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Bohrer mit optimierten Schneiden verbessern die CFK-Bearbeitung

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  • Hartgelötete PKD-Bohrer: Das Einlöten von zweidimensionalen PKD-Rohteilen ist die am weitesten verbreitete Technik zum Herstellen von PKD-Bohrern. Für kleinere Werkzeugdurchmesser wird teilweise auch ein spezielles Sandwich-PKD-Rohteil verwendet, während für größere Durchmesser meist individuelle PKD-Zuschnitte zum Einsatz kommen. Diese Lösungen haben starke geometrische Einschränkungen, da es schwierig ist, den für die Composite-Bearbeitung nötigen positiven Schnittwinkel zu erzeugen. Um dreidimensionale Schneidengeometrien herstellen zu können kann ein quaderförmiges PKD-Rohteil der gewünschten Sorte verwendet werden, das bei ausreichender PKD-Lagenstärke auch entsprechend komplexe Nutformen erlaubt. Dazu wird ein gedrallter Schlitz in einen Vollhartmetallstab eingebracht und damit die Lage des Diamantwerkstoffes ähnlich der Veined-PKD-Variante dort angebracht, wo später am fertigen Werkzeug die Schneiden sein sollen. Im Vergleich zur PKD-Bohrkrone kommt bei dieser Fertigungsvariante der Diamant nur an den Funktionsflächen zum Einsatz, was die Bearbeitungszeiten bei der Werkzeugherstellung nachhaltig verbessert. Für die hier präsentierten Ergebnisse kam aufgrund aller Vorteile diese Fertigungstechnik zum Einsatz.

Bearbeitbarkeit des Diamant-Werkstoffes wurde bewertet

Ein weiterer wichtiger Faktor bei der Wahl der passenden PKD-Sorte ist die Bearbeitbarkeit des Diamant-Werkstoffes. Diese wurde gemessen, indem die Herstellzeiten identischer Werkzeuge mit unterschiedlichen PKD-Rohmaterialien miteinander verglichen wurden. Der Schwerpunkt wurde auf alle Herstellschritte inklusive der PKD-Scheibenerosion und des PKD-Schleifens gelegt. Je besser die Bearbeitbarkeit, umso höher die Wertung. Denn kürzere Herstellzeiten führen zu geringeren Herstellkosten. Dies ist neben der Werkzeugleistung ebenfalls wichtig, um eine wettbewerbsfähige Werkzeuglösung zu entwickeln.

Die optimale Schneidengeometrie für das Bohren von Composite-Titan-Packeten auszuwählen ist schwierig, weil die beiden Werkstoffe unterschiedliche Bohrereigenschaften erfordern. Das Bohren kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe verlangt üblicherweise hohe Drallwinkel und lange Schneidkanten, weil die Kohlenstofffasern an den Schnittkanten abgeschert werden müssen. Lange Schneidkanten werden durch geringe Spitzenwinkel erreicht. Außerdem sollten Bohrer für CFK-Werkstoffe nur geringe axiale Kräfte im Werkstück erzeugen, um Delamination beim Bohreraustritt zu vermeiden. All dies spricht für eine scharfe Schneidkantengeometrie mit kleinen Keilwinkeln. Bei Drallwinkeln um die 30º können die Freiwinkel bis zu 20º betragen.

Freiwinkel für Titan-Anwendungen liegen bei 8 bis 14º

Die Zerspanung von Titan kann grundsätzlich ebenfalls mit scharfen Schneidkanten erfolgen, erfordert aber im Vergleich zum Bohren von CFK-Werkstoffen stabilere Keilwinkel. Die Freiwinkel für Titan-Anwendungen liegen typischerweise im Bereich von 8 bis 14º. Im Vergleich zur Zerspanung von Stahl sind diese Freiwinkel in der Regel höher (im vorgestellten Fall um die 12º), damit der Wärmeeintrag an der Freifläche minimiert und so der Freiflächenverschleiß verringert wird. Da große Freiwinkel in Verbindung mit üblichen Drallwinkeln von etwa 30º die Schneidkanten zu sehr schwächen würden, wurde der Drallwinkel auf 15 bis 20º verringert, um die eingesetzten hohen Freiwinkel auszugleichen.

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