Werkzeugentwicklung

Andrea Gillhuber,

Entwicklung eines Kurzlochbohrers

Einen Wendeschneidplattenbohrer zu entwickeln, der in einem Arbeitsgang Bohrungen mit Tiefen bis zu 7×D ohne Ablenkung oder Spänestau erstellt, ist schwierig. Vor allem, weil die Verlängerung eines Bohrers zur Folge hat, dass der Bohrer überproportional gebogen oder abgelenkt wird. Ein grundlegendes Umdenken hinsichtlich Design und Fertigung von Bohrkörper und Wendeschneidplatten war nötig. 

Ein grundlegendes Umdenken hinsichtlich Design und Fertigung von Bohrkörper und Wendeschneidplatten war nötig. © Sandvik Coromant

Mit dem neuen CoroDrill DS20 hat Sandvik Coromant einen 7×D-Wendeschneidplattenbohrer vorgestellt, der im Bereich Kurzlochbohren das Bohren von beiden Seiten eines Bauteils obsolet macht. Möglich wird dies durch ein neues Design sowohl beim Grundkörper als auch bei den Wendeschneidplatten. Die Unterschiede zu seinem Vorgänger, dem CoroDrill 880, fallen daher direkt ins Auge: Statt einer konventionellen, konstanten, spiralförmigen Helix verfügt der neue 7×D-Wendeschneidplattenbohrer über einen anfangs stark gekrümmten Spankanal, gefolgt von einem geradlinigen Spankanal. Dieses Design ermöglicht nicht nur die hohe Leistung, sondern auch Stabilität und das Gleichgewicht der Kräfte. Gerade Letzteres ist bei einem langen, asymmetrischen Bohrer notwendig.

Wesentliche Aspekte der Entwicklung

Kontrollierte Schnittkräfte, eine sichere Spanabfuhr mit vorhersehbarer Spanlenkung und eine hohe Zentrierfähigkeit zählen zu den wichtigsten Anforderungen an Bohrer für Tiefen von mehr als 5×D. Da die Biegetendenz bei einem 7×D-Bohrer drei Mal höher ist als bei einem 5xD-Bohrer, wachsen mit der Länge des Bohrers auch die Anforderungen an Stabilität und die optimale Kräfteverteilung. Folglich bestand eine der ersten Herausforderungen bei der Entwicklung darin, das ideale Design und die bestmögliche Position der Wendeschneidplatte zu finden  – insbesondere hinsichtlich der Bestimmung der optimalen resultierenden Kraft, da beide Wendeschneidplatten asymmetrisch angeordnet sind. Eine massive Grundgeometrie und ein strapazierfähiges Wendeschneidplatten-Design mit vier vollwertigen Schneidkanten sowohl an der Innen- als auch an der Umfangschneidplatte sorgen zusätzlich für Robustheit.

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Die Grundgeometrie wurde ebenso neu entwickelt wie das Wendeschneidplattendesign. © Sandvik Coromant

Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Entwicklung des CoroDrill DS20 war, die optimale Kombination von Material und Design des Bohrkörpers sowie der Werkzeugkühlung zu finden. Das erforderte umfangreiche Forschungen, Analysen und Tests, schließlich sollte der Bohrkörper strapazierfähig sein sowie eine höhere Steifigkeit als zuvor aufweisen. Außerdem galt es, die Spankanalformen für jede Bohrergröße und Wendeschneidplatte individuell auszulegen, um weniger Vibrationen, berechenbare Verschleißmuster und eine höhere Standzeit zu erreichen. Allein für die Entwicklung des optimalen Spankanaldesigns unter Beibehaltung der erforderlichen Innenkühlung benötigte das Team rund zwei Jahre.

Die Herausforderung lag darin, einerseits eine möglichst große Steifigkeit des Bohrkörpers zu erreichen und anderseits die Spanabfuhr so zu gestalten, dass jederzeit eine hohe Prozesssicherheit, Wiederholgenauigkeit und konstante Qualität gewährleistet sind. Bei diesem Konflikt zwischen hoher Bohrersteifigkeit und optimaler Spanabfuhr spielt das Design des Spankanals eine entscheidende Rolle. Je „gerader“ der Spankanal, desto weniger Material wird entfernt  – das erhöht die Steifigkeit. Andererseits steigert ein steilerer Steigungswinkel die Geschwindigkeit der Spanabfuhr, was die Prozesssicherheit erhöht. Beide Fähigkeiten werden in jedem Bohrer benötigt, müssen aber bei Bohrungen größer 5xD optimiert werden  – diese Herausforderung hat das Team mit akribischer Arbeit und intensiven Tests erfolgreich gelöst.

Insgesamt mussten bei der Entwicklung des Bohrers 50 verschiedene Parameter abgeglichen werden. Bei jeder Änderung einer Größe mussten die 49 übrigen ebenfalls entsprechend angepasst werden. Um diesen Aufwand effizient und fehlerfrei zu bewältigen, entwickelten Experten von Sandvik Coromant eine spezielle Software, mit deren Hilfe alle Parameter in einer virtuellen Umgebung gesteuert, moduliert und analysiert werden konnten. Erst auf dieser Grundlage konnte das Team die nächste Generation der Zweistufentechnologie entwickeln, die die Schnittkräfte beim Eintritt um bis zu 75 Prozent im Vergleich zu CoroDrill 880 reduziert und die Zentrierfähigkeit verbessert.

Aus der Entwicklung zum Feldtest

Parallel zum CoroDrill DS20 entwickelte das Unternehmen das neue Modular Drilling Interface (MDI), das als Schnittstelle zwischen Bohrer und Adapter dient. © Sandvik Coromant

Um den neuen Wendeschneidplattenbohrer unter Realbedingungen zu testen, wurden bei einem Anwender, der Drehkränze für die Windanlagenindustrie herstellt, erste Versuche durchgeführt. Mit Erfolg: Durch den Wechsel von einem 6×D-Wettbewerbsbohrer zum CoroDrill DS20 konnte ein komplettes Bauteil sicher und schneller, da ohne unvorhersehbare Stopps und Plattenwechsel, bearbeitet werden. Zudem konnte das Unternehmen seine Produktivität verdoppeln.

Weitere Tests erlaubten Rückschlüsse auf potenzielle Vorteile des 7×D-Wendeschneidplattenbohrers. So lassen sich mit dem CoroDrill DS20 die Standzeiten beim Bohren von Stahl, Gusseisen oder gehärteten Werkstücken um 25 Prozent steigern und beim Bohren von nicht rostendem Stahl und Nichteisenwerkstoffen um 10 Prozent. Darüber hinaus werden Produktivitätssteigerungen erzielt: typischerweise 10 Prozent bei der Bearbeitung von Stahl, nicht rostendem Stahl und Gusseisen sowie 5 Prozent bei gehärteten Materialien, Nichteisenwerkstoffen, Superlegierungen und Titan.

Diese Leistungen sind insbesondere auf die Spankontrolle und die Vorschubgeschwindigkeiten in allen 4×D- bis 7×D-Anwendungen zurückzuführen. Die Prozesssicherheit wird durch geringere Kräfte und leichteres Schneiden, insbesondere beim Eintritt, gewährleistet. Anwender des CoroDrill DS20 profitieren von niedrigeren Kosten pro Bohrung, der Möglichkeit, tiefer zu bohren sowie von geringeren Geräuschpegeln. Außerdem sind keine Pilotbohrungen erforderlich.

Der neu entwickelte 7×D-Wendeschneidplattenbohrer CoroDrill DS20. © Sandvik Coromant

Für Fertigungsunternehmen bedeutet das, dass sie große Bauteile, die häufig von zwei Seiten gebohrt werden müssten, mithilfe des neuen Wendeschneidplattenbohrers direkt von einer Seite durchbohren können. Ein 100 kg schwerer Wind-anlagen-Drehkranz zum Beispiel kann auf diese Weise in einem Durchgang bearbeitet werden  – ohne, dass das Bauteil gedreht und neu justiert werden muss. Auf diese Weise lassen sich enorme Zeit- und Kostenersparnisse erzielen und Fehler vermeiden. Das ist vor allem bei großen Komponenten wichtig, da hier durch vorangegangene Schmiede- und Zerspanprozesse bereits eine hohe Wertschöpfung erfolgte.

MDI-Schnittstelle für hohe Qualität

Die zuverlässige und wiederholbare Bearbeitung mit Bohrtiefen bis zu 7×D ist aber nicht nur eine Frage des Bohrers. Deshalb hat Sandvik Coromant parallel zum CoroDrill DS20 ein neues Modular Drilling Interface (MDI) entwickelt, das als Schnittstelle zwischen Bohrer und Adapter dient. Der MDI-Adapter ist mit den spindelseitigen Schafttypen Coromant Capto und HSK erhältlich und bietet dank Doppelzentrierung mit hoher Passgenauigkeit eine gute Rundlaufgenauigkeit und optimale Wiederholbarkeit.

Aufgrund des neuen MDI-Designs können Anwender mehr Werkzeuglänge nutzen und profitieren zugleich von einer reduzierter Kraglänge beziehungsweise Störkontur  – vor allem beim Einsatz auf Drehmaschinen. Hier ist im stehenden Einsatz eine um 180 ° verdrehte Montage möglich, wodurch die Außenschneide für den Anwender stets sichtbar ist. Ein weiterer Vorteil des Werkzeugaufbaus mit dem MDI ist die einfache Anpassung an diverse Werkzeugmaschinenschnittstellen. Die modulare Kupplung zwischen Bohrer und Adapter ermöglicht den Einsatz einer Interface-Größe für mehrere Bohrerdurchmesser beziehungsweise eines Bohrers in verschiedenen Maschinenspindeln; so lassen sich Werkzeugbestand und Kosten senken. Außerdem muss bei Verschleiß durch Spanabrieb nur der Bohrer ausgetauscht werden.

Dr. Niklas Kramer, Director Product and Industry Segment Management, Sales Area Central Europe, Sandvik Coromant / ag

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