Trends beim Bohren von Metall: von der Beschichtung bis zum Flussmittelbohrer

Zerspanungswerkzeuge für die Metallbearbeitung werden ständig weiterentwickelt, um eine schnellere, genauere oder zuverlässigere Bearbeitung zu ermöglichen. Vorzugsweise vollautomatisch. Dieser Artikel befasst sich mit den Entwicklungen beim spezifischen Bohren. Diese sind unter anderem in den angewandten Beschichtungen zu finden, beziehen sich aber auch auf das Wissen und die besonderen Möglichkeiten des Bohrens. 

Bohren in Metall ist ein Bearbeitungsprozess, der in vielen Unternehmen eingesetzt wird. Während die einen vollautomatisch rund um die Uhr bohren, verwenden andere eine einfache Ständerbohrmaschine für gelegentliche Bohrungen. Vor allem die erstgenannte Kategorie ist an den neuesten Entwicklungen interessiert, denn schließlich führt jede vermeidbare höhere Geschwindigkeit oder Stillstandszeit zu einer höheren Maschinenverfügbarkeit und damit zu einer höheren Produktion.

Beschichtungen

Hartmetallbohrer haben oft schon ausreichend gute Eigenschaften, um relativ gute Bohrergebnisse zu erzielen. Standard-HSS-Bohrer eignen sich zum Beispiel gut zum Bohren in Kupfer, Aluminium und Stahl, aber weniger gut für harte Metalle wie rostfreien Stahl. Bei der Version HSS-Co wird der Standard-HSS-Legierung eine bestimmte Menge Kobalt zugesetzt. Dadurch erhöht sich die Verschleißfestigkeit des Bohrers, wodurch sich seine Lebensdauer erhöht und die Bohrer auch länger scharf bleiben. Mit einer Beschichtung versehen, werden die Vorteile jedoch noch größer. Je nach dem zu bearbeitenden Material ist es am besten, eine bestimmte Beschichtung zu wählen. Eine einfache Schwarzoxidbeschichtung soll Korrosion verhindern und sorgt dafür, dass der Bohrer auch bei höheren Temperaturen etwas kühler bleibt. Zu den fortschrittlicheren Beschichtungen gehören goldgelbes Titannitrid (TiN) oder dunkelgraues Titanaluminiumnitrid (TiAlN). Der erste Typ zeichnet sich unter anderem durch eine hohe Härte, gute Haftung und hohe Beständigkeit gegen hohe Temperaturen und Chemikalien aus. Darüber hinaus hat diese Beschichtung eine niedrige Oxidationstemperatur und eignet sich für den Einsatz in der biochemischen Industrie und der Lebensmittelindustrie. Titan-Aluminium-Nitrid (TiAlN) ist eine Beschichtung, die sich durch hohe Oxidationsbeständigkeit und hohe Härte bei hohen Temperaturen auszeichnet. Eine Besonderheit ist, dass sich auf einer TiAlN-Beschichtung eine dünne Schicht aus Aluminiumoxid (Al2O3) bildet, die sich ständig selbst repariert. Dies schützt die Beschichtung - und damit den Bohrer - vor Verschleiß und möglicher Oxidation. Durch die geringe Reibung ist diese Beschichtung zudem für hohe Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe geeignet. 

Optimale Spanabfuhr

Jan de Gooijer ist kaufmännischer Leiter der OSG Niederlande und weiß: "Aber wir sprechen hier hauptsächlich über die gängigsten Beschichtungen.

Das Unternehmen OSG wurde 1938 in Japan gegründet und hat sich seither als Hersteller von Bohr-, Gewindebohr- und Fräswerkzeugen entwickelt. In all diesen Jahren konzentrierte sich die Forschung auf die Optimierung dieser Werkzeuge im Hinblick auf Eigenschaften wie Standzeit, maximaler Vorschub und Schnittgeschwindigkeit, Kühlung, Spanabfuhr und so weiter. Dabei sind inzwischen viele Erfolge erzielt worden, von denen ich zwei erwähnen möchte, die in den Bereich "Trends beim Bohren" fallen. Der erste kann kurz erwähnt werden und betrifft eine proprietäre WXL-Beschichtung. Diese Beschichtung wurde in unserem eigenen Labor entwickelt, insbesondere im Hinblick auf die Lebensdauer der Werkzeuge und einen niedrigen Reibungskoeffizienten. Eine wichtige Eigenschaft, denn doppelte Standzeiten bedeuten, dass man nur halb so viele Bohrer kaufen muss.

Spanbildung

Der zweite Trend, den De Gooijer erwähnt, betrifft die Spanbildung. Gerade beim Bohren - und vor allem beim Bohren tiefer Löcher - ist es sehr wichtig, dass die Späne so schnell und effizient wie möglich entfernt werden. Die zurückbleibenden Späne verursachen eine ganze Reihe potenzieller Probleme, darunter das Verklemmen des Bohrers, den Temperaturanstieg, die Beschädigung des Lochs oder den Bruch des Bohrers usw. Aus diesem Grund konzentriert sich ein Großteil der Forschung am OSG darauf, die Späne in kleine kompakte Stücke zu formen. Dies geschieht unter anderem durch eine spezielle Schneidkantenkorrektur, die stets kurze Krümmungen erzeugt und eine Erhöhung der Geschwindigkeit ermöglicht.

Flussmittel-Bohrer

Eine Suche in den Korridoren des Internets führt schließlich zur Metallurgieberatung Innomet, wo unter anderem Wissen über das Prinzip des Spülbohrens vermittelt wird. Diese Bohrmethode ist nicht sehr bekannt und dient hauptsächlich dazu, mit hoher Geschwindigkeit und ohne Materialverlust Löcher in Metall zu bohren. Die Technik ist grundsätzlich für die meisten Konstruktionsmetalle geeignet und wird in der nachstehenden Abbildung erläutert.

Flussmittelbohrer verwenden ein spitzes Werkzeug aus hitzebeständigem Karbid. Durch das harte Drehen dieses Werkzeugs auf dem Metall entsteht eine solche Reibungswärme, dass das Metall erweicht und sich plastisch verformt. Dadurch lässt sich das spitze Werkzeug leicht durch das Material drücken. Bei dieser Art des Bohrens entstehen keine Späne, so dass kein Material verloren geht. Das weiche Metall legt sich wie eine Buchse um das Werkzeug und kann sogar zum Schneiden von Gewinden verwendet werden. Natürlich können auch die Kanten weggeschnitten werden, wobei zu überlegen ist, ob die Oberfläche zur Vermeidung von Korrosion nachbehandelt werden muss. Ein Nachteil dieser Art des Bohrens ist, dass das Metall durch den vorhandenen Sauerstoff an Ort und Stelle teilweise verbrennt. Im Falle von nichtrostendem Stahl führt dies zum Verlust eines (großen) Teils der Korrosionsbeständigkeit. Es bilden sich auch Oxidhäute mit unterschiedlichen Eigenschaften, die bei Temperaturschwankungen zu Mikrorissen führen können. 

Dies ist nur ein Beispiel für eine Vielzahl von Entwicklungen, die der Industrie helfen, effizient, genau und sicher zu produzieren.