Bohren ins Volle

Polykristalliner Diamant (PKD) hat als Schneidstoff an Bedeutung gewonnen. Die Entwicklung PKD-bestückter Bohr- und Gewindefräswerkzeuge – insbesondere für die Bearbeitung von Aluminium – hat erheblich dazu beigetragen, diesen Schneidstoff nun auch für die praktische Anwendung wirtschaftlich nutzbar zu machen: PKD-bestückte Werkzeuge haben sich in der betrieblichen Praxis bei der Aluminiumbearbeitung als kostendämpfender Faktor bewährt – wie die beiden nachfolgenden Beispiele beweisen.

PKD-Schneiden erzeugen eine bessere Oberfläche, bewirken einen ruhigeren Schnitt, können mit wesentlich höheren Schnittgeschwindigkeiten beaufschlagt werden und haben trotzdem deutlich längere Standzeiten. Hinzu kommen bei der Aluminiumbearbeitung gratarm bis gratfrei erzeugbare Konturen. Dies trifft insbesondere auf Gewinde zu, die durch zirkulares Fräsen hergestellt wurden. Bei der Herstellung von PKD-bestück-ten Werkzeugen und auch in der betrieblichen Anwendung muss aber sehr sorgsam mit den PKD-Werkzeugen umgegangen werden, da poly-kristalliner Diamant sehr spröde ist und daher die scharfkantigen Schnei-den bei unsachgemäßer Handhabung leicht beschädigt werden können.
 Hohe Standzeiten sind insbesondere in der Automobilindustrie und bei deren Zulieferern eine hochgeschätzte Eigenschaft, die für sichere Prozesse über mehrere Schichten sorgt. PKD-Werkzeuge können sogar mehrere Wochen ohne Unterbrechung in der Serienfertigung im Einsatz sein. Zwei Beispiele aus der betrieblichen Praxis verdeutlichen die Fortschritte in der Werkzeugtechnik, die sich durch die Einführung PKD-bestückter Werkzeuge für Bohr-, Senk- und Gewindefräsarbeiten ergeben.
 Beim ersten Anwendungsfall handelt es sich um einen Bohrgewindefräser mit komplizierter Senkformkontur. In dem Werkzeug sind verschiedene Operationen vereinigt. An der Spitze ist der Bohrerteil als Flachbohrer ausgebildet. Er besteht aus zwei eingelöteten PKD-Schneidplatten. Eine der Schneiden reicht etwas über die Bohrermitte hinaus. Dadurch wird ein Quetschen des Werkstoffs in der Bohrungsmitte beim Bohren ins Volle vermieden. An den Bohrerteil schließt sich der Gewindefräserteil an. Zwei geradgenutete PKD-Gewindeschneidplatten sind eingelötet. Mit ihnen lässt sich das 5,5 mm tiefe Durchgangsgewinde M6 x 0,5 ohne Entspanzyklus erzeugen. Der nachfolgende Senkteil hat zwei in den Grundkörper aus Vollhartmetall eingelötete PKD-Schneidplatten, deren Kontur sich aus fünf Schneiden zusammensetzt. Diese Schneidenkontur ist notwendig, um eine Dichtfläche riefen- und gratfrei zu erzeugen. Die Schneide für die eigentliche Planfläche ist nach innen unter einem spitzen Winkel geneigt, sie geht über in eine Schneide zur Herstellung eines 15°-Kegels, der an der Bohrungseite durch eine Anfasschneide entgratet wird. Da die Dichtfläche in die Werkstück-oberfläche eintaucht, ist sie am Außendurchmesser senkrecht vertieft und oben angefast, um Gratbildung zu vermeiden. Entsprechend schließt die Kontur der PKD-Senkschneidplatte mit einer Anfasschneide ab. Zum Herausspülen der in der Bohrung während des Bohrvorgangs entstehenden Bohrspäne wird der Kühlschmierstoff durch zwei innere Kühlkanäle direkt an die Bohrerschneide geführt.
 Der zu bearbeitende Werkstückstoff ist ein lang-spanender Strangguss AlMgSi0,5. Hier sind bis zu 20 gleiche Gewindebohrungen mit riefen- und gratfreier Dichtfläche einzubringen. Früher wurde diese Bearbei-tungsaufgabe mit drei Werkzeugen ausgeführt: einem Bohrwerkzeug für das Bohren der Kernbohrung, einem Gewindebohrer für das Gewinden und einem Senkwerk-zeug zur Erzeugung der komplexen Dichtflächenkontur. Bei der bisherigen Fertigung bestand stets die Gefahr, dass der Gewindebohrer verläuft, so dass ein vorgegebenes Stichmaß nicht immer eingehalten wurde. Außerdem war es schwierig, die geforderte Konzentrizität der Gewindebohrung, die Rechtwinkligkeit der Dichtfläche zur Gewindebohrung und die geforderte Riefen- und Gratfreiheit der Dichtfläche einzuhalten.
 Für die frühere Fertigungsweise mit drei Werkzeugen wurden zur Herstellung der 20 Gewindeboh-rungen in der Befestigungsplatte 107 s benötigt. Mit dem beschriebenen Bohrgewindefräser wird die gleiche Anzahl Gewindebohrungen in 90 s hergestellt. Die dabei genutzten Zerspanungsparameter betragen: Umdrehungsfrequenz der Arbeitsspindel 10 000 min–1, Schnittgeschwindigkeit 173 m/min, Bohrvorschub 0,8 mm/U, Zahnvorschub beim zirkularen Gewindefräsen 0,1 mm/Zahn. Die Hauptzeit für das Herstellen einer Gewinde-Durchgangsbohrung mit riefenfreier Dichtfläche mit dem PKD-bestückten Bohrgewindebohrer in Nassbearbeitung beträgt 2,75 s.
 Obwohl bei dieser Anwendung die Rechtwinkligkeit der Dichtfläche zur Gewindebohrung sowie die riefenfreie und gratfreie Herstellung der Dichtfläche im Vordergrund standen, ergab sich als Nebenprodukt eine Verringerung der Fertigungszeit um mehr als 15 %. Gerade für eine solche Anforderung ist PKD ein idealer Schneidstoff, da die scharfen PKD-Schneiden über eine lange Standzeit erhalten bleiben.
 Der PKD-bestückte Bohrgewindefräser ist mit Innenkühlung ausgestattet. Die Kühlkanäle sind so angelegt, dass getrennte Kanäle auf den Senkteil, die Gewindefräserschneiden und die Bohrerschneiden gerichtet sind. Dadurch wird jede der Werkzeugschneiden während des jeweiligen Bearbeitungsvorgangs optimal mit Kühlschmierstoff beaufschlagt.
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