DE19710997A1 - Bohrwerkzeug und Schneideinsätze für Bohrungen in Vollmaterial und zum Aufbohren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug zum Bohren in Vollmaterial oder zum Aufbohren mit einem Schaft mit Ausnehmungen für mindestens zwei auswechselbaren Schneideinsätzen von denen zwei Schneidkanten bis zum Außendurchmesser an der Stirnseite des Schaftes reichen und mit zwei Schneidecken die die Bohrungszylinder­ wand erzeugen, wobei der eine Schneideinsatz eine längere Schneidkante an der Stirnseite als der andere um etwa 180° versetzt angeordnete Schneideinsatz aufweist und eine Schneidkante deren Schneidecke bis zur Mitte des Bohrerzentrums oder darüberhinaus reicht.

Weiterhin betrifft die Erfindung Schneideinsätze mit rechteckiger Form und deren Einsatzart.

Bohrwerkzeuge mit wechselbaren Schneideinsätzen wie in der WO 9302824 A1 beschrieben, arbeiten so, daß an dem Außendurchmesser der Bohrung nur eine Schneidecke zum Einsatz kommt und auch nur eine Schneide den inneren Teil der Bohrung erzeugt. Bei dieser Gattung von Bohrwerkzeugen handelt es sich um einschneidige Bohrer. Im Gegensatz hierzu bohrt das vorgeschlagene Bohrwerkzeug am äußeren Bohrdurchmesser und in dem Zentrum mit zwei Schneiden.

In der EU 0 625 395 A1 ist ein Bohrwerkzeug mit einem Bohrmesser dargestellt. Das Bohrmesser ist einteilig und hat von der Zentrumsspitze ausgehend zwei Schneidkanten, die beide bis zu dem Bohreraußendurchmesser reichen. Nachteilig hierbei ist, daß für jeden unterschiedlichen Bohrdurchmesser ein separates Bohrmesser erforderlich ist.

Die DE 37 33 298 beinhaltet ein Mehrzweckwerkzeug, bei dem mindestens zwei Schneidplatten vorgesehen sind. Eine Schneide steht radial am Werkzeug vor, so daß die Schneide zum Drehen eingesetzt werden kann. Diese Schneide kann an der Stirn bis zum Zentrum des Werkzeugschaftes reichen, so daß sie auch zum Bohren und Planfräsen einsetzbar ist. Die andere Schneide ist am Umfang des Werkzeuges angeordnet und dadurch zum Eckfräsen geeignet.

Die DE 44 16 040 A1 zeigt ein zweischneidiges Bohrwerkzeug mit zwei um 180° in Umfangsrichtung versetzten Schneiden bei dem die beiden Schneidkanten vom Bohrungsdurchmesser bis zur Werkzeugmitte arbeiten und sich maximal geringfügig darüber hinaus erstrecken. Diese Schneidenanordnung bedingt, daß nur ein sehr eingeengter Bohrdurchmesser-Anwendungsbereich pro Schneideinsatzgröße realisierbar ist.

Die DE 22 36 100 weist ein Bohrwerkzeug aus, bei dem der Bohrerschaft mit einer oder mehreren Schneidplatten bestückt ist und zentral in dem Schaft eine spitzbohrerartige flache Zentrumsschneide mit flachem Schaft oder eine mit rundem Schaft angeordnet ist. Auch bei diesem Werkzeug muß für unterschiedliche Bohrdurchmesser die Schneidplattengröße oder und die spitzbohrerartige Zentrumsschneide unterschiedlich groß sein, da beide Schneidplatten gleiche Schneidkantenlängen aufweisen und vom äußeren Durchmesser des spitzbohrartigen Zentrumsschneide bis zum Bohrdurchmesser reicht. Nachteilig bei diesem Werkzeugtyp ist, daß sich die Späne im engen Bereich des Überganges zwischen Zentrumsschneide und Schneidplatte festsetzen können, was dann den Bohrvorgang erheblich beeinträchtigt.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein mehrschneidiges Bohrwerkzeug mit wechselbaren Schneideinsätzen zu schaffen, bei dem die Schneideinsätze durch unterschiedliche Anordnung im Schaft auch unterschiedliche Bohrdurchmesser erzeugen können.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Schneideinsätze mit unterschiedlich langen Schneidkanten zum Einsatz kommen, wobei eine Schneidkante bis zur Mitte des Bohrzentrums oder darüberhinaus reicht.

Erfindungsgemäß wird die Stirnfläche der Bohrung im großen Durchmesserteilbereich bis zum Bohrlochdurchmesser mit zwei Schneideinsätzen durchgeführt, die unterschiedlich lange Schneidkanten aufweisen. Beide äußeren Schneidecken der beiden Schneideinsätze arbeiten auf dem gleichen Durchmesser, nämlich dem Bohrlochdurchmesser.

Der innere Teil der Bohrung wird mit einer Schneidkante gefertigt, deren Schneide auf Mitte oder geringfügig unter Zerspanungsmitte liegt und deren innenliegende Nebenschneide mindestens bis zur Bohrungsmitte oder geringfügig darüber hinaus reicht. Dieser Schneidkantenteil kann die innenliegende Schneidecke des Schneideinsatzes sein, der mit der längeren Schneidkante arbeitet. Es können aber auch nahe in der Bohrwerkzeugmitte separate Schneideinsätze zum Einsatz kommen, deren nach außen gerichtete Schneidkante nicht bis zum Bohrungsdurchmesser reicht. Diese wechselbaren innenarbeitenden Schneideinsätze können tangential also stirnseitig in einer Aussparung im Schaft befestigt sein aber auch axial in einer Schaftaussparung. Da der innenliegende Schneidkantenbereich mindestens bis zur Bohrungsmitte und darüber hinaus reicht, muß ein darüberhinaus stehender Schneidkantenteil so zurückgesetzt sein, daß er in dem gefertigten Bohrungsgrund nicht drückt. Erfindungsgemäß kann dieses dadurch erreicht werden, daß das Bohrungszentrum sich im Schneidkanteneckenradienbereich befindet oder daß der innere Schneidkantenteil zur Bohrungsmitte hin und darüberhinausreichend axial weiter zurücksteht.

Zum Einsatz können beispielsweise bekannte dreieckige-, quadratische-, rombische- oder sechseckige Schneideinsätze kommen, die aber unterschiedlich sein müssen, da die Kantenlängen unterschiedlich lang sind.

Ein Vorteil der vorbeschriebenen Schneideinsatz-Anordnung ist, daß das Aufbohren von Bohrungen relativ querkraftfrei möglich ist, und bei einem Vorbohr-Aus­ gangsdurchmesser, der größer ist als der Durchmesser, den die kurze Schneidkante des am Bohrlochdurchmesser arbeitenden Schneideinsatzes abdeckt, völlig querkraftfrei erfolgt.

Die Schneideinsätze weisen Spanflächen mit den bekannten Spanformrillen und/oder Spanformelementen auf, um möglichst Kurzspanbildung auch beim Bearbeiten unterschiedlicher Werkstoffe und mit unterschiedlichen Technologiedaten zu erreichen.

Werden die Schneideinsätze erfindungsgemäß in rechteckiger Form ausgeführt, wird nur eine Schneideinsatzform benötigt. Sie weist zwei kurze Schneidkanten und zwei lange Schneidkanten auf. Es können dann auch drei oder mehr Schneideinsätze eingesetzt werden. Beim Einsatz von drei Schneideinsätzen bohren dann zwei mit den kurzen Schneidkanten, wobei der innen arbeitende Schneideinsatz mit der inneren Schneidecke bis zum Bohrungszentrum oder darüber hinaus reicht und die außen liegenden Schneidecken des außen arbeitenden Schneideinsatzes auf dem Bohrlochdurchmesser liegt. Die lange Schneidkante wird um etwa 180° zu den beiden Schneideinsätzen, die mit den kurzen Schneidkanten arbeiten, im Schaft des Bohrwerkzeuges angeordnet, und zwar so, daß die außenliegende Schneidecke auch auf dem Bohrerradius arbeitet. Die innenliegende Schneidecke der langen Schneidkante des Schneideinsatzes muß den gleichen oder kleineren Radius abdecken als die äußere Schneidecke des bis zur Bohrermitte arbeitenden Schneideinsatzes.

Die Schneidkanten der Schneideinsätze werden unter einem Winkel α von 0,5° bis 20° zur Bohrwerkzeugmitte angeordnet, so daß die auf dem kleineren Radius arbeitenden Schneidenteile axial vorlaufen. Durch diesen Bohrkegel ergibt sich auch eine zentrierende Wirkung des Bohrwerkzeuges und vorteilhafterweise ist der Bohrer somit auch zum Paketbohren, d. h. zum Bohren in aufeinandergespannten Platten geeignet. Soll eine besonders glatte Bohrungsoberfläche gefertigt werden, werden die Schneideinsätze mit den außen liegenden Nebenschneiden nicht oder nur mit einem kleinen Winkel gegenüber der Bohrungswand eingekippt. Um eine bessere zentrierende Wirkung des Bohrens durch den Bohrprozeß zu erzielen, erhalten die Schneideinsätze einen größeren Winkel gegenüber der Senkrechten zur Bohrung. Dieser Winkel kann 20°, im Einzelfall mehr betragen, wobei sich für die allgemeine Bohrbearbeitung ein gutes Bohrergebnis für diesen Werkzeugtyp im Bereich von 2 bis 6° ergibt. Es können aber auch quadratische Schneideinsätze in unterschiedlichen Größen oder drei, fünf oder sechseckige Schneideinsätze zum Einsatz kommen.

In der Regel weisen die Schneideinsätze Bohrungen auf, in die eine Spannschraube zum Festklemmen des Schneideinsatzes eingreift. Diese Bohrungen schwächen den Schneideinsatz vor allem in den kleineren Abmessungsbereichen, so daß Bruchgefahr besteht. Außerdem können die Spannschrauben nicht zu klein ausgeführt werden, da sie dann nicht mehr handbar und greifbar sind.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, die Schneideinsätze für kleinere Bohrdurchmesserbereiche anstelle einer Spannbohrung eine muldenförmige oder anders ausgebildete Vertiefung vorzusehen, in die eine entsprechend ausgebildete Nase an einem Klemmfinger eingreift. Beim Spannen des Klemmfingers mit der Spannschraube wird der Schneideinsatz auf die Auflagefläche und an die beiden Seitenanlagen im Schaft gedrückt. Erreicht wird dies beispielsweise durch die versetzte Lage der Spannbohrung im Klemmfinger zu der Gewindebohrung im Schaft.

Die innere Kühlmittelzufuhr durch den Schaft dient zur Kühlung und Schmierung beim Bohrprozeß und zur Abfuhr der Späne. Vorgesehen ist eine zentrale Kühlmittelbohrung. Auf der Bohrseite des Schaftes erfährt diese Bohrung eine Öffnung zum Austritt des Kühlmittels vor dem Schaftende.

Zusätzlich kann eine oder mehrere Stirn-Kühlmittelbohrungen so schräg angeordnet werden, daß zusätzliches Kühlmittel an die Wirkstelle des Schneideinsatzes gelangt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 Stirnansicht des erfindungsgemäßen Bohrwerkzeuges.

Fig. 2 Draufsicht nach Fig. 1.

Fig. 3 Stirnansicht einer weiteren Ausführung des Bohrwerkzeuges.

Fig. 4 Draufsicht nach Fig. 3.

Fig. 5 Draufsicht einer weiteren Ausführung des Bohrwerkzeuges mit gleichen Schneideinsätzen, die mit Klemmfingern gespannt sind.

Fig. 6 Seitenansicht nach Fig. 5.

Fig. 7 und 8. Draufsichten weiterer Ausführungen des Bohrwerkzeuges.

Fig. 9 Ansicht eines erfindungsgemäßen Bohrwerkzeuges.

Die Stirnansicht Fig. 1 des Bohrwerkzeuges zeigt, daß der Schaft (1) am äußeren Durchmesser um etwa 180° versetzt zwei Schneideinsätze (2) trägt und in der Mitte einen tangential angeordneten quadratischen Schneideinsatz (3), dessen im Einsatz befindliche Schneidkante mit der inneren Ecke auf Zentrumsmitte liegt. Die Kühlmittelbohrung (23) ist zentrisch angeordnet und führt das Kühlschmiermittel daher auch vorteilhafterweise vom Zentrum her an die Schneidstellen. Zusätzlich können ein oder mehrere Stirn-Kühlmittelbohrungen (25) zur Erhöhung der Kühlmittelzuführung vorgesehen werden.

Fig. 2 stellt die Draufsicht zu Fig. 1 dar und zeigt, daß die rechteckigen Schneideinsätze (2) mit jeweils zwei langen Schneidkanten (2') und kurzen Schneidkanten (2'') ausgeführt sind, die nach Verschleiß nacheinander durch Wenden und Wechseln zum Einsatz kommen. Diese rechteckige Ausführung der Schneideinsätze (2) ist besonders vorteilhaft, da alle vier Schneidecken (24) und alle vier Schneidkanten (2') und (2'') zum Einsatz kommen. Die Schneidkanten sind unter dem Winkel αa angeordnet, so daß beim Anbohren erst der innere Teil der Schneidkante des Schneideinsatzes (3) zum Einsatz kommt und die beiden Schneidecken, die die Bohrungswand erzeugen, zuletzt.

Der innen liegende Schneideinsatz (3) arbeitet mit der äußeren Schneidecke bis zum Durchmesser daz und ist axial um den Betrag r zur Schneidkante (2') des Schneideinsatzes (2) zurückgesetzt, damit die angrenzende Nebenschneide des Schneideinsatzes (3) keine oder nur unwesentliche Schneidaufgaben übernehmen muß. Der Betrag für r liegt in der Größe des Vorschubes fz.

Der Schneideinsatz (2), der mit der langen Schneidkante (2') arbeitet von dem Durchmesser di2' bis zum Bohrlochdurchmesser D. Der Bereich der Schneidkante (6) des Zentrumsschneideinsatzes (3), in dem keine Überdeckung vorhanden ist und zwar vom Bohrerzentrum bis di2', bohrt mit der doppelten Vorschubgröße von fz (2xfz). Ebenso bohrt der Teil der langen Schneidkante (2') des Schneideinsatzes (2) in dem Durchmesserbereich daz bis di2'' mit dem doppelten Vorschubwert 2xfz. Mit der Spannschraube (8) wird der Schneideinsatz (2) in der Aussparung des Schaftes (1) gespannt.

Der Verschleiß an den Schneidkanten ist unterschiedlich groß. Am größten bildet er sich in den Eckenradienbereich aus, insbesondere an den Eckenradien, die den Bohrlochdurchmesser D erzeugen. Die erfindungsgemäße Anordnung von den Schneideinsätzen mit Überdeckungsbereichen und der Anordnung von zwei Schneidecken an den Bohrlochdurchmessern D gewährleistet eine optimal ausgewogene Gesamtstandzeit aller Schneideinsätze.

Fig. 3 zeigt die Stirnansicht einer weiteren Ausführung des Bohrwerkzeuges.

Fig. 4 zeigt die zugehörige Draufsicht von Fig. 3. Hier kommen nur zwei Schneideinsätze (2) zum Einsatz und zwar eine mit der langen Schneidkante (2') und die andere mit der kurzen Schneidkante (2''). Die außen liegenden Schneidecken beider Schneidkanten arbeiten auf den Bohrlochdurchmesser.

Die innere arbeitende Schneidecke der langen Schneidkante (2') ragt mit dem Eckenradius bis über die Bohrermitte hinaus. Mit dieser Schneidenanordnung des Bohrwerkzeuges kann mit einer Schneideinsatzgröße nur ein Bohrlochdurchmesser gefertigt werden. Bei ausgewogenem Längenverhältnis zwischen der kurzen (2'') und langen (2') Schneidkante des Schneideinsatzes von etwa 1 zu 1,5 bis zu 1 zu 2,2 kann der nächst größere Bohrlochdurchmesser mit einem Bohrwerkzeug gefertigt werden, bei dem im Schaft drei Schneideinsätze oder mehr gleicher Größe angeordnet sind. Damit ist es möglich, mit einer Schneideinsatzgröße ein Maximum an im Durchmesser unterschiedliche Bohrwerkzeuge zu schaffen.

Fig. 5 zeigt in der Draufsicht auf das Schaftende die Anordnung von zwei längs und einem quer angeordneten Schneideinsatz. Die Schneideinsätze (2) sind nicht wie in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellt, mit Klemmschrauben (8), sondern mit Klemmfingern (9) geklemmt. Dieses kann bei besonders kleinen Schneideinsätzen (12) vorteilhaft sein, aber auch beim Vollbohren in gehärteten Materialien, bei denen die Schneideinsätze aus hochharten Schneidstoffen, wie Schneidkeramik, bestehen.

Fig. 6 zeigt den Schneideinsatz (12) und Klemmfinger (9) in der Seitenansicht von Fig. 5. Mit dem Klemmfinger (9) wird der Schneideinsatz (12) so in den Plattensitz gedrückt, daß er an der Auflagefläche (15) und an den beiden Seitenanlagen (16 und 17) anliegt. Hierzu ist die Klemmschraube (8) so angeordnet, daß sie beim Anziehen auf den Klemmfinger (9) nicht nur eine Axialkraft sondern auch eine horizontale Kraftkomponente F ausübt welche beispielsweise mit Hilfe der Radialanlage (10) den Schneideinsatz über die Nase im Klemmfinger in den drei notwendigen Kraftrichtungen spannt. Bei entsprechender Ausgestaltung der Klemmpratze sind auch zwei Schneideinsätze spannbar.

Fig. 7 zeigt die Draufsicht eines Schaftes bei dem anstelle der rechteckigen Schneideinsätze quadratische Schneideinsätze eingesetzt sind. Durch die unterschiedlichen Schneideinsatzgrößen (19) und (20) wird die erfinderische Überdeckung zwischen den Schneideinsätzen erreicht.

In Fig. 8 ist in der Schaft-Draufsicht ein Schneideinsatz dargestellt, der an jeder langen Schneidkante (2') mehrere Spanunterbrecher (21) aufweist. Hierdurch entstehen an der Schneidkante mehrere ungleiche und schmalere Späne gegenüber dem relativ breiteren Span, wie er bei der nicht unterbrochenen Schneidkante entstehen würde. Dies wirkt sich günstig beim Abführen der Späne insbesondere bei relativ tiefen Bohrungen oder beim Abführen ungünstiger Späne aus. Solche Spanunterbrecher können auch an den kurzen Schneidkanten (2'') angeordnet sein. Die Spanunterbrecher sind vorteilhafterweise an den Schneidkanten so plaziert, daß die um 180° nachfolgend angeordnete Schneide die von dem Spanunterbrecher nicht ausgeführte Abspanung mit durchführt.

Im Zentrum ist ein sechseckiger Schneidensatz (5) angeordnet. Hierbei ragt eine Schneidkante mit der gesamten Schneidecke über die Bohrermitte hinaus und kann auf dieser Bohrerseite nicht schneiden. Dieses ist möglich, wenn dieser Schneidenteil mit einem Winkel αi axial entgegen der Vorschubrichtung abfällt.

Claims (11)

1. Bohrwerkzeug zum Bohren in Vollmaterial oder zum Aufbohren mit einem Schaft mit Ausnehmungen für mindestens zwei auswechselbaren Schneideinsätzen wobei zwei Schneidkanten bis zum Außendurchmesser der Stirnseite des Schaftes reichen und mit ihren Schneidecken die Bohrung D erzeugen und in je einer Aussparung im Schaft angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Schneideinsatz eine längere Schneidkante an der Stirnseite aufweist als der andere um etwa 180° versetzte angeordnete Schneideinsatz und eine Schneidkante bis zur Bohrermitte reicht oder geringfügig darüber hinaus steht.

2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die am Bohrlochdurchmesser arbeitenden Schneidecken gegenüber den anderen Schneidecken axial zurückstehen.

3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden, bis zum Bohrlochdurchmesser arbeitenden Schneidkanten mit dem gleichen Winkel αa gegenüber der Senkrechten zur Bohrerachse angeordnet sind.

4. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α vorzugsweise von 1° bis 20° liegt.

5. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft mit zentraler Kühlmittelbohrung versehen ist, welche vor dem Ende des Schaftes mit einer Öffnung zum Austritt des Kühlmittels versehen ist.

6. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine oder mehrere Stirn-Kühlmittelbohrungen (25) vorgesehen sind.

7. Schneideinsätze (2) zum Bohren in Vollmaterial oder zum Aufbohren mit rechteckiger Grundform und zwei langen Schneidkanten (2') und zwei kurzen Schneidkanten (2'') dadurch gekennzeichnet, daß die Schneideinsätze in unterschiedlichen Anordnungen zum Einsatz kommen und zwar mindestens eine mit der längeren Schneidkante längs zum Schaft und mindestens eine andere mit der längeren Schneidkante quer zum Schaft.

8. Schneideinsätze (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle eines Befestigungsloches zum Klemmen des Schneideinsatzes (2) eine muldenförmige Vertiefung (28) vorgesehen ist.

9. Schneideinsätze (2) nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß Spanunterbrechungen (21) an der langen Schneidkante (2') vorgesehen sind.

10. Schneideinsätze (2) nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß Spanunterbrecher (22) an der kurzen Schneidkante (2'') vorgesehen sind.

11. Schneideinsätze (2) nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß Spanunterbrechungen (21) an der langen Schneidkante (2') und Spanunterbrechungen (22) an der kurzen Schneidkante (2'') angeordnet sind.