Mikrobohren: Präzision, Herausforderungen und modernste Innovationen

Mikrobohren war noch nie meine Stärke. Ich habe viel gebohrt, aber nie etwas deutlich kleiner als 1/64 Zoll. Wer ebenfalls zu diesem Kreis gehört, hat eine ganz andere Welt des Bohrens noch nicht kennengelernt – und es gibt dort einige ziemlich beeindruckende Entwicklungen. Meine jüngsten Recherchen zum Mikrobohren waren sehr aufschlussreich, und das Projekt, an dem ich derzeit arbeite, ist eines der anspruchsvollsten meiner Karriere – alles, um Löcher zu bohren, die kaum größer sind als ein menschliches Haar. Wir besprechen, worauf Sie achten müssen, und geben grundlegende Parameter für Ihre eigenen Forschungsprojekte an die Hand.

Wie so oft in der Zerspanung lügen die Zahlen nicht. Viele der gleichen Formeln gelten. Doch der Spielraum für Fehler ist extrem gering. Alles – von der Spannutlänge bis zur Geometrie der Bohrerspitze – muss genauestens geprüft werden, und beim Mikrobohren gibt es für nichts eine einfache Antwort. Werkzeughersteller sind Ihre beste Quelle für Startparameter, da sie die Experten für ihre eigenen Werkzeuge sind. Ich bin kein Werkzeughändler, daher werde ich keine Marke gegenüber einer anderen bevorzugen. Das, liebe Freunde, muss Teil Ihrer eigenen Recherche sein.

Schritt 1 beim Mikrobohren – Das Material erforschen

Das bringt mich zum ersten Schritt Ihres Mikrobohr-Abenteuers: Recherche. Sie müssen Ihre Maschine kennen, Ihr Material, Ihr Kühlmittel und Kühlmittelsystem sowie Ihre Werkzeuge. Wenn ich „kennen“ sage, meine ich nicht Grundwissen. Forschen Sie, werden Sie so weit wie möglich zum Experten für alles, was Sie tun, bevor Sie auch nur daran denken, Metall zu schneiden. Beim Mikrobohren gibt es viele Publikationen, die oft widersprüchliche oder verwirrende Informationen liefern. Rüsten Sie sich mit dem Wissen aus, um sich hindurchzukämpfen, und Sie werden bestehen. Recherchieren Sie verschiedene Kühlmittel, verschiedene Bohrer. Bohrwerkzeug- und Kühlmittelhersteller haben in der Regel Ansprechpartner, die Sie telefonisch um spezifische Informationen zu Ihrem Material bitten können – das ist am wichtigsten.

Derzeit bohre ich 0,008 Zoll (ca. 0,2 mm) große Löcher in 15-5 PH-Edelstahl. Das Erste, was ich tat, war, so viel wie möglich über 15-5-Edelstahl zu lernen. Es ist ein interessanter Werkstoff: Er gilt als Edelstahl, verhält sich aber wie ein Werkzeugstahl. Da ich das vor meiner Recherche wusste, konnte ich die Tabellen der Werkzeughersteller gezielt nutzen, den Abschnitt „Edelstahl“ überspringen und die Parameter für Werkzeugstahl übernehmen. So vermied ich viele Probleme, denn die Parameter waren völlig anders – deutlich niedrigere Spindeldrehzahlen für den Edelstahl. Mein Punkt: Materialkenntnis ist der Schlüssel. Wissen Sie das zuerst.

Schritt 2 beim Mikrobohren – Das Kühlmittel verstehen

Der zweite Schritt, nachdem Sie Ihre Hausaufgaben gemacht und die Besonderheiten des zu bearbeitenden Materials, das einzusetzende Kühlmittel ermittelt und die Auswahl auf zwei oder drei Bohrwerkzeughersteller eingegrenzt haben, ist der Blick auf Ihr Programm. Beim Programmieren einer Mikrobohroperation steht der Bohrzyklus selbst an erster Stelle. Es gibt unterschiedliche Angaben zur erfolgreichsten Strategie, aber alle sind sich einig: Es muss ein Pickzyklus sein. Ein Spänebruchzyklus (bei dem der Bohrer nicht vollständig aus dem Loch ausfährt, sondern nur so weit, um den Span zu brechen) ist generell unwirksam, da er Späne im Loch belässt. Bei einem Standardbohrer transportiert die Spannut die Späne nach oben und aus dem Loch. Technisch gesehen tun Mikrobohrer dasselbe, aber Sie wollen das eigentlich nicht. Bohrer dieser Größe (in meinem Fall 0,008 Zoll) mögen das Wiederaufschneiden von Spänen gar nicht und brechen deswegen schließlich. Ein vollständiges Ausfahren bei jedem Pick ist die Strategie, die ich wähle; sie dauert zwar etwas länger, garantiert aber die längste Standzeit Ihres Bohrers. Einige Zerspaner (und Werkzeughersteller) schlagen eine „Spänebruch, Spänebruch, voller Pick“-Strategie vor, die schneller ist, aber ich würde sie nur am oberen Ende der „Mikrobohr“-Skala anwenden. Diese Skala ist übrigens ein weiterer Streitpunkt. Ein mikrogebohrtes Loch wird allgemein als jedes Loch unter 0,1 Zoll (2,54 mm) betrachtet, aber es wird immer Leute geben, die widersprechen. Nennen Sie es, wie Sie wollen – es ist klein. Jedenfalls: Die Strategie ist sehr wichtig. Sie müssen sicherstellen, dass das Werkzeug das Loch mit ausreichend Abstand und Zeit verlässt, um den Span zu entfernen und Kühlmittel zuzuführen.

Optimales Kühlmittel für Mikrobohren

Beim Mikrobohren ist das Kühlmittel eine zentrale Überlegung. Hier sprüht ein Sprühnebel (Mindestmengenschmierung) auf einen Mikrobohrer (im Vergleich mit einer Bleistiftspitze). Ja, wir haben die Bleistiftspitze gebohrt … weil wir es können!

Kühlmittel – der Begriff ist wörtlich zu nehmen, da es das Werkzeug tatsächlich kühlt oder zumindest als Wärmeträgermedium dient. Beim Mikrobohren ist jedoch der Schmieraspekt wichtiger. Wasserlösliche Kühlmittel verhalten sich beim Bohren auf eine Weise, die die meisten nicht kennen: Wenn der Lochgrund mit Kühlmittel gefüllt ist und das Werkzeug in das Loch eindringt, entsteht Druck. Unter normalen Umständen ist das kein Problem, aber bei so filigranen Mikrobohrern kann dieser Druck leicht ausreichen, um das Werkzeug zu überlasten. Ich verwende ein Zerstäubungssystem für meine Operation, zusammen mit einem dünnflüssigen Öl, das gut fließt. Das Öl sammelt sich auf dem Werkstück, sodass der Bohrer unabhängig von der Position immer durch Kühlmittel und Schmierung hindurchgeht, bevor er das Material berührt. Das einzige Problem sind die Späne. Während Sie Löcher bohren, bemerken Sie, wie sich Späne um die fertigen Löcher ansammeln. Da das Öl nicht wie Flutkühlmittel fließt, trägt es die Späne nicht ab. Das ist derzeit ein Problem, an dem ich arbeite, aber es ist ein sehr zeitaufwändiger Prozess, der viel Geduld … und Frustration erfordert. Sie werden das schaffen. Planen Sie ein paar gebrochene Bohrer ein und planen Sie, verschiedene Dinge auszuprobieren. Planen Sie aber nicht, hundert Löcher in zehn Minuten zu bohren. Mikrobohren ist keine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung und sollte auch nicht als solche betrachtet werden. Es erfordert Sorgfalt und Präzision.

Optimale Werkzeuge für Mikrobohren

Zum Schluss möchte ich etwas über die eigentlichen Werkzeuge sagen. Es gibt viele Werkzeughersteller, die Mikrobohrer anbieten. In Ihrer Recherche werden Sie feststellen, dass viele von ihnen sehr spezifische Informationen zur Geometrie ihrer Schneiden, Beschichtungen und jedem erdenklichen Detail bereitstellen. Tun Sie sich selbst einen Gefallen und achten Sie darauf. Manches mag wie Werbefloskeln wirken, was es vielleicht auch ist, aber manches ist sehr wichtig. Wenn Sie meine anderen Blogs gelesen haben, wissen Sie, dass scheinbar kleine Dinge oft den Unterschied ausmachen. So ist es auch hier. Diese Werkzeuge müssen präzisionsgeschliffen und extrem scharf sein. Wie bei den meisten Aspekten des Mikrobohrens gibt es unterschiedliche Meinungen zum Werkzeugmaterial – Hartmetall oder HSS. Hartmetall bietet bessere Steifigkeit und längere Schneidkantenerhalt, HSS mehr Flexibilität. Hartmetall ist spröde und bricht, sobald es stumpf wird – HSS ist nachgiebiger und kostengünstiger. Alles hängt vom Werkstückmaterial ab. Auch hier überlasse ich es den wahren Experten – den Werkzeugherstellern. Ein letzter Rat zur Werkzeugauswahl: Kaufen Sie nicht billig. Wenn Ihre Recherche ergibt, dass Sie Ihre Ziele mit einem 15-Dollar-Bohrer erreichen können, ist das fantastisch. Scheuen Sie aber nicht vor einem Bohrer zurück, nur weil er 75 Dollar kostet. Es geht um Wert, und erklären Sie Ihrer Finanzabteilung, dass der beste Wert nicht den billigsten Bohrer bedeutet. Wenn „Bohrer A“ 15 Dollar kostet und 100 Löcher bohrt, „Bohrer B“ 75 Dollar kostet aber 1.000 Löcher bohrt, dann ist Bohrer B der bessere Wert – trotz des fünffachen Preises.

Ich würde Ihnen gerne einige der Parameter nennen, die ich fahre, aber das würde den Zweck meines Beitrags im Grunde zunichtemachen. Machen Sie Ihre Recherche, finden Sie Ihre Zahlen und setzen Sie sie um. Ich war sehr beeindruckt von dem Erfolg der Basisdaten, die ich von Werkzeugherstellern erhalten habe – vertrauen Sie also immer auf die Zahlen.