Tiefbohren mit kleinen Durchmessern durch mechanische und thermische Verfahren – Prozessgestaltung und Verfahrenskombination

Heilmann, M.

Durch unterschiedliche Entwicklungstendenzen in verschiedenen Industriezweigen nimmt die Bedeutung von Tiefbohrungen mit kleinen Durchmessern stetig zu. Beispielsweise werden in der Automobilindustrie im Bereich der Kraftstoffeinspritzung durch das Downsizing der Motoren bei gleichzeitig zunehmender Leistungsdichte Tiefbohrungen mit immer kleineren Durchmessern bei ebenfalls steigenden Anforderungen an die Bohrungsqualität benötigt.
Andere Anwendungsfelder liegen in der Medizintechnik, beispielsweise bei der Herstellung von Knochennägeln und chirurgischen Instrumenten, in der Luftfahrtindustrie sowie im allgemeinen Maschinenbau als Kühl-, Schmier- und Entlüftungsbohrungen. In den durchgeführten Untersuchungen werden in drei Schwerpunkten unterschiedliche Verfahren zur Erzeugung von Tiefbohrungen kleinen Durchmessers analysiert. Diese sind die mechanischen Verfahren Einlippentiefbohren und Wendeltiefbohren, das Laserbohren sowie eine sequentielle Verfahrenskombination des Laserbohrens und des Einlippentiefbohrens.
Im Rahmen der Untersuchungen zum mechanischen Tiefbohren ist die Zielsetzung verfolgt worden, eine Prozessgestaltung für die Bearbeitung mit Werkzeugen der Durchmesser von d = 0,5 mm und d = 1,5 mm zu erarbeiten, um Strategien für eine ökonomische Bearbeitung anbieten zu können. In diesem Zusammenhang sind Werkzeuge mit unterschiedlichen Anschliffen, Schneidstoffen und Beschichtungen verwendet sowie der Einfluss der Schnittwerte herausgestellt worden. Weiterhin ist vergleichend zum Einlippentiefbohren für den größeren betrachteten Durchmesser auch ein Wendeltiefbohrwerkzeug eingesetzt worden. Auch im zweiten Schwerpunkt dieser Arbeit, der Erzeugung von Tiefbohrungen durch thermisches Abtragen mithilfe von Laserstrahlen, wird die Entwicklung effizienter Bearbeitungsstrategien verfolgt. In diesem Zusammenhang werden unterschiedliche Laserbohrverfahren und -strategien unter der Vorgabe realisiert, Bohrungen mit einem großen Bohrtiefe-zu-Bohrungsdurchmesser-Verhältnis bei hoher Bohrungsgüte zu erzeugen. Die Untersuchungen sowohl zum mechanischen Tiefbohren als auch zum Lasertiefbohren sind an einem nichtrostenden Stahl und einer Titanlegierung durchgeführt worden.
Auf der Grundlage der erzielten Ergebnisse in den vorangegangenen Untersuchungen wird im dritten Teil der vorliegenden Arbeit eine sequentielle Verfahrenskombination aus Laserbohren und Einlippentiefbohren erstmals vorgestellt. In diesem Zusammenhang wird der verschleißfrei arbeitende Laser, der unempfindlich bei der Bearbeitung von Werkstücken mit schrägen oder gewölbten Werkstückoberflächen ist, verwendet, um eine Pilotbohrung als Anbohrführung für das nachfolgende Einlippentiefbohren zu erzeugen. Um diese Zielsetzung zu erreichen, ist eine Auslegung des Laserbohrprozesses unter Berücksichtigung der Anforderungen, die das Einlippentiefbohren an eine Anbohrführung stellt, durchgeführt und anschließend die Verfahrenskombination für unterschiedliche Anbohrwinkel realisiert und vergleichend zum konventionellen Tiefbohrprozess unter Verwendung einer Anbohrbuchse als Anbohrführung bewertet worden.

Veröffentlicht als

Dissertation, Technische Universität Dortmund, Vulkan Verlag, Essen, 2012, ISBN 978-3-8027-8770-6