Bohrer
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Der Titel dieses Artikels ist mehrdeutig. Weitere Bedeutungen finden sich unter Bohrer (Begriffsklärung). |
Ein Bohrer, auch Bohr-Einsatz genannt, ist ein Werkzeug oder Werkzeugteil zum Erzeugen von kreisrunden Löchern in einem Material durch Zerspanung. Das entstehende Loch wird auch Bohrung genannt, das Verfahren selbst heißt Bohren.
Inhaltsverzeichnis |
[Bearbeiten] Allgemeines
Ein Bohrer weist üblicherweise an der Spitze zwei oder mehr Schneiden auf, die von dem zu bearbeitendem Material je einen Span abnehmen. Die Späne werden durch seitliche, wendelförmig eingearbeitete Nuten entgegen der Vorschubrichtung aus dem entstandenen Bohrloch heraus geleitet.
Am Ende des Bohrers befindet sich ein zylinderförmiger Schaft (manchmal auch ein Sechskant),(meist mit einer Spannfläche), an dem er über ein Spannfutter mit einer Bohrmaschine verbunden werden kann. Größere Durchmesser (ab ca. 12 mm Durchmesser) können auch mit einer kegelförmigen Aufnahme, dem so genannten Morsekegel versehen sein.
[Bearbeiten] Abgrenzungen
Das Bohren unterscheidet sich von anderen Zerspanverfahren wie folgt:
- Beim Fräsen erfolgt der Vorschub in allen drei Dimensionen.
- Beim Drehen steht das Werkzeug fest, während das Werkstück rotiert.
- Beim Schleifen sind die Schneiden geometrisch unbestimmt.
[Bearbeiten] Formen von Bohrern
Ein Bohrer besteht aus Schaft und Kopf. Der Bohrerschaft soll das Drehmoment auf den Bohrkopf übertragen, den Bohrkopf führen und einen Abfluss des Bohrguts ermöglichen. Der Bohrkopf soll die Zerspanungsarbeit übernehmen.
[Bearbeiten] Kühlschmiermittel
Kühlschmiermittel sollen die beim Bohren entstehende Wärme abführen und die Reibung verringen, dies hält beim Bohren den Bohrer länger schneidhaltig, bis er verschleißbedingt wieder angeschliffen werden muss und erhöht die Oberflächengüte der Bohrung. Sie haben also beim Bohren drei Aufgaben:
- Ausspülen des Bohrgutes (Späne, Bohrschlamm)
- Abfuhr der Reibungswärme durch das Zerspanen und Umformen
- Verringerung der Reibung zwischen Bohrer und Werkstück
Für die unterschiedlichen zu bohrenden Materialien werden unterschiedliche Kühlschmiermittel eingesetzt:
- Bei Stahl wird oft Schneidöl oder eine Kühlschmiermittelemulsion eingesetzt
- Grauguss wird wegen des im Material enthaltenen Grafits meist trocken gebohrt
- Bei Aluminium hat sich auch Spiritus bewährt.
- Holz und Kunststoff werden ebenfalls meist trocken gebohrt
- Für Gestein wird ein Gemisch aus Wasser und den so genannten Compounds verwendet. Compounds sind Kunststoffe, denen zusätzliche Füll- oder Verstärkungsstoffe beigemischt worden sind.
Teilweise werden Kühlschmierstoffe mittlerweile durch Minimalmengenschmierung oder Trockenbearbeitung ersetzt.
[Bearbeiten] Holzbohrer
Ein Holzbohrer zeichnet sich dadurch aus , dass er in der Mitte eine dünne Spitze zur Zentrierung hat. Die beiden Schneiden stehen außen so vor, dass der Rand des Loches als erstes geschnitten wird. Dadurch werden die Fasern des Holzes sauber abgeschnitten und das Loch bekommt einen relativ glatten Rand.
Holzbohrer bestehen meist aus einer Chrom-Vanadium-Legierung und sind teilweise auch Hartmetall bestückt.
[Bearbeiten] Forstnerbohrer
Ein Forstnerbohrer dient zur Herstellung von planen Bohrungen mit größeren Durchmesser (erhältliche Größen: ab 12 mm). Eine Anwendung ist die Herstellung von Aufnahmebohrungen für Scharniere in Möbeln.
[Bearbeiten] Nagelbohrer
Nagelbohrer bestehen aus einem am Ende spiralförmig geformten Stahldraht, der oben entweder einen angenieteten Holzknebel oder eineaus dem Draht gebogene Schlaufe als Handgriff besitzt. Er dient vor allem zum Vorbohren von Löchern für Nägel im Holz. Heute sind nur noch kleine Durchmesser in Gebrauch, früher auch über 10mm. Die Qualität der Bohrung ist schlecht, da der Bohrungsrand ausreißt, diese Stelle wird jedoch vom Nagelkopf verdeckt. Aufgrund seiner kostengünstigen Herstellung wurde er auch von Bastlern verwendet, die keine Bohrmaschine besaßen.
[Bearbeiten] Spiralbohrer
Spiralbohrer haben eine kegelförmige Schneide, üblich ist ein Spitzenwinkel von 118° (für Stahl) oder 135° (Hartmetallbohrer).
[Bearbeiten] Andere Benennungen
- Wendelbohrer
- Auf Grund der realen Geometrie ist der Begriff Wendelbohrer derjenige, der die Form der Spannuten eines solchen Bohrers am besten beschreibt.
- Der anschaulichste Vergleich ist der mit einer Wendeltreppe, die damit allgemein fraglos richtig benannt ist.
- Metallbohrer
- Diese Art von Bohrern wird oft auch als Metallbohrer bezeichnet. Dieser Begriff ist irreführend, denn mit angepasster Schneidenwinkelgeometrie des Bohrers können auch Nichtmetalle gebohrt werden.
[Bearbeiten] Schneidengeometrie
Spiralbohrer Typ N für Stahl weisen einen Spiralwinkel (auch Seitenspanwinkel genannt) von 19°-40° auf und einen Spitzenwinkel von 118°. Für Typ H (harte, zähharte oder kurzspanende Werkstoffe) ist er kleiner (10°-19°)und der Spitzenwinkel 60- 130°, für Typ W (weiche, zähe oder langspanende Werkstoffe) größer (27°-45°), der Spitzenwinkel beträgt hier 130°. Die beiden Hauptschneiden (HS, siehe Bild) an der Bohrspitze verlaufen parallel, wodurch eine sogenannte Querschneide (QS) entsteht. Sie ist üblicherweise um 55° zu den Hauptschneiden versetzt. Diese schneidet -entgegen der Bezeichnung- nicht sondern hat eine schabende Wirkung, sie steht quer zur Bohr- bzw. Vorschubrichtung und erhöht den erforderlichen Arbeitsdruck, (Die Vorschubkraft für die Querschneide beträgt etwa 1/3 der gesamt Vorschubkraft.) auf das Bohrwerkzeug sowie die Gefahr des so genannten "Verlaufens", d.h. die seitliche Lageverschiebung beim anbohren. Um dies zu verhindern, muss grundsätzlich vor dem Bohren gekörnt werden. Durch eine besondere Anschlifftechnik, das so genannte Ausspitzen, kann die Querschneide verkleinert werden, um den Bearbeitungsdruck und damit die Reibleistung zu reduzieren.
Beim Bohren von größeren Bohrungen und zur Sicherstellung einer lagegenauen Bohrung empfiehlt es sich trotzdem, vorher mit einem Zentrierbohrer oder einem kleineren Bohrer vorzubohren, der Durchmesser dieses Bohrers sollte mindestens die Größe der Querschneide (0,3*D) haben.
[Bearbeiten] Werkzeugtypen
Bei Spiralbohrern unterscheidet man im Wesentlichen drei Werkzeugtypen: Typ W für weiche Werkstoffe (langspanend), Typ H für harte und spröde Werkstoffe (kurzspanend) und Typ N für normalharte Werkstoffe (normalspanend). Sie unterscheiden sich durch die Größe des Spanwinkels gamma. Typ W 27...45 Grad, Typ H 10...19 Grad und Typ N 19...40 Grad.
[Bearbeiten] Bohrerwerkstoffe
Spiralbohrer bestehen aus Schnellarbeitsstahl (HSS; engl.: High Speed Steel), einfache aus Chrom-Vanadium-Stählen (CV). Für extreme Anwendungen in zähen Metallen aus Hartmetall.
Die Härte und Verschleißfestigkeit dieser Bohrer kann weiter durch verschiedene Beschichtungen z.B. aus TiAlN (Titanaluminiumnitrid - violette Färbung), TiCN (Titancarbonitrid - braunschwarze Färbung) oder TiN(Titannitrid- goldene Färbung) erhöht werden. Beschichtete Bohrer zeichnen sich zudem durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit, einer hohen Lebensdauer und deutlich erhöhten Vorschub- und Schnittgeschwindigkeiten aus. Weiterhin kann die Beschichtung ein Festkleben oder sogar Verbacken des zu spanenden Werkstoffs an der Schneide verhindern und den Bohrer evtl. zur Trockenbearbeitung geeignet machen. Der erhöhte Einkaufspreis wird durch die genannten Vorteile meist wett gemacht. Zum Einsatz kommen beschichtete Bohrer meist in der CNC-Bearbeitung.
Zur Bearbeitung von gehärtetem Stahl, Mangenstahl, Hartguss, faserverstäkten Verbundwerkstoffen oder Beton werden Bohrer mit eingesetzten Hartmetallschneiden oder Vollhartmetallbohrer verwendet. Auch an automatischen Werkzeugmaschinen hat der Vollhartmetallbohrer aufgrund der deutlich höhrern Schnittgeschwindigkeit die HSS-Bohrer weitestgehend verdrängt.
[Bearbeiten] Zentrierbohrer und Anbohrer
Ein Zentrierbohrer ist ein dünner Bohrer (1-10 mm Durchmesser) aus HSS mit einem dicken Schaft. Eine Anwendung ist die Herstellung eines Zentrierpunktes an langen, schlanken Drehteilen für die Reitstockspitze auf einer Drehmaschine. Aufgrund der kurzen Bohrerlänge wird ein Verlaufen des Bohrers beim Anbohren vermindert, sodurch sich der Zentrierbohrer auch zum Anbohren eignet. Das eigentliche Loch kann anschließend mit einem Wendelbohrer gebohrt werden, welcher durch die Zentrierbohrung von Anfang an seitlich geführt ist. Es lassen sich jedoch mit einem Zentrierbohrer keine tiefen Löcher bohren, er ist nur zum Vorbohren geeignet.
Auf Werkzeugmaschinen und insbesondere auf Bearbeitungszentren werden nur NC-Anbohrer verwendet. Diese haben keine Spitze, wodurch sich kürzere Anbohrwege ergeben, und einen Spitzenwinkel von 90° oder 120°. Tiefe Löcher können damit nicht gebohrt werden, da sie keine Führungsfasen besitzen. Ist die Senkung tief genug, dient sie bei der späteren Bohrung gleichzeitig als Fase. Die Drehzahl beim Zentrieren sollte sehr hoch gewählt werden.
[Bearbeiten] Aufbohrer
Aufbohrer dienen zum Erweitern vorgebohrter, vorgestanzter oder vorgegossener Bohrungen. Im Falle des Spiralsenkers ähnelt ihr Aufbau dem des Spiralbohrers, nur dass drei oder vier Schneiden zur Verfügung stehen. Dies erhöht das Zeitspanvolumen, gibt dem Bohrer eine bessere Führung und erhöht damit die Rundheit und Richtung der Bohrung. Bei tiefen Bohrungen hat sich das modulare System aus Aufsteck-Halter als Bohrerschaft und Aufsteck-Aufbohrer als Bohrkopf bewährt.
[Bearbeiten] Wendeplattenbohrer
Zum Bohren großer Bohrungen ins Volle verwendet man auf Bearbeitungszentren Wendeplattenbohrer. Diese bestehen aus einem Grundkörper aus Werkzeugstahl mit Spannfläche und Spannuten und der Aufnahme für eine, meist jedoch mehrere Wendeschneidplatten aus Hartmetall. Diese werden üblicherweise mit Schrauben im Plattensitz befestigt.
Wendeplattenbohrer sind insofern ein Sonderfall, dass sie eigentlich Bohrer mit nur einer Schneide sind. Die (meistens) zwei Platten arbeiten in verschiedenen Durchmesserbereichen, die innere Platte zerspant im Zentrum, während die Äußere die Bohrungswand bearbeitet (beim Spiralbohrer bearbeiten beide Schneiden den selben Bereich). Dadurch werden die Platten sehr ungleichmäßig belastet (Schnittgeschwindigkeit, Schnittweg), weswegen eine sorgfältige Anpassung von Werkstoff, Schneidstoff und Schneidengeometrie empfehlenswert ist.
Durch die bei Wendeschneidplatten recht hohen Vorschubwerte pro Schneide sind trotz des Fehlens der 2. Schneide die Vorschübe vergleichbar mit den Vorschüben, welche mit Spiralbohrern erreichbar sind.
[Bearbeiten] Tiefbohrer
Mit verschiedenen Tiefbohrverfahren lassen sich in der Metallverarbeitung Löcher bis zum 200fachen des Bohrerdurchmessers bohren bei gleichzeitig hoher Oberflächengüte und Einhaltung von Bohrungstoleranzen bis H8. Tiefbohrer, auch Tieflochbohrer genannt, können nur auf Tiefbohrmaschinen eingesetzt werden. Der Bohrer besteht aus Rohrschaft und aufsitzendem Bohrkopf, an welchem sich an der Spitze ein oder zwei Wendeschneidplatten und am Umfang meist zwei Führungsleisten aus Hartmetall befinden. Beim Anbohren des Werkstücks zentriert eine mitlaufende Bohrbuchse den Tiefbohrer. Mit hohem Druck wird Kühlschmierstoff durch den Bohrschaft gepresst und spült die Späne aus der Bohrung. Dabei kann der Kühlschmierstoff auch zwischen Rohrschaft und Bohrungswand zur Wirkstelle gelangen und die Späne im Schaftinneren abführen.
Für den Beruf des Tiefbohrers in der Erdölindustrie siehe hier
[Bearbeiten] Betonbohrer
Zum Bohren in Beton benutzt man Bohrer, bei denen an der Spitze je Schneide ein Plättchen aus Hartmetall (Markenname: Widia) als Schneide durch Hartlötung mit dem Bohrer verbunden ist (deshalb umgangssprachlich Widia-Bohrer). HSS würde viel zu schnell stumpf werden. Da Hartmetall teuer und spröde ist und somit leicht bricht, wird nicht der ganze Bohrer aus Hartmetall gefertigt, sondern nur ein Einsatz in der Spitze.
[Bearbeiten] Bohrkopf, Bohrkrone
Bohrköpfe und Bohrkronen werden bei Bohrungen im festen Gestein eingesetzt. Sie zerstören das Gestein im Bohrlochtiefsten. Bohrköpfe zerstören die gesamte Bohrlochsohle, das Gesteinsmaterial wird als feines Bohrklein aus dem Bohrloch - meist mit einer flüssigen Spülung, bei kurzen Bohrlöchern auch mit Druckluft - herausgespült. Bohrkronen hingegen sind ringförmig und werden für Kernbohrungen eingesetzt, bei denen das hohle Bohrgestänge das Gesteinsmaterial möglichst unbeschädigt aufnimmt. Bohrköpfe haben Durchmesser von wenigen Zentimetern bis über 30 cm. Bei Tiefbohrungen (zum Teil mehr als 10 km Tiefe) werden Rollenmeißel (siehe Bild) eingesetzt. Heutige Modelle besitzen meist drei Rollen mit harten Metallnoppen. Diese zerstören das Gestein allein durch das Abrollen auf der Bohrlochsohle.
Eine weitere Form der Bohrkrone wird auch im Handwerksbereich bei der Hausinstallation zum setzen von Hohlwanddosen (z.B. für Steckdosen oder Schalter) eingesetzt. Sie kann in nahezu jeden Typ von Bohrmaschine eingespannt werden.
Bei dieser Form der Bohrkrone dient ein im Zentrum der Krone fixierter Führungsstab (ein Rundstahl oder Betonbohrer) als Zentrierung, damit die Bohrkrone beim Bearbeitungsvorgang nicht "verläuft". Mehrere auf der Seitenwand der Krone nach vorne hin weisend aufgesetzte Schneidplatten (meist Hartmetallschneiden) fräsen sich in das zu bearbeitende Material. Da die Bohrkrone auf der Rückseite geschlossen ist, ist die optimale "Tiefe" der Bohrung bereits vorbestimmt.
[Bearbeiten] Fließbohrer
Im Gegensatz zum spanenden Bohren ist das Fließbohren oder Fließformen ein spanloser Umformprozess in dünnwandigem Werkstoff. Der Fließbohrer hat eine konische Spitze und einen daran anschließenden zylindrischen Teil, der den Durchmesser der entstehenden Bohrung bestimmt, jedoch keine Spanräume wie ein herkömmlicher Bohrer. Das bearbeitete Material wird nicht zerspant, sondern durch die Kraft des Bohrers und die entstehendende Reibungstemperatur verdrängt und zu einem wulstförmigen Auswurf verformt. Fließbohrer werden aus Hartmetall hergestellt.
[Bearbeiten] Laserbohren
Laserbohren ist streng genommen eine Sonderform des Bohrens, denn es wird kein Span abgenommen. Der Laser erhitzt den Werkstoff, welcher anschließend schmilzt und verdampft oder mit Gas ausgeblasen wird. In nahezu alle Metalle, keramische Werkstoffe, Kunststoffe und Diamanten lassen sich mit diesem Verfahren Bohrungen bis 50 mm Tiefe und 10-2000 µm Durchmesser mit einer Genauigkeit von 1 µm einbringen. Man unterscheidet zwischen Einzelpulsbohren, Perkussionsbohren (Mehrfachpulsbohren) und Trepanierbohren (Bündelmanipulation durch eine rotierende Linse). Das Verfahren findet vor allem Verwendung, wenn viele Löcher unter Einhaltung enger Toleranzen hergestellt werden wie zum Beispiel bei Filtern, Sieben, Lagern, Einspritzmodulen und in der Hydraulik. Bei größeren mittels Lasern hergestellten Bohrungen spricht man vom Laserschneiden.
