Bohrungsbearbeitung Reibahlen müssen außer Genauigkeit heute auch Multifunktionalität bieten

Autor / Redakteur: Diethard Thomas und Martin Danielczick / Rüdiger Kroh

Die Anforderungen an Reibwerkzeuge sind deutlich gestiegen: Präzise Bohrungen müssen mit immer weniger Bearbeitungsschritten und in kürzeren Zykluszeiten hergestellt werden. Erwartet werden deshalb von Reibahlen auch Multifunktionalität, die Beseitigung von Fehlern vorgeschalteter Arbeitsgänge, die drastische Reduzierung der Fertigungszeiten und eine lange Standzeit.

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Bild 1: Die multifunktionale Zweischneiden-Reibahle Twin-Turbo hat fünf Vorschneidemesser.
Bild 1: Die multifunktionale Zweischneiden-Reibahle Twin-Turbo hat fünf Vorschneidemesser.
( Archiv: Vogel Business Media )

Man kennt es von den heutigen Qualifikationsanforderungen an die Mitarbeiter eines Unternehmens: Am besten, sie können alles. Neben dem geforderten Spezialwissen wird auch der Blick über den Tellerrand erwartet. Auch technische Kompetenz alleine reicht nicht mehr. Betriebswirtschaftliche Kenntnisse, gruppendynamische Fähigkeiten und Fremdsprachen wären als „Add On“ nicht schlecht. Und die Mitarbeiter sollten natürlich maßvoll in ihren Gehaltsansprüchen sein.

Es ist zwar nur ein kleiner Trost, aber Zerspanungswerkzeugen geht es heute nicht besser. Ihre Kernkompetenz, nämlich Späne machen, reicht schon lange nicht mehr. Sie müssen flexibel, das heißt multifunktional, anpassungsfähig an den jeweiligen Prozess und belastbar sein. Sie sollen behutsam mit dem Partner, also schonend mit dem Werkstück, umgehen. Und sie müssen wissen, wie man die Wirtschaftlichkeit des gesamten Fertigungsprozesses und damit auch großer und teurer Werkzeugmaschinen steigert, ohne selbst kostenmäßig aufzufallen.

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Ansprüche deutlich gestiegen

Diese gestiegenen Erwartungen gelten besonders für Reibwerkzeuge, die einerseits durch hohe Präzisions- und Wirtschaftlichkeitsanforderungen einen wichtigen Beitrag innerhalb des Wertschöpfungsprozesses leisten, andererseits aber auch die Gebrauchseigenschaften des fertigen Produktes maßgeblich mitbestimmen.

Die Herstellung genauer Bohrungen ist zum Beispiel entscheidend für zahlreiche Automobilkomponenten. Sie ermöglicht einerseits durch geringe Toleranzen und hohe Oberflächenqualitäten eine ständige Verbesserung der Lebensdauer beweglicher Teile wie Ventile oder Wellen sowie größere Motorleistungen, muss andererseits aber mit immer weniger Bearbeitungsschritten und kürzeren Zykluszeiten ihren Anteil an den Herstellkosten minimieren.

Durchlauf- und Taktzeiten sollen reduziert werden

Innerhalb der Leitz Metalworking Technology Group beschäftigt sich das französische Unternehmen Belin als Kompetenzzentrum mit der Bohrungsfeinbearbeitung durch Reiben. Anhand der nachfolgend beschriebenen Mehr- und Einschneidenreibahlen soll gezeigt werden, wie Reibwerkzeuge der gestiegenen Erwartungshaltung entsprechen können.

Die wesentlichen Prämissen für Reibwerkzeuge sind:

  • High Feed Cutting: Reduktion von Durchlauf- und Taktzeiten durch höhere Vorschübe und Schnittgeschwindigkeiten.
  • Multifunktionalität: Reduktion der Arbeitsgänge und Rüstzeiten durch die Integration vorgelagerter Prozesse wie Aufbohren oder Erweitern des Anwendungsbereiches.
  • Weniger Ausschuss: Innovative Werkzeugkonstruktionen beseitigen Fehler des vorangegangenen Arbeitsganges.
  • Einfache Bedienung: Unkompliziertes Handling beim Einstellen von Reibahlen erzeugt Sicherheit und senkt Kosten.
  • Anwendungsgerechte Auslegung: Ein standardisiertes Werkzeugkonzept mit kundenspezifischer Bestückung in Schneidstoff, Anschnitt und Führungsleisten-Werkstoff.
  • Optimale Standzeiten: Die hohe Bearbeitungsqualität ist für die größtmögliche Anzahl von Werkstücken zu gewährleisten.

Bei der Entwicklung des Konzepts der Twin-Turbo-Reibahle (Bild 1) stand die Prämisse des High Feed Cutting in Aluminium im Vordergrund. Die Grundidee war eine Kombination der Bearbeitungsgeschwindigkeiten von PKD-Monoblock-Werkzeugen mit der Bearbeitungsqualität und den Anpassungsmöglichkeiten einstellbarer Wendeschneidplatten-Reibahlen.

Vorteile durch Twin-Konstruktion

Die Twin-Turbo-Reibahle zeigt, wie diese Kombination realisiert wurde: Fünf starr in den Werkzeugkörper eingelötete PKD-Leisten fungieren an der Stirnseite des Werkzeuges als Aufbohr-Schneiden, übernehmen aber im weiteren Verlauf die Aufgabe von Führungsleisten für die beiden axial und radial einstellbaren Reibschneiden. Die für den Anwender spürbaren Effekte dieser Twin-Lösung sind deutlich höhere Schnittgeschwindigkeiten und Vorschubwerte im Vergleich zu konventionellen einstellbaren Ein- und Mehrschneiden-Reibahlen.

Zudem werden bei Bearbeitungszugaben von bis zu 2 mm auf den Durchmesser mit diesem Werkzeugkonzept bessere Qualitäten in Durchmesser, Rundheit und Oberfläche der Bohrung erzielt. Dies bedeutet Multifunktionalität des Werkzeugs, dargestellt am Beispiel der Bearbeitung von Aluminium-Druckgussteilen: Dabei ergibt sich die Möglichkeit einer Finish-Bearbeitung des Rohteils mit einem einstellbaren Reibwerkzeug ohne die Notwendigkeit eines vorherigen Aufbohrens.

Ein weiterer positiver Effekt des Twin-Turbo-Konzepts ist die Verringerung von Ausschussquoten, indem die integrierte Aufbohrfunktion eine Kompensation von Bohrungsfehlern aus vorgelagerten Operationen (Konizität, Unrundheit, Achsversatz) ermöglicht.

Anwendungsgerechte Auslegung der Reibahlen

Mit dem Belin-Wendeschneidplattensitz ist eine einfache Bedienung der axialen und radialen Einstellfunktion gewährleistet. Das System nimmt alle gängigen PKD- und HM-Standard-Reibschneiden auf, für spezielle Anwendungen können aber ebenso Sonder-Schneidplatten gefertigt werden. Der Erfolgsfaktor der Twin-Turbo-Werkzeuge ist die anwendungsgerechte Auslegung. Nur unter Berücksichtigung aller Bearbeitungsparameter, resultierend aus Werkstückgeometrie, Werkstoff, Maschine, Stückzahlen und Prozessverkettung, kann eine hohe Bearbeitungsqualität bei optimalen Standzeiten gewährleistet werden.

Ein Anwendungsbeispiel soll die Potenziale des Twin-Turbo-Konzepts verdeutlichen: Bei einem Drosselklappengehäuse (Bild 3) aus Aluminium-Druckguss für einen Bi-Turbo-Motor (etwa 120 000 Stück pro Jahr) wurde eine konventionelle 2-schneidige einstellbare Reibahle des Wettbewerbs durch ein Twin-Turbo-Werkzeug ersetzt. Bei gleicher Schnittgeschwindigkeit von 394 m/min und einer Drehzahl von 2200 min-1 konnte der Vorschub von 220 auf 400 mm/min erhöht und somit die Bearbeitungszeit um 3,86 s verringert werden.

Zudem hat sich die Bohrungsqualität hinsichtlich der Oberfläche von Ra 0,8 auf Ra 0,34 sowie der Zylindrizität von 12 auf 10 µ verbessert. Diese Vorteile werden nun auch für andere Bauteile genutzt, zum Beispiel für Motorblöcke, Zylinderköpfe, Wasser- und Ölpumpen.

Neuigkeiten auch bei klassischen Werkzeugen

Aber nicht nur bei den technisch anspruchsvollen, mehrschneidigen einstellbaren Werkzeuge können mit Sonderlösungen auch Sonderleistungen erreicht werden. Auch bei den klassischen Einschneiden-Reibahlen bietet Semi-Standard mehr, als Konfektionsware von der Stange. Die Reibahlen des Reamline-Programms von Belin (Bild 2) haben die Vorteile einer Standard-Wendeplatten-SBR (Single Blade Reamer), das heißt eine einfache Bedienung durch ein standardisiertes Plattensitz-Konzept und eine einfache radiale und gegebenenfalls axiale Einstellbarkeit. Die Werkzeuglinie wurde jedoch bewusst als Semi-Standard ausgelegt, um eine anwendungsgerechte Auslegung der Werkzeuge zu gewährleisten.

Die Produktlinie deckt Durchmesser von 8 bis 50 mm in den Toleranzklassen IT6 bis IT8 ab. Die Werkzeuge sind auf innere Kühlmittelzufuhr ausgelegt, wobei wahlweise ein Kühlmittelaustritt für Sackloch- oder Durchgangsbohrungen gewählt werden kann. Für Durchmesser ab 12 mm besteht zudem die Option eines justierbaren Kühlmittel-Leitventils, so dass ein Werkzeug für beide Bohrungsarten eingesetzt werden kann.

Die beiden Führungsleisten sind breiter dimensioniert, als bei gängigen Produkten anderer Hersteller. Als Werkstoff stehen Hartmetall, PKD oder Cermet zur Auswahl, wobei als Alternative zu PKD insbesondere die neue Ultrafeinstkorn-Sorte von Boehlerit zu nennen ist, mit der bis zu 80% der Schnittgeschwindigkeit von PKD-Leisten geführten Werkzeugen erreicht werden kann.

Bei den Reibschneiden bietet Belin ein eigenes Programm an Standard-Schneiden aus Hartmetall mit und ohne Beschichtung, PKD, CBN und Cermet an. Je nach Anforderung der Bearbeitungsaufgabe können auch Sonderanschnitte und -geometrien auf das Werkzeug angepasst werden. MM

Prof. Dr.-Ing. Diethard Thomas ist Leiter der LMT-Akademie und Öffentlichkeitsarbeit. Martin Danielczick ist Produktmanager Reiben bei der LMT Deutschland GmbH in Oberkochen. Weitere Informationen: Martin Danielczick, 73447 Oberkochen , Tel. (0 73 64) 95 79-80 18, Fax (0 73 64) 95 79-80 99, mdanielczick@lmt-tools.com

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