Regelmäßige Bohrerbearbeitung
Konventionell Bohrer Bei der Bearbeitung von rostfreiem Stahl und hitzebeständigen Legierungen treten häufig große Probleme auf. Während der Bearbeitung ist ein scharfes Pfeifgeräusch zu hören, das den Verschleiß oder das Absplittern der Werkzeugschneide schnell erhöht. Das typische Phänomen ist das Absplittern der sekundären Schneide, auch als Führungskante bekannt. Wenn dieses Phänomen beim Bohren von Legierungen auftritt, ist das wahrscheinlichste Ergebnis eine verkürzte Werkzeuglebensdauer oder sogar Werkzeugverschrottung.
Nachschleifen von Hartmetallwerkzeugen
Das Nachschleifen hochwertiger Hartmetallwerkzeuge ist meist nicht wirtschaftlich oder sogar unmöglich. Das Ausbrechen der Führungskante an Hartmetallbohrern ist ein typisches Phänomen beim Zerspanen von rostfreiem Stahl und hitzebeständigen Legierungen.
Die Hauptursache für dieses Phänomen ist die Vibration des Bohrwerkzeugs, die verschiedene Ursachen haben kann. Eine Ursache ist der Rückstoß des Werkzeugs durch das zu schneidende Material. Bei der Vibration bewegt sich der Kopf des Werkzeugs auf einer elliptischen Bahn, während sich die Klinge bzw. die Spitze des Werkzeugs auf einer polygonalen (meist dreieckigen) Bahn bewegt. Diese Bewegung wirkt sich nachteilig auf den Schneidweg des Werkzeugs aus. Ob ein Bohrwerkzeug vibriert und wie stark es schwingt, hängt hauptsächlich von der Schleifform des Werkzeugkopfs, der Art der Führungskante, der Schleifgenauigkeit und der Präzision der Schleifarbeit ab.
Beim Schleifen von Hartmetallwerkzeugen wird üblicherweise das 4-seitige und konische Schleifverfahren angewendet. Im Vergleich zum herkömmlichen Schleifverfahren erfordert dieses einzigartige Verfahren ein tiefes Schleifen der Schneide bis in die Mitte des Bohrers. Die Form des Werkzeugkopfes gewährleistet eine hohe Präzision und das Schleifen wird so weit wie möglich nach den neuesten Forschungsergebnissen der Schneidtechnologie durchgeführt. Wenn die Zentriergenauigkeit zu Beginn des Bohrens nicht hoch ist, kann das Werkzeug stark schwingen, was auch zu einer Verringerung der Präzision während der Bearbeitung führen kann.
Schleiffehler wie geringe Konzentrizität oder geringe Werkzeugsymmetrie können das oben genannte Phänomen verschlimmern. Fehler in peripheren Verbindungen können die Bearbeitungsgenauigkeit weiter beeinträchtigen. Daher ist es notwendig, zunächst die Abweichungen und Toleranzen des Spannsystems und der Werkzeugspindel, wie etwa Konzentrizitätsabweichung und Neigung, zusammenzuführen. Schließlich können zwischen dem Bohrer und der Werkzeugmaschine erzeugte Torsions- und Axialschwingungen sowie niederfrequente Biegeschwingungen (oszillierende Bewegung) zu eckigen oder unrunden Öffnungen führen.
Fräswerkzeuge erhöhen die oszillierende Bewegung
Edelstahl und hitzebeständige Legierungen stellen hohe Anforderungen an Bohrwerkzeuge. Aufgrund der hohen Härte des Schneidstoffs sind hohe Schnittkräfte erforderlich. Die Zerspanbarkeit von Stahl wird durch die hohe Neigung zur Kaltverfestigung, die geringe Wärmeleitfähigkeit und die geringe Zähigkeit beeinträchtigt. Aufgrund der Duktilität des Werkstoffs ist der Bohrlochdurchmesser aufgrund der Materialrückfederung meist kleiner als der Nenndurchmesser.
Abweichungen im Durchmesser und in der Rundheit erhöhen den Druck auf die Führungskante, was zu einem verstärkten Kontakt zwischen Bohrer und Lochwand und sogar zu einem möglichen Bohrerbruch führt. Der erhöhte Druck auf die Führungskante hängt hauptsächlich mit Reibung und lokalem Temperaturanstieg zusammen und kann auch zu Schäden an der Materialkante führen. Die Belastung der Werkzeugspitze durch Quetschen oder Schwingen kann ermittelt werden und im Voraus anzeigen, welche Bereiche vor der Standardlebensdauer brechen werden.
Schnittparameter
Auch die Schnittparameter wirken sich auf die Bohrqualität aus. Dazu gehört nicht nur die Schnittgeschwindigkeit, sondern auch die Vorschubgeschwindigkeit, die ebenfalls ein entscheidender Faktor ist. Derzeit beträgt die maximale Schnittgeschwindigkeit von vergütetem Stahl etwa 200 m/min, und die Vorschubgeschwindigkeit kann im Allgemeinen viel höher als 0,1 mm/Umdrehung sein. Beispielsweise kann ein Bohrer mit einem Durchmesser von 8,5 mm einer Vorschubgeschwindigkeit von 0,25 mm/Umdrehung oder sogar mehr standhalten. Höhere Vorschubgeschwindigkeiten stabilisieren den Bohrer und eliminieren leicht die Neigung zum Schwingen, sodass die Qualität des Bohrvorgangs entsprechend verbessert werden kann.
Bei rostfreiem Stahl und Nickellegierungen sind jedoch aufgrund der Materialeigenschaften selbst keine so hohen Schnittgeschwindigkeiten und Vorschubgeschwindigkeiten möglich, da der Bohrer sonst überlastet oder sogar beschädigt wird. Die Vorschubgeschwindigkeit muss unter normalen Umständen niedrig gehalten werden, weit unter der Vorschubgeschwindigkeit von 0,1 mm/Umdrehung. Da die seitliche Schneide des Bohrers beim Einschneiden nicht nur das Werkstück schneidet, sondern es auch zusammendrückt. Daher ist die Verwendung solcher Parameter hilfreich, um Schwingbewegungen zu vermeiden. Der Bohrer drückt die Werkstückoberfläche zusammen. Wenn das Werkstück mit der Führungskante des Bohrers in Konflikt gerät, kann der Bohrer mit besserer Symmetrie grundsätzlich einen stabilen Schneidvorgang aufrechterhalten, und die Schwingbewegung folgt auch der Spirallinie.
Die beim Zerspanen entstehenden Späne müssen schnell aus der Spannut abgeleitet werden. Darüber hinaus muss die Spanerzeugungsrate kontrolliert werden, damit sie gleichmäßiger abgeleitet werden können, um eine Beschädigung der Innenwand der Öffnung zu vermeiden. Das angepasste Spannutprofil und die optimierte Spanform können dafür sorgen, dass sich die Späne so weit wie möglich kräuseln. Je nach Material müssen die Späne so weit wie möglich zusammengerollt werden. Darüber hinaus muss so weit wie möglich vermieden werden, dass unkontrollierte kurze Späne in die Spannut gelangen, da dies zu einer Beschädigung der Innenwand der Öffnung führen würde. Durch die Verwendung eines Y-Bohrers kann eine bessere Oberflächenqualität bei gleicher Lebensdauer erreicht werden und gleichzeitig sichergestellt werden, dass die Späne schnell und gleichmäßig in die Spannut abgeleitet werden.
Konischer Schneidkopf
Die konische Schneidkopfform erleichtert die Zentrierung. Der erste Eindruck, den der Y-förmige Bohrer hinterlässt, ist, dass die Winkel zwischen den verschiedenen Spannuten inkonsistent sind. Die drei Führungskanten sind in der Form des Buchstabens Y angeordnet, obwohl der Bohrer nur zwei Schneidkanten hat. Der Y-Bohrer hat eine konische Kopfstruktur und ist präzisionsgeschliffen, um eine genaue Zentrierung zu gewährleisten. Die TiAlN-Beschichtung bietet eine hohe Verschleißfestigkeit und Produktionseffizienz und hat ein sehr breites Anwendungsspektrum. Bohrer auf der ganzen Welt können in sehr kurzer Zeit nachgeschliffen und neu beschichtet werden.
Ungleichmäßige Anordnung der Spannuten
Mithilfe der ungleichmäßigen Anordnung der Spannuten lassen sich gerichtete Schnittkräfte erzielen. In Kraftrichtung befindet sich eine Führungskante an der Schneide und eine weitere Führungskante am Ende des Bohrerblattes. Die Y-förmige Struktur stützt diese zusätzliche Führungskante. Die Belastung der den beiden Kanten gegenüberliegenden Kante wird entsprechend reduziert. Während des Schneidvorgangs spielen die drei Führungskanten unterschiedliche Rollen: Die Führungskante ist für das Schneiden zuständig, die Führungskante ist für das Schneiden und Stützen zuständig und die Führungskante bzw. Gleitkante ist für das Stützen zuständig.
Durch diese konstruktive Ausgestaltung kann das Schwingen des Werkzeugs, insbesondere beim Bohren, grundsätzlich eliminiert und die Rundheitstoleranz sowie die Zylindrizitätstoleranz gewährleistet werden. Bei weiterer Optimierung der Schneide kann der Verschleiß minimiert werden. Die hohen Qualitätsanforderungen des Bohrprozesses und der auf den Bohrer, insbesondere die Schneide und die Führungskante, ausgeübte „Druck“ werden reduziert.
Die oben genannte Technologie kann den Schnittweg des Werkzeugs entsprechend verlängern. Es besteht eine gewisse Regelmäßigkeit zwischen dem Loch und der Bohrtiefe, beispielsweise ist der fertige Lochdurchmesser etwas größer als der Nenndurchmesser des Bohrers. Dies bedeutet: Der Bohrer bleibt nicht mehr im Loch stecken. Unter guten Bedingungen kann eine Lochqualität von IT8 erreicht werden. Der erste und der letzte Lochdurchmesser, die mit demselben Bohrer gebohrt werden, bleiben kontinuierlich und stabil. Die Standzeit nachfolgender Prozesse wie Reiben und Gewindeschneiden kann ebenfalls erhöht werden.
Y-Bohrer haben sich in vielen Anwendungen bewährt. So lassen sich beispielsweise auch bei der Bearbeitung von noch nicht verrosteten Edelstählen wie 1.3916, 1.4350 oder 1.4542 gute Ergebnisse erzielen. Während der Standzeit kann die Effizienzsteigerung oft mehr als 100% erreichen. Auch bei der Bearbeitung von thermisch stabilen und sogar gehärteten Stählen mit einer Härte von 55HRC liefern Y-Bohrer noch zufriedenstellende Ergebnisse.
