Prozesskräfte am Wendelbohrer durch Drehversuche ermitteln

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Schnittkräfte beim Drehen sind Basis für Bohrversuche

Unter Berücksichtigung der entlang der Bohrerschneide stark veränderlichen Span- und Neigungswinkel sowie der radiusabhängigen Schnittgeschwindigkeit sollen aus Schnittdaten beim Drehen mit analogen Schneidengeometrien oder durch Umrechnung aus orthogonalen Schnittversuchen die Kräfte beim Bohren simuliert und durch reale Bohrversuche überprüft werden. Dabei ist zu erwarten, dass in der Mitte des Bohrers, im Bereich der Querschneide, wo die Schnittgeschwindigkeit im Vergleich zur Vorschubgeschwindigkeit sehr klein ist, der Bohrprozess nicht mehr nur mit einem Schnittkraftmodell nach Kienzle dargestellt werden kann, sondern zusätzlich noch mit einem Umformkraftanteil erweitert werden muss. Bild 1 zeigt die Vorgehensweise sowie die damit gegebene Möglichkeit zur Optimierung der Bohrergeometrie.

Beim Bohrer variiert der Spanwinkel γ typischerweise zwischen —50° an der Querschneide und +30° am Außendurchmesser. Infolge der Querschneide oder des Durchmessers der Bohrerseele liegt die Hauptschneide nicht auf einem Radiusstrahl, das heißt, sie hat durch den Offset k/2 einen radiusabhängigen Neigungswinkel λ. Bild 2 zeigt die Analyse der Bohrergeometrie aus CAD-Daten und durch optische Vermessung mit einem konfokalen Messmikroskop.

Bohrung wird aufgeteilt in konzentrische Segmente

Um der veränderlichen Schneidengeometrie entlang der Schneidkante des Bohrers in der Analyse Rechnung tragen zu können, lässt sich die Bohrung in konzentrische Segmente (Bild 3) aufteilen. Nimmt man vereinfachend an, dass das Schnittverhalten innerhalb eines einzelnen Segments konstant ist, müssen sich die Daten aus einer Reihe von Drehversuchen mit entsprechenden Schneidengeometrien und Schnittdaten auf das Bohren umrechnen lassen. Die Schnittkräfte ergeben sich als Summe über alle Segmente des Vollbohrers.

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