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Untersuchungen zur Optimierung der Schneidengestalt von VHM-Wendelbohrern für die Bearbeitung von warmfesten Nicke­lbasis­legierungen am Beispiel von Inconel 718

Bei der Bohrbearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe wie Inconel 718 wird die Pro­duk­ti­vi­tät ins­be­son­de­re durch die einsetzbaren Schnittparameter begrenzt. Werden diese nicht moderat gewählt, verkürzen sich die Werkzeug­standwege drastisch und die Bearbeitungsqualität nimmt ab. Um diese pro­duktionswirtschaftliche Limitierung zu verschieben, wird innerhalb dieses Projektes der wis­sen­schaft­liche Ansatz verfolgt, die Freifläche von VHM‑Bohr­werkzeugen mit einer geometrischen Modifikation zu versehen. Diese besteht aus schleiftechnisch eingebrachten Absätzen an der Freifläche, die den Kühlschmierstoff gezielt in Richtung der Werkzeugschneide lenken. Durch erhöhte Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich der Schneidenecken wird die Wärmeabfuhr aus dem Prozess ver­bessert, wodurch die thermische Be­las­tung des Schneidstoffs sinkt. Dies resultiert auch in einer geringeren Beeinflussung der gefertigten Oberflächenrandzonen, die ins­be­son­de­re bei hohen Schnitt­werten durch weiße Schichten und Aufhärtungszonen gekennzeichet sind. Das Ziel dieses Projektes besteht in der Ent­wick­lung und dem Ein­satz der Freiflächenmodifikation, um die Pro­duk­ti­vi­tät des Bohrprozesses zu steigern und kostenintensive Nachbearbeitung zu mi­ni­mie­ren.

In den bislang durchgeführten Untersuchungen wurden die auf das Werkzeug einwirkenden thermomechanischen Belastungen er­mit­telt, um die Freiflächen­modifikation geometrisch auszulegen. Dazu wurde ein CAD-Modell des modifi­zierten Werkzeugs erstellt und mit­hil­fe von FEM-Simulationen sichergestellt, dass das reale Werkzeug dem Prozess standhalten wird. CFD-Analysen haben zudem ergeben, dass durch die Einbringung eines Absatzes an der Freifläche der Kühlschmierstofffluss signifikant ver­bessert wird. Die Modifikation wurde auf einer Werkzeugschleifmaschine der Firma Schütte durch­ge­führt und die modi­fizierten Werkzeuge an­schlie­ßend eingesetzt. In diesen experimentellen Untersuchungen wurde nach­ge­wie­sen, dass auf diese Weise modifizierte Werkzeuge signifikant geringere Schneidentemperaturen und erheblich verlän­gerte Standwege im Vergleich zu Standardwerkzeugen aufweisen. Diese Effekte waren bei hohen Schnittgeschwindigkeiten be­son­ders ausgeprägt. Eine deutliche Reduktion verkokter Kühlschmierstoffrückstände hinter den Haupt- und Nebenschneiden deutet auf eine bessere Ver­sor­gung dieser Bereiche mit Kühlschmierstoff hin, die zu einer effektiveren Kühlschmierung führt. Dies lässt sich auch durch die signifikante Verringerung von Werkstoffanhaftungen an den Führungsfasen der Werkzeuge belegen, wodurch sich die erzielbare Bohrung­sgüte deutlich verbesserte.

In wei­te­ren Untersuchungen wird das Kühlschmierstoff-Strömungsverhalten an den Werkzeugen ex­pe­ri­men­tell un­ter­sucht, um die simulationsbasiert gewon­nenen Erkennt­nisse zu validieren. Darüber hinaus wird der Einfluss einer Beschichtung der Nuten an der Freifläche un­ter­sucht, von der bei einer in­dus­tri­el­len Applikation der Freiflächenmodifikation auszugehen ist. Parallel dazu wird eine Betrachtung alternativer Ver­fah­ren zur Einbringung einer Freiflächenmodifikation an VHM-Wendelbohrern durch­ge­führt.

© ISF
Ent­wick­lung der Freiflächenmodifikation für VHM-Wendelbohrer

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