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maschine+werkzeug 02/2017

Dreischneider neu gedacht

Werkzeuge

Bohren - Dreischneidigen Vollhartmetallbohrern wurde über Jahrzehnte eine nur sehr eingeschränkte Tauglichkeit attestiert. Mit konstruktiven Verbesserungen– vor allem an der Spitze und der Schneide– ist es der Hoffmann Group nun gelungen, das Potenzial der Dreischneider zu nutzen.

Auf die Spitze getrieben

Bei dem von der Hoffmann Group vorgestellten Dreischeider-Variante ›Mastersteel Feed‹ haben die Konstrukteure einige Details entscheidend verändert. Die Gestalt des Werkzeugs wurde so gewählt, dass ein Spanbruch auch bei eher duktilen Materialien prozesssicher erfolgt. Somit ist die Spanabfuhr weniger diffizil. Die wichtigste Veränderung der Werkzeuggestalt findet im Bereich der Ausspitzung statt. Diese garantiert einen jederzeit kontrollierten Spanbruch, wodurch die kurz gebrochenen Späne prozesssicher aus der Wirkzone abtransportiert werden können.

Die Kontur der Ausspitzung ist zu Beginn bogenförmig und verläuft anschließend in eine starke Krümmung. Somit werden die Späne im hinteren Bereich der Ausspitzung stark gestaucht und brechen. Unterstützt durch den Kühlmittelfluss, welcher durch große Kühlkanäle zur Wirkzone geleitet wird, fließen die Späne in die Spannuten. Dann erfolgt der bei Spiralbohrern charakteristische Späneabtransport durch die Spannuten aus der Bohrung, ebenfalls unterstützt durch die Schwemmwirkung des Kühlmittelschmierstoffs. Versuche bei Hoffmann haben gezeigt, dass die spanflussoptimierte Ausspitzung den Einsatz des dreischneidigen Bohrers auch in duktilen Werkstoffen wie rostfreien Stählen ermöglicht.

Bedingt durch die im Vergleich zum klassischen zweischneidigen Bohrer zusätzliche dritte Hauptschneide, ergibt sich eine geometrisch untypische Querschneidenform. Die drei konvexen Hauptschneiden laufen bogenförmig auf die Werkzeugmitte zu und bilden im Zentrum eine tetraederförmige Querschneide. Bei zweischneidigen Bohrern laufen die Hauptschneiden zwar ebenfalls auf das Zentrum hinzu, verbinden aber linienförmig die beiden vor der Mitte auslaufenden Hauptschneiden.

Besonders im Anbohrverhalten zeigt sich der Unterschied. Beim klassischen Zweischneider kommt es zunächst zu einem linienförmigen Kontakt zwischen Querschneide und Material. Dabei kann es zu einer Verschiebung entlang der Linie kommen, was sich durch ein Taumeln des Werkzeugs im Anbohrprozess zeigt. Das führt zu einer Verschlechterung von Maßhaltigkeit, Bohrungsqualität und Werkzeuglebenszeit. Dieser Effekt ist besonders bei nicht völlig ebenen Materialoberflächen zu beobachten.

Durch die punktförmige Querschneidenausführung des Dreischneiders erfolgt hier der erste Kontakt zwischen Werkstoff und Werkzeug an einer definierten Position. Sobald das Werkzeug in das Material eindringt, wirken die Prozesskräfte auf die „Kanten“ der tetraederförmigen Querschneide. Diese Kräfte unterstützen die zentrierende Eigenschaft des Dreischneiders zusätzlich. Somit kann kein Abdrängen des Werkzeugs erfolgen, was zu einer höheren Bohrungsqualität bei gleichzeitig geringerem Verschleiß führt. Selbst ein Anbohren auf leicht unebenen Werkstoffoberflächen wird möglich.

  • Bild 1: Dreischneider neu gedacht

    Bild 1: Dreischneider neu gedacht

  • Bild 2: Dreischneider neu gedacht

    Bild 2: Dreischneider neu gedacht

  • Bild 3: Dreischneider neu gedacht

    Bild 3: Dreischneider neu gedacht

  • Bild 4: Dreischneider neu gedacht

    Bild 4: Dreischneider neu gedacht

  • Bild 5: Dreischneider neu gedacht

    Bild 5: Dreischneider neu gedacht

  • Bild 6: Dreischneider neu gedacht

    Bild 6: Dreischneider neu gedacht

  • Bild 7: Dreischneider neu gedacht

    Bild 7: Dreischneider neu gedacht

  • Bild 8: Dreischneider neu gedacht

    Bild 8: Dreischneider neu gedacht

  • Bild 9: Dreischneider neu gedacht

    Bild 9: Dreischneider neu gedacht

  • Bild 10: Dreischneider neu gedacht

    Bild 10: Dreischneider neu gedacht

  • Bild 11: Dreischneider neu gedacht

    Bild 11: Dreischneider neu gedacht

  • Bild 12: Dreischneider neu gedacht

    Bild 12: Dreischneider neu gedacht

  • Bild 13: Dreischneider neu gedacht

    Bild 13: Dreischneider neu gedacht

  • Bild 14: Dreischneider neu gedacht

    Bild 14: Dreischneider neu gedacht

  • Bild 15: Dreischneider neu gedacht

    Bild 15: Dreischneider neu gedacht

  • Bild 16: Dreischneider neu gedacht

    Bild 16: Dreischneider neu gedacht

  • Bild 17: Dreischneider neu gedacht

    Bild 17: Dreischneider neu gedacht

  • 1 Punktförmige Querschneide beim dreischneidigen Bohrer: Kontakt an definierter Position 2 Linienförmige Querschneide beim zweischneidigen Bohrer: Verschiebung entlang der Linie kann den Bohrer taumeln lassen.

    1 Punktförmige Querschneide beim dreischneidigen Bohrer: Kontakt an definierter Position 2 Linienförmige Querschneide beim zweischneidigen Bohrer: Verschiebung entlang der Linie kann den Bohrer taumeln lassen.

  • Bild 19: Dreischneider neu gedacht

    Bild 19: Dreischneider neu gedacht

  • Bild 20: Dreischneider neu gedacht

    Bild 20: Dreischneider neu gedacht

  • 3 Krafteinwirkung bei konkaver Schneidenkontur. 4 Krafteinwirkung bei konvexer Schneidenkontur.

    3 Krafteinwirkung bei konkaver Schneidenkontur. 4 Krafteinwirkung bei konvexer Schneidenkontur.

  • Bild 22: Dreischneider neu gedacht

    Bild 22: Dreischneider neu gedacht

  • 5 Vorschubkraft und Bohrmoment werden mit diesem Versuchsaufbau ermittelt. Die Aufspannung der zugesägten Werkstoffproben erfolgt mittels Gripspanner. 6 Der Test läuft: Vertikale Bearbeitung mit Vollstrahlkühlung von innen (30 bar, Konzentration sechs Prozent). 7 Zur statistischen Absicherung fand jeder Bohrversuch fünffach statt. Je Einzelversuch wurden fünf Bohrungen mit einer Bohrtiefe von jeweils 42,5 Millimetern eingebracht.

    5 Vorschubkraft und Bohrmoment werden mit diesem Versuchsaufbau ermittelt. Die Aufspannung der zugesägten Werkstoffproben erfolgt mittels Gripspanner. 6 Der Test läuft: Vertikale Bearbeitung mit Vollstrahlkühlung von innen (30 bar, Konzentration sechs Prozent). 7 Zur statistischen Absicherung fand jeder Bohrversuch fünffach statt. Je Einzelversuch wurden fünf Bohrungen mit einer Bohrtiefe von jeweils 42,5 Millimetern eingebracht.

  • Bild 24: Dreischneider neu gedacht

    Bild 24: Dreischneider neu gedacht

  • Bild 25: Dreischneider neu gedacht

    Bild 25: Dreischneider neu gedacht

  • 8 Verschleißmarkenbreite über die Anzahl der erreichten Bohrungen

    8 Verschleißmarkenbreite über die Anzahl der erreichten Bohrungen

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