Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft den Aufbau eines Bohrers,
der hauptsächlich dazu geeignet ist, Stahl, Gußeisen oder
Superlegierung zu bohren, und insbesondere betrifft sie den
Aufbau eines Bohrers mit Hochqualitätswegwerfspitze, der eine
ausgezeichnete Verschleißbeständigkeit und Zähigkeit
aufweist.
Beschreibung des Stands der Technik
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Ein Bohrer ist eines der Schneidwerkzeuge für das Bohren von
Stahlprodukten und dergleichen. Fig. 1 zeigt einen
beispielhaften Aufbau eines Spiralbohrers. Der Spiralbohrer ist durch
einen Schneidbereich 1 ausgebildet, der für das Bohren
verwendet wird, und einen Schaft 2, der nicht am Schneiden
teilnimmt, sondern hauptsächlich dazu bestimmt ist, Späne
abzuführen und an einem Spannfutter usw. einer Schneidmaschine
wie einer Bohrmaschine angebracht ist.
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Ein weiteres Bohrwerkzeug mit einem austauschbaren
Schneideinsatz, welches den nächsten Stand der Technik
darstellt, ist aus der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 118
806 bekannt, die ein Bohrwerkzeug offenbart, das einen Schaft
mit mindestens einer Span-Nut und einem austauschbaren
Schneideinsatz aufweist. Der Einsatz besteht- aus einer oder
zwei flachen Spitzen, die jeweils eine Hauptschneidkante
aufweisen. An der schmalen Seite der Spitze gegenüber der
Bohrerspitze befindet sich ein Befestigungszapfen, der zwei
seitliche Lagerflächen besitzt und koaxial zu der Bohrerachse
angeordnet ist.
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Bei dem hier offenbarten Bohrer ist der Einsatz an dem Schaft
nur durch Verwendung der Schubkraft befestigt, d.h. der
Kraft, die in Richtung der Drehachse des Bohrers als
Reaktionskraft gegen die Vorschubbewegung des Bohrers und des
Drehmoments wirkt. Bei dieser Art Schneidwerkzeug ist der Einsatz
mit dem Schaft durch dessen Drehen in eine bestimmte
Verriegelungsstellung in Eingriff mit den an dem Schaft
vorgesehenen Aussparungen verriegelt. Bei Verwendung dieses
Bohrwerkzeugs ist es möglich, den Einsatz in Abhängigkeit von dem
Schneidvorgang zu wechseln.
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Im allgemeinen werden Materialien für Bohrer aus Schnellstahl
und Sintercarbid hergestellt. Der Schnellstahl, der eine
ausgezeichnete Zähigkeit, aber eine schlechtere
Verschleißbeständigkeit aufweist, ist für Hochgeschwindigkeitsschneiden
ungeeignet. Andererseits kann Sintercarbid, das
ausgezeichnete Verschleißbeständigkeits- und
Präzisionswerkzeugseigenschaften aufweist, aber spröde ist, zu einem Bruch führen,
wenn es beispielsweise bei einer Werkzeugmaschine mit einer
geringen Steifigkeit verwendet wird.
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Um solche Materialien zu verbessern, wurde ein Aufbau, der
durch Beschichten eines Schneidbereichs von Schnellstahl mit
harten TiN erzielt wird, eine Struktur, die durch Hartlöten
eines Schneidbereichs aus Sintercarbid erreicht wird und
dergleichen, vorgeschlagen.
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In den letzten Jahren wurde weiterhin ein Aufbau, der durch
Hartlöten verschiedener Sintercarbidmaterialien (P30 und D30)
zur Verbesserung der Verschleißbeständigkeit und Zähigkeit
erzielt wurde, wie in dem offengelegten japanischen
Gebrauchsmuster 58-143115 (1983) offenbart oder durch
metallurgisches Integrieren/Verbinden solcher unterschiedlicher
Materialien, wie in der japanischen
Gebrauchsmusterveröffentlichung 62-46489 (1987) offenbart, ein Bohrer einer doppelten
Struktur, dessen zentrale und äußere Umfangsbereiche aus
unterschiedlichen Sintercarbidmaterialien in Anbetracht des
Unterschieds der Eigenschaften, die für solche Bereiche
erforderlich sind, hergestellt sind, wie in der japanischen
Patentoffenlegungsschrift
62-218010 (1987) offenbart, oder ein
Verfahren zum Erzielen einer solchen Doppelstruktur durch
Spritzgießen, wie in der japanischen Offenlegungsschrift 63-
38501 oder 38502 (1988) offenbart, und dergleichen
vorgeschlagen. Es wurde auch ein Aufbau vorgeschlagen, der durch
Herstellung eines Materials für einen Bohrer aus
Cermet-Sintercarbid auf Ti-Basis erzielt wurde, um die
Haftbeständigkeit zu erhöhen, wie in der japanischen Offenlegungsschrift
62-292307 (1987) offenbart.
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Der Schneidbereich und der Schaft eines Bohrers werden unter
unterschiedlichen Belastungsbedingungen verwendet. Deshalb
sind unterschiedliche Eigenschaften für die jeweiligen Teile
eines solchen Bohrers erforderlich. Für die Spitze des
Schneidbereichs sind beispielsweise Verschleißbeständigkeit
und Haftbeständigkeit erforderlich, während für den Schaft
zur Beibehaltung der Festigkeit des Werkzeugs Zähigkeit
erforderlich ist. Was die Spitze des Schneidbereichs
anbetrifft, sind unterschiedliche Eigenschaften für dessen
zentrale und äußere Umfangsbereiche erforderlich, da diese
Bereiche mit unterschiedlichen Schneidgeschwindigkeiten
angetrieben werden.
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Wenn ein Bohrer, dessen Schneidbereich beschichtet ist, um
solche komplexen Erfordernisse für die Eigenschaften zu
erfüllen, für die allgemeine Verwendung nachgeschärft wird,
wird die Beschichtungsschicht unvermeidlich zumindest von
einer vorderen Flankenseite getrennt und folglich geht der
größte Teil der Beschichtungswirkung verloren.
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Andererseits ist ein Bohrer, der durch Hartlöten von
Sintercarbid an seinen Schneidbereich hergestellt wird, nicht für
das Tieflochbohren eines nicht schneidbaren Materials
verwendbar. Wenn der Schaft aus Stahl hergestellt wird, wird
weiterhin ein beträchtlicher Unterschied in dem
Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen diesem und dem den Schneidbereich
bildenden Sintercarbid bewirkt, was leicht zu einem
Zersplittern oder Reißen der Hartlötung führen kann.
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In den letzten Jahren wurde ein Sintercarbidmaterial für den
Schaft eines Bohrers in einen Grobkorn- oder Hochbindemittel-
Phasenzustand verbracht, uni die Zähigkeit des Schafts zu
verbessern. In diesem Fall wird jedoch die Festigkeit des
Materials verringert oder die Verzerrung der elastischen Grenze
wird verringert und folglich bricht der Schaft in
unerwünschter Weise während des Perforierens aufgrund von Vibrationen
eines Werkstücks, einer instabilen Drehung einer
Schneidmaschine oder dergleichen.
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Obgleich ein Bohrer, der durch das untrennbare und
einstückige Verbinden des vorstehend erwähnten Schneidbereichs und
Schafts hergestellt wird, kontinuierlich durch Nachschärfen
des Schneidbereichs nach jeder vorgeschriebenen Betriebszeit
verwendet werden kann, ist die Häufigkeit eines solchen
Nachschärfens beschränkt und die Kosten werden erhöht. Außerdem
sind die Schärfe und die Lebensdauer des Werkzeugs in
Abhängigkeit von Bedingungen des Nachschärfvorgangs uneinheitlich.
Außerdem ist es notwendig, die Länge des Bohrers in
Abhängigkeit der numerischen Steuerung und Automatisierung einer
Schneidmaschine, bei der der Bohrer verwendet wird,
nacheinander korrekt zu erfassen. So muß die Länge des Bohrers durch
einen komplizierten Vorgang jedes Mal, wenn er nachgeschärft
wird, gemessen werden.
Zusammenfassung der Erfindung
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Zur Lösung der vorstehend angegebenen Probeme ist eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Schaffung eines Bohrers
mit Wegwerfspitze, der einen Einsatz mit einer
ausgezeichneten Verschleißbeständigkeit und Haftbeständigkeit und einen
Schaft mit einer ausreichenden Zähigkeit gegen Bruch
aufweist, der für die kontinuierliche Verwendung kein
Nachschärfen erfordert.
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Die vorstehenden Aufgaben werden durch einen Bohrer mit den
Merkmalen von Anspruch 1 oder Anspruch 5 gelöst.
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Ein solcher Bohrer mit Wegwerfspitze umfaßt einen Einsatz zum
Schneiden eines Werkstücks und einen Schaft, der in einer
vorgeschriebenen Stellung einer Schneidmaschine anzubringen
ist, wobei der Einsatz lösbar mechanisch mit dem Schaft
verbunden ist. Zumindest eine Schneidkante des Einsatzes ist aus
einem gesinterten Diamantkörper hergestellt, und der Schaft
ist aus Stahl hergestellt.
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Der den Einsatz bildende gesinterte Diamantkörper enthält
Diamant in einem Bereich von mindestens 70 Vol.-% und nicht
mehr als 99 Vol.-%.
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Der Einsatz muß nicht vollständig aus einem gesinterten
Diamantkörper hergestellt sein, aber das Material hierfür kann
durch Verbinden eines gesinterten Diamantkörpers auf einer
Basis aus Hartmetall hergestellt werden. Alternativ kann nur
die Schneidkante des Einsatzes aus einem gesinterten
Diamantkörper oder einem Material gebildet sein, das durch Verbinden
eines gesinterten Diamantkörpers auf einer Basis aus
Hartmetall hergestellt ist, und mit dem verbleibenden Teil des
Einsatzes durch Hartlöten verbunden werden, der aus Hartmetall
hergestellt ist. Mit anderen Worten kann zumindest die
Schneidkante des Einsatzes aus einem gesinterten
Diamantkörper gebildet sein.
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Ein Einsatz und ein Schaft, die den erfindungsgemäßen Bohrer
mit Wegwerfspitze verkörpern, sind miteinander in dem in Fig.
2, 3A und 3B gezeigten System verbunden.
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Bei dem in Fig. 2, 3A und 3B gezeigten Bohrer wird ein
Einsatz 31 in einen Schaft 32 entlang eines Pfeils, wie in Fig.
2 gezeigt, eingesetzt, so dar der Einsatz 31 und der Schaft
32 miteinander ohne eine Schraube oder dergleichen in einem
sogenannten Selbsthaltesystem verbunden sind. Bei dem in Fig.
3A und 3B gezeigten Zustand sind der Einsatz 31 und der
Schaft 32 miteinander durch dieses Verbindungssystem
verbunden. Bei einem solchen Verbindungszustand werden
Seitenbereiche eines gehaltenen Bereichs 31a des Einsatzes 31 in Kontakt
mit inneren Endflächen der Haltebereiche 33a und 33b des
Schafts 32 gebracht, um eine Reibungskraft zu verursachen,
wodurch der Einsatz 31 an dem Schaft 32 befestigt ist. Mit
Bezug auf Fig. 4A und Fig. 4B wird der Zustand einer solchen
Verbindung des Einsatzes 31 und des Schafts 32, der durch den
Eingriff dazwischen bewirkt wird, wie folgt erklärt: Bevor
der Einsatz 31 von dem Schaft 32 ergriffen wird, ist der
Winkel P&sub1;, der durch die linken und rechten Seitenbereiche des
gehaltenen Bereichs 31a gebildet wird, geringfügig größer als
der Winkel P&sub2;, der durch die gegenüberliegenden, inneren
Endflächen der Haltebereiche 33a und 33b gebildet wird. Wenn der
Einsatz 31 in den Schaft 32 im Preßsitz eingesetzt wird, wird
der Winkel P&sub2; allmählich durch die Keilwirkung aufgrund der
sich verjüngenden, linken und rechten Seitenbereiche des
gehaltenen Bereichs 31a und eines Schlitzes 34, der an dem
Haltebereich 33 geschaffen ist, erweitert. Wenn P&sub1; > P&sub2; ist,
steht der gehaltene Bereich 31a in Kontakt mit dem
Haltebereich 33b nur an dem oberen Ende der inneren Endfläche des
Haltebereichs 33a. Wenn die Größe von P&sub2; die Größe von P&sub1;
erreicht, sind die Kontaktflächen zwischen beiden
Seitenbereichen des gehaltenen Bereichs 31a und der inneren Endfläche
des Haltebereichs 33a wie in Fig. 4B gezeigt maximiert. Der
Vorgang des Preßsitzanbringens wird in diesem Zustand
gestoppt, und der Haltebereich 33a wird elastisch deformiert,
um eine Preßkraft in den Kontaktflächen desselben und dem
gehaltenen Bereich 31a zu erreichen, so daß der Einsatz 31 mit
dem Schaft 32 durch Reibungskraft zwischen den Kontaktflächen
verbunden bzw. an diesem befestigt ist.
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Ein Kühlmittelzuführloch 35 führt der Schneidkante des
Einsatzes 31 direkt ein Kühlmittel zu. Außerdem ist an der
Schneidkante des Einsatzes 31 ein Spanbrecher 36 vorgesehen,
um die Späne zu zerteilen.
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Fig. 5 zeigt ein weiteres Beispiel eines Schafts 32, der mit
Schlitzen 34 nicht nur in einem Haltereich 33a, sondern in
einem weiteren Haltebereich 33b ausgestattet ist. In diesem
Fall wird ein Einsatz 31 in den Schaft 32 im Preßsitz
eingesetzt, so dar beide Haltebereiche 33a und 33b gleichzeitig
erweitert werden, wobei sie den gehaltenen Bereich 31a durch
ihre elastische Kraft halten.
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Die für einen Bohrer erforderlichen Eigenschaften sind grob
in Verschleiß- und Haftbeständigkeit für einen Einsatz und
Bruchbeständigkeit eines Schafts klassifiziert, welche durch
die Zähigkeit dargestellt ist. Zumindest die Schneidkante des
Einsatzes kann aus einem gesinterten Diamantkörper
hergestellt sein, wodurch die Verschleißbeständigkeit,
Haftbeständigkeit und Zähigkeit des Einsatzes verbessert sind. Und zwar
weil Diamant extrem hart ist und eine ausgezeichnete hohe
Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu WC und Al&sub2;O&sub3; aufweist, die
allgemein als Hauptkomponenten für Werkzeugmaterialien
verwendet werden, und ein gesinterter Diamantkörper weist auch
eine ausgezeichnete Zähigkeit auf. So ist der Bohrer für das
Schneiden von Materialien wie Hartmetall, einer eine große
Menge Si enthaltenden Al-Legierung, Keramik, einer
Kupferlegierung, Kohlenstoff und dergleichen geeignet.
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Der gesinterte Diamantkörper, der den Einsatz bildet, enthält
vorzugsweise Diamant in einem Bereich von mindestens 70 Vol.-
% und nicht mehr als 99 Vol.-%, da es unmöglich ist, die
Verschleißbeständigkeit ausreichend zu verbessern, falls der
Gehalt weniger als 70 Vol.-% beträgt, während der Sintergrad
verschlechtert wird, falls der Gehalt 99 Vol.-% übersteigt.
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Der Schaft, der aus Stahl hergestellt ist, besitzt eine
ausgezeichnete Zähigkeit und eine ausgezeichnete
Bruchbeständigkeit. Weiterhin können die Materialkosten verringert werden.
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Bei dem Bohrer sind der Einsatz und der Schaft außerdem
lösbar mechanisch miteinander verbunden, wodurch es möglich ist,
den Einsatz, der relativ leicht zu beschädigen und kurzlebig
ist, leicht zu lösen und wegzuwerfen.
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Der Bohrer mit Wegwerfspitze weist einen Einsatz zum
Schneiden eines Werkstücks und einen Schaft auf, der in einer
vorgeschriebenen Stellung einer Schneidmaschine anzubringen ist,
und der Einsatz ist lösbar mechanisch mit dem Schaft
verbunden. Mindestens. die Schneidkante des Einsatzes ist aus einem
kubischen Bornitridsinterkörper gebildet, und der Schaft ist
aus Stahl hergestellt.
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Der den Einsatz bildende, kubische Bornitridsinterkörper
enthält vorzugsweise kubisches Bornitrid in einem Bereich von
mindestens 40 Vol.-% und nicht mehr als 80 Vol.-%.
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Der Einsatz muß nicht vollständig aus einem kubischen
Bornitridsinterkörper gebildet sein, aber das Material hierfür
kann hergestellt werden, indem ein kubischer
Bornitridsinterkörper auf einer Basis aus Hartmetall verbunden wird.
Alternativ kann nur die Schneidkante des Einsatzes aus einem
kubischen Bornitridsinterkörper oder einem Material ausgebildet
sein, das erhalten wird, indem ein gesinterter Diamantkörper
auf eine Basis aus Hartmetall gebunden und mit dem
verbleibenden Teil des Einsatzes mittels Hartlöten verbunden wird,
der aus Hartmetall hergestellt ist. Mit anderen Worten kann
zumindest die Schneidkante des Einsatzes aus einem kubischen
Bornitridsinterkörper gebildet sein.
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Der Einsatz und der Schaft dieses Bohrers mit Wegwerfspitze
können miteinander in dem in Fig. 2, 3A und 3B dargestellten
System in ähnlicher Weise wie vorstehend angegeben verbunden
werden.
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Zumindest die Schneidkante des Einsatzes kann aus einem
kubischen Bornitridsinterkörper gebildet sein, wodurch die
Verschleißbeständigkeit, die Haftbeständigkeit und die Zähigkeit
des Einsatzes verbessert werden, und zwar weil kubisches
Bornitrid extrem hart ist und eine ausgezeichnete
Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu WC und Al&sub2;O&sub3; aufweist, die im
allgemeinen als Hauptkomponenten für Werkzeugmaterialien verwendet
werden, und ein kubischer Bornitridsinterkörper auch eine
ausgezeichnete Zähigkeit aufweist. Auderdem ist ein solcher
kubischer Bornitridsinterkörper auch für die Bearbeitung von
Eisenmaterialien, insbesondere sehr hartem Stahl wie
gehärtetem Stahl, verwendbar, da dieser keinen Kohlenstoff im
Unterschied zu Diamant enthält. Außerdem ist der kubische
Bornitridsinterkörper auch imstande, eine wärmebeständige
Ni-Gruppen- oder Co-Gruppenlegierung, welche als unschneidbares
Material erachtet wird, und ein gesinterte Eisenkomponente zu
schneiden.
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Der kubische Bornitridsinterkörper, der als Material für den
Einsatz verwendet wird, enthält vorzugsweise kubisches
Bornitrid in einem Bereich von mindestens 40 Vol.-% und nicht mehr
als 80 Vol.-%, da es unmöglich ist, die
Verschleißbeständigkeit ausreichend zu verbessern, falls der Gehalt weniger als
40 Vol.-% beträgt, während die Kontinuität zwischen Teilchen
des kubischen Bornitrids strukturell verschlechtert und die
Zähigkeit verringert wird, wenn der Gehalt 80 Vol.-%
übersteigt.
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Wie vorstehend beschrieben wird ein Diamant oder kubischer
Bornitridsinterkörper als Material für zumindest die
Schneidkante des Einsatzes verwendet und Stahl wird als Material für
den Schaft verwendet, wodurch der Einsatz eine ausgezeichnete
Verschleißbeständigkeit, Haftbeständigkeit und thermische
Rißfestigkeit (Abplatzbeständigkeit) aufweist und der Schaft
eine ausgezeichnete Zähigkeit aufweist und die Kosten relativ
verringert werden können. So ist es möglich, einen Bohrer mit
Wegwerfspitze zu niedrigen Kosten zu schaffen, der eine hohe
Zuverlässigkeit, eine lange Lebensdauer und eine hohe
Qualität aufweist, wobei auch kein Abplatzen des Einsatzes oder
ein abrupter Bruch des Schafts auftritt.
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Da der Einsatz und der Schaft lösbar mechanisch miteinander
verbunden sind, kann der Einsatz, der relativ leicht
beschädigbar ist und eine kurze Standzeit hat, leicht von dem
Schaft gelöst werden, um weggeworfen zu werden. So braucht
der Einsatz für eine kontinuierliche Verwendung nicht
nachgeschärft zu werden, wodurch die Kosten im Vergleich zu dem
herkömmlichen Bohrer, dessen Einsatz untrennbar mit einem
Schaft integriert ist, weiter gesenkt werden können. Da der
Bohrer kein Nachschärfen des Einsatzes erfordert, wird die
Uneinheitlichkeit der Schärfe und der Standzeit des
Werkszeugs verringert und die Gesamtlänge des Bohrers kann
aufrechterhalten werden, ohne daß eine Messung der Bohrerlänge
erforderlich ist. Außerdem kann ein Basismaterial für den
Einsatz durch Spritzgießen hergestellt werden, wodurch es
möglich ist, leicht einen Spanbrecher oder dergleichen zu
bilden, um die Arbeitskosten weiter zu senken.
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Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der
Ausführungs formen der vorliegenden Erfindung sind aus der
nachfolgenden detaillierten Beschreibung der
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den
beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist eine strukturelle Darstellung, die einen
herkömmlichen Spiralbohrer zeigt.
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Fig. 2 ist eine auseinandergezogene, perspektivische
Ansicht, die ein Verbindungsteil des Bohrers des
sogenannten Selbsthaltetyps unter den Bohrern mit
Wegwerfspitze zeigt, auf die die vorliegende
Erfindung erweitert Anwendung findet,
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Fig. 3A ist eine Vorderansicht auf den in Fig. 2
gezeigten Selbsthaltebohrers mit Wegwerfspitze und Fig.
3B ist eine Ansicht von rechts auf diesen,
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Fig. 4A ist ein Schnitt entlang der Linie A-A von Fig. 3A
zur Veranschaulichung eines Zustands, bei dem das
im Preßsitzeinsetzen eines Einsatzes 31 in einen
Schaft 32 bei dem in Fig. 2 gezeigten Bohrer mit
Wegwerfspitze beginnt, und Fig. 48 ist ein
ähnlicher Schnitt zur Veranschaulichung eines
Zustands, bei dem das Verbinden der Einsatz 31 mit
dem Schaft 32 verbunden bzw. an diesem befestigt
wird,
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Fig. 5 ist ein Schnitt, der ein weiteres Beispiel eines
Verbindungsteils des in Fig. 2 gezeigten Bohrers
mit Wegwerfspitze zeigt, der mit Schlitzen 34 auf
beiden Seiten der Haltebereiche 33a und 33b
versehen ist,
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Fig. 6A ist eine perspektivische Ansicht, die einen
beispielhaften Einsatz unter den Bohrern mit
Wegwerfspitze zeigt, dessen Schneidkante allein aus
einem Diamanten oder einem kubischen
Bornitridsinterkörper gebildet ist,
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Fig. 6B u. 6C geschnittene Ansichten, die zwei Beispiele
eines Abschnitts um die in Fig. 6A gezeigte
Schneidkante herum veranschaulichen, und
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Fig. 7 eine perspektivische Ansicht, die einen
beispielhaften Einsatz unter den Bohrern mit
Wegwerfspitze zeigt, dessen Oberfläche vollständig von
einer Diamantfolie bedeckt ist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Jetzt werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
beschrieben.
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Ein Bohrer mit Wegwerfspitze gemäß der ersten
erfindungsgemäßen Ausführungsform wird hergestellt, indem ein Einsatz aus
einem Material hergestellt wird, das durch Verbinden eines
Diamantsinterkörpers mit einer Basis aus Hartmetall verbunden
wird und mit einem Schaft aus Stahl in dem in Fig. 2
gezeigten System lösbar mechanisch verbunden wird.
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Die Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzungswerte der
verschiedenen Pulvermaterialien für gesinterte Diamantkörper, die
Einsätze der Proben bilden. Die Tabelle 1 zeigt auch
Stahlmaterialien für Schäfte der Proben. Bei den in Tabelle 1
gezeigten Proben sind die Einsätze und Schäfte miteinander in
dem in Fig. 2 gezeigten System verbunden. Bei den Proben A
bis D, fällt die Probe D nicht unter den Umfang der
vorliegenden Erfindung, weil der Gehalt (Volumenprozentsatz) des
Diamanten, der durch die Markierung ** gezeigt ist,
beträchtlich unterhalb des definierten Bereichs liegt, . Was die
Vergleichsprobe E anbetrifft, fällt das Material für den Einsatz
in dem Punkt nicht unter den Umfang der vorliegenden Erfin-
dung, daß die Schneidkante des Einsatzes aus beschichtetem
Hartmetall gebildet ist. Bei der Vergleichsprobe F ist das
Material für die Schneidkante des Einsatzes aus Si&sub3;N&sub4;
hergestellt, das nicht unter den Umfang der vorliegenden Erfindung
fällt. Das Symbol * zeigt die Materialien, die jeweils nicht
unter den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen.
Tabelle 1
Probe
Zusammensetzung des Einsatzes (Vol.-%)
Schaft
Beispiel
** Diamantpulver
Diamantpulver (88), WC (enthaltend 15 Gew.-% Co)
Vergleichsbeispiel
Schneidkante: beschichtetes Hartmetall (Hartmetall der Qualität P30 , besohichtet mit TiN-Folie)
* Schneidkante: Si&sub3;N&sub4; Keramik
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Leistungsbewertungstests für die vorstehend erwähnten Proben
wurden mit Bohrern mit einem Durchmesser von 8 mm unter den
folgenden Bedingungen durchgeführt:
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Werkstück: AC4C
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Schneidgeschwindigkeit: 120 m/min., Trockentyp
(wasserlösliches Schneidöl)
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Vorschubgeschwindigkeit 0,10 mm/U
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Schneidtiefe: 25 mm
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Kriterium: Der Zustand der Spitze usw. wurde nach dem
Arbeiten bis zum Ende der Standzeit beobachtet.
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Standzeit: Wird im allgemeinen als beendet erachtet, wenn die
äußere Umfangsflanke um mindestens 0,2 mm abgenutzt war.
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Die Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der vorstehend erwähnten
15 Leistungsbewertungstests. Ausgezeichnete Ergebnisse wurden
bei den erfindungsgemäßen Proben A bis C im Vergleich zu den
Vergleichsproben E und F erzielt. Was die Probe D anbetrifft
war die Anzahl der Arbeitslöcher verringert und die Tiefe des
Haftverschleiß der Innenumfangsfläche mit Bezug auf die
gleiche Menge des Außenumfangsfrontflankenabriebs erhöht, da die
Menge an Diamant in dem den Einsatz bildenden, gesinterten
Diamantkörper niedriger als der Bereich von 70 bis 99 Vol.-%
war.
Tabelle 2
Probe
Anzahl der bearbeiteten Löcher
Abrieb der äußeren Umfangsfrontflanke (mm)
Tiefe des Haftverschleißes der Innenumfangsfläche (mm)
Vergleichsprobe
beträchtlich abgeplatzt
Test aufgrund von Einsatzabplatzen gestoppt
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Die zweite erfindungsgemäße Ausführungsform wird jetzt
beschrieben.
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In dieser Ausführungsform wurden Proben von Bohrern mit
Wegwerfspitze mit Einsätzen und Schäften der gleichen
Materialien wie jene für die Probe A des ersten Beispiels
hergestellt, um die Schneideigenschaften mit Bezug auf Arten des
Verbindungssystems f26 oder des in Fig. 2 gezeigten
Selbsthaltebohrers (Probe G) mit einer Vergleichsprobe eines
hartgelöteten Bohrers mit einem Einsatz aus Hartmetall (Probe J),
die nicht unter den Umfang der vorliegenden Erfindung fällt,
zu vergleichen. Die Schneidbedingungen waren wie folgt:
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Werkstück: AC4C
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Schneidgeschwindigkeit V: 50 m/min. und 150 m/min.
(wasserlösliches Schneidöl)
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Vorschubgeschwindigkeit: 0,1 mm/U
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Schneidtiefe: 40 mm
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Durchmesser des bearbeiteten Lochs: 20 mm
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Die Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse der bewerteten
Eigenschaften.
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Die Schneideigenschaften, dargestellt durch die Stabilität,
können als ausgezeichnet erachtet werden, da waagerechte
Komponenten und Schubkräfte und Drehmomentwerte des
Schneidgleichgewichts, die auf die Bohrer durch den
Schneidwiderstand wirken, verringert sind und Werte der
Geschwindigkeitsabhängigkeit verringert sind.
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Aus den Ergebnissen ist ersichtlich, daß das
Selbsthaltesystem der Probe G die ausgezeichnetsten Schneideigenschaften
von allen Verbindungssystemen des Bohrers mit Wegwerfspitze
erzielt.
Tabelle 3
Verglichene Eigenschaften
Schneidgleichgewicht (Waagerechte Komponente) (N)
Schub (N)
Drehmoment (J)
Lochdurchmesser Übergröbe (um)
Bemerkungen
Schneidgeschwindigkeit V (m/min)
Probe
Beispiel
Vergleichsbeispiel
Selbsthaltetyp
Hartgelöteter Typ mit Schneidkante aus Hartmetall
Nicht meßbar
Wegwerftyp gezeigt in Fig.
Spiralförmige Nut, Querverdünnung, Nachschärfen verfügbar 5 mal, unfähig,
Späne zu trennen und bei V = 150 gebrochen
(Anmerkung) Material für Einsatz und Schaft der
Probe G identisch zu denen der
Probe A in Tabelle 1
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Bei dem in Fig. 2 gezeigten Selbsthaltesystem für einen
Bohrer mit Wegwerfspitze, der für das Verbindungssystem der
Probe G verwendet wurde, wird der Einsatz an dem Schaft durch
die elastische Kraft des Stahls befestigt, was einfach
mittels eines in dem Schaft ausgebildeten Schlitzes
durchzuführen ist. So erfordert dieser Bohrer keine separaten
Befestigungsmittel wie Schrauben. Deshalb ist es möglich, einen
Bohrer mit Wegwerfspitze eines ersten Durchmessers herzustellen,
der einen Durchmesser von nicht mehr als 10 mm hat, was bei
dem herkömmlichen Schraubensystem aufgrund der
Minderwertigkeit der Befestigungsstärke, dem Zusammenbrechen von
Schrauben und dergleichen nicht möglich war. Außerdem ist die
Bearbeitbarkeit verbessert, da bei dem Schritt des Verbindens des
Einsatzes und des Schafts an dem Arbeitsplatz kein
Verschrauben erforderlich ist, da der Bohrer durch ein einfaches
Einsetzen in den Schaft im Preßsitz zusammengebaut werden kann.
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Die erfindungsgemäße Ausführungsform 3 wird jetzt
beschrieben.
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Ein Bohrer mit Wegwerfspitze gemäß der dritten
erfindungsgemäßen Ausführungsform wird hergestellt, indem ein Einsatz aus
einem Material hergestellt wird, das erhalten wurde durch
Binden eines kubischen Bornitridsinterkörpers an einer Basis
aus Hartmetall und dem lösbar mechanischen Verbinden
desselben mit einem Schaft aus Stahl bei dem in Fig. 2 gezeigten
System.
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Die Tabelle 4 zeigt die Zusammensetzungswerte der
verschiedenen Pulvermaterialien für kubische Bornitridsinterkörper,
die die Einsätze der Proben bilden. Die Tabelle 4 zeigt auch
Stahlmaterialien für Schäfte der Proben. Bei den in Tabelle 4
gezeigten Proben sind die Einsätze und Schäfte miteinander in
dem in Fig. 2 gezeigten System verbunden. Bei den Proben K
bis O, fallen die Proben N und O nicht unter den Umfang der
vorliegenden Erfindung, weil der Gehalt (Volumenprozentsatz)
der kubischen Bornitridpulvermaterialien außerhalb des
definierten
Bereichs von 40 bis 80 Vol.-%, gezeigt durch die
Markierung ** liegt. Die Vergleichsprobe P liegt in dem Punkt
außerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs, daß sein Schaft aus
Hartmetall der Qualität K30 hergestellt ist, obgleich ihr
Einsatz aus einem kubischen Bornitridsinterkörper gebildet
ist.
Tabelle 4
Probe
Zusammensetzung des Einsatzes (vol.-%)
Schaft
**Kubisches Bornitridpulver
Vergleichsprobe
Kubisches Bornitridpulver (60), TiC (40)
Hartmetall der
Qualität K30
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Leistungsbewertungstests für die vorstehend erwähnten Proben
wurden mit Bohrern mit einem Durchmesser von 12 mm unter den
folgenden Bedingungen durchgeführt:
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Werkstück: SNCM420 (HRC = 50)
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Schneidgeschwindigkeit: 100 m/min., Trockentyp
(wasserlösliches Schneidöl)
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Vorschubgeschwindigkeit 0,15 mm/U
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Schneidtiefe: 20 mm
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Kriterium: Der Zustand der Spitze usw. wurde nach dem
Arbeiten bis zum Ende der Standzeit beobachtet.
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Standzeit: Wird im allgemeinen als beendet erachtet, wenn die
äußere Umfangsflanke um mindestens 0,2 mm abgenutzt war.
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Die Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse der vorstehend erwähnten
15 Leistungsbewertungstests. Ausgezeichnete Ergebnisse wurden
bezüglich der Proben K bis M erhalten. Die Proben N und O
sind mit Bezug auf die Verschleißbeständigkeit und die
Abplatzbeständigkeit etwas unterlegen, da der Gehalt des
kubischen Bornitrids in den kubischen Bornitridsinterkörpern, die
die Einsätze bilden, außerhalb des definierten Bereichs von
40 bis 80 Vol.-% mit Bezug auf die Verbindungsphasen des
Hartmetalls liegt. Für die Zwecke der Bezugnahme wurden
gleiche Experimente mit Bezug auf vier Arten von herkömmlichen
Bohrern wie im unteren Teil der Tabelle 5 gezeigt
durchgeführt. Es ist aus den Ergebnissen ersichtlich, dar die Proben
K bis M bei den Proben besonders überlegen sind.
Tabelle 5
Probe
Anzahl der bearbeiteten Löcher
Abrieb der äußeren Umfangsfrontflanke (mm)
Tiefe des Verschleißes der Innenumfangsfläche (mm)
Probe
Vergleichsprobe
Bezugsbeispiel
Schneidkante: beschichtetes Hartmetall
Schneidkante: Al&sub2;O&sub3;
Intergriertes beschichteter Schnellstahl
Integriertes beschichtetes Hartmetall
beträchtlich abgeplatzt
Test aufgrund von Schaftbruch gestoppt
Test aufgrund von beträchtlichem Schneidkantenabplatzen gestoppt
Schneidkante sehr verschlissen
Test aufgrund von Schaftbruch gestoppt
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Die erfindungsgemäße Ausführungsform 4 wird jetzt
beschrieben.
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Bei dieser Ausführungsform wurden Proben der Eohrer mit
Wegwerfspitze aus Einsätzen und Schäften aus den gleichen
Materialien wie jenen für die Probe K der dritten Ausführungsform
hergestellt, um die Schneideigenschaften mit Bezug auf das
Verbindungssystem für den in Fig. 2 gezeigten
Selbsthaltebohrer (Probe Q) und eine Vergleichsprobe eines hartgelöteten
Bohrers mit einem Einsatz aus Hartmetall zu vergleichen, die
nicht unter den Umfang der vorliegenden Erfindung fiel (Probe
T). Die Schneidbedingungen waren folgende.
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Werkstück: S50C (HB = 220)
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Schneidgeschwindigkeit V: 50 m/min. und 150 m/min.,
(wasserlösliches Schneidöl)
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Vorschubgeschwindigkeit 0,2 mm/U
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Schneidtiefe: 40 mm
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Durchmesser des bearbeiteten Lochs: 20 mm
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Die Tabelle 6 zeigt die Ergebnisse der vorstehend bewerteten
Eigenschaften.
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Die Schneideigenschaften, dargestellt durch die Stabilität,
können als ausgezeichnet erachtet werden, da waagerechte
Komponenten und Schubkräfte und Drehmomente des
Schneidgleichgewichts, die auf die Bohrer durch den Schneidwiderstand
wirken, verringert sind und Werte der
Geschwindigkeitsabhängigkeit verringert sind.
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Aus den Ergebnissen der Proben ist ersichtlich, dar das
Selbsthaltesystem der Probe Q die ausgezeichnetsten
Schneideigenschaften von allen Verbindungssystemen des
Bohrers mit Wegwerfspitze erzielt hat.
Tabelle 6
Verglichene Eigenschaften
Schneidgleichgewicht (Waagerechte Komponente) (N)
Schub (N)
Drehmoment (J)
Lochdurchmesser Übergröße (um)
Bemerkungen
Schneidgeschwindigkeit V (m/min)
Probe
Vergleichsprobe
Selbsthaltetyp
Hartgelöteter Typ mit Schneidkante aus Hartmetall
Nicht meßbar
Wegwerftyp gezeigt in Fig.
Spiralförmige Nut, Querverdünnung, Nachschärfenig verfügbar 5 mal, unfähig,
Späne zu trennen und bei V = 150 gebrochen
(Anmerkung) Material für Einsatz und Schaft der
Probe G identisch zu denen der Probe A in Tabelle 1
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In den Ausführungsformen 1 bis 4 ist zumindest die
Schneidkante jedes Einsatzes aus einem Diamanten oder einem
kubischen Bornitridsinterkörper hergestellt, wie insbesondere in
Fig. 6A gezeigt ist, und die Einsatzspitze 43 die aus Diamant
oder einem kubischen Bornitridsinterkörper ist an einer
Schneidkante einer Basis 42 eines Einsatzes 31 befestigt, die
aus Hartmetall oder Stahl hergestellt ist. Um einen solchen
Aufbau, zu erzielen wird ein Spitzenstück, das durch das
Verbinden einer Einsatz spitze 43 eines Diamanten oder eines
kubischen Bornitridsinterkörpers an einer Basisspitze 44 aus
Hartmetall mittels Brennen gebildet ist, mit einer Nut in
Eingriff gebracht, die in einer Schneidkante einer Basis 42
ausgebildet ist, und daran hartgelötet ist, wie dies in Fig.
6B und 7C gezeigt ist.
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Durch Anwendung des vorstehend erwähnten Aufbaus ist es
möglich, einen harten Diamantsinterkörper oder einen kubischen
Bornitridsinterkörper als Material für nur die Schneidkante
des Einsatzes zu verwenden, für die eine hohe
Verschleißbeständigkeit und Härte erforderlich sind, und ein so festes
Material wie Hartmetall oder Stahl als Material für den
Hauptkörper des Einsatzes zu verwenden, wodurch die Standzeit
des Bohrers verlängert werden kann.
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Es ist auch möglich eine ähnliche Funktion/Wirkung zu
erzielen, indem ein Einsatz 31 vollständig aus Hartmetall oder
Keramik hergestellt wird und dessen Gesamtfläche mit einem
Diamantfilm mit einer Dicke von weniger als 20 um durch
Dampfphasensynthese beschichtet wird.
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Das Verfahren der Herstellung von Einsätzen, bei denen die
Diamantbeschichtung aufgebracht wird, ist mehr bevorzugt,
weil sie mit niedrigen Kosten durch Spritzgießen hergestellt
und komplizierte Gestalten leicht hergestellt werden können.
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Als Ergebnis eines Leistungsbewertungstests unter den glei-.
chen Schneidbedingungen wie bei der ersten Ausführungsform
betrug der Abrieb der Außenumfangsfrontflanke 0,2 mm mit
einem leichten Abplatzen und die Tiefe des Verschleißes der
inneren Umfangsschneidfläche war nach dem Herstellen von 3200
Löchern weniger als 0,01 mm, was fast den Proben A bis C
entspricht.
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Obgleich die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungen
detailliert beschrieben und dargestellt wurden, ist
ersichtlich, daß dies nur zur Veranschaulichung und als Beispiel
dient und nicht als Einschränkung, wobei der Umfang der
vorliegenden Erfindung nur durch die Ausdrücke in dem
beiliegenden Anspruch 1 beschränkt ist.