Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug zur Zerspanung von Kohlestofffaserverstärketen

Kunststoff, wie beispielsweise Carbon-Faserverstärten Kunststoff (CFK)

Die Entwicldung bei Carbon-Faserverstärten Kunststoff geht hin zu Werkstoffen höherer Festigkeit bei gleichzeitig größerer Steifigkeit. So wird im Flugzeugbau der Kohlestofffaserverstärketen Kunststoff, wie beispielsweise Carbon-Faserverstärten Kunststoff (CFK) zunehmend eingesetzt.

Zudem sind bei der Bearbeitung von Werkstoffen wie z.B. Stählen HSS-Bohrer mit Bohrerspitzen- Geometrien mit in einem Längsschnitt durch den Bohrer unter einem Radius abfallenden

Hauptschneidenverläufen bekannt, wie beispielsweise die sogenannten "Racon-Point"-Geometrie (Radius-Conical, d.h. der Radius erstreckt sich über die gesamte Länge der Hauptschneide), oder die Bickford-Point-Geometrie (der Radius erstreckt sich nur über den außenliegenden

Hauptschneidenabschnitt, während ein Zentralabs chnitt mit linearem Hauptschneidenverlauf eine gute Zentrierspitze bildet).

In der US-Schrift US 3,443,459 ist beispielsweise ein Bohrer mit einem Hauptschneidenverlauf in einer parallel zur Bohrerachse liegenden Ebene beschrieben, bei dem die Hauptschneide von der Bohrerspitze aus mit einem Radius bis zur Nebenschneide hin abfällt und tangential in den

Bolnemmfang übergeht, so dass ein scharfes Schneideneck vollständig umgangen wird.

In der US 1,309,706 ist dagegen ein Bohrer mit einem Hauptschneidenverlauf beschrieben, bei dem die Hauptschneide in einer durch die Bohrerachse und das Schneideneck aufgespannten Ebene in einem äußeren Abschnitt einem Radius folgt und in einem Zentralabschnitt linear verläuft. Dabei erfolgt der Übergang Nebenschneide - Hauptschneide zwar nicht tangential, sondern unter einem gewissen Winkel. Das verbleibende Schneideneck ist damit aber zumindest sehr viel stumpfer als bei herkömmlichen Bohrern mit einem geradlinigen Hauptschneidenverlauf in der obenstehenden Ebene. Diese Ausgestaltungen der Hauptschneide führen zusätzlich zur Vermeidung des scharfen

Schneidenecks insbesondere in den außenliegenden und damit hochbelasteten Bereichen zu einer Verlängerung der Hauptschneide bzw. zu einer Verringerung der pro Längeneinheit der

Hauptschneide zu leistenden Zerspanungsarbeit.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen Bohrer zu schaffen, der zur Zerspanung von Kohlestofffaserverstärketen Kunststoff, wie beispielsweise Carbon-Faserverstärten Kunststoff (CFK) optimiert ist und neben hohen Standzeiten und Zerspanungsleisrungen geringe Kosten verspricht.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird das an sich bekannte Merlanal einer ausgehend von der Schneidenecke in Axialrichtung unter einem Radius stetig konvex gelaiimmten Hauptschneide erstmals auf Bohrer mit einer Ausspitzung übertragen. Durch den erfindungsgemäßen Hauptschneidenverlauf mit einer Ausspitzung ist es jetzt möglich, die geomeü-iebedingten Vorteile - Vermeidung eines scharfen Schneidenecks, Verlängerung der Hauptschneide und Reduzierung der Last pro Hauptschneidenlängeneinheit insbesondere im außenliegenden Bereich und der Reduzierung des Drucks im

Zentrum - zu nutzen.

Frühere Ansü-engungen richteten sich wie obenstehend beschrieben darauf, den Verschleiß am Schneideneck durch Auswahl eines besonders harten Werkstoffes zu begegnen, wodurch es aber schon bei relativ geringen Zerspanungsleistungen bzw. Schnittwerten oft zu vorzeitigem Bruch kam. Auch der Kompromiss einer Auswalil eines mittelharten und -zähen Werkstoffs unter Einsatz der Gussfasengeometrie führte nicht zu zufriedenstellenden Ergebnissen bezüglich langen

Standzeiten bzw. -wegen und hohen Sc riittwerten.

Der Carbon-Faserverstärten Kunststoff (CFK) neigt in verstärtem Maße zur Delamination. Schon beim Durchbrechen der letzen Schicht mit der Restquerschenide eines gattungsähnlichen Bohrers wird die zentrale Faser gerausgerissen. Um dies zu vermeiden, wird die Freifläche bei einem Bohrer mit einer Racon-Point-Geometrie im Zemtrumsbereich ausgespitzt, woduch die Querschneide verkürzt und der Druck im Zentrum verringert wird, wobei dadurch das herausreisen einzelner Fasen beim Durchbrechen der letzten Schicht mit der Restquerschneide vermieden wird.

Als Bohrerwerkstoff eignet sich dabei sog. Ceimets, Schneidlceramiken und Hartmetalle, z.B. auf WC-TiC-Co-Basis.

Bezüglich des Verlaufs der Hauptschneide ist jedoch nicht nur eine in einer Ebene parallel zur Bohrerachse unter einem Radius verlaufende Hauptschneide denkbar, sondern auch andere stetig konvexe Krümmungen, wie beispielsweise eine parabel- oder hyperbelförmige Krümmung

Dabei weist der erfindungsgemäße Bohrer einen tangentialen Hauptschneidenverlauf auf, d.h. die Hauptschneide schließt vollständig tangential am Bohrerumfang an. Im Vergleich eines

Spitzenbereichs mit einem Schneideck, welcher die Hauptschneide verkürzt, wird der nutzbare Spitzenbereich einer tangential verlaufenden Haupschneide verlängert. Infolge der tangential übergehenden Hauptschneide verbessert sich die Wärmeabfuhr, wobei dadurch die thermische Überbeanspruchung und die mechanische Beanspruchung herabgesetzt wird.

Der sanften Übergang der Hauptschneide in den Außenumfang des Bohrerdurchmessers bewirkt eine Verschleißreduzierung, da der arbeitende Bereich der Schneide am Außenumfang die höchste Schrittgeschwindigkeit aufweist und venneidet die Delamination, da der zu bohrende Durchmesser durch den verlängerten Spitzenbereich langsam erreicht bzw. aufgebohrt wird.

In der Weiterbildung nach Anspruch 2 weist die Hauptschneide zudem eine Ausspitzung im Zentralabschnitt auf. Am oberen Ende der Schneide wird durch die Ausspitzung die Querschneide des Bohrers verkürzt und die Fläche der Nut vergrößert, um den Druck im Zentrum des Bohres zu reduzieren. Die Hauptschneide an der Querschneide besitzt eine zusätzlichen Span- und eine Freifläche, wobei dadurch die Hauptschneide im Zentrum des Bohrers eine konkave Form erhält. Dadurch soll der Druck auf das Bohrerzentrum verringert werden, wobei dadurch ein ausbrechen der Kolilestofffaserverstärketen Kunststoff -Materials beim Austritt aus der Bohrung vermieden wird.

Mit der ausgespitzten Querschneide wird es außerdem möglich, relativ große

Bohrerkerndurchmesser einzusetzen und damit eine erhöhte Biegebruchfestigkeit und

Torsionssteifigkeit des Werkzeugs zu erzielen.

Die erfindungsgemäße Geometrie kann bei gerade- oder spiralig genuteten Bohrern eingesetzt werden. Als Freiflächenanschliff eignet sich ein im wesentlichen kegelmantelförmiger Anschliff oder ein Anschliff mit geteilten Freiflächen nach Art eines 4-Flächenanschliffs. Mehrere Flächen bilden zusammen die Freifläche der konvex verlaufenden Hauptschneide und die konkav verlaufende Hauptschneide besitzt wenigstens eine Freifläche. Weitere geometrieseitige

Weiterbildungen sind wiederum erst aufgrund der Eigenschaften des gewählten Bohrerwerkstoffes sinnvoll bzw. ermöglichen erst eine weitere Optimierung des ausgewählten Werkstoffes.

So weist der Bolirer vorteilhaft einen kleinen Spanwinlcel im Bereich der Querscimeide auf. Durch den kleinen Spanwinlcel kann eine Steigerung der Stabilität des Schneidkeils erreicht werden.

Der Spanwinlcel der Hauptschneide kann dabei insbesondere bei gewendelten Bohrern durch eine Hauptschneidenlcorrektur, bzw. einen zusätzlichen Hauptsclxneidenkorrekrurschliff auf das gewünschte Maß korrigiert werden, so dass sich die gewünschte Schneidkeilstabilität und

Hauptschneidenverschleißfestigkeit ergibt. Vorteilhaft ist dabei der Bohrer so gestaltet, dass die Hauptschneidenlcorrelctur in einem Zug mit der Querschneidenausspitzung geschliffen werden kann.

Die vorgeschlagene Geometrie der Bohrerspitze eignet sich dabei besonders für zweischneidige Bohrer. Daneben wäre aber auch der Einsatz bei Dreischneidem oder Bohrern mit in einen vorlaufenden Hauptzerspanungssteg und einen nachlaufenden Reib ahlensteg jeweils durch eine Zusatzspannut unterteilten Steg denkbar.

Weitere Weiterbildungen betreffen eine Innenlcühlung des erfindungsgemäßen Bohrers, die bevorzugt von in den Bohrerstegen je nach Ausführungsfonn gewendelt oder gerade durch den Bohrer hindurch verlaufenden Kühlkanälen gebildet wird. Die Kühlkanäle können dabei insbesondere bei Bohrern mit kleineren Nenndurchmessern ein elliptisches oder trigonförmiges Querschnittsprofil aufweisen. Es wäre auch ein auf der Bohrerachse durch den Bohrer verlaufender und sich im Bereich der Bohrerspitze Y-förmig aufspreizenden Innenlaihlkanal denkbar.

Die Mündungsöffnungen liegen bevorzugt auf den Freiflächen der Stege. Vorteilhaft sind die Mündungsöffnungen dabei durch einen zusätzlichen Hinterschliff zum Stegrücken und damit zur Spannut hin durch einen zum Stegrücken Irin steiler als die Freifläche abfallenden Hinterschliff aufgeweitet, um einen höheren Durchsatz in Richtung zur Spar nut hin zu lenken. Mit dem auf diese Weise ausgestalteten Bohrer ist neben dem Einsatz einer Kühlmittelemulsion auch die

Mindermengenschmierung (MMS) mit einem Öl-Luft-Aerosol möglich, um den Bohrer zu kühlen und bei Zerspanung und Spanabfuhr durch Schmierung die Reibungswiderstände zu vermindern.

In der Ausgestaltung nach Anspruch 8 ist der Schneideinsatz dagegen eine Schneidplatte, die am Bohrer in Umfangsrichtung aufgeschraubt ist. Dabei kann die gesamte Bohrerspitze mit beiden Hauptschneiden und Nebensclmeiden(-absclmitten) als eine Schneidplatte ausgebildet sein, die in eine dafür vorgesehene Aufnahmenut an der Stirnseite des Trägers eingesteckt wird und dort verschraubt wird oder verlötet.

Aber auch Wechselschneidplatten, die jeweils nur eine Hauptschneide bzw. einen

Hauptschneidenabsclrnitt bilden und auf entsprechenden Plattensitzen aufgeschraubt werden sind denkbar, insbesondere an der Stufe bei einem Stufenwerkzeug. Dort könnte im übrigen auch eine entsprechende, schneidplattenbestückte Trägerkassette vorgesehen sein. Auf diese Weise gelingt es nicht nur, die erfindungsgemäße Schneidengeometrie-Haitstoff-Kombination mit auswechselbaren Schneidplatten und einem Standard- Werlczeugträger zu nutzen, sondern können auch

fertigungstechnisch erhebliche Erleichterungen erzielt werden: Die Schneidengeometrie muss nicht direkt am Bohrer in den Hartstoff eingeschliffen werden, sondern kann - zumindest abschnittsweise - an einfach zugänglichen Hartstoff-Schneidplatten eingeschliffen werden. Im folgenden werden anhand der Figuren einige vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindungen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines spiralig genuteten Bohrers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines spiralig genuteten Bohrers in der Draufsicht.

Zunächst wird bezug genommen auf die Figur 1. Dort ist ein zweischneidiger Bohrer 10. Mit 1 ist die Hauptschneide mit konkaven 12 Verlauf und mit 8 ist die Hauptschneide des Bohrers 10 mit konvenxen 11 Verlauf bezeichnet, mit 5 die Querschneide, mit 2 der tangentiale Verlauf der Hauptscheide zum Außenumfang des Bohrerdurchmessers und mit 3 die Nebensclrneide. Wie zu erkennen ist, verläuft die Hauptscimeide 1, ausgehend vom Zentrum des Bohrers in RadiaMchtung kokav gel<xümmt und geht in eine konvex kel ümmte Hauptschneide über, welche sanft in eine Nebenschneide 3 weiterführt.

Der Verlauf der Hauptschneide 1 wird durch die Ausspitzung 4 bestimmt, welche die Querschneide 5 verkürzt und den konvexe Freiflächeverlauf 7 der konvexen Hauptschneide 8 unterbricht. Die Hauptschneide 1 besitzt einen konkaven Verlauf, welche einen Span- und eine Freiwinkel besitzt.

In Fig 2 ist der Spanwinkel 6 und der Freiwinkel 9 der Hauptschneide 1 gezeigt.

Der Spanfläche 6 besitzt an der Hauptscimeide 1 einen steileren Winkel im Vergleich zum angrenzenden Winkel der Freifläche 9.