Grundlagenuntersuchungen zur Gratbildung bei schrägen und gewölbten Flächen beim Kurzlochbohnren mit Hartmetall-Wendeschneidplatten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Asymmetrisch mit Hartmetall-Wende schneidplatten bestückte Bohrwerkzeuge finden heutzutage aufgrund der hohen Zerspanleistung ein breites Anwendungsspektrum. Dies ist vor allem bei der Massenfertigung von qualitativ mittleren bis guten Bohrungen durch Schruppen der Fall. Für den wirtschaftlichen Einsatz dieser Werkzeuge ist eine Betrachtung der Gratbildung unumgänglich. Im Gegensatz zum Wendelbohren lagen beim Kurzlochbohren noch keine Erkenntnisse zur Gratminimierung bei schrägen und gewölbten Flächen vor. Die Ergebnisse beim Ausbohren schräger und gewölbter Flächen zeigen in beiden Fällen eine deutliche Abhängigkeit des Gratwerts vom effektiven Kantenwinkel. Darüber hinaus sielen kinematische Beziehungen zwischen Werkzeug und Werkstück eine wichtige Rolle. Zeigt der Geschwindigkeitsvektor der Schneide beispielsweise in das Werkstück hinein, tritt die Schneide als ins Werkstück ein, ist mit einer deutlich geringeren Gratbildung als beim umgekehrten Fall des Schneidenaustritts aus der Bohrung zu rechnen. Dieser Einfluss ist besonders mit steigendem Austrittswinkel bei schrägen Flächen zu beobachten. Neben sich zentrisch treffenden Bohrungen, wurden bei gewölbten Proben auch Werkstücke mit Achsversatz untersucht. In einigen Fällen konnte hier eine Zunahme der maximalen Grathöhe beobachtet werden. Beachtet werden muss beim Durchbohren von Querbohrungen, dass diese eine gewisse Größe nicht unterschreiten dürfen. So traten beispielsweise Spanklemmer bei Querbohrungen auf, die ungefähr dem halben Werkzeugdurchmessers entsprechen. Hierbei wurden in wenigen Fällen die erzeugten Späne in die Querbohrungen gedrückt und führten zu einer Verstopfung der Querbohrung und zu einer Zunahme der Bohrerbelastung. Mit Hilfe dieser durch Versuche ermittelten Größen wurde die Methode zur Berechnung des Gratwerts auf schräge und gewölbte Flächen, exemplarisch vertreten durch die beiden Werkzeuge 21 und U, erweitert. Hierbei wurden, basierend auf der mathematischen Beziehung für den effektiven Kantenwinkel, Parameter eingeführt, mit denen es möglich ist, den berechneten Wert an die gemessenen Größen anzupassen. Die Ergebnisse der Simulation zeigen, dass die Schneideckengeometrie der Wendeschneidplatte Einfluss auf die Gratbildung hat. Auch die Lage der Schneidplatte zum Werkstück hat Auswirkungen auf die Geometrie des Grates. Die Gratform bei schrägen Flächen unterscheidet sich deutlich von der Gratform bei einer ebenen Austrittsfläche. Bei der Gratbildung spielen nicht nur geometrische Faktoren eine Rolle. Der Einfluss des Werkstoffes und die Reibung zwischen Schneidplatte und Werkstück haben Auswirkungen auf die Gratgeometrie. Die in dieser Arbeit ermittelten Werte sollen einen Trend der zu untersuchenden Faktoren auf die Gratbildung aufzeigen. Bei genauer Betrachtung wird deutlich, dass Einflüsse wie zum Beispiel die Temperatur nicht in die Simulation einfließen. Weitere Größen wie die Schnittgeschwindigkeit oder die Vorschubgeschwindigkeit werden ebenso nicht berücksichtigt. Um genauere Ergebnisse zu erzielen, ist es notwendig diese bisher nicht berücksichtigten Faktoren in die Simulation einzubeziehen. Untersuchungen zum Einfluss der Temperatur bestehen bereits. Weitergehend ist auch der Übergang von der zweidimensionalen Simulation zur dreidimensionalen Simulation anzustreben. Es ist jedoch klar, dass dies mit seht hohem Rechenaufwand verbunden ist. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde zudem eine Datenbanklösung realisiert, mit der die gewonnen Daten gespeichert werden können. Bei entsprechender Installation der Datenbank auf einem Server, ist diese auch von externen Nutzern zugänglich. Bisher jedoch wird die Datenbank ausschließlich auf einem Arbeitsrechner genutzt. Im Rahmen weiterer Forschungsvorhaben ist es möglich, die Datenbank für andere Bearbeitungsverfahren zu erweitern. Die Untersuchungen zur Gratbildung bei schrägen und gewölbten Flächen haben gezeigt, dass auch hier der Gratwert prinzipiell vorhersagbar ist. Jedoch sind hierfür noch weitere Überlegungen notwendig, um die hier gefunden Berechnungsmethode auf andere Wendeschneidplattengeometrien und insbesondere deren Schneideneckengeometrie übertragen zu können. Ferner konnte keine Geometrie ermittelt werden, bei der kein Grat auftritt. Ähnlich wie bei ebenen Flächen konnten auch hier nur Geometrien ermittelt werden, bei denen die Gratbildung geringer ist. Maßgeblichen Einfluss hatte wiederum die Schneidenecke. Ziel weiterer Untersuchungen muss es sein, diese hinsichtlich Gratbildung bei möglichst hoher Stabilität weiter zu optimieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Gratbildung beim Kurzlochbohren. VDI Arbeitskreis Präzisionsund Tiefbohrtechnik, 10.11.2005, Stuttgart
Heisel, U.; Schaal, M.
- Burr Formation in Short-Hole Drilling with Angled Exit Surfaces. CIRP January Meeting, 25. 27. Januar 2006, Paris
Heisel, U.; Schaal, M.
