Tieflochbohren für Metalle

Tieflochbohren Grundlagen und Methoden

Tieflochbohren ist ein fortschrittliches Bearbeitungsverfahren, das eingesetzt wird, wenn herkömmliche Bohrer bei extremen Tiefen Geradheit, Toleranzen und Oberflächengüte nicht mehr einhalten können. Gemäss der Norm VDI 3210 werden Tieflochbohrverfahren für Durchmesser zwischen 0,2 mm und 2000 mm angewendet, wenn die Bohrtiefe das Dreifache des Durchmessers überschreitet.

Bei kleinen Durchmessern sind Längen Durchmesser Verhältnisse (L/D) von 100 zu 1, in Sonderfällen bis zu 900 zu 1, erreichbar. Grosse Durchmesser sind dagegen durch die Maschinenbettlänge begrenzt.

Da diese Bohrungen so tief sind, muss das Kühlmittel unter hohem Druck an die Schneidkanten gepumpt werden, um sie zu schmieren, zu kühlen und kontinuierlich Späne abzuführen. Diese besonderen Anforderungen unterscheiden das Tieflochbohren vom konventionellen Bohren und machen den Einsatz spezieller Maschinen, Werkzeuge und Fachwissen notwendig.

Woher das Tieflochbohren kommt und warum es wichtig ist

Die Technologie entstand während des Ersten Weltkriegs, als Hersteller präzise und gerade Bohrungen für Gewehrläufe benötigten. Ein Jahrhundert später wird das Tieflochbohren in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Medizintechnik, der Öl- und Gasindustrie, der Waffenindustrie und der Hydraulikindustrie eingesetzt. Moderne Maschinen können Löcher erzeugen, die bis zu 200-mal länger sind als ihr Durchmesser, und die Technologie hat sich in über 15 Branchen verbreitet. Tiefe Bohrungen werden im Allgemeinen durch ein Verhältnis von Tiefe zu Durchmesser von über 10:1 definiert. Dieses Verhältnis ist wichtig, da herkömmliche Spiralbohrer in diesen Tiefen selten ihre Geradheit beibehalten. Sie haben Probleme mit der Spanabfuhr, dem Werkzeugverschleiss und der Oberflächengüte. Tieflochbohrmaschinen verwenden Hochdruckkühlung, spezielle Werkzeugführung und selbstführende Wendeschneidplatten, um die Späne kontinuierlich auszuspülen, das Werkzeug zentriert zu halten und die Bohrung für eine glatte Oberfläche zu glätten.

Die wichtigsten Methoden verstehen

Zwei Werkzeugfamilien dominieren das Tieflochbohren: asymmetrische Einlippenwerkzeuge (Tieflochbohrer, BTA-Bohrer und Auswerfersysteme) und symmetrische Mehrlippenbohrer. Symmetrische Werkzeuge (z. B. Spiral-Tieflochbohrer) arbeiten in einem kleinen Durchmesserbereich von etwa 0,2–32 mm und erreichen L/D-Verhältnisse von bis zu 85:1. Asymmetrische Werkzeuge unterstützen Durchmesser von 0,5 mm bis 2.000 mm und können deutlich höhere L/D-Verhältnisse erreichen, da Führungsleisten am Werkzeugkopf die Schnittkräfte auf die Bohrungswand übertragen und das Werkzeug stabilisieren. Die Führungsleisten glätten ausserdem die Bohrungswand. Die Oberflächenrauheit kann um etwa 70 % verbessert werden, wodurch häufig zusätzliche Nachbearbeitungsschritte entfallen.

Tieflochbohren

Ursprünglich für Gewehrläufe entwickelt, erzeugt das Tieflochbohren lange, gerade Löcher mit Durchmessern zwischen 1 mm und 35 mm. Ein Tieflochbohrer hat eine gerade Nut und einen Hohlkörper. Hochdruckkühlmittel wird durch das Rohr zur Schneide gepumpt, und die Späne werden entlang einer V-förmigen Nut abgeführt. Tieflochbohrer können Tiefen-Durchmesser-Verhältnisse von 400:1 auf Spezialmaschinen und sogar von 300:1 auf einigen Systemen verarbeiten. Zu den modernen Entwicklungen gehören Bohrer mit gelötetem Schaft und Vollhartmetall für kleine Durchmesser sowie Wendeschneidplattenbohrer, die Bohrungen bis zu einer Grösse von 13 mm bearbeiten können.

BTA (Einrohr-System)

Bei Bohrungen mit einem Durchmesser von mehr als 12 mm (½ Zoll) ist das BTA-Bohren entwickelt von der Boring & Trepanning Association vor über 80 Jahren effizienter. Ein BTA-Bohrer verfügt über einen grösseren Schneidkopf, der auf einem Rohr montiert ist. Kühlmittel wird ausserhalb des Rohrs entlang der Bohrung gepumpt, und Späne werden innerhalb des Rohrs abgeführt. Dieser Rückfluss verhindert, dass Späne die Bohrungsoberfläche beschädigen, und ermöglicht einen schnelleren Materialabtrag. BTA-Bohren bearbeitet üblicherweise Durchmesser von 12 mm bis 250 mm und wird häufig für Bohrungen >25 mm verwendet. Das System unterstützt auch komplexe Bearbeitungen wie Senken, Stufenbohren und Kernbohren.

Ejektor- und Doppelrohrsysteme

Das Ejektorsystem verwendet zwei konzentrische Rohre: Kühlmittel fliesst zwischen den Rohren zum Schneidkopf, und ein Venturi-Effekt leitet Späne und Kühlmittel durch das innere Rohr ab. Dieses Verfahren eignet sich für mittlere Durchmesser (ca. 16 mm und grösser) und wird häufig auf Standard-CNC-Maschinen eingesetzt, bei denen eine Hochdruck-Kühlmittelzufuhr verfügbar ist, BTA-Geräte jedoch unpraktisch sind.

Weitere Tieflochbearbeitungsverfahren

Parabolische Nutenbohrer und Tieflochbohrzyklen erweitern die Möglichkeiten von Spiralbohrern. Parabolische Nuten ermöglichen eine Spanabfuhr bis zu einer Tiefe von 20 × Durchmesser, während Tieflochbohrzyklen den Bohrer periodisch zurückziehen, um die Späne zu brechen und abzutransportieren. Die meisten Werkzeughersteller betrachten Tiefen von mehr als 3–4 × Durchmesser als „tief“ für Spiralbohrer. Für extrem tiefe Bohrungen (über 10× Durchmesser) sind jedoch spezielle Tiefloch- oder BTA-Bohrer mit Innenkühlung unerlässlich.

Die richtige Methode wählen – Kurzübersicht

Anwendungen und Vorteile in verschiedenen Branchen

Die Präzision und die Fähigkeit des Tieflochbohrens, die Geradheit über grosse Längen beizubehalten, haben zu einer weit verbreiteten Anwendung geführt:

• Luftfahrt: Fahrwerkskomponenten, Motorwellen und Hydrauliksysteme benötigen präzise, ​​lange Bohrungen. Die in der Luft- und Raumfahrt geforderte hohe Festigkeit und Dauerfestigkeit machen das Verfahren unverzichtbar.

• Automobilindustrie: Motorblöcke und Getriebewellen weisen oft komplexe Innenkanäle auf, die vom Tieflochbohren profitieren.

• Medizinische Geräte: Orthopädische Stäbe und chirurgische Instrumente benötigen präzise, ​​glatte Bohrungen, um Sicherheit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

• Öl & Gas: Bohrwerkzeuge und Bohrgeräte sind auf Tieflochbohrungen angewiesen, um robuste, gerade Kanäle zu gewährleisten.

• Hydraulikzylinder und Schwermaschinen: Lange, gerade Bohrungen gewährleisten eine ordnungsgemässe Abdichtung und einen effizienten Betrieb.

• Waffenherstellung: Dieses Verfahren ist nach wie vor ein Eckpfeiler für die Herstellung präziser Läufe.

Ausserhalb der Fertigung wird die Eigenspannungsmessung mittels Tieflochbohren (DHD) zur Spannungsanalyse in dicken Bauteilen eingesetzt. DHD ist eine semiinvasive Methode, bei der ein kleines Referenzloch in ein Bauteil gebohrt, dessen Durchmesser auf 0,5 µm genau gemessen und ein Materialzylinder, der das Loch enthält, trepaniert wird. Der Durchmesser des Referenzlochs wird erneut gemessen. Differenzen zwischen Messungen vor und nach dem Kernbohren werden zur Berechnung der Eigenspannungen genutzt. Das Verfahren misst Spannungen bis zu einer Tiefe von 750 mm und eignet sich für verschiedene Materialien.

Wichtige Herausforderungen und bewährte Verfahren

Tieflochbohren bietet zwar aussergewöhnliche Präzision, bringt aber auch Herausforderungen mit sich:

• Späneabfuhr: Die Späneabfuhr wird mit zunehmender Bohrungstiefe schwieriger. Hochdruckkühlung und spezielle Bohrgeometrien (z. B. parabolische Nuten oder interne Kühlmittelkanäle) sind entscheidend. Tieflochbohrzyklen und benutzerdefinierte G-Code-Strategien können Spanstau und Werkzeugbruch verhindern.

• Geradheit wahren: Lange Werkzeuge können sich verbiegen und konische oder aussermittige Bohrungen erzeugen. Führungsleisten in Tiefloch- und BTA-Bohrern stützen das Werkzeug an der Bohrungswand ab und reduzieren so Geradheitsabweichungen.

• Wärme und Werkzeugverschleiss: Tiefe Bohrungen erzeugen erhebliche Hitze. Effektive Kühlmittelzufuhr und kontrollierte Vorschubgeschwindigkeiten helfen, die Wärmeausdehnung zu kontrollieren und die Werkzeugstandzeit zu verlängern.

• Wahl des richtigen Kühlmittels: Die Verwendung des richtigen Kühlschmierstoffs reduziert den Werkzeugverschleiss und verbessert die Spanabfuhr. Studien haben gezeigt, dass die Wahl geeigneter Reinöle oder wassermischbarer Kühlmittel die Bearbeitungskosten um bis zu 45 % und die Werkzeugkosten um 18 % senken kann.

BACH INDUSTRY AG – Ihr Partner für Tieflochbohren

BACH INDUSTRY AG bietet hochpräzise Tieflochbohrdienstleistungen an. Unser Portfolio umfasst CNC-Tieflochbohrmaschinen, vertikale und horizontale Tieflochbohrmaschinen, BTA-Tieflochbohrmaschinen und Drehmaschinenaufsätze. Wir bieten auch Tieflochbohrwerkzeuge an, darunter Tieflochbohrer, Hartmetallbohrer, Spiralbohrer, Bohrstangen und Vorrichtungen. So können Sie sowohl Tieflochbohren als auch Tieflochbohren sicher durchführen.

Umfassende Dienstleistungen

Mit unseren Tieflochbohrservices unterstützen wir Kunden, die einmalige Aufträge benötigen oder nicht über die nötigen Kapazitäten verfügen. Ob Tieflochbohren, Lohnarbeiten oder Zugbohren unsere Spezialisten gewährleisten enge Toleranzen und eine hohe Oberflächengüte. Kunden, die nach Lieferanten oder Tieflochbohrunternehmen suchen, bieten wir Beratung, Maschinenauswahl, Werkzeugausstattung, Programmierunterstützung und Kundendienst. Dank unseres Netzwerks können wir Kunden in Ihrer Nähe in der Schweiz, Deutschland, Österreich, Liechtenstein, Belgien und sogar in ganz Afrika betreuen. Über unser Vertriebsnetz exportieren wir Teile rund um den Globus.

Qualität und Wert im Fokus

Kunden schätzen die transparente und wettbewerbsfähige Preisstruktur unserer Tieflochbohrmaschinen. Durch langfristige Beziehungen zu führenden Herstellern und Investitionen in lokale Lagerbestände bieten wir Maschinen zu attraktiven Preisen ohne Kompromisse bei der Qualität. Unser Team unterstützt Sie bei der Berechnung der Gesamtbetriebskosten, Anschaffungspreis, Betriebskosten, Werkzeug- und Kühlmittelverbrauch, damit Sie genau wissen, was Sie kaufen. Kunden in der Schweiz, Deutschland, Österreich, Liechtenstein, Belgien und Afrika beraten wir gerne zu Einfuhrzöllen, Finanzierungsmöglichkeiten und Wartungsplänen. So können Sie ganz einfach die richtige Ausrüstung kaufen und jahrelang produktiv bleiben.

Führende Technologien und Partner

Wir arbeiten mit Weltklasse-Marken wie UNISIG, TBT, Botek, Precihole, Sandvik Coromant und Walter zusammen, um bewährte Lösungen zu liefern. Beispielsweise basieren die BTA-Tieflochbohrmaschinen aus unserem Portfolio auf über 80 Jahren Erfahrung der Boring & Trepanning Association. CNC-Tieflochbohrmaschinen mit Echtzeitüberwachung, servogesteuerten Achsen und ausgeklügeltem Spanmanagement sorgen für präzise Ergebnisse selbst bei der Bearbeitung zäher Superlegierungen. Wir bieten ausserdem Tieflochbohrer-Werkzeugsysteme, Auswerferbaugruppen und kundenspezifische Vorrichtungen für die Grossserienfertigung oder flexible Lohnfertigung.

Expertise, der Sie vertrauen können

Die Wahl der richtigen Vorschubgeschwindigkeiten, Spindeldrehzahlen und Kühlmitteldrücke ist entscheidend. Unsere Ingenieure greifen auf bewährte Verfahren der Branche zurück: Hochdruck-Kühlmittel, das direkt in die Schneidzone geleitet wird, optimiert die Spanabfuhr; Pilotbohrungen und Lünettenstützen reduzieren die Werkzeugdurchbiegung; und kundenspezifische CNC-Zyklen passen die Zustellintervalle an die zunehmende Tiefe an. In Kombination mit unseren Schulungen und unserem technischen Support gewährleistet dieses Wissen, dass Ihr Team tiefe und präzise Bohrungen in Materialien wie Stahl und Aluminium, Inconel und Titan sicher herstellen kann.

Fazit

Tieflochbohren ist Wissenschaft und Kunst zugleich. Ausgehend von der Herstellung von Rohren hat sich die Technologie zu einer vielseitigen Technologie entwickelt, die Löcher erzeugt, die 200-mal länger sind als ihr Durchmesser und hochpräzise Bohrungen für die Luft- und Raumfahrt, die Medizintechnik, die Automobilindustrie und die Energiebranche liefert. Der Prozess basiert auf Spezialwerkzeugen – Tieflochbohrern, BTA-Systemen und Auswerferrohren –, die jeweils für bestimmte Durchmesser, Tiefen und Anwendungen optimiert sind. Das Verständnis der Grundlagen, die Wahl der richtigen Methode und die Befolgung bewährter Verfahren sichern den Erfolg.

Als führender Lieferant und Dienstleister bietet die BACH INDUSTRY AG hochmoderne Tieflochbohrdienstleistungen an. Unser Engagement für Qualität, Innovation und Kundenzufriedenheit hat uns zu einem zuverlässigen Partner in der Schweiz, Deutschland, Österreich, Liechtenstein, Belgien und Afrika gemacht.