Als gebräuchlichstes Werkzeug zur Lochbearbeitung finden Bohrer breite Anwendung in der mechanischen Fertigung. Insbesondere sind sie weit verbreitet und wichtig für die Bearbeitung von Bohrungen in Kühlvorrichtungen, Rohrböden von Kraftwerksanlagen, Dampferzeugern und anderen Bauteilen.
Bohrschneideigenschaften
Der Bohrer hat üblicherweise zwei Hauptschneiden. Während der Bearbeitung schneidet der Bohrer rotierend. Der Spanwinkel des Bohrers nimmt von der Mittelachse zur Außenkante hin zu. Je näher er sich dem Außenkreis nähert, desto höher ist seine Schnittgeschwindigkeit. Zur Mitte hin nimmt die Schnittgeschwindigkeit ab. Die Schnittgeschwindigkeit des Rotationszentrums des Bohrers ist Null. Die Querschneide des Bohrers befindet sich nahe der Mittelachse. Der sekundäre Spanwinkel der Querschneide ist groß, es gibt keinen Spanraum und die Schnittgeschwindigkeit ist gering. Dadurch entsteht ein großer axialer Widerstand.
Bohrer lassen sich je nach Form, Material, Aufbau, Funktion etc. des Werkstücks in viele Kategorien unterteilen, wie etwa Schnellarbeitsstahlbohrer (Spiralbohrer, Gruppenbohrer, Flachbohrer), Vollhartmetallbohrer, Wendeschneidplatten-Flachlochbohrer, Tieflochbohrer, Trepanationsbohrer und Wechselkopfbohrer.
Spanbrechen und Spanabfuhr beim Bohrer
Das Schneiden des Bohrers erfolgt in einem engen Loch, und die Späne müssen durch die Bohrnut abgeführt werden. Daher hat die Spanform einen großen Einfluss auf die Schneidleistung des Bohrers. Gängige Spanformen sind Flockenspäne, Rohrspäne, Nadelspäne, konische Spiralspäne, Bandspäne, Fächerspäne und Pulverspäne.
Der Schlüssel zur Bohrbearbeitung – Spankontrolle
Bei einer ungeeigneten Spanform treten folgende Probleme auf:
- Feine Späne blockieren die Schneide, beeinträchtigen die Bohrgenauigkeit, verkürzen die Lebensdauer des Bohrers und können sogar zum Brechen des Bohrers führen (z. B. pulverförmige Späne, fächerförmige Späne usw.).
- Lange Späne wickeln sich um den Bohrer und behindern den Betrieb, verursachen Schäden am Bohrer oder blockieren das Eindringen der Schneidflüssigkeit in die Bohrung (z. B. Spiralspäne, Bandspäne usw.).
So lösen Sie das Problem einer ungeeigneten Spanform:
- Die Spanbruch- und Spanabfuhreffekte können durch Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit, intermittierenden Vorschub, Schleifen der Querschneide, Einbau eines Spanbrechers usw. bzw. in Kombination verbessert werden, um die durch Späne verursachten Probleme zu beseitigen.
- Professionelle Spanbrecherbohrer eignen sich zum Bohren. Beispielsweise bricht ein spezieller Spanbrecher in der Nut des Bohrers die Späne in leichter entfernbare Späne. Die Späne werden gleichmäßig entlang der Nut abgeführt und verstopfen nicht darin. Dadurch erzielt der neue Spanbrecherbohrer einen deutlich gleichmäßigeren Schneideffekt als herkömmliche Bohrer.
Gleichzeitig erleichtern die kurzen, gebrochenen Eisenspäne den Kühlmittelfluss zur Bohrerspitze, was die Wärmeableitung und die Schneidleistung während der Bearbeitung weiter verbessert. Da der neu hinzugefügte Spanbrecher die gesamte Nut des Bohrers durchdringt, behält er auch nach mehrmaligem Schleifen seine Form und Funktion. Neben den oben genannten Funktionsverbesserungen ist hervorzuheben, dass das Design die Steifigkeit des Bohrerkörpers erhöht und die Anzahl der vor einem Schleifvorgang gebohrten Löcher deutlich erhöht.
Bohrpräzision
Die Genauigkeit der Bohrung setzt sich im Wesentlichen aus Faktoren wie Bohrungsdurchmesser, Positionsgenauigkeit, Koaxialität, Rundheit, Oberflächenrauheit und Bohrungsgrat zusammen.
Faktoren, die die Genauigkeit des bearbeiteten Lochs beim Bohren beeinflussen:
- Die Spanngenauigkeit und die Schnittbedingungen des Bohrers, wie z. B. Werkzeughalter, Schnittgeschwindigkeit, Vorschub, Schneidflüssigkeit usw.
- Die Größe und Form des Bohrers, wie z. B. die Länge des Bohrers, die Form der Klinge, die Form des Bohrkerns usw.
- Die Form des Werkstücks, wie beispielsweise die Seitenform des Lochs, die Form des Lochs, die Dicke, der Spannstatus usw.
Locherweiterung
Die Lochausdehnung wird durch das Schwingen des Bohrers während der Bearbeitung verursacht. Das Schwingen des Werkzeughalters hat großen Einfluss auf den Lochdurchmesser und die Positioniergenauigkeit des Lochs. Daher sollte ein stark abgenutzter Werkzeughalter rechtzeitig ausgetauscht werden. Beim Bohren kleiner Löcher ist das Schwingen schwer zu messen und einzustellen. Daher empfiehlt sich die Verwendung eines Bohrers mit grobem Schaft und kleinem Blattdurchmesser, der eine gute Koaxialität zwischen Blatt und Schaft gewährleistet. Bei der Verwendung eines nachgeschliffenen Bohrers liegt die Ursache für die verringerte Lochgenauigkeit meist in der asymmetrischen Form des Bohrerrückens. Durch die Kontrolle des Höhenunterschieds des Blattes kann das Ausschneiden und die Lochausdehnung effektiv reduziert werden.
Lochrundheit
Durch die Vibration des Bohrers kann das Bohrloch leicht polygonal werden, und es bilden sich Züge an der Bohrlochwand. Übliche polygonale Löcher sind meist drei- oder fünfeckig. Der Grund für die dreieckige Form liegt darin, dass der Bohrer beim Bohren zwei Rotationszentren hat. Diese vibrieren mit einer Frequenz von 600 Umdrehungen. Der Hauptgrund für die Vibration ist ein ungleichmäßiger Schnittwiderstand. Nach einer Umdrehung des Bohrers ist der Widerstand während der zweiten Umdrehung aufgrund der unrunden Form des Bohrlochs ungleichmäßig, und die letzte Vibration wiederholt sich. Es entsteht jedoch ein gewisser Versatz in der Vibrationsphase, der zu Zügen an der Bohrlochwand führt.
Ab einer bestimmten Bohrtiefe erhöht sich die Reibung zwischen der Schneide des Bohrers und der Bohrlochwand. Die Vibration wird gedämpft, die Züge verschwinden und die Rundheit verbessert sich. Dieser Lochtyp ist im Längsschnitt trichterförmig. Aus demselben Grund können beim Schneiden auch fünf- und siebeneckige Löcher entstehen. Um dieses Phänomen zu vermeiden, müssen neben der Vibration des Bohrfutters und dem Höhenunterschied der Schneide auch Faktoren wie die Asymmetrie der Rückseite und die Form der Schneide berücksichtigt werden. Darüber hinaus sollten Maßnahmen ergriffen werden, um die Steifigkeit des Bohrers zu erhöhen, den Vorschub pro Umdrehung zu steigern, den Rückwinkel zu verringern und die Meißelschneide zu schärfen.
Bohren von Löchern auf geneigten und gekrümmten Oberflächen
Wenn die Schneid- oder Eindringfläche des Bohrers eine geneigte, gekrümmte oder abgestufte Fläche ist, ist die Positioniergenauigkeit gering. Da der Bohrer dabei einseitig radial schneidet, verringert sich die Standzeit des Werkzeugs.
Zur Verbesserung der Positionsgenauigkeit können folgende Maßnahmen ergriffen werden:
- Bohren Sie zuerst das mittlere Loch.
- Benutze ein Schaftfräser um den Lochsitz zu fräsen.
- Verwenden Sie einen Bohrer mit guter Durchdringung und Steifigkeit.
- Reduzieren Sie die Vorschubgeschwindigkeit.
Gratbehandlung
Beim Bohren entstehen Grate am Ein- und Ausgang des Lochs, insbesondere bei der Bearbeitung von zähen Materialien und dünnen Blechen. Der Grund dafür ist, dass sich das zu bearbeitende Material beim Eindringen des Bohrers plastisch verformt. Dabei verformt sich der dreieckige Teil, der von der Bohrerkante nahe der Außenkante geschnitten werden soll, unter der Einwirkung der axialen Schnittkraft und biegt sich nach außen. Durch die Einwirkung der Fase der Außenkante des Bohrers und der Kante der Bohrerfase wird dieser weiter gewellt, wodurch eine gewellte Kante bzw. ein Grat entsteht.
Bohrprozessbedingungen
Ob die Schnittbedingungen geeignet sind, sollte durch Probeschnitte ermittelt und anhand von Faktoren wie Bearbeitungsgenauigkeit, Bearbeitungseffizienz und Bohrerlebensdauer umfassend beurteilt werden.
Lebensdauer des Bohrers und Verarbeitungseffizienz
Ob der Bohrer ordnungsgemäß eingesetzt wird und die technischen Anforderungen des zu bearbeitenden Werkstücks erfüllt, wird umfassend beurteilt. Die Lebensdauer des Bohrers und die Bearbeitungseffizienz werden dabei maßgeblich berücksichtigt. Die Schnittlänge kann als Bewertungsmaßstab für die Lebensdauer des Bohrers dienen. Die Vorschubgeschwindigkeit kann als Bewertungsmaßstab für die Bearbeitungseffizienz dienen.
Bei Schnellarbeitsstahlbohrern wird die Lebensdauer des Bohrers stark von der Drehzahl und weniger vom Vorschub pro Umdrehung beeinflusst. Daher kann die Bearbeitungseffizienz durch Erhöhung des Vorschubs pro Umdrehung verbessert und gleichzeitig die Lebensdauer des Bohrers verlängert werden. Es ist jedoch zu beachten, dass bei zu hohem Vorschub pro Umdrehung die Späne dicker werden und das Brechen der Späne erschwert wird. Daher muss der Vorschubbereich, bei dem die Späne erfolgreich gebrochen werden können, durch Probeschneiden ermittelt werden.
Bei Hartmetallbohrern weist die Schneide in negativer Spanrichtung eine größere Fase auf, und der einstellbare Vorschubbereich ist kleiner als bei Schnellarbeitsstahlbohrern. Überschreitet der Vorschubbereich während der Bearbeitung diesen Bereich, verringert sich die Lebensdauer des Bohrers. Da Hartmetallbohrer eine höhere Hitzebeständigkeit als Schnellarbeitsstahlbohrer haben, hat die Drehzahl kaum Einfluss auf die Lebensdauer. Daher kann die Erhöhung der Drehzahl genutzt werden, um die Bearbeitungseffizienz von Hartmetallbohrern zu verbessern und gleichzeitig die Lebensdauer des Bohrers zu verlängern.
Sinnvoller Einsatz von Kühlschmierstoffen
Das Bohren erfolgt in einem Loch mit engem Zwischenraum. Daher haben die Art der Kühlschmiermittel und die Einspritzmethode großen Einfluss auf die Lebensdauer des Bohrers und die Bearbeitungsgenauigkeit des Lochs. Kühlschmiermittel lassen sich in zwei Kategorien einteilen: wasserlösliche und nicht wasserlösliche. Nicht wasserlösliche Kühlschmiermittel zeichnen sich durch gute Schmierfähigkeit, Benetzbarkeit und Antihafteigenschaften aus und wirken zudem rostschützend. Wasserlösliche Kühlschmiermittel haben gute Kühleigenschaften, rauchen nicht und sind nicht entflammbar.
Wenn jedoch das Verdünnungsverhältnis der wasserlöslichen Kühlflüssigkeit nicht richtig ist oder sich die Kühlflüssigkeit verschlechtert, verkürzt sich die Lebensdauer des Werkzeugs erheblich. Daher ist Vorsicht geboten. Unabhängig davon, ob es sich um eine wasserlösliche oder nicht wasserlösliche Kühlflüssigkeit handelt, muss die Kühlflüssigkeit während des Gebrauchs vollständig an die Schneidstelle abgegeben werden. Gleichzeitig müssen Durchflussrate, Druck, Düsenanzahl und Kühlmethode (Innenkühlung oder Außenkühlung) der Kühlflüssigkeit streng kontrolliert werden.
