Untersuchung von Torsionsratterschwingungen bei Tiefbohrprozessen mit überlangen Spiralbohrern

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Das Bohren zählt zu den wichtigsten spanenden Fertigungsverfahren. Durch den Einsatz überlanger Spiralbohrer mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von ≥ 30 werden klassische Einlippenbohrer in Tiefbohrprozessen zunehmend substituiert. Eine große Produktivitätssteigerung kann durch die Verfahrensintegration des Tiefbohrprozesses mit über-langen Spiralbohrern auf Standard-Bearbeitungszentren erreicht werden. Das dynamische Verhalten dieser Werkzeuge verhindert bisher vielfach eine Umsetzung dieser Innovation. So genanntes regeneratives Torsionsrattern bewirkt bei Bohrprozessen mit überlangen Spiralbohrern und Bohrwerkzeugen mit vergleichbaren mechanischen Eigenschaften eine erhebliche Mehrbelastung des Werkzeugs. Diese limitiert das erreichbare Zeitspanvolumen und reduziert bei vielen Anwendungen den Standweg des Werkzeugs. Darüber hinaus führen die Torsionsschwingungen zu deutlichen Schallemissionen und stellen daher auch eine Gesundheitsbelastung für die an Werkzeugmaschinen tätigen Mitarbeiter dar. Trotz mehrerer wissenschaftlicher Untersuchungen sind die beteiligten Wirkzusammenhänge nicht hinreichend erforscht und verstanden. Eine gezielte Anpassung des Werkzeugs und der Prozessführung sind daher bis heute nicht oder nur bedingt möglich. Durch eine umfassende experimentelle und simulationsgestützte Untersuchung soll das Phänomen des regenerativen Torsionsratterns in dem hier beschriebenen Forschungsvorhaben grundlegend untersucht sowie Einflussgrößen, Wirkmechanismen und Kompensationsmöglichkeiten identifiziert werden. Ziel ist ein besseres Verständnis für den Torsionsrattermechanismus des Hochgeschwindigkeitsbohrprozesses, dem sodann eine Berücksichtigung in der Werkzeugentwicklung und Anwendung folgen kann. Der hieraus erwachsende Nutzen ist eine Steigerung der Wirtschaftlichkeit beim Einsatz überlanger Spiralbohrer in Tiefbohrprozessen, eine Verbesserung der Energieeffizienz (geringere Hauptzeit) und Ressourceneffizienz durch verringerten Werkzeugverschleiß (reduzierter Hartmetallverbrauch) sowie eine Verringerung der Umwelt- und Gesundheitsbelastung durch Schallemissionen.