Designkonzept

Ganzkörper-Hartmetallbohrer sind spröde und kostspielig; im Vergleich dazu weisen Hochgeschwindigkeitsstahlbohrer eine bessere Zähigkeit und einen niedrigeren Preis auf, doch bei zu langen Bohrern lässt sich die Bearbeitungsqualität nicht gewährleisten. Wendeschneidplattenbohrer bieten ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis, erfordern jedoch nach dem Bohren noch nachgelagerte Nachbearbeitungsschritte wie Reiben oder Ausdrehen; geschweißte Hartmetallbohrer müssen nach Verschleiß neu geschweißt werden. Warum also nicht eine durchgehende Hartmetallbohrkrone oder -spitze auf einem Stahl-Schaft herstellen, um gleichzeitig die Vorteile einer Hartmetall-Schneide und eines Stahl-Schneidkörpers zu nutzen? Genau darauf beruht das Konzept des Bohrers mit austauschbarer Schneidkrone.

Diese Verbundbohrer vereinen nicht nur die hohe Schnittgenauigkeit und Schnittgeschwindigkeit von Hartmetallbohrern mit den kostengünstigen Eigenschaften eines Stahlkörper, sondern ermöglichen auch den Verzicht auf zwei zeit- und kostenintensive Arbeitsschritte: das Wechseln und Spannen des Bohrers sowie das erneute Schärfen der Bohrerflanken. Während sie die Genauigkeit schweißgebundener Hartmetallbohrer erreichen, steigern sie gleichzeitig die Produktivität und senken die Produktionskosten. Die massivhartmetallgekrönte Bohrerspitze verfügt über eine selbstzentrierende Geometrie, die sich besonders für Bearbeitungen mit hohen Maßgenauigkeitsanforderungen eignet und es dem Anwender ermöglicht, auch sehr enge Bohrungs-Toleranzen einzuhalten.

Hauptvorteile

(1) Schneller Wechsel

Laut Herrn Choi Man-sik, Produktmanager für Bohrtechnik bei dem südkoreanischen Unternehmen YESTOOL, sind die Verkürzung der Produktionszyklen und die Senkung der Produktionskosten die Hauptvorteile von Bohrern mit wechselbaren Bohrspitzen. Seit der Entwicklung solcher Bohrer vor zwölf Jahren stehen sie in stetigem Wettbewerb mit Hochgeschwindigkeitsstahlbohrern und geschweißten Hartmetallbohrern – wobei das Wegfallen von Nachschleifen und Neubeschichtungen ihr herausragendster Vorteil ist. Tatsächlich erreichen Bohrer mit wechselbaren Bohrkrone so hohe Arbeitseffizienz, dass sie sogar mit Vollhartmetallbohrern mithalten können; zugleich ist ihr Stahlbohrkörper im Vergleich zu Vollhartmetallbohrern äußerst kostengünstig.
Zeitersparnis bedeutet, dass beim Wechsel der Schneidkrone das Werkzeuggehäuse nicht vom Bohrfutter abgenommen werden muss – es genügt, lediglich die Bohrspitze vom Werkzeuggehäuse zu entfernen und durch eine neue zu ersetzen. Müssen die Bohrungsmaße vergrößert werden, genügt es, nur den Werkzeughalter auszutauschen, ohne das gesamte Werkzeuggehäuse von der Maschine abzunehmen. Ein einziges Werkzeuggehäuse kann mit Bohrspitzen verschiedener Größen und Ausführungen kombiniert werden. Die Verbindung zwischen Bohrspitze und Werkzeuggehäuse kann auf unterschiedliche Weise realisiert werden: YESTOOL setzt zwei durch die Bohrspitze hindurchgeführte Schrauben ein, um sie fest mit dem Gehäuse zu verbinden; Sandvik Coromant verwendet eine Schraube an einem Zugstift, die in den Boden der Schneidkrone eingeschraubt wird und diese sicher und zuverlässig am Werkzeuggehäuse fixiert; ISCAR und Ingersoll Rand hingegen setzen jeweils eine Keilverbindung ein, um die Schneidkrone drehfest am Werkzeuggehäuse zu arretieren.

Herr Cui Wanzhi erläuterte, dass der Austausch einer Zahnkrone nur 20 Sekunden in Anspruch nimmt und nach dem Wechsel keinerlei Nachjustierungen erforderlich sind. Selbstverständlich ist die Verbindungsfläche mit Druckluft zu reinigen, um eine Beschädigung des Schneidkörpers zu vermeiden.

Mike Gadzinski, Schulungsleiter bei ISCAR, schätzt, dass der Austausch einer Zahnkrone etwa 30 Sekunden in Anspruch nimmt, während der Wechsel eines Vollwerkzeugs 10 Minuten dauert. Er betont, dass die Automobilindustrie diese Technologie ausdrücklich begrüßt, da die Verkürzung der Stillstandszeiten für sie von entscheidender Bedeutung ist.

(2) Kosteneinsparung

Hersteller von Bohrern mit wechselbaren Schneidplatten sind in der Regel auch stolz auf die niedrigen Kosten dieses Werkzeugs. Da bei solchen Bohrern lediglich die Schneidplatte aus Hartmetall gefertigt ist und mit einem Stahlkörper verbunden wird, sind sie deutlich günstiger als Vollhartmetallbohrer. Zwar liegen die Preise für Bohrer mit wechselbaren Schneidplatten über denen von Schnellarbeitsstahlbohrern, ihre Zerspanungsleistung ist jedoch weitaus besser. Da ein einziger Stahlkörper mit mehreren Schneidplatten unterschiedlicher Abmessungen kombiniert werden kann, ist nur ein geringer Bestand an Stahlkörpern erforderlich.

Herr Cui Wanzhi erklärte, dass die Bohrung mit wendbaren Schneidplattenbohrern die geringsten Kosten verursacht; jedoch lässt ihre Metallabtragsrate im Vergleich zu den Bohrern der KRUZ-K-Serie mit wechselbaren Zahnkränzen zu wünschen übrig, und nach dem Bohrvorgang ist fast stets eine nachgeschaltete Nachbohrung oder Feinbohrung erforderlich. Ein wesentliches Merkmal der Bohrer mit wechselbaren Zahnkränzen hingegen besteht darin, dass keine zusätzlichen Nachbearbeitungsschritte nötig sind. Bei der Verwendung von Vollhartmetallbohrern mag zwar an der Werkzeugmaschine nur ein einziger Bohrer eingespannt sein, doch im Lager müssen mehrere vorhanden sein: einer liegt bereits zur Nachschärfung bereit, ein weiterer wurde gerade von der Maschine abgenommen, ein anderer befindet sich auf dem Weg zur Bearbeitungsstation – und so weiter. Insgesamt summiert sich die Anzahl schnell auf eine beträchtliche Menge. Mit Bohrern mit wechselbaren Bohrspitzen hingegen genügt es, einige Bohrspitzen in einer Schublade aufzubewahren; sobald eine verschlissen ist, wird einfach eine neue eingesetzt.

Nach Ansicht von Herrn Cui Wanzhi kann ein Schneidkörper je nach den Anforderungen der jeweiligen Anwendung mindestens 15 bis 20 Mal mit neuen Zahnkrone ausgetauscht werden. Bei Verwendung einer korrekten Spannzangen- und Kühlsystemtechnik – YESTOOL empfiehlt die Innenkühlung – lässt sich bei der Bearbeitung von Stahlbauteilen jede Zahnkrone etwa 120 Minuten lang durchgängig einsetzen.

Unterschiedliche Ansichten

Dan Murphy, Regionalvertriebsleiter des Vertriebsunternehmens REM, ist der Ansicht, dass Bohrer mit wechselbaren Schneidplatten ein hervorragendes Lückenfüllwerkzeug sind. Er empfiehlt für die Bearbeitung großer Löcher Wendeschneidplattenbohrer und für die Bearbeitung kleiner Löcher Vollhartmetallbohrer. Für Bohrungen in der Größenordnung dazwischen würde er bei Großserienfertigung möglicherweise wiederschärfbare Vollhartmetall- oder Hartlötbohrer wählen. Bei der Bearbeitung von Bohrungen mittlerer Größe jedoch bietet sich laut Dan Murphy ein Bohrer mit wechselbaren Schneidplatten an, da er bereits mit geringen Investitionen vielseitige Einsatzmöglichkeiten eröffnet. Anwender müssen sich keine Sorgen um Wiederschärfungsprozesse machen; wenn eine bessere Leistung als bei Schnellarbeitsstahl-Werkzeugen erforderlich ist, das Fertigungsvolumen jedoch noch nicht ausreicht, um Vollhartmetall- oder Hartlötbohrer einzusetzen, füllt ein Bohrer mit wechselbaren Schneidplatten genau diese Lücke. Darüber hinaus ist Dan Murphy bereit, Bohrer mit wechselbaren Schneidplatten auch auf CNC-Schweizer-Drehmaschinen einzusetzen, bei denen die Maßgenauigkeit der Bohrungen besonders streng gefordert ist – denn dank der Möglichkeit, die Schneidköpfe bei Bedarf mehrfach zu wechseln, lassen sich die Stillstandszeiten erheblich verkürzen.

Allerdings vertritt Kirk Gordon von Gordon Engineering, einem Anbieter von CNC-Bohrschleifmaschinen, Prüfsystemen und Nutzeranlagen, eine andere Auffassung zu Bohrern mit wechselbaren Schneidplatten. Seiner Ansicht nach stellen Hartmetallspitzen beim Bohren sehr hohe Anforderungen an die Steifigkeit, während der Stahlkörper einer solchen Bohrerschaft nicht ausreichend steif ist – vergleichbar damit, in einem Kleinwagen einen Hochleistungsmotor einzubauen. Eine hochleistungsfähige Bohrspitze benötigt daher eine Trägerstruktur aus hochfestem und hochsteifem Material, die eine präzise Ausrichtung und effiziente Kraftübertragung gewährleistet. Zudem äußert Gordon Zweifel an der in Werbung propagierten Behauptung, Bohrer mit wechselbaren Schneidplatten würden die Bearbeitungskosten senken. Zwar räumt er ein, dass sich im theoretischen Betrieb durch den Einsatz solcher Bohrer Kosten einsparen ließen; doch hält er es für möglich, dass die tatsächlichen Kosten pro Schneidkante bei Verwendung von Bohrern mit wechselbaren Schneidplatten sogar höher ausfallen als bei vollständig reibbaren Vollhartmetallwerkzeugen. Darüber hinaus ist er der Ansicht, dass Bohrer mit wechselbaren Schneidplatten nicht in allen Aspekten so leistungsfähig sind wie Vollhartmetallbohrer – etwa wenn bereits geringfügige Abweichungen in der Geometrie die Werkzeugleistung beeinträchtigen. Zudem weist er darauf hin, dass Standard-Bohrer mit wechselbaren Schneidplatten in der Regel nicht für das Bohren von Löchern mit einem Durchmesser unter 1/4 Zoll (6,35 mm) geeignet sind, was ihren Einsatzbereich erheblich einschränkt.

Kirk Gordon ist der Ansicht, dass sich im Großen und Ganzen ein Bohrer mit wechselbaren Zahnkrone im Vergleich zu einem Vollhartmetallbohrer kaum lohnt. Gordon führt die Kosten für den Kauf eines solchen Bohrers, die Kosten für den Austausch des alten Schafts sowie die Kosten für den Ersatz – statt der Nachschleifung – der Zahnkrone an; zudem berücksichtigt er die zusätzlichen Aufwendungen, die durch eine verringerte Drehzahl und eine geringere Präzision (Höhenlage, Geradheit, Rundheit und Maßgenauigkeit der Bohrungen) entstehen. Seiner Meinung nach eignet sich ein Bohrer mit wechselbarer Zahnkrone vor allem für Anfänger: Diese haben möglicherweise noch nicht die Fähigkeit, das gesamte Werkzeug auszutauschen, können jedoch die Zahnkrone ersetzen. Gleichwohl müssen die Bediener stets darauf achten, die Vorderkante des Schafts sauber zu halten und deren Verschleiß oder Beschädigung sorgfältig zu überwachen.

Herr Murphy von der Vertriebsgesellschaft REM widerspricht dieser Schlussfolgerung. Er erklärt, das Hauptproblem liege darin, dass Menschen es ablehnen, Dinge wegzuwerfen, und dass sie sich nur ungern mit neuen Technologien vertraut machen. Der Kauf teurerer Werkzeuge, um die entsprechenden Bedenken zu beseitigen, stelle eine passive Lösung dar; als Alternative könne der Anwender ein Makroprogramm für Bohrer mit wechselbaren Schneidplatten in das CNC-Programm der Werkzeugmaschine einbinden und das Werkzeug erst dann entsorgen, wenn die Schneidplatten eine bestimmte Anzahl von Wechselzyklen erreicht haben. Seiner Ansicht nach eignen sich Bohrer mit wechselbaren Schneidplatten vor allem für die Bearbeitung von Löchern mit einer Tiefe von 3 bis 5 Durchmessern, während Vollhartmetallbohrer besser für die Tieflochbearbeitung geeignet sind. Bohrer mit wechselbaren Schneidplatten seien keine Allheilmittel; ihr Hauptanwendungsbereich liege bei weicheren Werkstoffen, bei kleinen und mittleren Losgrößen sowie bei relativ flachen Bohrungen – genau für diese Anwendungen könnten sie hervorragend eingesetzt werden. Zudem ermögliche der Einsatz von Bohrern mit wechselbaren Schneidplatten bei einer Bauteilserie mit Löchern unterschiedlicher Abmessungen, dass das Werkzeuggehäuse einen passenden Größenbereich abdecke, sodass lediglich die Schneidplatten ausgetauscht werden müssten. Vollhartmetallbohrer seien dagegen besser für die Bearbeitung härterer Werkstoffe, für Tieflochbohrungen sowie für die Serienfertigung in großen Stückzahlen geeignet; HSS-Bohrer hingegen eigneten sich für den Einmalgebrauch oder für die Fertigung von Prototypen.