Bohrbearbeitung: Definition, Verfahren, Betriebsarten und Verwendung

Bohrbearbeitung ist ein subtraktives Schneidverfahren, das vorhandene Löcher in Werkstücken erweitert oder verfeinert. CNC-Hersteller nutzen dieses Verfahren, um Maßgenauigkeit und glatte Oberflächen in Löchern zu erzielen. Viele Fertigungsunternehmen nutzen Bohrbearbeitung, um Bohrfehler zu korrigieren, Löcher auf exakte Größen zu vergrößern und Guss- oder Formunregelmäßigkeiten zu beseitigen. Dieser Artikel erklärt, was Bohrbearbeitung ist, wie sie funktioniert und welche verschiedenen Bohrverfahren es gibt.

Was ist Bohrbearbeitung?

Bohrbearbeitung ist ein subtraktives Fertigungsverfahren zur Vergrößerung und Verfeinerung einer vorhandenen Bohrung. Der Prozess verbessert Durchmesser, Geometrie, Konzentrizität und Oberflächengüte der Bohrung. Im Gegensatz zum Bohren, das die Bohrung erzeugt, wird sie beim Bohren verfeinert. Es basiert auf einem einschneidigen Schneidwerkzeug, einem sogenannten Bohrstange.

Historische Entwicklung und Evolution

Die Geschichte des Bohrens ist eng mit der Entwicklung von Werkzeugmaschinen verbunden. 1774 erfand John Wilkinson die erste Werkzeugmaschine, die viele als erste Werkzeugmaschine bezeichnen – eine Bohrmaschine zur Herstellung präziser Zylinder für Dampfmaschinen. Diese Erfindung revolutionierte den Feinmechaniker.

In den 1860er Jahren führte Francis Pratt eine Bohrmaschine mit Schraubvorschub ein, die mehr Kontrolle bot. Im 20. Jahrhundert, insbesondere während des Ersten und Zweiten Weltkriegs, erlebte das Bohren mit der Einführung von Koordinatenbohrern eine rasante Entwicklung. In den 1970er Jahren setzte sich die CNC-Technologie durch und verwandelte eine ehemals manuelle Arbeit in einen automatisierten Präzisionsprozess.

Bohrbearbeitungsprozess und wie er funktioniert

Das Bohrwerkzeug dringt in ein bereits vorhandenes Loch ein, das normalerweise gebohrt oder gegossen ist, und entfernt Material von dessen Innenwänden. Dies wird entweder durch die Rotation des Werkstücks (bei Drehmaschinen) oder des Schneidwerkzeugs (bei Fräsmaschinen) erreicht.

Es gibt vier Hauptphasen:

• Konfiguration: Richten Sie das Werkzeug aus und fixieren Sie das Werkstück.
• Schruppen: Entfernen Sie schnell das meiste Material.
• Vorschlichten: Verbessern Sie Genauigkeit und Oberfläche.
• Finishing: Erreichen Sie die endgültigen Spezifikationen.

Je nach Maschine und Auftrag kann das Bohren vertikal oder horizontal erfolgen.

Erforderliche Werkzeuge und Ausrüstung

Die Bohrbearbeitung erfordert spezielle Werkzeuge und Maschinen, um eine hohe Genauigkeit zu erreichen. Hersteller setzen verschiedene Komponenten ein, um einen optimalen Prozessablauf zu gewährleisten.

Werkzeug/Ausrüstung	Zweck
Bohrstange	Hält Schneideinsätze zum Schneiden innerer Lochoberflächen
Schneideinsatz	Tatsächliche Schneide an der Bohrstange befestigt
Drehbank	Dreht das Werkstück zum zylindrischen Ausbohren
Fräse	Hält das Werkstück statisch; das rotierende Werkzeug führt den Schnitt aus
Vorrichtungsbohrmaschine	Hochpräzises Werkzeug zur Feinpositionierung von Löchern
Langweiliger Kopf	Einstellbar für verschiedene Lochgrößen und Feinabstimmung
CNC-Steuerung	Automatisiert und überwacht alle Werkzeugwege und Vorschübe

Arten der Bohrbearbeitung

Hersteller haben die Bohrbearbeitung basierend auf der Maschinenanordnung und den Anwendungsanforderungen in verschiedene Typen unterteilt. Zu den wichtigsten Typen gehören:

Horizontales Bohren

Horizontalbohren ist die häufigste Bohrmethode. Dabei bewegt sich das Bohrwerkzeug parallel zur Werkstückachse. Viele Werkstätten verwenden Horizontalbohrmaschinen, da sie sich gut für längere Werkstücke eignen. Jedes Horizontalbohrsystem ist so konzipiert, dass beim Vergrößern einer Bohrung die korrekte Achsenausrichtung beibehalten wird.

Vertikales Bohren

Die Vertikalbohrung erfolgt mit einem Vertikale Maschine Aufbau, bei dem sich das Werkzeug senkrecht zum Boden bewegt. Diese Methode wird häufig bei schweren Werkstücken oder besonders großen Bohrungsdurchmessern verwendet. Vertikalbohrmaschinen bieten eine bessere Kontrolle bei der Bearbeitung schwerer Bauteile.

Präzisionsbohrmaschinen

Präzisionsbohrmaschinen sind spezielle Geräte für kleine, empfindliche Teile, die eine sehr glatte Oberfläche und hohe Genauigkeit erfordern. Jede Präzisionsbohrmaschine ist so konzipiert, dass sie Material mit einem sehr feinen Schneidwerkzeug abträgt, das der exakten Mittellinie der vorhandenen Bohrung folgt. Viele Anwender in Branchen wie der Uhrenindustrie und der Medizintechnik bevorzugen diese Maschinen.

Spezialbohrtechniken

Die Hersteller setzen außerdem fortschrittliche Techniken ein, darunter:

• Linienbohrung: Richtet mehrere Löcher in einem Motorblock oder einem ähnlichen Werkstück aus und korrigiert sie.
• Rückwärtsbohren: Vergrößert das Loch von innen nach außen von der Rückseite aus, nützlich, wenn eine Senkung oder eine bestimmte Innenform erforderlich ist.
• Blindbohren: Vergrößert ein Loch, das das Werkstück nicht vollständig durchdringt. Diese Methode erfordert eine sorgfältige Tiefenkontrolle.
• Mikrobohren: Liefert ultrapräzise Ergebnisse bei sehr kleinen Durchmessern, unverzichtbar in der Medizin- und Elektronikindustrie.

Hersteller wählen einen bestimmten Typ basierend auf der Geometrie des Werkstücks, der Art der Materialien und der gewünschten Endanwendung aus. Nachfolgend finden Sie eine Liste gängiger Bohranwendungen nach Typ:

• Horizontalbohrung: Motorblöcke, lange Wellen, Rohrleitungen.
• Vertikales Bohren: Turbinengehäuse, schwere Lagergehäuse.
• Präzisionsbohren: Komponenten für medizinische Geräte, Teile für die Luft- und Raumfahrt.
• Linien- und Rückwärtsbohren: Montagevorrichtungen, Senkvorrichtungen.

Nachfolgend sehen Sie eine Übersichtstabelle dieser Typen:

Bohrart	Beschreibung	Allgemeine Anwendungen
Horizontales Bohren	Verwendet eine horizontale Bohrstange; ideal für lange Werkstücke.	Motorblöcke, Langwellen, Reparaturwerkstätten.
Vertikales Bohren	Nutzt die vertikale Spindelbewegung; ideal für schwere Teile.	Turbinengehäuse, große Industriekomponenten.
Präzisionsbohren	Bietet hohe Genauigkeit mit engen Toleranzen.	Luft- und Raumfahrt, Uhrenkomponenten, Präzisionsinstrumente.
Linie/Rückseite/Blind	Spezielle Techniken zur Ausrichtung und bestimmte Lochformen.	Motorausrichtung, Senkbohrungsherstellung, Sacklochbearbeitung.
Mikrolangweilig	Erzeugt sehr kleine, präzise Löcher.	Medizinische Geräte, elektronische Komponenten, winzige mechanische Teile.

Wichtige Parameter und Einstellungen der Bohrbearbeitung

Der Erfolg der Bohrbearbeitung hängt von mehreren Parametern ab, die genau kontrolliert werden müssen.

Schneidgeschwindigkeit

Die Schnittgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der sich das Schneidwerkzeug am Werkstück entlang bewegt. Sie beeinflusst sowohl die Oberflächengüte als auch die Werkzeugstandzeit. Um Werkzeugklappern und übermäßige Hitze zu vermeiden, verwenden Bediener moderate Geschwindigkeiten.

Vorschubgeschwindigkeit

Der Vorschub gibt an, wie weit das Werkzeug pro Umdrehung vorrückt. Er bestimmt die Oberflächengüte und die Geschwindigkeit des Materialabtrags. Beim Feinbohren wird ein niedrigerer Vorschub gewählt, um Vibrationen zu vermeiden.

Schnitttiefe

Die Schnitttiefe gibt die Materialmenge an, die in einem Durchgang abgetragen wird. Eine geringe Schnitttiefe verringert das Risiko von Werkzeugdurchbiegung und Vibrationen. Bei einer deutlichen Vergrößerung werden mehrere Durchgänge durchgeführt.

Toleranzen

Toleranzen geben die zulässige Abweichung der fertigen Abmessungen an. Enge Toleranzen erfordern sorgfältige Vorbereitung und langsame Schnittgeschwindigkeiten. Das Verfahren zielt darauf ab, Toleranzen von oft bis zu ±0.002 Zoll zu erreichen.

Kühlmittelfluss und -temperatur

Der Kühlmitteldurchfluss regelt die Temperatur und schmiert den Schneidbereich. Eine ordnungsgemäße Kühlung reduziert den Werkzeugverschleiß und verbessert die Oberflächenqualität. Bediener verwenden hochwertiges Kühlmittel und steuern den Durchfluss, um den Schneidbereich sauber zu halten.

Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten Parameter und typischen Einstellungen:

Parameter	Beschreibung	Typischer Wertebereich
Schneidgeschwindigkeit	Geschwindigkeit, mit der sich das Werkzeug über das Material bewegt	100 m/min (max)
Vorschubgeschwindigkeit	Wegstrecke, die das Werkzeug pro Umdrehung zurücklegt	0.1 – 0.2 mm/U
Schnitttiefe	Dicke des bei jedem Durchgang entfernten Materials	0.010 – 0.200 Zoll/Durchgang
Werkzeugüberhang	Länge des über den Halter hinausragenden Werkzeugs	Minimiert für Genauigkeit
Spulengeschwindigkeit	Anzahl der Umdrehungen pro Minute	Angepasst nach Material

CNC-Maschinenbediener Stellen Sie sicher, dass jede Einstellung vor Produktionsbeginn getestet wird. Sie nutzen eine Kombination aus Erfahrung und Messgeräten, um die optimalen Parameter einzustellen.

Vorteile und Grenzen der Bohrbearbeitung

Die Hersteller schätzen die Bohrbearbeitung aufgrund ihrer Vorteile, sind sich jedoch auch der Grenzen dieser Methode bewusst.

Vorteile der Bohrbearbeitung

• Die Bohrbearbeitung bietet eine außergewöhnliche Genauigkeit und erreicht manchmal Toleranzen von nur ±0.0005 Zoll.
• Das Verfahren erzeugt glatte Oberflächen, die die Reibung verringern und den anschließenden Wartungsaufwand reduzieren.
• Hersteller können die Bohrbearbeitung für verschiedene Materialien und Werkstückgrößen nutzen, von winzigen medizinischen Geräten bis hin zu großen Industrieanlagen.
• Das gleiche Bohrwerkzeug kann für unterschiedliche Lochgrößen verwendet werden, was die Effizienz in der Produktion erhöht.
• Obwohl die Ersteinrichtung kostspielig sein kann, profitieren Hersteller bei der Massenproduktion von einer verkürzten Bearbeitungszeit.
• Durch die Bohrbearbeitung können Fehler aus vorherigen Vorgängen, wie beispielsweise dem Bohren, korrigiert werden, wodurch eine verbesserte Ausrichtung und Maßgenauigkeit gewährleistet wird.

Einschränkungen der Bohrbearbeitung

• Hersteller müssen in hochwertige Bohrmaschinen investieren, insbesondere wenn CNC-Steuerungen gewünscht sind.
• Techniker müssen über umfassende Kenntnisse der Bearbeitungsprinzipien verfügen, um die Geräte ordnungsgemäß einrichten und bedienen zu können.
• Schneideinsätze und Bohrstangen unterliegen einem Verschleiß und müssen möglicherweise häufig ausgetauscht werden.
• Durch das Bohren können keine neuen Löcher erzeugt werden; der Vorgang vergrößert lediglich bereits vorhandene.
• Bei der Bearbeitung tiefer Bohrungen müssen Hersteller die Werkzeugdurchbiegung und Vibrationen in den Griff bekommen.
• Große Bohrmaschinen benötigen viel Stellfläche, was in kleineren Anlagen ein Problem darstellen kann.

Anwendungen und unterstützte Materialien der Bohrbearbeitung

Branchen, in denen Bohren verwendet wird

• Luft- und Raumfahrt: Turbinenkomponenten, Fahrwerke
• Automobil: Motorblöcke, Zylinderköpfe
• Medizinisch: Chirurgische Instrumente, orthopädische Teile
• Ölbenzin: Ventilkörper, Pumpengehäuse
• Energie: Naben für Windkraftanlagen, Komponenten für Kernkraftwerke
• Bau: Baggerrahmen, Getriebe

Unterstützte Materialien

Material	Geeignete Anwendungsgebiete
Stahl	Ausgezeichnet
Aluminium	Ausgezeichnet
Gusseisen Kochgeschirr	Ausgezeichnet
Titan	Gut
Messing Kupfer	Gut
Kunststoffe	Fair
Composite	Specialized

Vergleich der Bohrbearbeitung mit anderen Verfahren

Um die optimale Technik für eine bestimmte Anwendung zu finden, vergleichen Hersteller häufig das Ausbohren mit dem Drehen, Reiben und Fräsen. Dabei haben sie folgende Unterschiede festgestellt:

• Bohren vs. Ausbohren: Beim Bohren wird das erste Loch mit einem Bohrer erzeugt, während beim Aufbohren dieses Loch vergrößert und verfeinert wird. Bohren bietet im Vergleich zum Aufbohren eine geringere Genauigkeit und rauere Oberflächen.
• Drehen vs. Bohren: Beim Drehen wird Material von der Außenfläche eines Werkstücks entfernt. Beim Bohren hingegen wird die Innenfläche einer Bohrung verfeinert.
• Reiben vs. Aufbohren: Beim Reiben werden mehrschneidige Werkzeuge verwendet, um eine Bohrung mit einer noch feineren Oberfläche zu versehen. Beim Bohren wird ein einschneidiges Werkzeug verwendet, das eine höhere Genauigkeit bei unterschiedlichen Bohrungsformen bietet, aber möglicherweise mehr Material abträgt.

Tabelle. Vergleich zwischen Bearbeitungsprozessen

Prozess	Zweck	Werkzeugtyp	Typische Toleranz	Qualität der Oberflächenbeschaffenheit	Antragsprozess
Bohren	Neue Löcher erstellen	Bohrer	±0.005 bis ±0.02 Zoll	Raue Oberfläche; geringere Präzision	Anfängliche Locherstellung
Bohren	Löcher vergrößern/verfeinern	Bohrstange mit Schneideinsatz	±0.0005 bis ±0.002 Zoll	Glatte Oberfläche; hohe Präzision	Präzise Innenbearbeitung
Drehung	Form der Außenflächen	Einschneidiges Schneidwerkzeug	±0.005 Zoll (ca.)	Mittlere bis grobe Oberfläche	Außenflächenbearbeitung
Reiben	Vorhandene Löcher optimieren	Mehrschneidige Reibahle	±0.001 Zoll	Extrem glatte Oberfläche	Fertigstellen von Bohrlöchern

Lies auch: Bohren vs. Ausbohren vs. Reiben

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