Top-Vorteile von Bohrwerken für die Präzisionsbearbeitung

Spezifikationen von Bohrwerken

Die Abmessungen zwischen dem Element und dem Werkzeug können um zwei Achsen verändert werden, um sowohl vertikal als auch horizontal auf der Innenfläche zu schneiden. Das Schneidwerkzeug ist meist ein Einzelschneiden, hergestellt aus M2 und M3 Schnellarbeitsstahl oder P10 und P01 Hartmetall. Ein kegeliges Loch kann auch durch Drehen des Kopfes hergestellt werden.

Bohrwerke sind in vielen verschiedenen Größen und Ausführungen erhältlich. Kleine Objekte können auf einer Drehbank gebohrt werden, während größere Objekte auf Bohrwerken bearbeitet werden. Werkstücke haben typischerweise einen Durchmesser von 1 bis 4 Metern (3 Fuß 3 Zoll bis 13 Fuß 1 Zoll), können aber bis zu 20 Meter (66 Fuß) groß sein. Der Leistungsbedarf kann bis zu 200 PS (150 kW) betragen.

Die Kühlung der Bohrungen erfolgt durch einen hohlen Durchgang in der Bohrstange, durch den das Kühlmittel frei fließen kann. Wolframlegierungs-Scheiben sind am Gurt versiegelt, um Vibrationen und Schwingungen beim Bohren entgegenzuwirken. Steuerungssysteme können computergestützt sein, was Automatisierung und größere Konsistenz ermöglicht.

Warum ist Bohrbearbeitung erforderlich?

Da das Bohren dazu dient, die Toleranz von vorliegenden Löchern zu verringern, sind einige Designüberlegungen zu beachten. Erstens werden große Durchmesserlängen für das Loch aufgrund der Durchbiegung des Schneidwerkzeugs nicht bevorzugt. Dann werden Durchgangslöcher gegenüber Sacklöchern (Löcher, die nicht durch die Werkstückdicke hindurchgehen) bevorzugt.

Aufgrund dieser Faktoren sind Bohren und Tieflochbohren von Natur aus schwierige Bereiche der Praxis, die spezielle Werkzeuge und Techniken erfordern. Dennoch wurden Technologien entwickelt, die tiefe Löcher mit beeindruckender Genauigkeit erzeugen. In den meisten Fällen beziehen sie sich auf viele Schneidpunkte, diametral gegenüberliegend, deren Durchbiegekräfte sich gegenseitig aufheben.

Typischerweise beinhalten sie auch die Zufuhr von Schneidflüssigkeit unter Druck durch das Werkzeug in Löcher in der Nähe der Schneidkanten. Pistolenbohren und Kanonenbohren sind klassische Beispiele. Diese Bearbeitungstechniken, die erstmals für die Herstellung von Feuerwaffen- und Artillerieläufen entwickelt wurden, werden heute in vielen Branchen weit verbreitet in der Produktion eingesetzt.

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Wie funktioniert Bohrbearbeitung?

Verschiedene konstante Bohrzyklen sind auf CNC-Steuerungen verfügbar. Dies sind programmierte Unterprogramme, die das Werkzeug durch aufeinanderfolgende Schnitte bewegen: Schneiden, Zurückziehen, Vorschub, Schneiden, Zurückziehen, Rückkehr zur Startposition usw.

Die meisten Drehoperationen, die beim Außendrehen auftreten, finden sich auch beim Bohren wieder. Beim Außendrehen beeinflusst die Werkstücklänge nicht den Werkzeugüberstand, und die Größe des Werkzeughalters kann so gewählt werden, dass er den während des Vorgangs entstehenden Kräften und Spannungen standhält. Beim Innendrehen oder Bohren ist die Wahl des Werkzeugs jedoch stark durch den Durchmesser und die Länge des Werkstücklochs begrenzt.

Die allgemeine Regel, die für alle Bearbeitungen gilt, ist, den Werkzeugüberstand zu minimieren, um die bestmögliche Stabilität und damit Genauigkeit zu erreichen. Beim Bohren wird die Tiefe des Lochs durch den Überstand bestimmt. Die Stabilität erhöht sich bei Verwendung eines größeren Werkzeugdurchmessers, aber auch dann sind die Möglichkeiten begrenzt, da der Platz, der durch den Lochdurchmesser im Werkstück erforderlich ist, beim Entfernen von Spänen und radialen Bewegungen berücksichtigt werden muss.

Einschränkungen der Bohrstabilität sind festgelegt, da bei der Planung und Vorbereitung der Produktion besondere Sorgfalt walten lassen werden sollte. Das Verständnis der Auswirkungen von Werkzeuggeometrie und gewählten Schnittdaten auf Schneidkräfte sowie das Verständnis, wie verschiedene Arten von Bohrstangen und Werkzeugspannungen die Stabilität beeinflussen, kann Vibrationen auf ein Minimum reduzieren.

Welche Bedeutung haben Schneidkräfte?

Während der Bearbeitung versuchen die Tangentialkraft und die radiale Schneidkraft, das Werkzeug vom Werkstück wegzudrücken, was Durchbiegungen verursacht.

Die Tangentialkraft versucht, das Werkzeug nach unten und weg von der Mittellinie zu drücken. Aufgrund der Krümmung des Innendurchmessers des Lochs wird der Freiwinkel ebenfalls verringert. Daher ist es besonders bei kleinen Lochdurchmessern wichtig, dass der Einlege-Freiwinkel ausreichend ist, um Kontakt zwischen Werkzeug und Lochwand zu vermeiden.

Radiale Durchbiegung verringert die Schnitttiefe. Neben der Beeinflussung der Durchmessergensauigkeit ändert sich die Spandicke, wenn sich die Schneidkräfte ändern. Dies verursacht Vibrationen, die von der Schneide zum Werkzeughalter übertragen werden. Werkzeugstabilität und Spannung bestimmen die Menge der Vibration und ob sie verstärkt oder unterdrückt wird.

Welche Faktoren beeinflussen die Schneidkräfte?

● Schneidplattengeometrie:

Die Schneidplattengeometrie hat einen entscheidenden Einfluss auf den Schneidprozess. Die positive Schneidplatte hat einen positiven Spanwinkel. Plattenkantenwinkel und Freiwinkel zusammen werden weniger als 90 Grad betragen. Ein positiver Spanwinkel bedeutet eine geringere tangentiale Schneidkraft. Ein positiver Spanwinkel wird jedoch auf Kosten eines Freiwinkels oder Kantenwinkels erzielt.

Wenn der Freiwinkel klein ist, besteht die Gefahr von Werkzeug- und Werkstückabrieb, und Reibung kann Vibrationen verursachen. In Fällen, in denen der Spanwinkel groß und der Kantenwinkel klein ist, wird eine schärfere Schneide erzielt. Eine scharfe Schneide dringt leichter in das Material ein, kann aber auch leichter durch eine Kante oder andere ungleichmäßige Abnutzung verändert oder beschädigt werden.

Kantenverschleiß bedeutet eine Veränderung der Schneidplattengeometrie, die den Freiwinkel verringert. Daher bestimmt bei der Fertigbearbeitung die erforderliche Oberflächengüte des Werkstücks, wann die Schneidplatte ausgetauscht werden muss. Im Allgemeinen sollte der Kantenverschleiß zwischen 0,004 und 0,012 Zoll für die Fertigbearbeitung und 0,012 bis 0,040 Zoll für die Schruppbearbeitung liegen.

● Spanwinkel:

Der Spanwinkel beeinflusst die axialen und radialen Richtungen der Schneidkräfte. Ein kleiner Spanwinkel erzeugt eine große Komponente der axialen Schneidkraft, während ein großer Spanwinkel zu einer größeren radialen Schneidkraft führt.

Die axiale Schneidkraft hat eine minimal negative Auswirkung auf den Vorgang, da die Kraft entlang der Bohrstange gerichtet ist. Um Vibrationen zu vermeiden, ist es daher vorzuziehen, einen kleinen Anstellwinkel zu wählen, aber da der Anstellwinkel auch andere Faktoren wie Spandicke und Spanflussrichtung beeinflusst, muss man oft Kompromisse eingehen.

Der Hauptnachteil eines kleinen Anstellwinkels ist, dass die Schneidkräfte über einen kürzeren Abschnitt der Schneide verteilt werden als bei einem großen Anstellwinkel. Außerdem wird die Schneide schnellem Be- und Entlasten ausgesetzt, wenn die Kante in das Werkstück ein- und austritt.

Da Bohren normalerweise in einem vorbearbeiteten Loch durchgeführt wird und als leichte Bearbeitung gekennzeichnet ist, verursachen kleine Anstellwinkel im Allgemeinen keine Probleme. Anstellwinkel von 15 Grad oder weniger werden normalerweise empfohlen. Bei einem Anstellwinkel von 15 Grad wird die radiale Schneidkraft jedoch fast doppelt so hoch sein wie die Schneidkraft bei einem Anstellwinkel von 0 Grad. Eine typische Bohrstange mit einer wendbaren Schneidplatte mit einem Spanwinkel von 0 Grad ist auf der vorherigen Seite abgebildet.

● Eckenradius:

Der Eckenradius der Schneidplatte beeinflusst auch die Verteilung der Schneidkräfte. Je größer der Eckenradius, desto größer die radialen und tangentialen Schneidkräfte und der Beginn von Vibrationen. Dies gilt jedoch nicht für radiale Schneidkräfte. Die Werkzeugdurchbiegung in radialer Richtung wird durch das Verhältnis zwischen Schnitttiefe und Spitzenradiusgröße beeinflusst.

Wenn die Schnitttiefe kleiner als der Radius der Schneide ist, nehmen die radialen Schneidkräfte zu, wenn die Schnitttiefe zunimmt. Wenn die Schnitttiefe gleich oder größer als der Spitzenradius ist, wird die radiale Durchbiegung durch den Anstellwinkel bestimmt.

Daher ist es eine gute Idee, einen Spitzenradius etwas kleiner als die Schnitttiefe zu wählen. Auf diese Weise können radiale Schneidkräfte auf ein Minimum gehalten werden, indem die Vorteile des größtmöglichen Eckenradius genutzt werden, was zu einer stärkeren Schneide, besserer Oberflächengüte und gleichmäßigerer Belastung der Schneide führt.