DE102013218321B4

DE102013218321B4 - Verfahren zur Herstellung eines Rundlaufwerkzeugs sowie Rundlaufwerkzeug

Info

Publication number: DE102013218321B4
Application number: DE102013218321.6A
Authority: DE
Inventors: Herbert Rudolf KAUPER
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2013-09-12
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2015-09-03
Anticipated expiration: 2033-09-13
Also published as: SE1451013A1; CN104440006A; JP2015054392A; US20190193226A1; IL234368B; US20150071718A1; DE102013218321A1; KR20150030613A; CN104440006B; IL234368A0; IL234591A0

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Rundlaufwerkzeugs, insbesondere eines Bohrers (2) oder eines Fräsers, umfassend einen sich in Axialrichtung (4) erstreckenden Grundkörper (12), der aufweist – zumindest zwei Spannuten (14) – Führungsfasen (22), die entlang einer jeweiligen Spannut (14) verlaufen – zwischen den Spannuten (14) jeweils einen Rücken (15) – einen sich an die jeweilige Führungsfase (22) anschließenden radialen Freigang (28) im Rücken (15), der sich bis zur nachfolgenden Spannut (14) erstreckt dadurch gekennzeichnet, dass – in einem ersten Verfahrensschritt ein Rohstab (30) unrund geschliffen wird, so dass ein Radius (R) des Rohstabs (30) winkelabhängig zwischen einem maximalen Radius (R2) und einem minimalen Radius (R1) variiert und dass – in einem zweiten Verfahrensschritt die Spannuten (14) eingeschliffen werden, derart, dass die Führungsfasen (22) an den Positionen mit dem maximalen Radius (R2) ausgebildet sind und der Radius (R) sich ausgehend von dem maximalen Radius (R2) kontinuierlich in Drehrichtung (24) nachfolgend zur jeweiligen Führungsfase (22) zur Ausbildung des radialen Freigangs (28) aufgrund der unrunden Ausbildung verringert, wobei die Führungsfase (22) kantenfrei in den radialen Freigang (28) übergeht.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rundlaufwerkzeugs, insbesondere eines Bohrers oder eines Fräsers umfassend einen sich in Axialrichtung erstreckenden Grundkörper, welcher zumindest zwei Spannuten aufweist sowie eine sich jeweils an eine jeweilige Spannut anschließende Führungsfase, wobei zwischen den Spannuten jeweils ein Rücken ausgebildet ist und sich an die Führungsfase ein radialer Freigang im Rücken anschließt, welcher sich bis zur nachfolgenden Spannut erstreckt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein derartiges Rundlaufwerkzeug, insbesondere einen Bohrer oder Fräser.
Aus der EP 1 334 787 B1 ist ein derartiges als Bohrwerkzeug ausgebildetes Rundlaufwerkzeug zu entnehmen. Bei dem bekannten Bohrer handelt es sich um einen Vollmetall-Bohrer mit einem sich an einem Spannschaft anschließenden Schneidbereich, in dem gewendelte Spannuten eingebracht sind, die sich bis zu einer Bohrerstirn erstrecken. Entlang der gewendelten Spannut verlaufen Nebenschneiden, an die sich in Drehrichtung jeweils eine Führungsfase anschließt, die sich im Betrieb an der Innenwand der Bohrung abstützt und damit für eine Führung des Bohrers sorgen.
Derartige Vollmetall-Bohrer werden üblicherweise aus einem Rund-Rohstab durch Schleifen hergestellt, wobei in einem ersten Verfahrensschritt der Rohstab auf einen gewünschten Nenndurchmesser rund geschliffen wird, in einem zweiten Verfahrensschritt die gegebenenfalls gewendelten Spannuten eingeschliffen werden und schließlich in einem dritten Verfahrensschritt der Rücken geschliffen wird, um einen radialen Freigang zu erzeugen, sodass beim eigentlichen Bohrvorgang der Rücken von der Bohrungswand beabstandet ist. Ergänzend sind üblicherweise noch weitere Schleifschritte zur Erzeugung der gewünschten Spitzengeometrie der Bohrerspitze vorgesehen. Die bezeichneten drei Verfahrensschritte dienen zur Ausbildung des Schneidbereichs des Rundlaufwerkzeugs in Axialrichtung nachfolgend zu der Bohrerspitze.
Aus der DE 248382 A ist ein Spiralbohrer zu entnehmen, welcher entlang der Spannuten verlaufende Führungsfasen aufweist. Diese dienen auch zur Führung einer Fräsbuchse beim Einbringen der Spannuten. Die als Facetten bezeichneten Führungsfasen werden daher bereits vor dem Einbringen der Spannuten durch ein Unrund-Drehen ausgebildet.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Herstellverfahren für ein derartiges Rundlaufwerkzeug sowie ein einfach herzustellendes derartiges Rundlaufwerkzeug anzugeben.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Rundlaufwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Bevorzugte Weiterbildungen sind jeweils in den Unteransprüchen enthalten.
Das Rundlaufwerkzeug erstreckt sich allgemein in Axialrichtung und ist insbesondere als Vollmetall, insbesondere Vollhartmetall-Bohrer ausgebildet. Es weist einen Grundkörper auf, in den zumindest zwei Spannuten eingebracht sind, wobei sich in Umfangs- oder Drehrichtung betrachtet an eine jeweilige Spannut eine Führungsfase an der Umfangsseite des Grundkörpers anschließt. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spannuten ist dabei jeweils ein Rücken ausgebildet, wobei in diesen nachfolgend zu der jeweiligen Führungsfase ein radialer Freigang eingebracht ist.
Zur vereinfachten Herstellung eines derartigen Rundlaufwerkzeugs, insbesondere Bohrers oder Fräsers, ist nunmehr in einem ersten Verfahrensschritt vorgesehen, dass ein Rohstab unrund geschliffen wird, und zwar derart, dass ein Radius des Rohstabs und damit des Grundkörpers winkelabhängig zwischen einem maximalen Radius und einem minimalen Radius variiert. In einem zweiten Verfahrensschritt werden die Spannuten eingeschliffen. Insgesamt wird der Rohstab derart geschliffen, dass die Führungsfasen an den Positionen mit dem maximalen Radius zwangsweise ausgebildet werden und der radiale Freigang sich ebenfalls zwangsweise aufgrund der unrunden Ausbildung ausbildet. Der Freigang erstreckt sich dabei ausgehend von der Führungsfase bis zur nachfolgenden Spannut hin. Im Betrieb ist daher jeweils ein radialer Abstand zwischen dem Rücken und einer Innenwand eines bearbeiteten Werkstücks vorhanden.
Der besondere Vorteil dieses Herstellungsverfahrens ist darin zu sehen, dass der dritte Schleifschritt nicht erforderlich und insbesondere auch nicht vorgesehen ist. Vielmehr ist der radiale Freigang automatisch aufgrund der unrunden Querschnittsgeometrie ausgebildet. Es wird also insgesamt ein Herstellschritt eingespart, was zu Kosteneinsparungen und Zeiteinsparungen führt.
Die Bearbeitung eines Schneidbereichs anschließend an eine Werkzeugspitze erfordert daher lediglich die beiden genannten Verfahrensschritte, weitere Schleifschritte sind nicht vorgesehen. Die beiden Verfahrensschritte können grundsätzlich in beliebiger Reihenfolge vorgenommen werden. Vorzugsweise wird jedoch zunächst der Rohstab unrund geschliffen, bevor dann die Spannuten eingeschliffen werden.
In bevorzugter Ausgestaltung wird der Rohstab im ersten Verfahrensschritt auf eine elliptische Querschnittsfläche geschliffen. Hierunter wird allgemein verstanden, dass sich der Grundkörper vom maximalen Radius kontinuierlich bis zum minimalen Radius verjüngt und anschließend wieder bis zu einem zweiten gegenüberliegenden maximalen Radius kontinuierlich zunimmt. Bei dieser Ausführungsvariante sind daher exakt zwei Spannuten mit jeweils einer Führungsfase ausgebildet. Grundsätzlich lässt sich das hier beschriebene Verfahren jedoch auch auf mehrzählige Geometrien, beispielsweise mit drei oder vier Spannuten übertragen. Wesentlich ist hierbei, dass sich der Radius ausgehend von dem maximalen Radius kontinuierlich und stetig bis zum minimalen Radius verjüngt. Der Rücken verläuft dabei allgemein entlang einer durchgehend gekrümmten, knick- und absatzfreien Umfangslinie. Der radiale Freigang nimmt unmittelbar anschließend an die Führungsfase kontinuierlich zu. Die Führungsfase selbst weist daher keinen gleichbleibenden Radius auf, wie dies bei herkömmlichen Rundschlifffasen der Fall ist. Vielmehr ist die Führungsfase selbst mit einem Hinterschliff versehen und weist im Einsatz nur – in Axialrichtung betrachtet – einen linienförmigen Kontakt mit einer Werkstückwand auf.
Entsprechend der elliptischen Ausgestaltung definiert der minimale Radius daher auch vorzugsweise eine kleine Halbachse und der maximale Radius eine große Halbachse der elliptischen Querschnittsfläche. Dabei ist zweckdienlicherweise vorgesehen, dass der minimale Radius im Bereich des 0,75 bis 0,98 fachen und insbesondere im Bereich des 0,92 bis 0,95 fachen des maximalen Radius liegt. Hierdurch ist auf der einen Seite ein ausreichender Freigang erzielt und auf der anderen Seite ist eine ausreichende Abstützung im Bereich der Führungsfase erzielt. Aufgrund der vergleichsweise geringen Unterschiede der beiden Radien reduziert sich der Radius an der Führungsfase nur mäßig, so dass eine ausreichende Führungsfunktion gewährleistet ist.
In zweckdienlicher Weiterbildung werden dabei die Spannuten wendelförmig verlaufend eingeschliffen. Korrespondierend werden daher also auch die Führungsfasen wendelförmig verlaufend ausgebildet. Um dabei über den gesamten, durch die Spannuten definierten Schneidbereich hinweg jeweils zu gewährleisten, dass die Führungsfasen in Drehrichtung betrachtet jeweils an den Positionen mit maximalem Radius ausgebildet sind, ist die elliptische Querschnittsfläche ebenfalls wendelförmig verlaufend ausgebildet. Hierunter wird verstanden, dass der maximale Radius in Axialrichtung betrachtet entlang einer wendelförmigen Linie verläuft. Diese wendelförmige Linie ist dabei identisch zum Verlauf der jeweiligen Führungsfase. Alternativ verlaufen die Spannuten geradlinig.
Zur Herstellung dieses unrunden Verlaufs wird dabei eine Schleifscheibe in radialer Richtung zu dem zunächst runden Rohstab zugestellt. Der Rohstab rotiert hierbei um seine Mittenachse. In Abhängigkeit der Winkelposition wird nunmehr die radiale Zustellposition der Schleifscheibe variiert, sodass winkelabhängig unterschiedliche Radien am Rohstab ausgebildet werden. Ergänzend wird die radiale Zustellposition der Schleifscheibe auch in Abhängigkeit der axialen Position der Schleifscheibe variiert, sodass sich die gewünschte gewendelte Verlauf der elliptischen Querschnittsfläche ergibt, dass also der maximale Radius der Ellipse in einer jeweiligen Schnittebene entlang einer wendelförmigen Linie verläuft.
Bei dem Rundlaufwerkzeug handelt es sich insbesondere um einen Vollhartmetall-Bohrer mit spitzem Anschliff. Je nach Anforderung und Einsatzzweck weist der Grundkörper dazu abhängig vom Einsatzgebiet ein oder mehrere Kühlmittelbohrungen auf und ist weiterhin vorzugsweise ausgehend von der Werkzeugspitze zu einem Schaftbereich hin leicht konisch verjüngend ausgebildet.
Beschreibung der Figuren
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen in vereinfachten Darstellungen:
1A Eine Seitenansicht eines Vollhartmetall-Bohrers mit gewendelten Spannnuten gemäß dem Stand der Technik,
1B eine Stirnansicht auf eine Werkzeugspitze des in 1A dargestellten Spiralbohrers,
2A eine schematisierte Querschnitts-Darstellung der Verhältnisse eines derartigen Bohrers nach dem Stand der Technik im Bereich einer Führungsfase,
2B eine vergrößerte Darstellung des mit einem Kreis gekennzeichneten Bereichs in 2A,
3A eine schematisierte Querschnitts-Darstellung der Verhältnisse eines erfindungsgemäßen Bohrers im Bereich der Führungsfase,
3B eine vergrößerte Darstellung des mit einem Kreis in 3A gekennzeichneten Bereichs,
4 eine perspektivische Darstellung eines unrund geschliffenen Rohstabs, welcher eine elliptische Querschnittsfläche aufweist, die in Axialrichtung wendelförmig verläuft,
5A eine Aufsicht auf die stirnseitige Schnittebene A-A in 4 sowie
5B eine Aufsicht auf die Schnittebene B-B in 4.
In den Figuren sind gleichwirkende Teile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Der in der 1A dargestellte Vollmetall-Bohrer 2 ist als Spiralbohrer ausgebildet und erstreckt sich in Axialrichtung 4 entlang einer Mittenlängsachse 5, die zugleich auch eine Rotationsachse definiert. Im rückwärtigen Bereich weist der Bohrer 2 einen Spannschaft 6 auf, an den sich ein genuteter Schneidbereich 8 anschließt, der sich bis zu einer stirnseitigen Werkzeugspitze 10 erstreckt. Der Bohrer 2 weist dabei insgesamt einen Vollhartmetall-Grundkörper 12 auf, in den im Schneidbereich 8 Spannuten 14 eingeschliffen sind, zwischen denen jeweils ein Rücken 15 ausgebildet ist. Der Grundkörper 12 weist ergänzend Kühlmittelkanäle 16 auf.
Die Werkzeugspitze 10 ist im Ausführungsbeispiel kegelmantelförmig angeschliffen und weist zwei Hauptschneiden 18 auf, die über eine Querschneide 20 miteinander verbunden sind. Die Hauptschneiden 18 erstrecken sich bis zu einem radial außenseitigen Schneideck, an das sich entlang der jeweiligen Spannut 14 verlaufend in Axialrichtung 4 jeweils eine Nebenschneide mit am Rücken 15 ausgebildeter Führungsfase 22 anschließt. Im Betrieb rotiert der Bohrer 2 in Drehrichtung 24 um seine Mittenlängsachse 5. Die Führungsfase 22 ist bei herkömmlichen Bohrern üblicherweise als sogenannte Rundschlifffase ausgebildet, d. h. sie weist keinen radialen Hinterschliff und damit keinen Freigang auf. Der Radius ist daher über dem gesamten Drehwinkel der Führungsfase konstant und entspricht typischerweise einem Nennradius, auf den der Rohstab in einem ersten Verfahrensschritt bei einem herkömmlichen Herstellungsverfahren rund geschliffen wird.
In den Rücken 15 ist im Nachgang zur jeweiligen Führungsfaser 22 in Drehrichtung 24 betrachtet jeweils ein radialer Freigang 28 eingebracht. Bei dem herkömmlichen Herstellungsverfahren erfolgt dies in einem dritten separaten Schleifschritt, nachdem zuvor in einem zweiten Schleifschritt die Spannuten 14 eingebracht wurden.
Diese herkömmlichen Verhältnisse sind nochmals schematisiert zur weitergehenden Verdeutlichung in den 2A und 2B für den Stand der Technik hergestellt dargestellt. Der strichpunktierte Kreis in 2A zeigt dabei eine kreisförmige Umfangslinie 31, mit konstantem Radius R. Wie insbesondere aus der Darstellung gemäß 2B nochmals deutlich zu erkennen ist, verläuft die Führungsfase 22 zunächst exakt auf dieser Kreisbogenlinie die sich nach dem ersten Rundschleifschritt beim herkömmlichen Verfahren ergibt.
Anhand der 3A, 3B sowie 4 und 5A, 5B wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert:
Grundsätzlich wird ein Rohstab 30 in einem ersten Verfahrensschritt unrund geschliffen, sodass in einem jeweiligen Querschnitt der Stab 30 eine elliptische Umfangslinie 32 ausbildet. Entsprechend variiert der Radius R, also der Abstand von der Mittenlängsachse 5 zu der Umfangsseite von einem minimalen Radius R1 zu einem maximalen Radius R2. Die Variation ist hierbei – wie bei einem elliptischen Querschnitt üblich – kontinuierlich und stetig.
Die Abweichung der elliptischen Umfangslinie 32 von der kreisförmigen Umfangslinie 31, wie sie sich beim Stand der Technik nach dem Rundschleifen ergibt, ist in der 3A zu erkennen. Wie insbesondere aus der vergrößerten Darstellung der 3B zu entnehmen ist, reduziert sich der Radius R entlang des Rückens 15 kontinuierlich vom maximalen Radius R2, welcher einen Nennradius definiert und zugleich die Position der Führungsfase 22 festlegt, bis zum minimalen Radius R1. Je nachdem, wie die jeweilige Spannut 14 ausgebildet ist, also über welchen Winkelbereich sich diese erstreckt, nimmt der Radius R zur Spannut 14 kontinuierlich ab oder er nimmt zur Spannut 14 hin bereits wieder zu. Allerdings nicht bis zum maximalen Radius R2, sodass gewährleistet ist, dass der radiale Freigang 28 erhalten bleibt und der Rücken 15 im Einsatz beabstandet von einer Innenwandung des Werkstücks ist.
Wie insbesondere aus 4 in Verbindung mit den 5A und 5B zu entnehmen ist, dient der Rohstab 30 zur Ausbildung eines wendelförmig genuteten Spiralbohrers 2. Entsprechend verdreht sich eine elliptische Querschnittsfläche 34 des geschliffenen Rohstabs 30 in Axialrichtung 4 kontinuierlich um die Mittenlängsachse 5, sodass der maximale Radius R2 bzw. der minimale Radius R1 in Axialrichtung 4 betrachtet entlang von Spirallinien verlaufen, wie dies für minimalen Radius R1 in 4 durch eine durchgezogene Hilfslinie und für den maximalen Radius R2 durch eine gestrichelte Hilfslinie dargestellt ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Rundlaufwerkzeugs, insbesondere eines Bohrers (2) oder eines Fräsers, umfassend einen sich in Axialrichtung (4) erstreckenden Grundkörper (12), der aufweist – zumindest zwei Spannuten (14) – Führungsfasen (22), die entlang einer jeweiligen Spannut (14) verlaufen – zwischen den Spannuten (14) jeweils einen Rücken (15) – einen sich an die jeweilige Führungsfase (22) anschließenden radialen Freigang (28) im Rücken (15), der sich bis zur nachfolgenden Spannut (14) erstreckt dadurch gekennzeichnet, dass – in einem ersten Verfahrensschritt ein Rohstab (30) unrund geschliffen wird, so dass ein Radius (R) des Rohstabs (30) winkelabhängig zwischen einem maximalen Radius (R2) und einem minimalen Radius (R1) variiert und dass – in einem zweiten Verfahrensschritt die Spannuten (14) eingeschliffen werden, derart, dass die Führungsfasen (22) an den Positionen mit dem maximalen Radius (R2) ausgebildet sind und der Radius (R) sich ausgehend von dem maximalen Radius (R2) kontinuierlich in Drehrichtung (24) nachfolgend zur jeweiligen Führungsfase (22) zur Ausbildung des radialen Freigangs (28) aufgrund der unrunden Ausbildung verringert, wobei die Führungsfase (22) kantenfrei in den radialen Freigang (28) übergeht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohstab (30) im ersten Verfahrensschritt auf eine elliptische Querschnittsfläche (34) geschliffen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Radius (R1) eine kleine Halbachse und der maximale Radius (R2) eine große Halbachse der elliptischen Querschnittsfläche (34) definiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Radius (R1) im Bereich des 0,75 bis 0,98-fachen, insbesondere im Bereich des 0,92–0,95-fachen des maximalen Radius (R2) liegt
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannuten (14) wendelförmig verlaufend eingeschliffen werden und die Führungsfasen (22) entsprechend jeweils entlang des maximalen Radius (R2) wendelförmig verlaufen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einschleifen der Spannuten (14) ein positiver Spanwinkel ausgebildet wird.
Rundlaufwerkzeug, insbesondere Bohrer (2) oder Fräser, das einen sich in Axialrichtung (4) erstreckenden Grundkörper (12) umfasst, wobei der Grundkörper (12) aufweist – zumindest zwei Spannuten (14) – in einer Drehrichtung (24) anschließend an die jeweilige Spannut (14) eine Führungsfase (22) – zwischen den Spannuten (14) jeweils einen Rücken (15) – einen sich an die Führungsfase (22) in Drehrichtung (24) anschließenden radialen Freigang (28) im Rücken (15), der sich bis zur nachfolgenden Spannut (14) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar anschließend zur Führungsfase (22) ein Radius (R) des Grundkörpers (12) sich verjüngt und bis zur nachfolgenden Spannut (14) ein radialer Freigang (28) ausgebildet ist, wobei die Führungsfase (22) kantenfrei in den radialen Freigang (28) übergeht.
Rundlaufwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücken (15) im Querschnitt betrachtet entlang einer elliptischen Umfangslinie (32) verläuft.
Rundlaufwerkzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannuten (14) sich in Axialrichtung (4) erstrecken und einen Schneidbereich (8) definieren, wobei die „elliptische” Querschnittsfläche (34) im gesamten Schneidbereich (8) ausgebildet ist.
Rundlaufwerkzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannuten (14) in Axialrichtung (4) gewendelt sind.
Rundlaufwerkzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Spannut (14) und der Führungsfase (22) ein positiver Spanwinkel ausgebildet ist.