Prozess- und Werkzeugentwicklung zur Gestalt- und Oberflächenstrukturoptimierung an Einlippenbohrwerkzeugen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dirk Biermann
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 385966032

Im Grundlagenprojekt wurde mithilfe von drei unterschiedlichen Präparationsmethoden die Erzeugung und Beeinflussung der Führungsleistentopographie an Einlippenbohrwerkzeugen analysiert. Die dadurch ermöglichte Verbesserung der Bohrungsgüte bietet für zahlreiche Anwendungsbereiche die Möglichkeit zur Steigerung der Prozessqualität. Dazu zählen bspw. die Medizinaltechnik zur Herstellung von Bohrungen in Knochennägeln, der Werkzeug- und Formenbau zur Erzeugung von Kühlbohrungen, der Einsatz in der Off-Shoreindustrie und der Automobilindustrie von Einspritzkomponenten. Insbesondere für die Fahrzeugindustrie ergibt sich bei der Fertigung von Hoch- und Niederdruckbohrungen im Halte- und Düsenkörper von Commonraileinspritzsystemen bei Nutzkraftwagen (NKW) ein Potenzial der Steigerung der Bohrungsgüte. Dies ist insbesondere notwendig, da aktuelle Werkzeugkonzepte ohne eine Optimierung der Werkzeugtopographie und -umfangsgestalt die Anforderungen an die maximale Rautiefe Rmax < 10 Mikrometer nicht prozesssicher erfüllen können. Daher bietet der Ansatz zur gezielten Änderung der Werkzeugumfangsgestalt bei gleichzeitiger Verbesserung der Oberflächentopographie durch das hier betrachtete Polierschleifen in Kombination mit einem optimierten Beschichtungsprozess die Möglichkeit, eine Minimierung der maximalen Riefentiefe zu erreichen. Die Ergebnisse des Grundlagenprojektes zeigen, dass durch eine Präparation der Werkzeuge eine Verbesserung des Einlaufverhaltens von Rmax = 8,5 Mikrometer auf Rmax = 2,6 Mikrometer und der Bohrungsgüten über den Standzeitverlauf von lc = 3 m Rmax = 4 Mikrometer auf Rmax = 2,2 Mikrometer von gegenüber Standardwerkzeugen möglich ist. Dies wird sowohl durch eine Änderung der Werkzeugumfangsgestalt erreicht als auch durch eine Verbesserung der Oberflächengüte der Führungsleisten von Rz = 1 Mikrometer auf Rz = 0,7 Mikrometer im unbeschichteten Zustand. Zur prototypischen Umsetzung der Erkenntnisse auf praxisnahe Prozesse ist es erforderlich, die bekannten Möglichkeiten der Werkzeugoptimierung von Einlippenbohrwerkzeugen durch eine geeignete Prozesskette zu realisieren und durch angepasste Beschichtungsprozesse eine Nachbehandlung zu vermeiden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: Oerlikon Balzers Coating Germany GmbH; Robert Bosch GmbH; TBT Tiefbohrtechnik GmbH & Co