Untersuchungen der Wirkzusammenhänge neuer Präparationsmethoden und resultierender Bohrungsoberflächen für Einlippenbohrer
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des durchgeführten Projektes konnte für die Verwendung von neuen Präparationsmethoden zur Gestaltoptimierung von Einlippenbohrern ein signifikanter Einfluss auf die Mikro- und Makrogestalt der Werkzeuge und die Oberflächentopographien sowohl der Spannut als auch der Bohrerumfangsflächen identifiziert werden. Darüber hinaus ließ sich neben den wissenschaftlichen Analysen der Wirkzusammenhänge der drei untersuchten Präparationsmethoden Bandfinishen, Nassstrahlspanen und Polierschleifen eine Aussage über die mögliche Übertragbarkeit in aktuelle Prozessketten zur Herstellung von Einlippenbohrern treffen. Dabei stellte sich heraus, dass die positiven Effekte der gezielten Strukturierung von Oberflächen, wie sie etwa beim Bandfinishen erreicht wurden, unter Berücksichtigung der Umsetzbarkeit der Präparationsmethoden zu betrachten sind. Als vielversprechendste Präparationsmethode wurde das Polierschleifen mit elastischer Schleifscheibenbindung identifiziert. Die Begründung für die Favorisierung dieses Verfahrens liegen zum einen seiner einfachen Implementierung in bestehende Prozessketten und zum anderen in der Erzeugung von hohen Oberflächengüten und vielversprechenden Werkzeugmakrogestalten. Bezüglich des Einsatzverhaltens der untersuchten Werkzeuge ergab sich ein positiver Einfluss aufgrund des verbesserten Verschleißverhaltens durch die Verwendung einer reibungsminimierten Beschichtung bei der Bearbeitung des Vergütungsstahls 42CrMo4. Ein Einfluss der Schneidkantenpräparation der Nebenschneide und Oberflächenstruktur war jedoch noch nicht eindeutig nachweisbar. Dies lässt sich dadurch begründen, dass die hier untersuchten VHM-Einlippenbohrer nur geringe Auslenkungen und Bohrwege zulassen. Somit erfüllen die Führungsleisten der hier betrachteten Werkzeuge nicht die gleiche Aufgabe, wie bei Werkzeugen mit aufgelöteten Hartmetallköpfen. Zudem konnten durch die Ergebnisse zum Konturverlauf der Umfangsflächen der Werkzeuge ein deutliches Weiterentwicklungspotenzial zur Leistungssteigerung der Werkzeuge aufgezeigt werden. Insbesondere die Verbesserung des Kühlmittelvolumenstroms stellt eine mögliche Verbesserung der Schmierund Benetzungsfähigkeit der Führungsleisten zur Reduzierung von Verschleißerscheinungen und adhäsiven Materialablagerungen bei der Bearbeitung höherfester Stahlwerkstoffe dar. Neben den gewonnenen Erkenntnissen zur Verbesserung des Einsatzverhaltens durch die reibungsminimierte Beschichtung, lassen sich anhand der durchgeführten Untersuchungen weitere Forschungspotenziale ableiten. Dazu gehören die Analyse der Benetzungsfähigkeit durch den Kühlschmierstoff aufgrund der geänderten Oberflächentopographie an den Führungsleisten und die Beeinflussung der Spankrümmung durch eine reibungsminimierte Spannut. Aus den Einsatzversuchen mit den präparierten und beschichteten Werkzeugen ergibt sich, dass die Oberflächentopographie der Spannut einen bedeutenden Einfluss auf die Spanbildung hat. So wird der erzeugte Span, je nach Oberflächengüte, stärker umgeformt und entlang der Vorschubachse in Richtung des Bohrungsgrundes gelenkt, wodurch es zu Beschädigungen am Spannutrücken des Werkzeuges kommt. In Bezug auf die Steigerung der Produktivität bei der Bearbeitung mit Einlippenbohrern konnte gezeigt werden, dass durch eine gezielte Schneidkantenpräparation die maximal erreichbaren Vorschubwerte ohne das Auftreten deutlich ausgeprägterer Verschleißerscheinungen am Werkzeug erreicht werden konnte. In der Folge ergibt sich die Möglichkeit kürzerer Prozesszykluszeiten und damit einhergehend eine Steigerung der Wirtschaftlichkeit dieses Verfahrens.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Analysis of the influence of Superfinishing of ground Cemented Carbide Rods, Applied Mechanics and Materials, 794 (2015), S. 215-222
Biermann, D.; Bathe, T.
(Siehe online unter https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.794.215) - Entwicklungen zur Leistungssteigerung tribologisch beanspruchter Bauteile durch Oberflächenfeinstbearbeitung, Diamond Business, 4 (2015), S. 44-51
Biermann, D.; Goeke, S.; Kansteiner, M.; Bathe, T.
- Finishbearbeitung von Werkzeugen aus Hartmetall zur Oberflächenstrukturierung, Diamond Business, (2015) 53, S. 46-55
Biermann, D.; Bathe, T.; Tilger, M.
- Gestalt- und Oberflächenoptimierung durch Polierschleifen, Industryarena eMagazine, 1 (2016), S. 42-43
Biermann, D.; Bathe, T.
