Präzision in der Bohrungsbearbeitung: Strategien für Vollhartmetallbohrer und deren Wartung
Precision drilling plays a critical role across industries, especially when working with hard-to-machine materials. Explore how to machine tough materials effectively.Strategien zur Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe
In der heutigen hochentwickelten Fertigungswelt spielt die präzise Bohrungsbearbeitung eine zentrale Rolle, insbesondere in Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Energie und der Automobilindustrie. Diese Industrien verarbeiten häufig schwer zerspanbare Werkstoffe wie gehärtete Stähle, Hochtemperaturlegierungen (z. B. Titan und Inconel), rostfreie Stähle oder Verbundwerkstoffe.
Diese Materialien bieten zwar eine hervorragende Härte, Wärmebeständigkeit und Langlebigkeit, stellen jedoch gleichzeitig hohe Anforderungen an die Bearbeitung. Um diese Werkstoffe effizient zu bearbeiten, ist es entscheidend, das richtige Werkzeug auszuwählen, die Maschinen optimal zu nutzen, geeignete Bearbeitungsstrategien zu entwickeln und die Werkzeuge regelmäßig zu warten. Nur ein ganzheitlicher Ansatz führt zu einer verbesserten Bohrungsqualität, Maßgenauigkeit und Werkzeugstandzeit, bei gleichzeitig reduzierten Stillstandszeiten und Ausschussquoten.
Schwer zerspanbare Werkstoffe verstehen
Schwer zerspanbare Werkstoffe zeichnen sich durch hohe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und thermische Stabilität aus. Eigenschaften, die besondere Bohrtechniken erfordern.
„Als früher Schneidwerkzeuge entwickelt wurden, galt das Prinzip: Je schärfer, desto besser. Bei modernen Werkstoffen ist diese Regel jedoch nicht mehr ohne Weiteres anwendbar“, erklärt Ricky Payling, Global Product Manager Solid Round Tools bei Seco.
Jeder Werkstoff bringt eigene Herausforderungen mit sich: Gehärtete Stähle mit einer Härte über 45 HRC bieten zwar hohe Verschleißfestigkeit, können jedoch Werkzeuge schnell abnutzen.
Titanlegierungen besitzen eine geringe Wärmeleitfähigkeit, was zu lokaler Überhitzung während des Bohrprozesses führen kann. Bei Verbundwerkstoffen besteht aufgrund ihrer Schichtstruktur die Gefahr von Delamination oder Faserabzug, wenn keine geeigneten Bohrstrategien eingesetzt werden.
Die Wahl des richtigen Bohrers
Die Auswahl des passenden Werkzeugs ist der erste entscheidende Schritt im Bearbeitungsprozess.
Seco bietet eine Vielzahl an Bohrern, die speziell für die Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe entwickelt wurden. Vollhartmetallbohrer wie der Seco Feedmax™ eignen sich besonders für gehärtete Stähle und Titanlegierungen, da sie eine hohe Steifigkeit und Verschleißfestigkeit aufweisen.
Für hochabrasive Verbundwerkstoffe sind diamantbeschichtete Bohrer ideal, während PVD-beschichtete Werkzeuge bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von gehärteten Stählen und hitzebeständigen Legierungen ihre Stärken ausspielen.
Universalbohrer bieten eine ausgewogene Leistung, allerdings mit Kompromissen bei der Standzeit. „Sie ermöglichen zwar die Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe, erreichen dabei jedoch keine lange Standzeit“, warnt Payling.
Für kleine und mittelständische Betriebe können sie dennoch eine wirtschaftliche Lösung sein, während Spezialwerkzeuge besser für die Großserienfertigung geeignet sind.
Bohrleistung optimieren
Für maximale Effizienz empfiehlt Payling, grundlegende Prinzipien der Zerspanung zu beachten.
Die Leistungsfähigkeit der Maschine ist dabei ein zentraler Faktor – Hochleistungsmaschinen mit Innenkühlung und ausreichendem Druck ermöglichen eine präzise Bearbeitung.
Auch die Materialeigenschaften sollten genau analysiert werden. Wer die chemische Zusammensetzung kennt, kann potenzielle Herausforderungen besser einschätzen. Die Auswahl der passenden Bohrergeometrie in Kombination mit den richtigen Schnittwerten kann die Werkzeugstandzeit deutlich erhöhen.
Ebenso wichtig sind die richtige Spindelgröße, hochwertige Werkzeughalter und stabile Schnittbedingungen. Testbohrungen helfen dabei, die Parameter vor Produktionsbeginn zu optimieren. „Einige Testbohrungen an einem Musterteil durchführen und das Werkzeugverhalten beobachten. So lassen sich Schnittwerte und Bearbeitungseinstellungen anpassen, bevor die Serienfertigung beginnt“, rät Payling.
Da schwer zerspanbare Werkstoffe den Werkzeugverschleiß beschleunigen, ist eine regelmäßige Kontrolle unerlässlich. Flankenverschleiß lässt sich mit einer Lupe oder einem Mikroskop frühzeitig erkennen. Payling empfiehlt, Bohrer bei einem Flankenverschleiß von 0,2 mm auszutauschen, um Ausbrüche zu vermeiden und die Leistung zu erhalten.
Zudem sollte bei der Bearbeitung anspruchsvoller Werkstoffe die Genauigkeit stets Vorrang vor der Bearbeitungsgeschwindigkeit haben. „Die Standzeit und ein korrektes Setup sind wichtiger als kurze Zykluszeiten“, betont Payling.
Bohrtechniken
Die Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe erfordert nicht nur hochwertige Werkzeuge, sondern auch die richtige Vorgehensweise. Eine stabile Aufspannung ist essenziell, um Vibrationen und Ausrichtungsfehler zu vermeiden. Auch die Reinigung des Werkzeughalters zwischen den Werkzeugwechseln ist wichtig, selbst kleinste Verunreinigungen können die Standzeit erheblich verkürzen.
Beim Tieflochbohren sollte die Drehzahl beim Eintritt in das Pilotloch deutlich reduziert werden, idealerweise auf maximal 100 U/min. „Vollhartmetallbohrer haben ein hohes Eigengewicht und neigen bei horizontalen Bearbeitungen zum Durchbiegen. Eine zu hohe Vorschub- oder Drehzahl beim Start kann Peitscheneffekte und Werkzeugbruch verursachen“, erklärt Payling.
Eine interne Kühlmittelzufuhr ist insbesondere bei tiefen oder reibungsintensiven Bohrungen entscheidend, da sie lokale Überhitzung verhindert und die Spanabfuhr unterstützt. Bei sehr tiefen Bohrungen empfiehlt sich das Stufenbohren, um die Belastung des Hauptwerkzeugs zu reduzieren und die Standzeit zu erhöhen.
Wartung von Vollhartmetallbohrern
Eine konsequente Wartung trägt wesentlich zur Verlängerung der Werkzeuglebensdauer und zur Verbesserung der Bearbeitungseffizienz bei.
Dazu gehören die Reinigung nach jedem Einsatz, die Kontrolle auf Ausbrüche oder Verfärbungen der Beschichtung sowie die sichere Lagerung der Werkzeuge.
Auch das Nachschleifen ist ein wichtiger Bestandteil der Werkzeugpflege. „Drei Nachschliffe sind heute Standard“, so Payling. Wichtig sei dabei die Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Dienstleister, der die Geometrien und Beschichtungen von Seco kennt und möglichst originalgetreu reproduzieren kann. Werkzeuge sollten zudem vor Erreichen der Verschleißgrenze wiederaufbereitet werden, auch im Sinne der Nachhaltigkeit.
Problembehandlung bei Bohrprozessen
Trotz sorgfältiger Planung können bei der Bohrbearbeitung Probleme auftreten. Eine systematische Fehleranalyse hilft, Zeit und Material zu sparen. Flankenverschleiß ist unvermeidlich. Tritt er jedoch gleichmäßig auf, deutet das auf ein gutes Setup hin.
Weitere typische Probleme sind Kantenausbrüche, die häufig durch Vibrationen oder unzureichende Kühlung entstehen, Eckenverschleiß, der meist durch zu hohe Schnittgeschwindigkeiten verursacht wird, sowie Zentrumsbruch, der oft die Folge eines zu hohen Vorschubs ist. Eine regelmäßige Kontrolle und Anpassung der Bearbeitungsparameter ist entscheidend, um die Präzision zu sichern und Werkzeugausfälle zu vermeiden.
Die Bohrbearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe erfordert spezialisierte Werkzeuge, durchdachte Strategien und konsequente Wartung. Mit den Lösungen von Seco – von optimierten Geometrien und Beschichtungen bis hin zu Expertenunterstützung – lassen sich selbst anspruchsvollste Bohrprozesse erfolgreich meistern. Die Umsetzung der empfohlenen Techniken und Werkzeugstrategien führt zu besseren Ergebnissen, höherer Produktivität und längeren Standzeiten.
Hier finden Sie unsere Lösungen für das Vollhartmetallbohren
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