Tieflochwerkzeuge

Mit dem selbststeuernden BTA-Bohrverfahren können Bohrungen ab 18 mm Durchmesser mit Längen-zu-Durchmesser-Verhältnissen von bis zu 100 oder mehr bearbeitet werden.
„Das BTA-Verfahren – auch Single-Tube-System oder STS genannt – umfasst Tiefloch-Vollbohrköpfe, Zieh- und Senkbohrköpfe, Stufen- und Formbohrwerkzeuge sowie Kernbohrköpfe.“
Diese unterschiedlichen Werkzeugkopftypen, von denen jeder eine effektivere Lösung für die Tieflochproduktion bietet als das herkömmliche Bohren und Aufbohren, müssen entsprechend konfiguriert und eingesetzt werden, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Aus diesem Grund wurde das BTA-Anwendungszentrum gegründet.
Herr Barker sagt: „Aufgrund seiner Konfiguration und der Möglichkeit zur Lochgröße erfordert das BTA-Bohren mehr Leistung als das Tieflochbohren; und während beide aus dem Vollen bohren, wird Hochdruckkühlmittel verwendet, um die Schneidzone direkt zu schmieren und Späne vom Kopf abzuleiten.“ Beim Bohrer gibt es einen deutlichen Unterschied in der Konstruktion eines Einlochbohrers und eines BTA-Werkzeugs.
Beim Tieflochbohren wird ein Werkzeugkopf aus Vollhartmetall verwendet, der an ein Rohr gelötet ist, durch das Kühlmittel unter Druck zur Schneidkante des Werkzeugkopfes gepumpt wird.
Die Späne werden über eine tiefe V-förmige Nut im Bohrkopf abgeführt, die sich entlang der Außenseite des Rohrs zwischen dem Bohrer und dem gebohrten Teil des Werkstücks erstreckt.
„Das BTA-System verfügt über einen starren Bohrkopf – entweder mit gelöteten Vollhartmetall- oder Wendeschneidplatten – der an einem Stütz- und Zuführrohr befestigt ist.
„Kühlmittel wird unter Druck an die Schneidkante zwischen der Rohraußenseite, dem Schneidkopf und der neu entstandenen Bohrung im Werkstückmaterial gepumpt.
„Durch diesen Druck werden die Späne durch den Bohrkopf, das Rohr und die Maschinenspindel zurückgespült und gesammelt. Sowohl bei BTA- als auch bei Einlochbohrsystemen unterstützen Führungsleisten im Bohrkopf den Schneidvorgang und ermöglichen so kontinuierliche Vorschubgeschwindigkeiten.“ Es sollen gerade und runde Löcher mit präziser Größe und hoher Oberflächengüte erzielt werden.

Bearbeitungsstabilität
Herr Barker erklärt weiter, dass eine Riffelung oder Rillenbildung nicht erforderlich sei, da die Späne durch die Innenbohrung des BTA-Bohrkopfs und -Rohrs abgeführt würden; Dadurch entsteht ein größerer Werkzeugquerschnitt, der die Steifigkeit und damit die Stabilität unter Schneidbedingungen erhöht.
Mittlerweile ist Pull-Boring ein BTA-basierter Prozess, mit dem vorhandene Durchgangsbohrungen präzise vergrößert werden, um beispielsweise eine konstante Wandstärke, Toleranz oder Oberflächengüte aufrechtzuerhalten.
Bei dem Verfahren wird ein gespannter BTA-Bohrkopf verwendet, wobei die Verschleißpolster jedoch vor den Schneideinsätzen angeordnet sind, sodass das Schneidwerkzeug durch das Werkstück zurückgezogen werden kann.
Senkbohren ist eine effektive Anwendung der BTA-Technologie zum Öffnen vorhandener vorgebohrter Löcher. Hier kann der BTA-Bohrkopf einen genaueren Durchmesser oder eine Konzentrizität einer Bohrung erzielen – oder eine zusätzliche Funktion wie einen Lager- oder Öldichtungsdurchmesser bereitstellen.
Während mit Tieflochbohren Bohrungen mit einem Durchmesser von nur 0,5 mm bearbeitet werden können, beginnen BTA-Löcher aufgrund der für das Bohrrohr erforderlichen Größe bei 18 mm. und wie bereits erwähnt, erweitert die Verwendung von Bohrköpfen das BTA-Konzept auf Bohrdurchmesser bis zu 1,{6}}mm.
Durch das Trepanieren entsteht zudem ein zentraler Materialkern, aus dem weitere Bauteile gefertigt werden können, was besonders wirtschaftlich bei der Verarbeitung hochwertiger Materialien ist.
BTA-Bohrköpfe haben einen größeren Durchmesser als das starre Rohr, in das sie eingeschraubt werden.
Darüber hinaus ermöglicht die Konstruktion des Werkzeugs den Einsatz zum Bohren schwieriger Materialien wie exotischer legierter Stähle und rostfreier Stähle – und das mit einer um ein Vielfaches höheren Durchdringungsrate als bei herkömmlichen Bohrertypen.

Der automatische Werkzeugwechsel bei langen Werkzeugen erfolgt mittels Pick-up-Magazin und prismatischem Werkzeugwechsler.
Bei kleinen Bohrdurchmessern erfolgt die Kühlmittelzufuhr durch die Frässpindel mit einem Kühlmitteldruck von max. 200bar. Bei größeren Bohrdurchmessern ist die Kühlmittelmenge entscheidend.
Besonders schwierig ist das Tieflochbohren bei Materialien wie Inconel oder Titan, da die Wendeschneidplatten einem starken Verschleiß unterliegen. Dies setzt voraus, dass der Maschinenhersteller über umfassendes Know-how verfügt.
Dank des Werkzeugmagazins im Bearbeitungszentrum ist es möglich, bei der Bearbeitung extrem tiefer Löcher ohne großen Mehraufwand unterschiedliche Bohrwerkzeuge in unterschiedlichen Arbeitsschritten einzusetzen.
Im Handumdrehen können beliebig viele Löcher an jeder Position angebracht werden. Dies bietet die Flexibilität, verschiedene Bearbeitungsschritte hintereinander durchzuführen.
Die grundlegendste Form der Innenbearbeitung ist das Bohren. Beim Bohren gelten Löcher mit einem Durchmesser zwischen 0,2 und 500 mm und einer Bohrtiefe, die typischerweise mehr als das Dreifache des Durchmessers beträgt, im Allgemeinen als „tiefe“ Löcher.

Besondere Herausforderungen erfordern besondere Werkzeuge
Die ständigen Herausforderungen beim Tieflochbohren bestehen darin, Kühlschmiermittel auf die Schneidkante aufzubringen, Späne gleichmäßig zu entfernen und ein möglichst gerades Loch zu erzeugen. Beim Tieflochbohren besteht der Bohrkopf neben der eigentlichen Hauptschneide (meist eine Einzelschneide oder aus Wechselschneidplatten zusammengesetzt) ​​aus einer Nebenschneide und zusätzlichen Führungsleisten. Durch diese Anordnung wird sichergestellt, dass der Bohrer an der Wand des Lochs abgestützt wird, was die Genauigkeit erhöht und die Zentrierung des Bohrers während des Vorgangs erleichtert. Durch die Abstützung des Bohrers entsteht zudem ein Glättungseffekt, der die Oberflächenqualität im Bohrloch verbessert.

Verschiedene Prozesse
Tieflochbohrverfahren werden in zwei Hauptkategorien unterteilt, je nachdem, ob die Späne von außen oder von innen entfernt werden. Die äußere Spanabfuhr ist vor allem beim Tieflochbohren und seltener beim Doppellippen-Tieflochbohren anzutreffen, bei dem Kühlschmierstoff über Eintrittslöcher im Bohrer an die Schneidkante herangeführt und das Späne-Kühlschmierstoff-Gemisch V-förmig abtransportiert wird -förmiger Längsschlitz im Werkzeug. Dieses Verfahren wird typischerweise für Bohrdurchmesser zwischen 0,5 und 40 mm verwendet. Eine weitere Möglichkeit ab Bohrdurchmesser 16 mm ist das BTA-Verfahren. Hierbei handelt es sich um einen Prozess, bei dem das Späne-Kühlschmierstoff-Gemisch intern abtransportiert wird. Der Vorteil bei Verfahren mit internem Späneabtransport besteht darin, dass austretende Späne nicht mehr mit der Oberfläche der Bohrung in Berührung kommen und diese somit nicht beschädigen können. Auswerferbohrer, eine Sonderform des BTA-Bohrers, können bei einer Zweirohranordnung ab einem Durchmesser von ca. 25 mm eingesetzt werden. Diese Bohrkronen verfügen über zusätzliche Kühlschmierstoffauslässe am Rand des Bohrkopfes und ein Teil des Schmierstoffs wird über eine Ringdüse direkt in das Innenrohr geleitet. Dadurch entsteht im vorderen Bereich des Bohrers ein Unterdruck, der den Abtransport des Span-Kühlschmierstoff-Gemisches beschleunigt.

Integrierte Bearbeitung
Bei extrem tiefen Löchern oder schwierig zu bearbeitenden Materialien erfordert übermäßiger Werkzeugverschleiß oft, dass das Bohren schrittweise mit Werkzeugen unterschiedlicher Länge, aber gleichem Durchmesser durchgeführt wird. WFL MILLTURN Bearbeitungszentren bieten bei derartigen Bearbeitungsschritten entscheidende Vorteile. Zum einen können die verschiedenen verwendeten Bohrwerkzeuge im Werkzeugmagazin gespeichert und bereitgehalten werden; Dies minimiert Unterbrechungen und manuelle Prozesse und verbessert gleichzeitig die Positionsgenauigkeit erheblich. Ganz zu schweigen davon, dass eine echte sechsseitige Tieflochbearbeitung nur in einer oder höchstens zwei Aufspannungen möglich ist.

Automatische Werkstückvermessung und adaptive Steuerung
Aufgrund des großen Werkzeugvorsprungs kommt es bei tief gebohrten Löchern zu einer Lochmittenabweichung, die mit der Lochtiefe zunimmt. Diese Bearbeitungsfehler können auch bei der Bearbeitung auf MILLTURN-Maschinen nicht vollständig beseitigt werden. Lochmittenabweichungen werden durch intelligente In-Prozess-Messung nach Abschluss der Tieflochbohrung gemessen. Dies erfolgt entweder mit einer verlängerten Messsonde oder mittels Ultraschall-Wanddickenmessung, bei der die Wandstärke an verschiedenen Umfangspositionen gemessen und die Mitte des Mittellochs berechnet wird. Anschließend werden durch Drehfräsen neue Spannstellen am Werkstück konzentrisch zur defekten Tiefbohrung erzeugt. Dies ermöglicht die Realisierung aller nachfolgenden Bearbeitungsprozesse mit sehr enger Form- und Lagetoleranz zum Tiefbohrloch. Die Vorteile liegen auf der Hand. Rüstzeiten werden enorm reduziert und Nacharbeiten durch entstehende Verformungen entfallen