Große Tiefen meistert die Hoffmann Group

Einlippenbohrer, Zweilippenbohrer oder Vollhartmetall-Bohrer – für das Tieflochbohren eignen sich all diese Werkzeuge. Welches jedoch letztendlich zum Einsatz kommt, hängt von der jeweiligen Anwendung ab. Auf welche Aspekte es bei der Auswahl ankommt, erklärt der Stellvertretende Produktbereichsleiter und verantwortliche Produktmanager für das Segment Bohren bei der Hoffmann Group, Dr.-Ing. Michael Jelinek.

Kaum ein anderes Verfahren stellt derart hohe Ansprüche an Zerspanungswerkzeuge wie das Tieflochbohren. Bei extremen Bohrtiefen müssen sehr enge Toleranzen eingehalten werden – nicht zuletzt, um Werkzeugbrüche und Ausschuss zu vermeiden. Ist neben Präzision und Prozesssicherheit zudem eine hohe Produktivität gefragt, existieren nur wenige Werkzeuge, die entsprechenden Anforderungen gerecht werden. Die Experten der Hoffmann Group kennen sämtliche Aspekte.

Die wichtigsten Tieflochbohrverfahren im Überblick.

Tieflochbohren ist ein wirtschaftliches Verfahren, um tiefe Bohrungen von sehr hoher Qualität zu fertigen. Mit kontinuierlichem Schnitt lassen sich Löcher mit exakter Zylindrizität, engen Toleranzen und ansprechenden Oberflächengüten erzielen. Allgemein spricht man vom Tieflochbohren bei Bohrungen mit einem Durchmesser von 1 bis 1.500 mm und einer Bohrtiefe, welche in etwa dem 16 fachen Werkzeugdurchmesser (Nenndurchmesser) entspricht. Je nach Bearbeitungsaufgabe spielen bei der Auswahl des passenden Verfahrens der Nenndurchmesser, das Verhältnis von Werkzeuglänge zu Nenndurchmesser, die zu erreichenden Bohrloch-Toleranzen und Oberflächengüten sowie die geforderte Produktivität eine große Rolle.

Einlippenbohrer – geringer Vorschub in langspanendem Material.

Ist das Zeitspanvolumen zweitrangig und müssen sehr tiefe Bohrungen insbesondere in langspanenden Werkstoffen mit Toleranzen zwischen IT10 und IT7 erzeugt werden, kommen Einlippenbohrer in Frage. Mit nur einer Schneide erzielen diese Werkzeuge lediglich geringe Vorschübe. Außerdem benötigen sie aufgrund der langen Werkzeugauskragung unter Umständen Stütz- und Führungshilfen. Die Oberflächen der Bohrungswandung erreichen allerdings ansprechende Mittenrauwerte zwischen Ra 6,3 μm und Ra 0,4 μm. Im Hinblick auf Form und Lage der Bohrungstoleranzen sind Abweichungen hinsichtlich Bohrungsgeradheit von rund 5 μm pro 100 mm Bohrtiefe und Bohrungsmittenverläufe zwischen 2 bis 8 μm pro 100 mm Bohrtiefe erreichbar.

Zweilippenbohrer – wirtschaftlich in kurzspanendem Material.

Steht Wirtschaftlichkeit im Fokus und sollen Bohrungen tiefer als 50 x D insbesondere in kurzspanenden Materialien wie Guss oder Aluminium extrem präzise gefertigt werden, kommen Zweilippenbohrer zum Einsatz. Diese Werkzeuge bestehen aus einem HSS-Grundkörper mit aufgelöteter Hartmetallschneide. Zweilippenbohrer eignen sich zudem als Stufenwerkzeuge. Entsprechende Ausführung kann jedoch an anwendungstechnische Grenzen stoßen, da eventuell Probleme bei der Spanabfuhr auftreten. Generell lässt sich für alle Bohrer festhalten, dass deren Schneiden besonders hart, temperaturbeständig sowie druck- und biegefest sein müssen. Zweilippenbohrer erfordern zudem in jedem Fall Stütz- und Führungsmechanismen. Auch hier geben die Hersteller Oberflächengüten zwischen Ra 6,3 und Ra 0,4 an. Zudem darf mit Abweichungen bei der Bohrungsgeradheit von rund 5 μm pro 100 mm Bohrtiefe, einem Bohrungsmittenverlauf zwischen 2 bis 8 μm pro 100 mm Bohrtiefe und Toleranzen zwischen IT10 und IT7 gerechnet werden. Die Bohrlochtiefe ist allerdings im Normalfall auf 1,2 m limitiert.

Wirtschaftlich bei geringerem Qualitätsanspruch.

Sofern Wirtschaftlichkeit weiterhin im Fokus steht, jedoch Oberflächengüten der Bohrungswandung sowie Bohrlochtoleranzen eine untergeordnete Rolle spielen, sind HSS-Bohrer die Werkzeuge der Wahl. Diese Bohrer stellen unter budgetären Gesichtspunkten eine Alternative dar – insbesondere dann, wenn akzeptable Ergebnisse den bestehenden Ansprüchen genügen. Ein eventueller Mittenversatz muss hierbei in Kauf genommen und im Bedarfsfall durch den Einsatz einer Bohrbuchse ausgeglichen werden.

VHM-Bohrer – hohes Zeitspanvolumen und exzellente Ergebnisse.

Sind Bohrungen mit Tiefen von bis zu 50 x D äußerst wirtschaftlich zu fertigen, so empfiehlt sich der Einsatz von VHM Tieflochbohrern. Sie erzielen ein sehr hohes Zeitspanvolumen, sodass die Maschinenzeiten sinken und sich die höheren Anschaffungskosten für die Werkzeuge schnell amortisieren. Aufgrund ihrer besonderen Leistungsfähigkeit entwickeln VHM-Bohrer hohe Prozesstemperaturen und erfordern somit den Einsatz von Minimalmengenschmierung oder Emulsion. Sie können überwiegend ohne zusätzliche Führungs- und Abstützhilfen arbeiten. Die Oberflächengüten liegen zwischen 6,3 und 1,6 Ra, wobei sich im Bedarfsfall eine Variation der Schnittwerte positiv auf die Mittenrauwerte der Bohrungswandung auswirken kann. In Abhängigkeit von Materialhomogenität und -festigkeit lassen sich Abweichungen hinsichtlich Bohrungsgeradheit von rund 8 μm pro 100 mm Bohrtiefe und ein Bohrungsmittenverlauf von rund 8 μm pro 100 mm Bohrtiefe erzielen. Bei den Bohrungstoleranzen liegen VHM-Tieflochbohrer zwischen IT11 und IT9, unter optimalen Bedingungen auch bei IT8. Zur ihrer außerordentlichen Leistungsfähigkeit tragen insbesondere das verwendete Hartmetall und die Beschichtung bei. Der jüngst entwickelte Tieflochbohrer Garant Master Steel Deep wird aus einem Spezialrohling gefertigt, der aus zwei Segmenten zusammengesintert ist. Der hintere Abschnitt des Rohlings – der so genannte Versorgungsabschnitt – besitzt eine zentrale Innenkühlung. Im Kopf- beziehungsweise Austrittsabschnitt ist die Innenkühlung spiralisiert ausgeführt.

Beschleunigte Späneevakuierung.

Die dynamische Drallsteigung der Spannuten des Garant Master Steel Deep führt zu einer erheblichen Beschleunigung des Spanabflusses. Hierbei verringert sich der Spiralwinkel über die Bohrerlänge – ausgehend von 30° bis hin zu 15°. Entsprechend nehmen Wegstrecke und Reibungswiderstand der Späne in Richtung des Schaftes ab; polierte Spannuten reduzieren die Reibung und beschleunigen den Spanfluss zusätzlich. Dies führt letztendlich zu signifikant höheren Schnittdaten, ohne die Prozesssicherheit zu gefährden. Im Vergleich zu klassischen Bohrern, deren Kühleffekt lediglich proportional zur Querschnittsfläche der Spiralnut ansteigt, wird die Bohrerspitze des Garant Master Steel Deep zusätzlich durch den Einfluss der Führungsringe permanent mit Kühlmittel umspült. Hierbei verhindert die Positionierung der Führungsfase, dass sich die Führungsringe mit Spänen zusetzen. Die Führungsringe sorgen zudem für eine präzise Bohrerührung. Letztendlich liegen insgesamt rund 30 % der Mantelfläche des Werkzeugs an der Bohrungswandung an.

Höhere Steifigkeit.

Der Gesamtaufbau des Garant Master Steel Deep der Hoffmann Group reduziert Schwingungen im Werkzeugeinsatz und verbessert die Werkzeugführung – selbst bei der Bearbeitung von Querbohrungen. Tests haben gezeigt, dass die neuartige Werkzeugausführung die mechanische Stabilität des Tieflochbohrers deutlich erhöht. Das Werkzeug besitzt eine über 70 % höhere Steifigkeit im Vergleich zu einem konventionellen Tieflochbohrer, welcher durchgehend spiralisierte Kühlkanäle aufweist. Das Ergebnis: Eine extrem hohe Prozesssicherheit bei Quer- und Paketbohrungen sowie herausragende Werte bezüglich Durchmesser-, Form- und Lagetoleranzen sowie Oberflächengüte des erzeugten Bohrloches. Entsprechende Bearbeitungsergebnisse lassen sich auch bei hohen Stückzahlen prozesssicher und reproduzierbar erreichen. Insbesondere beim Materialein- und -austritt entstehen bei konventionellen Werkzeugen enorme Zerspanungskräfte, die sich wahlweise nur durch den Einsatz von Führungshilfen kompensieren lassen. Die erhöhte Steifigkeit und die hiermit verbundene höhere Werkzeugstabilität lässt weitere Führungshilfen entfallen und führt zudem zu einer höheren Standzeit sowie einer höheren Prozesssicherheit. Die Folge sind deutlich weniger Werkzeugbrüche und weniger Ausschuss. Co-Pilot-Bohrungen entfallen. VHM-Bohrer mit nachweisbar höherer Werkzeugstabilität und niedrigerem Verschleiß verlängern die Standzeiten zum Teil deutlich und verbessern nachhaltig die Prozesssicherheit. Eine weiterführende Verkürzung von Maschinenzeiten und damit weitere Kosteneinsparungen ergeben sich dadurch, dass zusätzliche Bohroperationen, wie eine Co-Pilot-Bohrung, entfallen können. Ist zudem ein effizienter Nachschliff des Werkzeuges möglich, welcher auch nach mehrmaliger Anwendung stets der Qualität des Originalschliffs eines Neuwerkzeuges entspricht, relativieren sich die höheren Anschaffungskosten zusätzlich.

Autor: Dr.Ing. Michael Jelinek, Produktmanager für das Segment Bohren bei der Hoffmann Group

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