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Die vorliegende Erfindung betrifft
grundsätzlich
einen Spiralbohrer gemäß z.B. EP-A-127009,
und insbesondere Verbesserungen, um den auf diesen während des
Bohrens ausgeübten
Schneidwiderstand zu verringern.
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Stand der
Technik
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Bislang wurden Spiralbohrer aus HSS
oder gesintertem Metall-HSS
als Bohrer für
wirksame Hochleistungsbohrvorgänge
entwickelt. Die 1 und 2 zeigen einen derartigen
herkömmlichen
Spiralbohrer, der einen zylindrischen Körper 1, zwei Spiralnuten
oder Spannuten 2, die in der äußeren Umfangsfläche des
Körpers 1 ausgebildet
sind, sowie zwei Schneidrücken
aufweist, die jeweils zwischen den beiden Spannuten 2 angeordnet
sind. Derjenige Wandabschnitt jeder Spannut 2, der in Rotationsrichtung
des Körpers 1 weist,
endet an dem vorderen Ende in einer Schneidkante oder Schneide 3.
Jede Spiralspannut 2 ist derart ausgebildet, daß ihre Wand
konkav geformt ist. In dem Bohrer für Hochleistungsbetrieb ist
die Kerndicke T des Bohrerkörpers 1 größer als
ein HSS-Bohrer für
normalen Bohrbetrieb, so daß diese
ca. 30% des Bohrerdurchmessers beträgt, während das Spannuten-Breiteverhältnis an
dem vorderen Ende, das durch das Verhältnis der Bogenlänge A der
Spannut zu der Bogenlänge
B des Schneidrückens
definiert ist, ca. 0,7 beträgt.
Ferner ist an einem Querschnitt des Bohrers, entfernt von dessem
vorderen Ende, das Verhältnis
der Bogenlänge
A1 der Spannut zu der Bogenlänge B1 des Schneidrückens zu ca. 1,16 gewählt.
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Mit dieser Konstruktion ist die Torsionsfestigkeit
des Körpers 1 des
Spiralbohrers beachtlich verbessert.
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Ferner wurden für Hochleistungsbohrungen in
großem
Umfang Spiralbohrer verwendet, die aus Sinterkarbit oder aus Cermet
hergestellt sind. Derartige Bohrer sind den HSS-Bohrern bezüglich des
Abnutzungswiderstandes überlegen,
jedoch sind aufgrund der schlechteren mechanischen Festigkeit, z.B.
der Querbruchsfestigkeit, eine größere Kerndicke und ein kleineres
Spannuten-Breitenverhältnis
erforderlich. Die 3 und 4 stellen einen derartigen
Bohrer nach dem Stand der Technik dar, wie er in der geprüften japanischen Patentanmeldung
mit der Veröffentlichungsnummer
61-30845 (EP-A-127009) beschrieben ist, wobei Bezugszeichen, die
verglichen mit den 1 und 2 gleich sind, gleiche oder ähnliche
Teile bezeichnen. Bei diesem Bohrer betragen die Kerndicke T und
das Spannuten-Breitenverhältnis
A/B zwischen 20 und 35% des Bohrerdurchmessers und zwischen 0,4
und 0,8, während
das Spannuten-Breitenverhältnis
A1/B1 an einem Querschnitt,
entfernt von dem vorderen Ende, ca. 0,6 beträgt.
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Bei den Spiralbohrern des obenbeschriebenen
Typs besteht jedoch stets das Problem, daß der Bohrerkörper 1 leicht
bricht, wenn dieser für
Hochleistungsbohrvorgänge
eingesetzt wird.
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Genauer gesagt werden Späne oder
Schneidreste, die durch die Schneiden 3 während eines
Schneidvorgangs erzeugt werden, derart erzeugt, als wenn ein sektorförmiger Faltfächer geöffnet würde, da
deren äußere Seiten
schneller wachsen als deren innere Seiten, und sie kräuseln sich
an ihren vorderen Enden durch den Boden 2a der Spannut 2,
d.h. durch den Abschnitt der Spannutenwand, an dem der Abstand zwischen einer
Linie L senkrecht zu einer Radiallinie N, welche die Achse O des
Körpers 1 mit
einem radial äußersten Ende
Q des Schneidrückens 3 verbindet,
und der Flötenwand
am größten ist,
so daß die
Späne an
ihren Wurzeln durch den Widerstand gebrochen werden, der durch das
Kräuseln
erzeugt wird. Die so ausgebildeten Späne sind in 5 dargestellt und werden als Späne bezeichnet,
die "durch Übergangskräuselung
gebrochen sind".
Bei den obenbeschriebenen Spiralbohrern ist der Abstand W zwischen
der Linie L und dem Boden 2a der Spannut 2 relativ
klein ausgebildet, um die Torsionssteifigkeit zu verbessern. Demzufolge
wirkt die Kraft, die durch den Boden 2 der Spannut 2 auf
die Späne
ausgeübt
wird, senkrecht zu einer Richtung, in welcher diese wachsen, und
somit werden dicke Späne
erzeugt, die in Längsrichtung
stark komprimiert sind. Die Zugabe einer relativ starken Kraft auf
die Späne
bewirkt, daß der
Bohrerkörper
1 einem großen
Schneiddrehmoment und einer großen
Schubbelastung unterliegt.
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Ferner wird bei den obenbeschriebenen
Spiralbohrern die Querschnittsfläche
der Spannut 2 entfernt von dem vorderen Ende, die zum Austragen
der Späne
dient, unvermeidlich kleiner, so daß die Späne darin verklemmt werden können. Dies
bewirkt häufig,
daß der
Bohrer bricht, wenn ein Hochleistungsbohren durchgeführt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es ist deshalb eine vorrangige Aufgabe
der Erfindung, einen verbesserten Spiralbohrer zu schaffen, der
den Schneidwiderstand durch leichtes Kräuseln der Chips beachtlich
verringern kann und der ein gleichmäßiges Austragen der Späne durch
die Spannuten während
des Bohrvorgangs gewährleistet.
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Erfindungsgemäß ist ein Spiralbohrer mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgesehen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Aufsicht auf das vordere Ende eines herkömmlichen Spiralbohrers;
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2 ist
eine Querschnittsansicht des Bohrers von 1;
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3 ist
eine zu 1 ähnliche
Ansicht, die jedoch einen anderen herkömmlichen Spiralbohrer zeigt;
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4 ist
eine Querschnittsansicht des Bohrers von 3;
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5 ist
eine Ansicht, die einen Span zeigt, der während eines Bohrvorgangs erzeugt
worden ist;
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6 ist
eine Ansicht eines Vorderendes eines Bohrers, der gemäß einer
ersten Ausführungsform vorgesehen
ist;
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7 ist
eine Seitenansicht des Bohrers von 6,
gesehen aus der Richtung, die durch den Pfeil VII in 6 angezeigt ist;
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8 ist
eine Querschnittsansicht des Bohrers von 6 entlang der Linie VIII-VIII in 7;
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9 ist
eine Aufsicht auf das vordere Ende eines abgeänderten Spiralbohrers gemäß einer
zweiten Ausführungsform;
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10 ist
eine vergrößerte Ansicht
des eingekreisten Abschnittes, der in 9 mit
X bezeichnet ist;
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11 ist
die Ansicht auf das Vorderendes eines weiteren modifizierten Spiralbohrers
gemäß einer dritten
Ausführungsform;
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12 ist
eine Ansicht eines Teils des Spiralbohrers von 11, gesehen aus der Richtung, die durch XII
in 11 dargestellt ist;
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13 ist
eine Seitenansicht des Bohrers von 11;
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14 ist
eine Querschnittsansicht eines Teils des Bohrers von 11 entlang der Linie XIV-XIV
in 11;
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15 ist
eine Ansicht des Bohrers von 11,
gesehen aus der Richtung, die in 12 durch
den Pfeil XV dargestellt ist;
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16 ist
eine Ansicht des Bohrers von 11,
gesehen aus der Richtung, die in 12 mit
dem Pfeil XVI dargestellt ist;
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17 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Meißelabschnitts
des Bohrers von 12;
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18 ist
eine zu 17 ähnliche
Ansicht, zeigt jedoch eine andere Anordnung des Meißels;
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19 ist
eine Aufsicht auf das Vorderende eines weiteren modifizierten Bohrers
gemäß einer
vierten Ausführungsform;
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20 ist
eine Seitenansicht des Bohrers von 19,
gesehen aus der Richtung, die in 19 mit XX
dargestellt ist;
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21 ist
eine Querschnittsansicht des Bohrers von 19 entlang der Linie XXI-XXI in 20;
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22 ist
eine Aufsicht auf das Vorderende eines weiteren modifizierten Spiralbohrers
gemäß einer fünften Ausführungsform;
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23 ist
eine Seitenansicht des Bohrers von 22,
gesehen aus der Richtung, die in 22 mit XXIII
dargestellt ist;
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24 ist
eine zu 22 ähnliche
Ansicht, zeigt jedoch eine Abänderung
des Bohrers von 22;
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25 ist
auch eine zu 22 ähnliche
Ansicht, zeigt jedoch eine weitere Abänderung des Bohrers von 22;
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26 ist
eine vergrößerte Ansicht
des Kreisabschnittes, der in 25 mit
XXVI bezeichnet ist;
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27 ist
eine Ansicht gesehen aus der Richtung, die in 25 mit XXVII bezeichnet ist, die jedoch einen
weiteren modifizierten Bohrer gemäß einer sechsten Ausführungsform
darstellt;
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28 ist
eine Seitenansicht des Bohrers von 27;
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29 ist
eine Querschnittsansicht des Bohrers von 27 entlang der Linie XXIX-XXIX in 25;
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30 ist
eine Ansicht eines Teils des Bohrers von 27, gesehen aus der Richtung, die in 27 mit dem Pfeil XXX dargestellt
ist;
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31 ist
eine Ansicht eines Teils des Bohrers von 27, gesehen in der Richtung, die in 27 durch den Pfeil XXXI
dargestellt ist;
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32 ist
eine vergrößerte Ansicht,
die einen Meißelabschnitt
des Bohrers von 27 darstellt;
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33 und 34 sind zu 32 ähnliche
Ansichten, zeigen jedoch weitere Abänderungen des Meißelabschnitts;
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35 ist
die Aufsicht auf ein Vorderende eines weiter modifizierten Spiralbohrers
gemäß einer
siebten Ausführungsform;
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36 ist
eine Seitenansicht des Bohrers von 35,
gesehen aus der Richtung, die in 35 mit dem
Pfeil XXXVI dargestellt ist;
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37 ist
eine Querschnittsansicht des Bohrers von 35 entlang der Linie XXXVII-XXXVII in 36; und
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38 ist
eine zu 35 ähnliche
Ansicht, die jedoch eine weitere Abänderung des Bohrers von 35 darstellt.
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BESCHREIBUNG
VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Zur Klarstellung der im Patentanspruch
1 definierten Erfindung sei bemerkt, daß die 6 bis 38 verschiedene
Ausführungsformen
zeigen, die jedoch nicht sämtliche
wesentliche Merkmale umfassen, die in dem Patentanspruch 1 festgelegt
sind.
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Die 6 bis 8 zeigen einen Spiralbohrer
gemäß einer
ersten Ausführungsform.
Der Bohrer besitzt einen zylindrischen Körper 10 aus Hochgeschwindigkeitsstahl
(HSS) oder gesintertem Metall-HSS, mit einer durch diesen verlaufenden
Rotationsachse O und einem vorderen Ende, das ein Werkstück berührt. Der
Körper 10 besitzt
zwei Spannuten 11, die in der äußeren Umfangsfläche des
Körpers
ausgebildet sind und sich spiralförmig entlang seiner Länge zu dem
vorderen Ende erstrecken, sowie zwei Schneidrücken 10a, die jeweils
zwischen den beiden Spannuten angeordnet sind. Jede Spannut 11 besitzt
eine erste Wand, die in Rotationsrichtung des Körpers 10 weist und
die sich von dem Außenumfang
des Körpers 10 grundsätzlich radial nach
innen erstreckt, sowie eine zweite Wand, die sich von einem inneren
Ende der ersten Wand zu dem Außenumfang
des Körpers 10 erstreckt.
Beide ersten Wände
enden an dem vorderen Ende in einer ersten oder Hauptschneide 12,
die ein radial äußerstes
Ende Q besitzt, das an dem Außenumfang
des Körpers 10 angeordnet
ist. Jede zweite Wand ist eine gleichmäßige Fortführung der ersten Wand und ist
konkav geformt, gesehen aus der Richtung des vorderen Endes. Um
eine größere Torsionssteifigkeit
des Körpers
zu schaffen, besitzt der Körper 10 eine
Kerndicke T von 15 bis 30% des Bohrerdurchmessers D und ein Spannuten-Breitenverhältnis A/B
von 0,4 bis 0,9. Diejenigen Abschnitte von Freiflächen oder
Flanken, die bezogen auf die Rotationsrichtung des Körpers 10 hinten
angeordnet sind, sind wie bei 13 abgeschliffen, um kreuz-
oder X-artige Schliffflächen 15 und
somit zweite Schneiden 13a zu schaffen, die sich jeweils
von der Drehachse O zu dem radial innersten Ende einer jeweiligen
ersten Schneide 12 erstrecken, sind an dem Kernabschnitt
ausgebildet.
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Ferner sei eine Linie N betrachtet,
welche die Achse O des Körpers 10 und
das radial äußerste Ende Q
der Schneide 12 verbindet, sowie eine Linie L, die sich
von dem radial äußersten
Ende Q der Schneide 12 senkrecht zu der Linie N, gesehen
von einer Aufsicht auf das vordere Ende des Körpers, erstreckt. Dann beträgt der Abstand
W zwischen der Linie L und dem Boden 11a der Spannut L,
d.h. der maximale Abstand zwischen der Linie L und der Spannutenwand 11,
zwischen 45 bis 65% des Bohrerdurchmessers D. Mit dieser Anordnung
ist die Spiralspannut 11 derart geformt, daß die zweite
Wand, einschließlich
des Bodens 11a, in Rotationsrichtung des Körpers 10 tief
ausgeschnitten ist. Darüber
hinaus ist die gesamte Oberfläche
des Bohrerkörpers 10 mit
einer Hartbeschichtung beschichtet, die aus mindestens einem Material
besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die TiC, TiN, TiCN
und Al2O3 umfaßt. Eine
solche Beschichtung kann aus Karbit, Nitrit oder aus Karbonitrit
eines anderen Metalles sein, das aus der Gruppe IVa des Periodensystems
ausgewählt
ist, und sie kann auf das vordere Ende des Körpers 10 begrenzt
sein.
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Bei dem obenbeschriebenen Spiralbohrer
wächst
ein durch die Schneide 12 erzeugter Span und wird an dem
Boden 11a der Spannut 11 gekräuselt, so daß er in
Teile gebrochen wird, die vom Typ "gebrochen durch Übergangskräuselung" sind, wie in 5 dargestellt. Sofern der Abstand W zwischen
der Linie L und dem Boden 11a der Spannut 11 kleiner
als 45% des Bohrerdurchmessers eingestellt wird, ist die Freiheit
des Spanes, sich nach innen zu kräuseln, größer als bei herkömmlichen
Bohrern. Demzufolge ist der Widerstand, der auf den Span in einer
Richtung, die entgegengesetzt zu der Richtung ist, in welcher der
Span wächst,
in Kräfte
aufgeteilt, die bewirken, daß der
Span gebogen oder gekrümmt
wird. Demzufolge ist die Last auf den Span nicht so groß wie bei
herkömmlichen
Bohrern, so daß die
Schublast und das Schneiddrehmoment stark verringert werden können.
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Diese Punkte wurden anhand der folgenden
Bohrversuche verifiziert.
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Bohrversuch 1
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Es wurden verschiedene Spiralbohrer
mit unterschiedlichen Verhältnissen
des Abstandes W zu dem Bohrerdurchmesser vorbereitet. Der Testbohrer
hatte einen Durchmesser von 12 mm und einen Spitzenwinkeln von 140°, und der
radiale Spanwinkel der Schneide war –15°. Die Bohrversuche wurden unter
den folgenden Bedingungen durchgeführt:
Schneidgeschwindigkeit:
35 m/min
Werkstück:
Stahl (JIS SCM440; Härte:
HB100)
Zuführrate: 0,15, 0,25, 0,35, 0,45
und 0,55 mm/Umdrehung
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Die Dicke der erzeugten Späne während des
Bohrvorgangs unter Verwendung der obenbeschriebenen verschiedenen
Bohrer wurde an einer Stelle gemessen, die in 5 mit S bezeichnet ist. Die Ergebnisse sind
in Tabelle 1 dargestellt.
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Wie aus Tabelle 1 zu entnehmen ist,
ist die Dicke der Späne
beachtlich verringert, wenn das Verhältnis, d.h. der Abstand W von
der Linie L zum Boden 11a der Spannut 11, nicht
geringer ist als 45% des Bohrerdurchmessers. Dies bedeutet, daß der auf
den Span ausgeübte
Widerstand beachtlich verringert werden kann, indem der Abstand
W nicht geringer als 45% des Bohrerdurchmessers gewählt wird.
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Bohrversuch 2
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Der Bohrer mit einem Abstand W von
53% des Bohrerdurchmessers und der Bohrer mit einem Durchmesser
mit einem Abstand W von 41% des Bohrerdurchmessers, die beide für den Bohrversuch
1 vorbereitet wurden, wurden wiederum verwendet, und die Bohrversuche
wurden unter den gleichen Bedingungen wie bei dem Bohrversuch 1
durchgeführt.
Bei diesem Versuch wurden die Schublast, das Schneiddrehmoment,
die Schneidleistung und die maximale Schwingungsamplitude der Spindel
während
des Bohrvorgangs gemessen. Die Resultate sind in Tabelle 2 dargestellt.
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Aus Tabelle 2 ist zu sehen, daß bei dem
Bohrer dieser Ausführungsform
die Schublast, das Schneiddrehmoment und die Schneidleistung sämtlich bedeutend
reduziert sind, verglichen mit dem Bohrer nach dem Stand der Technik.
Dies liegt daran, daß die
Späne bei
dem erfindungsgemäßen Bohrer
leicht gekräuselt
werden können,
ohne daß diese
scharf abgelenkt werden, und die auf die Späne ausgeübte Kraft kann verringert werden.
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Wie durch die obigen Bohrversuche
verifiziert wurde, kann bei dem Spiralbohrer dieser Ausführungsform
der Schneidwiderstand während
des Bohrvorgangs bedeutend verringert werden. Da darüber hinaus
der Abstand zwischen der Linie L und dem Boden 11a der
Spannut 11 nicht größer als
65% des Bohrerdurchmessers D gewählt
wird, ist die Dicke des Körpers 10 zwischen
der zweiten Wand der Spannut nahe eines Schneidkantenrückens 11b und
des Umfangsschneidrückens 10a ausreichend,
um einen Spanschaden oder ein Brechen zu verringern, und eine hohe
Torsionsfestigkeit des Bohrers kann erhalten werden. Da darüber hinaus
die Oberfläche
des Bohrerkörpers
mit TiC, TiCN oder ähnlichem
beschichtet ist, ist der Abnutzungswiderstand ausreichend verbessert,
und dies ermöglicht,
daß Hochleistungsvorgänge durchgeführt werden.
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Wie darüber hinaus aus den Ergebnissen
der obigen Bohrversuche zu erkennen ist, ist die Schwingung der
Spindel der Werkzeugmaschine verringert. Demzufolge ist nicht nur
der Spanschaden der Schneide verringert, sondern es ist auch die
Bohrgenauigkeit verbessert. Da darüber hinaus die Spannut 11 derart
ausgebildet ist, daß der
Wandabschnitt, der den Boden 11a enthält, in Drehrichtung des Körpers tief
eingeschnitten ist, ist die Querschnittsfläche der Spannut 11 groß und somit
können
die Späne
gleichmäßig entfernt
werden.
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9 und 10 zeigen einen Spiralbohrer
gemäß einer
zweiten Ausführungsform.
Bei diesem Bohrer sind die erste Schneide 12 und die zweite
Schneide 13a, die durch das kreuzweise oder X- förmige Verringern wie bei 13 ausgebildet
sind, derart ausgebildet, daß – gesehen
aus Richtung des Vorderendes des Körpers 10 – diese
geradlinige Kanten bilden und der Schnitt 14 zwischen der
ersten Schneide 12 und der zweiten Schneide 13a mit
einem vorgeschriebenen Krümmungsradius
r gekrümmt
ist.
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Durch diese Konstruktion ist die
Breite des Meißels
durch das kreuzförmige
Verringern sehr klein, und somit kann die Schublast weiter verringert
werden. Da darüber
hinaus die erste Schneide 12 und die zweite Schneide 13a geradlinig
sind, wird die Dicke des Spans in Querrichtung des Spans gleichmäßig. Deshalb krümmt sich
der Span leicht, wenn dieser gebogen wird, so daß sich dieser ohne Zwangskräfte leicht
kräuselt. Da
ferner der Schnitt 14 der ersten Schneide 12 mit
der zweiten Schneide 13a gekrümmt ist, neigen die Späne nicht
dazu, an der Schnittlinie 14 getrennt zu werden, wodurch
ein Verstopfen der Späne
und somit ein Brechen des Bohrers verhindert wird.
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Bei dieser dargestellten Ausführungsform
ist der Krümmungsradius
r der Schnittlinie 14 so gewählt, daß die Beziehung 0,05D ≤ r ≤ 0,15D erfüllt ist.
Wenn der Krümmungsradius
r größer ist
als 0,15D, wird der wirksame Abschnitt der Schneide 12,
die einen Spanwinkel entsprechend dem Spiralwinkel der Spannut 11 besitzt, übermäßig verringert
und der Schneidwiderstand wird erhöht. Wenn andererseits der Krümmungsradius
r kleiner ist als 0,05D, so tritt an der Schnittlinie 14 leicht
ein Spanschaden oder ein Trennen des Spans auf.
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Die 11 bis 18 zeigen einen Spiralbohrer
gemäß einer
dritten Ausführungsform.
Bei dieser Ausführungsform
sind die erste Schneide 12 und die zweite Schneide 13a als
geradlinige Kanten ausgebildet, die sich an einer scharfen Spitze
P schneiden, gesehen aus Richtung des vorderen Endes des Bohrers,
und ferner sind folgende Merkmale hinzugefügt:
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(1) Ein Winkel α, der als Winkel zwischen der
zweiten Schneide 13a und der Radiallinie N definiert ist, welche
die Rotationsachse O und das äußerste Ende
Q der Schneide 12 miteinander verbindet, gesehen aus Richtung
des vorderen Ende des Körpers 10,
beträgt
zwischen 15° und
35°.
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Der obige Bereich ist der optimale,
um zu verhindern, daß sich
Späne verklemmen,
und um den Wirkungsgrad zum Entfernen der Späne zu verbessern. Genauer gesagt
wachsen der Abschnitt eines Spans, der durch die zweite Schneide 13a geschnitten
wird, und der Abschnitt des Spans, der durch die erste Schneide 12 geschnitten
wird, mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, so daß nach Erzeugen
des Spans sich dieser in Richtung des Mittelpunkts des Bohrers kräuselt. Wenn
der obige Winkel α 35° übersteigt,
unterscheidet sich die Richtung des Wachsens des Abschnitts des
Spans, der durch die erste Schneide 12 geschnitten wird,
stark von der Richtung des Wachsens des Abschnitts des Spans, der
durch die zweite Schneide 13a geschnitten wird. Deshalb
wird der Span leicht an einer Stelle abgetrennt, die der Schnittlinie
zwischen der ersten Schneide 12 und der zweiten Schneide 13a entspricht.
Da ferner der Winkel (α + δ), der als
Winkel zwischen der zweiten Schneide 13a und der ersten
Schneide 12 definiert ist, klein ist, tritt an den Schneiden
leicht ein Spanschaden an der Schnittlinie P auf.
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Wenn andererseits der Winkel α geringer
ist als 15°,
wird das Verhältnis
der Länge
der zweiten Schneide 13a bezogen auf die Länge der
ersten Schneide 12 groß.
Demzufolge wird die Richtung, in welcher der Span wächst, durch
denjenigen Abschnitt des Spans stark beeinflußt, der durch die zweite Schneide 13a geschnitten
wird, so daß die
erforderliche unterschiedliche Wachstumsgeschwindigkeit nicht ordnungsgemäß erzielt
wird. Die längere
zweite Schneide 13a bewirkt auch, daß sich der Schneidwiderstand
erhöht.
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(2) Der radiale Spanwinkel δ der Schneide 12 an
ihrem äußersten
Ende ist so gewählt,
daß er
zwischen –10° und –20° liegt, und
das Verhältnis
einer länge
L1 zwischen der Rotationsachse O und dem
Schnittpunkt P zu einer Länge
L2 zwischen dem Schnittpunkt P und dem äußersten
Ende Q der Schneide 12 liegt zwischen 0,4:1 und 0,7:1.
Diese Bereiche sind die optimalen zur Verringerung des Schneidwiderstandes,
um ein Verklemmen der Späne
zu verhindern. Genauer gesagt schneidet die zweite Schneide 13a einen
schmalen Abschnitt eines Spans von einem Werkstück, wenn das Verhältnis L1/L2 geringer ist
als 0,4, so daß aufgrund der
großen
Kräfte,
die auf den schmalen Abschnitt ausgeübt werden, wenn sich dieser
in die Spiralspannut 11 erstreckt, der schmale Abschnitt
von dem Abschnitt des Spans trennt, der durch die Schneide 12 geschnitten worden
ist. Wenn andererseits das Verhältnis
L1/L2 0,7 übersteigt,
wird die Wachstumsgeschwindigkeit des Spans stark durch den Abschnitt
des Spans beeinflußt,
der durch die zweite Schneide 13a geschnitten worden ist,
so daß ein
etwas länglicher
Span ausgebildet wird, der unterschiedlich zu dem normalen Span
ist, der durch Übergangskräuselung
gebrochen wird. Die Erhöhung
des Anteils der zweiten Schneide 13a bewirkt auch, daß sich der
Schneidwiderstand erhöht.
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Wenn ferner der radiale Spanwinkel δ –10° überschreitet,
dann wird der Winkel (α + δ), der als
Winkel zwischen der Schneide 12 und der zweiten Schneide 13a definiert
ist, außerordentlich
klein. Demzufolge stören
die Abschnitte des Spans einander nicht, und die Festigkeit an dem äußersten
Ende Q der Schneide 12 ist zu stark herabgesetzt. Wenn
andererseits der radiale Spanwinkel a kleiner ist als –20°, erhöht sich
der Winkel (α + δ), der als
Winkel zwischen der Schneide 12 und der zweiten Schneide 13a definiert
ist, und somit teilt sich der Span an der Schnittlinie 14 leicht
in zwei Teile und der Schneidwiderstand ist erhöht.
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(3) Ein axialer Spanwinkel θ für die zweite
Schneide 13a beträgt
zwischen 0° und –5° (14).
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Da der axiale Spanwinkel θ für die zweite
Schneide 13a negativ ist, kann die geschliffene Fläche als Spanfläche für die zweite
Schneide 13a verbleiben, wenn der Bohrer erneut geschärft wird,
so daß das
Schärfen
leicht durchgeführt
werden kann. Darüber
hinaus kann die Festigkeit der zweiten Schneide 13a verbessert werden.
Wenn jedoch der axiale Spanwinkel θ zu negativ gemacht wird, erhöht sich
der Schneidwiderstand an der zweiten Schneide 13a. Deshalb
sollte der axiale Spanwinkel nicht negativer als –5° sein.
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(4) Ein Winkel λ, der als Winkel zwischen einer
geschliffenen Fläche 15 und
einer Spanfläche 16 definiert
ist, die entlang der zweiten Schneide 13a angeordnet sind,
beträgt
zwischen 95° und
115° (15).
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Da der Abschnitt des Spans, der durch
die zweite Schneide 13a erzeugt wird, in die Spannut 11 gelangt,
nachdem dieser die geschliffene Fläche 15 erreicht hat,
unterliegt dieser zu diesem Zeitpunkt einer großen Kraft. Wenn der Winkel λ geringer
ist als 95°,
wird die Kraft, die auf den Abschnitt des Spans ausgeübt wird,
der durch die zweite Schneide 13a geschnitten worden ist,
außerordentlich
stark erhöht
und somit trennt sich dieser Abschnitt leicht von dem Abschnitt
des Spans, der durch die Schneide 12 geschnitten worden
ist. Da ferner die auf den Span ausgeübte Kraft groß ist, ist
die Schublast erhöht.
Wenn andererseits der Winkel λ 115° übersteigt,
so ist der Abschnitt des Bohrerkörpers 10 neben
dem Schneidkantenrücken
zu stark verringert, so daß der
Span in der Spannut 11 nicht leicht gekräuselt wird.
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(5) Eine Tallinie 17, die
durch die geschliffene Fläche 15 und
die Spanfläche 16 definiert
ist, die entlang der zweiten Schneide 13a angeordnet ist,
schneidet die Achse O des Körpers 10 unter
einem Winkel φ von 30° bis 40° (12).
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Wenn der Winkel ϕ 40° übersteigt,
wird die Reibung zwischen dem Abschnitt des Spans, der durch die zweite
Schneide 13 geschnitten worden ist und der geschliffenen
Fläche 15 groß, so daß die Fragmentierung des
Spans wie oben beschrieben auftreten wird und die Schublast wird
sich erhöhen.
Wenn andererseits der Winkel ϕ zu klein gewählt wird,
wird ein Übermaß des Abschnittes
des Körpers 10,
der neben dem Schneidkantenrücken
angeordnet ist, entfernt und somit sollte dieser Winkel nicht geringer
als 30° gewählt werden. Durch
Wählen
des Winkels ϕ zwischen 30° und 40° kann ein Abtrennen des Abschnitts
des Spans, der durch die zweite Schneide 13a geschnitten
worden ist, von dem Abschnitt des Spans, der durch die Schneide 12 geschnitten
worden ist, verhindert werden und die Schublast kann beachtlich
verringert werden.
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(6) Ein axialer Abstand l zwischen
dem äußersten
Ende Q der Schneide 12 und dem äußersten Ende H des Schneidkantenrückens 11b wird
zwischen 0,3D und 1,0D gewählt
(12).
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Wenn der Abstand l 0,3D überschreitet,
wird der Durchgang von Fluid des Schneidöls in Richtung des Schneidteils
gewährleistet.
Wenn jedoch der Abstand l 1,0D überschreitet,
ist der Abschnitt des Körpers 10 neben
dem Schneidkantenrücken
nicht ausreichend.
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(7) Wie in den 11 und 16 dargestellt
ist, enthält
der Bohrerkörper 10 erste
und zweite planare Freiflächen 18 und 19,
die an dessen vorderer Endfläche
ausgebildet sind. Die erste Freifläche 18, die mit einem Freiwinkel β1 zwischen
7° und 15° versehen
ist, ist entlang der ersten Schneide 12 angeordnet, während die zweite
Freifläche 19,
die mit einem Freiwinkel β2 größer als
derjenige der ersten Freifläche
zwischen 15° und 25° entlang
der ersten Freifläche 18 angeordnet
ist. Derjenige Grat bei F, der durch die Schnittlinie zwischen der
ersten und zweiten Freifläche 18 und 19 festgelegt
ist, verläuft
parallel zu der Schneide 12 und schneidet die Achse O des
Körpers 10.
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Die zweite Freifläche 19 ist vorgesehen,
um einen Reibschluß zwischen
dieser und dem Boden eines Bohrloches zu vermeiden und um einen
Fluiddurchgang für
Schneidöl
zu gewährleisten,
so daß das
Schneidteil durch das Schneidöl
wirksam geschmiert und gekühlt
werden kann. Dies ist für
den HSS-Bohrer äußerst vorteilhaft,
der häufig
für Hochleistungsbohrvorgänge verwendet
wird.
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Da ferner die erste und zweite Freifläche 18 und 19 planar
ausgebildet sind, können
die erste und zweite Freifläche
durch Oberflächenschleifen
neu geschärft
werden. Dies gewährleistet
eine bessere Oberflächenbeschaffenheit
verglichen mit dem Schleifverfahren mit konischem Sektor, das herkömmmlicherweise verwendet
wird. Da darüber
hinaus das Schleifen leicht durchgeführt werden kann, tritt kein
kleiner Spanschaden an den Gratlinien wie beispielsweise an der
Schneide 12 während
des Schleifens auf. Demzufolge kann die Lebensdauer des Bohrers
verlängert
werden, und Ärger
wie beispielsweise ein frühes
Brechen kann vermieden werden.
-
Da ferner der Freiwinkel β1 geringer
ist als 7°,
kann eine Abnutzung der Freifläche
wirksam verhindert werden. Dieses Merkmal ist in dem Fall besonders
wirksam, wenn ein Bohren mit großen Zuführgeschwindigkeiten durchgeführt wird.
Wenn andererseits der Freiwinkel β1 15° übersteigt,
ist der eingeschlossene Winkel ρ der
Schneide 12 verringert, so daß die Schneide 12 leicht
splittert oder bricht.
-
Da ferner der Freiwinkel β2 nicht
kleiner als 15° ist,
kann der Durchlaß von
Fluid zum Zuführen
von Schneidöl
zu dem Schneidteil ausreichend sichergestellt werden und der Kühl- und
Schmiereffekt des Öles kann
verbessert werden. Um andererseits ausreichende Festigkeit an der
Schneide zu erzielen, ist bevorzugt, daß der Freiwinkel β2 nicht
größer als
25° ist.
-
Der Grat F als Schnittlinie zwischen
den ersten und zweiten Freiflächen 18 und 19 definiert
ist, verläuft aus
den folgenden Gründen
parallel zur Schneide 12 und schneidet die Achse O des
Körpers.
-
Wenn der Schnittgrat F derart ausgebildet
ist, daß er
gesehen vom vorderen Ende des Körpers 10 in Rotationsrichtung
des Körpers 10 bezogen
auf die Schneide 12 geneigt ist, ist die Breite der ersten
Freifläche 18 an
ihrem radial äußeren Endabschnitt
verringert, so daß die
Festigkeit der Schneide unzulässig
an ihrem äußeren Abschnitt
verringert ist. Wenn andererseits der Schneidgrat F derart ausgebildet
ist, daß er
entgegen der Rotationsrichtung des Körpers 10 bezogen auf
die Schneide 12 geneigt ist, ist die erste Freifläche 18 an ihrer
Breite an ihrem äußeren Endabschnitt
vergrößert, so
daß ein
zweites Auftreffen oder Freiflächeneingreifen
auftritt. Wenn ferner der Schnittgrat F derart ausgebildet ist,
daß dieser
in Rotationsrichtung des Körpers 10 geneigt
ist, wird eine Meißelkante 20 mit
einem größeren Meißelwinkel γ an der Grenze
zwischen den beiden Freiflächen 19 ausgebildet,
wie in 18 gezeigt ist,
und somit ist die mechanische Festigkeit der Meißelkante 20 verringert.
Demzufolge ist es bevorzugt, daß der
Schnittgrat F derart ausgebildet ist, daß dieser durch die Achse O
verläuft
oder in einer Richtung geneigt ist, die entgegengesetzt zur Rotationsrichtung
des Körpers verläuft. Die
erste und zweite Freifläche
können
wiederum genau ausgebildet werden, nachdem der Bohrer neu geschärft worden
ist, wenn der Schnittgrat F derart gewählt ist, daß er die Achse O des Körpers 10 schneidet.
-
(8) Es sei angenommen, daß eine imaginäre Linie
entlang der Gratlinie einer der zweiten Schneiden 13a verläuft. Dann
ist bei der Ausführungsform
der Abstand C zwischen der imaginären Linie und der anderen zweiten
Schneide 13a 0 bis 0,3 mm und die Meißelkante 20 ist zwischen
benachbarten Enden der beiden zweiten Schneidlippen 13a ausgebildet.
Die Breite G der Meißelkante 20 beträgt 0 bis
0,4 mm (17).
-
Die Meißelkante 20 wirkt
so, daß sie
das Werkstück
trennt. Wenn die Breite G der Meißelkante groß ist, erhöht sich
die Schublast und die Schneidgeschwindigkeit erhöht sich an den Enden des Meißels 20,
so daß die
Enden des Meißels
leicht splittern. Deshalb sollte die Breite G der Meißelkante
vorzugsweise nahe bei Null sein, so daß der obige Nachteil vermieden
wird und ein stabiler Eingriff gewährleistet wird, indem diese nicht
größer als
0,4 mm gewählt
wird.
-
(9) Eine Ölbohrung 22 für den Durchgang
von Schneidfluid ist durch den Bohrerkörper 10 derart ausgebildet,
daß diese
spiralförmig
entlang der Spiralspannuten 11 verläuft (13).
-
Mit dieser Konstruktion würde sogar
nach einem Nachschärfen
die Position der Ölbohrung 22 unverändert bleiben,
und somit könnte
ein Schneiden stets unter den gleichen Bedingungen durchgeführt werden. Da
ferner die Ölbohrung 22 spiralförmig verläuft, ist
die Torsionsfestigkeit des Körpers 10 kaum
verringert. Deshalb kann in Kombination mit den Wirkungen, die aufgrund
des optimalen Bereiches erzielt wird, der mit dem Abstand W zusammenhängt, der
Bohrer für
Hochleistungsbohrvorgänge
verwendet werden. Diese Vorteile wären auch dann zu erwarten,
wenn der Bohrer mit ersten und zweiten Schneiden versehen wäre, die
nicht geradlinig verlaufen.
-
(10) Der Schneidkantenrücken 11b,
der durch die Schnittlinie der Spannut 11 mit dem äußeren Umfangsschneidrücken 10a gebildet
wird, ist freigeschnitten, um eine abgeschrägte Fläche zu schaffen, die sich entlang
der Spannut 11 erstreckt. Diese abgeschrägte Fläche ist
ca. 0,5 mm breit. Anstelle eines Abschrägens kann der Schneidkantenrücken auch abgerundet
werden, so daß dieser
einen Krümmungsradius
von ca. 0,5 mm aufweist. Mit beiden Bearbeitungen wird verhindert,
daß der
Schneidrücken
splittert oder durch die erzeugten Späne während des Bohrvorgangs bricht.
-
Die 19 bis 21 zeigen einen weiter modifizierten
Spiralbohrer gemäß einer
vierten Ausführungsform.
Wie dies auch bei dem Bohrer der ersten Ausführungsform der Fall ist, besteht
der Bohrerkörper 10 aus HSS
oder gesintertem Metall-HSS
und die Dicke des Kerns T beträgt
zwischen 15 und 30% des Bohrerdurchmessers D. Diejenigen Abschnitte
der Freiflächen,
die bezogen auf die Rotationsrichtung des Körpers 10 rückwärtig angeordnet
sind, sind kreuzförmig
verjüngt,
wie bei 13, um X-förmige
Bodenflächen 15 zu
schaffen, und zweite Schneiden 13a, die sich jeweils von
der Rotationsachse O zu dem radial innersten Ende einer jeweiligen ersten
Schneide 12 erstrecken, sind an dem Kernabschnitt ausgebildet.
Der Abstand W zwischen der Linie L und dem Boden 11a der
Spannut 11 ist so gewählt,
daß er
zwischen 45% und 65% des Bohrerdurchmessers D liegt, so daß die zweite
Wand der Spannut in Rotationsrichtung des Körpers 10 tief ausgeschnitten
ist. Ferner ist die gesamte Oberfläche des Bohrerkörpers 10 mit
einer Hartbeschichtung beschichtet, die aus mindestens einem Material
besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus TiC, TiN,
TiCN und Al2O3 besteht.
-
Sofern auch bei diesem Bohrer der
Abstand W zwischen der Linie L und dem Boden 11a der Spannut 11 nicht
geringer als 45% des Bohrerdurchmessers gewählt wird, wird der Widerstand,
der auf den Span in einer Richtung ausgeübt wird, die entgegengesetzt
zu der Richtung verläuft,
in welche der Span wächst,
in zwei Kräfte
aufgeteilt, damit der Span gebogen oder gekrümmt wird. Demzufolge wird verhindert,
daß der
Span stark komprimiert wird, so daß die Schublast und das Schneiddrehmoment
stark verringert werden können.
-
Ferner beträgt bei dieser Ausführungsform
das Verhältnis
der Bogenlänge
A1 der Spannut 11 zu der Bogenlänge B1 des Schneidkantenrückens in einem Querschnitt
rechtwinklig zur Achse O des Körpers 10,
d.h. das Spannuten-Breitenverhältnis
A1/B1 an einem Querschnitt
entfernt von dem vorderen Ende zwischen 0,9 und 1,2. Dieser Wandabschnitt
der Spannut 11, der einen imaginären Zylinder berührt, welcher
den Kernabschnitt des Körpers 10 einschließt, ist
unter einem derartigen Krümmungsradius
konkav gekrümmt
ausgebildet, der die folgende Beziehung erfüllt: 0,15D ≤ R ≤ 0,2D. Die Länge dieses gekrümmt ausgebildeten
Abschnitts, gesehen axial zu dem Körper 10, ist als ein
Bogen mit einem Zentriwinkel ω zwischen
19° und
49° definiert,
vorzugsweise zwischen 24° und
44° und
noch bevorzugterweise zwischen 29° und
39°. Innerhalb
dieses Bereichs des Zentriwinkels ω wird nicht nur ein erzeugter
Span durch die Schneide 12 ordnungsgemäß gekräuselt, sondern die Reibung
zwischen dem Span und der Wand der Spannut 11 kann auch
verringert werden, so daß das
Kräuseln
des Spans gleichmäßiger bewirkt
werden kann.
-
Wie dies auch bei der ersten Ausführungsform
der Fall war, wurden die Vorteile dieser Ausführungsform anhand der folgenden
Bohrversuche verifiziert.
-
Bohrversuch 3
-
Es wurden unterschiedliche Spiralbohrer
vorbereitet, die unterschiedliche Verhältnisse des Abstandes W zum
Bohrerdurchmesser aufwiesen, gemäß der vierten
Ausführungsform.
Der Testbohrer hatte einen Durchmesser von 12 mm und einen Spitzenwinkel
von 140° und
der radiale Spanwinkel der Schneide betrug –15°. Dann wurden die Verfahren
des Bohrversuchs 1 unter den gleichen Bedingungen wiederholt und
die Dicke der Späne,
die während
des Bohrvorgangs erzeugt wurde, wurde gemessen. Die Ergebnisse sind
in Tabelle 3 dargestellt.
-
Wie aus Tabelle 3 zu entnehmen ist,
ist die Dicke der Späne
bedeutend verringert, wie dies auch bei der ersten Ausführungsform
der Fall war, wenn der Abstand W zwischen der Linie L und dem Boden 11a der Spannut 11 nicht
geringer ist als 45° des
Bohrerdurchmessers, und somit konnte der auf den Span ausgeübte Widerstand
bedeutend verringert werden.
-
Bohrversuch 4
-
Der Bohrer mit dem Abstand W von
53% des Bohrerdurchmessers und der Bohrer mit dem Abstand W von
41% des Bohrerdurchmessers, die für den Bohrversuch 3 vorbereitet
wurden, wurden wiederum verwendet und die Bohrversuche wurden unter
den gleichen Bedingungen wie bei Bohrversuch 1 durchgeführt. In
diesem Versuch wurden die Schublast, das Schneiddrehmoment, die
Schneidleistung und die maximale Schwingungsamplitude der Spindel
während
des Bohrvorgangs gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt.
-
Aus Tabelle 4 ist zu ersehen, daß bei dem
Bohrer dieser Ausführungsform
die Schublast, das Schneiddrehmoment und die Schneidleistung sämtlich bedeutend
verringert sind, verglichen mit dem Bohrer nach dem Stand der Technik.
Deshalb kann bei dem Bohrer dieser Ausführungsform der auf die Späne ausgeübte Widerstand
verringert werden, so daß der
Schneidwiderstand wie beispielsweise die Schublast beachtlich verringert
werden können,
da die Späne
ohne stark komprimiert zu werden gekräuselt werden können. Tabelle
3
Tabelle
4
-
Somit kann bei dem Spiralbohrer gemäß der obigen
Ausführungsform
der Schneidwiderstand während
des Bohrvorgangs ausreichend verringert werden. Da darüber hinaus
der Abstand W zwischen der Linie L an dem Boden 11a der
Spannut 11 nicht größer als
65% des Bohrerdurchmessers D ist, ist die Dicke des Körpers 10 zwischen
der zweiten Wand der Spannut, die neben dem Schneidkantenrücken und
dem Umfangsschneidrücken
angeordnet ist, ausreichend, so daß der Bohrer weniger leicht
splittert oder bricht. Darüber
hinaus kann die Torsionsfestigkeit des Bohrers auf einem hohen Niveau
gehalten werden.
-
Da sich ferner der Span entlang der
Wand der Spiralspannut 11 erstreckt und am Boden 11a kräuselt, wird
der Krümmungsradius
des Spans im wesentlichen gleich dem Krümmungsradius R des Bodens der
Spiralnut 11, gesehen im Querschnitt. Wenn der Krümmungsradius
R des Bodens 0,2D überschreitet,
steht der Span radial aus der Spannut 11 hervor und wird
in Reibeingriff mit der Wand des Bohrlochs gebracht. Demzufolge
verschlechtert sich die Oberflächenbeschaffenheit
der Bohrung und der Wirkungsgrad des Entfernens der Späne ist verschlechtert.
Wenn andererseits der Krümmungsradius
R weniger als 0,15D ist, wird der Krümmungsradius des Spanes unzulässig verringert.
Deshalb wird der auf den Span ausgeübte Biegewiderstand erhöht und addiert
sich zu dem Schneidwiderstand, um das Schneiddrehmoment und die
Schublast zu erhöhen.
-
Da darüber hinaus die Oberfläche des
Bohrerkörpers
mit TiC, TiCN oder ähnlichem
beschichtet ist, ist die Abnutzungsbeständigkeit ausreichend verbessert,
um zu ermöglichen,
daß Hochleistungsvorgänge durchgeführt werden.
-
Da ferner bei dem obigen Bohrer der
Schneidwiderstand beachtlich verringert ist, kann die Vibration der
Spindel der Werkzeugmaschine ausreichend klein gehalten werden,
damit die Bearbeitungsgenauigkeit stark verbessert ist. Da ferner
die Spannut derart ausgebildet ist, daß die zweite Wand in Rotationsrichtung
des Körpers
stark eingeschnitten ist, ist die Querschnittsfläche groß und somit können die
Späne gleichmäßig entfernt
werden. Auch bei dieser Ausführungsform
können
die erste Schneide 12 und die zweite Schneide 13a derart
ausgebildet werden, daß,
gesehen von dem vorderen Ende des Körpers 10, diese geradlinig
erscheinen und daß die
Schnittlinie 14 mit einem vorbestimmten Krümmungsradius
r bogenförmig
ausgebildet ist. Ferner können
die verschiedenen Beschränkungen,
die bei der dritten Ausführungsform
beschrieben wurden, auch bei dieser Ausführungsform hinzugefügt werden.
-
Die 22 und 23 zeigen einen weiter modifizierten
Spiralbohrer gemäß einer
fünften
Ausführungsform,
der sich von dem Bohrer der obenbeschriebenen Ausführungsformen
darin unterscheidet, daß der
Körper 10 aus
Sinterkarbit besteht und daß der
Körper 10 eine
Kerndicke T zwischen 20 und 35% des Bohrerdurchmessers D und ein
Spannuten-Breitenverhältnis
A/B von 0,5 bis 0,9 aufweist. Darüber hinaus ist die gesamte
Oberfläche
des Bohrerkörpers 10 nicht
mit einer Hartbeschichtung beschichtet.
-
Auch bei dem obenbeschriebenen Spiralbohrer
ist der Abstand W zwischen der Linie L und dem Boden 11 der
Spannut derart gewählt,
daß er
nicht geringer als 45% des Bohrerdurchmessers ist und somit ist der
auf den Span in einer Richtung ausgeübte Widerstand, die entgegengesetzt
zur Richtung verläuft,
in welcher sich der Span erstreckt, in Kräfte aufgeteilt, um zu bewirken,
daß der
Span gebogen oder gekrümmt
wird. Demzufolge wird verhindert, daß der Span stark komprimiert
wird, so daß die
Schublast und das Schneiddrehmoment stark verringert werden können.
-
Diese Punkte wurden mit Hilfe der
folgenden Bohrversuche verifiziert:
-
Bohrversuch 5
-
Es wurden verschiedene Spiralbohrer
mit unterschiedlichen Verhältnissen
des Abstands W zum Bohrerdurchmesser vorbereitet. Der Testbohrer
hatte einen Durchmesser von 12 mm und einen Spitzenwinkel von 140° und der
radiale Spanwinkel der Schneide betrug –15°. Der Bohrversuch wurde unter
den folgenden Bedingungen durchgeführt.
Schneidgeschwindigkeit:
65 m/min
Werkstück:
Stahl (JIS SCM440; Härte:
HB100 und 300 bis 350)
Zuführrate:
0,15, 0,25, 0,35, 0,45 und 0,55 mm/Umdrehung
-
Die Dicke der während des Bohrvorgangs unter
Verwendung der Bohrer erzeugten Späne wurde an einer Stelle gemessen,
die in 5 mit S bezeichnet
ist. Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse für das Bohren eines Werkstückes mit
einer Härte
von 300 bis 350, wohingegen Tabelle 6 diese für das Bohren eines Werkstückes mit
einer Härte
von 100 zeigt.
-
Wie aus den Tabellen 5 und 6 zu entnehmen
ist, ist die Dicke der Späne
beachtlich verringert, wenn der Abstand W zwischen der Linie L und
dem Boden 11a der Spannut 11 nicht kleiner ist
als 45% des Bohrerdurchmessers. Dies bedeutet, daß der auf
den Span ausgeübte
Widerstand durch Wahl des Abstandes W nicht geringer als 45% des
Bohrerdurchmessers beachtlich verringert werden kann.
-
-
-
Bohrversuch 6
-
Der Bohrer mit einem Abstand W von
53% des Bohrerdurchmessers und der Bohrer mit einem Bohrerdurchmesser
von 41% des Bohrerdurchmessers, die bei dem Bohrversuch 5 vorbereitet
wurden, wurden wiederum verwendet und die Bohrversuche wurden unter
den gleichen Bedingungen wie bei dem Bohrversuch 5 durchgeführt. Bei
diesem Versuch wurden die Schublast, das Schneiddrehmoment, die
Schneidleistung und die maximale Schwingungsamplitude der Spindel
während
des Bohrvorgangs gemessen. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 7
und 8 dargestellt.
-
Aus den Tabellen 7 und 8 ist zu entnehmen,
daß bei
dem Spiralbohrer dieser Ausführungsform
die Schublast, das Schneiddrehmoment und die Schneidleistung sämtlich bedeutend
verringert sind, verglichen mit den Bohrern nach dem Stand der Technik,
obwohl der radiale Spanwinkel negativ ist. Deshalb kann bei dem
Bohrer gemäß dieser
Ausführungsform
der auf die Späne
ausgeübte
Widerstand verringert werden, da die Späne ohne stark komprimiert zu
werden, gekräuselt
werden, so daß der
Schneidwiderstand sowie die Schneidlast beachtlich verringert werden
können.
-
-
-
Somit kann auch bei dem Spiralbohrer
gemäß dieser
Ausführungsform
der Schneidwiderstand während
des Bohrvorgangs verringert werden. Da darüber hinaus der Abstand zwischen
der Linie L und dem Boden 11a der Spannut 11 nicht
größer als
65% des Bohrerdurchmessers D gewählt
ist, ist die Dicke des Körpers 10 zwischen
der zweiten Wand der Spannut, die neben dem Schneidkantenrücken und
dem Umfangsschneidrücken
angeordnet ist, dick genug, so daß der Bohrer weniger leicht
splittert oder bricht. Darüber
hinaus kann die Torsionsfestigkeit des Bohrers auf einem hohen Niveau
gehalten werden.
-
Da bei dem obigen Bohrer ferner der
Schneidwiderstand beachtlich verringert ist, kann die Vibration der
Spindel der Werkzeugmaschine verringert werden und dadurch wird
die Bearbeitungsgenauigkeit stark verbessert. Da darüber hinaus
die Spannut derart ausgebildet ist, daß die zweite Wand in Rotationsrichtung des
Körpers
tief eingeschnitten ist, ist die Querschnittsfläche groß und somit können die
Späne leicht
entfernt werden.
-
Bei der obigen Ausführungsform
ist die Schneide 12 derart ausgebildet, daß sie vor
der Radiallinie N bezogen auf die Rotationsrichtung des Körpers 10 angeordnet
ist. Sie kann jedoch auch hinter der Radiallinie N in Rotationsrichtung
des Körpers 10 angeordnet
sein, wie in 24 dargestellt.
-
Ferner kann der Körper 10 aus Cermet
hergestellt sein. Grundsätzlich
ist Cermet hart und besitzt eine gute Abnutzungsfestigkeit, jedoch
ist dieses brüchiger
und besitzt eine geringere Torsionsfestigkeit verglichen mit Sinterkarbit
(die Querreißfestigkeit
von Cermet beträgt
130 kg/mm2, während die von Sinterkarbit
200 kg/mm2 beträgt) und somit wurde bislang
vorgeschlagen, daß dieses
für eine
Verwendung bei Bohrern nicht geeignet ist. Wenn ein Bohrer aus Cermet
hergestellt ist, entsteht leicht ein Ermüdungsbruch, wenn der Bohrer wiederholt
Schneiddrehmoment und Schublast unterworfen wird, so daß der Bohrer
in kurzer Zeit bricht. Jedoch können
bei dem Bohrer dieser Ausführungsform
das Schneiddrehmoment und die Schublast verringert werden, während die
Torsionsfestigkeit verbessert wird und deshalb kann der Bohrer aus
Cermet hergestellt werden. Diese Punkte wurden durch die folgenden
Bohrversuche verifiziert.
-
Bohrversuch 7
-
Bohrer mit einem Abstand W von 53%
des Bohrerdurchmessers und einem Abstand W von 41% des Bohrerdurchmessers
wurden aus Cermet hergestellt, das TiN, TiCN und ähnliches
enthält.
Die Bohrversuche wurden unter den folgenden Bedingungen durchgeführt. Der
Bohrerdurchmesser betrug 12,5 mm und der Spitzenwinkel betrug 140°.
Werkstück: JIS
SCM440; Härte:
HRC30)
Schneidgeschwindigkeit: 50 m/min
Zuführgeschwindigkeit:
0,3 mm/Umdrehung
-
Bei diesem Versuch wurden die Schublast,
das Schneiddrehmoment, die Schneidleistung und die Lebensdauer beobachtet.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 und 10 dargestellt, wobei der Ausdruck "Schneidlänge" die Summe aus der
Dicke sämtlicher
Werkstücke
bezeichnet, die durch den Versuchsbohrer gebohrt wurden.
-
-
-
-
Aus Tabelle 9 geht hervor, daß der Spiralbohrer
gemäß dieser
Ausführungsform
20 m ohne Probleme bohren konnte, während der Bohrer nach dem Stand
der Technik zerbrach, nachdem dieser nur 7 m gebohrt hatte. Dies
liegt daran, daß bei
dem Bohrer dieser Ausführungsform,
obwohl der radiale Spanwinkel negativ ist, die Schublast, das Schneiddrehmoment
und die Schneidleistung sämtlich
beachtlich verringert sind, verglichen mit dem Bohrer nach dem Stand
der Technik, wie aus Tabelle 10 hervorgeht. Somit kann der Bohrer aus
Cermet hergestellt werden, wobei dieses Material den Vorteil einer
erhöhten
Abnutzungsfestigkeit besitzt.
-
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform
sind sowohl die erste Schneide 12 und die zweite Schneide 13a so
ausgebildet, daß diese
geradlinig verlaufen und einander mit einer gekrümmt ausgebildeten Ecke schneiden,
die zwischen diesen gebildet ist. Die 25 und 26 zeigen eine solche Ausführungsform,
bei welcher der Krümmungsradius
r der gekrümmten
Ecke zwischen 0,05D und 0,15D beträgt, wie dies bei den vorigen
Ausführungsformen
der Fall ist.
-
Darüber hinaus könnten die
verschiedenen Merkmale, die bei der dritten Ausführungsform beschrieben wurden,
ebenso bei dem Bohrer gemäß dieser
Ausführungsform,
wie in 27 bis 33 gezeigt, hinzugefügt werden.
Jedoch sollte bei dieser Ausführungsform
der Winkel α,
der als Winkel zwischen der zweiten Schneide 13a und der
Linie N definiert ist, gesehen von dem vorderen Ende des Körpers 10,
zwischen 20° und
40° betragen.
Die optimalen Bereiche für
die anderen Parameter sind mit denen der dritten Ausführungsform
identisch. Ferner können
die zweite Schneide 13a und die erste Schneide 12 wie
bei 21 in 32 gehont
sein. Wenn eine imaginäre
Linie entlang einer inneren Gratlinie 21a der Honung 21 einer
Schneide gezogen wird, liegt der Abstand C zwischen der imaginären Linie
und einer inneren Gratlinie 21a der Honung 21 der
anderen Schneide in einem Bereich zwischen 0 und 0,3 mm und eine
Meißelkante 20 ist
zwischen benachbarten Enden 21b der beiden Honungen 21 ausgebildet.
Wenn die Honungen 21 sich an der Achse schneiden, wird
der Eingriff beim Bohren an zwei Punkten bewirkt, so daß der Bohrer
leicht vibriert und Spanschaden nimmt. Deshalb sollen die benachbarten
Enden der Honungen 21b beabstandet sein. Der Abstand C
wird nicht größer als
0,3 mm gewählt,
um die Schublast durch Verringerung der Meißelbreite G zu verringern.
-
Die benachbarten Enden 21b der
Honungen 21 können
derart angeordnet sein, daß sie
sich nahezu berühren,
jedoch muß ein
Abstand zwischen diesen beibehalten werden. 33 stellt eine Modifizierung der Honung
dar, wobei die benachbarten Enden der beiden Honungen einander berühren, jedoch
sind deren äußere Gratlinien 21c in
der Nähe
der Achse O bogenförmig
gekrümmt
und schneiden einander in der Achse O. Mit dieser Konstruktion ist
ein, wenn auch kleiner Meißel
an der Achse O ausgebildet, so daß der Eingriff mit dem Werkstück an einer
Stelle erfolgt. Die Anordnung der Honung kann, wie in 34 dargestellt, weiter modifiziert
werden, in der sich die Breite verringert, wenn der Achse genähert wird.
Mit dieser Anordnung kann das Spanen an der äußeren Seite der zweiten Schneide 13a,
wo die Schneidgeschwindigkeit groß ist, vermieden werden. Da
die Schneide 12 geradlinig ist, ist die Variation der Anordnung
der Honung 21 klein. Ferner kann bei dem Bohrer aus Sinterkarbit
oder auch Cermet der Körper 10 mit
einer Hartbeschichtung aus TiC, TiN, TiCN, Al2O3 oder ähnlichem
beschichtet sein, um den Abnutzungswiderstand zu verbessern. Diese
Art von Beschichtung verringert auch die Reibung zwischen dem Bohrer
und den Spänen
und verringert ferner das Schneiddrehmoment und die Schneidlast.
-
Die 35 bis 37 zeigen einen weiter modifizierten
Spiralbohrer gemäß einer
siebten Ausführungsform.
Wie dies bei der fünften
Ausführungsform
der Fall ist, besteht der Bohrerkörper 10 aus Sinterkarbit
oder Cermet und die Kerndicke T beträgt zwischen 20 und 35% des
Bohrerdurchmessers D. Diejenigen Abschnitte der Freiflächen, die
bezogen auf die Rotationsrichtung des Körpers 10 hinten angeordnet
sind, sind wie bei 13 abgeschliffen, um X-förmige abgeschliffene
Flächen 15 zu
schaffen, so daß sich
beide zweite Schneiden 13a von der Rotationsachse A zu
dem radial innersten Ende einer jeweiligen ersten Schneide 12 erstrecken
und an dem Kern ausgebildet sind. Der Abschnitt W zwischen der Linie
L und dem Boden 11a der Spannut 11 liegt zwischen
45% und 65% des Bohrerdurchmessers D, so daß die zweite Wand der Spiralspannut 11 tief
in Rotationsrichtung des Körpers 10 eingeschnitten
ist. Demzufolge ist auch bei diesem Bohrer der auf den Span in einer
Richtung, die zu der Richtung entgegengesetzt ist, in welche der
Span wächst,
ausgeübte
Kraft in Kräfte aufgeteilt,
die bewirken, daß der
Span gebogen oder gekrümmt
wird, da der Abstand zwischen der Linie L und dem Boden 11a der
Spannut 11 nicht geringer ist als 45% des Bohrerdurchmessers.
Demzufolge ist verhindert, daß der
Span stark komprimiert wird, so daß die Schublast und das Schneiddrehmoment
stark verringert werden können.
Ferner beträgt
bei dieser Ausführungsform
das Spannut-Breiteverhältnis A1/B1 an dem Querschnitt
senkrecht zur Achse O des Körpers 10 zwischen
0,9 und 1,2. Darüber
hinaus ist derjenige Abschnitt der Wand der Spannut 11,
der einen imaginären
Zylinder berührt,
welcher den Kernabschnitt des Körpers 10 einschließt, mit
einem derartigen Krümmungsradius R
konkav gekrümmt
ausgebildet, der die folgende Beziehung erfüllt: 0,15D ≤ R ≤ 0,2D. Die Länge dieses gekrümmt ausgebildeten
Abschnitts, gesehen axial zu dem Körper 10, ist durch
einen Bogen mit einem Zentriwinkel ω zwischen 26° und 56° definiert,
bevorzugterweise zwischen 31° und
51° und
noch bevorzugterweise zwischen 36° und
46°. Innerhalb
dieses Bereichs des Zentriwinkels ω wird ein durch die Schneide 12 erzeugter
Span nicht nur ordnungsgemäß gekräuselt, sondern auch
die zwischen dem Span und der Wand der Spannut 11 erzeugte
Reibung kann verringert werden, so daß das Kräuseln des Spanes gleichmäßig bewirkt
werden kann.
-
Wie dies auch bei der fünften Ausführungsform
der Fall war, wurden die Vorteile dieser Ausführungsform mit Hilfe der folgenden
Beispiele verifiziert.
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Bohrversuch 8
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Es wurden verschiedene Spiralbohrer
mit unterschiedlichen Verhältnissen
des Abstandes W zum Bohrerdurchmesser vorbereitet. Der Versuchsbohrer
hatte einen Durchmesser von 12 mm und einen Spitzenwinkel von 140° und der
radiale Spanwinkel der Schneide betrug –15°. Die Testversuche wurden unter
den folgenden Bedingungen durchgeführt:
Schneidgeschwindigkeit:
65 m/min
Werkstück:
Stahl (JIS SCM440; Härte:
HB100 und 300 bis 350)
Zuführrate:
0,15, 0,25, 0,35, 0,45 und 0,55 mm/Umdrehung
-
Die Dicke der während des Bohrvorgangs erzeugten
Späne unter
Verwendung der Bohrer wurde an einem Punkt gemessen, der in 5 mit S dargestellt ist.
Tabelle 11 zeigt die Ergebnisse für das Bohren eines Werkstückes mit
einer Härte
von 300 bis 350, während
Tabelle 12 diejenigen für
das Bohren eines Werkstückes
mit einer Härte
von 100 zeigt.
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-
Wie aus den Tabellen 11 und 12 hervorgeht,
ist die Dicke der Späne
beachtlich verringert, wenn der Abstand W zwischen der Linie L und
dem Boden 11a der Spannut 11 nicht geringer ist
als 45% des Bohrerdurchmessers. Dies bedeutet, daß der auf
den Span ausgeübte
Widerstand beachtlich verringert werden kann, indem der Abstand
W nicht geringer als 45% des Bohrerdurchmessers gewählt wird.
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Bohrversuch 9
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Bohrer mit einem Abstand W von 53%
des Bohrerdurchmessers und mit einem Abstand W von 41% des Bohrerdurchmessers,
die für
den Bohrversuch 8 vorbereitet wurden, wurden wiederum verwendet
und die Bohrversuche wurden unter den gleichen Bedingungen wie die
des Bohrversuchs 8 durchgeführt.
Bei den Versuchen wurde die Schublast, das Schneiddrehmoment, die
Schneidleistung und die maximale Schwingungsamplitude der Spindel
während
des Bohrvorgangs gemessen. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 13
und 14 dargestellt, wobei Tabelle 13 die Ergebnisse für das Bohren
eines Werkstückes
mit einer Härte
von 300 bis 350 zeigt, während
Tabelle 14 diejenigen für
das Bohren eines Werkstückes
von 100 zeigt.
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Aus den Tabellen 13 und 14 geht hervor,
daß bei
dem Spiralbohrer dieser Ausführungsform
die Schublast, das Schneiddrehmoment, die Schneidleistung und die
Amplitude der Vibration der Spindel sämtlich bedeutend verringert
sind, verglichen mit dem Bohrer nach dem Stand der Technik, obwohl
der radiale Spanwinkel negativ ist. Deshalb ist bei dem Bohrer dieser
Ausführungsform
der auf den Span ausgeübte
Widerstand verringert, so daß der
Schneidwiderstand wie beispielsweise die Schublast bedeutend verringert
werden kann, da die Späne,
ohne zu stark komprimiert zu werden, gekräuselt werden.
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Somit kann auch bei dem Spiralbohrer
gemäß dieser
Ausführungsform
der Schneidwiderstand, der während
des Bohrvorgangs erzeugt wird, ausreichend verringert werden. Da
darüber
hinaus der Abstand zwischen der Linie L und dem Boden 11a der
Spannut 11 so gewählt
ist, daß er
nicht größer als
65% des Bohrerdurchmessers D ist, ist die Dicke des Körpers 10 zwischen
der zweiten Wand der Spannut, die neben dem Schneidkantenrücken und
dem Umfangsschneidrücken 10a angeordnet
ist, ausreichend gewährleistet,
so daß der
Bohrer weniger leicht splittert oder bricht. Darüber hinaus kann die Torsionsfestigkeit
des Bohrers auf einem hohen Niveau gehalten werden.
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Da ferner bei dem obigen Bohrer der
Schneidwiderstand beachtlich verringert ist, kann die Vibration der
Spindel der Werkzeugmaschine verringert werden und die Bearbeitungsgenauigkeit
ist stark verbessert. Da darüber
hinaus die Spannut derart ausgebildet ist, daß derjenige Wandabschnitt,
der in Rotationsrichtung des Körpers
weist, in Rotationsrichtung des Körpers tief eingeschnitten ist,
ist die Querschnittsfläche
groß und somit
können
die Späne
gleichmäßig entfernt
werden.
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Bei der obigen Ausführungsform
ist die Schneide 12 derart ausgebildet, daß sich diese
vor der radialen Linie N, bezogen auf die Rotationsrichtung des
Körpers 10,
befindet. Diese kann jedoch auch hinter der Radiallinie N in Rotationsrichtung
des Körpers
angeordnet sein, wie in 38 dargestellt.
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Ferner kann der Körper 10 aus Cermet
hergestellt sein. Das folgende ist ein Bohrversuch ähnlich dem Bohrversuch
7.
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Bohrversuch 10
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Der Bohrer mit dem Abstand W von
53% des Bohrerdurchmessers und der Bohrer mit dem Abstand W von
41% des Bohrerdurchmessers wurden aus Cermet hergestellt, das TiN,
TiCN und ähnliches
enthält,
und die Bohrversuche wurden unter den folgenden Bedingungen durchgeführt. Der
Bohrerdurchmesser war 12,5 mm und der Spitzenwinkel war 140°.
Werkstück: JIS
SCM440 (Härte:
HRC30)
Schneidgeschwindigkeit: 50 m/min
Zuführrate:
0,3 mm/Umdrehung
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Bei diesem Versuch wurden die Schneidlast,
das Schneiddrehmoment, die Schneidleistung und die Lebensdauer beobachtet.
Die Ergebnisse sind in den Tabellen 15 und 16 dargestellt.
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Wie aus Tabelle 15 zu entnehmen ist,
konnte der Bohrer 20 m ohne Probleme bohren, während der Bohrer nach dem Stand
der Technik bereits nach 7 m brach. Dies ist deshalb der Fall, da
bei dem Bohrer dieser Ausführungsform,
obwohl der radiale Spanwinkel negativ ist, die Schublast, das Schneiddrehmoment,
die Schneidleistung und die Schwingungsamplitude der Spindel beachtlich
verringert sind, verglichen mit dem Bohrer nach dem Stand der Technik,
wie in Tabelle 15 dargestellt. Somit kann der Bohrer aus Cermet
hergestellt werden und nützt
bestmöglich
die Eigenschaft der überlegenen
Abnutzungsbeständigkeit
aus.
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Die bei den vorstehenden Ausführungsformen
beschriebenen Modifizierungen sind auch bei dieser Ausführungsform
anwendbar, auch wenn deren Erklärungen
zur kürzeren
Darstellung weggelassen werden.
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Es ist klar, daß angesichts der obigen Lehre
viele Modifizierungen und Abänderungen
möglich
sind. Es wird deshalb davon ausgegangen, daß innerhalb des Schutzumfangs
der beigefügten
Patentansprüche
die Erfindung auch anders als hier speziell beschrieben durchgeführt werden
kann.