DE602005001886T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Bohrer- oder Fräserrohlings - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Bohrer- oder Fräserrohlings Download PDF

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Description

  • Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bohrer- oder eines Fräserrohlings durch Extrusion, wobei das Verfahren das Bilden eines ersten Rohlingabschnittes mit äußeren, spiralförmigen Spannuten und das Bilden eines weiteren Rohlingabschnittes in der Form eines Schaftes aufweist. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Bohrerrohlings oder eines Fräserrohlings. Der Bohrer- oder Fräserrohling wird ferner in nachfolgenden Herstellungsschritten behandelt, um einen Bohrer für die spanabhebende Bearbeitung zu erhalten.
  • Stand der Technik
  • US-A-4,779,440 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung extrudierter Bohrerrohlinge. Die extrudierten Bohrerrohlinge sind mit äußeren, spiralförmigen Nuten ausgestattet, die als Beginn für die nachfolgenden Spanräume des Bohrers dienen. Vorzugsweise werden die Spanräume durch Schleifen erzeugt. Die Bohrerrohlinge werden durch Extrudieren eines erwärmten Hartmetallmaterials durch eine Düse erhalten. Die Bohrerrohlinge können in an sich bekannter Weise mit einem Handgriff verbunden werden.
  • WO 00/74870 , welche die Grundlage für den Oberbegriff des Anspruches 1 bildet, offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Drehwerkzeuges, wie zum Beispiel eines Spiralbohrers oder eines Endfräsers, wobei das Verfahren das Bilden eines Rohlings durch einen Extrusionsprozeß aufweist. Während der Extrusion wird ein Gemisch durch eine Modellform geführt, die der äußeren Umfangsoberfläche des Gemisches eine zylindrische Gestalt gibt. Eine Vielzahl von Backen ist abstromig von der Modellform für das Führen des Gemisches angeordnet. Jeder Backen weist eine spiralförmige Rippe für den Eingriff mit der äußeren Oberfläche der extrudierten Masse auf, um zu veranlassen, daß eine Spiralnut in der äußeren Oberfläche gebildet wird, die eine Spannut in dem Werkzeug bildet. Während der Extrusion werden die Backen von dem Gemisch fort bewegt, um das Bilden der Spannuten zu beenden, wodurch ein Schaftteil des Werkzeuges gebildet wird.
  • Aufgaben und Merkmale der Erfindung
  • Primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Bohrerrohlings oder eines Fräserrohlings zu lehren, bei denen ein Abschnitt mit mindestens einer Spannut anfänglich erzeugt wird und danach ein Schaftabschnitt hergestellt wird.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der Reibung zur Steuerung der Bildung des Schaftabschnittes des Bohrer- oder Fräserrohlings.
  • Eine weitere andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unabhängig voneinander die Länge des Bohrabschnittes und des Schaftabschnittes zu verändern.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, wobei auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, bei denen zeigt:
  • 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 1, wobei ein erster Schritt des Verfahrens gemäß der Erfindung gezeigt ist;
  • 3 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 1, wobei ein zweiter Verfahrensschritt gemäß der Erfindung gezeigt ist;
  • 4 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 1, wobei ein dritter Verfahrensschritt gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist;
  • 5 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 1, wobei ein vierter Verfahrensschritt gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist;
  • 6 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 1, wobei ein fünfter Verfahrensschritt gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist;
  • 7 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 1, wobei ein sechster Verfahrensschritt gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist;
  • 8 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 1, wobei ein siebter Verfahrensschritt gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist; und
  • 9 eine Seitenansicht eines mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugten Bohrerrohlings.
  • Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
  • In 1 ist die Ausgestaltung einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch gezeigt, wobei die Vorrichtung verwendet wird, um gewisse Verfahrensschritte gemäß der vorliegenden Erfindung auszuführen, d.h. um Rohlinge/Grünkörper für Spiralbohrer oder Fräserkörper zu erzeugen. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Vorbereiten eines Gemisches aus Sinterkarbid, Zement oder Keramikpulver und eines Trägers auf, Zuführen des Gemisches zu der Vorrichtung nach 1, um einen Bohrerrohling/Grünkörper zu erzeugen, der nachfolgend gesintert und bearbeitet wird. In dieser Anmeldung ist das Gemisch Extrudiermasse genannt. Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hat die Form einer Extrudiermaschine oder Extruders.
  • Der Extruder gemäß 1 weist ein Gehäuse 1 und eine Düse 3 auf, die an dem Gehäuse 1 angebracht ist. Eine Hülse 5 ist mit dem freien Ende der Düse 3 verbunden und bildet einen Hohlraum 6, der vorzugsweise eine zylindrische Querschnittsform hat. In dem Bereich des freien Endes der Hülse 5 ist ein Deckel 7 vorgesehen, der in Richtung senkrecht zur axialen Richtung C-C der Hülse 5 verschiebbar ist, wobei die axiale Richtung C-C auch die Axialrichtung der Düse 3 und des Gehäuses 1 ist. Durch das Verschieben des Deckels 7 wird (entweder vollständig oder zu einem wesentlichen Grad) das freie Ende der Hülse 5 geschlossen.
  • Die geeignete Länge der Hülse 5 hängt von verschiedenen Parametern ab, wie zum Beispiel der Konsistenz der Extrudiermasse und der inneren Oberflächenreibung. Im allgemeinen ist die Lange der Hülse 5 vorzugsweise kürzer als die Länge des Schaftabschnittes des erzeugten Rohlings.
  • Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist auch (nicht gezeigte) Mittel auf zum Überführen der Extrudiermasse aus dem Gehäuse 1 und durch die Düse 3 und die Hülse 5.
  • Das Innere der Düse 3 hat den Querschnitt eines Bohrers mit äußeren Rillen und ist in Längsrichtung der Düse 3 gedreht. Deshalb hat das Innere der Düse 3 die Geometrie eines Spiralbohrers. Dies ist in 1 gezeigt. Zur Klarheit ist diese Spiralbohrergeometrie in der Düse 3 in den 2 bis 8 nicht gezeigt.
  • Die Düse 3 ist auch mit flexiblen Filamenten bzw. fadenförmigen Elementen ausgestattet, welche in den 2 bis 8 durch gestrichelte Linien 9 angedeutet sind. Die Filamente 9 sind aufstromig der Düse 3 durch bekannte Technik verankert. Die Filamente 9 haben eine Längserstreckung ganz bis zum freien Ende der Hülse 5 hin, wo die Enden der Filamente 9 lose sind. Die Aufgabe der Filamente 9 ist die Erzeugung von inneren Kühlkanälen 10 in dem Rohling.
  • Bei der Herstellung eines Grünkörpers/Rohlings des aus dem Gehäuse 1 und zu der Düse 3 zugeführten Gemisches werden die folgenden Schritte ausgeführt. Zu Beginn der Extrusion wird ein erster spiralförmiger Rohlingsabschnitt B1 in der Düse 3 gebildet, wobei die gedrehte Form infolge der Spiralform des Inneren der Düse 3 erhalten wird, d.h. das Gemisch, welches von dem Gehäuse 1 in die Düse 3 geführt wird, wird gedreht und nimmt die Gestalt eines Bohrerkörpers mit äußeren spiralförmigen Spannuten an. Gleichzeitig gibt man den Filamenten 9 innerhalb des die Düse 3 füllenden Rohlings eine gedrehte Gestaltung.
  • Bei fortschreitender Extrusion verläßt der spiralförmige Rohling B1 die Düse 3 und setzt sich in den Hohlraum 6 fort. Wie man aus 2 sieht, hat der erste Rohlingsabschnitt B1 eine Spiralgestaltung auch in dem Hohlraum 5, und folglich haben die Filamente 9 in dem Hohlraum eine gedrehte Gestaltung. Eine weitere Fortsetzung der Extrusion führt dazu, daß der spiralförmige Rohling aus dem freien Ende der Hülse 5 vorsteht, siehe 2.
  • Bei einem weiteren Verfahrensschritt gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Deckel 7 in eine Position, siehe 3, verschoben, in welcher der Deckel 7 das freie Ende der Hülse 5 abdichtet. Der Deckel 7 hat die Form eines Abschermittels, welches den vorstehenden Teil des Spiralrohlings abschneidet, siehe 3. Nun befindet sich das freie Ende des Rohlings in Widerlage zum Deckel 7. Bei fortschreitender Extrusion werden die äußeren, vorgeformten Spannuten des Rohlings innerhalb des Hohlraumes 6 aufgefüllt. Wenn die Nuten gefüllt sind, nimmt der Druck in dem Hohlraum 6 zu, und die spiralförmige Filamentgestaltung könnte gestört werden, wobei dies schematisch in 4 gezeigt ist. Der zweite Abschnitt des Rohlings mit einer gestörten Filamentgestaltung ist mit B2 bezeichnet. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß es günstig sein kann, wenn der Deckel das freie Ende der Hülse 5 nur teilweise abdichtet, d.h. eine gewisse Menge Extrudiermasse an dem Deckel 7 vorbei gelangen kann.
  • Wenn der Druck eine gewisse Höhe erreicht hat, wird der Deckel 7 wieder verschoben, um das freie Ende der Hülse 5 zu öffnen. Dies könnte man automatisch durch Einführen eines Druckmessers (der nicht gezeigt ist) in der Hülse 5 erreichen, die sich bei einer gewissen Druckhöhe öffnet. Wie in 5 gezeigt ist, wird der zweite Abschnitt B2 des Rohlings, der eine gestörte Filamentgestaltung hat, aus der Hülse 5 herausgestoßen. Infolge der Reibung zwischen der Extrudiermasse und den Wänden des Hohlraumes 6 hat das Gemisch, welches den Hohlraum 6 auffüllt, nicht die Form eines Spiralbohrerrohlingsabschnittes. Statt dessen wird ein zylindrischer Schaftabschnitt weiterhin durch eine im wesentlichen drehfreie Extrusion in dem Hohlraum 6 gebildet, und dieser dritte Abschnitt des Rohlings ist mit B3 bezeichnet. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß es kein abruptes Aufhören der Drehung der Extrudiermasse gibt, wenn sie in die Hülse 5 eintritt. Tatsächlich gibt es eine allmähliche Beendigung der Drehung der Extrudiermasse.
  • Wenn die Reibung zwischen dem Inneren des Hohlraumes 6 und der Extrudiermasse niedrig ist, kann es notwendig sein, den Deckel in einem gewissen Ausmaß zu schließen, wenn der zweite Abschnitt B2 des Rohlings aus dem Hohlraum 6 herausgestoßen wird. Durch eine solche Anordnung wird die Erzeugung eines zylindrischen Schaftabschnittes B3 gefördert.
  • Wegen der drehfreien Ausführung bzw. Funktion der Extrudiermasse in dem Hohlraum 6 haben die Filamente 9' innerhalb des Hohlraumes 6 eine im wesentlichen geradlinige Erstreckung. Wenn der ganze Abschnitt B2 aus der Hülse 5 ausgestoßen wird, wird der Deckel 7 aktiviert, um seine Scherfunktion auszuführen, d.h. der Abschnitt B2 wird von dem Extrusionsstrang abgetrennt, siehe 6. Wenn der zweite Rohlingsabschnitt B2 von dem Extrusionsstrang abgetrennt ist, hat der dritte Rohlingsabschnitt B3 eine Länge, welche der Länge der Hülse 5 entspricht, siehe 6. Bei Fortsetzen des Extrusionsprozesses kann jedoch die Länge des dritten Rohlingsabschnittes B3 die Länge der Hülse 5 überschreiten, siehe 7. Um den Extrusionsprozeß fortzuführen, muß der Deckel 7 aus seiner Position gemäß 6 in die gemäß 7 verschoben werden. Während des fortgeführten Extrusionsprozesses wird die Länge des zylindrischen dritten Rohlingsabschnittes B3 auf einen gewünschten Wert angehoben.
  • Um die Herstellung des ersten spiralförmigen Rohlingsabschnittes B1 fortzusetzen, muß die Reibung zwischen dem Hohlraum 6 und der Extrudiermasse verringert werden. Eine bevorzugte Art und Weise, um dies durchzuführen, ist in 8 gezeigt, d.h. die Hülse 5 wird in zwei oder mehr Teile aufgeteilt, wobei diese Teile in radialer Richtung relativ zu der Längsrichtung C-C des Rohlings und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Abstand voneinander gebracht sein können. Dadurch wird die Reibung reduziert, und die neue Schaffung des ersten, spiralförmigen Rohlingsabschnittes B1 erfolgt, wenn der Extrusionsprozeß fortgesetzt wird. Wenn eine gewünschte Länge des ersten Rohlingsabschnittes B1 erreicht wurde, wird dieser Abschnitt B1 in geeigneter Weise abgeschnitten. Der Extrusionsprozeß erzeugt dann einen neuen ersten Rohlingsabschnitt B1. Im Hinblick auf das Abschneiden des ersten Abschnittes B1 zur Erzeugung eines Bohrerrohlings und der Fortsetzung des Extrusionsprozesses wird auf 3 Bezug genommen.
  • In 9 ist der Bohrerrohling, welcher durch den oben beschriebenen Extrusionsprozeß erhalten wird, gezeigt. Der Bohrerrohling weist einen Abschnitt B1 mit spiralförmigen Spannuten und einen Schaftabschnitt B3 auf, der vorzugsweise zylindrisch geformt ist. Innere Kühlkanäle 10 erstrecken sich über die ganze Länge des Bohrerrohlings und sind im wesentlichen in dem Schaftabschnitt B3 geradlinig.
  • Der nächste Schritt bei dem Herstellungsprozeß für den Bohrer ist das Sintern des Bohrerrohlings. Dann wird die Spitze des Bohrers zu der gewünschten Gestalt und dem gewünschten Maß bearbeitet.
  • Mögliche Modifikationen der Erfindung
  • Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist der Bohrerrohling mit inneren Kühlkanälen ausgestattet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es jedoch auch möglich, einen Bohrerrohling herzustellen, der keine inneren Kühlkanäle hat.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist der zweite Rohlingsabschnitt 62 von dem dritten Rohlingsabschnitt B3 abgeschnitten, siehe 6. Dieser Schritt wird unter der Voraussetzung ausgeführt, daß der zweite Rohlingsabschnitt B2 eine gestörte Filamentgestaltung hat. Wenn in dem Rohling jedoch keine inneren Kühlkanäle hergestellt werden müssen, gibt es keine Notwendigkeit, den zweiten Rohlingsabschnitt B2 abzuschneiden. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß während gewisser vorteilhafter Bedingungen es der Fall sein könnte, daß die Filamente nicht gestört sind, wenn die Extrudiermasse die äußeren Nuten ausfüllt, um den Rohlingsabschnitt B2 herzustellen. Dies könnte der Fall sein, wenn starre Filamente für die Herstellung der inneren Kühlkanäle benutzt würde. In beiden diesen erwähnten Situationen bildet der zweite Rohlingsabschnitt B2 den Schaft des Bohrers, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind die inneren Kühlkanäle 10 in dem Schaftabschnitt B3 im wesentlichen geradlinig. Innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung können die inneren Kühlkanäle in dem Schaftabschnitt B3 jedoch auch etwas gedreht sein. Dies kann auftreten, wenn die Reibung zwischen der inneren Wand der Hülse 5 und der Extrudiermasse relativ gering ist.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist der Durchmesser des Rohlingsabschnittes B1 gleich dem des Rohlingsabschnittes B3. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann jedoch die Hülse 5 einen größeren Durchmesser als derjenige Durchmesser haben, welcher durch die Düse 3 hergestellt wird. Es ist auch möglich, die Hülse in einem Material herzustellen, das geweitet werden kann, beispielsweise Polyurethan. Durch Aufbringen eines Vakuums außerhalb der Hülse 5 kann der Innendurchmesser der Hülse 5 vergrößert werden.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform führt der Deckel 7 sowohl eine Schließfunktion als auch eine Schneidfunktion aus. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es jedoch möglich, daß zwei separate Mittel vorgesehen sind, das eine für die Durchführung des Schließens und das andere für das Durchführen des Schneidens.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird ein Rohling für einen Spiralbohrer hergestellt. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch benutzt werden, um zum Beispiel Tieflochbohrer herzustellen, die geradlinige Spannuten und geradlinige Innenkühlkanäle haben, die sich beide in axialer Richtung des Bohrers erstrecken. In einem solchen Fall könnten starre Filamente besonders zweckmäßig sein.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde ausgeführt, daß der Hohlraum 6 vorzugsweise eine zylindrische Querschnittsgestalt hat. Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, daß der Hohlraum eine nicht-zylindrische Querschnittsgestalt hat. Bei einem Beispiel, ohne daß eine Beschränkung bezweckt wird, kann eine hexagonale Querschnittsgestalt erwähnt werden.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Bohrer- oder eines Fräserrohlings mit dem Bilden eines ersten Rohlingabschnittes (B1) mit äußeren, sich axial erstreckenden Außenrillen und dem Bilden eines weiteren Rohlingabschnittes (B3) in der Form eines Schaftes, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte. 1) Extrudieren eines ersten Rohlingabschnittes (B1) mit einem freien Ende und Außenrillen; 2) Vorgeben der Fortsetzung der Extrusion, um das freie Ende und einen benachbarten Abschnitt des ersten Rohlingabschnittes (B1) in einen Hohlraum (6) einzugeben und den Hohlraum (6) in dem Bereich des freien Endes des ersten Rohlingabschnittes (B1) abzudichten; 3) Vorgeben der Fortsetzung der Extrusion für das Zuführen einer weiteren Extrudiermasse zu dem Hohlraum (6), wobei die Zufuhr der Extrudiermasse die Außenrillen des ersten Rohlingsabschnittes (B1) vollständig ausfüllt, um einen mit dem ersten Rohlingabschnitt (B1) ganzheitlichen zweiten Rohlingabschnitt (B2) zu erzeugen; 4) Vorgeben der Fortsetzung der Extrusion und der Beendigung des Abdichtens, um es dem zweiten Rohlingabschnitt (B2) zu ermöglichen, aus dem Hohlraum (6) ausgestoßen zu werden; 5) Vorgeben der Fortsetzung der Extrusion, um eine gewünschte Länge des ersten Rohlingabschnittes (B1) zu erzeugen; und 6) Abschneiden des ersten Rohlingabschnittes (B1) an demjenigen Ende, welches von dem zweiten Rohlingabschnitt (B2) fort gerichtet ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch 1) Erzeugen eines dritten Rohlingabschnittes (B3) in dem Hohlraum (6) gleichzeitig, wenn der zweite Rohlingabschnitt (B2) aus dem Hohlraum (6) ausgestoßen wird, wobei der dritte Rohlingabschnitt (B3) dazwischenliegend und ganzheitlich mit dem ersten Rohlingabschnitt (B1) und dem zweiten Rohlingabschnitt (B2) ist; 2) Trennen des zweiten Rohlingabschnittes (B2) von dem dritten Rohlingabschnitt (B3), wenn der zweite Rohlingabschnitt (B2) sich außerhalb des Hohlraumes (6) befindet; und 3) Vorgeben der Fortsetzung der Extrusion, um eine gewünschte Länge des dritten Rohlingabschnittes (B3) zu erzeugen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichten des Hohlraumes (6) nur teilweise ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Innenkühlkanäle in dem Bohrerrohling oder dem Fräserrohling erzeugt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 4 bei Abhängigkeit von Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenn der dritte Rohlingabschnitt (B3) erzeugt wird, Reibung zwischen dem dritten Rohlingabschnitt (B3) und dem Hohlraum (6) hergestellt wird.
  6. Vorrichtung zur Herstellung eines Bohrerrohlings oder eines Fräserrohlings durch Extrusion, wobei die Vorrichtung ein Gehäuse (1), eine Düse (3), die mit dem Gehäuse (1) verbunden ist, und Mittel aufweist, um eine Extrusionsmasse in dem Gehäuse (1) dazu zu bringen, durch die Düse (3) zu gelangen, welche einen Innenraum hat, der die Gestalt einer Bohrergeometrie hat mit äußeren, sich axial erstreckenden Rillen, gekennzeichnet durch eine Hülse (5), die einen Hohlraum (6) bildet und an der Düse (3) angebracht ist, und durch Abdicht- und Schermittel (7), die an demjenigen Ende der Hülse (5) vorgesehen sind, welches von der Düse (3) fort gerichtet ist, wobei die Abdicht- und Schermittel (7) in der Lage sind, dasjenige Ende der Hülse (5), welches von der Düse (3) fort gerichtet ist, mindestens teilweise abzudichten.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (6) einen Querschnitt mit kreisförmiger Gestalt hat.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch fadenförmige Elemente bzw. Filamente (9), die innerhalb der Düse (3) und innerhalb der Hülse (5) vorgesehen sind und aufstromig von der Düse (3) verankert sind.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdicht- und Schermittel in Gestalt eines Deckels (7) vorliegen, der quer zu der Längsrichtung (C-C) der Vorrichtung verschiebbar und mit einer Schneidkante versehen ist.
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