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Bohren - Bohren Grundlagen

Bohrverfahren, Werkzeuggeometrien und Zerspankräfte

Bohren – Verfahren

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 299,99
ISBN: 978-3-446-42826-3
Seite 311 ff.

Bohren wird zur Herstellung von Bohrungen ins Volle für Durchgangs- und Sackbohrungen beziehungsweise zum Aufbohren zur Verbesserung von Maß, Form und Lage eingesetzt. In Abhängigkeit vom Verhältnis der Bohrungslänge zum Bohrungsdurchmesser kommen ein- oder mehrschneidige Werkzeuge sowie Sonderwerkzeuge zum Einsatz.

Die besondere Bedeutung der Bohrverfahren in der spanenden Fertigung spiegelt sich in ihren Fertigungsanteilen wider. „Bei der Betrachtung der Fertigungshauptzeiten auf Bearbeitungszentren ist festzustellen, dass der Bereich der Bohrungsherstellung einen Anteil (Bohren, Aufbohren, Feinbohren, Reiben etc.) von etwa 50 % ausmacht“ (Bruchhaus 2008). Laut DIN 8589-2 sind die Bohrverfahren definiert als Spanen mit einer kreisförmigen Schnittbewegung, bei dem die Drehachse des Werkzeuges und die Achse der zu erzeugenden Innenfläche identisch sind und die Vorschubbewegung in Richtung dieser Achse verläuft. Die Drehachse der Schnittbewegung behält hierbei ihre Lage zum Werkzeug unabhängig von der axialen Vorschubbewegung bei (DIN8589-2). Diese Eigenschaft haben die Verfahren Bohren, Senken und Reiben gemeinsam. Das Bohren wird zur Herstellung von Bohrungen ins Volle für Durchgangs- und Sackbohrungen bzw. zum Aufbohren zur Verbesserung von Maß, Form und Lage eingesetzt. Hierfür kommen in Abhängigkeit vom Verhältnis der Bohrungslänge zum Bohrungsdurchmesser ein- oder mehrschneidige Werkzeuge sowie Sonderwerkzeuge zum Einsatz. In der Praxis stellt der Wendelbohrer das am häufigsten eingesetzte Bohrwerkzeug dar, dessen Bezeichnung von den eingearbeiteten, wendelförmigen Nuten abgeleitet ist. Tiefbohrverfahren werden nach der VDI-Richtlinie 3210 für Bohrungen im Durchmesserbereich von D = 0,5 ... 1.500 mm bei einer Bohrungstiefe größer als das dreifache Durchmessermaß eingeteilt (VDI3210). Hierbei wird neben dem Einlippenund Zweilippentiefbohrverfahren mittlerweile das Wendeltiefbohrverfahren und für größere Durchmesserbereiche das BTA- (BTA: Boring and Trepanning Association) und Ejektorverfahren eingesetzt.

Spezifischer Zerspanvorgang beim Bohren

Die durch das Eindringen des Schneidkeils hervorgerufenen elastischen und plastischen Verformungs- und Fließvorgänge bilden den Zerspanvorgang. Hierbei entstehen durch den verformten, über die Spanfläche abfließenden Werkstoff in Abhängigkeit von den Schnittwerten, den Werkstoffeigenschaften und der Makrogestalt des Bohrwerkzeuges unterschiedliche Spanarten. Für die Spanabnahme ist eine Überlagerung der kreisförmigen Schnittbewegung und der Vorschubbewegung erforderlich. In Abbildung 6.1 ist am Beispiel eines zweischneidigen Wendelbohrers die Spanabnahme anhand der aus der Überlagerung resultierenden, schraubenförmigen Bewegung der Schneidenecken dargestellt. Neben dem notwendigen Spanabtransport durch die Spannuten aus dem Bohrungsinneren sind die ungünstige Wärmeverteilung an der unzugänglichen Wirkstelle, die Wechselwirkung zwischen Nebenschneiden bzw. Führungsfasen und der erzeugten Bohrungsoberfläche sowie die sich über den Bohrerdurchmesser ändernde Schnittgeschwindigkeit als verfahrensspezifische Merkmale des Bohrens aufzuführen. So liegt beim Bohren an der Schneidenecke die maximale lokale Schnittgeschwindigkeit vor. Daher ist dieser Bereich hohen thermischen Belastungen ausgesetzt, woraus ein erhöhter Werkzeugverschleiß resultiert. Im Werkzeugzentrum liegen hingegen, auf Grund der auf null abfallenden lokalen Schnittgeschwindigkeit und der damit verbundenen, ansteigenden Druckspannung, verstärkte Reib- und Quetschvorgänge vor. Zur Unterstützung des Spanabtransports und der Wärmeabfuhr können während des Bohrprozesses Kühlschmierstoffe wie Öl oder Emulsion eingesetzt werden.

Abb. 6.1: Spanabnahme am Beispiel eines zweischneidigen Wendelbohrers

Bei der Analyse der tribologischen Beanspruchung von Bohrwerkzeugen stellt das Werkzeug den Grundkörper und das Werkstück sowie der abfließende Span den Gegenkörper dar. Aufgrund der komplexen und unzugänglichen Kontaktzone wird die Bestimmung der Reibungs- und Verschleißvorgänge zwischen den am Zerspanprozess beteiligten Tribokontaktpartnern und den Zwischenstoffen, wie Kühlschmierstoff und Reaktionsprodukte, erschwert. Zur Visualisierung der Spanbildung, der Beurteilung der Wirkmechanismen vor der Schneidkante sowie der Weiterentwicklung von Bohrwerkzeugen werden Methoden wie die Schnittunterbrechung (Abb. 6.2) (Koehler 2004; Weinert 2002), die Ringspanuntersuchung (vgl. Kap. 6.4), die Mikrokinematographie und die Simulation mit finiten Elementen (Risse 2006) angewendet. Bedingt durch die thermischen, mechanischen und chemischen Beanspruchungen in der Kontaktzone zeichnen sich verschiedene Verschleißerscheinungsformen am Bohrwerkzeug wie Freiflächenverschleiß, Kolkverschleiß, Schneidenausbrüche, Materialanhaftungen und Riefen ab. Die Verschleißerscheinungsformen in der Kontaktzone zwischen Spanfläche und Span sind vor allem auf die Verschleißmechanismen Adhäsion und Abrasion zurückzuführen. Aufgrund des direkten Kontakts zwischen Bohrwerkzeug und Bohrungswand beeinflusst der Werkzeugverschleiß maßgeblich die Güte der erzeugten Werkstückoberfläche.

Abb. 6.2: Analyse des Spanbildungsprozesses durch Schnittunterbrechung nach (Koehler 2004)

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 299,99
ISBN: 978-3-446-42826-3
Seite 311 ff.
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