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maschine+werkzeug 10/2012

Gratfreie Querbohrungen

Technik - Werkzeuge

Bohren - Vollhartmetallbohrer mit Vorschneidstufe von HAM sorgen im Bosch-Werk Homburg/Saar bei der Fertigung von CR-Injektoren für nahezu gratfreie Querbohrungen. Daraus resultieren mehr Prozesssicherheit und eine höhere Produktqualität.

Die Bosch-Gruppe zählt mit knapp 52 Milliarden Euro Umsatz und über 300.000 Mitarbeitern (Kenndaten 2011) weltweit zu den größten Technologie-Unternehmen mit sehr hohem Eigenfertigungsgrad. Allein im Bereich Kraftfahrzeugtechnik werden 59 Prozent des Umsatzes erwirtschaftet, womit Bosch weltweit als größter Automotive-Zulieferer einzuordnen ist.

Im Geschäft mit Diesel-Einspritzsystemen ist Bosch sogar unangefochtener Weltmarktführer und stellt in seinem internationalen Fertigungsverbund jährlich zum Beispiel Millionen von Diesel- und Benzin-Einspritzsystemen sowie die Komponenten und Baugruppen dafür her.

Dem Bosch-Standort in Homburg/Saar kommt in diesem Business für einige seiner Erzeugnisse die Funktion des Leitwerks zu, denn hier werden Common-Rail-System-Injektoren für Personenkraftwagen (CRI), Common-Rail-System-Injektoren für Nutzfahrzeuge (CRIN), Common-Rail-System-Hochdruckspeicher (Rail), Common-Rail-System-Hochdruckpumpen für Nutzfahrzeuge (CPN5) sowie die Pumpenprodukte Unit Pump (UP) und Reihenpumpe (RP) entwickelt und teilweise auch in großen Serien produziert.

Mit der Kombination aus qualifizierten Fachkräften und einem modernen Maschinenpark ist das Bosch-Werk in Homburg in der Lage, die größtenteils eher komplexen Komponenten und Baugruppen für CRI-/CRIN-Einspritzsysteme wirtschaftlich produzieren zu können; zumal man sich dem internen und auch dem externen Wettbewerb stellen muss.

Rainer Lauffer, bei der Robert Bosch GmbH im Werk Homburg Abteilung HoP1/MOE 6.2 als Fertigungsplaner zuständig für Werkzeugplanung, Werkzeugtechnologie und Toolmanagement IPN Diesel Systems CR-Injektor, erklärt: »Das in Millionen-Stückzahlen zu produzierende Bauteil Injektorkörper aus dem Werkstoff 50CrMo4 stellte uns bezüglich einer erforderlichen Querbohrung zur Herstellung der inneren Kanal-Verbindung für den Medienrückfluss immer wieder vor große Probleme. Querbohren heißt nämlich in dem Fall, auf einer Transferstraßenstation mit einem Bohrer Durchmesser 2,00 mm ohne Anspiegelung in Schräglage anbohren und dann über die Steigbohrung circa 8 mm tief bohren.«

Im zweiten Arbeitsgang erfolgt das Reiben auf das eng tolerierte Endmaß mit Durchmesser 2,25 mm. In diese Passung wird schließlich mit hohem Druck eine präzise Kugel gepresst, um die Eintrittsöffnung der Querbohrung sicher zu verschließen. »Mit die größten Probleme ergaben sich durch innere Bohrgrate, ausgehend vom hohen Schnittdruck herkömmlicher Bohrwerkzeuge, die wir nur mit Hilfe von elektrochemischer Entgrattechnologie beseitigen konnten«, so Rainer Lauffer.

Allerdings führten beim elektrochemischen Entgraten unweigerlich auftretende physikalische Materialveränderungen zu Nachteilen hinsichtlich gleichbleibender Produktqualität, weshalb Rainer Lauffer und seine Kollegen sich auf die Suche nach alternativen Bearbeitungsmöglichkeiten begaben.

In diesem Zusammenhang bezogen sie natürlich auch die Werkzeuglieferanten mit ein und formulierten ein Anforderungsprofil für Bohr- und Reibwerkzeuge zur gratfreien Herstellung von Querbohrungen. Anlässlich einer Fachmesse wurden Rainer Lauffer und sein Kollege Michael Walter, als Anwendungstechniker in der Abteilung W350 tätig und als Praktiker sehr kompetent in Sachen Zerspanwerkzeuge, auf die Bohrwerkzeuge – genau genommen auf spezielle Bohrwerkzeuge mit Vorschneidstufe – des Vorzugslieferanten HAM Hartmetallwerkzeugfabrik Andreas Maier aufmerksam.

Die nicht alltägliche Aufgabenstellung führte bei HAM zur Entwicklung eines an die Bosch-spezifischen Anforderungen angepassten Vollhartmetall-Bohrwerkzeugs mit Vorschneidstufe, nämlich eines sogenannten Stufenbohrfräsers. Bereits die ersten Versuche mit dem kombinierten, multifunktionalen Bohrfräsreibwerkzeug zeigten vielversprechende Ergebnisse, sodass die Entwicklung fortgeführt wurde und in quasi standardisierten VHM-Stufenbohrfräswerkzeugen mündete.

Für Steffen Baur, Technischer Verkaufsberater und Projekt-Engineering bei HAM, stellten die Wünsche von Bosch zwar eine große aber doch lösbare Herausforderung dar: »Zunächst haben wir auf Basis des Anforderungsprofils die technische Machbarkeit geprüft. In die Entwicklung und Konstruktion flossen dann die Auslegung des Bohrfräsreibwerkzeugs insgesamt und natürlich die entsprechenden Geometrien zum Pilotieren, der Vorschneidstufe und der Aufbohrschneiden ein. Als Schneidstoff wählten wir ein zähhartes, verschleißfestes Ultrafeinstkorn-Hartmetall.«

Die Musterwerkzeuge wurden harten Feldtests unterworfen und mussten sich dabei ohne Anspiegelung sowohl beim zentralen mittigen Bohren als auch beim geraden Eintauchen bewähren. »Die darauf aufbauenden Serienwerkzeuge weisen nur noch geringe Optimierungen auf, womit wir festhalten können, dass schon der erste Schuss sozusagen ins Schwarze traf«, erklärt Steffen Baur.

Die Stufenbohrfräswerkzeuge haben in der Vorschneidstufe einen Durchmesser von nur 1,85 mm und im Endmaß von 2,05 mm bei einem Schaftdurchmesser von 4 mm. Das Ultrafeinstkorn und die spezielle Konstruktion sorgen für eine hohe Stabilität, die sich wiederum nachdrücklich sehr positiv auf die Maßhaltigkeit der Bearbeitung und die Standzeit auswirkt.

Das Konzept der Vorschneidstufe und der nachfolgenden Reibschneiden bewirkt außerdem eine so gut wie gratfreie Bohrreibbearbeitung. Die Produktion beziehungsweise die gratarme Bohrreibbearbeitung läuft nun schon über einen längeren Zeitraum absolut prozesssicher.

Rainer Lauffer äußert sich deshalb sehr lobend über die Zusammenarbeit mit HAM und die daraus entstandene Lösung: »Das Projekt ›Gratfreie beziehungsweise gratminimierte Bohrungen erzeugen‹ darf ohne jegliche Einschränkung als Erfolgsstory bezeichnet werden. Wir haben für die komplette Bohr- und Reibbearbeitung nur noch ein Werkzeug im Einsatz. Der Arbeitsgang Reiben entfällt ebenso wie das Werkzeug und der Werkzeugwechsel dafür. Außerdem entfällt der Entgratvorgang und damit auch das entsprechende Teilehandling samt den Entgratanlagen.«

www.ham-tools.de

  • Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme der Kugelverschlussbohrung, die mit einem HAM-Stufenbohrfräswerkzeug so gut wie gratfrei gefertigt wird.

    Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme der Kugelverschlussbohrung, die mit einem HAM-Stufenbohrfräswerkzeug so gut wie gratfrei gefertigt wird.

  • Steffen Baur, Technischer Verkaufsberater und Projekt Engineering bei HAM mit einem Vollhartmetallstufenbohrfräser mit Vorschneidstufe (Durchmesser 1,87 mm) zum kombinierten Bohren und Reiben (Fertigdurchmesser 2,25 mm) von 8 mm tiefen Querbohrungen ohne Anspiegelung.

    Steffen Baur, Technischer Verkaufsberater und Projekt Engineering bei HAM mit einem Vollhartmetallstufenbohrfräser mit Vorschneidstufe (Durchmesser 1,87 mm) zum kombinierten Bohren und Reiben (Fertigdurchmesser 2,25 mm) von 8 mm tiefen Querbohrungen ohne Anspiegelung.

  • Ausschnitt des Injektorkörpers mit dem Bohrungseintritt für die Kugelverschlussbohrung. Die Bohrung wird je nach Bohrdurchmesser ohne Anspiegelung mit dem HAM-Stufenbohrfräser in einem Arbeitsgang eingebracht.

    Ausschnitt des Injektorkörpers mit dem Bohrungseintritt für die Kugelverschlussbohrung. Die Bohrung wird je nach Bohrdurchmesser ohne Anspiegelung mit dem HAM-Stufenbohrfräser in einem Arbeitsgang eingebracht.

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Unternehmensinformation

HAM GmbH Hartmetallwerkzeugfabrik Andreas Maier GmbH

Stegwiesen 2
DE 88477 Schwendi-Hörenhausen
Tel.: 07347-61-0
Fax: -142

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