Erhöhung der Prozesssicherheit beim Tieflochbohren mit Einlippenwerkzeugen kleinster Durchmesser
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Verfügbarkeit von Einlippenwerkzeugen mit kleinsten Durchmessern von derzeit bis 0,5 mm erschließen auch stets neue Anwendungsfelder. Aufgrund der Empfindlichkeit der Bohrwerkzeuge hinsichtlich den wirkenden statischen und dynamischen Belastungen steigen jedoch auch gleichzeitig die Anforderungen an die Prozesssicherheit, deren Aufrechterhaltung weit anspruchsvoller ist, als bei größeren Bohrerdurchmessern. Bei den im Projekt durchgeführten Untersuchungen wurden im Rahmen einer Prozessanalyse die Ergebnisse mehrerer Zerspanungsuntersuchungen dargestellt und die Korrelationen zwischen Schnittparametern und Zerspankräften, Spanform, Schallemission, KSS-Druck sowie der benötigten Antriebsleistung erarbeitet. Die Gewährleistung eines prozesssicheren und wirtschaftlichen Einlippenbohrens durch den Einsatz optimierter Bearbeitungsparameter muss im Zusammenhang verschiedenster Komponenten des gesamten technologischen Systems gesehen werden. Im vorliegenden Fall wurden daher die Prozessparameter, Werkzeugparameter und die Kühlschmierstoffcharakteristik zur Prozessoptimierung in die Versuche einbezogen. Das Ziel war die Bestimmung optimierter Prozessparameter und Prozessgrenzen, die sich auf die ermittelten Prozesskenngrößen wie Bohrmoment, Vorschubkraft, Spanform und Spanlänge stützen. Diese Größen wurden für Bohrwerkzeuge der Durchmesser 1,8 und 1,5 mm ermittelt. Aus den gewonnenen Ergebnissen lässt sich ersehen, dass die höchste Prozesssicherheit und Wirtschaftlichkeit sowie ein sicherer und zuvertässiger Spanabtransport mit hohen Schnittgeschwindigkeiten und optimierten KSS-Drücken erreicht werden kann. Mit zunehmender Vorschubgesehwindigkeit steigt die Spanlänge und zusammen mit ihr die zusätzliche Werkzeugbelastung durch einen erschwerten Spanabtransport. Die gewonnenen Ergebnisse zeigen, dass trotz niedriger Signalpegel und kurzer Zeitspannen zwischen dem Eintreten von Störungen und dem darauffolgenden Werkzeugversagen eine Prozessüberwachung beim Tieflochbohren mit Werkzeugen der Durchmesser 1,5 und 1,8 mm realisiert werden kann. Dafür können unterschiedliche Signale wie Vorschubkraft, Wirkleistung oder Schallemission herangezogen werden. Die durchgeführten Untersuchungen gewährleisten optimierte Bohrstrategien, die sich, je nach eingesetztem Durchmesser und venwendeten Prozessparametern, weiter optimieren lassen. Die Anwendung dieser Bohrstrategien ergab eine deutliche Verkürzung der Bearbeitungs- bzw. Taktzeit bei einem sicheren Prozessverlauf. Die erfassten Signale ändern sich deutlich bei Prozessstörungen wie Spanverklemmungen, Spänestau und darauffolgenden Bohrerbrüchen, wobei sich die jeweilige Störung anhand der Signalvertäufe und Signalpegel identifizieren und bewerten lässt. Dabei wurde festgestellt, dass sich auch in den Signalen der Werkzeug- bzw. Werkstückschwingungen sowie der Acoustic-Emission-Messungen Zusammenhänge mit auftretenden Prozessstörungen zeigen. Somit wurden diese als geeignet für den Einsatz in einer Prozessübenwachung erachtet. Bei der Identifizierung und Bewertung ergeben sieh aber aufgrund der Signalkomplexität noch Schwierigkeiten. Betrachtet man die Prozessüberwachung im Zusammenhang mit einem Einsatz in einer Transferstrasse, so erscheinen hier die Signale des KSS-Drucks und der Acousfic-Emission am geeignetsten. Unabhängig von thermischen Einflüssen sowie durch kommerzielle Sensorik sind beide Verfahren in ihrer Anschaffung günstig. Der KSS-Druck lässt sich direkt an der KSS- Versorgung der einzelnen Arbeitsspindeln aufnehmen. Dicht an den einzelnen Bearbeitungsstellen können Sensoren zur Erfassung der Acoustic-Emission angebracht werden. Zudem bietet die letztere im Falle einer entstehenden Prozessstörung den größten Zeitraum zur Einleitung von Maßnahmen zur Werkzeugbruchvermeidung. Allerdings sollte davor der Zusammenhang zwischen der Acoustic-Emission und den unterschiedlichen Prozessstörungen noch eingehender untersucht werden. Weiterhin wäre zu prüfen, inwieweit der Einsatz der Acoustic-Emission eine adaptive Prozessübenwachung erlaubt und ob sich die Zuverlässigkeit der Prozessüberwachung durch eine kombinierte Erfassung und Bewertung mehrerer Kenngrößen erhöhen lässt.
