Das Tiefbohren findet Anwendung in zahlreichen Industriebereichen: von der Herstellung von Formen für verschiedene Urformverfahren bis hin zu Anwendungen in der Medizin- und Lebensmitteltechnik. Insbesondere dort, wo Bohrungen mit einem hohen Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis benötigt werden, ist das Verfahren unverzichtbar. Mit der zunehmenden Komplexität von Systemen und Komponenten in verschiedenen Industriezweigen steigen auch die Anforderungen an die entsprechenden Fertigungsverfahren. Dadurch stellt das Tiefbohren eine besondere Herausforderung in der modernen Zerspanung dar.
Je nach Bohrungsdurchmesser kommen unterschiedliche Tiefbohrverfahren zum Einsatz. Das Einlippenbohrverfahren wird vor allem für kleine Durchmesser von etwa 0,8 mm bis 40 mm eingesetzt und kommt sowohl auf speziellen Tiefbohrmaschinen als auch auf konventionellen Bearbeitungszentren zum Einsatz. Aufgrund ihres großen Länge-zu-Durchmesser-Verhältnisses sind diese Werkzeuge besonders anfällig für Schwingungen. Diese entstehen unter anderem durch die geringe dynamische Torsions- und Biegesteifigkeit und äußern sich in Rattermarken am Bohrungsgrund und an der Bohrungswand. Die daraus resultierenden thermischen und mechanischen Belastungen in der Kontaktzone zwischen Werkzeug und Werkstück können die Randzoneneigenschaften negativ beeinflussen und den vorzeitigen Verschleiß von Schneidkanten und Führungsleisten begünstigen.
Um diesem Problem zu begegnen, bündeln IFW und ISF im Rahmen des DFG-geförderten Forschungsprojektes „dynoSpan“ ihre Expertise im Bereich der Tiefbohrtechnik sowie der Auslegung und Produktion von CFK-Metall-Strukturen.
Das neuartige Werkzeugkonzept sieht vor, den metallischen Schaft durch ein CFK-Rohr zu ersetzen. CFK zeichnet sich durch hohe Dämpfungseigenschaften aus. Darüber hinaus lässt sich der Dämpfungsgrad durch optimierte Schichtverbünde gezielt beeinflussen und die Eigenfrequenzen des Werkzeugsystems in unkritischere Bereiche verschieben.
Für die Verbindung des metallischen Bohrkopfs mit dem CFK-Rohr ist eine schichtweise Hybridisierung im Bereich der Schnittstelle vorgesehen, um eine optimierte Kraftübertragung über metallische Krafteinleitungselemente in den Laminataufbau zu erreichen. Sowohl die Zuführung des Kühlschmierstoffs als auch dessen Abfuhr erfolgt durch innenliegende Kanäle im Werkzeug. Die additive Fertigung des Bohrkopfs bietet eine hohe Gestaltungsfreiheit und erlaubt eine schnelle Umsetzung von Konstruktionsentwürfen. Der modulare Aufbau ermöglicht zudem den Austausch einzelner Komponenten und sorgt für ein hohes Maß an Flexibilität hinsichtlich unterschiedlicher Werkstücke und Werkzeugkonfigurationen.
Kontakt:
Für weitere Informationen steht Ihnen Marco Bogenschütz unter der Telefonnummer +49 414 17763 825 oder per E-Mail an bogenschuetz@ifw.uni-hannover.de gerne zur Verfügung.
