Wissen Sie, welche Methoden zur Bearbeitung von Löchern gelten?

Zu den Bearbeitungsmethoden von Bohrungen gehören Bohren, Reiben, Ausdrehen, Ziehen, Schleifen und Fertigbearbeiten. Die folgende kurze Reihe stellt Ihnen verschiedene Bohrungsbearbeitungstechnologien detailliert vor und hilft Ihnen, Probleme bei der Bohrungsbearbeitung zu lösen.

Die Bohrung ist eine wichtige Oberfläche an Gehäuse-, Halterungs-, Hülsen-, Ring- und Scheibenbauteilen und wird häufig in der maschinellen Bearbeitung angetroffen. Bei gleichen Anforderungen an Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächenrauheit ist die Bearbeitung der Bohrung schwieriger als die der äußeren runden Oberfläche, was zu geringerer Produktivität und höheren Kosten führt.

Dies liegt daran, dass: 1) die Größe des beim Bohren verwendeten Werkzeugs durch die Größe des zu bearbeitenden Bohrlochs begrenzt ist und die Steifigkeit gering ist, was leicht zu Biegeverformungen und Vibrationen führt; 2) beim Bohren mit einem Werkzeug fester Größe die Größe des Bohrlochs oft direkt von der entsprechenden Werkzeuggröße abhängt und Fertigungsfehler sowie Werkzeugverschleiß die Bearbeitungsgenauigkeit des Bohrlochs unmittelbar beeinträchtigen; 3) beim Bohren der Schnittbereich im Inneren des Werkstücks liegt, die Spanabfuhr und Wärmeableitung schlecht sind und die Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächenqualität schwer zu kontrollieren sind.

Bohren

Bohren ist der erste Bearbeitungsschritt bei der Herstellung von Löchern in festen Werkstoffen. Der Durchmesser der Bohrung beträgt in der Regel weniger als 80 mm. Es gibt zwei Bohrverfahren: das Bohren mit rotierendem Bohrer und das Bohren mit rotierendem Werkstück. Die Fehler, die bei diesen beiden Verfahren entstehen, sind unterschiedlich. Beim Bohren mit rotierendem Bohrer führt die Asymmetrie der Schneidkante, die unzureichende Steifigkeit des Bohrers und dessen Durchbiegung zu einer schrägen oder unregelmäßigen Bohrungsachse, der Bohrungsdurchmesser bleibt jedoch im Wesentlichen unverändert. Beim Bohren mit rotierendem Werkstück hingegen verändert der Durchbiegung des Bohrers den Bohrungsdurchmesser, die Bohrungsachse bleibt aber gerade.

Zu den gebräuchlichsten Bohrmessern zählen: Spiralbohrer, Zentrierbohrer, Tieflochbohrer usw., wobei der Spiralbohrer am häufigsten verwendet wird; sein Durchmesserbereich liegt zwischen Φ0,1 und 80 mm.

Aufgrund struktureller Einschränkungen sind die Biege- und Torsionssteifigkeit des Bohrers gering, was in Verbindung mit einer ungenauen Zentrierung zu einer niedrigen Bohrgenauigkeit von in der Regel nur IT13 bis IT11 führt. Auch die Oberflächenrauheit ist hoch (Ra 50–12,5 µm). Die Zerspanungsleistung beim Bohren ist jedoch hoch. Bohren wird hauptsächlich für die Bearbeitung von Bohrungen mit geringen Qualitätsanforderungen eingesetzt, wie z. B. Schraubenlöcher, Gewindegrundbohrungen und Ölbohrungen. Bohrungen mit hohen Anforderungen an die Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächenqualität sollten durch Reiben, Ausbohren oder Schleifen in nachfolgenden Bearbeitungsschritten hergestellt werden.

Aufreiben

Das Aufreiben dient der Nachbearbeitung von gebohrten, gegossenen oder geschmiedeten Löchern mit einem Aufreibbohrer, um die Bohrungsöffnung zu vergrößern und die Bearbeitungsqualität zu verbessern. Das Aufreiben kann entweder als Vorbearbeitung vor der Endbearbeitung oder als abschließende Bearbeitung bei geringeren Anforderungen eingesetzt werden. Der Aufreibbohrer ähnelt dem Spiralbohrer, besitzt jedoch mehr Zähne und keine Querschneide.

Im Vergleich zum Bohren weist das Aufreiben folgende Merkmale auf:

(1) Die Anzahl der Zähne des Reibbohrers (3 bis 8 Zähne) sorgt für eine gute Führung und einen relativ stabilen Schnitt; (2) Der Reibbohrer hat keine Querkanten, die Schnittbedingungen sind gut;

(3) Durch die geringe Bearbeitungszugabe kann die Spansenke flacher, der Bohrkern dicker und die Festigkeit und Steifigkeit des Werkzeugkörpers verbessert werden. Die Präzision beim Reiben liegt üblicherweise zwischen IT11 und IT10, die Oberflächenrauheit Ra zwischen 12,5 und 6,3 µm. Reiben wird häufig zur Bearbeitung von Bohrungen mit kleineren Durchmessern eingesetzt. Beim Bohren von Bohrungen mit großem Durchmesser (D ≥ 30 mm) wird oft mit einem kleinen Bohrer (Durchmesser 0,5- bis 0,7-facher Bohrungsdurchmesser) vorgebohrt und anschließend mit dem passenden Reibbohrer gerieben. Dies verbessert die Bearbeitungsqualität und die Produktionseffizienz der Bohrung.

Neben der Bearbeitung zylindrischer Bohrungen können Reibbohrer in verschiedenen Sonderformen (auch Senker genannt) zur Herstellung von Senkbohrungen und Senkungen verwendet werden. Die Vorderseite des Senkers ist häufig mit einer Führungsschiene versehen, die durch eine gefräste Bohrung geführt wird.

Reiben ist eines der Verfahren zur Endbearbeitung von Bohrungen und wird in der Fertigung häufig eingesetzt. Bei kleineren Bohrungen ist Reiben eine wirtschaftlichere und praktischere Bearbeitungsmethode als Innenschleifen und Feinbohren.

1. Reibahle

Reibahlen werden im Allgemeinen in zwei Arten unterteilt: Handreibahlen und Maschinenreibahlen. Der Griff der Handreibahle ist gerade, der Arbeitsbereich länger und die Führungsfunktion besser. Handreibahlen gibt es in zwei Ausführungen: einteilig und mit einstellbarem Außendurchmesser. Maschinenreibahlen gibt es mit Griff und Hülse. Reibahlen eignen sich sowohl für runde als auch für konische Bohrungen.

2. Reibeverfahren und seine Anwendung

Das Reibaufmaß hat großen Einfluss auf die Reibqualität. Ist es zu groß, erhöht sich die Belastung des Reibahlenwerkzeugs, die Schneide stumpft schnell ab, eine glatte Oberfläche lässt sich nur schwer erzielen und die Maßtoleranzen können nicht eingehalten werden. Ist das Aufmaß hingegen zu klein, um die Spuren des vorherigen Bearbeitungsschritts zu entfernen, trägt es naturgemäß nicht zur Verbesserung der Bearbeitungsqualität bei. Im Allgemeinen beträgt das Aufmaß beim Grobreiben 0,35–0,15 mm und beim Feinreiben 0,15–0,05 mm.

Um die Bildung von Spanknötchen zu vermeiden, wird das Reiben üblicherweise mit einer niedrigeren Schnittgeschwindigkeit durchgeführt (v < 8 m/min für Stahl und Gusseisen mit HSS-Reibahlen). Der Vorschubwert hängt von der zu bearbeitenden Öffnung ab: Je größer die Öffnung, desto höher der Vorschubwert. Die Vorschubgeschwindigkeit beim Reiben von Stahl und Gusseisen mit HSS-Reibahlen beträgt üblicherweise 0,3–1 mm/U.

Das Reiben erfordert Kühlung, Schmierung und Reinigung mit geeignetem Kühlschmierstoff, um Spanbildung zu verhindern und die Späne rechtzeitig abzuführen. Im Vergleich zu Schleifen und Bohren ist die Produktivität beim Reiben höher und die Genauigkeit der Bohrung lässt sich leichter gewährleisten. Allerdings kann das Reiben Positionsfehler der Bohrungsachse nicht korrigieren; die Positionsgenauigkeit der Bohrung muss daher durch einen vorherigen Bearbeitungsprozess sichergestellt werden. Reiben eignet sich nicht für die Bearbeitung von Stufenbohrungen und Sacklöchern.

Die Maßgenauigkeit beim Reiben liegt üblicherweise zwischen IT9 und IT7, die Oberflächenrauheit Ra im Allgemeinen zwischen 3,2 und 0,8 µm. Für mittelgroße Bohrungen mit hohen Präzisionsanforderungen (z. B. Bohrungen der Präzisionsklasse IT7) ist das Verfahren Bohren – Reiben – Reiben ein typisches Bearbeitungsverfahren, das in der Fertigung häufig Anwendung findet.

Beim Bohren handelt es sich um ein Bearbeitungsverfahren, bei dem ein vorgefertigtes Loch mit einem Schneidwerkzeug vergrößert wird. Die Bohrarbeiten können entweder auf einer Bohrmaschine oder auf einer Drehmaschine durchgeführt werden.

1. Bohrverfahren

Es gibt drei verschiedene Bearbeitungsmethoden zum Bohren.

(1) Das Werkstück rotiert und das Werkzeug führt eine Vorschubbewegung aus

Das Drehen auf der Drehmaschine zählt größtenteils zu diesem Verfahren. Charakteristisch für den Prozess sind: Die Achse des bearbeiteten Lochs stimmt mit der Rotationsachse des Werkstücks überein, die Rundheit des Lochs hängt hauptsächlich von der Rotationsgenauigkeit der Werkzeugspindel ab, und der axiale Geometriefehler des Lochs hängt hauptsächlich von der Positionsgenauigkeit der Werkzeugvorschubrichtung relativ zur Rotationsachse des Werkstücks ab. Dieses Verfahren eignet sich für die Bearbeitung von Löchern mit Koaxialitätsanforderungen auf der Außenkreisfläche.

(2) Das Werkzeug rotiert und das Werkstück wird zugeführt

Die Spindel der Bohrmaschine treibt das Bohrwerkzeug in Rotation, und der Tisch sorgt für den Vorschub des Werkstücks.

(3) Das Werkzeug rotiert und führt eine Vorschubbewegung aus.

Bei diesem Bohrverfahren ändert sich die Überstandslänge des Bohrstangenkopfes, wodurch sich auch die Verformung des Bohrstangenkopfes ändert. Die Öffnung nahe dem Spindelstock ist groß, die Öffnung weiter entfernt vom Spindelstock klein, wodurch ein Kegelloch entsteht. Mit zunehmender Überstandslänge des Bohrstangenkopfes erhöht sich zudem die durch das Eigengewicht verursachte Biegeverformung der Hauptwelle, was zu einer entsprechenden Biegung der Achse des bearbeiteten Lochs führt. Dieses Bohrverfahren eignet sich daher nur für die Bearbeitung kurzer Löcher.

2. Diamantbohren

Im Vergleich zu herkömmlichen Bohrverfahren zeichnet sich das Diamantbohren durch geringen Rückschnitt, geringen Vorschub und hohe Schnittgeschwindigkeit aus. Es ermöglicht eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit (IT7 bis IT6) und eine sehr glatte Oberfläche (Ra 0,4 bis 0,05 µm). Ursprünglich wurden für das Diamantbohren Diamantbohrwerkzeuge verwendet, heute kommen üblicherweise Hartmetall-, CBN- und künstliche Diamantwerkzeuge zum Einsatz. Hauptsächlich werden Werkstücke aus Nichteisenmetallen bearbeitet, aber auch Gusseisen- und Stahlteile lassen sich damit bearbeiten.

Die üblicherweise verwendeten Schnittparameter beim Diamantbohren sind: Vorbohren von 0,2 bis 0,6 mm und Endbohren von 0,1 mm; die Vorschubgeschwindigkeit beträgt 0,01 bis 0,14 mm/U; die Schnittgeschwindigkeit beträgt 100 bis 250 m/min bei der Bearbeitung von Gusseisen, 150 bis 300 m/min bei der Bearbeitung von Stahl und 300 bis 2000 m/min bei der Bearbeitung von Nichteisenmetallen.

Um eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächenqualität der Diamantbohrmaschine zu gewährleisten, muss die Werkzeugmaschine (Diamantbohrmaschine) eine hohe geometrische Genauigkeit und Steifigkeit aufweisen. Die Hauptwelle der Werkzeugmaschine ist mit den üblicherweise verwendeten Präzisions-Schrägkugellagern oder statischen Gleitlagern ausgestattet, und die schnell rotierenden Teile müssen präzise ausgewuchtet sein. Darüber hinaus muss die Bewegung des Vorschubmechanismus sehr gleichmäßig sein, um eine reibungslose Vorschubbewegung des Tisches bei niedrigen Drehzahlen zu gewährleisten.

Die Bearbeitungsqualität beim Diamantbohren ist gut, die Produktionseffizienz hoch, und es findet breite Anwendung in der Endbearbeitung von Präzisionsbohrungen in der Serienfertigung, beispielsweise von Zylinderbohrungen, Kolbenbolzenbohrungen und Hauptwellenbohrungen im Spindelgehäuse von Werkzeugmaschinen. Bei der Bearbeitung von Eisenmetallen mit Diamantbohren ist jedoch zu beachten, dass ausschließlich Bohrwerkzeuge aus Hartmetall und CBN verwendet werden dürfen. Diamantbohrwerkzeuge sind ungeeignet, da die Kohlenstoffatome im Diamanten eine hohe Affinität zu Elementen der Eisengruppe aufweisen und die Werkzeugstandzeit dadurch verkürzt wird.

3. Bohrwerkzeug

Bohrwerkzeuge lassen sich in einschneidige und zweischneidige Bohrwerkzeuge unterteilen.

4. Merkmale des Bohrprozesses und Anwendungsbereich

Im Vergleich zum Bohren, Aufweiten und Reiben ist die Bohrungsgröße nicht durch die Werkzeuggröße begrenzt, und das Bohren verfügt über eine hohe Fehlerkorrekturfähigkeit. Der Abweichungsfehler der ursprünglichen Bohrungsachse kann durch mehrfaches Schneiden korrigiert werden, und das Bohren kann eine höhere Positionsgenauigkeit mit der Positionierfläche aufrechterhalten.

Im Vergleich zum Außenkreis der Ausdrehung ist die Warmverformung des Werkstücks und des Werkzeugs aufgrund der geringen Steifigkeit des Werkzeugstangensystems, der großen Verformung, der schlechten Wärmeableitung und der ungünstigen Spanabfuhrbedingungen relativ groß, und die Bearbeitungsqualität und Produktionseffizienz der Ausdrehung sind nicht so hoch wie beim Außenkreis der Ausdrehung.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass das Bearbeitungsspektrum des Bohrens breit gefächert ist und Bohrungen unterschiedlicher Größen und Präzisionsstufen bearbeitet werden können. Für Bohrungen und Bohrungssysteme mit großer Öffnung und hohen Anforderungen an die Maß- und Positionsgenauigkeit ist Bohren nahezu die einzige Bearbeitungsmethode. Die Bearbeitungsgenauigkeit beim Bohren liegt zwischen IT9 und IT7. Bohren kann auf Bohrmaschinen, Drehmaschinen, Fräsmaschinen und anderen Werkzeugmaschinen durchgeführt werden, was Flexibilität und Anpassungsfähigkeit ermöglicht und zu einer breiten Anwendung in der Fertigung führt. In der Serienfertigung werden häufig Bohrwerkzeuge eingesetzt, um die Bohreffizienz zu steigern.

1. Honprinzip und Honkopf

Honen ist ein Verfahren zur Bearbeitung von Bohrungen mithilfe eines Honkopfes mit Schleifstift (Schleifstein). Beim Honen wird das Werkstück fixiert, und der Honkopf wird von der Spindel der Werkzeugmaschine angetrieben und bewegt sich geradlinig hin und her. Beim Honen wirkt der Schleifstift mit einem bestimmten Druck auf die Werkstückoberfläche und trägt eine extrem dünne Materialschicht ab. Um eine gleichmäßige Bewegung der Schleifpartikel zu gewährleisten, müssen die Drehzahl des Honkopfes und die Anzahl seiner Hübe pro Minute optimal aufeinander abgestimmt sein.

Der Querwinkel der Honbahn hängt von der Hub- und Kreisgeschwindigkeit des Honkopfes ab, und seine Größe beeinflusst die Bearbeitungsqualität und -effizienz des Honvorgangs. Um den Abtransport von Schleifpartikeln und Spänen zu erleichtern, die Schnitttemperatur zu senken und die Bearbeitungsqualität zu verbessern, sollte beim Honen ausreichend Kühlschmierstoff verwendet werden.

Um eine gleichmäßige Bearbeitung der Bohrungswand zu gewährleisten, muss der Hub des Schleifstabs an beiden Bohrungsenden einen bestimmten Überhub überschreiten. Um ein gleichmäßiges Honaufmaß sicherzustellen und den Einfluss von Spindeldrehfehlern auf die Bearbeitungsgenauigkeit zu minimieren, wird meist eine schwimmende Verbindung zwischen Honkopf und Werkzeugmaschinenspindel eingesetzt.

Die radiale Spreizverstellung der Honkopf-Schleifstange erfolgt in verschiedenen Bauformen, z. B. manuell, pneumatisch oder hydraulisch.

2. Charakteristika des Honprozesses und Anwendungsbereich

(1) Durch Honen lassen sich höhere Maßgenauigkeit und Formgenauigkeit erzielen, die Bearbeitungsgenauigkeit liegt bei IT7~IT6, der Rundheits- und Zylindrizitätsfehler des Lochs kann innerhalb des Bereichs kontrolliert werden, jedoch kann durch Honen die Positionsgenauigkeit des zu bearbeitenden Lochs nicht verbessert werden.

(2) Durch Honen lässt sich eine höhere Oberflächenqualität erzielen, die Oberflächenrauheit Ra beträgt 0,2 bis 0,25 μm, die Tiefe der metamorphen Defektschicht am Metall ist sehr gering (2,5 bis 25 μm).

(3) Im Vergleich zur Schleifgeschwindigkeit ist die Kreisgeschwindigkeit des Honkopfes nicht hoch (vc=16~60 m/min), aber aufgrund der großen Kontaktfläche zwischen dem Sandstab und dem Werkstück ist die Hubgeschwindigkeit relativ hoch (va=8~20 m/min), sodass der Honvorgang dennoch eine hohe Produktivität aufweist.

Honen findet breite Anwendung bei der Bearbeitung von Zylinderbohrungen und Präzisionsbohrungen in verschiedenen Hydraulikgeräten in der Massenproduktion und ermöglicht die Bearbeitung tiefer Bohrungen mit einem Längen-Durchmesser-Verhältnis von über 10. Allerdings eignet sich Honen nicht zur Bearbeitung von Bohrungen in stark plastischen Nichteisenmetallwerkstücken sowie nicht zur Bearbeitung von Bohrungen mit Keilnuten, Verzahnungen usw.

1. Brosche und Brosche

Das Tiefziehen ist ein hochproduktives Oberflächenbearbeitungsverfahren, das auf einer Räummaschine mit einer speziellen Räumnadel durchgeführt wird. Räummaschinen werden in horizontale und vertikale Räummaschinen unterteilt, wobei die horizontale Räummaschine am weitesten verbreitet ist.

Beim Räumen wird ausschließlich eine langsame, lineare Bewegung (Hauptbewegung) eingesetzt. Die Anzahl der gleichzeitig arbeitenden Zähne der Räumnadel sollte im Allgemeinen mindestens 3 betragen, da die Räumnadel sonst nicht stabil läuft und leicht ringförmige Wellen auf der Werkstückoberfläche entstehen können. Um eine zu hohe Räumkraft und damit einen Bruch der Räumnadel zu vermeiden, sollte die Anzahl der gleichzeitig arbeitenden Zähne 6 bis 8 nicht überschreiten.

Es gibt drei verschiedene Räumverfahren, die wie folgt beschrieben werden:

(1) Mehrschichtiges Räumen

Dieses Räumverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Räumnadel das Werkstück schichtweise abträgt. Um den Spanbruch zu erleichtern, sind die Schneidzähne mit verschachtelten Spannuten versehen. Die nach diesem Schichträumverfahren konstruierte Räumnadel wird als Standardräumnadel bezeichnet.

(2) Blockräumen

Charakteristisch für dieses Räumverfahren ist, dass jede Metallschicht der bearbeiteten Oberfläche von einem Satz Werkzeugzähne abgetragen wird, die im Wesentlichen gleich groß, aber ineinandergreifend angeordnet sind (üblicherweise besteht jeder Satz aus 2–3 Werkzeugzähnen). Jeder Zahn trägt nur einen Teil einer Metallschicht ab. Eine nach dem Blockräumverfahren konstruierte Räumnadel wird als Rotationsräumnadel bezeichnet.

(3) Umfassende Kontaktaufnahme

Auf diese Weise werden die Vorteile des Schicht- und Blockräumens gebündelt. Blockräumen kommt beim Schruppen, Schichträumen beim Feinen zum Einsatz. Dadurch lässt sich die Räumnadellänge verkürzen, die Produktivität steigern und eine bessere Oberflächenqualität erzielen. Die nach diesem Verfahren konstruierte Räumnadel wird als Gesamträumnadel bezeichnet.

2. Prozessmerkmale und Anwendungsbereich von Ziehlöchern

(1) Die Räumnadel ist ein Mehrschneidenwerkzeug, mit dem das Schruppen, Schlichten und Fertigen des Lochs nacheinander in einem einzigen Räumhub durchgeführt werden kann und das eine hohe Produktionseffizienz aufweist.

(2) Die Ziehgenauigkeit hängt hauptsächlich von der Genauigkeit der Räumnadel ab. Unter normalen Bedingungen kann die Ziehgenauigkeit IT9~IT7 erreichen, und die Oberflächenrauheit Ra kann 6,3~ 1,6μm erreichen.

(3) Beim Ziehen eines Lochs wird das Werkstück durch das bearbeitete Loch selbst positioniert (der vordere Teil des Räumwerkzeugs ist das Positionierelement des Werkstücks), und es ist nicht einfach, die gegenseitige Positioniergenauigkeit des Lochs und anderer Oberflächen zu gewährleisten; Bei der Bearbeitung von Drehteilen, deren innere und äußere Kreisflächen koaxiale Anforderungen erfüllen müssen, ist es oft notwendig, zuerst Löcher zu ziehen und dann andere Oberflächen mit den Löchern als Positionierreferenz zu bearbeiten.

(4) Mit einer Räumnadel lassen sich nicht nur runde Löcher, sondern auch Formlöcher und Keilwellenlöcher bearbeiten.

(5) Räumnadeln sind Werkzeuge mit fester Größe, komplexer Form und hohem Preis; sie eignen sich nicht zur Bearbeitung großer Löcher.

Das Ziehen von Löchern wird häufig in der Massenproduktion eingesetzt, um Löcher in kleinen und mittelgroßen Teilen mit einem Durchmesser von 10 bis 80 mm und einer Lochtiefe von höchstens dem Fünffachen der Öffnung herzustellen.

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