungskanten (8), der bezüglich der Erstreckungsrichtung der Mittellinie (A) 0–30° beträgt.
Bohrer mit einer Bohrerkrone (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.