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Bohren - Bohren Werkzeuge

Vollbohrer

30 Prozent aller Bohrungen werden ins Volle gebohrt. Wie sind Vollbohrer ausgeführt, um effizient, genau und wirtschaftlich zu arbeiten?

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 299,99
ISBN: 978-3-446-42826-3
Seite 322 ff.

Ein- und mehrschneidige Bohrer, aus Vollhartmetall, mit Wendeschneidplatten oder wechselbaren Bohrköpfen sind jeweils abgestimmt auf die zu bohrenden Durchmesser und Werkstoffe.

Innerhalb der zerspanenden Bearbeitung nimmt das Vollbohren einen wesentlichen Anteil ein, Schätzungen gehen von bis zu 30 % aus. Vollbohrwerkzeuge erzeugen ohne oder ohne durchgängige Vorbearbeitung den gesamten Querschnitt einer Bohrung im Werkstück in einem Arbeitsgang. Die Hauptbewegung ist rotatorisch und das Werkzeug führt die Vorschubbewegung in Richtung der Längsachse bzw. der Rotationsachse durch.

Eine wesentliche Besonderheit dieses Prozesses stellt die Variation der Schnittgeschwindigkeit zwischen einem Maximum am Außenradius der Schneide bis auf null in der Rotationsachse, die weitestgehend mit der Bohrungsmitte übereinstimmt, dar.

Die wesentliche Bestimmungsgröße für die Gestaltung der Werkzeuge ist das L/D-Verhältnis. Als Kurzlochbohrer werden Werkzeuge bis 4xD bezeichnet. Zunehmend wird diese Produktfamilie mit 5xD-Werkzeugen ergänzt, sodass diese historisch zwar dazugehören, es fällt jedoch immer schwerer, diese ebenfalls noch „Kurz“lochbohrer zu nennen. Tieflochbohrungen reichen inzwischen mit spezialisierter Maschinen- und Werkzeugtechnik bis zu 30xD.

Einschneidige Werkzeuge

Einschneidige Vollbohrwerkzeuge sind meist Werkzeuge mit auswechselbarer Schneide. Sie sind, bedingt durch die Unausgeglichenheit der Prozesskräfte im Schneidenbereich, nur bis 5xD ausgelegt. Zusätzliche Zentriermaßnahmen ermöglichen bei günstigen Rahmenbedingungen eine Bearbeitung bis 9xD. Darüber hinaus gehen nur Tieflochbohrwerkzeuge für die einschneidigen Werkzeuge, sogenannte Einlippenwerkzeuge, die gezielt für diese großen Bohrtiefen ausgelegt sind und mittels zusätzlicher Maßnahmen, wie z. B. Pilotbohrung, geführt werden.

Vollbohrer mit Wendeschneidplatten

Diese Werkzeuge sind als Hochleistungswerkzeuge in Form der Kurzlochbohrer entstanden. Der Gedanke bestand in dem flexiblen Einsatz von Wendeschneidplatten, die – in ein sehr eigensteifes, daher kurzes Werkzeug eingebaut, einem Fräser nicht unähnlich – mit sehr hohen Abtragsraten eine Bohrung erzeugen. Dadurch bedingt sind diese, auch um möglichst kleine Durchmesser realisieren zu können, als einschneidige Werkzeuge mit einer Wendeschneidplatte (WSP) als Innen- und einer WSP als Außenschneide ausgelegt. Die Außen-WSP ist zuständig für den Bohrungsdurchmesser und die Innen-WSP zerspant den Bohrungsgrund über die Mitte hinaus. Von beiden WSP geht zum Späneabtransport eine spezifische, gerade oder spiralisierte Spannut aus. Der Schaft sichert die Anbindung an das Spannfutter oder an die Maschinenspindel. Diese stellt auch die Verbindung zu der inneren Kühlmittelzufuhr her, welche in Schneidennähe austritt. Die Verbindung zum Spannfutter hat die Entstehung einiger, teils genormter Trennstellen bewirkt. Die gängigste Trennstelle ist der Zylinderschaft, der eine angeflachte Seite aufweist, um eine Spannfläche der Spannschrauben eines Weldon- oder Whistle-Notch-Futters zu bieten, jedoch gleichzeitig eine möglichst gute Zentrierung sicherstellt. Zusätzliche Stabilität bieten Trennstellen mit Plananlage, wie z. B. das ABS® von KOMET® (Abb. 6.12).

Abb. 6.12: ABS®-Trennstelle mit radialer Betätigung (Quelle: KOMET®)

Als Konsequenz haben diese Werkzeuge unsymmetrische Zerspankräfte und das Verhältnis Durchmesser der Bohrung zum Einstelldurchmesser des Bohrers stellt die maßgebliche Größe der Werkzeugcharakterisierung bei diesen Werkzeugen dar. Ein vom Vorschub und Werkstoff weitestgehend unabhängiges Verhältnis dieser zwei Größen charakterisiert ein hochwertiges Bohrwerkzeug. Das optimale Bohrer- zu Bohrungs-Durchmesserverhältnis ist durch bestimmte Größen definiert. Zum einen wird erwartet, dass die Bohrung etwas größer ist als der Bohrer und, dass sie weitestgehend zylindrisch ist, unabhängig davon, ob Sacklöcher oder Durchgangslöcher hergestellt werden. Zusätzlich soll die Oberfläche der Bohrungswand nicht übermäßig rau sein. Die Bohrung wird durch einen größeren Bohrungsdurchmesser als der Schneidenflugkreis nicht durch eine Rückzugsriefe beschädigt und eine zylindrische Bohrung macht es möglich, die Bohrung direkt weiter zu nutzen. Entweder wird aufgebohrt, feingebohrt und gewindet oder es werden Bolzen oder andere Maschinenelemente in Verbindung mit der hergestellten Bohrung genutzt. Ein guter Bohrer zeigt hier wenig Streuung bei unterschiedlichen Werkstoffen oder Vorschüben.

Abb. 6.13: Kurzlochbohrer 3xD mit Kombischaft (bis max 5xD) mit deren ISO-Bezeichnung (Quelle: KOMET®)

In Abbildung 6.13 ist exemplarisch ein Hochleistungskurzlochbohrer mit dem zugehörigen WSP-Typ dargestellt. Stand der Technik sind Vierkantplatten, die eine hohe Verschleißfestigkeit und auf Grund der Form eine hohe Bruchfestigkeit aufweisen. Gegenüber trigonförmigen Platten in Abbildung 6.14 weisen diese vier verwendbare Schneidkanten und unter der Vermeidung von Konturwinkeln nicht unter 90° eine hohe Ausbruchfestigkeit auf. WSP können zwei, drei oder vier Schneidkanten aufweisen. Werkstoffbedingt können optimierte WSP-Topografien zum Einsatz kommen, sodass dem Anwender gemäß seinem Werkstoff die optimalen Zerspanungsverhältnisse zur Verfügung stehen. Mit steigenden L/D-Verhältnissen haben sich zwei verschiedene technologische Vorgehensweisen der Bohrergestaltung herausgebildet:

Die Step-Technologie

Die Step-Technologie besteht im Wesentlichen darin die WSP so zu gestalten, dass beim Anbohren ein Stützeffekt der WSP im Werkstück sichergestellt wird. Dadurch wird ein beliebiges Abdrängen des Bohrers verhindert. Dies besteht bei Bohrern der letzten Generation darin, dass die Innenplatte mit einer Anbohrnase ausgestattet ist, um einen optimalen Stütz- und Lenkungseffekt zu erzielen.

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 299,99
ISBN: 978-3-446-42826-3
Seite 322 ff.
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