Schnell und prozesssicher in große Tiefen bohren

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„Der Einsatz von langen spiralisierten Vollhartmetallbohrern ermöglicht im Vergleich zum Einlippentieflochbohren signifikante Produktivitätssteigerungen aufgrund deutlich höherer realisierbarer Bohrvorschübe“, bekräftigt Sebastian Richarz, Oberingenieur am Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) der Technischen Universität Berlin. Neben einer etwa 6- bis 8-fachen Erhöhung der Produktivität spielt je nach Anwendung die geforderte Bohrungsgüte und insbesondere die Prozesssicherheit eine entscheidende Rolle beim Einsatz von Spiralbohrern.

Hartmetall-Werkzeuge mit PVD-Beschichtung zum Tiefbohren harter Werkstoffe

Am IWF wird zum einen die Prozesskette der Werkzeugherstellung für die Anwendung in der Hartbohrbearbeitung mit hohem Aspektverhältnis betrachtet. Zum anderen werden ganzheitliche Fertigungsstrategien entwickelt, um die Werkzeuge prozesssicher und mit hohen Standzeiten bei der Bearbeitung von gehärtetem Vergütungsstahl an universellen Bearbeitungszentren einsetzen zu können.

Beim Tiefbohren harter Werkstoffe werden Hartmetall-Werkzeuge kombiniert mit einer PVD-Beschichtung verwendet. Das Substrat als Schichtträger hat dabei entscheidenden Einfluss auf das Standzeitvermögen des Werkzeugs, wie Richarz betont: „In der aktuellen Entwicklung von Bohrwerkzeugen erweisen sich insbesondere Ultrafeinstkornhartmetalle als geeignete Substratwerkstoffe, die im Vergleich zu konventionellen Hartmetallen die Eigenschaften einer hohen Härte bei gleichzeitig hoher Zähigkeit in sich vereinen und es damit erst seit einigen Jahren überhaupt möglich machen, spiralisierte Werkzeuge mit gedrallten Kühlkanälen bei hohen Vorschüben einzusetzen.“

Fertigungseinrichtung, Prozessführung und Werkzeug beim Harttiefbohren auf Bearbeitungszentren entscheidend

Damit das Harttiefbohren auf Bearbeitungszentren prozesssicher durchgeführt werden kann, sind neben dem Bohrwerkzeug und einer genau auf den Werkstoff angepassten Prozessführung insbesondere auch die Fertigungseinrichtung mit ihren zahlreichen Zusatzfunktionen und die Spannsituation zu betrachten. „Stand der Technik ist dabei eine ausreichende Versorgung mit Kühlschmiermittel, um Späne auch aus großen Bohrtiefen durch die relativ geringen Spannutquerschnitte noch verlässlich abführen zu können und eine hinreichende Kühlschmierung der Werkzeugschneiden zu ermöglichen“, sagt Richarz. Erhöhte Reibung kann erfahrungsgemäß durch Kühlschmierstoffe mit Fettgehalten über 10% reduziert werden.

Geringe Ungenauigkeiten der Werkzeugmaschine, wie Rundlauffehler der Hauptspindel oder Positionierungenauigkeiten der Linearachsen, können zur Überbeanspruchung der Werkzeuge führen und damit zum Bruch. „Insbesondere sind möglichst geringe Winkelabweichungen der linearen Vorschubachse gefordert“, nennt Richarz ein Ergebnis vergleichender Versuche an verschiedenen Bohr-Fräs-Bearbeitungszentren am IWF. Verfahrensbedingt könnten sich schon geringe Winkelabweichungen bei den im Bohrloch zwangsgeführten Werkzeugen mit einem Aspektverhältnis von 30 × D fatal auswirken und zum Bruch des Werkzeuges führen.

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Tieflochbohren

Schnell und prozesssicher in große Tiefen bohren

Hartmetall-Werkzeuge mit PVD-Beschichtung zum Tiefbohren harter Werkstoffe

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